TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC ĐỘNG CƠ VÀ CƠ CẤU TRỤC KHUỶU- THANH TRUYỀN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRẦN ĐẠI NGHĨA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨ VIỆT NAM
KHOA
TÔ
Độc lậpÔ
– Tự
do – Hạnh phúc
----------

TRƯỜNG SQKTQS
KHOA Ô TÔ

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Họ và tên: Nguyễn Thanh Tường
Lớp:
17DDS07021
Ngành:
Công nghệ kỹ thuật ô tô
1. Tên đề tài: Tính tốn chu trình cơng tác động cơ xăng Audi 2.0
2. Các số liệu ban đầu
ST
NỘI DUNG
SỐ LIỆU
ĐVT
T
1
Công suất của động cơ
62,5
kW
2

Số vịng quay
củN
trục khuỷu
vịng / phút
ĐỒ
MƠN HỌC3700
3
Đường kính xy lanh
92
mm
4
Hành trình piston
92
mm
5
Tỷ số nén
6,7
6
Suất tiêu hao nhiên liệu
172
(g/kwh)
7
Chiều dài thanh truyền
170,4
mm
8
Số xy lanh
4
Chiếc
9

Góc mở sớm xupap nạp
10
Độ
10
Góc đóng muộn xupap nạp
40
Độ
GVHD:
11
Góc mở sớm
xupapKim
thải Ngọc Duy
40
Độ
12
Góc đóng muộn xupap thải
10
Độ

TÍNH TỐN CHU TRÌNH CƠNG TÁC
ĐỘNG CƠ VÀ CƠ CẤU TRỤC KHUỶUTHANH TRUYỀN
SVTH: Nguyễn Thanh Tường
Thứ tự công tác: 1-2-4-3
3. Nội dung thực hiện:
LỚP:
17DDS07021
 Tính tốn nhiệt chu trình công tác động cơ
 Vẽ đồ thị công
chỉ thị 17DDS0702144
MSSV:

 Tính động học và động lực học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
4. Bản vẽ:
 01 bản vẽ A0 gồm: Đồ thị cơng chỉ thị, Đồ thị lực khí thể, lực quán tính
và tổng lực, Đồ thị lực tiếp tuyến và pháp tuyến, Đồ thị đặc tính ngồi của
động cơ, Đồ thị vecto phụ tải cổ khuỷu, Đồ thị mài mòn, Đồ thị lực T∑.
Ngày nộp bài tập lớn: 24/11/2019
TP.HỒ CHÍ MINH - 10/2019
TP HCM, ngày…tháng…năm 2019
Giáo viên hướng dẫn
Ths Kim Ngọc Duy


MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU
PHẦN I: TÍNH TỐN CHU TRÌNH CƠNG TÁC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
ĐỘNG CƠ ZMZ 4178 TRÊN XE UAZ 469
1.1 Mục đích tính tốn
1.2 Tính tốn các chu trình cơng tác
1.2.1
Các thơng số ban đầu
1.2.2
Các thơng số cần chọn
1.2.3
Tính tốn q trình nạp
1.2.4
Tính tốn q trình nén
1.2.5
Tính tốn q trình cháy
1.2.6
Tính tốn q trình giãn nở

1.2.7
Kiểm tra kết q tính tốn
1.2.8
Tính tốn các thơng số chu trình cơng tác
PHẦN II: DỰNG ĐỒ THỊ CƠNG CHỈ THỊ CHU TRÌNH CƠNG TÁC CỦA
ĐỘNG CƠ
2.1
2.2
2.3
2.4

Khái qt
Dựng đồ thị cơng chỉ thị lý thuyết
Hiệu chỉnh cơng chỉ thị lý thuyết hình thành công chỉ thị thực tế
Đồ thị công chỉ thị chu trình cơng tác của động cơ

PHẦN III: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGỒI CỦA ĐỘNG CƠ
3.1 Khái qt
3.2 Thứ tự các đường đặc tính
3.3 Đồ thị đường đặc tính ngồi của động cơ
PHẦN IV: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ
4.1 Triển khai đồ thị công chỉ thị p-V thành đồ thị lực khí thể Pk tác dụng lên
piston theo góc quay α
4.2 Quy dẫn khối lượng chuyển động
4.2.1
Khối lượng chuyển động tịnh tiến
4.2.2
Khối lượng thanh truyền và khuỷu trục
4.2.3
Lực quán tính và tổng lực, lực tiếp tuyến và pháp tuyến

4.2.4
Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu
4.2.5
Đồ thị mài cổ khuỷu
4.2.6
Đồ thị tổng lực tiếp tuyến và momen tổng


LỜI NĨI ĐẦU
Động cơ đốt trong đóng vai trị quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động
lực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thủy, máy bay và các
máy công tác như máy phát điện bơm nước…Mặt khác, động cơ đốt trong đặc biệt
là động cơ ơ tơ, là ngun nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường, nhất là ở thành
phố.


