BÀI tập lớn môn học TÍNH TOÁN ĐỘNG cơ đốt TRONG TÍNH TOÁN ĐỘNG cơ TĂNG áp SUV

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
----------

BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC: TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

TÊN NHĨM: NHĨM 4

TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP SUV
Giáo viên hướng dẫn: PGS. Lý Vĩnh Đạt
Sinh viên thực hiện:
Trần Lê Xuân Khương

MSSV: 20145542

Huỳnh Tấn Long

MSSV: 20145095

Hồng Văn Tâm

MSSV: 20145601

TP. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022


BẢNG ĐÁNH GIÁ THÀNH VIÊN
Họ và tên

MSSV

Mức độ hoàn thành

Đánh giá

20145542

100%

Tốt

Huỳnh Tấn Long

20145095

100%

Tốt

Hoàng Văn Tâm

20145601

100%

Tốt

Trần Lê Xuân Khương

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................

2


MỤC LỤC
I. CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ.......................................................................................1
II. CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT......................................................................................................1
1. Áp suất khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển P0....................................................................1
2. Nhiệt độ khơng khí nạp mới T0.......................................................................................................2
3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp Pk................................................................................................2
4. Nhiệt độ khơng khí nạp trước xupap nạp T k...................................................................................2
5. Áp suất cuối quá trình nạp Pa..........................................................................................................2
6. Áp suất khí xót Pr............................................................................................................................2
7. Nhiệt độ khí xót Tr..........................................................................................................................2
8. Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ∆ T ..................................................................................................3
9. Hệ số nạp thêm

λ1

.........................................................................................................................3

10. Hệ số quét buồng cháy
11. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt

λ2
λt

............................................................................................................3
............................................................................................................3

12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z
13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b

ξz

................................................................................................4

ξb

...............................................................................................4

14. Hệ số dư lượng khơng khí α.........................................................................................................4
15. Hệ số điền đầy đồ thị công

φd

......................................................................................................4
16. Chỉ số nén đa biến m....................................................................................................................4
17. Tỷ số tăng áp.................................................................................................................................4
III. TÍNH TỐN NHIỆT..............................................................................................................................4

1. Q trình nạp.................................................................................................................................5
a. Hệ số nạp ( ηV )...........................................................................................................................5
b. Hệ số khí sót ( γr)........................................................................................................................5
c. Nhiệt độ cuối q trình nạp (Ta)..................................................................................................5
2. Q trình nén.................................................................................................................................5
a. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:....................................................................5
b. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:...............................................................5
c. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong q trình nén:....................................6
d. Tỷ số nén đa biến trung bình (n1):...............................................................................................6
Tính gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt của quà trình nén với giả thiết cho vế trái của
phương trình bằng 0 và thay k1=n1.................................................................................................6
e. Áp suất quá trình nén  C.............................................................................................................6


f. Nhiệt độ cuối q trình nén TC.....................................................................................................6
3 .Tính tốn q trình cháy.................................................................................................................6
a. Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M O....................................................6
b. Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1...........................................................................7
c. Lượng sản vật cháy M2................................................................................................................7
d. Hệ số thay đổi phân tử khí lý thuyết βO......................................................................................7
e. Hệ số thay đổi phân tử khí thực tế β..........................................................................................7
f. Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z (βZ).............................................................................7
g. Tổn thất nhiệt lượng do cháy khơng hồn tồn ∆QH ................................................................7
h. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của mơi chất tại điểm Z.........................................................7
j. Nhiệt độ cuối quá trình cháy  z....................................................................................................8
k. Áp suất cuối quá trình cháy Pz...................................................................................................8
4. Tính tốn q trình giãn nở............................................................................................................8
a. Tỉ số giãn nở đầu.........................................................................................................................8
b. Tỉ số giãn nở sau.........................................................................................................................8
c. Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình (n2)...........................................................................8

d. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb.............................................................................................8
e. Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb..............................................................................................9
f. Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr.................................................................................................9
IV. Tính tốn các thơng số đặc trưng của chu trình.................................................................................9
1. Áp suất chỉ thị trung bình tnh toán ( pi' ) .......................................................................................9
2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế
3. Áp suất tổn thất cơ khí

