TS. MT.TRƯƠNG THANH DŨNG
ThS. LÊ VĂN VANG
KS. HÒANG VĂN SĨ

BÀI GIẢNG

ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THUỶ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

1


PHẦN THỨ HAI

LÝ THUYẾT
QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

2


CHƯƠNG 1

CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG


3


1.1.2 Các thông số đặc trưng của chu trình
Tỷ số nén: ε = Va/Vc
Tỷ số áp suất : λ = Pz/Pc
Tỷ số giãn nở sớm: ρ = Vz/Vc
Tỷ số giãn nở sau: δ = Vb/Vz
Q + Q2 − Q3
;η t = 1 −
Hiệu suất nhiệt chu trình : η t = 1
Q1 + Q2

Q3
Q1 + Q2

Trong đó :
Q1 : Nhiệt lượng cung cấp đẳng tích ;
Q2 ; Nhiệt lượng cung cấp đẳng áp ;
Q3 : Nhiệt lượng thải đẳng tính ;
1.1.3 Các giả thiết khi nghiên cứu chu trình lý tưởng:
Chu trình lý tưởng nêu trên khi nghiên cứu có kèm theo các giả thuyết sau
đây :
- Chu trình diễn ra với một đơn vị khí lý tưởng; các quá trình xảy ra chỉ
làm môi chất thay đổi về trạng thái vật lý và thành phần hoá học và khối lượng
không thay đổi.
- Không có các quá trình cháy trong xy lanh động cơ, môi chất nhận
nhiệt là do tiếp xúc lý tưởng với nguồn nóng.
- Các quá trình nén và giãn nở là đoạn nhiệt, sự chuyển động là không có

đẳng tích trên đồ thị P-V và T-S. Trong chu trình này nhiệt lượng cung cấp trong
quy trình đẳng áp Q2 = 0. Trong đó ta có thể thấy: ε = δ và ρ = 1.

Hình 1.2 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích trên đồ thị P-V và T-S

1.2.2 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp
Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp (hình 1.3), trong đó nhiệt lượng Q2
(hoặc Qp) chỉ cấp cho chu trình trong qúa trình đẳng áp c-z. Các động cơ đốt
trong thực hiện theo chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp có quá trình cháy diễn
ra chậm hơn nhiều (sau điểm z). các động cơ diesel cấp nhiên liệu bằng
không khí nén được thiết kế hoạt động theo chu trình lý tưởng cấp nhiệt
đẳng áp .

Hình 1.3: Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp trên đồ thị P-V và T-S

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

5


Xem hình 1.3 trong chu trình này, nhiệt lượng cung cấp trong qúa trình đẳng
tích Q1 = 0, nhiệt lượng cung cấp cho chu trình chỉ còn lại là Q2, khi đó λ = 1.
1.2.3 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp
Trong chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp nhiệt lượng cung cấp trong các
qúa trình đẳng áp, đẳng tích đều tồn tại khác không: Q1K 0, Q2K 0. Chu trình lý
tưởng cấp nhiệt hỗn hợp (hình 1.4), trong đó nhiệt lượng Q1 (hoặc Qv) cấp cho
công chất trong qúa trình c-z1 còn nhiệt lượng Q2 (hoặc Qp) cấp cho công chất
trong qúa trình z1-z của chu trình. Động cơ diesel thông thường (cấp nhiên liệu

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

Tz1
Tc

=

Pz1
Pc

= λ ; Tz1 = λ .Tc = λ.Ta .ε k −1 .

http://www.ebook.edu.vn

6


Điểm z:

Pz = Pz1 = λ .Pc ; Pz = λ .Pa .ε k ;
Điểm b:

Pb .Vbk = Pz .V zk ; Pb = Pz .
Do đó:

Tb = Tz .

