Đề xuất giới hạn độ giảm tỉ số nén cho động cơ diesel máy chính tàu cá Việt Nam

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 43
ĐỀ XUẤT GIỚI HẠN ĐỘ GIẢM TỈ SỐ NÉN
CHO ĐỘNG CƠ DIESEL MÁY CHÍNH TÀU CÁ VIỆT NAM
PROPOSED COMPRESSION REDUCTION LIMIT FOR COMPRESS IGNITION ENGINE 
OF VIETNAMESE FISHING VESSELS MACHINE
Phùng Minh Lộc1, Phạm Trọng Hợp1, Mai Đức Nghĩa2
1Trường Đại học Nha Trang
2Trường Sĩ Quan Không quân
Tác giả liên hệ: Phùng Minh Lộc (Email: locpm@ntu.edu.vn)
Ngày nhận bài: 28/01/2021; Ngày phản biện thông qua: 04/03/2021; Ngày duyệt đăng: 29/03/2021
TÓM TẮT
Với động cơ diesel - nhiên liệu tự bốc cháy do quá trình nén, vì vậy, tỉ số nén quyết định hiệu suất và công 
suất của động cơ. Do hao mòn, tỉ số nén tất yếu giảm, bài báo này đề xuất giới hạn độ giảm đó trên cơ sở sự 
sụt giảm công suất cho phép. 
Từ khóa: Tỉ số nén, động cơ diesel tàu cá, công suất, hiệu suất.
ABSTRACT
Characteristics of a diesel engine – that the fuel ignites itself by the compression process. Therefore, the 
compression ratio determined the engine's effi ciency and power. Compression ratio decreases due to wear. This 
article proposed the levels of limit based on the decrease of maximum allowable power.
Keywords: Compression ratio, fi shing vessel diesel engine, power, effi ciency.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đăng kiểm là cơ quan nhà nước có chức 
năng kiểm tra, giám sát, xác nhận việc tuân 
thủ các tiêu chuẩn bảo đảm an toàn vận hành 
các phương tiện cơ giới đường bộ và đường 
thủy, an toàn của người và hàng hóa ở trên các 
phương tiện đó. Đăng kiểm tàu cá thực hiện 
việc quản lý kỹ thuật, kiểm tra an toàn kỹ thuật 
từ khi thiết kế, đóng mới đến quá trình khai 
thác, nhằm đảm bảo an toàn cho người và tàu 
cá trong những điều kiện nhất định. Tàu cá có 
chiều dài từ 12 mét trở lên, lắp máy có tổng 
công suất máy chính từ 20 CV trở lên thuộc 
diện phải đăng kiểm.
Hiện nay, vấn đề tổ chức, xây dựng lực 
lượng, đầu tư cơ sở vật chất phục vụ công tác 
đăng kiểm tàu cá nói chung và máy chính nói 
riêng trong hệ thống cơ quan đăng kiểm tàu cá 
chưa được quan tâm thỏa đáng. Công tác kiểm 
tra an toàn kỹ thuật máy chính gần như không 
có thiết bị kiểm tra đánh giá tình trạng kỹ thuật, 
diễn biến về an toàn kỹ thuật và tuổi thọ của 
máy. Về quản lý kỹ thuật, chưa xây dựng các 
tiêu chuẩn, quy phạm, quy trình kiểm tra an 
toàn kỹ thuật máy chính (chủ yếu dựa vào quy 
chuẩn của tàu giao thông).
Vì điều này, bài báo sẽ trình bày kết quả 
nghiên cứu về độ giảm tỉ số nén cho phép của 
động cơ diesel, làm cơ sở đề xuất tiêu chuẩn 
phục vụ đăng kiểm máy chính tàu cá nước ta. 
II. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ 
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Đối tượng nghiên cứu: 
Mối quan hệ giữa công suất với tỉ số nén 
của động cơ diesel.
2. Phương pháp nghiên cứu: 
- Lý thuyết về chu trình và thông số công 
tác của động cơ diesel. 