Pm

4. Áp suất trung bình có ích

Pi

..............................................................................................9
.............................................................................................................9

Pe

...........................................................................................................9

5. Hiệu suất cơ giới.............................................................................................................................9
ηi

6. Hệ số chỉ thị ..............................................................................................................................10
7. Hiệu suất có ích

ηe

........................................................................................................................10

8. Suất têu hao nhiên liệu chỉ thị

gi

.................................................................................................10

9. Suất têu hao nhiên liệu chỉ thị ¿...................................................................................................10
10. Tính tốn thơng số kết cấu của động cơ......................................................................................10
a. Thể tch công tác một xylanh động cơ.......................................................................................10
b. Thể tch buồng cháy
c. Thể tch toàn bộ

Vc

.............................................................................................................11

Va

...................................................................................................................11
4


d. Đường kính piston....................................................................................................................11
f. Hành trình piston.......................................................................................................................11
11. Bảng kết quả tnh tốn nhiệt động cơ.........................................................................................11
V. Vẽ đồ thị..........................................................................................................................................14
VI. Tính tốn động lực học cơ cấu piston – trục khủyu – thanh truyền.................................................20
A.Động học của piston......................................................................................................................20
1.Chuyển vị piston........................................................................................................................20

2.Vận tốc của piston.....................................................................................................................21
3.Gia tốc của piston......................................................................................................................21
B.Động lực học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền......................................................................21
1.Lực khí thể ( Pkt ¿.......................................................................................................................21
2.Lực quán tnh của các chi tết chuyển động................................................................................22
3.Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền.............................................................24


I. CÁC THƠNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ
- Mơi trường sử dụng động cơ:
Bụi nhiều
- Loại động cơ xăng:
SUV

Động cơ Diesel tăng áp xe

- Số kì:

4

- Số xylanh:

4

- Đường kính xylanh, D (mm):

86 (mm)

- Hành trình piston, S (mm):

93 (mm)

- Công suất thiết kế, Ne (kW):

100 (kW)

- Momen xoắn cực đại T (N.m)

200 (N.m)

- Số vòng quay thiết kế, n (v/ph):

3000 (v/ph)

- Tỷ số nén:

16:1

- Kiểu buồng cháy và phương pháp tạo hỗn hợp:

Thống nhất và màng

- Kiểu làm mát:

Làm mát bằng nước

- Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích ge (g/kWh):

250 (g/kW.h)

- Góc mở sớm, đóng muộn xupap nạp:

Mở sớm 10o & đóng muộn 29o

- Góc mở sớm, đóng muộn xupap thải:

Mở sớm 40o & đóng muộn 32o

- Chiều dài thanh truyền, L (mm):

205 (mm)

- Khối lượng nhóm piston, mnp:

1,15 (kg)

- Khối lượng nhóm thanh truyền, mtt:

2,262 (kg)

- Góc phun nhiên liệu sớm:

150

II. CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT
1. Áp suất khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển P0
Áp suất khơng khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị P 0 phụ
thuộc vào độ cao so với mực nước biển. Càng lên cao thì P0 càng giảm do khơng
khí càng lỗng, tại độ cao so với mực nước biển:
P0 = 0,1013 MN/m 2

1


2. Nhiệt độ khơng khí nạp mới T0
Nhiệt độ khơng khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của
mơi trường, nơi xe được sử dụng. Điều này hết sức khó khăn đối với xe thiết kế để
sử dụng ở những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn.
Miền Nam nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày
có thể chọn là tkk=29 0
C cho khu vực miền Nam, do đó:
T0 = (tkk + 273)= (29 + 273)= 302K
3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp Pk
Động cơ bốn kỳ tăng áp Pk: là áp suất khí nạp đã được nén sơ cấp trước trong máy
nén tăng áp hoặc trong bơm qt khí Pk > P0
Pk=0,14 MN/m 2
4. Nhiệt độ khơng khí nạp trước xupap nạp Tk
Đối với động cơ bốn kỳ khơng tăng áp nếu có két làm mát trung gian Tk được xác
định bằng công thức:
T k =T 0 .