Do tính phổ biến của động cơ đốt trong nên từ lâu, hầu hết tất cả các sinh viên
ngành kỹ thuật đều được học môn học động cơ đốt trong. Môn học này trang bị
những kiến thức cơ bản về nguyên lý làm việc và kết cấu động cơ.
Động cơ đốt trong kể từ khi ra đời đã không ngừng phát triển và ngày càng
hoàn thiện về kết cấu, vật liệu sử dụng và công nghệ chế tạo. Tuy nhiên đối với nước
ta do điều kiện kinh tế cịn khó khăn, cơng nghệ chế tạo máy nói chung, ơ tơ nói
riêng chưa phát triển nên hầu hết các ơ tơ xe máy nói hiện nay là ngoại nhập và các ơ
tơ sản xuất ở Liên Xơ là nơi có khí hậu độ ẩm cao, địa hình phức tạp. Do vậy một số
thông số của động cơ thay đổi đáng kể. Trong điều kiện đó, việc tìm hiểu tính tốn
kiểm nghiệm động cơ của từng loại xe, của từng động cơ đặc biệt quan trọng đối với
kỹ sư ngành ô tô.
Quá trình tính tốn kiểm nghiệm động cơ được sự giúp đỡ tận tình của thầy
Kim Ngọc Duy, cùng đóng góp của các bạn cùng lớp đã giúp em thực hiện xong bài
tập lớn môn học.

Song do nhiều hạn chế về lượng kiến thức, kinh nghiệm cịn ít nên trong q
trình trình bày thực hiện nhiệm vụ khơng thể tránh khỏi sai sót. Kính mong nhận
được những nhận xét của thầy để hoàn thành bài thật tốt!

Xin chân thành cảm ơn!
PHẦN I: TÍNH TỐN NHIỆT CHU TRÌNH CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ
1.1

Mục đích tính tốn:

Mục đích của việc tính tốn chu trình cơng tác là xác định các chỉ tiêu về kinh tế,
hiệu quả của chu trình cơng tác và sự làm việc của động cơ.
Kết quả tính tốn cho phép xây dựng đồ thị cơng chỉ thị của chu trình để làm cơ
sở cho việc tính tốn động cơ lực học, tính tốn sức bền và sự mài mịn các chi tiết
của động cơ .


Phương pháp chung của việc tính tốn chu trình cơng tác có thể áp dụng để kiểm
nghiệm động cơ sẵn có, động cơ được cải tiến hoặc thiết kế mới.
Việc tính tốn kiểm nghiệm động cơ sẵn có cho ta các thơng số để kiểm tra tính
kinh tế và hiệu quả của động cơ khi môi trường sử dụng hoặc chủng loại nhiên liệu
thay đổi. Đối với trường hợp này ta phải dựa vào kết cấu cụ thể của động cơ và môi
trường sử dụng thực tế để chọn các số liệu ban đầu.
1.2 Tính tốn các chu trình cơng tác
1.2.1 Các thơng số ban đầu
STT

THƠNG SỐ

KÝ HIỆU

GIÁ TRỊ

ĐVT

1

Cơng suất có ích lớn nhất

Nemax

62,5

2

Số vịng quay trục khuỷu

nemax

3700

kw
vg/phú

3

Số xy lanh động cơ

i

4

4

Tỷ số nén

ℇ

6,7

5

Hành trình piston

S

92

mm

6

Đường kính xy lanh

D

92

mm

7

Tỷ số

a

1

8

9

Tốc độ trung bình của piston
Ctb = =

Ctb

Thể tích cơng tác
Vh = =

Vh

t
Chiếc

11,347

m/s

0,612

Dm3

1.2.2 Các thông số chọn
1. Hệ số lượng dư khơng khí: (α = 0,9)
Hệ số lượng dư khơng khí là tỷ số giữa lượng khơng khí nạp thực tế vào xy lanh
L1 và lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu L0.
Giá trị của α được chọn tùy thuộc vào nhiều yếu tố như kiểu động cơ, phương
pháp tạo hỗn hợp, chế độ sử dụng. Với động cơ xăng ở nhiệt độ momen xoắn lớn
nhất thường có α = 0,85 – 0,9
2. Nhiệt độ môi trường: ( T0 = 2970K)


Giá trị của T0 thay đổi theo mùa và theo vùng khí hậu. Để tiện tính tốn, người ta
lấy giá trị trung bình của T0 cho cả năm. Giá trị trung bình của T 0 ở nước ta theo
thống kê của nhà khí tượng là 240C tức là T0 = 2970K
3. Áp suất môi trường: ( p0 = 0,103 )

Giá trị của p0 phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển. Càng lên cao thì p 0
càng giảm nên khơng khí càng lỗng. Để tiện sử dụng trong tính tốn, người ta
thường lấy giá trị của p0 ở độ cao của mực nước biển là: p0 = 0,103
4. Hệ số nạp: ( ηv = 0,82)
Hệ số nạp ηv là tỷ số giữa lượng khí thực tế được nạp vào xy lanh động cơ và
lượng khí có thể nạp vào xy lanh trong một hành trình của piston.
Hệ số nạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: phụ tải và tốc độ động cơ, độ sấy nóng
khơng khí nạp mới, hệ số sót khí, nhiệt độ sót khí,…
Động cơ xăng sử dụng xupap (ηv) = 0,75 ÷ 0,82
5. Áp suất khí thể cuối q trình thải cưỡng bức: ( pr = 0,11 )

Giá trị của pr phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó thời điểm bắt đầu mở xupap

thải, số vòng quay của trục khuỷu và sức cản trên đường ống thải là những yếu tố
quyết định.
Động cơ xăng có (pr) = 0,11÷ 0,15
6. Nhiệt độ cuối q trình thải: ( Tr = 9000K )
Phụ thuộc chủ yếu tỷ số nén và tốc độ động cơ, thành phần khí hỗn hợp, góc đánh
lửa sớm. Động cơ xăng có Tr = 900 ÷ 1100 (0K)
7. Độ sấy nóng khí nạp: (ΔT = 200K)
Giá trị ΔT phụ thuộc vào kết cấu thiết bị sấy nóng, kết cấu và cách phân bố đường
nạp, đường thải, số vòng qua n, hệ số dư của khơng khí 123. Trong các yếu tố thì tốc
độ vòng quay và cách phân bố các đường ống nạp thải có ảnh hưởng đến thời gian
tiếp xúc giữa khí nạp với thành ống cũng như điều kiện truyền nhiệt.
Động cơ xăng ΔT = 10 ÷ 30(0K)
8. Chỉ số nén đa biến trung bình n1: (n1 = 1,34)
Phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ quay, kích thước xy lanh, kiểu làm mát, mức
độ cường hóa động cơ (n1) = 1,34 ÷ 1,37
9. Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2: (n2 = 1,27)


