Đặng Tiến Hòa

- 96 -
Chơng 5
Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ
5.1. Các loại chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật
Để đánh gía chất lợng động cơ, ta dùng các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật chủ yếu sau:
- Công suất.
- Gía thành một đơn vị công.
- Hiệu suất của động cơ .
- Tuổi thọ .
- Trọng lợng.
- Kích thớc bề ngoài và vì vậy
Tùy thuộc và công dụng cũng nh điều kiện sử dụng động cơ mà các chỉ tiêu trên giữ
những vai trò chủ yếu khác nhau. Đó là vì chất lợng của mỗi loại động cơ ảnh hởng khác
nhau tới các chỉ tiêu của toàn bộ thiết bị động lực hoặc các phơng tiện vận tải. Sau đây cần
làm rõ khái niệm và nội dung đối với từng chỉ tiêu nói trên của động cơ.
a. Công suất của động cơ nói lên yêu cầu đối với thiết bị động lực mà ta sử dụng. Công
suất có ích là công suất thu đợc trên trục máy của động cơ. Đó là chỉ tiêu rất quan trọng, nó
không phụ thuộc vào công dụng và kiểu loại động cơ, bởi vì nâng cao công suất là mục đích
thiết kế và chế tạo của bất kỳ một loại động cơ nào.
b. Giá thành một đơn vị công của động cơ đợc thể hiện bằng đồng (đ) trên một KW
có ích giờ hoặc (mã lực có ích trong một giờ). Nó do những chi phí dới đây hợp thành.
- Chi phí về nhiên liệu
- Chi phí về chế tạo động cơ
- Chi phí cho việc sửa chữa động cơ
- Chi phí cho việc bảo dỡng sử dụng động cơ
Mỗi một loại chi phí trên đều phụ thuộc vào các thông số của động cơ
Thí dụ: Chi phí về nhiên liệu chủ yếu phụ thuộc vào hiệu suất động cơ loại nhiên liệu
và thời gian làm việc của động cơ ở các chế độ công tác khác nhau. Chi phí về chế tạo động cơ
phụ thuộc vào kích thớc, cấu tạo của động cơ phơng thức sản xuất (hàng loạt, đơn chiếc


h
i
i
V
L
p =
(J / m
3
hoặc N/m
2
= Pa) (5-1)
trong đó: L
i
(J hoặc N.m) công chỉ thị trung bình
V
h
(m
3
) thể tích công tác của xy lanh, xác định theo
thứ nguyên của p
i
là thứ nguyên của áp suất Pa (N/m
2
)
Thông thờng ngời ta dùng MPa (MN/m
2
) làm đơn vị tính áp suất, do đó từ (5-1)có:
P
i

p
đẩy piston dịch chuyển một vi lợng hành trình ds sẽ tạo ra vi lợng
công dL
i
theo biểu thức:
dL
i
= F
p
.ds = ( p p
0
)
4
2
D

.ds = (p p
0
) dv (5-4)
trong đó dv là vi lợng biến thiên của thể tích công tác
tích phân biểu thức (5-4) theo một chu trình sẽ tìm đợc công chỉ thị của chu trình L
i
:
L
i
=

=
trinhchutrinhchu
i

i
=








+++

hut nen nogianchay xa
h
dvppdvppdvppdvpp
V
)()().().(
1
0000
(5-7)
đối với động cơ 2 kỳ:
p
i
=







hut
dvp
0
=


xa
dvp
0
và


+
nogianchay
dvp
0
=


nen
dvp
0
nên (4-7) và (5-8) đợc viết
thành: p
i
=





(5-10)
Đồ thị công p = f(V) hoặc p = f() (trong đó là góc quay trục khuỷu) là do thiết bị
xác định đồ thị (indicateur) vẽ ra khi động cơ đang hoạt động. Tung độ của đồ thị phản ánh
các giá trị của áp suất trong xi lanh, còn hoành độ của đồ thị là vị trí của đỉnh piston hoặc vị trí
bán kính quay của trục khuỷu phản ánh thể tích của xi lanh hoặc góc quay trục khuỷu .
Khái niệm về áp suất chỉ thị trung bình P
i
là một khái niệm quan trọng, thờng gặp
trong giáo trình và các tài liệu khoa học nghiên cứu về động cơ đốt trong. Do đó cần phải làm
sáng tỏ thêm một vài khía cạnh của khái niệm này.
Thực hiện phân tích đồ thị dựa theo đồ thị công và dựa theo các tích phân trong móc
vuông của các biểu thức (5-7), (5-9) hoặc (5-8), (5-10) sẽ xác định đợc diện tích f, thể hiện
công chỉ thị của chu trình công tác :
f =

f (+) -

f (-) ; (mm
2
) (5-11)
Đặng Tiến Hòa

- 99 -
trong đó : f(+) diện tích công dơng của chu trình, chiều diễn biến thuận chiều kim
đồng hồ ;
f(-) diện tích công âm của chu trình, chiều diễn biến ngợc chiều kim đồng
hồ (hình 4.1a)
Nếu tỉ lệ xích tung độ (áp suất) là : m
p
(MPa/mm) tỉ lệ xích hoành độ (thể tích V) là