Pk
P0

m−1
m

( )

0,14 1,5− 1
=302.( 0,1013 ) 1,5 =336° K

Trong đó: m - chỉ số nén đa biến trung bình của khí nén, phụ thuộc vào loại máy
nén (m = 1,5÷1,65) , chọn m=1,5
5. Áp suất cuối quá trình nạp Pa
Đối với động cơ tăng áp: Pa = 0,9. Pk = 0,126 MPa
: áp suất của khơng khí sau khi nén
6. Áp suất khí xót Pr
Là một thơng số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi
xilanh động cơ
Đối với động cơ Diesel: Pr= 0,11 MPa
7. Nhiệt độ khí xót Tr
Khi tính tốn, người ta thường lấy giá trị  r ở cuối quá trình thải cưỡng bức. Giá trị
của  r phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như tỷ số nén , thành phần hỗn hợp
α, tốc độ quay n, góc đánh lửa sớm (ở động cơ xăng) hoặc góc phun sớm nhiên liệu
(ở động cơ diesel).

2


Giá trị ε càng cao thì khí cháy càng dãn nở nhiều nên  r càng thấp. Xilanh hỗn
hợp thành phần càng phù hợp thì quá trình cháy xảy ra càng nhanh, ít cháy rớt nên
 r càng giảm.
Nếu góc phun sớm nhiên liệu hoặc đánh lửa sớm quá nhỏ thì quá trình cháy rớt
tăng nên  r cao.
Giá trị của  r có thể chọn trong phạm vi sau:
- Động cơ diesel:  r = 700 ÷ 900 ° K
Chọn Tr = 800° K
8. Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ∆ T
Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xylanh của động cơ
do tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ là ΔT.

Khi tiến hành tính tốn nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT căn cứ
vào số liệu thực nghiệm.
Đông cơ diesel: ΔT = 20÷ 40 độ
→ ∆ T =3 2 độ

9. Hệ số nạp thêm λ 1
Hệ số nạp thêm λ1 biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí
cơng tác sau khi nạp thêm so với lượng khí cơng tác chiếm chỗ ở thể tích Va.
Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn λ1 = 1,02 ÷ 1,07.
→ λ1=1 , 06

10. Hệ số quét buồng cháy λ 2
Đối với động cơ Diesel tăng áp:
Chọn λ 2=0,1
11. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt λ t
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ
khí sót Tt
Động cơ Diesel có α=1,5÷1,8; chọn λt=1,11
Chọn: λt =1 ,11 với α = 1,7

3


12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ
z
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξZ) là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt tại
điểm Z (ξZ) phụ thuộc vào chu trình cơng tác của động cơ.
ξ z =0,8

13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb) phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Khi tốc độ động cơ
càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến ξb nhỏ.
ξ b=0,85

14. Hệ số dư lượng khơng khí α
Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy: Đối với động cơ đốt trong, tính tốn
nhiệt thường phải tính ở chế độ công suất cực đại, hệ số dư lượng khơng khí chọn
trong pham vi cho trong bảng sau:
α = 1,7 ( suy ra từ bảng )
15. Hệ số điền đầy đồ thị công φ d
Hệ số điền đầy đồ thị công φd đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị cơng
thực tế so với đồ thị cơng tính tốn.
φ d=0,92

16. Chỉ số nén đa biến m
m = 1,5
17. Tỷ số tăng áp
Là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xilanh ở cuối quá trình cháy và quá
trình nén: λ = Z. c (2.8) Trị số λ thường nằm trong phạm vi sau:
Động cơ diesel: λ = 1,35÷2,40
Chọn: λ = 2

III. TÍNH TỐN NHIỆT
Tính tốn nhiệt nhằm xác định các thơng số của chu trình lý thuyết và các chỉ
tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ. Đồ thị công chỉ thị của động cơ được xây dựng
trên cơ sở các kết quả tính tốn nhiệt và là các số liệu cơ bản cho các bước tính
tốn động lực học và tính toán thiết kế động cơ tiếp theo
4