Giá trị này phụ thuộc vào đặc điểm cấp nhiệt cho sản phẩm cháy trên đường giản
nở, đặc điểm ấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Động cơ có tốc độ cao, do đó làm
giảm tổn thất nhiệt độ do truyền cho nước làm mát, do lọt khí, chát rớt kéo dài.
Động cơ xăng (n2) = 1,23 ÷ 1,27
10. Hệ số sử dụng nhiệt (ξz): (ξz = 0,85)
ξz là tỷ số giữa lượng nhiệt biến thành công chỉ thị và tổng lượng nhiệt cung cấp
ban đầu ( điểm c đến điểm z)
Động cơ xăng có (ξz) = 0,85 ÷ 0,92
11. Nhiệt trị thấp của nhiên liệu: (QT = 44000 KJ/kg.độ)
QT là lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn tồn 1 đơn vị khối lượng hoặc thể tích
nhiên liệu khơng kể đến nhiệt hóa hơi của nước chứa trong sản phẩm cháy.
Động cơ xăng ta chọn: QT = 44000 KJ/kg.độ

1.2.3 Tính tốn q trình trao đổi khí
Việc tính tốn q trình trao đổi khí là xác định các thơng số chủ yếu cuối
quá trình nạp ( ở điểm a) như áp suất pa và nhiệt độ Ta.
1. Xác định hệ số khí sót:
Giá trị γr phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỷ số nén, số vòng quay, áp suất
khí sót pr và nhiệt độ khí sót Tr cuối q trình thải.
Hệ số khí sót: γr = = = 0,075

2. Nhiệt độ cuối quá trình nạp:
Ta = = = 357,877 (0K)
3. Áp suất cuối quá trình nạp:
pa=
= = 0,093 (MPa)
1.2.4 Tính tốn cuối q trình nén
Việc tính tốn q trình nén là xác định các thơng số như áp suất pc và nhiệt
độ Tc ở cuối quá trình nén.
1. Áp suất cuối quá trình nén:
pc = pa.ℇ(n1) = 0,093 x 6,71,34 = 1,19
2. Nhiệt độ cuối quá trình nén:


Tc = Ta.ℇ(n1) – 1 = 357,877 x 6,71,34 – 1= 683,28 (0K)
1.2.5 Tính tốn q trình cháy:
Việc tính tốn q trình cháy là xác định các thơng số cuối quá trình cháy
như áp suất pz và nhiệt độ Tz. Việc tính tốn được chia làm 2 giai đoạn như sau:
1. Tính tốn tương quan nhiệt hóa:
Mục đích việc tính tốn tương quan nhiệt hóa là xác định những đại lượng
đặc trưng cho q trình cháy về nhiệt hóa để làm cơ sở cho việc tính tốn nhiệt
động.
Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

thể lỏng.
M0 = x ( + - )
Trong đó: gc, gh, g0 là thành phần nguyên tố tính theo khối lượng cacbon,
hydro và oxy tương ứng chứa trong 1kg nhiên liệu. Trị số các thành phần ấy đối
với nhiên liệu xăng có thể lấy gần đúng theo các giá trị sau:
gC = 0,855; gH = 0,145; g0 = 0 thay vào ta có:
M0 = ( + + ) = 0,5119 ( )
Lượng khơng khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1kg nhiên liệu Mt
Mt = α.M0= 0,9 x 0,5119 = 0,5631 ( )
Lượng hỗn hợp cháy M tương ứng với lượng khơng khí thực tế:
M1= α.M0 +
Với μnl là trọng lượng phân tử của nhiên liệu tự nhiên ( hay trọng lượng của
1 kmol hơi nhiên liệu). μnl = 110 ÷ 114 ( ), ta chọn μnl= 114 ( )
Thay số vào ta có:
M1 = 0,9 x 0,5119 + = 0,572 ( )
Số mol cháy của sản vật cháy:
M2 = α.M0 + + = 0,9 x 0,5119 + +
= 0,589 ( )
Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β0:
β0 = = = 1,03
Hệ số thay đổi phần tử thực tế β:
β = = = 1,028


2. Tính tốn tương quan nhiệt động:
Do α <1, nên tổn thất nhiệt do cháy nhiên liệu khơng hồn tồn ΔQr =0
Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cơng tác cuối q trình
nén: μcvc = 20,223 + 1,1742 x 10-3 x Tc = 20,223 + 1,1742 x 10-3 x 683,28
= 21,41328 ( )
Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z

μcvz = 20,098 + + (1,55 + ) x 10-3 Tz
= 20,93527 + 0,002805Tz ( )
ΔQT = 120.10-3.( 1-α).M0 = 120.10-3.(1-0,9).0,5119 =0,0067572( )
Nhiệt độ cuối quá trình cháy được xác định theo phương thức truyền nhiệt
động: + μcvc.Tc = β.μcvz.Tz
 + 21,41328 x 683,28
= 1,027 x (20,93527 +0,002805.Tz).Tz
 73448,2= 21,5.Tz + 2,88 x 10-3 Tz2
Giải phương trình bậc II ta thu được Tz = 2601,625 (0K)
λp = β. = 1,027 x = 3,9111
Áp suất cuối quá trình cháy: pz = λp.pc =3,911 x 1,191 = 5,3598 (MPa)
1.2.6 Tính tốn q trình giãn nở:
Mục đích việc tính tốn q trình giãn nở là xác định các giá trị áp suất pb
Và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình giãn nở
1.

