đồ án chuyên ngành 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Nhóm chun mơn Hệ thống động lực ơ tơ
**********

ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH Ơ TƠ 2

ĐỀ TÀI: Tính tốn động học, động lực học và kiểm bền thanh
truyền động cơ 3D6
Giáo viên hướng dẫn : PGS Khổng Vũ Quảng
Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Văn Tú

MSSV

: 20185938

Kì học

: 20212

Chữ ký GVHD

: …………

Hà Nội, 8/2022


SV: Nguyễn Văn Tú

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

GVHD: Khổng Vũ Quảng

Trang 2


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã tác động tích
cực tới ngành cơng nghiệp chế tạo ơ tơ có những bước phát triển nhanh chóng vượt
bậc với nhiều loại ô tô hiện đại ra đời. 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 thuỷ, máy bay và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước. Động cơ đốt
trong là nguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới. Chính vì vậy việc tính
tốn và thiết kế đồ án chun ngành ơ tơ 2 đóng vai trị hết sức quan trọng đối với các
sinh viên thuộc nhóm chun mơn hệ thống động lực ô tô.
Đề tài được giao là từ bảng số liệu được cho ban đầu như kiểu động cơ; số kỳ; số
xilanh; thơng số kích thước như đường kính, hành trình piston; góc mở sớm đóng
muộn; cơng suất động cơ, …thì nội dung u cầu là phần tích nhiệt để tính tốn và
xuất được dự liệu đồ thị áp suất, T, Z,..ra file exel và sử dụng giá trí đó để tính bền; sau
đó vẽ bản vẽ chi tiết thanh truyền.
Đồ án chuyên ngành ô tô 2 là đồ án đòi hỏi người thực hiện phải sử dụng tổng
hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức của các mơn học cơ sở.
Trong q trình hồn thành đồ án không những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều
các kiến thức đã học và còn giúp em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên

ngành của mình cũng như các kiến thức tổng hợp khác. Đồ án này cũng là một bước
tập dượt rất quan trọng cho em trước khi tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song do
những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình
làm khơng tránh được sai sót chính vì vậy em rất mong được sự đóng góp của các thầy
cơ cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS Khổng Vũ
Quảng cùng các bạn trong lớp đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án.

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 3


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

PHẦN I. Tính tốn chu trình cơng tác động cơ đốt trong
1. Giới thiệu tính tốn chu trình cơng tác động cơ đốt trong – tính tốn
nhiệt
Tính tốn nhiệt động cơ đốt trong (ĐCĐT) chủ yếu là xây dựng trên lý thuyết đồ
thị công chỉ thị của một động cơ cần thiết kế thông qua việc tính tốn các thơng số
nhiệt động lực học của chu trình cơng tác trong động cơ gồm các quá trình:
+ Quá trình nạp
+ Quá trình nén
+ Quá trình cháy
+ Quá trình giãn nở
Mỗi quá trình trên được đặc trưng bởi các thông số trạng thái là nhiệt độ, áp suất,
thể tích của mơi chất cơng tác (MCCT) ở đầu và cuối của quá trình. Trên cơ sở lý

thuyết của nhiệt động lực học kỹ thuật, nhiệt động hóa học, lý thuyết động cơ đốt trong
xác định giá trị của các thơng số nêu trên.
Tiếp theo ta tính các thơng số đánh giá tính năng của chu trình gồm các thơng số
chỉ thị và các thơng số có ích của chu trình cơng tác như: áp suất chỉ thị trung bình p i,
áp suất có ích trung bình p e, cơng suất chỉ thị Ni, cơng suất có ích N e, hiệu suất ηe và
suất tiêu hao nhiên liệu ge của động cơ, …
Cuối cùng, bằng kết quả các q trình tính tốn nói trên ta xây dựng giản đồ công
chỉ thị của động cơ và đây là các số liệu cơ bản cho các bước tính tốn động lực học và
thiết kế sơ bộ cũng như thiết kế kỹ thuật tồn bộ động cơ.
Trong tính tốn kiểm nghiệm động cơ cho trước, việc tính tốn nhiệt có thể được
thay thế bằng cách đo đồ thị công thực tế trên động cơ đang hoạt động nhờ các phương
tiện, các dụng cụ đo ghi kỹ thuật hiện đại. Tuy nhiên với phương pháp tính tốn dựa
trên cơ sở lý thuyết nhiệt động hóa học trong động cơ đốt trong, người ta cũng có thể
tiến hành khảo sát những chỉ tiêu động lực và chỉ tiêu kinh tế của các động cơ đã có
sẵn này với kết quả đáng tin cậy.
Tồn bộ q trình tính tốn nhiệt tn theo tài liệu [1].