1. Quá trình nạp
a. Hệ số nạp (ηV )

P

1
m

( )⌋

V

¿

P

Tk
a
r
1
.
. .⌊ε . λ − λ . λ .
Pa
ε−1 T k + ∆ T Pk
1
t
2

η =

1
336
0,126
0,126
.
.
. 16.1,06−1,11.0,1.
16−1 336+32 0,14
0,14

[

(

1

) ]=0,924
1,5

b. Hệ số khí sót ( γ r )
λ 2 . (T k +∆ T ) Pr
. .
Tr
Pa

γr =

λ

Hay

γr =

2

( ε − 1 ) . ηV

.

1
Pr
ε . λ1 −λt . λ2 .
Pa

1
m

=¿

( )

P T
0,1
0,11 336 =
r .
k=
.
.
0,00238
16

1
.0,924
0,14
800
( − )
Pk Tr

c. Nhiệt độ cuối quá trình nạp (Ta)
P

a

(T k + ∆ T )+ λt . γr . Tr . P
r
T a=
1+

m− 1
m

( )

γr

(336+32 )+1,11.0,00238.800.

=

+

0,126

(

1 0,00238

0,11

2. Q trình nén
a. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:
b
0,00419
T ¿ K)
mc v =a v + .T=19,806+
2
2
b 0,00419
¿
2=
2

( a v=19,806;

b. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Khi α > 1 tính cho động cơ diesel theo cơng thức sau
mc 'v' =(

19,867

+

1,634 1
184,36
−5
. 427,38 +
+
.10 . T
α
2
α

= (19,867+

)

(

)

1,634 1
184,36
−5
+ . 427,38+
1,7
2
1,7 . 10 .T

) (

)

¿ 20,828+0,00268.T

( a 'v' =20,828;

b' '
=0,00268¿
2

5

1,5− 1
1,5

)

=369(° K )


c. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong q trình nén:
mc v '=mc v + γ r .mc v }} over {1+ {γ} rsub {r}¿ ¿
19,806+
¿

0,0049
T + 0,00238.(20,828+0,00268T )
2
1 + 0,00238
'

b
¿ 19,808+0,0021T ( a =19,808; =0,0021)
2
'
v

d. Tỷ số nén đa biến trung bình (n1):
Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: tỷ lệ hóa khí,
loại buồng cháy, các thông số kết cấu động cơ, các thông số vận hành gồm phần
tải, vịng quay, trạng thái nhiệt…
Tính gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt của quà trình nén với giả thiết cho
vế trái của phương trình bằng 0 và thay k1=n1
n −1=
1

8,314
8,314
=
'
n −1
b
a' v + .T a . (ε n −1 + 1 ) 19,808 + 0,0021.369. ( 16 +1)
2
1

1

→ n1=1,366

e. Áp suất quá trình nén  C

Pc =Pa . ε

n 1=

MN/m
=
0,126.161,366 5,562

2

f. Nhiệt độ cuối quá trình nén TC
T c =T a . ε n −1 =369.161,366−1=1018 K
1

3 .Tính tốn q trình cháy
a. Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu MO
M o=

1 C H O
.( + + ) (kmolkk/kg nl)
21 12 4 32

Đối với động cơ diesel ta có C=0,87; H=0,126; O=0,004
Thay vào công thức trên ta được M0 =0,4357 (kmol kk)
b. Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1
Đối với động cơ diesel:
M 1=α . M o =1,7.0,4357=0,741 (kmolkk/kg nl)
6

c. Lượng sản vật cháy M2
Với α > 1 M2 được tính theo cơng thức sau:
M 2=

O H
0,004 0,126
+ + α . M 0=
+
+1,7.0,4357=0,772(kmolkk /kg nl)
32 4
32
4

d. Hệ số thay đổi phân tử khí lý thuyết βO
β O=

M 2 0,772=1,042
=
M 1 0,741

e. Hệ số thay đổi phân tử khí thực tế β
Trong thực tế do ảnh hưởng khí sót cịn lại trong xilanh từ chu trình trước nên hệ
số biến đổi phân tử khí thực tế β được xác định theo công thức sau:
β −1

