Giáo trình cơ khí chế tạo máy

Tổng quan về thực nghiệm và
một số tính năng kỹ thuật cơ
bản của động cơ Diezel

- 1 -


1.1. TỔNG QUAN VỀ KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.
1.1.1. Định nghĩa và yêu cầu chung.
1.1.1.1. Định nghĩa.

Khảo nghiệm động cơ là phương pháp dùng để kiểm tra và nghiên cứu động
cơ đốt trong, để xác định các thông số cơ bản của động cơ, từ đó điều chỉnh sao cho
động cơ có độ tin cậy làm việc và tuổi bền đạt mức cao nhất.
1.1.1.2. Yêu cầu chung.
Khảo nghiệm cần phải tiến hành cho từng động cơ với mục đích kiểm tra các
thông số cơ bản và chất lượng lắp ráp của động cơ. Khảo nghiệm phải tiến hành khi
nghiệm thu lần cuối.
Các động cơ phải được khảo nghiệm định kỳ để kiểm tra các thông số, độ tin
cậy làm việc và độ bền cũng như để kiểm tra tính ổn định của động cơ.
Khảo nghiệm phải được tiến hành trong các điều kiện kỹ thuật cho phép.
1.1.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu động cơ đốt trong.
1.1.2.1. Mục đích nghiên cứu động cơ đốt trong.
Với trình độ hiểu biết hiện nay, chúng ta chưa có khả năng xác định một cách
chính xác những tính chất đặc trưng và công dụng thực tế của động cơ đốt trong
bằng con đường tính toán lý thuyết. Bởi vậy, nghiên cứu động cơ đốt trong vẫn là
một công việc cần thiết nhằm mục đích kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và các
thông số của động cơ, trên cơ sở đó có thể rút ra kết luận về khả năng và phương
hướng hoàn thiện nó.
1.1.2.2. Nội dung nghiên cứu động cơ đốt trong.
1. Nghiên cứu kiểm tra.
Kiểm tra các thông số cơ bản và chất lượng lắp ráp của động cơ sau khi chế
tạo hoặc sữa chữa động cơ. Có hai loại nghiên cứu kiểm tra đó là : “ kiểm tra sản
xuất và kiểm tra định kỳ ”. Cụ thể như sau :
 Kiểm tra sản xuất được tiến hành cho các động cơ trước khi xuất xưởng,
kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc nghiệm thu hay loại bỏ một động cơ cụ thể.

1.1.3.1. Tổ chức xưởng khảo nghiệm động cơ đốt trong.

- 4 -
Xưởng khảo nghiệm động cơ đốt trong là nơi thực hiện những công việc
nghiên cứu động cơ. Nó là một bộ phận trong cơ cấu tổ chức của một cơ sở thiết kế,
chế tạo hoặc nghiên cứu động cơ. Quy mô xưởng thí nghiệm động cơ tuỳ thuộc vào
mục tiêu, tính chất và nội dung nghiên cứu cũng như khả năng tài chính của cơ sở
quản lý. Nói chung xưởng khảo nghiệm động cơ không thể tự thoả mãn đầy đủ về
nguồn nhân lực cũng như trang thiết bị mà phải hợp tác với các cơ sở chế tạo và các
phòng khảo nghiệm khác như :“ nhiên liệu, dầu bôi trơn, sức bền vật liệu, xưởng gia
công cơ khí.v.v…
Một xưởng khảo nghiệm động cơ đốt trong bao gồm các phòng khảo nghiệm
sau :
 Phòng khảo nghiệm chi tiết động cơ.
 Phòng khảo nghiệm hệ thống nhiên liệu.
 Phòng khảo nghiệm động cơ.
 Phòng khảo nghiệm chi tiết động cơ: là nơi tiến hành nghiên cứu các chi
tiết (hoặc cụm chi tiết) riêng lẻ của động cơ hoặc chuẩn bị chúng để nghiên cứu ở
phòng khảo nghiệm. Nội dung nghiên cứu ở đây bao gồm : “ thí nghiệm về sức bền,
tuổi bền các chi tiết trên các thiết bị giá tải, kiểm tra về các kích thước, độ
cứng,.v.v... của các chi tiết so với thiết kế, phòng khảo nghiệm chi tiết động cơ cũng
là nơi đánh giá tình trạng các chi tiết tháo ra từ động cơ được nghiên cứu ở phòng
khảo nghiệm hoặc sau khi thử nghiệm thực tế. Phòng khảo nghiệm động cơ được
trang bị các thiết bị chuyên dùng để khảo nghiệm như : “ bơm dầu bôi trơn, bơm
nước làm mát, thiết bị cân bằng trục khuỷu.v.v….
Để thực hiện đầy đủ nội dung nghiên cứu, phòng khảo nghiệm chi tiết động
cơ phải vận dụng các trang thiết bị của phòng thí nghiệm khác như: “vật liệu học,
sức bền vật liệu”.
 Công việc nghiên cứu các bộ phận của hệ thống nhiên liệu: vòi phun,
bơm cao áp, bộ chế hoà khí, bộ điều tốc… được thực hiện tại phòng thí nghiệm.