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 4


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

2. Số liệu ban đầu
Số liệu cần thiết cho q trình tính tốn thiết kế nhiệt được cho ở bảng dưới đây:
Bảng 1: Số liệu tính tốn thiết kế động cơ 3D6

SỐ LIỆU BAN ĐẦU CỦA ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
TT

Tên thông số

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

1

Kiểu động cơ

3D6

Thẳng hàng

2

Số kỳ

τ

4

3

Số xilanh

i

6

4

Thứ tự nổ

5

Hành trình piston

S

150

mm

6

Đường kính xilanh

D

130

mm

7

Góc mở sớm xupáp nạp

α1

15

độ

8

Góc đóng muộn xupáp nạp

α2

48

độ

9

Góc mở sớm xupáp xả

β1

48

độ

10

Góc đóng muộn xupáp xả

β2

15

độ

11

Góc phun sớm

ϕi

15

độ

12

Chiều dài thanh truyền

ltt

280

mm

13

Cơng suất định mức

Ne

mã lực

14

Số vòng quay định mức

n

175
2200

15

Suất tiêu hao nhiên liệu

ge

200

g/ml.h

16

Tỷ số nén

ε

16,5

17

Khối lượng thanh truyền

mtt

3,62

kg

18

Khối lượng nhóm piston

mpt

2,37

kg

Ghi chú
Đ/cơ Diesel
khơng tăng áp

kỳ

1-5-3-6-2-4

v/ph

3. Các thông số cần chọn
Các thông số cần chọn theo điều kiện môi trường, đặc điểm kết cấu của động cơ,
chủng loại động cơ… bao gồm:

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 5


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

3.1. Áp suất môi trường:
Áp suất mơi trường là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ. Ở nước ta có
thể chọn:
pk = 0,1 (MPa)
3.2. Nhiệt độ khí nạp mới
Lựa chọn nhiệt độ mơi trường theo nhiệt độ bình qn cả năm. Ở nước ta chọn:
Tk = 24°C (297 K).
3.3. Áp suất cuối quá trình nạp:
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 v.v… Vì vậy cần xét động cơ
đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn pa. Với động cơ diesel khơng tăng áp 4 kỳ, áp
suất cuối q trình nạp thường nhỏ hơn áp suất khí quyển, do có tổn thất trên ống nạp
và bầu lọc gây nên, pa biến thiên trong phạm vi sau:

pa = (0,8 ÷ 0,9)pk ; Ta chọn pa = 0,85.pk = 0,085 (MPa)
3.4. Áp suất khí thải:
Áp suất này cũng phụ thuộc các thơng số như pa. Có thể chọn pr nằm trong phạm
vi:
pr = (1,05 ÷1,10)pk ; chọn pr = 1,07. pk = 0,107 (MPa)
3.5. Mức độ sấy nóng mơi chất: ∆T
Chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên
trong xilanh.
Đối với động cơ diesel ∆T = 20° ÷ 40° ; chọn ∆T =25°
3.6. Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr
Phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Nếu quá trình giãn nở càng triệt để, nhiệt độ
Tr càng thấp.
Tr = 700 1000 K ; Động cơ Diesel Tr = 800 K
λt
3.7. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 6


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

Tỷ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cứ vào hệ số dư
lượng khơng khí
diesel có

α > 1, 4

α

để hiệu đính. Vì động cơ cho trước trong đồ án này là động cơ

có thể chọn

λ t = 1,10

3.8. Hệ số quét buồng cháy:
Động cơ không tăng áp

λ2 = 1

3.9. Hệ số nạp thêm:
Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí. Thơng thường có thể chọn:
λ1 = 1,02 ÷ 1,07

; ta chọn

λ1 = 1,04

3.10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z:
Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt
ra khi đốt cháy hồn tồn 1kg nhiên liệu.
Do đó

ξz

phụ thuộc vào chu trình cơng tác của động cơ.