Áp suất cuối quá trình giãn nở:
pb = = = 0,4787 MPa)

2.

Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở:
Tb = = = 1556,6983 0K)

1.2.7 Kiểm tra kết quả tính tốn:
Sau khi kết thúc việc tính tốn các q trình của chu trình cơng tác ta có thể
dùng công thức kinh nghiệm sau đây để kiểm tra kết quả việc chọn và tính các
thơng số.
1. Cơng thức kinh nghiệm tính T’r dùng kiểm tra
T’r = = = 953,5052 (0K)

2. Sai số


ΔTr = .100% = x 100% =5,9450
ΔTr < 5%, sai số đảm bảo, q trình chọn và tính tốn hợp lý
1.2.8 Xác định các thơng số đánh giá chu trình công tác, sự làm việc của
động cơ
1. Các thông số chỉ thị
Đó là những thơng số đặc trưng cho chu trình cơng tác của động cơ. Khi xác
định các thơng số chỉ thị, ta chưa kể đến các dạng tổn thất về công mà chỉ xét
các tổn thất về nhiệt.
Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết pi’
Đối với động cơ xăng
pi’ = [ ( 1 - ) - ( 1 - ) ]
pi’ = x [ x ( 1 - ) - (1 - ) ]
pi’ = 1,1061 (MPa)
Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi
 Đối với động cơ 4 kỳ: pi = pi’.φd (MN/m2)
 Trong đó φd là hệ số điền đầy đồ thị công. Giá trị của φ d phụ thuộc vào
nhiều yếu tố khác nhau như góc đánh lửa sớm, thành phần hỗn hợp, tốc
độ quay, góc mở sớm xupap,…, ta chọn φd = 0,96
 pi = pi’.φd = 1,1061 x 0,96 = 1,0619 (MPa)
 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị động cơ 4 kỳ:
gi = = = 0,1981
 Hiệu suất chỉ thị:
ηi = = = 0,4130
Trong đó QT được tính bằng (KJ/kgnl) và gi (kg/KWh)
ηi = 0,4130 mà ηi = 25 – 40% nên thỏa mãn.
2. Các thơng số có ích
Các thơng số có ích là những thơng số đặc trưng cho sự làm viêc của động

cơ. Để xác định các thông số đó, ta sử dụng kết quả tính tốn và các thông số chỉ
thị ở mực trên và xác định giá trị của áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ
Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ là áp suất giả định, không đổi, tác động
lên piston trong một hành trình và gây ra cơng tổn hao bằng cơng tổn hao của
trao đổi khí, dẫn động các cơ cấu phụ, tổn hao ma sát trên bề mặt công tác.


Thứ tự tính các thơng số có ích
 Áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ được xác định bằng các cơng
thức kinh nghiệm theo vận tốc trung bình của piston C m (m/s) và các









thông số khác của động cơ
pcơ = 0,05 + 0,0155 x Ctb = 0,05 + 0,0155 x 11,4 = 0,2267
Áp suất có ích trung bình
pe = pi - pcơ = 1,0619 – 0,2267 = 0,8352
Hiệu suất cơ khí
ηcơ = = = 0,7865
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích
ge = = = 0,2519
Hiệu suất có ích
ηe = ηi . ηcơ = 0,4130 x 0,7865 = 0,3248
Cơng suất có ích của động cơ với số quay tính tốn

Ne = = = 62,9349 kW
Momen xoắc có ích của động cơ
Me = = = 162,5106 Nm
Sai số
ΔNe = .100% = .100% = 0,7 %

Kết luận: sai số được chọn hợp lệ, q trình chọn và tính tốn được chấp
nhận

PHẦN II: DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ CỦA CHU TRÌNH CƠNG TÁC
ĐỘNG CƠ
2.1 Khái qt:
Đồ thị cơng chỉ thị: là đồ thị biểu diễn các quá trình của chu trình cơng tác
xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ tọa độ p – V. Việc dựng đồ thị chia làm 2
bước: dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết và hiệu chỉnh đồ thị đó để được đồ thị
công chỉ thị thực tế.
Đồ thị công chỉ thị lý thuyết: được dựng theo kết quả tính tốn chu trình
cơng tác khi chưa xét yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc thực tế
trong động cơ.
Đồ thị công chỉ thị thực tế: là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác
nhau như góc đánh lửa sớm, góc mở sớm và góc đóng muộn các xu páp cũng như
sự thay đổi thể tích khí cháy.


