LÝ THUYÊT ĐÔNG cơ đề 29

BÀI TẬP LỚN
NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Giáo viên hướng dẫn:
STT 29: Động cơ xăng 4.6L292HP V8
Họ và tên: Nguyễn Văn Tuân
Mã sinh viên: 181311968
Lớp: Kỹ sư tài năng cơ khí ơ tơ –K59

Mã động cơ

4.6L292HP V8

Lắp trên xe

Cadillac DTS Performan

S/D

84/84

Vh (lít)

4,565

Tỉ số nén

10
292/6300
39/4500

Số kì

4

Số xilanh

V8
Chương 1

CHỌN CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN- VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ TÍNH TỐN
là tốc độ tối thiểu mà động cơ làm việc được ở chế độ toàn tải nếu thấp hơn 1 chút động
cơ sẽ chết máy


:Tốc độ lúc đạt momen có ích cực đại ở chế độ tồn tải ()
: Tốc độ đạt cơng suất cực đại ở chế độ toàn tải ()
Đa số động cơ diesel và một số ít động cơ xăng của xe tải có bộ hạn chế tốc độ ,thay
bằng
:Tốc độ hiệu đính (Tốc độ hạn chế )
Và thay bằng
Cơng suất hiệu đính do nhà sản xuất thơng báo.

CÁC THƠNG SỐ CHỌN NHƯ SAU
Động cơ xăng khơng có hạn chế tốc độ
.

Chương 2: NHIÊN LIỆU VÀ HỖN HỢP CÁC SẢN PHẨM CHÁY
1

Chọn nhiên liệu và thành phần của nhiên liệu:

- Chọn nhiên liệu cho động cơ xăng:
Dựa theo tỷ số nén theo cách chọn như sau:
Xăng có nhiệt trị thấp Kcal/kg – k cịn
Xăng có nhiệt trị thấp Kcal/kg
 Chọn Kcal/kg
- Thành phần của xăng:
gC = 0,85 và gH = 0,15
2

Chọn hệ số dư khơng khí :

- Vì tính nhiệt độ ở chế độ tồn tải nên phải chọn cơng suất:
Đối với động cơ xăng:

 Chọn
- Lượng nhiệt tổn hao do thiếu ơxy cháy khơng hết vì :
(K.cal/kg)


3

Lượng khơng khí lý thuyết L0 cần để đốt cháy hồn tồn 1kg nhiên liệu:

4

Lượng khơng khí thực tế để đốt 1kg nhiên liệu:

5

Thành phần sản phẩm cháy Gi:

- Đối với động cơ xăng:

= 2,163 (kg)

- Kiểm tra lại:

Sai số tính tốn < 5%, thỏa mãn.

6

Tỷ lệ thành phần sản phẩm cháy gi:


=> Sai số trong giới hạn cho phép.
Hằng số của khí nạp trước lúc cháy:
Đối với động cơ xăng:
7

- Hằng số khí của hỗn hợp tươi:

trong đó:
+ – tỷ lệ khơng khí

+ – tỷ lệ xăng trong hỗn hợp

+ KGm/kg.độ – hằng số của hơi xăng
+ KGm/kg.độ – hằng số khí của khơng khí

8

Hằng số khí của sản phẩm cháy Rspc:

trong đó:
+ KGm/kg.độ
+ KGm/kg.độ
+ KGm/kg.độ
+ KGm/kg.độ

9

Hệ số biến đổi phân tử :

Nhiệt dung của chất khí
I) Hỗn hợp tươi:
10

Đối với động cơ xăng:


- Nhiệt dung của hỗn hợp tươi Cvhht

trong đó:
+ – nhiệt dung của khơng khí
(Kcal/kg.độ)
+ – nhiệt dung của hơi xăng
(Kcal/kg.độ)

II) Sản phẩm cháy:

- Nhiệt dung sản phẩm cháy Cvspc

trong đó:
+ (Kcal/kg.độ)
+ (Kcal/kg.độ)
+ (Kcal/kg.độ)
+ (Kcal/kg.độ)

Chương 3: Q TRÌNH NẠP
Xác định áp suất trung bình của q trình nạp Pa
- Tính theo nhiều tốc độ (nmin, nM, ne) ở chế độ tồn tải dùng cơng thức gần đúng sau
đây của Giáo sư tiến sĩ Lenin J.M
1

trong đó:


+ n – tốc độ vòng quay tại chế độ tính tốn
nmin = 1260 vg/ph ; nM = 3150 vg/ph ; ne = 6300 vg/ph
+ – thể tích cơng tác của 1 xi lanh qui ước (m3)

+ ftb = fe.(ne/1000) cm2/lít – tiết diện lưu thơng cần để phát huy Nemax ở tốc độ ne
(hay Nehd ở nhd) ứng với thể tích cơng tác là 1 lít.