Đối với động cơ diesel

ξz = 0,70 ÷ 0,85

; chọn

ξ z = 0,82

3.11. Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm b:
bao giờ cũng lớn hơn. Thông thường:
Đối với động cơ diesel

ξ b = 0,80 ÷ 0,90

3.12. Hệ số hiệu đính đồ thị cơng:

; chọn

ξb = 0,9

ϕd

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
động cơ xăng ít hơn của động cơ diesel vì vậy hệ số

ϕd

của động cơ diesel có trị số

nhỏ hơn xăng.
Ta có thể chọn:

ϕd = 0,92

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 7


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

3.13. Chọn tỷ số tăng áp:
Là tỷ số giữa áp suất hỗn hợp khí trong xilanh ở cuối quá trình cháy và quá trình
nén:
λ=

pz
pc

Trong đó: pz – áp suất cuối q trình cháy
pc – áp suất cuối quá trình nén
Động cơ diesel

λ ∈ [ 1,2 ÷ 2,4]

; chọn

λ = 1,8

4. Tính tốn các q trình cơng tác
4.1. Tính tốn q trình nạp:
4.1.1. Hệ số khí sót

γr =

=

λr

:

λ 2 (Tk +VT) p r
Tr
pa

1
1
m

p 
ελ1 − λ t λ 2  r ÷
 pa 

1.(297 + 30) 0,107
800
0,085

1
1
1,47

 0,107 
16,5.1,04 − 1,10.1. 
÷
 0,085 

= 0,0319

Trong đó m – chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót, chọn m = 1,47.
4.1.2. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta
m −1

p  m
(Tk +VT) + λ t γ r Tr  a ÷
 pr 
Ta =
1 + γr

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 8


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

1,47 −1

 0,085  1,47
(297 + 25) + 1,10.0,0319.800. 
÷
 0,107 
=
= 337,33
1 + 0,0319

Thỏa mãn do với động cơ diesel không tăng áp

K

Ta ∈ [ 320 ÷ 400]

K.

4.1.3. Hệ số nạp:
1


m
 pr  
1
Tk p a 
ηv =
ελ1 − λ t λ 2  ÷
ε − 1 TK + ∆T p k 

pa  



1


1
297 0.085 
 0,107 1,47 
=
.
.
. 16,5.1,04 − 1,10.1
÷
16,5 − 1 297 + 25 0,1 
 0.085  



= 0,8029
4.1.4. Lượng khí nạp mới M1:
432.103.0,1.0,8029
=
432.103.p k .ηv
200
M1 =
.0,5964.297
g e .p e .Tk
= 0,7304

0,746

(kmol/kg nh.liệu)

Trong đó:
pe =

30.N e .τ 30.175.0,746.4
=
= 0,5964
Vh .n.i
1,99.2200.6

π.D 2 .S
Vh =
4 = 1,99

(MN/m2)

(lít)

4.1.5. Lượng khơng khí lí thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu:
Mo =

Trong đó:

1 C H O
1  0,87 0,126 0,004 
+
−

 + − ÷=

÷
0, 21  12 4 32  0, 21  12
4
32  = 0,4946

C = 0,87; H = 0,126; O = 0,004 (nhiên liệu động cơ diesel).

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 9


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng
α

4.1.6. Hệ số dư lượng khơng khí
α=

Động cơ diesel

:

M1 0,7304
=
= 1, 4766
M 0 0, 4946

4.2. Tính tốn q trình nén:
4.2.1. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khơng khí:

mcv = 19,806 + 0,00209.T

(kJ/kmol.độ)

4.2.2. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Hệ số dư lượng khơng khí

α >1

, tính theo cơng thức:

1,634  1 
184,36  −5

mc v ′′ = 19,867 +
÷+  427,38 +
÷.10 .T
α  2
α 


1,634  1 
184,36  −5

=  19,867 +
+  427,38 +

.10 .T
÷
1, 4766  2 
1, 4766 ÷


= 20,97358 + 0,00276.T

(kJ/kmol.độ)

