Chương 2
TẢI TRỌNG VÀ ỨNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONGt
2.1. Khái quát
Một trong những nhiệm vụ của nhân viên phục vụ ĐCĐT tàu quân sự là khai thác
các chế độ làm việc của chúng, loại trừ quá tải, hư hỏng các chi tiết và mài mòn
nhanh chóng. Trước tiên phân tích các điều kiện làm việc ở trên tàu và những
trường hợp có thể làm cho ĐCĐT quá tải, cần thiết phải hiểu các khái niệm quá tải
của động cơ.
2.1.1. Tải trọng của động cơ
1. Khái niệm
Tải của động cơ được xác định bằng giá trị của mô men cản tại mặt bích xuất
lực. ở chế độ làm việc ổn định của động cơ (n = const) mô men cản của máy tiêu thụ
công bằng mô men xoắn của động cơ (M
C
= M
e
), vì vậy mô men xoắn cũng như mô
men cản là chỉ số trực tiếp của tải động cơ. Ví dụ: P
e
- áp suất có ích trung bình và
- công có ích của khí trong xi lanh động cơ sau một chu trình. Thể hiện trong các
phương trình (2.1) và (2.2):
(2.1)
(2.2)
N
e
- Công suất có ích của động cơ, cv;
M
e
- Mô men xoắn có ích của động cơ.
Z - Số xi lanh;

e
):
Công suất có ích động cơ (N
e
): là chỉ tiêu trực tiếp của tải trong điều kiện n =
const, suy ra từ phương trình:
N
e

= (2.3)
c, Tiêu hao nhiên liệu cho chu trình và tiêu hao nhiên liệu giờ ( , )
Các chỉ tiêu gần đúng của tải là tiêu hao nhiên liệu cho chu trình và tiêu hao
nhiên liệu giờ.
N
e
= (2.4)
N
e
= (2.5)
Đặt vào phương trình mô men xoắn:
( 2.6)
Liên kết các thành phần không đổi bằng các hệ số A
3
và A
4
, ta nhận được:
M
e
= A
3

chất lượng trạng thái cân bằng đồng đều tải của các xylanh và của động cơ nói chung.
e, Nhiệt độ khí xả của các xylanh và trong ống góp khí xả:
Nhiệt độ khí xả của các xylanh và trong ống góp khí xả cũng là chỉ tiêu gián
tiếp của tải động cơ, bởi vì nhiệt độ của tải sẽ thay đổi theo hướng thay đổi của tải.
Mặt khác cũng giống như áp suất cháy cực đại thì nhiệt độ của khí thải cũng phụ
thuộc vào góc phun sớm nhiên liệu, vào chế độ làm mát và vào một số yếu tố khác.
Giá trị nhiệt độ của khí thải dùng để đánh giá chất lượng tải của các xylanh và của
động cơ nói chung.
Trong thời gian động cơ làm việc kết quả cháy nhiên liệu theo quá trình công
tác và truyền mômen xoắn cho máy tiêu công, trong các chi tiết xuất hiện các ứng
suất nhiệt và cơ khí; các chỉ tiêu của ứng suất nhiệt và ứng suất cơ khí dùng để xác
định độ bền và tuổi thọ của các chi tiết.
2.1.2. ứng suất cơ khí
ứng suất cơ khí của động cơ được đặc trưng bởi giá trị và đặc tính thay đổi của
các ứng suất cơ khí, sự biến dạng và các áp suất riêng xuất hiện trong các chi tiết và ổ
đỡ khí động cơ mang tải.
Các ứng suất cơ khí, biến dạng và áp suất riêng được xác định bằng các giá trị
và tính chất thay đổi của các lực tác dụng trong các chi tiết của động cơ trong thời
gian động cơ làm việc. Khả năng làm việc của động cơ, các điều kiện bôi trơn và mài
mòn, khẳ năng xuất hiện các ứng suất mỏi và những hư hỏng trong các chi tiết, cơ
cấu dẫn động và trong các ổ đỡ đều phụ thuộc vào mức độ của cường độ cơ khí.
Mức độ công tác theo cường độ cơ khí của động cơ thường được đảm bảo bằng
hệ số dự trữ sức bền cao, mặt khác trong một số động cơ cường hoá có một số chi
tiết hiện nay cường độ cơ khí của chúng đạt gần đến giới hạn. Nếu dưới sự ảnh
hưởng của bất kỳ một yếu tố nào làm cho sự tác dụng của các lực hoặc thay đổi tính
chất thì có thể dẫn đến làm hư hỏng các chi tiết, hư hỏng động cơ. Điều đó có thể
chứng minh qua một số trường hợp hư hỏng của động cơ do gãy thanh truyền, trục
khuỷu, nứt các chi tiết cố định và trong các chi tiết khác.
2.1.3. ứng suất nhiệt
Nhiệt lượng do nhiên liệu cháy sản ra trong xi lanh động cơ chuyển một phần