- Thực nghiệm trên bệ thử: Động cơ hãng 
Yanmar - 4CHE là một trong những động cơ 
thủy được sử dụng nhiều cho tàu cá, có các 
thông số kỹ thuật phù hợp với đối tượng nghiên 
cứu.
44 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2021
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO 
LUẬN
1. Cơ sở lý thuyết
Các thông số chu trình công tác của động 
cơ diesel đặc biệt là công suất và suất tiêu hao 
nhiên liệu phụ thuộc chủ yếu vào thông số hệ 
thống nạp, độ kín buồng cháy và thông số hệ 
thống phun (hình 1) [5]. 
Nghiên cứu này tập trung về thông số phản 
ánh độ kín buồng cháy, đó là:
Tỉ số nén ε = V
a
 / V
c
 (1)
Áp suất cuối quá trình nén p
c
 = p
a
.εn1 (2)
Với động cơ diesel, giá trị của tỉ số nén 
trong khoảng ε = (13 – 21). Qua điều tra, tỉ số 
nén của các động cơ diesel máy chính tàu cá 
tại một số tỉnh Nam Trung bộ dao động trong 
khoảng từ (16 – 17) (Bảng 1) [1]
Hình 1. Sơ đồ mô tả chu trình công tác của động cơ diesel.
Bảng 1.Tỉ số nén động cơ diesel tàu cá
TT Hãng Mã hiệu Tỉ số nén
1 Mitsubishi
6D22 17
6D 16
S6BF-MTK 17
2 Yanmar
6CHE 16,4
6TY120 16
4LH-HT 17
3 Cummins
N14 17
NTC 17
6BT 17
4 Komatsu
6M 17
6D 17
6M125A 17
5
Daewoo
6D2366 17
V158TIE 17
DE12 17
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 45
Tỉ số nén hình học thay đổi không nhiều 
theo thời gian, nhưng tỉ số nén thực tế giảm 
do hao mòn làm hở buồng cháy tại: Piston xéc 
măng và lót xylanh, xupáp và đế xupáp, gioăng 
nắp xi lanh.
Lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ để sinh 
ra một đơn vị công suất có ích trong một đơn vị 
thời gian được gọi là lượng tiêu hao nhiên liệu 
riêng có ích, gọi tắt là suất tiêu hao nhiên liệu 
có ích (ge). Đơn vị là g/kW.h. Có thể tính suất 
tiêu hao nhiên liệu bằng công thức sau [4]:
(3)
Trong đó:
A
h
: Diện tích mặt cắt lỗ phun, [cm2];
ρ
l
: Khối lượng riêng nhiên liệu, [g/cm3];
C
d
: Hệ số giãn dòng của vòi phun, [-];
p
c
: Áp suất cuối kỳ nén, [bar];
p
inj
: Áp suất phun nhiên liệu, [bar];
N
e
: Công suất có ích của động cơ, [kW].
Công thức (3) cho thấy, g
e
 và N
e
 phụ thuộc 
vào nhiều yếu tố, trong đó có pc. Hiển nhiên, 
khi tỉ số nén thay đổi thì áp suất trong xy lanh 
thay đổi và ngược lại (công thức 2). Thay đổi 
tỉ số nén do sự gia tăng thể tích buồng cháy bởi 
hao mòn hay nguyên nhân nào khác đều làm 
thay đổi quá trình cháy dẫn đến thay đổi công 
suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ.
Độ lệch nhỏ của tỉ số nén của động cơ diesel 
máy chính tàu cá của các hãng phổ biến (bảng 
1), là điều kiện thuận lợi để nghiên cứu thực 
nghiệm đề xuất giới hạn độ giảm cho phép.