4.2.3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong qua trình nén , tính theo
cơng thức sau:

mc v ′ =

=

mc v + γ r .mcv ′′
b′
= a v′ + v T
1 + γr
2

19,806 + 0,00209.T + 0,0319. ( 20,97358 + 0,00276.T )
1 + 0,0319

= 19,8424 +

0,0042
.T

2

Từ đó ta xác định được

a 'v

(kJ/kmol.độ)

b v′ a 'v
b v′
và
:
= 19,8424 ;
= 0,0042

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 10


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

4.2.4. Chỉ số nén đa biến trung bình :
Chỉ số đa biến phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông số vận hành
như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vịng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt của
động cơ v.v… Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật sau: Tất cả những nhân tố làm cho
môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 tăng. n1 xác định bằng cách giải phương trình sau:
n1 − 1 =

⇔ n1 − 1 =

8,314
b′
a 'v + v .Ta .(ε n1 −1 + 1)
2
8,314
0,0042
19,8424 +
.337,33.(16,5n1 −1 + 1)
2
n1 ∈ ( 1,34 ÷ 1,39 )

Bằng cách thử thay các giá trị

vào phương trình trên đến khi

VT và VP của phương trình có giá trị gần bằng nhau. Giá trị n 1 được thỏa mãn khi sai
lệch của hai giá trị ở 2 vế phải nhỏ hơn 0,2% (0,14% < 0,2%).
Sau quá trình thử thay ta xác định được n1 = 1,3668
4.2.5. Áp suất và nhiệt độ cuối q trình nén tính theo cơng thức sau:
p c = p a .ε n1 = 0,085.16,51,3668 = 3,922

(MPa)

4.2.6. Nhiệt độ cuối quá trình nén:
Tc = Ta .ε n1 −1 = 337,33.16,51.3668−1 = 943, 25

(K)

4.2.7. Lượng môi chất công tác của quá trình nén:
γr

Mc = M1 + Mr = M1.(1+ ) = 0,7537
4.3. Tính tốn q trình cháy:
4.3.1. Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết

Đồ án chun ngành ơ tơ 2

βo

:

Trang 11


SV: Nguyễn Văn Tú

βo =
∆M

Độ tăng

GVHD: Khổng Vũ Quảng

M 2 M1 + ∆M
∆M
=
= 1+

M1
M1
M1

của các loại động cơ xác định theo công thức sau:

H O 1 
∆M = 0, 21.(1 ).M o + +
ữ
4 32 à nl 
Động cơ diesel:
H O 
∆M =  + ÷
 4 32 

Tóm lại động cơ diesel

H O
0,126 0,004
+
+
32 = 1,0433
βo = 1 + 4 32 = 1 + 4
αM o
1, 4766.0, 4946

4.3.2. Hệ số thay đổi phân tử thực tế

β=

β

:

βo + γ r 1,0433 + 0,0319
=
= 1,0420
1 + γr
1 + 0,0319

4.3.3. Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z:

βz = 1 +

Với

χz

β0 − 1
1,0433 − 1 0,82
.χ z = 1 +
×
= 1,0382
1 + γr
1 + 0,0319 0,9

χz =
là phần nhiên liệu đã cháy tại điểm z :

ξ z 0,82

=
ξb
0,9

4.3.4. Lượng sản vật cháy M2:
M 2 = M1 + ∆M = βo .M1 = 1,0433.0,7304 = 0,762
4.3.5. Nhiệt độ tại điểm z: T
Tính Tz bằng cách giải phương trình cháy của động cơ.
Đồ án chun ngành ơ tô 2

Trang 12


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

Động cơ diesel, tính nhiệt độ Tz bằng cách giải phương trình cháy sau:

(

)

ξ z .QH
+ mc′vc + 8,314.λ .Tβ
.T′′pz
c =.mc
z
M1.(1γ+ ) r

z

(*)

Trong đó:
QH – Nhiệt độ của dầu diesel QH = 42.500 (KJ/kgml)

mc′′pz

- Tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình tại điểm z của sản vật cháy.