thụ công suất do động cơ sinh ra. Thiết bị gây tải cho động cơ thường được gọi là
phanh động cơ, nhiệm vụ của phanh là tạo ra momen hãm gây tải cho động cơ và

- 6 -
cho phép đo được momen quay của động cơ, hoặc công suất của động cơ từ đó ta
tính được các thông số khác có liên quan.
Tuỳ theo mức độ thuận lợi của các loại phanh mà ta có thể sử dụng một
trong các loại phanh sau :
 Phanh cơ học.
 Phanh không khí.
 Phanh điện.
 Phanh thuỷ lực.
 Phanh tổng hợp
Phanh động cơ dùng trong khảo nghiệm động cơ đốt trong phải thoả mãn
các yêu cầu sau:
 Sai số cho phép 1,5% theo TCVN_1684_75.
 Thiết bị phanh có khả năng phanh động cơ trong phạm vi tải trọng và tốc
độ quay tương đối rộng.
 Quá trình phanh phải ổn định.
 Đảm bảo duy trì một chế độ, tốc độ cho trước trong trường hợp có sự
thay đổi tải trọng không lớn trong một thời gian ngắn.
 Bảo đảm đo được số vong quay và momen chính xác.
 Có thể chạy rà động cơ.
 Sử dụng được năng lượng do động cơ phát ra trong quá trình phanh.
 Có khả năng điều khiển từ xa.
1.1.3.4. Dụng cụ, thiết bị và các thông số cần đo khi thí nghiệm.
1. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm.
Tất cả các dụng cụ và thiết bị dùng khi thí nghiệm phải đáp ứng đúng yêu
cầu cho kiểm tra định kỳ theo thủ tục quy định. Các dụng cụ và thiết bị được dùng
để thử nghiệm phục vụ cho đề tài của em sẽ được trình bày chi tiết ở chương 2.

Lượng nước qua động cơ diesel được xác định nhờ lưu lượng kế hoặc ống
thắt tiêu chuẩn.
 Độ ẩm :
Để đo độ ẩm tương đối của không khí phải sử dụng ẩm kế.