2. Kết quả thực nghiệm
Nghiên cứu này được thực hiện trên phanh 
thủy lực, phòng thí nghiệm động cơ Trường 
Đại học Nha Trang. Động cơ thử nghiệm là 
động cơ diesel thủy Yanmar - 4CHE, 4 xy lanh, 
phun trực tiếp của hãng Yanmar có kết nối bộ 
đo tiêu thụ nhiên liệu, hệ thống phanh thủy lực 
và bộ đo công suất Dynomite 13 dual - rotor 
của hãng Land – Sea, Hoa Kỳ (hình 2). Thông 
số chính của động cơ trình bày trong bảng 2. 
Quá trình thực nghiệm được thực hiện như sau: 
Thay đổi gioăng nắp xi lanh để thay đổi tỉ số 
nén và tiến hành đo giá trị đo và suất tiêu hao 
nhiên liệu tăng tương ứng với độ giảm công 
suất đến ngưỡng 15% [3].
Bảng 2. Thông số động cơ thực nghiệm.
Thông số Động cơ 4CHE
Kiểu buồng cháy/ phun nhiên liệu Thống nhất/ phun trực tiếp
Số xilanh 4
Đường kính xilanh x hành trình piston (mm) 105x125
Công suất định mức (Hp/rpm) 70/2300
Tỉ số nén 16,4
Tốc độ thử nghiệm (rpm) 1400
Áp suất phun (bar) 220
Để xác định độ giảm tỉ số nén, sử dụng 
phương pháp mở rộng thể tích buồng cháy 
bằng cách thay đổi chiều dày gioăng giữa khối 
xy lanh và nắp xi lanh. Thứ tự các gioăng dùng 
trong tính toán sự thay đổi thể tích buồng cháy 
bao gồm các gioăng có chiều dày: b
0
, b
1
, b2, 
b3, b4. Trong đó, b0 là gioăng nguyên mẫu của 
động cơ. Tương ứng với mỗi gioăng sẽ tính 
được tỷ số nén gồm: ε
0
, ε
1
, ε2, ε3, ε4. Các giá 
trị chiều dày gioăng áp dụng trong tính toán và 
phục vụ thực nghiệm đều có trên thị trường và 
đảm bảo được mức độ thay đổi lân cận của tỷ 
số nén ≤ 5% (bảng 3) [2].
 Thực nghiệm được tiến hành dựa trên cơ 
sở lý thuyết về xây dựng các đường đặc tính, 
về số điểm đo cũng như độ tin cậy của giá trị 
đo tại mỗi điểm. Thời gian ghi nhận số liệu cho 
một lần đo trên 1000 chu kỳ, số liệu thu được 
cho một lần đo là trung bình của các giá trị có 
tần suất xuất hiện nhiều nhất trong thời gian 
ghi nhận.
Kết quả đo công suất và suất tiêu hao nhiên 
liệu theo 5 trường hợp tỷ số nén (bảng 3) thể 
hiện trong bảng 4.
46 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2021
Khi tỉ số nén giảm, áp suất và nhiệt độ cuối 
quá trình nén giảm, vận động xoáy lốc yếu, 
nhiên liệu khó bay hơi... dẫn đến quá trình hình 
thành hỗn hợp cháy và cháy nhiên liệu xấu đi. 
Nhiên liệu cháy không hoàn toàn và cháy rớt 
trên đường dãn nở, khiến giảm hiệu suất nhiệt, 
dẫn đến giảm công suất, tăng suất tiêu hao 
nhiên liệu theo công thức (3). 
Hình 2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm.
Bảng 3. Tổng hợp kết quả tính toán về sự thay đổi tỷ số nén.
Tỷ số nén Giá trị Gioăng Độ giảm tỷ số nén
ε
0
16,40 b
0
0
ε
1
15,86 b
1
-3,53%
ε2 15,50 b2 -5,50%
ε
3
15,10 b
3
-8,53%
ε4 14,64 b4 -10,72%
Bảng 4. Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi theo độ giảm tỉ số nén.