β=1+

O

1 + γr

=1+

1,042−1 =
1,042
1+ 0,00238

f. Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z (βZ)
β =1+

β −1
O

Z

1+ γ r

. x z=1+

ξz
1,042−1 0,8 =
.
1,039 (với x z = ξ ¿
1+ 0,00238 0,85
b

g. Tổn thất nhiệt lượng do cháy khơng hồn tồn ∆ Q H
∆ Q H =0 ¿ α > 1)
h. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của mơi chất tại điểm Z
mc

vz}} = {{M} rsub {2} left ({x} rsub {z} + {{γ} rsub {r}} over {{β} rsub {0}} right ) . overline {m {c} rsub {v} rsup {'}} + {M} rsub {1} left (1- {x} rsub {z} right ) . overline {{mc}
¿ 19,808+0,0021T z
b z' ' =
→ avz ' ' =19,808; 2 0,0021

j. Nhiệt độ cuối quá trình cháy  z
Đối với động cơ diesel được tính theo cơng thức:
ξ .Q
z

H

M 1 (1+ γ r )

+ (mc vc ' + 8,314 λ) . T = β z . (mc'v'z

+8,314).T

c

z

0,8.42530
+ (19,808+0,0021.1018+8,314.2) . 1018=1,039. 19,808+0,0021T +8,314 . T
0,741.(1+0,00238)
(
)

 Tz= 2460 ° K
+mcvc ' :tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm C của hỗn hợp khí nén

+mc'v'z :tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm Z của sản vật cháy
7

z

z


k. Áp suất cuối quá trình cháy P z
Đối với động cơ diesel: P z =λ . Pc =2.5,562=11,124(MN/m2 )
4. Tính tốn q trình giãn nở
a. Tỉ số giãn nở đầu
Đối với động cơ diesel: ρ=

B

T Z = 1 ,039 2460 =
.
1,255
λ TC
2
1018
Z

.

b. Tỉ số giãn nở sau
Đối với động cơ diesel:
ε
16

δ= =
=12,749
ρ 1,255

c. Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình (n2)
8,314
(ξ b−ξ z ) .Q

H

M 1 . (1+γ r ). β . ( T z −Tb )
n2 −1=
2

+ a } rsub {vz} + {{b z
. T +T ¿=
(

)
z

b

8,314
(0,85−0,8).42530

0,741.(1+0.00238) .1,042. 2460 − 1

(

Tz

Mà T b= δ n −1
2

tính được n2 =1,28
d. Nhiệt độ cuối q trình giãn nở T b
Tz
T b= δ n −1 =
2

2460

=

12,7491,28−1

1206 (K)

e. Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb
P=
b

P

δ

z

n2

=

11,124
12,7491,28

=0,428 (MN/m )2

f. Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót T r
p

T r=T b .(

r

pb

)

m− 1
m =

0,11
1206.
0,428

(

1,5 − 1
1,5

)

=

767

(K)

Ta có sai số khí sót:
∆ T = 8 00−767
r
= 4,3 % <10% (thỏa mãn điều kiện)
Tr
767
8

2460
2,749n −1

)

2


IV. Tính tốn các thơng số đặc trưng của chu trình
1. Áp suất chỉ thị trung bình tính tốn ( p¿¿i' )¿
P

p'

i

¿

c

= ε −1 ¿

]

5,562
1,255.2.1,042
1
) 1 . 1− 1 )
. 2. (1,255−1 )+
. 1−
16−1
1,28−1
161,366−1 =1,309 MPa
12,7491,28−1 −1,366−1

[

(

(

2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế Pi
'=
Pi =φd . pi 0,92.1,309= 1,204 (MN/m2)

