Động cơ diesel tàu thủy II – Đại học GTVT TP.HCM – 2017 67
CHƯƠNG 4 CÁC THÔNG SỐ CHỈ THỊ VÀ CÓ ÍCH CỦA
ĐỘNG CƠ DIESEL
4.1 Đồ thị công chỉ thị
Đồ thị công chỉ thị được vẽ trong hệ tọa độ 𝑃−𝑉. Đó là mối quan hệ giữa
áp suất và thể tích của xilanh trong một chu trình công tác. Đồ thị công chỉ thị có
thể được xây dựng bằng tính toán hay đo trực tiếp trên động cơ. Nếu đồ thị công chỉ
thị được đo trực tiếp trên động cơ bằng thiết bị đo dồ thị công thì được gọi là đồ thị
công chỉ thị thực tế.
Hình 4.1 là đồ thị công chỉ thị của động cơ diesel 4 kỳ. Đặc điểm của đồ thị
này là nó được giới hạn bởi hai điểm: Điểm chết trên và điểm chết dưới của piston.
Đối với động cơ diesel 2 kỳ (hình 4.2) thì có một phần hành trình bị tổn thất.
Hình 4.1 Đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel 4 kỳ
Hình 4.2 Đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel 2 kỳ
Động cơ diesel tàu thủy II – Đại học GTVT TP.HCM – 2017 68
Sau đây chúng ta sẽ trình bày phương pháp xây dựng đồ thị công chỉ thị bằng
tính toán:
- Để xây dựng đồ thị công chỉ thị bằng tính toán, trước hết ta xác định các
điểm đặc biệt của chu trình: 𝑎(𝑃𝑎,𝑉𝑎); 𝑏(𝑃𝑏,𝑉𝑏); 𝑐(𝑃𝑐,𝑉𝑐); 𝑧1(𝑃𝑧1,𝑉𝑐);
𝑧(𝑃𝑧,𝑉𝑧).
- Nối điểm 𝑎,𝑏,𝑐,𝑧1,𝑧 lại với nhau bằng các đoạn thẳng ta được:
- Đường đẳng tích: 𝑐𝑧1
- Đường đẳng áp: 𝑧1𝑧
- Đường đẳng tích: 𝑏𝑎
- Để xây dựng đường cong nén và đường cong giãn nở, ta tiến hành như
sau:
- Chọn một giá trị VX1 nằm trong khoảng công tác của xilanh.
- Áp suất 𝑃𝑥1 tương ứng trên đường cong nén được tính như sau:
𝑃𝑥1=𝑃𝑎.(𝑉𝑎
𝑉𝑥1)𝑛1
- Giá trị áp suất 𝑃𝑥2 nằm trên đường giãn nở bằng:
𝑃𝑥2=𝑃𝑏.(𝑉𝑏
𝑉𝑥2)𝑛2;𝑉𝑏=𝑉𝑎
- Bằng cách chọn giá trị 𝑉𝑥 và tiến hành tính toán tương tự ta sẽ xác định
được các điểm trên đường cong nén và đường cong giãn nở. Nối các
điểm này với nhau bằng một đường cong trơn ta sẽ được đường cong
nén và đường cong giãn nở của chu trình công tác.
- Để cho tiện, thường chọn tỷ lệ xích trên trục tung là 𝑚𝑝(𝑘𝐺 𝑐𝑚2
⁄𝑚𝑚
⁄ ).
Còn tỷ lệ xích trên trục hoành là 𝑚𝑣 (𝑐𝑚3𝑚𝑚
⁄ ).
Việc xây dựng đồ thị công chỉ thị cho động cơ 2 kỳ và 4 kỳ là như nhau.
Nhưng với động cơ 2 kỳ thì thể tích 𝑉𝑎 được tính là:
𝑉𝑎=𝑉𝑐+𝑉𝑠.(1−𝜓𝑠)
Trong đó, 𝜓𝑠 là hệ số tổn thất hành trình: 𝜓𝑠=ℎ
𝑠
Động cơ diesel tàu thủy II – Đại học GTVT TP.HCM – 2017 69
Hình 4.3 Xây dựng đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel.
So với đồ thị công chỉ thị thực tế, đồ thị công chỉ thị tính toán có những điểm
khác biệt như sau:
- Do trong tính toán ta chọn giá trị 𝑛1, 𝑛2 là không đổi do đó đường
cong nén và đường cong giãn nở sẽ khác với đường cong nén và đường
cong giãn nở có 𝑛1, 𝑛2 thay đổi.
- Tại các điểm đặc biệt 𝑎,𝑏,𝑐,𝑧1,𝑧 của đồ thị công chỉ thị thực tế là những
đường cong liên tục. Vì vậy sau khi xây dựng đồ thị theo phương pháp
trên ta phải lượn góc các điểm này bằng những đường cong. Như vậy giữa
đồ thị công trước và sau lượn góc sẽ có diện tích khác nhau được đánh
giá bằng hệ số lượn góc. Hệ số lượn góc là 𝜑𝑑 được định nghĩa như sau:
𝜑𝑑=𝐹𝑙
𝐹𝑐
Trong đó: 𝐹𝑙: Diện tích đồ thị công sau khi lượn góc.