Vì vậy, theo (5-7), (5-9) hoặc (5-8), (5-10) sẽ đợc :
p
i
=
l
f
m
p
, (MPa =
2
m
MN
) (5-12)
Nếu gọi h =
l
f
(mm) là chiều cao trung bình của đồ thị công, thì từ (5-12) có thể dịnh
nghĩa về p
i
nh sau : áp suất chỉ thị trung bình p
i
là chiều cao trung bình của đồ thị công (đồ
thị p-V) nhân với tỉ lệ xích tung độ của đồ thị. Biểu thức (5-12) rất tiện lợi, thờng đợc sử
dụng, vì nó chỉ rõ phơng pháp xác định p
i
nhờ đồ thị công.
Diện tích đồ thị công của động cơ bốn kì gồm hai phần :
Phần diện tích của kỳ nén và kì công tác (cháy giãn nở) ;
Phần diện tích của kì hút và kì xả.
Phần thứ nhất là phần chính, tạo nên công dơng của môi chất. Phần thứ hai là phần

[

nen
pdV +

nogianchay
pdV ] (5-13)
Tích phân thứ nhất trong ngoặc có giá trị âm vì p
và dV khác dấu (p > 0 và dV < 0) còn tích phân thứ hai
luôn luôn dơng vì p và dV cùng dấu (p > 0 và dV > 0).
Nếu gọi p
ct
(p
2
) là áp suất trung bình theo thể
tích của kì công tác (cháy giãn nở) và p
n
(P
i
) áp suất
trung bình theo thể tích của kì nén, sẽ có :

h
V
1

nogianchay
pdV = p
ct
= p

và kì nén p
1
. Cần lu ý
trong định nghĩa thứ ba của p
i
đã lợc bỏ không tính công của hành trình bơm. Các chơng
sau chúng ta chỉ định nghĩa về p
i
theo các biểu thức (5-13) và (5-16). Tất nhiên khái nhiệm về
p
i
đầy dủ nhất và có ứng dụng thức tế vẫn là định nghĩa có tính cả công của các hành trình
bơm.
Hiện nay giá trị p
i
nằm trong giới hạn sau :
- động cơ không tăng áp : p
i
= 0,7
ữ
1,2 MPa
- động cơ tăng áp có thể đạt p
i
= 3,0 MPa hoặc lớn hơn.

5.3. Công suất của động cơ
Công do khí sinh ra trong xylanh đối với một chu trình đợc xác định bằng đồ thị công
gọi là công chỉ thị của chu trình.
Căn cứ vào định nghĩa về khái niệm P
i

- 101 -
- số kỳ trong một chu trình (số hành trình pitông trong một chu trình)
Công chỉ thị trong 1 giây (công suất):

;/
2
sNmL
n
L
ii

=
(5-6)
Trong đó : i - số xylanh của động cơ
Còn nếu nh các xylanh có thể tích không giống nhau, thì
)(
2
2211
++= iLiL
n
L
i

(5-7)
Động cơ có thể tích không đồng đều trong các xylanh thơng là động cơ mà cơ cấu
thanh truyền khuỷu trục có thanh truyền phụ thuộc và loại động cơ tác dụng kép.
5.3.1. Công suất chỉ thị
)iViV(nP
2
N


kW
nVP
N
hii
i

30
.
=
(5-11)
hoặc trong trờng hợp đơn giản :
kW
30
i.n.VP
N
hi
i

=
(5-12)
5.3.2. Công suất có ích
Công suất có ích là công suất đo đợc tại đầu ra của trục khuỷu, ở đó công của động
cơ đợc truyền đến những nơi cần năng lợng (máy công tác hoặc hộp số). Công suất có ích
của động cơ nhỏ hơn công suất chỉ thị một trị số bằng công công của tất cả các lực cản tác
dụng trong các cơ cấu của động cơ gồm:
a) Công tiêu hao cho ma sát;
b) Dẫn động các cơ cấu phụ (bơm nớc , bơm dầu, bơm nhiên liệu vv);
c) Dẫn động các cơ cấu phân phối khí;
d) Tổn thất "bơm", tức là những lực cản ở hành trình "bơm" của pisttông trong động cơ