3. Áp suất tổn thất cơ khí Pm
Ta có P m=a+b . V p+ (p r− p )=¿
a

0,089+0,0118.
V p=

0,093.3000
+ (0,11−0,126)=0,183 MPa
30

S.n m
Vận tốc trung bình của piston và các hằng số a , b chọn theo bảng
30 s

( )2.17

(a=0,089 và b=0,0118)
4. Áp suất trung bình có ích Pe
Pe =Pi −P m =1,204−0,183=1,021 (MN/m2 )
5. Hiệu suất cơ giới
η

e

P

e

ηm = η = P

i
i

= −

1

P = − 0 ,183=
m

1

Pi

0,848

1,204

6. Hệ số chỉ thị ηi
Là tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu được và nhiệt lượng
mà nhiên liệu tỏa ra khi đốt cháy 1kg nhiên liệu dạng lỏng hay 1 m3 nhiên liệu ở
dạng khí.
η =8,314. M 1 . Pe . T
i

Q H . ηv , P

k

k

Thay Tk, Pk bằng P0, T 0
→ ηi=8,314.

M 1 . Pe .T 0 =
0,741.1,021.302 =
8,314.
0,477
Q H .η v , P0
42530.0,924.0,1013

7. Hiệu suất có ích ηe
ηe =8,314.

M 1 . P e . Tk =
0,741.1,021 .336 =
8,314.
0,384
Q H . ηv , P k
42530.0,924 .0,14
9


8. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi
gi =

3600
3600
=
=0,177 (kg/kW.h)

ηi .Q H 0,477.42530

9. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị ge
ge =

3600
3600
=
=0,22 (kg/kW.h)
ηe .Q H 0,384.42530

10. Tính tốn thơng số kết cấu của động cơ
a. Thể tích cơng tác một xylanh động cơ
Từ momen xoắn yêu cầu , ta tính được cơng suất thiết kế N e
:
N .9,55
N .9,55
T=

e

e

ne

= 3000

=

(

200 N . m

)

→ N e =62,8( KW )
V h=

30.τ . N
(dm
30.4 .62,8 =
e=
3)
0,615
p e . ne . i 1,021.3000.4

Trong đó:
τ −số chu kì động cơ
i−số xilanhđộng cơ
n e−số vịng quay động cơ ở công suất thiết kế Ne −công suất thiết kế ,kW
pe −áp suất có ích trung bình , MN/m 2

b. Thể tích buồng cháy V c
V c=

Vh
ε −1

=

(dm 3
0,615 =
0,041
)
16−1

c. Thể tích tồn bộ V a
→ V a=V h +V c =0,615+0,041=0,656(dm3)

d. Đường kính piston
D= 3

4. V
h

=

4.0,615 =0,898

√ √
π.S
D

π . 93
3 86

(dm)

10

f. Hành trình piston
S=

S

0.93

(D ). D =(0.86 ).0,898=0,971(dm)

11. Bảng kết quả tính tốn nhiệt động cơ
Thơng số

Đơn vị

Giá trị

1.

n

v/ph

3000

2.

T

N.m

200

3.

Ne

kW

62,8

4.

ε

5.

L

mm

205

6.

mnp

kg

1,15

7.

mtt

kg

2,262

8.

TO

K

302

9.

∆T

K

32

10.

λ1

1,06

11.

λ2

0,1

12.

λt

1,11

13.

λ

2

14.

φd

0,92

15.

ξb

0,85

16.

ξz

0,8

17.

α

1,7

18.

m

1,5

19.

ηV

0,924

STT

16

11

20.

γr

0,00238

21.

n1

1,366

22.

n2

1,28

23.

MO

(kmolkk)

0,4357

24.

M1

(kmolkk/kg nl)

0,741

25.

M2

(kmolkk/kg nl)

0,772

26.

βO

1,042

27.

β

1,042

28.

βZ

1,039

29.

∆QH

KJ

0

30.

Tr

K

767

31.

Ta

K

369

32.

Tc

K

1018

33.

Tz

K

2460

34.

Tb

K

1206

35.

Po

MN/m2

0,1013

36.

Pa

MN/m2

0,126

37.

Pr

MN/m2

0,11

MN/m2

5,562

z

MN/m2

11,124

40.

Pb

MN/m2

0,428

41.

Pi

MN/m2

1,204

42.

Pm

MN/m2

0,183

43.

Pe

MN/m2

1,021

38.
39.

Pc

P

12


44.

ηi

%

47,7

45.