- 8 -
1.1.3.5. Chuẩn bị cho khảo nghiệm động cơ.
Động cơ diesel khảo nghiệm phải qua quá trình chạy rà, điều chỉnh và chúng
phải có chứng từ phù hợp.
Thiết bị thí nghiệm để làm bệ thử khi thí nghiệm không được thay đổi những
đặc tính riêng của nó trong suốt quá trình khảo nghiệm.
Vị trí đo nhiệt độ trong ống xả chung đối với diesel không tăng áp và tăng áp
cơ khí, được quy định khoảng cách không nhỏ hơn 5 lần đường kính của ống xả kể
từ chỗ nối mặt bích của ống xả, còn nhiệt độ trong các ống xả của các xylanh thì đo
ở vị trí mà bản thiết kế cho phép, độ sâu đặt dụng dụng cụ đo phải từ 2/3 đến 3/4
đường kính ống xả.
Những dụng cụ đo nhiệt độ và độ ẩm không khí môi trường phải được bố trí
cách xa miệng ống nạp với khoảng cách 1,5m và được bảo vệ tránh các luồng
không khí và bức xạ nhiệt.
Ống thu thanh để đo tiếng ồn của động cơ được đặt cách bề mặt của động cơ
0,5m trên mặt phẳng ngang ở nơi phát ra tiếng động cực đại hoặc nơi trung tâm
trong trường âm đều, nhưng không thấp hơn 1m so với nền nhà.
Số lượng và các vị trí đo, được quy định phù hợp với kiểu loại và kích thước
của động cơ. số lượng các điểm đo không được nhỏ hơn 4.
1.1.3.6. Tiến hành khảo nghiệm động cơ.
 Tiến hành khảo nghiệm bao gồm :
 Thử tính chất khởi động.
 Thử các chế độ làm việc.
 Kiểm tra hệ thống số vòng quay.
 Kiểm tra hệ thống điều chỉnh nhiệt độ.

giảm âm của đường vào đường ra, bộ phận làm sạch không khí và đường ống khí
thải.
 Nếu thời gian thử lâu hơn 8 giờ thì áp suất khí quyển và độ ẩm tương đối
cứ sau 8 giờ phải đo lại.
 Các thông số ở các chế độ làm việc phải được ghi lại ở trạng thái nhiệt ổn
định của diesel.
 Khi bắt buộc phải ngừng thử, vấn đề tiếp tục thử sẽ được quyết định tuỳ
theo các nguyên nhân khi khảo nghiệm động cơ.

- 10 -
 Quá trình khảo nghiệm phải xác định :
 Áp suất không khí, nhiệt độ, độ ẩm tương đối của môi trường không khí
nơi thử.
 Áp suất và nhiệt độ của khí vào tuabin khí ở các động cơ diesel tăng áp.
 Sự đối áp suất và nhiệt độ khí trong ống xả.
 Nhiệt độ khí thải.
 Áp suất không khí và nhiệt độ ở động cơ diesel tăng áp khi có bộ phận
làm mát ( trước và sau khi làm mát).
 Nhiệt độ trong hệ thống làm mát, trong đó nhiệt độ ở các xilanh trong các
lỗ thoát từ nắp và ccác piston khi có bộ nhiệt kế.
 Áp suất và nhiệt độ trong hệ thống bôi trơn.
 Áp suất và nhiệt độ của nhiên liệu.
 Áp suất nén và áp suất cực đại của chu trình.
 Sự giảm áp ở cácte.
 Công suất hoặc mômen xoắn.
 Số vòng phút của động cơ và tuabin máy nén khí.
 Số vòng phút ổn định nhỏ nhất không tải hoặc dưới mức toàn tải.
 Khởi động.
 Sự hoạt động của hệ thống tín hiệu an toàn và bảo vệ.
 Sự hoạt động của hệ thống điều khiển tự động

cơ đốt trong bằng ba nhóm thông số sau đây : “ tốc độ của động cơ, tải của động cơ
và hiệu suất của động cơ ”.
1.2.2. Khái niệm các thông số về tính năng kỹ thuật của động cơ.
1.2.2.1. Khái niệm thông số về tính năng kỹ thuật của động cơ đốt trong.
Thông số tính năng kỹ thuật của động cơ là những đại lượng đo được khi
động cơ làm việc ở điều kiện cụ thể. Nó biểu hiện ở tốc độ, tải, và hiệu suất của
động cơ.