Chọn ftb = 0,0016
+ P0 = 1 KG/cm2
+ fe – tiết diện lưu thông riêng ứng với 1 lít thể tích cơng tác và mỗi 1000 vịng/phút
Động cơ 4 kỳ khơng tăng áp
Động cơ xăng: fe = (2,5 3,0).10-4 m2/lít.1000 vg/ph

+ – tỷ số nén của động cơ

+ – hệ số tổn thất ở đường ống nạp, hệ số tốc độ
– phụ thuộc tốc độ (nmin, nM, ne)
Chọn

2 Xác định nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:

- Động cơ 4 kỳ khơng tăng áp:

trong đó:


+
+ – nhiệt độ khí quyển ở điều kiện bình thường theo tiêu chuẩn quốc tế
+ – nhiệt độ do các chi tiết nóng truyền cho hỗn hợp (hoặc khơng khí ở động cơ Diesel)
+ – hệ số khí sót

với:
– áp suất và nhiệt độ đầu quá trình nạp
– hệ số biến đổi phần tử

Pr (kg/cm2)

Tr ()

(

()

n = nmin = 1260 vg/ph

1,03

1000

30

318

n = nM = 3150 vg/ph

1,07

1100

25

313

n = ne = 6300 vg/ph

1,24

1200

20

308

•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

+ – tỷ lệ nhiệt dung của khí trước khi cháy và sau khi cháy

+
+ m = 1,28 – chỉ số dãn nở đa biến

•

Với nmin = 1260 vg/ph


•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

3 Khối lượng nạp được trong 1 chu kỳ cho Vh = 1 lít Gnl

- Ở động cơ có 5000 vịng/phút sẽ có 2500 chu kỳ n loại động cơ 4 kỳ. Ở đây tính cho =
1 lít vì ta chưa xác định của 1 xi lanh.

trong đó:
+ – khối lượng hỗn hợp tươi (hay khơng khí) nạp cơ bản:

với:
– áp suất trung bình cuối kì nạp (KG/cm2)

– nhiệt đọ trung bình cuối kỳ nạp ()
(hay ở động cơ Diesel) (KGm/kg.độ)
+ – hệ số điền đầy xilanh do tính góc đóng muộn của xupap nạp
Động cơ xăng
0,9
•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

4 Hệ số nạp

1

1,2


trong đó:

(KGm/kg.độ)
•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

Thỏa mãn điều kiện của động cơ xăng: 0,70,85
5 Tính mức tiêu hao nhiên liệu trong 1 chu kỳ ứng với (cần để tính

T z)
- Động cơ xăng:

•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph
Bảng tổng kết chương 3:

Thông số
nmin = 1260

0,989

991,15

1000

0,034

1,03

344,38

70,17

nM = 3150

0,932

1067,1
2

1100

0,033

1,07

341,73

74,04

ne = 6300

0,75

1075

1200

0,047

1,24

348,95

70,02

Chương 4: QUÁ TRÌNH NÉN

1 Áp suất cuối quá trình nén Pc

1017,5
3
1073,6
9
1015,3
8

0,81
0,85
0,81


trong đó:
+ – chỉ số nén đa biến tính theo cơng thức thực nghiệm sau:

với:
– tốc độ tính tốn lúc đạt (hoặc khi đạt )
– tốc độ tính tốn ()
•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

2 Nhiệt độ cuối kỳ
•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

Bảng tổng kết chương 4:
Thông số
Tốc độ
nmin = 1260

1,23

16,8

584,84

nM = 3150

1,32

19,47

713,97

ne = 6300

1,35

16,79

781,2


Chương 5: QUÁ TRÌNH CHÁY
1 Xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy (Nhiệt độ cao nhất của chu trình)
- Động cơ xăng:

trong đó:
+ – mức nhiên liệu trong 1 chu kỳ sống với
+ – khối lượng nạp được trong 1 chu kỳ cho
+ – hệ số dư khơng khí
+ l0 – lượng khơng khí lý thuyết để đốt chay hoàn toàn 1kg nhiên liệu
+ – hệ số sử dụng nhiệt có tính mất nhiệt vì phân ly các phần tử khí chọn theo tốc độ
(bảng 3)
Bảng 3:
Loại động cơ
Động cơ xăng
• Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

0,85

0,89

0,91


Xác định áp suất cuối quá trình cháy (cực đại của chu trình) Pz:
- Động cơ xăng:
2

•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph
Bảng tổng kết chương 5:

Thông số

Tốc độ
nmin = 1260
nM = 3150
ne = 6300

Chương 6: TÍNH Q TRÌNH GIÃN NỞ
1

Chỉ số dãn nở đa biến

trong đó:
+ – tốc độ lúc đạt Nemax (hoặc Nhd khi Nehd)
+ n – tốc độ tính tốn
•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph


Áp suất cuối quá trình giãn nở (Pb)
- Động cơ xăng:

2

•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb
- Động cơ xăng:
3

•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

Bảng tổng kết chương 6:
Thơng số
Tốc độ
nmin = 1260

1,35

nM = 3150

1,26

ne = 6300

1,23

Chương 7: CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHU TRÌNH
Tính áp suất trung bình thực tế Pe
I. Tính áp suất trung bình lý thuyết ở điều kiện nén và giãn nở đa biến (ở chu trình lý
thuyến nén và giãn nở đoạn nhiệt là Pt)
1


trong đó:
+ – áp suất trung bình của khí nạp
+ – áp suất cuối của quá trình nén
+ – áp suất cuối quá trình giãn nở
+ – chỉ số nén đa biến
+ – chỉ số nén giãn nở đa biến

•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

II. Tính áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị của chu trình Pi
- Đối với động cơ 4 kỳ:

trong đó:
+ – tổn hao nhiệt do vê trịn đồ thị. Chọn
+ – tính mất nhiệt cho cơng bơm ở động cơ không tăng áp (công nạp và thải khí)

•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

III. Tính hiệu suất cơ hộc của động cơ

trong đó:


+ – áp suất tổn hao vì nhiệt mất cho công cơ học (khắc phục ma sát và chuyển động các
cơ cấu phụ)

+ – áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị cơng của chu trình Pch tính thao công thức
thực nghiệm sau đây:
Động cơ không tăng áp hoặc tăng áp bằng tuabin khí: (động cơ xăng)

trong đó:
+ – vận tốc trung bình của pittong ở tốc độ tính tốn n
+ – hành trình của pittong. S = 0,084 m
+ n – số vòng quay của động cơ ở chế độ tính tốn
•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

IV. Áp suất trung bình thực tế Pe

Pemax tại tốc độ nM
•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph


•

Với ne = 6300 vg/ph
tại nM

2

Tính suất hao nhiên liệu thực tế ge

trong đó:
+ – hiệu suất cơ học
+ – suất hao nhiên liệu chỉ thị

•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

3

Mức tiêu thụ nhiên liệu trong 1 giờ Gnl

trong đó:
+ Cơng suất của động cơ:

với:







– áp suất trung bình (kg/cm2)
– áp suất trung bình thực tế tại số vịng quay đạt (kg/cm2)
- thể tích cơng tác của 1 xilanh (lít)
– số xilanh
– tốc độ vòng quay của động cơ (vg/ph)
– số kỳ của động cơ


Do chưa xác định được Vh của 1 xilanh nên các tốc độ quay nmin, nM, ne ta phải xác định
Ne dựa trên tỷ lệ:

•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

4

Momen có ích của động cơ Me

trong đó:
+ – cơng suất thực tế (mã lực)
+ – tốc độ quay (vg/ph)

•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

Các hiệu suất của động cơ
I) Hiệu suất nhiệt (ứng với chu trình lý thuyết)
5

trong đó: k – trị số đoạn nhiệt quy ước
với

II) Hiệu suất chỉ thị (ứng với đồ thị công)


•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

III) Hiệu suất thực tế

•

Với nmin = 1260 vg/ph

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Với ne = 6300 vg/ph

Bảng 1:
Thơng số
Tốc độ
nmin = 1260
nM = 3150

8,82

ne = 6300

17,64

Bảng 2:


Thông số
Tốc độ
nmin = 1260
nM = 3150
ne = 6300
Bảng 3:

Thông số
Tốc độ
nmin = 1260
nM = 3150
ne = 6300

Chương 8: XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ

- Việc xác định các kích thước cơ bản của động cơ xuất phát từ các thông số:
+ Nemax – công suất lớn nhất tại số vịng quay ne
+ Nehd – cơng suất lớn nhất tại số vòng quay nhd
+ – áp suất trung bình thực tế tại số vịng quay đạt (kg/cm2)

Xác định thể tích cơng tác Vh của một xi lanh rồi xác định đường kính D của xi
lanh.