mc′′pz = 8,314 + mc′′vz

= 28,99404+0,00259.T (1)

Xác định tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của mơi chất tại điêm z:

γ 
β o  χ z + r ÷mc′v + ( 1 − χ z ) mc v
''
βo 
b′′
mc vz = 
= a ′′v + v .Tz = 20,68004 + 0,00259.T
2

γ 
β o  χ z + r ÷+ ( 1 − χ z )
βo 


⇒ a ′′v = 20,885

;

(2)

b′′v
= 0,00271
2

Ta biến đổi được một phương trình bậc 2 với ẩn là Tz:
0,0028.Tz 2 + 28,32391.Tz − 79069,898 = 0

Giải phương trình trên và chọn nghiệm dương là giá trí Tz = 2275,81 K
4.3.6. Áp suất tại điểm z:
p z = λ p .p c = 1,8.3,922 = 7.0591

4.4. Tính q trình giãn nở:
4.4.1. Hệ số giãn nở sớm

ρ

:

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 13

SV: Nguyễn Văn Tú

ρ=

GVHD: Khổng Vũ Quảng

βz .Tz 1,0382.2275,81
=
= 1,3917
λ.Tc
1,8.943, 25

Động cơ diesel thỏa mãn điều kiên

ρ<λ

(1,3917 < 1,8).

4.4.2. Hệ số giãn nở sau:
δ=

ε
16,5
=
= 11,8564
ρ 1,3917

4.4.3. Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2:

n2 −1 =

8,314

(ξ b − ξ z )QH
b′′
+ a ′′vz + vz (Tz + Tb )
M1 (1γ+ ) r (β Τz T− ) b
2

Trong đó:

Tb =
Động cơ diesel
Q*H

Tz
δn 2 −1

(1) - Nhiệt trị tại điểm b (K).

- Nhiệt trị tính tốn.

Động cơ diesel

Q*H

= QH

Nhiên liệu động cơ diesel có nhiệt trị QH = 42.500 KJ/kg nl (2).
Giải hệ phương trình (*) bằng cách thử thay dần các giá trị

n 2 ∈ [ 1,25 ÷ 1,29]

vào

phương trình vừa thế được, giá trị n2 sao cho sai số 2 vế trái phải của(*) nhỏ hơn 0,2%
thì thỏa mãn. Ta có thể lấy giá trị n 2 là nghiệm của phương trình (*). Sau quá trình thử
thay n2, ta nhận được giá trị: n2 = 1,245 với sai số 2 vế 0,043% < 0,2%.
Vậy n2 = 1,245
4.4.4. Áp suất của q trình giãn nở

Đồ án chun ngành ơ tơ 2

Trang 14


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

7,0591
pz
= 0,3248MPa
n2
11,85641,245
δ

Pb =

=

Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở

Tz
ε n 2−1

Tb=

=

2275,81
= 1145,12K
16,51,245−1

4.4.5. Kiểm tra nhiệt độ khí sót

Ta có nhiệt độ của khí thải được tính theo cơng thức sau:
1,47−1

p r mm−1
 0,107  1,47
Trt = Tb ( )
= 1145,12.
= 802,9K
÷
pb
 0,3248 
Tr − Tr (chon)

∆Tr =

Tr

.100%

=

802,9 − 800
.100% = 0,36% < 15%
802,9

(Thỏa mãn)

4.5. Tính tốn các thơng số chu trình cơng tác
4.5.1. Áp suất chỉ thị trung bình p’i

Đối với động cơ diesel :
p'i =

pc 
λ.ρ
1
1
1 
.(1 −
)−
(1 −
)
λ(ρ − 1) +
ε −1 

n 2 −1
δn −1 n1 − 1
εn −1 
2

1

MPa

Thay số ta được kết quả:
p’i = 9107 MPa.
4.5.2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi

pi = φd .pi’ = 0,92.0,9107 = 0,8379 MPa
4.5.3. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:

g =
i

432.103.p k .ηv
M1.pi .Tk

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 15


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

⇒ gi =

432.103.0,1.0,8029
= 190,8309g / kW.h
0,7304.0,8379.297

Hiệu suất chỉ thị ηi:

ηi =

3,6.103
3,6.103.103
=
= 0,4439
gi .QH 190,8309.42500

4.5.4. Áp suất tổn thất cơ giới pm:
Áp suất này được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc độ trung bình
của piston. Với vận tốc trung bình của piston được tính theo cơng thức:

v tb =

S.n 0,150.2200
=
= 11
30
30

Với động cơ diesel có τ = 4, i = 6, D = 130 mm (Động cơ diesel cao tốc dùng cho

ô tô),ta sử dụng công thức:
p m = 0,015 + 0,0156.v tb = 0,015 + 0,0156.11 = 0,1536

(MPa)

4.5.5. Áp suất có ích trung bình pe:
pe = pi – pm = 0,8379 - 0,1536 = 0,5961 (MPa)
So sánh ta thấy pe ở đây gần bằng pe ở quá trình nạp (pe nạp = 0,5964 (MPa)
4.5.6. Hiệu suất cơ giới ηm:

ηm =

p e 0,5961
=
= 0,7114
pi 0,8379

4.5.7. Suất tiêu hao nhiên liệu ge:

ge =

g i 190,8309
=
= 268, 24
ηm
0,7114

(g/kW.h)

4.5.8. Hiệu suất có ích ηe:

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 16


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

ηe = ηi .ηm = 0, 4439.0,7114 = 0,3158
4.5.9. Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:
D kn =

Vh =
Với

4.1,99
= 1,300353
π.1,50

4.Vh =
π.S

N e .30.τ
= 1,991057
pe .i.n

(dm) = 130,0353 (mm)

(dm3)

Lại có đường kính xilanh đề bài cho là D = 130 (mm)
⇒

Sai số đường kính là:

∆D = D kn − D = 0,0353

< 0,1 (mm)

Sai số đường kính khơng vượt q 0,1 mm nên thỏa mãn điều kiện.

5. Vẽ và hiệu đính đồ thị cơng:
5.1. Số liệu đã có
Căn cứ vào các số liệu đã tính p a , pc , pz , pb , n1 , n2 , ε ta lập bảng tính đường
nén và đường giản nở theo biến thiên của dung tích cơng tác V x =i.Vc (Vc: dung tích
buồng cháy).

- Áp suất quá trình nạp:

pa = 0,085 MPa

-Áp suất quá trính thải: pr = 0,107 MPa
-Áp suất tại điểm z:

pz = 7,0591 MPa

-Áp suất tại điểm b:

pb = 0,2956 MPa

- Áp suất tại điểm c:

pc = 3,9217 MPa

- Chỉ số nén đa biến n1: n1 = 1,3668
- Chỉ số giãn nở đa biến n2 = 1,275
- Tỷ số nén

ε = 16,5

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 17


SV: Nguyễn Văn Tú

Vc =
Với

GVHD: Khổng Vũ Quảng

Vh
1,99
=
= 0,1284
ε − 1 16,5 − 1

(dm3)

5.2. Xác định quá trình nén a-c và q trình giãn nở z-b:
Ta có bảng tính các giá trị của quá trình nén và quá trình giản nở như sau: (Xuất
phát từ

p.V n = const ⇒ p x .Vxn1 = p c .Vcn1

với Vx = i.Vc thay vào rút ra).

Q trình nén:
Ta có pVn1= const ⇒ pxVxn1 = pcVcn1. Đặt Vx = iVc, trong đó i = 1÷ε
n1

n1

⇒ px = pc.

 Vc 

÷
 Vx 

= pc.

 Vc 

÷
 i.Vc 

⇒ px = pc.

1
i n1

Q trình giãn nở:
n2

px =

 ρ .V 
ρ n2
pz .  c ÷ = p z n2
i
 i.Vc 

với vz = ρ.vc

Bảng tính tốn q trình nén và giãn nở:
Bảng 2: Số liệu tính tốn q trình nén và giãn nở

Đồ án chun ngành ô tô 2

Trang 18


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

5.3. Vẽ đồ thị cơng
Sau khi tính q trình nén và giãn nở xong, ta chọn tỷ lệ xích µv và µp hợp lý để
vẽ đồ thị cơng. Để trình bày đẹp thường chọn chiều dài hoành độ tương ứng từ εVc =
230 mm trên giấy kẻ ly.