- 12 -
Thông số kỹ thuật của động cơ thể hiện chất lượng làm việc của động cơ
mang lại. Và các thông số làm việc này luôn luôn thay đổi theo đặc điểm khai thác
vận hành.
1.2.2.2. Tốc độ của động cơ.
Tốc độ quay ( n ).
Là số vòng quay của trục khuỷu trong một đơn vị thời gian. Đơn vị thường
dùng là vòng/phút, viết tắt là [ vg/ph ] hoặc [ rpm ].
Tốc độ quay của động cơ đốt trong thường thay đỏi trong quá trình động cơ
hoạt động tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc hoặc yêu cầu của người vận hành động
cơ.
Cần phân biệt một số khái niệm tốc độ quay sau đây :
 Tốc độ quay danh nghĩa ( n
n
) :Là tốc độ quay do nhà chế tạo định ra và
là cơ sở để xác định công suất danh nghĩa, để tính toán các kích thước cơ bản của
động cơ và để lựa chọn chế dộ làm việc hợp lý.v.v..
 Tốc độ quay cực đại ( n
max
): Là tốc độ quay lớn nhất mà nhà chế tạo cho
phép sử dụng trong một khoảng thời gian xác định mà động cơ không bị quá tải.
 Tốc độ quay cực tiểu ( n

.nS
Cm  (1.1)
Trong đó : - C
m
:Vận tốc trung bình của piston, [ m/s ].
- S : Hành trình của piston, [ m ].
- n : Tốc độ quay của động cơ, [ rpm ].
Tốc độ là thông số tính năng đánh giá số chu trình công tác được thực hiện
trong một đơn vị thời gian và đặc trưng cho “tính cao tốc” của động cơ, trong đó
bao hàm hàng loạt tính chất vận hành, như cường độ làm việc, cường độ hao mòn
các bề mặt ma sát, phụ tải cơ và phụ tải nhiệt, v.v..
Căn cứ vào tốc độ, động cơ đốt trong được phân thành : “động cơ thấp tốc,
động cơ trung tốc và động cơ cao tốc’’, cả tốc dộ quay (n) và vận tốc trung bình đều
được dùng làm tiêu chí để đánh giá tính cao tốc.
1.2.2.4. Tải của động cơ.
Tải là đại lượng đặc trưng cho số cơ năng mà động cơ phát ra trong một chu
trình công tác hoặc trong một dơn vị thời gian. Các đại lượng dùng để đánh giá tải
của động cơ đốt trong bao gồm : “ áp suất trung bình, công suất, momen quay ”.
1. Áp suất trung bình của chu trình.
Áp suất trung bình của chu trình là đại lượng được xác định bằng tỷ số giữa
công sinh ra trong một chu trình ( gọi tắt là công chu trình) và dung tích công tác
của xy lanh.

s
ct
tb
V
W
P 
(1.2)

- W
t
: Công lý thuyết của chu trình, [ J ].
- W
i
: Công chỉ thị của chu trình, [ J ].
- W
e
: Công có ích của chu trình, [ J ].
- W
m
: Công tổn thất cơ học, [ J ].
 Công chỉ thị (W
i
).
Là công do môi chất công tác sinh ra trong mọt chu trình thực tế, trong đó
chưa xét đến phần tổn thất cơ học. Có thể xác định công chỉ thị như sau :
W
i
= Q
1
- Q
i
= Q
1
– ( Q
m
+ Q
x
+ Q


- 15 -
 Tổn thất do ma sát giữa các chi tiết của động cơ chuyển động tương đối
với nhau.
 Phần năng lượng tiêu hao cho việc dẫn động các thiết bị và cơ cấu của bản
thân động cơ, như : bơm nhiên liệu, bơm dầu bôi trơn, bơm nước làm mát, cơ cấu
phân phối khí, v.v..
 Tổn thất bơm.
 Công có ích ( W
e
).
Là công thu được ở đầu ra của trục khuỷu. đó là phần cơ năng thực tế có thể
sử dụng được để dẫn động hộ tiêu thụ công suất.
W
e
= Q
1
- Q
e
= W
i
- W
m
(1.7)

2. Công suất của động cơ.
Công suất là tốc độ thực hiện công. trị số của công suất cho ta biết động cơ
đó mạnh hay yếu.
 Đơn vị :
 Oat, kilowatt (W, KW )