Cịn hành trình S sẽ căn cứ vào tỷ lệ S/D do ta chọn và căn cứ D mà xác định sau
đó kiểm tra lại vận tốc trung bình mà pistton Vp sơ với Vp’ khi đã chọn để tính Pch,
nếu sai số 0,05m/sec thì được nếu sai số lớn phải chọn lại S/D.

Chương 9: CÂN BẰNG NHIỆT CỦA ĐỘNG CƠ
- Trong phần cân bằng nhiệt này sẽ tính xem toàn bộ nhiệt lượng nhiệt do hỗn hợp cháy
phát ra Q1 (ở chu trình lý thuyết là nhiệt lượng cấp vào) phân bố như thế nào cho phần
nhiệt sinh công có ích thực sự (Ne) tức là Qe
- Phần nhiệt Qlm + x theo nước làm mát và khí xả ra ngồi (ở chu trình lý thuyết đây là Q 2
đưa ra nguồn lạnh, mất theo định luật 2 của nhiệt động học)
+ Phần Qch mất cho công cơ học
+ Phần Qlhlt các tổn thất do cháy khơng hồn tồn
Tại mỗi tốc độ tính tốn các phần nhiệt trên tính như sau:

Q1 = 100%

Qe = .100%

Qlhlt = ( - ).100%
•

Qlm + x = (1 - ).100%
Qch = ( - ).100%

Với nmin = 1260 vg/ph
Qe = .100% =0,29.100% = 29
Qlm + x = (1 - ).100% = (1 – 0,422).100% = 57,8
Qlhlt = ( - ).100% = (0,422 – 0,325).100% = 9,7
Qch = ( - ).100% = (0,325 – 0,29).100% = 3,5

•

Với nM = 3150 vg/ph

•

Qe = .100% = 0,3.100% = 30
Qlm + x = (1 - ).100% = (1 – 0,422).100% = 57,8
Qlhlt = ( - ).100% = (0,422 – 0,35).100% = 7,2
Qch = ( - ).100% = (0,35 – 0,3).100% = 5
Với ne = 6300 vg/ph
Qe = .100% = 0,22.100% = 22
Qlm + x = (1 - ).100% = (1 – 0,422).100% = 57,8
Qlhlt = ( - ).100% = (0,422 – 0,319).100% = 10,3

Qch = ( - ).100% = (0,319 – 0,22).100% = 9,9


Bảng tổng kết chương 9:
Thông số
Qe
Qlm + x
Qlhlt
Qch

Tổng

nmin
29
57,8
9,7
3,5
100%

nM
30
57,8
7,2
5
100%

ne
22
57,8
10,3

9,9
100%

Chương 10: CÁCH XÂY DỰNG ĐỒ THỊ KHI TÍNH NHIỆT
Bài 1: Dựng đường đặc tính ngồi Ne, Me, Ge…
Bài 2: Cách xây dựng đồ thị công Pv
* Xây dựng đồ thị công ứng với chế độ ne
1
2
3
4
5
6
7
8

Đường kính của xylanh D (mm)
Hành trình của pittong S (mm)
Tỷ số nén
Áp suất cuối kỳ nạp Pa (kg/cm2)
Áp suất cuối kỳ nén Pc (kg/cm2)
Áp suất cuối kỳ cháy Pz (kg/cm2)
Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb (kg/cm2)
Áp suất của q trình thải Pr (kg/cm2)
Thể tích làm việc của xilanh:

Thể tích buồng cháy:

Thể tích của xylanh:

Bảng thông số đồ thị P-v:
STT

84
84
10
0,75
16,79
64,32
3,78
1,24


1

16,8

64,2

2

6,6

27,4

3

3,8

16,6

4

2,6

11,6

5

1,9

8,9

6

1,5

7,1

7

1,2

5,9

8

1

5

9

0,86

4,3

10

0,75

3,8


Trong đó:
Với :

n1=1,35
n2=1,23

Thơng số đường đặc tính ngồi:
với
với
với

MeN, nN: Mơ men, tốc độ động cơ khi đạt công suất cực đại Nemax.
nx, Nex, gex, Mex: Tốc độ, công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và mơ men ở chế
độ tính
tốn.
Các giá trị của các hệ số a, b, c, d, e, f.. ghi ở bảng sau:

Loại động cơ
Xăng

a

b

c

d

e

f

k

ge1

1,25

0,5

1

1

1,20

1

0,8

geN


nmin

nM

ne

Ne

67,7

182,5

292

Me

38,5

41,5

33,2

ge

276,7

241,4

268,2

8