µv =
Ta có:

εVc 16,5.0,1284
=
= 0,00921
230
230

(dm3/mm)

Tung độ thường chọn tương ứng với pz khoảng 250 mm trên giấy kẻ ly.

µp =
Ta có:

pz
7,0591
=
= 0,028236
250
250

(Mpa/mm)

Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem, đường biểu diễn áp suất p k
song song với hoành độ phải chọn đường đậm của giấy kẻ ly. Đường 1V c cũng phải
đặt trên đường đậm của tung độ. Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở, vẽ tiếp
đường biểu diễn đường nạp và đường thải lý thuyết bằng hai đường thằng song song

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 19


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

với trục hoành đi qua hai điểm pa và pr . Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị cơng
để có đồ thị cơng chỉ thị. Các bước hiệu đính như sau:
Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị cơng:
Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piston S là:
µs =

gtt s
S
150
=
=
= 0, 6942
gtbd s 230 − 13,94 216,06

(mm/mmbd)

Vì gtbd Vmax = 230 ; gtbd Vmin = 13,94
Thông số kết cấu động cơ là:

R

λ=

ltt

R=

=

S
150
=
= 0, 2678
2.ltt 2.280

S 150
=
= 75
2
2

(mm)
lR =

Vậy giá trị biểu diễn của R là:

OO' =
Khoảng cách OO’ là:

75
= 108,04
0,6942

(mm)

λ.R 0,2678.75
=
= 10,0425
2
2

(mm)

Giá trị biểu diễn đoạn OO’ trên đường trịn Brick tính được theo cơng thức:
lOO ' =

OO' 10,0425
=
= 14, 466
µs
0,6942

(mm)

5.4. Hiệu đính đồ thị cơng
Theo số liệu đầu bài ta biết các thơng số góc phun sớm và các góc mở, đóng của

xupap được cho ở Bảng 3.
Bảng 3: Thơng số góc phun nhiên liệu sớm và góc phối khí

Loại động cơ
Động cơ ơ tơ

Xupap nạp

Góc phun sớm
ϕι
15

Đồ án chun ngành ơ tơ 2

Xupap thải

Góc mở α1 Góc đóng α2 Góc mở β1 Góc đóng β2
15

48

48

15

Trang 20


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

5.4.1. Hiệu đính điểm ban đầu quá trình nạp (điểm a)
Từ điểm O’ của đồ thị Brick xác định góc đóng muộn β 2 = 15° của xupap thải,
bán kính này cắt vịng Brick ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt pa ở a.
Tùy vào động cơ, nếu động cơ tăng áp thì quá trình nạp bắt đầu ngay từ thời điểm
mở sớm xupap nạp (vì áp suất tăng áp lớn), nếu động cơ khơng tăng áp thì áp suất nhỏ
hơn áp suất môi trường nên khi bắt đầu mở xupap nạp khí nạp chưa thể vào được vì áp
suất khí thải cao hơn.
Nối điêm r trên đường thải với a. Ta có đường chuyển tiếp từ q trình thải sang
q trình nạp.
5.4.2. Hiệu đính đồ thị áp suất cuối quá trình nén (điểm c)
Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có sự phun sớm nên thường lớn hơn áp suất
cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính.Theo kinh nghiệm, áp suất cuối q trình nén
thực tế pc’ có thể xác định theo cơng thứ sau:

pc ' = pc +

1
1
( pz − pc ) = 3,9217 + ( 7,0591 − 3,9217 ) = 4,9675
3
3

(MPa)

Giá trị biểu diễn c’ trên đồ thị là: 175,92 mm

5.4.3. Hiệu đính điểm phun sớm (c”)
Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lý

thuyết tại điểm c”. Điểm c” được xác định bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta
xác định góc phun sớm φi = 15°, bán kính này cắt vịng trịn Brick tại 1 điểm. Từ điểm
này ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c”. Nối điểm c” đến điểm
c’ ta được đường nén thực tế.
5.4.4. Hiệu đính điểm đạt pz max thực tế