P
e
=
m
P
i
. (Pa- N/m
2
hoặc MPa- MN/m
2
)
(5-15)
rõ ràng là:
;kW;
.30
i.V.n.P
.N.N
he
ime

=
(5-16)
Trong đó P
e
tính theo MN/m
2

5.3.3. Mô men
Trong kỹ thuật ngời ta xác định N
e

=
.20
n.i.V.p
60
2.n.M
N
hee
eVh.i
M
.p
e
e
=
trong đó : Tốc độ góc của trục khuỷu
5.3.4. Công suất lít
Công suất lít N
L
là tỷ số giữa công suất qui định của động cơ và tổng thể tích công tác i. V
h
đo
bằng lít của động cơ:

h
e
L
V.i
N

trong đó G
n1
- lợng tiêu hao nhiên liệu trong 1 giây (kg/s hoặc m
3
/s); Q
H
- nhiệt trị thấp của
nhiên liệu tơng ứng tính theo (J/kg hoặc J/m
3
)
Hiệu suất có ích của động cơ, căn cứ theo định nghĩa, bằng :

Hnl
e
e
Q.G
N
= (5-20)
hoặc tính theo suất tiêu hao nhiên liệu có ích:

;/)hoặc(,
3
Wsmkg
N
G
g
e
nl
e
=

10.6,3
=
Trong đó Q
H
- tính theo MJ/kg và g
e
- (g/kW.h)
5.4.2. Hiệu suất chỉ thị
Hiệu suất chỉ thị của động cơ cũng đợc xác định tơng tự nó là tỷ số giữa công chỉ
thị của động cơ với số nhiệt lợng do nhiên liệu sinh ra:

;
.
1 Hn
i
QG
Ni
=

(5-23)
hoặc:
;
Q.g
1
Hi
i
= (5-24)
trong đó:

Wsmhoặckg

.
me
i
e
g
N
N

.= (5-26)
Đa công thức (5-26) vào công thức (5-24), đồng thời tham khảo công thức (5-22) ta
sẽ đợc :

hoặc
mie
m
e
i


==

(5-27)
hiệu suất chỉ thị của các loại động cơ thờng nằm trong phạm vi :

i
= 0,22 ữ 0,5
Đặng Tiến Hòa

- 104 -
5.5. Giá thnh một đơn vị công


ed
d
N
x

đồng / kW có ích giờ
Nếu biết tiền sửa chữa động cơ (đại tu, trung tu và tiểu tu )là x
sc
trong toàn bộ thời gian
phục vụ

d
của động cơ, thì có thể tính đợc phần giá trị thnfh một đơn vị cộng tơng ứng

ed
sc
N
x

đồng/ kW có ích giờ
Nếu biết giá thành sử dụng động cơ (lợng thợ máy, vật liệu bôi trơn vv) trong một
năm là x
sd
và số giờ làm việc của động cơ trong một năm
g
với công suất trung bình là N
e
thì
có thể tính đợc thành phần giá thành một đơn vị công cuối cùng.

N
1
Q.
10.6,3
xx
đồng / kW có ích giờ

5.6. Những chỉ tiêu khác
Trọng lợng động cơ P
d
phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố có liên quan tới quá trình công
tác và kết cấu của động cơ. Để so sánh động cơ về mặt đó ngời ta dùng khái niệm suất trọng
lợng (G
e
)

qd
e
d
e
N
P
G = N/kW có ích (5-28)
Tức là trọng lợng ứng với 1kW có ích của động cơ quy định. Suất trọng lợng của
động cơ xê dịch trong khoảng G
e
= 13 ữ700N/kW có ích ; trị số nhỏ ứng với các loại động cơ
cao tốc sử dụng kim loại nhẹ (hợp kim nhôm) và thép quý. Động cơ xăng có thể nhẹ hơn so
Đặng Tiến Hòa


N
N
h
eqd
L
.
= kW có ích (5-30)
hoặc

30
np
N
e
L
= kW có ích (5-31)
Công thức (5-31) cho thấy rõ nhng yếu tố ảnh hởng tới công suất lít. Căn cứ vào
công thức (5-28) và (5-29) và (5-30) ta sẽ đợc:

0
G
G
N
h
L
= (5-32)
Nếu nh không cần phải tăng số vòng quay mà giảm đợc kích thớc bề ngoài và thể
tích bề ngoài tức là không làm giảm tuổi thọ và hiệu suất của động cơ, thì bao giờ cũng có lợi
và trong một vài trờng hợp còn là cần thiết. Giảm kích thớc bể ngoài, đặc biệt đối với động
cơ vận tải rất quan trọng.
5.7. Tổn hao cơ giới và cách xác định