1

δ

Thay vào công thức định nghĩa ηt , ta có:

ρ k .λ − 1
η t = 1 − k −1 .
(λ − 1) + k .λ .( ρ − 1)
ε
1

Đối với chu trình cấp nhiệt đẳng tích: ρ =1, ε = δ ta có:

ηt = 1 −

1

ε k −1

Đối với chu trình cấp nhiệt đẳng áp λ =1 ta có:

ρ k −1
η = 1 − k −1 .
k .( ρ − 1)
ε
1

1.4 So sánh hiệu suất nhiệt của chu trình lý tưởng
Khi so sánh hiệu suất nhiệt của chu trình, người ta sử dụng đồ thị T-S và
trên đó lượng nhiệt cấp và thải đều được thể hiện bằng các phần tử diện tích của
đồ thị. Trên cơ sở công thức định nghĩa, hiệu suất nhiệt ηt sẽ thay đổi tùy thuộc
vào nhiệt lượng cung cấp cho chu trình (Q1+Q2) hoặc nhiệt lượng thải Q3.
1.4.1 So sánh hiệu suất nhiệt chu trình lý tưởng khi giữ nguyên tỷ

Khi giữ nguyên ε, các điểm a và c phải trùng nhau đối với cả ba chu trình.
Khi giữ nguyên Q3, ta thấy diện tích các hình biểu thị nhiệt thải với ba
phương án trên phải như nhau, có nghĩa là diện tích (1ab21) là chung cho cả ba
chu trình.
Ghép ba chu trình cấp nhiệt đẳng tích aczvb ; hỗn hợp acz1zb ; đẳng áp aczpb
lên cùng một đồ thị T-S như hình vẽ 1.5.
So sánh nhiệt lượng cấp, mà nhiệt lượng cấp này biểu thị bằng các diện tích
dưới các đường cong cấp nhiêt, ta thấy :
S(1czv21) > S(1cz1z21) > S(czp21)
Từ công thức tính hiệu suất nhiệt, ta có thể kết luận:

η tv > η t > η tp
1.4.2 So sánh hiệu suất nhiệt chu trình lý tưởng khi giữ nguyên tỷ số nén ε và
nhiệt lượng cung cấp (Q1+Q2) nhưng thực hiện theo các phương án cấp nhiệt
đẳng tích, đẳng áp và hỗn hợp.
Với điều kiện giữ cố định ε và Q1+Q2 ta thấy:
Khi giữ nguyên ε, các điểm a và c trùng nhau đối với cả ba chu trình.
Khi giữ nguyên Q1+Q2, ta thấydiện tích các hình biểu thị nhiệt cấp với ba
phương trên phải như nhau, có nghĩa là:
S(1czv2v1) = S(cz1z21) = S(1czp2p1)
Như thế, các điểm 2v phải phân bố về phía trái, còn điểm 2p thì phân bố về
phía phải của điểm 2. Ghép ba chu trình cấp nhiệt đẳng tích aczvbv; hỗn hợp
acz1zb; đẳng áp aczpbp lên cùng một hệ tọa độ T-S như hình vẽ 1.6.

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

8


Các điểm c trong chu trình cấp nhiệt đẳng tích là cv, hỗn hợp c, đẳng áp là
cp, đồng thời các điểm đó phân bố từ trên xuống dưới là cp, c, cv. Nhiệt lượng thải
cho nguồn lạnh của cả ba chu trình là bằng nhau, do đó:
Sv(1ab21) = S(1ab21) = Sp(1ab21) =Q3
Nhiệt lượng cấp phân bố như sau: S(1cpz21) >S(1cz1z21) > S(1cvz21)
Do đó:
p
v

ηt > ηt > ηt

1.4.4 So sánh hiệu suất nhiệt của các chu trình lý tưởng theo phương án
cấp nhiệt đắng tích, hỗn hợp và đẳng áp khi giữ nguyên áp suất cực đại Pmax và
nhiệt lượng cấp Q1+Q2