ηe

%

38,4

46.

ηe

%

0,848

kg/kW.h

0,177

gi

47.
48.

ge

kg/kW.h

0,22

49.

Vh

dm3

0,615

50.

Vc

dm3

0,041

51.

Va

dm3

0,656

52.

D

dm

0,898

53.

S

dm

0,971

STT

Tên

Ký
hiệu

Giá trị

Đơn
vị

Ghi chú

1

Góc phun nhiên liệu sớm

θs

15

Độ

Trước ĐCT

2

Góc mở sớm xupap nạp

φ1

10

Độ

Trước ĐCT

3

Góc đóng muộn xupap nạp

φ2

29

Độ

Sau ĐCD

4

Góc mở sớm xupap thải

40

Độ

Trước ĐCD

5

Góc đóng muộn xupap thải

32

Độ

Sau ĐCT

φ3
φ4

V. Vẽ đồ thị
*Xác định các điểm đặc biệt đồ thị công P-V:
- Điểm a: điểm cuối hành trình hút:
Áp suất Pa=0,126(MPa)
Thể tích V a
13


Vc =

Vh
( ε−1)

=

0,615
=0,041(lít)
(16−1)

V a =V h +V c =0,615+0,041=0,656(lít)

Nhiệt độ T a=369° K
- Điểm c: điểm cuối hành trình nén có:

Áp suất Pc= 5,562 (MPa)
Thể tíchV c =0,041 (lít)
Nhiệt độ T c =1018 K
- Điểm z: điểm cuối quá trình cháy:
Áp suất P z=11,124( MPa)
Thể tích V z=ρ . V c =1,255. 0041=0,051455 (lít)
Nhiệt độ T z =2460K
- Điểm b: điểm cuối hành trình dãn nở:
Áp suất Pb=0,428(MPa)
Thể tích Vb=Va= 0,615(lít)
Nhiệt độ T b=1206 K
- Điểm r: điểm cuối hành trình thải có:
Áp suất Pr = 0,11 (MPa)
Thể tích V r =V c =0,041(lít)
Nhiệt độ T r=767 K
*Dựng các đường quá trình:
14


Từ điểm a lên điểm c: là quá trình nén khí trong xilanh bị nén với chỉ số đa
biến n1,
từ phương trình:
pa .V =p xn . V =const
n1
a

n1

xn

⟹

n1

Va
p xn= pa .
V xn

1,366

0,656

( )

( a. )
Trong đó: p a, V a – áp suất và thể tích khí=0,126.
tại điểm
V

pxn,Vx – áp suất và thể tích khí tại một điểm bất kỳxntrên đường cong nén.
Bằng cách cho các giá trị Vx đi từ Va đến Vc ta lần lượt xác định được các giá trị
p .
xn

Từ điểm c lên điểm z’’: xây dựng đường thẳng: có điểm đầu c (V c; P c) và
điểm cuối
z '' V '';P

(

Z

) . Đường thẳng này sẽ phải đi qua điểm c’’.

Z''

Mà điểm z’’ chính là trung điểm đoạn z’z:

z ' (V c ; p )=z' (0,041; 11,124)
z

z (V z ; p )=z (0,051455; 11,124)
z

Từ điểm z’’ xuống điểm b’: là q trình dãn nở khí cháy trong xilanh theo chỉ số
dãn nở đa biến n2, từ phương trình:
p . V n=
2
z

z

p xg . V

=const

n2

xg

Vz
⟹ p xg= p z . V
xg

n2

( )

=11,124.

0,051455
V xn

(

1,28

)

Trong đó: p xg,V xg – áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường cong dỡn
nở.
Ta cho giá trị V xg thay đổi từ V z tăng đến V b= V
a

Từ điểm b’ về điểm b’’: Điểm đầu là b’ và điểm cuối là
Điểm b’’
chính là trung điểm đoạn ab : b (V b ; P ) =b ( 0,615; 0,428 )
b

a (V a ; P ) =a (0,656; 0,126)

a

Từ điểm r quay về a: đi qua điểm uốn r ' (0,041; 0,11)
15

b '' (V a ; P )
b '' .