2.2 Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết
Ở đồ thị cơng chỉ thị lý thuyết, ta thấy chu trình thực tế bằng chu trình kín a-cy-z-b-a, ở động cơ xăng điểm y trùng với điểm z. Trong đó quá trình cháy nhiên
liệu được thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích cz, q trình trao đổi khí được
thay bằng q trình rút nhiệt đẳng tích b-a.
Thứ tự tiến hành dựng đồ thị như sau:
Thể tích tồn phần được đánh theo công thức:

Vh = 0,611 dm3
Vc = = =0,107 dm3
Thể tích tồn phần được tính theo cơng thức:
Va = Vh + Vc = 0,611 + 0,107 = 0,718 dm3
Vì động cơ xăng không tăng áp nên hệ số giãn nở sớm
Vz = p.Vc= 1.0,718 =0,718 dm3
Điểm
r
a
c
y
z
b

Thông số
pr
Vc
pa
Va
pc
Vc
pz
Vc
pz
Vz
pb
Va

Giá trị
0,11

0,107
0,0931
0,718
1,191
0,107
5,3598
0,107
5,3598
0,107
0,4787
0,718

Đơn vị
MPa
dm3
MPa
dm3
MPa
dm3
MPa
dm3
MPa
dm3
MPa
dm3

 Nối các điểm c và z, b và a bằng các đoạn thẳng, ta được các đường biểu diễn quá
trình cấp nhiệt và nhả nhiệt.
 Dựng các đường nén đa biến ac và giãn nở đa biến zb. Để dựng các đường ấy, ta
có thể dùng các phương pháp lập bảng. Dựa vào phương trình của quá trình nén

và giãn nở đa biến.
 Với các quá trình nén đa biến: pn.Vnn1 = paVan1
 Với quá trình giãn nở đa biến: pdVdn2 = pb.Van2
 Trong đó: pn, pd và Vd là các giá trị biến thiên của áp suất và thể tích trên đường



nén và giãn nở. Ta có thể đưa các phương trình trên về dạng
pn = pa.e1n1 và pd = pb.e2n2
Trong đó: e1 = và e2 = là những tỷ số biến thiên (tỷ số nén tức thời)
Khi đó: Vn = Và Vd =
Nếu chọn trước các giá trị e 1, e2 ( biến thiên trong giới hạn 1÷ ℇ), ta có thể xác

định các cặp giá trị (pn, Vn) và (pd, Vd) tương ứng. Mỗi cặp giá trị ấy cho một điểm


tương ứng trên đồ thị p – V. Kết quả tính tốn thống kê cho bảng 1. Đưa kết quả tính
tốn được lên đồ thị và nối các điểm của chúng cùng một quá trình bằng một nét
liền.Ta được đồ thị cần dựng.

2.3 Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết thành đồ thị công chỉ thị thực tế:
Để được đồ thị công chỉ thị thực tế: a’ – c’ – c” – z’ – b’ – b” – b”’ – a’, ta
gạch bỏ các diện tích I, II, III, IV, trong đồ thị lý thuyết.
Diện tích I xuất hiện do đánh lửa sớm gây ra. Khi đó một phần hỗn hợp bị
cháy trước trên đường nén nên áp suất cuối quá trình nén thực tế pc” ( ứng với
điểm c”) cao hơn áp suất cuối quá trình thuần túy pc ( ứng với điểm c). Điểm c”
được xác định theo quan hệ:
pc” = (1,15 ÷ 1,25) pc (MPa), ta chọn pc” = 1,2. pc = 1,2 x 1,191
= 1,4292 MPa
Điểm c’ nằm trên đường nén thuần túy. Vị trí của nó được xác định bằng góc

đánh lửa sớm và được dựng theo vịng trịn Brich.
Diện tích II tồn tại là do cháy diễn ra với thể tích tăng dần trong khi lượng hỗn
hợp cháy và tốc độ tỏa nhiệt của phản ứng cháy giảm dần. Kết quả là áp suất
trong xy lanh động cơ thay đổi từ từ theo một đường cong liên tục và giá trị của
áp suất lớn nhất pz’ nhỏ hơn giá trị pz, ở chu trình lý thuyết.
Giá trị pz’ được xác định trong khoảng sau:
pz’ = (0,85 ÷ 0,90).pz (MPa) ta chọn pz’ =0,88.pz = 0,88 x 5,3598
= 4,717 MPa
Diện tích III biểu diễn tổn hao của công giãn nở do xupap thải mở sớm. Khi
đó áp suất trong xy lanh giảm nhanh và quá trình giãn nở diễn ra theo đường
cong thực tế. Thời điểm bắt đầu mở xupap thải được chọn sao cho diện tích III
khơng lớn mà vẫn đảm bảo sản phẩm cháy và tổn hao ít cơng cho q trình thải
chính. Đối với động cơ được kiểm nghiệm, giá trị của góc mở xupap thải đã được
cho trước và vị trí điểm b’ trên đường giãn nở được xác định theo vịng brich.
Diện tích IV biểu diễn một phần của cơng tổn hao cho q trình trao đổi khí.
Phần cịn lại của cơng tổn hao cho q trình trao đổi khí ( giới hạn bởi diện tích a’
và a” đã được kể đến khi xét hiệu suất cơ khí pcơ. Do đó khi tính tốn cơng của
q trình thực tế ta khơng xét. Tuy nhiên, để tính tốn được động lực học, ta vẫn
phải dựng đường nạp r – a và thải b” – r. Thứ tự dựng như sau:


Dựng điểm b” ở giữa đoạn thẳng a – b. Từ a và r, kẻ đường song song với trục
hoành. Chọn b” trên đường thải cưỡng bức sao cho đường khơng bị gấp khúc.
Dựng điểm r’ theo góc đóng muộn của xupap thải nhờ vòng tròn brich. Vẽ
đường cong lượn từ r’ đến r và đường cong lượng đều qua điểm b’,b’’,b’’’ sao cho
các đường cong ấy không bị gãy khúc.
Các hiệu chỉnh cơ bản của đường đặc tính ngồi:
 Góc đánh lửa sớm: 120 trước ĐCT
 Q trình nạp: góc mở sớm 10 , góc đóng muộn 40
 Quá trình thải: góc mở sớm 10, góc đóng muộn 40