T
zp

z1

z

zv

cp
c
cV

bp



Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

10


η tp > η t > η tv
Qua sự so sánh hiệu suất nhiệt của các chu trình lý tưởng trên đây, chúng ta
nhận thấy rằng: Trong thực tế, nếu chế tạo các động cơ đốt trong có tỷ số nén ε
như nhau thì dù nhiệt lượng cấp khơng đổi hay nhiệt thải khơng đổi, hiệu suất
nhiệt của động cơ làm việc theo chu trình đẳng tích sẽ có hiệu suất cao hơn,
nhưng nếu các động cơ đốt trong có áp suất cháy cực đại Pmax như nhau thì những
động cơ làm việc theo chu trình đẳng áp lại có hiệu suất cao hơn cả. Trên quan
điểm chế tạo động cơ, người ta cần quan tâm đến áp suất cháy cực đại Pmax
(thể hiện ứng suất cơ), vì vậy nên chế tạo động cơ làm việc theo chu trình cấp
nhiệt đẳng áp, nhưng việc chế tạo và vận hành những động cơ này gặp khó khăn
(động cơ diesel cấp nhiên liệu bằng khí nén), cho nên những động cơ này thực tế
đã khơng được chế tạo mà thay vào đó, người ta chế tạo các động cơ diesel ngày
nay làm việc theo chu trình cấp nhiệt hỗn hợp.
Câu hỏi ơn tập chương:
1. Phân tích sự thay đổi hiệu suất nhiệt trong các điều kiện:
- Thay đổi tỷ số nén
- Thay đổi góc phun sớm
3.Trình bày các chu trình lý tưởûng, đẳng áp, đẳng tích, hỗn hợp. So
sánh hiệu suất nhiệt của chúng khi :
- Cùng tỷ số nén và nhiệt lượng cấp
- Cùng áp suất cực đại và nhiệt lượïng cấp
4.So sánh hiệu suất nhiệt của các chu trình lý tưởng bằng đồ thò

không khí trong xy lanh động cơ khi bắt đầu quá trình nén (cuối quá trình nạp) sẽ
nhỏ hơn áp suất không khí nạp trước cửa nạp. Sự giảm áp suất do sức cản thủy lực
này sẽ làm cho mật độ không khí trong xy lanh động cơ của quá trình nạp sẽ bị
giảm theo, và do vậy, trong cùng một thể tích, trọng lượng của không khí sẽ
giảm.
Sự sấy nóng không khí nạp do thành vách xy lanh, đỉnh piston, các xupáp
hay các cửa làm cho nhiệt độ không khí nạp tăng, trọng lượng riêng của nó giảm
xuống, làm giảm lượng không khí nạp thực tế vào xy lanh động cơ.
Ngoài ra trong thực tế, cuối quá trình xả chúng ta không thể làm sạch hoàn
toàn xy lanh công tác. Có nghĩa là khi bắt đầu quá trình nạp, trong xy lanh bao
giờ cũng còn sót lại một lượng khí cháy. Lượng khí cháy cón sót lại này sẽ chiếm
một phần thể tích xy lanh công tác, làm giảm lượng không khí sạch nạp vào xy
lanh.
Lượng khí cháy cón sót lại trong xy lanh động cơ được đánh giá bằng một
đại lượng tương đối gọi là hệ số khí sót, kí hiệu là γr;
γr =

Mr
L

(2-1)

Trong đó Mr: số lượng khí cháy còn sót lại trong xy lanh động cơ ở cuối
kỳ xả (kmol);
L: số lượng khí sạch nạp vào xy lanh động cơ trong quá trình nạp (kmol).
Do lượng khí sót trong xy lanh động cơ có nhiệt độ cao sẽ trao đổi nhiệt cho
không khí sạch mới nạp vào làm nhiệt độ của nó tăng lên. Kết quả là trọng lượng

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008



Ls

Cần chú ý là theo định nghĩa Va > Vs, do đó trong trường hợp lý tưởng nếu
quá trình xả là sạch hoàn toàn thì khi đó ηn có thể lớn hơn 1.
Để lập công thức tính toán hệ số nạp, trước hết là môt số giả thiết sau:
Quá trình nạp kết thúc tại điểm a của đồ thị công chỉ thị.
Công do khí cháy sinh ra trong quá trình nạp và năng lượng động học của nó
là như nhau.
Nhiệt dung riêng của khí sạch và khí sót ở nhiệt độ đầu quá trình nén là như
nhau.
Số lượng không khí sạch và khí sót ở đầu quá trình nén được tính như sau:
Ma=L+Mr = L.(1+γr)
(2.3)
Trong đó, L: lượng không khí sạch (kmol); Mr: lượng khí sót còn sót lại
trong xy lanh của cuối quá trình nạp (kmol).
Giá trị của Ma và L trong phương trình trên có thể xác định từ phương trình
trạng thái của chất khí:
P .V
M = a a .10 4
848.Ta
Trong đó, Pa, Ta là áp suất và nhiệt độ đầu quá trình nén (kG/cm2; oK); Và là
thể tích xy lanh đầu quá trình nén (m3); Po, To là áp suất và nhiệt độ không khí
nạp trước cửa nạp (kG/cm2, oK).
Từ công thức
ηn =