*Hiệu chỉnh đường cong quá trình nén và cháy trên đồ thị cơng:
- Điểm z’ (Vc, Pz )
Vc=0,041 (lít)
Pz= 11,124(

MN
)
m2

- Điểm z” (V ”,P )
z

z

1

cz”= 2 cz


1
−

−
V ”z V c = . (V z V )
2
c



V ”z 0,041



V z =0,0462275(lít)

=1

−

(

2 . 0,051455−0,041

)

”

P }z = {P} rsub {z} = 11,124

( {MN} over {{m} ^ {2}} ¿

- Điểm c”( V , P ”)

c

c

Vc= 0.041[d m3 ]
cc" = cz'/3
1



(P ” - P ) = 3 .(P ’-Pc)



Pc” – 5,562= 3 . (11,124 - 5,562)



Pc” = 7,416 (

c

c

z

1

MN
)

m2

- Điểm b” ( V , P ” )
b

b

Vb = 0,615(lít)
P}b =



{{P} rsub {b} - {P} rsub {a}} over {2¿

P”b = 0,428−0,126
2
16




P}b =0,151 ( {MN} over {{m} ^ {2}} ¿

*Ta thu được bảng số liệu:
a (độ)
0
10
20
30
40

50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300

V (cm3)
41
46.78411

63.8603
91.42064
128.1848
172.4926
222.4194
275.9051
330.8816
385.3894
437.672
486.241
529.91
567.7948
599.2877
624.0099
641.7535
652.4223
655.9811
652.4223
641.7535
624.0099
599.2877
567.7948
529.91
486.241
437.672
385.3894
330.8816
275.9051
222.4194

P (MN/m2)
0.11
0.115
0.12
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126
0.126945
0.129836
0.134905
0.142564
0.153474
0.168656
0.18968
0.219004
0.260569
0.320914

0.411323
0.552107
17


310
320
330
340
350
360
370
375
380
390
400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540

550
560
570
580
590
600
610
620
630
640
650
660
670
680

172.4926
128.1848
91.42064
63.8603
46.78411
41
46.78411
53.94924
63.8603
91.42064
91.42064
128.1848
172.4926
222.4194
275.9051

330.8816
385.3894
437.672
486.241
529.91
567.7948
599.2877
624.0099
641.7535
652.4223
655.9811
652.4223
641.7535
624.0099
599.2877
567.7948
529.91
482.0125
428.4026
370.6749
310.8449
251.2856
194.6122
143.5207

0.781327
1.172077
1.859836
3.036098
4.496065

7.416
10.40396
11.124
9.723367
5.3303
5.3303
3.458257
2.364951
1.708076
1.296331
1.027324
0.845155
0.718155
0.627651
0.562224
0.514663
0.480303
0.434015
0.387727
0.341439
0.295151
0.264293
0.233434
0.202576
0.171717
0.140859
0.11
0.11
0.11
0.11

0.11
0.11
0.11
0.11
18


690
700
710
720

100.5983
68.12314
47.87833
41

0.11
0.11
0.11
0.11

ĐỒ THỊ P-V

19


VI. Tính tốn động lực học cơ cấu piston – trục khủyu – thanh truyền
A. Động học của piston
1. Chuyển vị piston

Sơ đồ Động học cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền của cơ cấu giao tâm
Chú thích trên hình 1.21:
X: chuyển vị của piston tính từ ĐCT theo góc quay trục khuỷu
l: chiều dài của thanh truyền
R: bán kính quay trục khuỷu
α : Góc quay của trục khuỷu
β : Góc lệch giữa đường tâm thanh truyền và đường tâm xy lanh
R
λ= =0.24 là thông số kết cấu
l

Áp dụng công thức gần đúng đối với cơ cấu giao tâm, ta có:
Khi trục khuỷu quay một góc α thì piston dịch chuyển được một khoảng X so
với vị trí ban đầu (ĐCT). Chuyển vị của piston trong xilanh động cơ tính bằng
cơng thức sau:
X =R . (1−cos( α ) )+

[

20

λ
1−cos(2 α ))
4(

]