Độ giảm tỉ số nén
so với nguyên mẫu (%)
Độ giảm
công suất (%)
Độ tăng suất tiêu hao 
nhiên liệu (%)
0 (nguyên mẫu) 0 0
-3,53% - 3,74 + 3,89
-5,50% - 8,04 + 8,75
-8,53% - 9,96 + 11,06
 -10,72% - 15,08 + 17,77
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 47
Kết quả tại bảng 4 cho thấy, khi giảm tỉ số 
nén đến 10,7%, thì công suất giảm trên 15% và 
suất tiêu hao nhiên liệu tăng đến khoảng 18%. 
Nghĩa là, máy chính tàu cá:
(1) Không phát đủ công suất yêu cầu, cần 
lưu ý rằng, độ giảm công suất này không phải 
là so với công suất thiết kế mà là công suất quy 
đổi. 
TCVN 1685-75 quy định cách quy đổi công 
suất của động cơ diesel không tăng áp như sau: 
(4)
trong đó :
N
eq
: công suất quy đổi, [kW]
N
e
: công suất đo được khi thí nghiệm, [kW]
B: áp suất khí quyển trong khi thí nghiệm, 
[mm Hg]
P
n
: phần áp suất của hơi nước trong không 
khí ẩm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tương 
đối của không khí tại phòng thí nghiệm, [mm 
Hg]
t: nhiệt độ của không khí trong phòng thí 
nghiệm được đo ở khoảng cách 1,5 m từ 
miệng hút không khí của động cơ, [ºC]
Với nhiệt độ và độ ẩm cao của khí hậu nước 
ta, công suất quy đổi có thể nhỏ hơn công suất 
đo từ (10-15)%, như vậy tổng độ sụt giảm công 
suất so với công suất thiết kế lên đến (25-30)%. 
Điều đó dẫn đến công suất không đáp ứng năng 
lương yêu cầu của liên hợp vỏ tàu và chân vịt, 
tàu sẽ gặp nguy hiểm khi dông gió.
(2) Tiêu hao nhiên liệu lớn, giá thành sản 
phẩm tăng cao, đặc biệt khi khai thác xa bờ. 
IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Khi giảm áp suất cuối kỳ nén thì công suất 
giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên. Để công 
suất động cơ diesel máy chính tàu cá không sụt 
giảm quá 15% so với công suất quy đổi, mức 
độ cho phép giảm tỉ số nén nên giới hạn không 
quá 10%. 
Tỉ số nén tại thời điểm kiểm tra dễ dàng xác 
định theo công thức (2), khi đo áp suất cuối kỳ 
nén p
c
 với chỉ số nén đa biến trung bình trong 
khoảng n
1
= (1,32 - 1,34) [5].
2. Kiến nghị
Kế thừa nghiên cứu này, có thể đề xuất 
nghiên cứu giới hạn các thông số của hệ thống 
phun nhiên liệu như hình 1. 
Cơ quan đăng kiểm tàu cá thuộc Tổng cục 
Thủy sản, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông 
thôn cần sớm tổ chức xây dựng quy chuẩn an 
toàn kỹ thuật cho động cơ diesel máy chính tàu 
cá Việt Nam. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Phùng Minh Lộc (2020), Khảo sát các thông số kiểm định động cơ diesel máy chính tàu cá, Báo cáo khoa 
học đề tài NCKH cấp Bộ, mã số B2020-TSN-02.
2. Trần Văn Thông (2017), Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất cuối kỳ nén đến tính năng kỹ thuật của động cơ 
diesel, Luận văn thạc sĩ, Trường đại học Nha Trang.
3. Nguyễn Tất Tiến (2004), Giáo trình Kỹ thuật sửa chữa ô tô, máy nổ, Nhà xuất bản Giáo dục.
4. Hồ Đức Tuấn, Mai Đức Nghĩa (2019), Nghiên cứu đề xuất bộ thông số chẩn đoán trạng thái kỹ thuật cho 
máy chính tàu cá Việt Nam, Tạp chí Khoa học và Công nghệ thủy sản số 01/2019.
Tiếng Anh
5. Carten Baumgarten, 2006. Mixture formation in internal cobustion engines, Germany.