Vo
→ Vo = η n .Vs
Vs

Ta đã có: Va = ε ;

Do đó:

Vc

Hay

Vs + Vc
= ε;
Vc

Va = ε .Vc ;
Vs = (ε − 1).Vc

Do đó:

ε .Vc
Va
ε
=
=
Vs (ε − 1).Vc ε − 1

Khi đó:

Thay vào công thức ηn ta có:
ηn =

ε

Vc

Vs’: thể tích công tác của xy lanh khi đóng kín các cửa.
Gọi ψ S =

h
là hệ số tổn thất hành trình, trong đó h là khoảng cách từ mép
S

trên của cửa cao nhất đến điểm chết dưới của piston. Khi đó có thể tích:
Vs' = Vs .(1 − ψ s )

Thay vào công thức tính ε t , khi đó ta sẽ có: ε =

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

ε t −ψ s
1 −ψ s

http://www.ebook.edu.vn

14


ε = ε t (1 −ψ s ) +ψ s

Vì vậy:

Trong động cơ bốn kỳ, bỏ qua sự đóng muộn của xupáp, khi đó ta có thể
xem quá trình nén bắt đầu khi piston từ điểm chết dưới đi lên điểm chết trên và

1
ηn = t . a s .
.(1 − ψ s )
ε t − 1 Ps .Ta 1 + γ r
Động cơ bốn kỳ không tăng áp thay Ps, Ts bằng Po, To, còn hệ số ψs đối với
động cơ bốn kỳ có tăng áp và không tăng áp đều bằng không. Khi đó, công
thức tính hệ số nạp cho động cơ bốn kỳ không tăng áp lại quay về dạng:
ε
P .T
1
ηn = t . a o .
ε t − 1 Po .Ta 1 + γ r
Có thể biểu diễn công thức tính hệ số nạp dưới một dạng khác như sau:
Từ phương trình trạng thái của 1kg chất khí P.V = R.T
Viết cho chất khí có thông số Po, Vo, To ta có: Po.Vo = R.To
Từ đó:

Vo = R.

To
Po

và

γo =

P
1
=
Vo R.To


Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

15


Bây giờ ta sẽ phân tích xem hệ số nạp phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Từ công thức tính hệ số nạp của động cơ bốn kỳ không tăng áp:
ηn =

εt

Pa .To
1
.
ε t − 1 Po .Ta 1 + γ r
.

Ta thấy biểu thức

ε
ε −1

là một thông số phụ thuộc vào kết cấu của động cơ.

Như vậy với mỗi động cơ cụ thể thì biểu thức này là một hằng số. Còn biểu thức
1
1+ γ r

Ngoài hai yếu tố áp suất và nhiệt độ thì độ ẩm môi trường cũng có ảnh
hưởng đáng kể đến lượng không khí nạp vào xy lanh động cơ.
Lượng không khí nạp vào xy lanh động cơ khi không khí là không khí khô
có thể tính theo công thức: G1 = vs .γ 0 .ηn
Khi không khí nạp là không khí ẩm thì lượng không khí thực tế nạp vào xy
lanh động cơ được tính như sau:
G2 = η n .Vs .γ o .