𝐹𝑐: Diện tích đồ thị công khi chưa lượn góc.
4.2 Áp suất chỉ thị và có ích bình quân
Khi xem xét một chu trình công tác thực tế, chúng ta có thể đánh giá sự hoàn
thiện của chu trình về mặt lợi dụng nhiệt, có liên quan đến mức độ hoàn thiện của các
quá trình riêng biệt trong đó thông qua các thông số: áp suất chỉ thị trung bình, công
suất chỉ thị và hiệu suất chỉ thị.
Động cơ diesel tàu thủy II – Đại học GTVT TP.HCM – 2017 70
4.2.1 Áp suất chỉ thị bình quân
Áp suất chỉ thị bình quân được xác định bằng công chỉ thị trên một đơn vị thể
tích công tác của xilanh.
Trên đồ thị công chỉ thị, áp suất chỉ thị bình quân được xác định bằng bình
quân tung độ diện tích đồ thị công chỉ thị chia theo hành trình có ích của piston (hình
4.4).
Hình 4.4 Đồ thị công chỉ thị và áp suất chỉ thị bình quân
Nếu gọi công mà chất khí thực hiện được trong một chu trình là 𝐿𝑖 thì áp suất
chỉ thị bình quân được tính:
𝑃𝑖=𝐿𝑖
𝑉𝑠.104 (𝑘𝐺 𝑐𝑚2
⁄ )
(4-1)
Áp suất chỉ thị bình quân có thể được xác định bằng tính toán hay đo trực
tiếp trên động cơ làm việc. Trong tính toán, sau khi xây dựng được đồ thị công chỉ
thị và tiến hành lượn góc các điểm đặc biệt ta xác định được 𝑃𝑖 khi tính toán:
𝑃𝑖=𝐹𝑙
𝑙.𝑚𝑝
(4-2)
Trong đó:
𝐹𝑙: là diện tích đồ thị công chỉ thị tính toán đã lượn góc (𝑚𝑚2)
𝑚𝑝: là tỷ lệ xích trên trục tung 𝑘𝐺 𝑐𝑚2
⁄𝑚𝑚
⁄
𝑙: là chiều dài đồ thị trên trục hoành (𝑚𝑚)
Để cho tiện sau khi xây dựng xong đồ thị công chỉ thị tính toán ta tiến hành
đo diện tích đồ thị và xác định được giá trị 𝑃𝑖′ gọi là áp suất chỉ thị bình quân của chu
trình sau khi lượn góc.
Áp suất chỉ thị bình quân của chu trình sau khi lượn góc được tính:
- Đối với động cơ 4 kỳ: 𝑃𝑖=𝜑𝑑.𝑃𝑖′. Trong đó 𝜑𝑑 là hệ số lượn góc (hay hệ số
điền đầy đồ thức), 𝜑𝑑=0,95÷0,97
Động cơ diesel tàu thủy II – Đại học GTVT TP.HCM – 2017 71
- Đối với động cơ 2 kỳ: 𝑃𝑖=𝜑𝑑.𝑃𝑖′.(1−𝜓𝑠). Đối với động cơ 2 kỳ quét thẳng
thì 𝜑𝑑=0,94÷0,96. Còn với động cơ diesel 2 kỳ quét vòng, do phần diện tích
𝑏𝑎𝑎′ không được tính vào diện tích của đồ thị công chỉ thị (hình 4.5). Vì vậy phần
diện tích này đủ bù cho các phần diện tích bị mất đi do lượn góc tại các điểm đặc
biệt. Do đó với loại động cơ này ta chọn 𝜑𝑑=1.
P
VcVs
Va
b
e
a
V
c
z’ z
k
Hình 4.5 Đồ thị công chỉ thị tính toán của động cơ Diesel 2 kỳ
Trong thực tế, đồ thị công chỉ thị của động cơ thấp tốc có thể được xác định
bằng một thiết bị đo đồ thị công gọi là Indicator. Khi đó ta sẽ có áp suất chỉ thị trung
bình thực tế.
Phương pháp tính toán bằng lý thuyết để xác định áp suất chỉ thị trung
bình được áp dụng như sau:
Gọi Li là công thực hiện của chất khí trong một chu trình công tác. Ở đây cần
lưu ý là các công trong hành trình bơm của động cơ 4 kỳ được tính vào công tiêu
hao cho cơ giới. Khi đó ta có:
𝐿𝑖=𝐿𝑧1𝑧+𝐿𝑧𝑏 −𝐿𝑎𝑐
(4-3)
Công của chất khí thực hiện trên đoạn 𝑧1𝑧 được tính:
𝐿𝑧1𝑧=𝑃𝑧.𝑉𝑧−𝑃𝑧1.𝑉𝑧1=𝑃𝑧.(𝑉𝑧−𝑉𝑐)
Công mà chất khí thực hiện trên đoạn 𝑧𝑏 là công của quá trình đa biến và
được tính:
𝐿𝑧𝑏 =1
𝑛2−1.(𝑃𝑧.𝑉𝑧−𝑃𝑏.𝑉𝑏)
Công trên đoạn 𝑎𝑐 là công của quá trình nén đa biến, do đó được tính: