Thiết kế nhóm piston trên động cơ xe du lịch

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Hưng Yên, ngày ..... tháng .... năm 2022
Giáo viên hướng dẫn


NHẬN XÉT GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Hưng Yên, ngày ..... tháng .... năm 2022
Giáo viên phản biện


MỤC LỤC
MỤC LỤC

Trang

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN......................................................................1
NHẬN XÉT GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.........................................................................2
MỤC LỤC...................................................................................................................... 3
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................ 1
Chương I: Giới thiệu tổng quan về đề tài........................................................................2
1.1 Lý do chọn đề tài...................................................................................................2

1.2 Mục tiêu của đề tài................................................................................................3
1.3 Đối tượng nghiên cứu............................................................................................3
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu............................................................................................3
1.5 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................3
Chương II: Cơ sở lý luận của đề tài................................................................................4
2.1 Cơ cấu sinh lực trên ô tô...........................................................................................4
2.1.1 Các bộ phận tĩnh.............................................................................................4
2.1.2. Các bộ phận chuyển động.............................................................................7
2.2 Tính tốn chu trình cơng tác của động cơ đốt trong............................................12
2.2.1 Giới thiệu về động cơ và các thơng số đầu vào phục vụ tính tốn.................12
2.2.2 Tính tốn các q trình cơng tác của động cơ...............................................14
2.2.2.2 Tính tốn q trình nén..............................................................................16
2.2.2.3 Tính tốn q trình cháy............................................................................17
2.2.2.4 Tính tốn q trình giãn nở........................................................................19
2.2.2.5 Tính tốn các thơng số chu trình cơng tác..................................................20
2.2.3 Vẽ và hiệu đính đồ thị cơng..........................................................................21
2.2.3.1 Vẽ vịng trịn Brick đặt phía trên đồ thị cơng.............................................23
2.2.3.2 Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị......................................................24
2.2.4 Tính toán động học, động lực học.................................................................27
2.2.4.1 Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học....................................................27
a. Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)................................................27
b. Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α).......................................................27
c. Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x).......................................................28
2.2.4.2 Tính tốn động lực học..................................................................................30
a. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến................................................................30


b. Các khối lượng chuyển động quay.....................................................................30
c. Lực quán tính.....................................................................................................31
d. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính –Pj = f(x)......................................................31

e. Khai triển đồ thị công P–V thành p = ƒ(α)........................................................33
g. Vẽ đồ thị P = ƒ(α)...............................................................................................34
h. Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = ƒ(α).................36
i. Vẽ đường biểu diễn ΣT = ƒ(α) của động cơ nhiều xylanh...................................39
2.3 Tính tốn kiểm nghiệm bền cho piston................................................................41
2.3.1 Thông số ban đầu..........................................................................................41
2.3.2 Các thông số chọn cơ bản.............................................................................41
2.3.3 Tính tốn kiểm tra bền cho piston.................................................................44
2.3.4 Tính tốn kiểm nghiệm bền xéc măng..........................................................53
Chương III: Thiết kế nhóm Piston bằng phần mềm Catia.............................................55
3.1 Ứng dụng phần mềm Catia V5-R21....................................................................55
3.2 Các lệnh cơ bản trong các module.......................................................................60
3.3 Thiết kế 3D nhóm Piston trên động cơ xe du lịch................................................78
KẾT LUẬN..................................................................................................................85
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................86


DANH MỤC HÌNH Ả
Hình 2.1. Nắp máy.........................................................................................................4
Hình 2.2. Đặc điểm của nắp máy...................................................................................4
Hình 2.3. Các chi tiết bố trí trên nắp máy......................................................................5
Hình 2.4. Thân máy.......................................................................................................5
Hình 2.5. Thân máy.......................................................................................................6
Hình 2.6. Cácte..............................................................................................................6
Hình 2.7. Piston.............................................................................................................7
Hình 2.8. Cấu tạo piston................................................................................................7
Hình 2.9. Hình dáng piston............................................................................................8
Hình 2.10. Thanh truyền................................................................................................8
Hình 2.11. Cấu tạo trục khuỷu.....................................................................................10
Hình 2.13. Sự dẫn động của trục khuỷu.......................................................................11

Hình 2.14: Đường biểu diễn hành trình pittơng x = f()..............................................27
Hình 2.15: Đường biểu diễn tốc độ của pittơng v = f()..............................................28
Hình 2.16: Đường biểu diễn gia tốc của pittơng j = f(x)..............................................29
Hình 2.17: Vẽ đường biểu diễn lực qn tính –Pj = f(x)..............................................33
Hình 2.18: Sơ đồ tính tốn piston................................................................................44
Hình 2.19: Sơ đồ tính đỉnh piston theo phương pháp Back..........................................44
Hình 2.20: Sơ đồ tính đỉnh piston theo phương pháp Back..........................................45
Hình 2.21: Sơ đồ tính tốn chốt piston.........................................................................50
Hình 2.22: Ứng suất biến dạng trên tiết diện chốt piston.............................................52
Y

Hình 3.1: Giao diện Mechanical Design......................................................................56
Hình 3.2: Giao diện Shape...........................................................................................57
Hình 3.3: Giao diện Digital Mockup............................................................................57
Hình 3.4: Giao diện Ergonomics Design và Analysis..................................................58
Hình 3.5: Giao diện Equidment and system.................................................................58
Hình 3.6: Giao diện Module Machining simulation.....................................................59
Hình 3.7: Giao diện Modle Machining........................................................................59
Hình 3.8: Giao diện Part..............................................................................................60
Hình 3.9: Giao diện Sketch..........................................................................................73
Hình 3.10: Giao diện Assembly...................................................................................75
Hình 3.11: Các thanh cơng cụ cơ bản..........................................................................75
Hình 3.12: Giao diện Drafting.....................................................................................77


LỜI NĨI ĐẦU
Cùng với việc phát triển của cơng nghệ thơng tin và khoa học kỹ thuật với mức
độ chóng mặt trong thời đại ngày nay. Đã kéo theo sự phát triển của các ngành nghề
khác có liên quan. Với việc ứng dụng các thành tựu đạt được trong lĩnh vực cơng nghệ
thơng tin đã giúp cho q trình tự động hóa sản xuất của con người ngày một hồn

thiện và tối ưu.
Đối với chuyên ngành cơ khí động lực thì việc áp dụng cơng nghệ thơng tin
ngày càng cấp thiết và đã liên tục diễn ra trong quá trình sản xuất để nhằm rút ngắn
thời gian và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngày nay, việc lên bản vẽ thiết kế không
chiếm nhiều thời gian của người thiết kế vì sự trợ giúp của các cơng cụ của cơng nghệ
thơng tin. Trong đó các phầm mềm hỗ trợ thiết kế đã luôn được dùng để tiến hành thiết
kế chi tiết máy. Nhận thấy được tầm quan trọng đó em đã được thầy giao đề tài “Ứng
dụng phần mềm Catia để thiết kế nhóm Piston trên động cơ xe du lịch”. Đây là một đề
tài mới đối với sinh viên ngành động lực, nó khơng những giúp cho em có điều kiện để
chuẩn lại các kiến thức đã học ở trường mà cịn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn
khi tiếp xúc với thực tế thiết kế.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Hà Trung, các thầy cơ
trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các
kiến thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này. Mặc dù vậy, do kiến thức
của em có hạn, đề tài mới, phần mềm mới chưa được phổ biến ở Việt Nam việc tìm
kiếm tài liệu gặp nhiều khó khăn nên đồ án sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót. Em
mong các thầy cơ góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn Bùi Hà Trung
cùng các thầy cơ trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ án
này.
Hưng Yên, ngày tháng năm 2022
Sinh viên thực hiện

1


Chương I: Giới thiệu tổng quan về đề tài
1.1 Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây với sự phát triển không ngừng về khoa học kỹ thuật của
nhân loại đã bước lên một tầm cao mới, rất nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật, các

phát minh sáng chế mang đậm bản chất hiện đại và có tính ứng dụng cao. Là một quốc
gia có nền kinh tế đang phát triển, nước ta đã và đang có cải cách mới để thúc đẩy kinh
tế. Việc tiếp nhận, áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến của thế giới được nhà nước
quan tâm nhằm cải tạo, đẩy mạnh sự phát triển của các ngành cơng nghiệp mới, với
mục đích đưa nước ta từ một nước công nghiệp kém phát triển thành một nước công
nghiệp phát triển. Trong các ngành công nghiệp mới đang được nhà nước chú trọng,
đầu tư phát triển thì cơng nghiệp ơ tơ là một trong số những tiềm năng đang được quan
tâm. Nhu cầu về sự phát triển của các loại ô tô ngày càng cao, các yêu cầu kỹ thuật
ngày càng đa dạng. Các loại ô tô chủ yếu sử dụng trong công nghiệp, giao thông vận
tải. Khoảng 20 năm gần đây ô tô đã có những bước tiến rõ rệt.
Ngày nay ơ tơ được sử dụng rộng rãi như một phương tiện đi lại thông dụng cho
nên các trang thiết bị, các bộ phận trên ơ tơ ngày càng hồn thiện và hiện đại hơn
nhằm đảm bảo độ tin cậy, an toàn và tiện dụng cho người sử dụng. Yêu cầu vận hành,
sửa chữa và bảo trì lắp đặt động cơ đời mới đòi hỏi phải hiểu biết sâu sắc về cấu tạo.
Các đặc tính kỹ thuật, ngun lý vận hành có kỹ năng thành thạo trong tất cả các quy
trình.
Để đáp ứng được u cầu đó người cơng nhân phải được đào tạo một cách có khoa
học, có hệ thống đáp ứng được các nhu cầu xã hội hiện nay. Do đó, nhiệm vụ của các
trường kỹ thuật là phải đào tạo cho học sinh, sinh viên có trình độ và tay nghề cần thiết
để đáp ứng nhu cầu công nghiệp ô tơ hiện nay. Điều đó địi hỏi người kỹ thuật viên
phải có trình độ hiểu biết học hỏi sáng tạo để bắt kịp với khoa học tiên tiến hiện đại,
nắm bắt được những thay đổi về các đặc tính kỹ thuật của từng loại xe, dịng xe, đời
xe… có thể chuẩn đoán hư hỏng và đưa ra phương án sửa chữa tối ưu. Vì vậy người kỹ
thuật viên trước đó phải được đào tạo với một phương trình đào tạo tiên tiến, hiện đại
cung cấp đầy đủ kiến thức lý thuyết cũng như thực hành.
Trên thực tế trong các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật của nước ta hiện nay thì
trang thiết bị cho học sinh, sinh viên thực hành cịn thiếu thốn rất nhiều. Các kiến thức
mới có tính khoa học kỹ thuật cao cịn chưa được khai thác đưa vào thực tế giảng dạy,
các bài tập hướng dẫn thực hành, thực tập cịn thiếu thốn. Vì vậy mà người kỹ sư, kỹ
thuật viên gặp nhiều khó khăn trong quá trình nâng cao tay nghề, trình độ hiểu biết,

tiếp xúc với những kiến thức, thiết bị tiên tiến hiện đại trong thực tế còn nhiều hạn chế.
2


Đề tài giúp sinh viên năm cuối khi sắp tốt nghiệp có thể củng cố kiến thức, tổng
hợp và nâng cao kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức ngoài thực tế, xã hội, đề
tài còn thiết kế các chi tiết, chế tạo các thiết bị, mơ hình để các sinh viên trong trường
đặc biệt là khoa Cơ khí động lực tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho các
học sinh, sinh viên khố sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Hiểu kết cấu, mô tả nguyên lý làm việc của cơ cấu, hệ thống trên ô tô, nắm được
cấu tạo, mối tương quan lắp ghép của các chi tiết, cụm chi tiết.
Hiểu và sử dụng phần mềm thiết kế 3D CATIA một cách thuần thục, có hiệu quả.
Thiết kế được nhóm piston trên động cơ xe du lịch bằng phần mềm.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: “Ứng dụng phần mềm Catia để thiết kế nhóm Piston trên
động cơ xe du lịch”.
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu
Phân tích đặc điểm, kết cấu, cách ứng dụng phần mềm CATIA trong việc thiết
kế cụm chi tiết.
Tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước để hoàn thành đề tài nghiên cứu của
mình.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
Bước 1: Thu thập, tìm tòi các tài liệu về phần mềm CATIA
Bước 2: Vận dụng những kiến thức đã được học, tính tốn những số liệu cần
thiết để thiết kế ra được nhóm piston trên động cơ xe du lịch.
Bước 3: Ứng dụng phần mềm thiết kế 3D CATIA thiết kế nhóm piston trên
động cơ xe du lịch.
Bước 4: Tổng hợp, hệ thống hoá các kiến thức liên quan (liên kết từng mặt,
từng bộ phận thơng tin đã phân tích) tạo ra một hệ thống lý thuyết đầy đủ và sâu sắc để

hoàn thành đề tài.

3


Chương II: Cơ sở lý luận của đề tài

2.1 Cơ cấu sinh lực trên ô tô
2.1.1 Các bộ phận tĩnh
a. Nắp máy
Được bố trí trên thân máy, là phần chịu áp lực và nhiệt độ cao trong suốt quá
trình sử dụng.

Hình 2.1. Nắp máy
Piston và nắp máy tạo thành một góc vát hình cơn làm tăng tốc độ lan truyền
trong quá trình cháy và giảm tiếng gõ.

Hình 2.2. Đặc điểm của nắp máy
Chức năng:
-

Cùng với xilanh tạo thành buồng đốt động cơ.

-

Làm giá đỡ để bắt các bộ phận khác.
4


-

Chịu lực.

-

Bố trí các chi tiết tương quan: trục cam, xu pắp, buồng cháy, bougie...

-

Chứa các đường nước làm mát, dầu bôi trơn động cơ.

Cấu tạo:
-

Nắp máy được đúc liền khối với động cơ xy lanh thẳng hàng.

-

Giữa nắp máy và thân máy có lắp joint làm kín

Hình 2.3. Các chi tiết bố trí trên nắp máy
b. Thân máy
Động cơ 1NZ – FE thân máy dạng thẳng hàng.

Hình 2.4. Thân máy
Chức năng:
-

Thân động cơ là thành phần chính của động cơ, là giá đỡ để bắt các chi tiết, bộ
phận của động cơ.

-

Chịu bộ phận lực của động cơ.
5


-

Bố trí tương quan các bộ phận, chi tiết của động cơ: Trục khuỷu, trục cam, xi
lanh...

-

Chứa các đường ống nước, áo nước làm mát cho động cơ

Cấu tạo:
-

Thân động cơ được đúc thành một khối liền, trong có các lỗ xylanh (lỗ lắp ống
lót xy lanh), có các đường nước làm mát đi qua, đường ống dẫn dầu bôi trơn, vị
các vị trí để lắp đặt các bộ phận khác.

-

Ống lót xy lanh làm bằng gang đúc mỏng, có độ chính xác gia cơng cao và
khơng lắp chọn.

-

Vật liệu chế tạo thân động cơ là hợp kim nhơm.

Hình 2.5. Thân máy
c. Cacte
Chức năng:
-

Cacte được nối bên dưới hộp trục khuỷu qua trung gian của một đệm làm kín.
Nó dùng để chứa nhớt bơi trơn và che kín các chi tiết bên trong hộp trục khuỷu.

Cấu tạo:
-

Được làm bằng tôn.

-

Bên dưới được bố trí một nút xả nhớt.

-

Bên trong có bố trí vách ngăn giúp làm giảm dao động của dầu khi xe chuyển
động, đồng thời đảm bảo được nhớt luôn ngập lưới lọc khi xe chuyển động ở
mặt đường nghiêng.

6


Hình 2.6. Cácte

2.1.2. Các bộ phận chuyển động
a. Piston
Chức năng:
-

Đỉnh Piston cùng với nắp máy tạo thành buồng đốt.

-

Nén hỗn hợp trong kỳ nén.

-

Tiếp nhận lực khí cháy làm quay trục khuỷu qua trung gian của thanh truyền và
trục piston.

Cấu tạo:
-

Piston động cơ 1NZ – FE được chế tạo bằng nhơm, có khe xécmăng cao, có độ
chính xác cao và khơng được lắp chọn.

Hình 2.7. Piston
-

Đỉnh Piston: Là phần trên cùng của Piston.

-

Đầu Piston bao gồm đỉnh Piston và vùng chứa xéc măng. Trên đầu Piston có lắp

các xéc măng để làm kín buồng đốt..

-

Trong q trình làm việc, một phần nhiệt từ Piston truyền qua Xécmăng đến xylanh
và ra nước làm mát. Tình trạng chịu nhiệt của Piston là không đều, nhiệt độ của
đầu Piston cao hơn phần thân rất nhiều nên nó giãn nở nhiều khi làm việc. Do đó,
7


người ta chế tạo đường kính đầu Piston hơi nhỏ hơn thân một chút ở nhiệt độ bình
thường.

Hình 2.8. Cấu tạo piston
-

Đi piston là phần cịn lại của piston, nó dùng để dẫn hướng. Sự mài mòn nhiều
nhất ở phần thân xảy ra theo phương vng góc tâm trục piston.

-

Thân piston có dạng hình oval, đường kính theo phương vng góc với trục piston
hơi lớn hơn đường kính theo phương song song với trục piston, để bù lại sự giãn nở
nhiệt do phần kim loại bệ trục piston dày hơn các chỗ khác.

Hình 2.9. Hình dáng piston
b. Thanh truyền
Chức năng:
-

Kết nối trục piston với chốt khuỷu.

-

Nó dùng để biến chuyển động lên tịnh tiến của Piston thành chuyển động quay của
trục khuỷu và ngược lại.

-

Động cơ 1NZ – FE có 4 thanh truyền.

Cấu tạo:
-

Được chế tạo bằng thép, có cường độ làm việc cao và gọn nhẹ.
8


-

Thanh truyền được chia làm 3 phần:
+ Đầu nhỏ thanh truyền kết nối với trục piston.
+ Đầu to thanh truyền được chia làm hai nửa được lắp ghép với chốt khuỷu.
+ Thân thanh truyền là phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to thanh truyền.

Hình 2.10. Thanh truyền
-

Dầu nhờn từ cổ trục chính đi qua đường ống dẫn trong trục khuỷu đến bơi trơn đầu
to thanh truyền, sau đó đi qua hai mép đầu to để bôi trơn xy lanh – piston dưới tác

dụng của lực li tâm. Bên hông đầu to thanh truyền có bố trí một lỗ dầu, dùng để
làm mát đỉnh Piston khi lỗ dầu trên chốt khuỷu trùng với lỗ dầu trên dầu to thanh
truyền.
c. Trục khuỷu
Trục khuỷu động cơ 1NZ – FE được gia công bằng phương pháp rèn, có độ chính
xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao để giảm ma sát.
Chức năng:
- Là chi tiết quan trọng và phức tạp của động cơ. Nó tiếp nhận lực của piston
truyền qua thanh truyền và biến lực thành mômen xoắn truyền cho bánh đà.

9


Bánh răng cảm biến trục khuỷu

Cấu tạo:

Hình 2.11. Cấu tạo trục khuỷu
-

Trục khuỷu làm bằng thép rèn chất lượng cao để đảm bảo được độ cứng vững và
mài mịn tốt.

-

Nó được đặt trong các ổ trục chính ở thân máy.

-

Giữa ổ trục chính của thân máy và cổ trục chính của trục khuỷu có các bạc lót, và

các bạc lót được chia làm hai nửa.

Hình 2. 1. Bạc lót
10


-

Đầu trục khuỷu được lắp bánh xích hoạc bánh đai răng để dẫn động cơ cấu phân
phối khí. Ngồi ra nó cịn dẫn động bơm trợ lực lái, máy nén hệ thống điều hịa,
bơm nước, máy phát điện…

Hình 2.12. Sự dẫn động của trục khuỷu
-

Đi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà và để đỡ đầu trục sơ cấp của hộp số.

-

Các cổ trục chính và chốt khuỷu được gia cơng rất chính xác và có độ bóng cao.
Dầu nhờn từ thân máy được dẫn tới các ổ trục chính để bơi trơn các ổ trục và bạc
lót.

-

Chốt khuỷu dùng để gá lắp đầu to thanh truyền, dầu nhờn bơi trơn chốt khuỷu
được dẫn từ cổ trục chính qua đường ống dẫn dầu. Đối trọng dùng để cân bằng lực
qn tính và mơmen qn tính.

11

2.2 Tính tốn chu trình cơng tác của động cơ đốt trong
2.2.1 Giới thiệu về động cơ và các thông số đầu vào phục vụ tính tốn
Bảng 2.1: Số liệu phần tính tốn nhiệt
TT

Tên thơng số

Ký hiệu
1NZ-FE

Giá trị

Đơn vị

1

Kiểu động cơ

2

Số kỳ



4

3

Số xilanh

i

4

4

Thứ tự nổ

5

Hành trình piston

S

85

mm

6

Đường kính xilanh

D

75

mm

7

Góc mở sớm xupáp nạp

1

20

độ

8

Góc đóng muộn xupáp nạp

2

30

độ

9

Góc mở sớm xupáp xả

1

30

độ

10

Góc đóng muộn xupáp xả

2

20

độ

11

Góc phun sớm

i

15

độ

12

Chiều dài thanh truyền

ltt

170

mm

13

Cơng suất định mức

Ne

80

mã lực

14

Số vòng quay định mức

n

6000

v/ph

15

Suất tiêu hao nhiên liệu

ge

210

g/ml.h

16

Tỷ số nén



10,5

17

Khối lượng thanh truyền

mtt

1.2

kg

18

Khối lượng nhóm piston

mpt

1.3

kg

Ghi chú

Đ/cơ xăng 1 hàng
kỳ

1-3-4-2

58,84 kW

285,5201 g/kW.h

1) Áp suất môi trường: pk
Áp suất mơi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ (với động
cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn p k =
p0)
Ở nước ta nên chọn pk = p0 = 0,1 (MPa)
12