(1.8)

z
inVP
N
se
e
...
 (1.9)
Trong đó :
i_ số xylanh của động cơ.
z_Hệ số kỳ ; z =1 đối với động cơ hai kỳ; z = 2 đối với động cơ 4 kỳ.
 Công suất danh nghĩa ( N
en
).
Là công suất có ích lớn nhất mà động cơ có hể phát ra một cách liên tục
trong khoảng thời gian không giới hạn ở những điều kiện quy ước mà không bị quá
tải về cơ và nhiệt.
Các điều kiện cơ bản quy ước khi xác định công suất danh nghĩa của động cơ
đốt trong bao gồm:
 Điều kiện khí tượng tiêu chuẩn.
 Tốc độ quay danh nghĩa.
 Loại nhiên liệu và chất bôi trơn xác định.
 Trang thiết bị phụ trợ cho động cơ khi đo công suất, v.v..
 Công suất quy đổi ( N
e
).
Là công suất của động cơ đã được hiệu chỉnh theo các diều kiện tiêu chuẩn.
TCVN 1685 – 75 quy đỊnh cách quy đổi công suất động cơ diesel không tăng
áp như sau :

nhất định mà không bị quá tải.
 Công suất sử dụng ( N
es
).
Là công suất có ích do người thiết kế tổ hợp động cơ - hộ tiêu thụ công suất
khuyến cáo sử dụng để vừa phát huy hết tính năng của động cơ vừa đảm bảo độ
bền, độ tin cậy cần thiết.
1.2.2.5. Hiệu suất của động cơ.
1. Khái niệm.
Hiệu suất là đại lượng đánh giá hiệu quả biến đổi nhiệt năng thành cơ năng.
Để đánh giá mức độ tổn thất trong từng công đoạn của cả quá trình biến đổi
năng lượng, người ta đưa ra các khái niệm hiệu suất sau đây : “ Hiệu suất lý thuyết,
hiệu suất chỉ thị, hiệu suất cơ học, hiệu suất có ích” .
 Hiệu suất lý thuyết (η
t
).
Hiệu suất lý huyết là hiệu suất nhiệt của chu trình nhiệt động lý thuyết.
 Hiệu suất chỉ thị (η
i
).
Hiệu suất chỉ thị là hiệu suất nhiệt của chu trình nhiệt động thực tế.

i
=
1
1
1
1
1 Q
QQQQ

 Hiệu suất có ích ( η
e
).
Hiệu suất có ích là đại lượng đánh giá tất cả các dạng tổn thất năng lượng
trong quá trình biến đổi nhiệt năng thành cơ năng có ích ở động cơ. Và nó được xác
định bằng công thức như sau :
η
e
= 
1Q
We
η
i
. η
t-i
= ηt .η
t-i
.η
m
(1.13)

Trong đó: Η
t-I
_ Hệ số diện tích đồ thị công, nó đặc trưng cho mức độ khác
nhau giữa diện tích đồ thị công chỉ thị và đồ thị công lý thuyết.
 Suất tiêu hao nhiên liệu ( g
e
).
Hiệu quả biến đổi nhịêt năng thành cơ năng của động cơ đốt trong cũng đồng
nghĩa với khái niệm “ tính tiết kiệm nhiên liệu ” của nó. Trong thực tế khai thác,

h
là [ kg/h ] hoặc [ lít/h ].
 Đơn vị thường dùng của g
e
là [ g/Kw.h ] hoặc [ g/HP.h ]. - 19 -


THỰC VẬT. - 20 -
2.1. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA
ĐỘNG CƠ DIESEL.
2.1.1. Tổng quan về đặc tính của động cơ.
2.1.1.1. Định nghĩa.
Đặc tính động cơ là hàm số (hay đồ thị) thể hiện sư biến thiên cuả các thông
số công tác cơ bản của động cơ thay đổi theo một thông số khác hoặc thay đổi theo
một thông số nào đó gây ảnh hưởng tới chu trình công tác của động cơ.
Như vậy một thông số khác hoặc nhân tố nào đó kể trên được coi là biến số
độc lập .
Ví dụ : Nếu một biến số độc lập là tải trọng của động cơ thì đặc tính được gọi
là đặc tính tải và có thể biểu diễn dưới dạng hàm số như sau :
X
i
= f (N
e
, p
e
, M
e
) khi n= const
Trong đó :
X
i
: Các thông số công tác cơ bản của động cơ ;(G
e
, g

 Đặc tính điều tốc.
 Đặc tính chân vịt.
 Đặc tính điều chỉnh.
Các dặc tính của động cơ được xác định bằng thực nghiệm trên bệ thử động
cơ.