1
1 + 1,61.d

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

16


Trong đó động cơ là độ ẩm riêng của hơi nước trong không khí ẩm (kg hơi
nước/kg không khí khô)
Như vậy khi động cơ tăng, lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ
sẽ giảm.
Như đã nói ở trên, đối với động cơ bốn kỳ có tăng áp và động cơ hai kỳ,
thông số trước cửa nạp không phải là Po, To mà là Ps, Ts. Hai thông số này ngoài
ảnh hưởng của môi trường còn chịu ảnh hưởng của quá trình nén trong máy nén
tăng áp và chế độ làmm mát không khí tăng áp. Điều này có nghĩa là Po, To và ϕ
là các thông số gián tiếp ảnh hưởng đến trọng lượng không khí nạp. Do vậy có
thể nói đối với các động cơ bốn kỳ có tăng áp và động cơ hai kỳ, ảnh hưởng của
môi trường sẽ nhỏ hơn so với động cơ không tăng áp.
Sức cản thủy lực trên đường ống hút được biểu thị thông qua biểu thức

chọn ε cao; động cơ không tăng áp có ε cao hơn động cơ tăng áp.
Hệ số khí sót cũng là một giá trị phụ thuộc vào kiểu loại động cơ và thường
nằm trong các khoảng sau:
Động cơ bốn kỳ không tăng áp:
γr = 0,04 ÷ 0,055
Động cơ bốn kỳ có tăng áp:
γr = 0,02 ÷ 0,044
Động cơ hai kỳ quét thẳng:
γr = 0,02 ÷ 0,07
Động cơ hai kỳ quét vòng:
γr = 0,08 ÷ 0,11
Các giá trị trên cho ta một nhận xét rằng, động cơ bốn kỳ có giá trị γ r
nhỏ hơn động cơ hai kỳ. Sở dĩ như vậy là do trong động cơ bốn kỳ tồn tại một
Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

17


hành trình xả riêng biệt, vì vậy nó có khả năng làm sạch xy lanh tốt hơn. Còn
động cơ hai kỳ quét thẳng do quỹ đạo chuyển động của dòng khí không phải
đổi chiều, do đó nó có khả năng quét sạch các góc của xy lanh hơn động cơ hai
kỳ quét vòng nên giá trị γr của nó nhỏ.
Ngoài hai thông số phụ thuộc kết cấu trên, các thông số khác của quá trình
nạp đều là những thông số phụ thuộc trạng thái của khí nạp. Sau đây chúng ta sẽ
đi tìm phương pháp xác định các thông số này.
Áp suất và nhiệt độ điều khiển cuối quá trình nạp là hai thông số quan
trọng của quá trình trao đổi khí. Các thông số này có thể được xác định bằng tính
toán hay thực nghiệm. Đặc tính thay đổi của áp suất và nhiệt độ khí nạp và

L.To' + M r .Tr
Ma

Thay: Ma = L + Mr và chú ý

Mr
= γ , khi đó ta có:
L

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

18


To =

To' + γ r .Tr
1+ γ r

(2.8)
Thông thường giá trị ΔTsn nằm trong khoảng 10 ÷ 20 C, còn giá trị nhiệt độ
của khí sót phụ thuộc vào kiểu loại động cơ và nằm trong khoảng 700 ÷ 800oK.
Công thức tính nhiệt độ cuối quá trình nạp trên đây là của động cơ bốn kỳ
không tăng áp. Đối với động cơ bốn kỳ có tăng áp và động cơ hai kỳ thì phải chú
ý là nhiệt độ trước cơ cấu nạp là : Ts = Tk − ΔTlm
o

Nhiệt độ Tk của không khí sau máy nén tăng áp có thể tính như sau:

Thông thường với các động cơ diesel: Ta = 315 ÷ 340oK
Áp suất của khí nạp sau khi đi qua các cơ cấu nạp sẽ giảm đi một lượng
bằng sức cản trên đường ống nạp. Vì vậy chúng ta có thể tính:
Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp: pa = p0 − Δph
Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp và động cơ hai kỳ: pa = ps − Δph
Trong đó; Δph là độ giảm áp suất khi đi qua các cơ cấu hút.
Thông thường đối với các động cơ diesel tàu thủy, giá trị Pa nằm trong
khoảng sau:
Động cơ bốn kỳ không tăng áp:
Pa = (0,85 ÷ 0,90)Po.
Động cơ hai kỳ có tăng áp:
Pa = (0,90 ÷ 0,96)Po.
Động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupáp : Pa = (0,96 ÷ 1,04)Po.
Động cơ hai kỳ quét vòng:
Pa = (0,96 ÷ 1,1)Po.
Ts' + γ r .Tr
Cuối cùng nếu thay: Ta =
vào công thức tính hệ số nạp ta sẽ có
1+ γ r
công thức tính hệ số nạp cho động cơ bốn kỳ không tăng áp là:

ηn =

ε

pa
T
. ' 0
ε − 1 p0 T0 + γ r .Tr
.

