Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 102
CHUƠNG 7

CÁC ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY

7.1 Tầm quan trọng của các đặc tính động cơ
Đặc tính động cơ là mối quan hệ giữa các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động
cơ với các thông số công tác của nó. Có rất nhiều thông số đặc trưng cho chế độ
công tác của động cơ nhưng người tăng áp thường chọn thông số độc lập làm
biến số khi xây dựng đặc tính cho động cơ. Các thông số độc l
ập thường được
chọn là vòng quay (n) và phụ tải. Đặc trưng cho phụ tải của động cơ là áp suất có
ích bình quân p
e
. Ngoài ra còn có thể dùng chỉ số thanh răng bơm cao áp h
a
hoặc
lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình để đặc trưng cho phụ tải của động cơ.
Tùy theo cách lựa chọn biến số và điều kiện xây dựng, người tăng áp có
được nhiều loại đặc tính khác nhau: đặc tính phụ tải, đặc tính tốc độ, đặc tính
chân vịt, đặc tính điều chỉnh, đặc tính tổng hợp…
Dựa vào các đường đặc tính của động cơ đã
được xây dựng, người tăng áp
biết rằng quy luật thay đổi của các thông số, từ đó có thể tìm ra phương án khai
thác động cơ một cách tối ưu để đạt được các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, tin cậy và
an toàn khi điều kiện khai thác bên ngoài thay đổi, mặt khác còn làm cơ sở so
sánh với các đặc tính khai thác hiện tại, phán đoán các hư hỏng có thể xảy ra

2
= [mã lực] (7-1)

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 103

Với mỗi động cơ cụ thể, các thông số như đường kính xy lanh D, hành trình
piston S, số xy lanh i, hệ số kỳ m đều không đổi, do đó, công suất có ích của
động cơ có thể được viết:

npkN
ee
= [mã lực]
Vậy trong đặc tính phụ tải, mối quan hệ giữa công suất N
e
và p
e
khi n =
const sẽ là đường bậc nhất đi qua gốc toạ độ. (Hình 7-1)
Công suất chi phí cho cơ giới của động cơ N
m
khi vòng quay không đổi sẽ là
một giá trị không đổi:
N
m
= A.n
β
, với A, β, n không đổi nên
N
m
= const.

i
tăng lên, còn N
m
thì không đổi, do đó hiệu suất cơ giới cũng
tăng lên.
Hiệu suất chỉ thị của động cơ được tính:

Hi
i
Qg .
3,632
=
η
(7-4)
Mà g
i
lại có quan hệ với p
i
như sau:

iso
sn
i
pTL
p
g

.
.4,318
α

T
s
/p
s
thay đổi không lớn lắm, do đó hiệu suất chỉ thị η
i
chủ yếu phụ thuộc vào α
và p
i
. Từ chế độ không tải, khi tăng dần phụ tải của động cơ (lượng nhiên liệu
cung cấp chu chu trình tăng lên) sẽ làm cho hiệu suất chỉ thị η
i
tăng lên. Điều này
được lý giải do lượng nhiên liệu cung cấp còn quá ít nên hệ số dư lượng không
khí α có giá trị tương đối lớn, do đó việc tăng nhiên liệu sẽ làm cho p
i
tăng lên
nhanh hơn sự giảm đi của α, tức là α ảnh hưởng không nhiều tới η
i
.
Càng tăng phụ tải, đến một lúc nào đó sẽ làm cho α giảm đến giá tối ưu, khi
đó η
i
đạt giá trị cực đại. Sau đó, nếu tiếp tục tăng phụ tải sẽ làm cho hệ số dư
lượng không khí α giảm nhiều hơn làm quá trình cháy càng kém đi dẫn tới việc
tăng của p
i
ít hơn việc giảm của α. Kết qủa là hiệu suất chỉ thị η
i
lại giảm đi.

.
3,632
η
=
;
He
e
Q
g
.
3,632
η
=
(7-7)
Như vậy, sự biến thiên của suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g
i
và suất tiêu hao
nhiên liệu có ích g
e
có quy luật ngược lại với hiệu suất chỉ thị η
i
và hiệu suất có
ích η
e
, tức là suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị và có ích đều là những đường cong
có cực tiểu.
Trong đặc tính phụ tải giá trị của g
e
cũng đạt giá trị cực tiểu tại khoảng 60 ÷
80% định mức.


Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 105

Đặc tính ngoài của động cơ là mối quan hệ giữa các thông số cơ bản của
động cơ: công suất, mômen, suất tiêu hao nhiên liệu…với tốc độ quay của động
cơ, khi lượng nhiên liệu cung cấp chu chu trình không đổi.
Từ khái niệm về đường đặc tính ngoài, thì ứng với mỗi vị trí tay ga sẽ có
một đường đặc tính ngoài. Như vậy một động cơ sẽ có rất nhiều đường đặc tính
ngoài, nhưng người ta chia đường đặc tính ngoài của động cơ thành năm loại đặc
tính ngoài cơ bản sau:
1. Đặc tính ngoài giới hạn (đường 1) là đường đặc tính tương ứng với tay ga
đặt ở vị trí lớn nh
ất, bị giới hạn bởi chốt giới hạn trên thanh răng bơm cao áp (h
a

= h
max
).
2. Đặc tính ngoài nhả khói đen (đường 2) là đường đặc tính tương ứng với
tay ga đặt ở vị trí mà tại đó khí xả bắt đầu có màu đen (h
a
> 100%).
3. Đặc tính định mức (đường 3) là đường đặc tính tương ứng với tay ga mà
tại đó động cơ phát ra 100% công suất ( h
a
= 100%)
4. Đặc tính khai thác (đường 4) là đường đặc tính tương ứng với tay ga mà
tại đó động cơ phát ra từ 80% ÷ 85% công suất.
5. Đặc tính bộ phận (đường 5) là các đường đặc tính nằm dưới các đường
đặc tính trên.

o
H
se

.

.
1
ηηηρ
απ
=
(7-9)

in
L
Q
p
mink
o
H
e

.
ηηηρ
α
=
(7-10)

o
, i, m
là hằng số, vì vậy các công thức trên có thể viết dưới dạng sau:

km
i
ne
nAN
ρη
α
η
η

1
=
(7-11)

km
i
ne
nAM
ρη
α
η
η

2
=
(7-12)


đổi của các thông số trên (η
n
, α, η
i
, η
m
, ρ
k
) theo tốc độ quay của động cơ.
7.3.2 Quy luật biến thiên của các thông số cơ bản
Sự biến thiên của các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng của động cơ tăng áp và
không tăng áp có sự khác nhau.
7.3.2.1 Động cơ bốn kỳ không tăng áp.
a. Hệ số nạp:
Hệ số nạp của động cơ được tính bằng biểu thức:

s
o
k
V
V
=
η
(7-14)
Khi tốc độ động cơ tăng, tốc độ dòng khí nạp tại tiết diện xu páp nạp tăng
theo, làm cho tổn thất cục bộ tại đây ΔP = f(v
2
) cũng tăng, do đó, lượng không
khí nạp vào xy lanh giảm. Kết quả là hệ số nạp của động cơ η
n

α
.
.
= (7-16)
Khi tốc độ quay của động cơ tăng thì ρ
k
, η
n
, η
e
đều giảm nhưng η
e
giảm
nhanh hơn, do đó, khi tốc độ của động cơ tăng thì α gần như không thay đổi.
c. Hiệu suất chỉ thị:

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 107

Hiệu suất chỉ thị là thông số đánh giá chất lượng quá trình cháy của động cơ,
nếu quá trình cháy của động cơ diễn ra gần ĐCT, không cháy rớt thì hiệu suất chỉ
thị cùa động cơ sẽ tăng. Ngược lại, quá trình cháy kéo dài trên đường giãn nở thì
hiệu suất chỉ thị của động cơ sẽ giảm. Khi tốc độ quay của động cơ tăng thì chất
lượng phun s
ương của nhiên liệu tăng (do áp suất phun tăng), góc phun sớm
không thay đổi do lượng nhiên liệu cấp vào xy lanh trong một chu trình không
thay đổi, hệ số dư lượng không khí α gần như không thay đổi, thời gian thực hiện
quá trình cháy giảm. Vì vậy, khi tốc độ quay của động cơ tăng thì η
i
thay đổi rất
ít.


()
hmlg
N
G
g
i
nl
i
./= (7-18)
Hay:
iinl
NgG .= (Kg/h) (7-19)
Thay
iinl
NgG .= vào công thức tính hiệu suất chỉ thị của động cơ

Hnl
i
i
QG
N
.
.3,632
=
η
(7-20)
Ta có:
iHii
i

b. Hệ số dư lượng không khí:
Tương tự như hệ số nạp η
n
các thông số trong biểu thức tính hệ số dư lượng
không khí của động cơ tăng áp cũng thay đổi giống như của động cơ không tăng

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 108

áp, nhưng ρ
k
tăng khi tăng tốc độ quay của động cơ, do tốc độ tua bin tăng. Điều
đó cho phép α tăng chút ít khi tăng tốc độ quay của động cơ.
c. Hiệu suất chỉ thị:
Khi tốc độ quay của động cơ tăng sẽ dẫn đến hệ số dư lượng không khí tăng,
kết qủa là hiệu suất chỉ thị của động cơ giả
m ít hơn so với động cơ không tăng
áp.
Các thông số khác có sự thay đổi giống như đối với động cơ không tăng áp.