- 21 -
Trong phạm vi của đề tài này ta chỉ tìm hiểu đặc tính không tải và đặc tính
tải của động cơ diesel D12 sử dụng nhiên liệu diesel so với nhiên liệu Biodiesel từ
dầu thực vật.
2.1.2. Các biểu thức dùng để phân tích đặc tính của động cơ diesel.
Muốn phân tích đặc tính của động cơ cần lập mối quan hệ toán học giữa các
chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ, như công suất có ích N
e
, mômen có ích M
e
, áp
suất có ích trung bình P
e
, suất tiêu hao nhiên liệu có ích g
e
, lượng tiêu hao nhiên liệu
giờ G
h
và các thông sô của chu trình như : 
v
, 
m
, 
i

H
m
P
i
P
e k
...  ; (P
a
) ( 2.2 )



mi
g
ct
L
o
H
n
N
e
N
e
M
e k
...
30
.  ; (N.m) ( 2.3 )



Trong đó :
- n: Tốc độ quay của động cơ; (vòng/phút).
- V
h
: Thể tích công tác của xi lanh; (m
3
).
- H: Nhiệt trị; (J/kg)
- 
k
: Khối lượng riêng của không khí; (kg/m
3
).
2.1.2.1. Đặc tính không tải.
1. Khái niệm.
Đặc tính không tải là hàm số (hay đồ thị ) thể hiện sự biến thiên của lượng
tiêu hao nhiên liệu trong một giờ (G
h
) theo số vòng quay khi động cơ không mang
tải (P
e
= N
e
=0) do đó 
m
= 0, g
e
= .

- 22 -

1. Khái niệm.
Đặc tính tải là hàm số (hay dồ thị ) thể hiện sự biến thiên của suất tiêu hao
nhiên liệu (g
e
), lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ (G
nl
) và các thông số khác
của động cơ theo công suất, mômen quay hoặc áp suất có ích trung bình khi động
cơ chạy ở vòng quay không đổi.
X
i
= f (N
e
, M
e
, p
e
) khi n = const
2. Công dụng:
 Qua đặc tính tải có thể xác định suất tiêu hao nhiên liệu g
e
,G
h
và các
thông số công tác khác cho từng số vòng quay khi thay đổi phụ tải động cơ. Xác
định g
emin
, g
ct,
giới hạn (nhả khói đen), T

V
N
e
g
e
G
h
h
...
30
.
.



; (kg/s) ( 2.7 )
Trong đó : - n: Tốc độ quay của động cơ; (vòng/phút).
- V
h
: Thể tích công tác của xi lanh; (m
3
).
- H: Nhiệt trị; (J/kg).
- 
k:
Khối lượng riêng của không khí; (kg/m
3
).
Thay đổi tải mà n=const thì ta thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi
chu trình (g

 Phanh cơ khí.
 Phanh không khí.
 Phanh thuỷ lực.
 Phanh điện.
 Sau đây ta dùng phanh điện gồm phanh điện dòng một chiều và phanh
điện dòng xoay chiều. Để xác định công suất có ích của động cơ ta dùng một trong
hai loại phanh trên và được tính theo công thức như sau :
 Đối với phanh điện dòng một chiều thì N
e
(hp) có công thức tính như sau:
),(
.
.36,1 hp
IU
N
e



(2.8)
 Đối với phanh điện dòng xoay chiều thì N
e
(hp) có công thức tính như
sau:
),(cos
.
.36,1 hp
IU
N
e

Trích đoạn Đặc tính của Biodiesel. Sự chuẩn bị trước khi máy vận hành.

---