PHẦN III: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGỒI CỦA ĐỘNG CƠ
3.1 Khái qt:
Đặc tính ngồi là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc các chỉ tiêu như cơng suất có
ích Ne, mơmen xoắn có ích M e, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ G nl và
công suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e và số vịng quay trục khuỷu n, khi
bướm ga mở hoàn toàn.
Đồ thị này được dùng để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của động cơ
khi số vịng quay thay đổi và chọn số vòng quay 1 cách hợp lý khi khai thác.
Đặc tính ngồi được tính bằng phương pháp thực nghiệm, cơng thức kinh
nghiệm, hoặc bằng phân tích lý thuyết. Ở đây giới thiệu phương pháp dựng
công thức kinh nghiệm của Khơ-lư-stốp Lây-déc-man.
3.2 Thứ tự dựng các đường đặc tính
Để dựng các đường đặc tính, ta chọn một số giá trị trung gian của số vòng
quay trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng
của Ne, Me, Gnl, ge theo các biểu thức sau:
Kí
Stt
Thơng số
Đơn vị
hiệu
Cơng suất có ích
1
Ne
kW
Ne = Nemax
Mơmen xoắn có ích:
2
Me
Nm
Me =

Cơng suất có ích:
3
ge
g/KWh
ge =
Lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ:
4
Gnl
Kg/h
Gnl = ge. Ne
Kết quả tính tốn ứng với số vòng quay n:
n
(vòng/phút)
400
800
1200
1600

Ne (kW)

Me (Nm)

ge (g/KWh)

Gnl (Kg/h)

7.45566
15.90475
24.87042
33.87582

178.1684
190.03834
198.10993
202.38313

277.40281
257.23608
241.77983
231.034069

2.068221
4.091276
6.013166
7.826469


2000

42.44412

202.85793

2400

50.09847

199.53433

2800

3200

56.36202
60.75792

192.41234
181.49197

3600

62.80934

166.77319

3700

62.9

162.5106

224.998773
223.673951
8
227.059606
235.155734
247.962337
5
251.9

9.549875

11.20572
12.79754
14.28757
15.57435
15.84451

PHẦN IV
TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ
4.1 Triển khai đồ thị công chỉ thị p-V thành đồ thị lực khí thể P k tác dụng lên
pít tơng theo góc quay α
Đồ thị công chỉ thị thể hiện sự biến thiên áp suất tuyệt đối bên trong xy lanh theo
sự thay đổi của thể tích xy lanh trong suốt một chu trình cơng tác.
Lực khí thể được tạo bởi sự chênh lệch áp suất giữ mặt trên và mặt dưới đỉnh
pít tơng và được xác định như sau:
pk = (p – p0) [MN]
Trong đó:
p: áp suất khí thể trong xy lanh [MPa]
p0: áp suất phía dưới đỉnh pít tơng [ MPa]
D: đường kính danh nghĩa của pít tơng [m]
Đối với động cơ 4 kì người ta thường chọn p0 là áp suất môi trường ()
Lực pk được koi như tập trung thành một véc tơ tác dụng theo phương đường tâm
xy lanh và cắt dường tâm chốt pít tơng (bỏ qua hệ số lệch tâm k để đơn giản hóa việc
tính tốn)
Để thuận tiện cho việc triển khai đồ thị cơng thành đồ thị lực khí thể theo góc
quay α của trục khủy thì phải làm như sau:
- Dựng trục hồnh (trục góc quay α) ngang bằng với đường nằm ngang thể
hiện áp suất p0 của môi trường trên đồ thị công.
- Trục tung thể hiện lực pk với tỉ lệ xích μP = μp
[
Trong đó:

μp [ là tỉ lệ xích áp suất trên đồ thị cơng.
Việc xác định quan hệ giữa chuyển vị pít tơng và góc quay α có thể thực hiện
bằng phương pháp vịng trịn Brích, các bước như sau:
-Về phía dưới trục hồnh đồ thị cơng p-V vẽ nữa dưới vịng trịn Brích đường
kính AB bằng khoảng cách từ ĐCT đến ĐCD trên đồ thị p-V, tâm O, A tương ứng
với ĐCT.
- Về phía ĐCD xác định điểm O sao cho OO’=
Từ O’ dựng tia tạo góc α với O’A, tia này cắt vịng trịn Brích tại một điểm. Từ điểm
đó dựng đường song song với trục áp suất cắt đồ thị công tại điểm tương ứng (với


quá trình nạp, nén, dãn nở hoặc thải). Từ giao điểm đó gióng ngang sang đồ thị lực
khí thể và cắt đường thẳng đứng tương ứng gióng từ trục α lên. Giao điểm đó chính
là độ lớn của lực khí thể tại góc α tương ứng trên đồ thị lực khí thể Pk-.
- Lần lượt dựng góc lớn dần (ví dụ =15, 20, 25,…) và tiến hành tương tự như
trên ta được tập các giao điểm trên đồ thị Pk-.
- Nối các giao điểm nhận được bằng đường cong liên tục ta nhận được đồ thị
biến thiên liên tục của lực khí thể theo góc quay của khủy trục trong một chu trình
cơng tác của xy lanh.
Đối với động cơ 4 kỳ trục hồnh thể hiện góc từ 00 đến 7200
4.2 Quy dẫn khối lượng chuyển động
4.2.1 Khối lượng chuyển động tịnh tiến mj
Khối lượng chuyển động tịnh tiến mj được xác định theo công thức:
mj = mp + mx + mc + m1 (Kg)
Trong đó:
mp: khối lượng tồn bộ pít tơng (Kg)
mx: khối lượng các xéc măng (Kg)
mc: khối lượng chốt pít tơng, vịng hãm (Kg)
m1: khối lượng thanh truyền quy dẫn về đường tâm chốt pít tơng (kg)
Ta có:

mpt = mp + mx + mc = 0,8 (kg) (mpt khối lượng nhóm pít tơng)
m1 = (0,275 0,35)mtt = 0,3.0,74 = 0,259 (kg)
mj = mpt + m1 = 0,75 + 0,259 = 1,009 (kg)
Khối lượng mj coi như được tập trung tại giao điểm tâm chốt pít tơng với đường
tâm thanh truyền, và ta coi CCKTTT là cơ cấu giao tâm nên đường tâm chốt pít tơng
cũng cắt đường tâm xy lanh. Như vậy khối lượng m j sẽ chuyển động tịnh tiến qua lại
dọc theo đường tâm xy lanh với chuyển vị, vận tốc và gia tốc như của pít tơng.
4.2.2 Khối lượng thanh truyền và khủyu trục
Tồn bộ khối lượng thanh truyền được quy dẫn về đường tâm đầu nhỏ (tham gia
chuyển động tịnh tiến) và về đường tâm đầu to (tham gia chuyển động quay theo
nguyên lý sau:
mtt = m1 + m2
m1.l1=m2.l2
Trong đó:
m1 = 0,259 (kg)
m2 = mtt – m1 = 0,74 – 0,259 = 0,481 (kg)
Phần khối lượng quy dẫn m2 coi như tập trung tại tâm cổ khủyu, quay xung
quanh trục khủyu với vận tốc gốc ω, bán kính R gây nên lực Pr2.
Khối lượng khủyu trục
Phần khối lượng không cân bằng của hai má khủyu và cổ khủyu (sau khi trừ bỏ
phần khối lượng gây lực quán tính tương đương với các đối trọng) được quy dẫn về


tâm cổ khủyu và được ký hiệu là m kh, mkh cũng quay quanh trục khủyu với vận tốc
góc ω và bán kính quay R gây nên lực quán tính ly tâm P rk nhưng chỉ tác dụng lên
các bạc cổ khủyu mà thơi. Trong khi đó Pr2 vừa tác dụng lên bề mặt cổ khủyu vừa
tác dụng lên bạc cổ trục.
4.2.3 Lực quán tính và tổng lực, lực tiếp tuyến và pháp tuyến
Lực quán tính do khối lượng chuyển động tịnh tiến m j gây nên thường được gọi
tắt là lực quán tính chuyển động tịnh tiến và ký hiệu là Pj.

Pj = - mj.Rω2(cosα + λcos2α).10-6
Trong đó:
mj khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg)
R = = = 0,041(m) bán kính quay của khủyu trục (m)
ω = = = 387.5 vận tốc gốc trục khủyu (l/s)
λ: hệ số kết cấu của động cơ, λ = = = 24.10-4
Lực Pj thay đổi trong suốt chu trình cơng tác của động cơ và được coi như có
phương tác dụng trùng với phương ρ tác dụng của lực khí thể Pk.
Dấu (-) có ý nghĩa tượng trưng về sự ngược chiều giữa gia tốc và lực quán tính.
Lực quán tính chuyển động quay Pr do các khối lượng chuyển động quay với
vận tốc góc ω, bán kính R gây nên, ta có:
Pr2 = m2Rω2.10-6 (MN)
Prk = mkhRω2.10-6 (MN)
Pr = Pr2 + Prk
(MN)
mkh gồm khối lượng mck và các khối lượng quy dẫn của má khủyu mρ
mkh = mck + mρ
(kg)
mρ = 2mm
(kg)
2mm phần khối lượng không cân bằng của hai má khủyu coi như được tập trung
tại trọng tâm cách đường tâm trục khủy bán kính ρ.
Tuy Pr2, Prk có giá trị không đổi khi động cơ làm việc ở chế độ ω = const nhưng
phương tác dụng lại quay với vận tốc ω và luôn trùng với phương đường tâm các má
khủyu (nói chính xác là phương của bán kính quay)
Tổng lực khí thể và lực chuyển động tịnh tiến.
PΣ = P k + P j
(MN)
2
Pr2 = m2r.ω .10-6 = 0,481.0,041.()2.10-6

= 0,00295766 (MN)
Đối với lực quán tính Pj và Pr2, Pk do áp dụng các thứ nguyên (kg) cho khối
lượng, (l/s) cho ω nên phải nhân thêm với 10-6 để đổi thành (MN)
Dựa trên kết quản tính lực Pj ta xây dựng đường công biến thiên lực P j trên đồ
thị P-α với cùng tỉ lệ xích μp như đối với lực khí thể.
Sau đó có thể cộng trực tiếp hai đồ thị P j và Pk hoặc dựa vào bảng biến thiên P Σ
để xây dựng đồ thị lực PΣ (với cùng tỉ lệ xích).
Sau khi có PΣ cần tra bản lượng giác trong phần phụ lục để xác định:
Các trị số của hàm và và điền vào bảng trên.