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 21


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

Áp suất pzmax thực tế trong q trình cháy giãn nỡ khơng đạt trị số lý thuyết như
trong động cơ xăng. Điểm pzmax được xác định như sau: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick
ta xác định góc 15° trước điểm chết trên theo góc quay trục khuỷu, cắt đường trịn tại 1
điểm. Từ điểm này gióng song song với trục tung cắt đường pz tại điểm z”.
5.4.5. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế (điểm b)
Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự
diễn ra sớm hơn lý thuyết. Ta xác định điểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick
ta xác định góc mở sớm xupáp thải β 1 = 48°, bán kính này cắt đường trịn Brick tại 1
điểm. Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm
b’.
5.4.6. Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn nở (điểm b”)
Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb” thường thấp hơn áp suất cuối quá trình
giãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm. Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác
định được:

1
1
p b " = p r + . ( p b − p r ) = 0,107 + . ( 0, 2956 − 0,107 ) = 0, 2013
2
2

(MPa)

Vậy giá trị biểu diễn của điểm b” là 7,13 mm.
Như vậy ta đã có đồ thị cơng chỉ thị dùng cho phần tính tốn động lực học.

Đồ án chun ngành ô tô 2

Trang 22


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

Hình 1: Đồ thị công P-V

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 23


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

PHẦN II. Tính tốn động học, động lực học
1. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học.
Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một hồnh độ thống nhất ứng với hành trình
piston S = 2R. Vì vậy đồ thị đều lấy hồnh độ tương ứng với V h của đồ thị công (từ
điểm 1Vc dến

ε

Vc).

1.1. Đường biểu diễn hành trình piston x=f(α)

- Chọn tỉ lệ xích µs = 0,60 mm/độ.
- Chọn gốc tọa độ cách gốc của đồ thị công khoảng 15cm.
- Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 100, 20 0, ...1800.
- Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10 0, 20 0, …
1800 tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f(α) ta được các điểm xác định
chuyển vị x tương ứng với các góc 100,20 0, ...1800
- Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x =
f(α).
1.2. Đường biểu diễn tốc độ piston v=f(α)

- Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f(a).
- Vẽ vịng trịn tâm O bán kính là λR/2.
- Chia nửa đường trịn tâm O bán kính R và đường trịn tâm O bán kính là
λR/2 thành 18 phần theo chiều ngược nhau.
- Từ các điểm chia trên nửa đường trịn tâm O bán kính R kẻ các đường
song song với tung độ, các đư ờng này sẽ cắt các đường song song với hoành độ
xuất phát từ các điểm chia tương ứng trên đường tròn tâm O bán kính là λ.R/2

tại các điểm a, b, c...
- Nối các điểm a, b, c... tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ
piston thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt
đường trịn bán kính R tạo với trục hồnh góc α đến đường cong a, b, c...

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 24


SV: Nguyễn Văn Tú

GVHD: Khổng Vũ Quảng

1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston j=f(x)

Vẽ đường này theo phương pháp Tơ-Lê. Chọn cùng hồnh độ với đồ thị v
= f(α), vẽ theo các bước sau:
- Chọn tỉ lệ xích µj = 50 m.s2/mm.
- Ta tính được các giá trị:
+ Tốc độ góc:
ω=

π.n π.2200
=
= 230,38
30
30

(rad/s)

Theo tính tốn ở trên thì λ = 0,2678 > 1/4
=> Có 3 giá trị cực trị của gia tốc là:
+ Gia tốc cực đại:
jmax = R.ω2 .(1 + λ)

Thay giá trị vào ta được:

jmax = 75.10 −3.230,382.(1 + 0,2678) = 5046,63

m/s2

=> giá trị biểu diễn jmax là:
gtbd =

5046,63
= 100,93
50

mm

+ Gia tốc cực tiểu:
jmin = −R.ω2 .(1 − λ ) −75.10−3.230,382.(1 − 0.2678) = −2914,61

=

=> giá trị biểu diễn jmin là:
Gtbd =

−2914,61

= −58, 29
50

+ Ta tính được giá trị đoạn EF:

mm

EF = −3.R.λ.ω2

Thay giá trị vào ta được:
Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 25