NHIÊN LIỆU XĂNG-KHÍ HHO
2.2 TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƢỠNG BỨC
2.2.1 Tốc độ của động cơ 2.2.1.1 Tốc độ quay
Tốc độ quay (n) là số vòng quay của trục khuỷu trong một đơn vị thời gian, tốc độ quay của động cơ thường thay đổi trong quá trình động cơ hoạt động, tùy thuộc vào chế độ làm việc của động cơ. Trên đường đặc tính tốc độ, cần phân biệt một số tốc độ quay đặc trƣng nhƣ sau: tốc độ quay danh nghĩa (nn), tốc độ quay cực đại (nmax), tốc độ quay cực tiểu (nmin), tốc độ quay ứng với công suất cực đại (nN), tốc độ quay ứng với mômen quay cực đại (nM), tốc độ quay ứng với suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (ng), tốc độ quay khởi động (nk), tốc độ quay sử dụng (ns).
Hình 2.4 Các điểm đặc trưng trên đặc tính tốc độ của ĐCĐT 2.2.1.2 Vận tốc trung bình của piston (ký hiệu Cm)
30 n Cm S
;[m/s] (2.1)
Trong đó : S - hành trình của piston,[m]; n-tốc độ quay của động cơ,[vg/ph]
2.2.2 Tải của động cơ
Tải, còn đƣợc gọi là phụ tải, là đại lƣợng đặc trƣng cho số cơ năng mà động cơ phát ra trong một chu trình công tác hoặc trong một đơn vị thời gian. Có thể định lƣợng tải thông qua ba nhóm thông số: áp suất trung bình của chu trình, công suất, mômen quay.
2.2.2.1 Áp suất trung bình của chu trình
Áp suất trung bình của chu trình (ptb) là đại lƣợng đƣợc xác định bằng tỷ số giữa công của một chu trình công tác (Wct) và dung tích công tác của xylanh (Vs).
S ct
tb V
p W (2.2a)
Tùy thuộc vào việc công của chu trình công tác đƣợc xác định nhƣ thế nào, người ta phân biệt: áp suất lý thuyết trung bình (pt), áp suất chỉ thị trung bình (pi), áp suất có ích trung bình (pe) và áp suất tổn thất cơ giớ i trung bình (pm).
Áp suất lý thuyết trung bình :
s t
t V
p W (2.2b)
Áp suất chỉ thị trung bình :
s i
i V
p W (2.2c)
Áp suất có ích trung bình :
s e
e V
p W (2.2d)
Áp suất tổn thất cơ giới trung bình :
s m
m V
p W (2.2e) Trong các công thức trên, Wt, Wi, We, Wm là công lý thuyết , công chỉ thị , công có ích và công tổn thất cơ giới của chu trình.
Công lý thuyết (Wt) là công của chu trình lý thuyết (còn gọi là chu trình lý tưởng), là hiệu của số nhiệt năng cấp cho MCCT (Q1) và nhiệt năng truyền từ MCCT cho nguồn lạnh (Q2).
Wt = Q1 - Q2 (2.3)
Công chỉ thị (Wi) là công do MCCT sinh ra trong một chu trình thực tế , trong đó chƣa xét đến phần tổn thất cơ giới. Có thể biểu diễn công chỉ thị nhƣ sau :
Wi = Q1 - Qi = Q1 - (Qm + Qx + Qkh + Qcl ) (2.4) Trong đó: Q1 - lƣợng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn lƣợng nhiên liệu đƣa vào buồng đốt trong một chu trình (sau đây qui ƣớc gọi là lƣợng cấp nhiệt chu trình); Qi - tổng nhiệt năng bị tổn thất trong một chu trình nhiệt động thực tế; Qm - tổn thất nhiệt do làm mát; Qx - tổn thất theo khí thải; Qcl - phần nhiệt tổn thất không tính chính xác đƣợc vào các dạng tổn thất kể trên, ví dụ : tổn thất do lọt khí qua khe hở giữa piston và xylanh, tổn thất do bức xạ nhiệt từ các chi tiết nóng của động cơ, v.v.