i
hoặc các thông số không
thứ nguyên tạo bởi tỷ số của các nhiệt độ này với nhiệt độ giới hạn cho phép trong
vùng cho trước,
2. Các ứng xuất nhiệt δ
Ti
do các chênh lệch nhiệt độ, là tổng đại số với các ứng
suất do tải trọng cơ khí, hoặc các thông số không thứ nguyên tạo bởi các thông số của
các ứng suất này với ứng suất giới hạn.
3. Giá trị của các khe hở trong các chi tiết liên kết của động cơ hoặc các thông
số không thứ nguyên tạo bởi tỉ số của các khe hở này với giới hạn cho phép.
2.2. Cường độ cơ khí và các chỉ tiêu của ứng suất cơ khí trong các chi tiết động
cơ
ứng suất cơ khí của động được đặc trưng bằng ứng suất biến dạng và áp suất
riêng xuất hiện trong các chi tiết khi động cơ mang tải. Do trực tiếp các ứng suất hoặc
các chi tiêu trực tiếp của cường độ cơ khí động cơ rất khó phân tích, vì vậy để đánh
giá chúng ở các tải khác nhau trong điều kiện khai thác có thể sử dụng các chỉ tiêu
gián tiếp, dựa vào đó có thể dự đoán về sự thay đổi đạt đến giới hạn nguy hiểm của
các ứng suất cơ khí. Để xác lập các chỉ tiêu gián tiếp ta xem các lực tác dụng lên các
chi tiết cơ bản của động cơ trong thời gian hoạt động.
2.2.1. Cường độ cơ khí của các chi tiết cố định
Các chi tiết cố định của động cơ trong thời gian làm việc chịu các lực tác dụng
của áp suất khí thể trong xi lanh. Lực cực đại tác dụng lên chi tiết cố định được xác
định bằng giá trị áp suất cháy cực đại (áp suất cực đại của chu trình) P
Z
, là chỉ tiêu
gián tiếp của cường độ cơ khí của chi tiết cố định. Ngoài lực P
Z
ra còn có tác dụng
của lực xiết ban đầu lên các chi tiết lắp ghép của chi tiết cố định, các liên kết neo, nắp

p
(2.12)
P
kc
- Áp suất khí cháy;
P
j
- Lực quán tính của các khối lượng chuyển động pít tông và thanh truyền;
P
0
- Lực áp suất khí quyển tác động lên pít tông;
P
ms
- Lực ma sát;
P
p
- Lực của khối lượng pít tông.
Các lực P
0
, P
ms
, P
p
có thể bỏ qua vì giá trị thực tế và sự phụ thuộc của chúng
vào chế độ làm việc của động cơ ít. Như vậy, với mức độ chính xác tương đối có thể
xác định P theo phương trình:
P = P
kc
+ P
j

thức cho độ dự trữ bền có dạng:
- Đối với động cơ bốn kỳ:
P
kc
P
j
P
mi
n
P
2π 3ππ
0
P
max
P
2ππ
P
max
P
mi
n
0
P
j
P
kc
P
a)
b)
Hình 2.1. Sự thay đổi các lực tác dụng lên pít tông

K
i
- hệ số phụ thuộc vào số xylanh và số kỳ của động cơ.
Như vậy, biên độ của các lực tiếp tuyến và suy ra ứng suất tiếp cũng tỷ lệ với áp
suất cháy cực đại P
Z
. Độ dự trữ bền cho các ứng suất tiếp tuyến:
t
Σmin
t
Σmax
t
Σtb
t
Σ
Hình 2.2. Sự thay đổi của
lực tiếp tuyến tổng
+
-
-
(2.22)
τ
-1
- Giới hạn mỏi khi xoắn đối với chu kỳ đối xứng;
τ
a
- Biên độ của các ứng suất tiếp;
K
τ
- Hệ số tập trung ứng suất tiếp;

đến độ bền của các ổ đỡ cơ cấu tay quay thanh truyền.
Nguyên nhân hư hỏng của động cơ có thể do việc tăng cường độ cơ khí do việc
tăng rất lớn lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và quay P
j
và P
R
,
giá trị của chúng được xác định bằng các phương trình:
P
J
= M
J
Rω
2
(cosα + λcos2α) (2.24)
P
R
= M
R
Rω
2

(2.25)
Trong đó:
M
J
,

M
R

thay thế các liên kết mềm trung gian.
2.2.3. Các chỉ tiêu gián tiếp của cường độ cơ khí
- Áp suất cháy cực đại P
z
;
- Tốc độ tăng áp suất (độ cứng làm việc của động cơ): ;
- Tốc độ góc ω hay số vòng quay của trục khuỷu n
đc
;
- Mức độ dao động xoắn và chấn động của trục.
Động cơ có thể hư hỏng do việc tăng lâu dài một trong những chỉ số trên hoặc
do kết quả xuất hiện vùng cộng hưởng của các dao động xoắn.
Khi phân tích sự thay đổi ứng suất cơ khí của động cơ do tác dụng của các yếu
tố khai thác bất kỳ, trước hết là theo dõi sự thay đổi của các chỉ tiêu gián tiếp kể trên.
2.2.4. Sự quá tải về mặt cơ khí của động cơ
Việc quá tải về phương diện ứng suất cơ khí làm giảm độ bền và tuổi thọ của
động cơ. Sự phức tạp của vấn đề này lừ ở chỗ, việc quá tải về phương diện cơ khí
trong rất nhiều trường hợp có thể không xuất hiện tức thời mà trải qua một khoảng
thời gian. Điều đó đòi hỏi nhân viên phục vụ động cơ phải hiểu biết bản chất vật lý
của các hiện tượng và thấy trước sự nguy hiểm của chúng hoặc các trường hợp quá tải
cơ khí khác. Việc quá tải có thể dẫn đến làm tăng nhanh chóng cường độ hư hỏng các
chi tiết và nhanh chóng phá huỷ động cơ, nếu như các ứng suất cơ khí trong một số
chi tiết vượt quá giới hạn bền hoặc áp suất riêng trong các ổ đỡ trở nên lớn hơn khả
năng chịu đựng của chúng.
Việc quá tải động cơ về mặt ứng suất cơ khí có thể từ một số trường hợp đặc
trưng sau:
- Khi có sự thay đổi tương đối góc phun sớm nhiên liệu về phía tăng đột ngột
áp suất cháy cực đại và làm tăng độ cứng làm việc của động cơ. ở các tải gần với toàn
tải, các ứng suất cơ khí có thể vượt quá các giới hạn cực đại cho phép.
- Khi có sự ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài có liên quan đến việc giảm