Với mỗi động cơ cụ thể hệ số kết cấu λ = có một trị số nhất định.
Ta có λ = (=> λ = 0,24
Do xác định được λ chính xác nên các giá trị số của góc thu được sẽ gần với
thực tế hơn. Sau khi có kết quả của các hàm lượng giác, ta xác định các trị số tức
thời của lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z và điền vào bản theo các biểu thức sau:
T = PΣ.
(MN)
Z = PΣ.
(MN)
Dựa vào bản biến thiên ta xây dựng đồ thị biến thiên của lực tiếp tuyến T và lực
pháp tuyến Z:
4.2.4 Đồ thị véc tơ phụ tải tác dụng lên bề mặt cổ khủyu
Đồ thị vecto phụ tải (đtvtpt) tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu hoặc chốt khuỷu (nếu
chế tạo rời) gọi tắt là đtvtpt cổ khuỷu. Đồ thị này phản ánh sự tác dụng của lực T, Z,
và Pr2 lên bề mặt cổ khuỷu thơng qua bạc trong một chu trình cơng tác của xilanh, ta
có:
= + (MN)
Cần phải chọn tỷ lệ xích các lực cho phù hợp, nhưng bắt buộc T = Z = Pr2
Ta thấy, Z và Pr2 cùng phương, nên tổng hợp lực ta có:

Qck = . Dựng hệ trục vng góc TOZ, OT là trục tung hướng sang phải, OZ là
trục hoành hướng xuống dưới. Dựa vào kết quả ở bảng biến thiên xác định các giao
điểm ứng với vecto . Nối các giao điểm đó bằng một đường cong, ta được đồ thị lực
thanh truyền Pth trong hệ toạ độ mà trục khuỷu đứng yên, còn thanh truyền quay
tương đối góc + so với trục khuỷu về phía trái.
Từ 0, về phía chiều dương trục OZ, xác định điểm 01 sao cho =
Vẽ vịng trịn bán kính bất kỳ tượng trưng cho bề mặt cổ khuỷu, vẽ kéo dài má
khuỷu tượng trưng về phía chiều dương trục OZ. Đồ thị nhận được ứng với góc O 1
chính là đtvtpt cổ khuỷu với tỉ lệ xích ck = T
Ta thấy phần đuôi đồ thị này (ứng với vùng 360o 380o GQTK) ở chế độ mômen
sẽ dài hơn so với chế độ cơng suất bởi 2 lý do:
 Lực qn tính nhỏ hơn
 Áp suất cực đại trong xilanh lớn hơn
Ứng với trị số góc cụ thể trên trục hồnh ta xác định trị số tương ứng của vecto
trên đtvtpt cổ khuỷu và thơng qua tỷ lệ xích Q (chọn thích hợp cho độ thị – ) ta xác
định được một điểm nhất định trên đồ thị . Lần lượt tiến hành tương tự đối với các trị
số tiếp theo của góc ta được tập hợp các giao điểm. Nối chúng lại bằng một đường
cong liên tục ta được đồ thị
–.

Xác định trị số tải trọng trung bình tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu:
= (MN)
Để tăng độ chính xác cần dùng phương pháp tích phân đường cong để tìm diện
tích. Sau đó lấy diện tích chia cho chiều dài sẽ được chiều cao của hình chữ nhật
tương ứng.
Chiều cao đó, thơng qua tỷ lệ xích Q, chính là trị số vecto tải trọng trung bình .
Sau khi xác định , ta kẻ một đường song song với trục hoành thể hiện (tỷ lệ xích Q)
lên đồ thị – .
Hệ số va đập :

 Tìm trên đồ thị và tính =
 Xác định tải trọng riêng: qc = (MN/m2)
Trong đó lc – chiều dài tiếp xúc và dc là đường kính của cổ khuỷu (m)
Sau khi xác định , qcmax, qctb thì so sánh chúng với các giá trị cho phép cho sẵn
trong sách giáo khoa để kết luận về tính trạng chịu tải của bề mặt.
4.2.5 Đồ thị mài mòn cổ khuỷu
Đồ thị mài mòn thể hiện một cách tượng trưng mức độ mài mịn bề mặt cổ
khuỷu sau một chu trình tác dụng của lực. Để có thể xây dựng được đồ thị mài mịn,
phải có đtvtpt cổ khuỷu. Phương pháp gồm các bước sau:
Trên đtvtpt cổ khuỷu, vẽ vòng tròn tượng trưng cho bề mặt và chia thành 2n
phần bằng nhau, ví dụ chia thành 24 phần và đánh số:

Tính hợp lựccủa tất cả các lực tác dụng lần lượt lên các điểm 0, 1, 2, 3,
…, ký hiệu tương ứng là ,, , ghi trị số lực và phạm vi tác dụng lên bảng sau với giả
thiết là lực tác dụng đều lên tất cả các điểm trong phạm vi 120 o, tức là về mỗi phía
của điểm chia là 60o.

Xác định tổng lực tương đương của tất cả các hợp lực tác dụng lên
điểm thứ i và ghi vào các ơ hàng dưới cùng.

Trên đồ thị, vẽ vịng tròn tượng trưng và má khuỷu, và cũng chia thành
2n phần bằng nhau tương ứng (ví dụ như trên hình là 24 phần bằng nhau) đánh số từ
0 tới 2n-1. Chọn một tỷ lệ xích thích hợp, đặt các đoạn thẳng tương ứng với từ vịng
trịn theo hướng kính vào tâm.

Nối các điểm cuối của các đoạn thẳng ấy bằng một đường cong liên tục
rồi gạch nghiêng phần diện tích nằm giữa vòng tròn và đường cong liên tục khép kín
vừa nhận được, ta được đồ thị mà phần gạch nghiêng được coi như tỷ lệ thuận với
mức độ mòn của bề mặt sau một chu trình tác dụng lực.

Từ đồ thị này, ta chọn vị trí mịn ít nhất để khoan lỗ dầu bôi trơn.