7.4 Đặc tính chân vịt
Đặc tính chân vịt là mối quan hệ giữa các thông số cơ bản của động cơ với
vòng quay khi động cơ làm việc trực tiếp với chân vịt.
Chân vịt tiếp nhận công suất, mômen do động cơ sản ra trừ đi phần tổn thất
năng lượng khi truyền từ động cơ đến chân vịt.
Sự thay đổi công suất, mômen tiêu thụ của chân vịt phụ thuộc vào số vòng
quay và nếu coi tổn thất năng lượng truyền động không đáng kể thì công suất,
mômen tiêu thụ của chân vịt được xác định theo các công thức sau :

x
e

Khi hệ số C tăng các đường đặc tính chân vịt tương ứng sẽ dịch chuyển về
phía trục tung, lúc này động cơ khai thác ở chế độ n
ặng nề hơn. Khi hệ số C giảm
các đường đặc tính chân vịt tương ứng sẽ dịch chuyển về phía ngược lại, lúc này
động cơ khai thác ở chế độ nhẹ nhàng hơn (Hình 7-3)
Sự thay đổi của hiệu suất cơ giới trong đặc tính chân vịt phụ thuộc vào công
suất tổn hao cho cơ giới và công suất chỉ thị của động cơ. Giống như trong đặc
tính ngoài, khi công suấ
t chỉ thị của động cơ tăng lên thì hiệu suất cơ giới tăng.

i
m
m
N
N
−=
1
η
(7-24)

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 109

Trong đặc tính chân vịt, khi tăng vòng quay của động cơ bắt đầu tăng từ
vòng quay tối thiểu, hiệu suất cơ giới tăng lên khá nhanh. Càng gần đặt đến vòng
quay định mức (khoảng 70 ÷ 100% n
đm
), hiệu suất cơ giới tăng lên không đáng
kể.

Câu hỏi ơn tập chương:

1. Đònh nghóa, vẽ và phân tích đường đặc tính chân vòt của động cơ.
2. Trình bày khái niệm và cho biết mối quan hệ giữa các đường đặc tính:
ngoài, tải, chân vòt trên hệ động lực tàu thuỷ.
3.Trình bày đặc tính phụ tải của động cơ diesel, những động cơ nào làm
việc theo đặc tính này?
4.Trình bày về đặc tính ngoài và ứng dụng trên tàu thuỷ?
5.Trình bày về đặc tính chân vòt, phạm vi ứng dụng trong khai thác hệ
động lực tàu thủy.
6. Đònh nghóa, vẽ và phân tích đường đặc tính tải của động cơ.

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Trịnh Đình Bích, Nguyễn Văn Tuấn, Nguyễn Trung Cương, Vũ Hải Phong
(1995), Động cơ diesel tàu thuỷ
, Trường đại học Hàng hải.
[2]. Nguyễn Trí Minh, Nguyễn Văn Tuấn, Nguyễn Trung Cương (2006), Động
cơ diesel tàu thuỷ
, Trường đại học Hàng hải.
[3]. Nguyễn Tất Tiến (2000), Nguyên lý động cơ đốt trong

[15]. John B.Woodward (1988) Low speed Marine Diese
l , Robert E.Krieger
Publishing Company.
[16]. Các tài liệu của các hãng chế tạo động cơ.

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 112

MỤC LỤC
Y Z
PHẦN II. LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC
Chương 1. Chu trình lý tưởng động cơ đốt trong
1.1 Khái niệm cơ bản
1.2 Các chu trình lý tưởng
1.3 Hiệu suất nhiệt của chu trình lý tưởng
1.4 So sánh hiệu suất nhiệt của các chu trình lý tưởng
Chương 2. Các quá trình công tác của động cơ đốt trong
2.1 Quá trình nạp
2.2 Quá trình nén
2.3 Quá trình cháy
2.4 Quá trình giãn nở.
Chương 3. Quá trình cháy và tạo hỗn hợp trong động cơ Diesel
3.1 Các giai đoạn c
ủa quá trình cháy
3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến các giai đoạn của quá trình cháy.
3.3 Quá trình tạo hỗn hợp
3.4 Các dạng buồng cháy
Chương 4. Các thông số chỉ thị và có ích của động cơ đốt trong

7.2 Đặc tính phụ tải
7.3 Đặc tính ngoài
7.4 Đặc tính chân vịt