2) Nhiệt độ môi trường: Tk
Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm. Vì đây
là động cơ khơng tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupáp nạp
nên:
Tk = T0 = 24ºC = 297ºK
3) Áp suất cuối quá trình nạp: pa
Áp suất pa phụ thuộc vào rất nhiều thơng số như chủng loại động cơ, tính năng
tốc độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thơng
Vì vậy cần xem xét động cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn pa - Áp suất
cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:
pa = (0,8-0,9).pk = (0,8-0,9)0,1 = 0,08-0,09 (MPa)
Căn cứ vào động cơ đang tính ta chọn: pa = 0,088 (Mpa)
4) Áp suất khí thải: P

Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như p
Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi:
p = (1,10-1,15).0,1 = 0,11-0,115 (MPa)
chọn P = 0,115 (MPa)
5) Mức độ sấy nóng của mơi chất ∆T:
Mức độ sấy nóng của mơi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành
hỗn hợp khí ở bên ngồi hay bên trong xylanh
Với động cơ xăng: ∆T = 0ºK - 20ºK
Ta chọn: ∆T = 10ºK
6) Nhiệt độ khí sót (khí thải) T:
Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đơng cơ. Nếu q trình giãn nở
càng triệt để, nhiệt độ T càng thấp
Thơng thường ta có thể chọn: T = 700 ºK - 1000 ºK
Ta chọn: T = 900 ºK
7) Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ:
Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được chọn theo hệ số dư lượng khơng khí α để hiệu đính
Thơng thường có thể chọn λ theo bảng sau:
α
0,8
1,0
1,2
1,4
λ
1,13
1,17
1,14
1,11
Đối với động cơ xăng chọn λ = 1,14
8) Hệ số quét buồng cháy λ:
Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ = 1

13


9) Hệ số nạp thêm λ:
Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí. Thơng thường ta có thể
chọn λ = 1,02÷1,07; ta chọn λ = 1,07
10) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ:
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z, ξ phụ thuộc vào chu trình cơng tác của động cơ
Với các loại động cơ xăng ta thường chọn : ξ= 0,85 - 0,92
Ta chọn ξ= 0,85
11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ:
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ
diesel. ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ
Với các loại động cơ xăng ta thường chọn: ξ = 0,85 - 0,95
Ta chọn ξ= 0,92
12) Hệ số hiệu chỉnh đồ thị cơng φ:
Thể hiện sự sai lệch khi tính tốn lý thuyết chu trình cơng tác của động cơ với chu
trình cơng tác thực tế. Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính tốn của
động cơ xăng ít hơn của động cơ diesel vì vậy hệ số φ của động cơ xăng thường chọn
hệ số lớn
Có thể chọn φ trong phạm vi: φ = 0,92 - 0,97
Ta chọn φ = 0,97
2.2.2 Tính tốn các q trình cơng tác của động cơ
2.2.2.1 Q trình nạp
1) Hệ số khí sót γ:
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m = 1,45÷1,5
Chọn m = 1,5
1�(297  10) 0,115
1

�
�
1
900
0, 088
1,5
�0,115 �
10,5 �1, 07  1,14 ��
1 �
�
�0, 088 �
=

= 0,04278

2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp T:
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T được tính theo cơng thức:
14


T = ºK
�0, 088 �
�
�0,115 �

 297  10   1,14 �0, 04278 �900 ��
T=
3) Hệ số nạp η:

1  0, 04278

1,5 1
1,5

= 335 (ºK)

1
�
�
1,5
0,115
�
�
�
�
10,5 �1, 07  1,14 ��
1 �
1
�
297 0, 088 �
�0, 088 � �
10,5

1
0,1
�
�= 0,885
297

10

η=

4) Lượng khí nạp mới M:
Lượng khí nạp mới M được xác định theo cơng thức sau:
M=
(kmol/kgnhiên liệu)
Trong đó p là áp suất có ích trung bình được xác định theo cơng thức sau:
30 �58,84 �4
p = = 0,37533 �6000 �4 = 0,7838474668 (MPa)
432 �103 �0,1�0,885
285,5201�0, 783847 �297 = 0,57499 (kmol/kg nhiên liệu)

Vậy M =
5) Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M:
Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M được tính theo công
thức:
�C H O �
�   �
M = \f(1, �12 4 32 � (kmol/kg) nhiên liệu

Vì đây là động cơ xăng nên ta chọn C = 0,855; H = 0,145; O = 0
�0,855 0,145 0 �

 �
�
4
32 �= 0,5119 (kmol/kgnhiên liệu)
M = \f(1, � 12

6) Hệ số dư lượng khơng khí α:

Vì đây là động cơ xăng nên:
= 110 – 120. Đối với xăng thường dùng có thể chọn = 114
2.2.2.2 Tính tốn q trình nén
1) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khơng khí:
=19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ)
15


2) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Khi hệ số dư lượng khơng khí α >1 tính theo cơng thức sau:
=

 17, 997  3,504 

360,34  252, 4  �105


2

 17,997  3,504.1,10609  

.T (kJ/kmol.độ)

 360,34  252, 4.1,10609  �105

2
=
= 21,87274+ 2,1354.10-3.T (kJ/kmol.độ)
3) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong q trình nén tính theo cơng

thức sau:

(19,806  0,00209.T)

=

 0,04278 �(21,87274  2,135436.10-3 .T)

1  0, 04278

= 19,89078+2,135436.10-3 .T = av' + .T (kJ/kmol.độ)
4) Chỉ số nén đa biến trung bình n:
Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thông số kết cấu và thông số vận
hành như kích thước xylanh, loại buồng cháy, số vịng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt độ
của động cơ. Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau:
Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng. Chỉ số nén
đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau:
n-1=

n1  1 

8, 314
19,89  2,135.103.335.(10,5n1 1  1)

VT
Ta chọn n1 của vế phải là n1  1,3725 thay vào phương trình trên ta có:

n1VT  1 

8,314

19,89  4, 27.10 / 2.335.(10,51,37251  1)
3

� n1VP  1  0,3725 � n1VP  1,37242

n1VP  n1VT
1,3725  1,37242
n1 
.100% 
.100%  0%
VT
n
1,3725
1
Mà
< 0,2%

Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n = 1,3725 thõa mãn điều kiện
5) Áp suất cuối quá trình nén P:
Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức:
P = P ε\a\ac\vs2(n = 0,088 10,5

1,3725

= 2,218528362 (MPa)

6) Nhiệt độ cuối quá trình nén T:
Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức:
16

1,37251

T = T ε\a\ac\vs2(n-1 = 335 10,5
= 804,4372279 (ºK)
7) Lượng mơi chất cơng tác của q trình nén M:
Lượng mơi chất cơng tác của q trình nén M được xác định theo công thức:
M = M+ M = M (1   r ) = 0,57499(1+0,04278) = 0,599581973
2.2.2.3 Tính tốn q trình cháy
1) Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β:
Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức:
β = \f(M,M = \f(M+ΔM,M = 1+ \f(ΔM,M
Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức
sau:
ΔM = 0,21(1-α) M + ( \f(H,4 + \f(O,32 - \f(1,μ ) = 0,016073142
Do đó:
β = \f(M,M = \f(M+ΔM,M = 1+ \f(ΔM,M = 1,02795
2) Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: ( Do có khí sót )
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo công thức:
1, 02795  0, 04278
β = \f(β+γ,1+γ = 1  0, 04278
= 1,02681

3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β: (Do cháy chưa hết )
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β được xác định theo cơng thức:
β = 1 + \f(β-1,1+γχ
Trong đó
0,85
 0,92391
χ = \f(ξ,ξ = 0,92

1,02795-1
�0,92391
1

0,04278
β=1+
= 1,02477

Nên:
4) Lượng sản vật cháy M:
Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức:
M = M + ΔM = β. M = 1,027950,57499= 0,59106
5) Nhiệt độ tại điểm z T:
Đối với động cơ xăng, tính nhiệt độ T bằng cách giải phương trình cháy:
 z �(QH  Q)
 mcv' �Tc   z �mc"pz �Tz
M 1 � 1   r 
(1)
Trong đó :

 

17


kJ/kgnl
kJ/kgnl
Q: là nhiệt trị của xăng , Q = 44.10( kJ/kgn.l )
: là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z là:
= 8,314+

: là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z được tính theo cơng thức:
= \f(γ,β\f(γ,β\f(,= a'' + (b''/2) .T
Giải phương trình trên ta được:
T = 2813,194713; T= -9654,620841 (loại)
6) Áp suất tại điểm z p :
Ta có áp suất tại điểm z p được xác định theo công thức:
p = λ. Pc = 3,58371.2,218528 = 7,950564912 ( MPa )
Với λ là hệ số tăng áp :
λ = β. \f(T,T = 3,58371
Vậy:
p = 7,950564912 (MPa)
2.2.2.4 Tính tốn q trình giãn nở
1) Hệ số giãn nở sớm ρ:
Đối với động cơ xăng ρ = 1
2) Hệ số giãn nở sau δ:
Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo công thức:
δ = e/ ρ = 10,5
3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n:
n–1 = \f(.Q,M..β.\f(b'',2\f(8.314,+a''+.
Trong đó :
T: là nhiệt trị tại điểm b và được xác định theo công thức:
T = \a\ac\vs2(n–1\f(T,δ( ºK )
VT
Chọn n2 = 1,2502 và thay vào hai vế ta có:

8,314
VT
2

n

4250
2813,195
 21, 29  2,987.10 3.(2813,195 
)
10,51,25021
-1 = 738,31

� n2VP  1  0, 2502 � n2VP  1, 25018

n2 

n2Vp  n2VT
1, 2502  1, 25018
.100% 
.100%  0%
VT
n2
1, 2502
<0,2% => thỏa mãn điều

kiện
Q: là nhiệt trị tính tốn
18


Đối với động cơ xăng: Q= Q Q = 44000 (kJ/kg n.l)
Qua kiểm nghiệm tính tốn thì ta chọn được n = 1,2502. Thay n vào 2 vế của
phương trình trên ta so sánh, ta thấy sai số giữa 2 vế < 0,2% nên n chọn là đúng.
4) Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T:

2813,194713
Tz
 1562, 061865
1,2502 1
n 1
10,5

T=
= =
( ºK )
2

5) Áp suất cuối quá trình giãn nở p:
Áp suất cuối quá trình giãn nở P được xác định theo CT:
7,9505649
 0, 420443
1,2502
10,5
Pb= \a\ac\vs2(n\f(P,δ =
(MPa)
6) Tính nhiệt độ khí thải T:
1,5 1

� 0,115 �1,5
�
�
T = T. \f(P,P\f(m–1,m\a\ac\vs2( =1562. �0, 420443 � = 1013,97785 (0K)

Ta tính được T = 1013,97785 ( ºK ). So sánh với nhiệt độ khí thải đã chọn ban
đầu thỏa mãn điều kiện không vượt q 15%

2.2.2.5 Tính tốn các thơng số chu trình cơng tác
1) Áp suất chỉ thị trung bình p':
Đây là động cơ xăng nên áp suất chỉ thị trung bình P' được xác định theo công
thức:
pi, 

�
pc �
 . � 1 � 1 � 1 �
    1 
.�
1  n2 1 �
1  n1 1 �
�
�
�
 1 �
n2  1 � 
� n1  1 � 
�
�

Thay số vào ta có:
pi, 

�
2, 2185 �
0, 25.1 �
1
1

1
�
�
�
0, 25  1  1 
.�
1

1
�
� 1,1218( Mpa)
�
1,3725 1 �
1,3725 1 �
10,5  1 �
1,3725  1 � 10,5
� 1,3725  1 � 10,5
�
�

Qua tính tốn thực nghiệm ta tính được P' = 1,1218 (MPa)
2) Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p:
Do có sự sai khác giữa tính tốn và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình,
trong thực tế được xác định theo cơng thức:
p = p'.φ = 1,1218.0,97 = 1,088146393777 (MPa)
Trong đó φ là hệ số hiệu đính đồ thị cơng. Chọn theo tính năng và chủng loại động
cơ
3) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g:
Ta có cơng thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g:
19

gi 

432.103.v .Pk
 205, 67469
M 1.Pi .Tk
(g/kW.h)

4) Hiệu suất chỉ thị η:
Ta có cơng thức xác định hiệu suất chỉ thị η:
i 

3, 6.103
3,6.103

 0,3978
gi .QH
205,67469.44000

5) Áp suất tổn thất cơ giới P:
Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được
biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ.
Ta có tốc độ trung bình của động cơ là:
V = \f(S.n,30 = = 17 (m/s)
Đối với động cơ xăng i 6:
P = 0,05 + 0,015.V = 0,305 (MPa)
6) Áp suất có ích trung bình P:
Ta có cơng thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo công
thức:

P = P – P = 0,78315 (MPa)
7) Hiệu suất cơ giới η:
Ta có cơng thức xác định hiệu suất cơ giới:
pe
η = pi = 71,971 %

8) Suất tiêu hao nhiên liệu g:
Ta có cơng thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính tốn là:
205, 67469
 285, 77565
0,
71971
g= \f(g,η =
(g/kW.h)
9) Hiệu suất có ích η:
Ta có cơng thức xác định hiệu suất có ích η là:
η = η .η= 0,2863
10) Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:
D = \f(4.V,π.S
(mm)
N e .30.
58,84.30.4
Mặt khác

Vh 

Pe .i.n



0, 78315.4.6000

 0,37566

(dm3)

4.0,37566.106
 75, 03356
3,14.95
(mm)

D=
Ta có sai số so với đề bài là: 0,03356 < 0,1 (mm) (thỏa mãn điều kiện)
20