30 i.d k2

(m/s)

Trong đó, S : hành trình của piston (m); D: đường kính xy lanh; dk: đường
kính tiết diện lưu thông của xu páp hút (m); i: số xu páp hút trên một xy lanh.
Đối với động cơ bốn kỳ có tăng áp, trong công thức trên ta phải thay γo bằng γs
Sau đây chúng ta ký hiệu Δph của động cơ bốn kỳ không tăng áp là Δp0 , còn
đối với động cơ bốn kỳ có tăng áp và động cơ hai kỳ là ΔpS .
Trị số Δp0 , ΔpS biểu thị sức cản trên đường ống hút. Làm sạch đường ống
hút sẽ làm giảm Δp0 hay ΔpS trong khai thác, làm tăng Pa và do vậy tăng lượng
khí nạp vào xy lanh động cơ. Phân tích tương tự như vậy chúng ta thấy khi giảm
Ta cũng làm cho mật độ không khí nạp tăng. Tăng cường chế độ làm mát khí tăng
áp làm giảm Ta Nhiệt độ môi trường tăng, phụ tải động cơ tăng sẽ làm tăng Ta và
do vậy giảm lượng không khí nạp.
Các giá trị áp suất và nhiệt độ khí sót ảnh hưởng không nhiều đến hệ số nạp
nhưng giá trị γr thì có ảnh hưởng lớn. Khi tăng γr làm cho nhiệt độ không khí
trong xy lanh ở cuối quá trình nạp tăng, mật độ không khí nạp giảm làm giảm
lượng không khí nạp. Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng khi γr tăng từ 0,05 lên 0,15
thì hệ số nạp giảm từ 0,86 xuống còn 0,69.
Giá trị ảnh hưởng ít đến hệ số nạp và khi tính toán có thể bỏ qua. Pha phân
phối khí tức là góc mở sớm, đóng muộn của các xu páp hay các cửa có ảnh
hưởng đến quá trình nạp và lượng không khí nạp.Việc lựa chọn các pha phân
phối khí một cách hợp lý sẽ làm tăng lượng không khí nạp vào xy lanh động cơ.
Cuối cùng, vòng quay động cơ cũng là một thông số ảnh hưởng đến hệ số
nạp, khi vòng quay động cơ tăng làm tăng sức cản thủy lực của dòng không khí
nạp, làm cho ηn giảm. Đặc biệt ở chế độ khai thác động cơ khi mà cả vòng quay
và phụ tải đều tăng thì ảnh hưởng đồng thời của cả hai yếu tố này đến hệ số
nạp và lượng không khí nạp là rất đáng kể. Khi đó lượng không khí nạp vào


bằng không. Quá trình đó là quá trình đoạn nhiệt tức thời, khi đó n1’ = k. Tiếp tục
Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

21


quá trình nén, nhiệt độ chất khí tăng lên và lớn hơn nhiệt độ thành vách xy lanh.
Lúc này quá trình trao đổi nhiệt từ khí đến vách , chất khí nhả nhiệt và n1’

Trong đó: Flm là diện tích bề mặt được làm mát của xy lanh; V: thể tích của
xy lanh.
Có thể thấy rằng