Công tổn thất cơ giới (Wm): Các dạng tổn thất năng lƣợng sau đây thường được tính vào công tổn thất cơ giới bao gồm tổn thất do ma sát giữa các chi tiết của động cơ chuyển động tương đối với nhau và năng lượng tiêu hao cho việc dẫn động các thiết bị và cơ cấu của bản thân động cơ (bơm nhiên liệu, bơm dầu bôi trơn, bơm nước làm mát, cơ cấu phân phối khí…)
Công có ích (We) là công thu đƣợc ở đầu ra của trục khuỷu.
We = Wi - Wm (2.5)
2.2.2.2 Công suất của động cơ
Công suất là tốc độ thực hiện công, từ công suất, áp suất trung bình của chu trình và tốc độ quay, ta có công thức xác định công suất của động cơ nhƣ sau:
30
i n V
Ni pi s ; kW (2.6a)
30
i n V
Ne pe s ; kW (2.6b)
Trong đó: Ni , Ne - công suất chỉ thị và công suất có ích của động cơ kW;
pi , pe - áp suất chỉ thị và áp suất có ích trung bình của chu trình MN/m2; Vs - dung tích công tác của xylanh m3; lít; n - tốc độ quay vg/ph; i - số xylanh của động cơ;
- hệ số kỳ của động cơ ( = 2 đối với động cơ 2 kỳ ; = 4 đối với động cơ 4 kỳ).
2.2.2.3 Mômen quay
Mômen và công suất có ích quan hê ̣ với nhau theo công thƣ́c:
n Me Ne
2
60
. ; N.m (2.7)
2.2.3 Hiệu suất của động cơ 2.2.3.1 Hiệu suất lý thuyết
Hiệu suất lý thuyết (t ) là hiệu suất nhiệt của chu trình lý thuyết.
Q1
Wt
t
(2.8)
2.2.3.2 Hiệu suất chỉ thị
Hiệu suất chỉ thị (i) là hiệu suất nhiệt của chu trình nhiệt động thực tế.
Q1
Wi
i
(2.9)
2.2.3.3 Hiệu suất cơ giớ i
Hiệu suất cơ giới (m) là đại lƣợng đánh giá mức độ tổn thất cơ học trong động cơ. Nó đƣợc xác định bằng công thức :
i m i
e
m W
W W
W
1
(2.10)
2.2.3.4 Hiệu suất có ích
Hiệu suất có ích (e) là đại lƣợng đánh giá tất cả các dạng tổn thất năng lƣợng trong quá trình biến đổi nhiệt năng thành cơ năng có ích ở động cơ.
i m e
e Q
W
1
(2.11) 2.2.3.5 Suất tiêu hao nhiên liệu
Suất tiêu hao nhiên liệu (ge) là thông số thể hiện hiệu quả biến đổi nhiệt năng thành cơ năng của ĐCĐT. Trong thực tế khai thác, người ta ít dùng hiệu suất mà thường dùng đại lượng thể hiện lượng nhiên liệu do động cơ tiêu hao để đánh giá tính tiết kiệm nhiên liệu. Lƣợng nhiên liệu do động cơ tiêu hao trong một đơn vị
thời gian đƣợc gọi là lƣợng tiêu hao nhiên liê ̣u theo giờ (Gnl). Lƣợng nhiên liệu do động cơ tiêu hao để sinh ra một đơn vị công suất có ích trong một đơn vị thời gian đƣợc gọi là lƣợng tiêu hao nhiên liệu riêng có ích (gọi tắt là suất tiêu hao nhiên liệu - ge).
103
.
e nl
e N
g G ; g/kW.h (2.12)
Từ định nghĩa các thông số tính năng, có thể biểu diễn mối quan hệ giữa chúng nhƣ sau :
S H ct i S
i S
i
i V
Q g V
Q V
p W 1
(2.13)
S
H ct i m i m
e V
Q p g
p (2.14)
30
30
i n Q g i
n V
Ne pe S m i ct H
(2.15)
n Me Ne
2
60
. (2.16)
H i m
e Q
g
1 (2.17) Trong đó : gct - lƣợng nhiên liệu cung cấp vào xylanh động cơ trong một chu trình công tác (sau đây gọi tắt là lƣợng nhiên liệu chu trình); QH - nhiệt trị thấp của nhiên liệu.