Flm
tỷ lệ với
V

a.D 2 c
=
b.D 3 D

Như vậy khi động cơ tăng, bề mặt làm mát tương đối giảm, khả năng trao
đổi nhiệt giữa chất khí và vách giảm xuống, n1 tăng lên. Trong động cơ diesel,
việc tăng cường chế độ làm mát nhằm đảm bảo độ bền của các chi tiết nhóm
piston - xy lanh, nhưng cần lưu ý khi nhiệt độ thành vách xy lanh càng nguội thì
n1 càng giảm xuống.
Ngoài các yếu tố chính nêu trên thì tình trạnh kỹ thuật của động cơ cũng có
ảnh hưởng đến chỉ số nén n1. Khi nhóm piston - xy lanh mòn nhiều thì hiện tượng
lọt khí nạp sẽ tăng lên, chỉ số nén đa biến sẽ giảm. Và cuối cùng khi tăng tỷ số
nén ε, nhiệt độ và áp suất của không khí nén sẽ tăng làm tăng lượng nhiệt mà
chất khí truyền cho thành vách xy lanh, đồng thời quá trình rò lọt khí qua xéc
măng cũng tăng lên. Vì vậy tăng tỷ số nén ε, chỉ số nén đa biến trung bình n1 sẽ
giảm xuống.
Giá trị n1 thay đổi liên tục trên đường cong nén nhưng giá trị n1 tại mỗi điểm
có thể tính như sau:
n1 =

lg P2 − lg P1


Tc = Ta .

Pc .Vc
1
= Ta .ε n1 .
Pa .Va
ε

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

23


Vậy
Tc=Ta. ε
(2.13)
Như vậy Pc và Tc tỷ lệ với các thông số đầu quá trình nạp. Tăng Pa, Ta sẽ
làm cho Pc, Tc tăng và ngược lại. Đồng thời Pc, Tc còn chịu ảnh hưởng rất lớn của
chỉ số nén đa biến n1.
Giá trị Pc, Tc quyết định khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu. Để nhiên liệu
có khả năng tự bốc cháy thì nhiệt độ cuối kỳ nén phải lớn hơn nhiệt độ tự bốc
cháy của nhiên liệu từ 200÷250oC, nhiệt độ này vào khoảng 750 – 800oK.Trong
thực tế ở một số động cơ tăng áp, do áp suất Pa tăng tỷ lệ với Ps mà Pc có thể đạt
đến giá trị 80 – 100kG/cm2.
Tăng ε sẽ làm cho Tc tăng nhưng đồng thời cũng làm cho ứng suất cơ và ứng
suất nhiệt của động cơ tăng. Các động cơ diesel tàu thuỷ tỷ số nén thấp nhất để
cho nhiên liệu có khả năng tự bốc cháy là 10 ÷ 10,5. Về lý thuyết khi tăng tỷ số


n1 = K =

C 1p
C v1

Trong đó C p' , Cv' là nhiệt dung riêng đẳng áp, đẳng tích của không khí sạch.

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn

24


Biến đổi :

C P' + CV' − CV'
C P'
n1 = ' =
CV
CV'

Thay

C p' − Cv' = 848 A =

Khi đó:

n1 =


(2.14)

Ta tìm n1 theo phương pháp tính chọn gần đúng dần bằng cách như sau:
Chọn một giá trị n1 bất kỳ thay vào phương trình trên. Sau khi tính toán vế phải
và vế trái của phương trình bằng nhau thì giá trị n1 ta vừa chọn là đúng. Còn
nếu phương trình chưa cân bằng thì chọn lại và tính lại cho đến khi hai vế của
phương trình (2.14) bằng nhau.
Thực nghiệm đã xác định rằng:
Động cơ thấp tốc có làm mát piston:
n1 = 1,33 ÷ 1,37
Động cơ trung tốc không làm mát piston:
n1 = 1,36 ÷ 1,38
Động cơ cao tốc:
n1 = 1,39 ÷ 1,42
2.3 Quá trình cháy
2.3.1 Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu.
2.3.1.1. Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu.
Trong chu trình thực tế, thành phần và tính chất của công chất luôn luôn
thay đổi. Thành phần và tính chất của công chất có ảnh hưởng đến các thông số
của chu trình công tác và do đó đến tính kinh tế, an toàn và tin cậy của động cơ .
Thực chất của quá trình cháy nhiên liệu trong xy lanh động cơ là một quá
trình hết sức phức tạp. Để xác định các thông số của quá trình cháy trước hết cần
phải xác định lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết 1kg nhiên liệu trong xy
lanh động cơ.

Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008

http://www.ebook.edu.vn