Hướng dẫn bài tập lớn nguyên lý động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
---------------------------------

BÀI TẬP LỚN
NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

GVHD: Lê Văn Anh
Sinh viên thực hiện: Nhóm 2
Học phần : HPAT6046

Hà Nội – Năm 2021


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...............................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG HỢP CƠ SỞ LÝ THUYẾT...........................1
1.1: Tìm hiểu thơng số kết cấu động cơ.......................................................... 1
1.2: Số liệu ban đầu .......................................................................................... 1
1.2.1: Số liệu ban đầu cần thiết cho q trình tính tốn nhiệt bao gồm:....... 1
1.2.2: Các thơng số cần chọn: ....................................................................... 2

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN CÁC Q TRÌNH CƠNG TÁC .......5
2.1: Tính tốn q trình thay đổi mơi chất : ................................................. 5
2.1.1: Hệ số khí sót 𝜸𝒓 .................................................................................. 5
2.1.2: Nhiệt độ cuối q trình nạp 𝐓𝒂 .......................................................... 5
2.1.3: Hệ số nạp 𝛈𝐯 ..................................................................................... 5
2.1.4: Lượng nạp khí mới 𝐌𝟏 ...................................................................... 5
2.1.5: Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1Kg nhiên liệu ...... 6
2.1.6: Hệ số dư lượng khơng khí 𝜶 ............................................................... 6
2.2: Tính tốn đến q trình nén .................................................................... 6

2.2.1: Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khơng khí ............................... 6
2.2.2: Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy ....................... 6
2.2.3: Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong q trình nén
m.𝒄𝒗′ tính theo cơng thức sau : ...................................................................... 6
2.3: Tính tốn q trình cháy ......................................................................... 7
2.3.1: Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết Bo ................................................... 7
2.3.2: Hệ số thay đổi phân tử thực tế 𝜷 ........................................................ 8
2.3.3: Hệ số thay đổi phân tử thực tế tai điểm z ........................................... 8
2.3.4: Lượng sản vật cháy ............................................................................. 8
2.3.5: Nhiệt độ tại điểm z : 𝐓𝒛 ...................................................................... 8
2.4: Tính q trình giãn nở ............................................................................. 9
2.4.1: Hệ số giãn nở sớm 𝝆 : ......................................................................... 9


2.4.2: Hệ số giãn nở sau 𝛅 : ........................................................................... 9
2.4.3: Chỉ số giãn nở đa biến trung bình 𝒏𝟐 : ............................................. 10
2.4.4: Áp suất của quá trình giãn nở : ......................................................... 10
2.5: Tính tốn các thơng số chu trình cơng tác ........................................... 10
2.5.1: Áp suất chỉ thị trung bình 𝐩′𝐢............................................................ 10
2.5.2: Áp suất chỉ thị trung bình thực tế ..................................................... 11
2.5.3: Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị 𝒈𝒊 : .................................................. 11
2.5.4: Hiệu suất chỉ thị : .............................................................................. 11
2.5.5: Áp suất tổn thất cơ giới 𝒑𝒎 :............................................................ 11
2.5.6: Áp suất có ích trung bình 𝒑𝒆 : .......................................................... 11
2.5.7: Áp suất tiêu hao nhiện liệu 𝒈𝒆.......................................................... 12
2.5.8: Hiệu suất có ích 𝛈𝐞 ........................................................................... 12
2.5.9: Kiểm nghiệm đường kính xi lanh D theo công thức : ...................... 12
2.6: Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị cơng .................................................................. 12

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC ....16

3.1: Vẽ đường biểu diễn cấc quy luật động học........................................... 16
3.1.1: Đường biểu diễn hành trình pittong 𝒙 = 𝒇𝐚 ..................................... 16
3.1.2: Đường biểu diễn tốc độ của pittông v = f(): ................................... 17
3.1.3: Đường biểu diễn gia tốc của pittơng j=f(x): ..................................... 19
3.2: Tính tốn động lực học ........................................................................... 20
3.2.1: Các khối lượng chuyển động tịnh tiến m bao gồm: .......................... 20
3.2.2: Các khối lượng chuyển động quay ................................................... 21
3.2.3: Lực quán tính .................................................................................... 22
3.2.4: Vẽ đường biểu diễn lực quán tính –Pj=f(x): ..................................... 23
3.2.5: Đường biểu diễn v=f(x) : .................................................................. 24
3.2.6: Khai triển đồ thị công P–V thành p =ƒ(α) ....................................... 25
3.2.7: Khai triển đồ thị Pj = ƒ(x) thành Pj = ƒ(α) ....................................... 26
3.2.8: Vẽ đồ thị 𝑃∑ = ƒ(α) ........................................................................... 26


3.2.9: Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z =
ƒ(α) ........................................................................................................... 26
3.2.10: Đường biểu diễn ΣT = ƒ(α) của động cơ nhiều xy lanh ................... 29
3.2.11: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ............................................ 31
3.2.12: Vẽ đường biểu diễn Q = f( α)............................................................ 32
3.2.13: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu .............................................................. 33

KẾT LUẬN CHUNG .........................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................37


MỞ ĐẦU
BTL động cơ đốt trong là một phần quan trọng trong học phần NLĐC ĐT, có tính
tổng hợp các kiến thức của chuyên ngành động cơ đốt trong. BTL nhằm cũng cổ
và vận dụng những kiến thức của các môn học sau đây :

- Củng cố lại kiến thức về tính tốn trong nhiệt kỹ thuật
- Biết vận dụng kiến thức môn nguyên lý động cơ đốt trong trong việc tính các
thơng số nhiệt động của chu trình cơng tác động cơ
- Biết cách xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ ban của động cơ.
- Biết cách xây dựng đồ thị công lý thuyết của động cơ dựa trên kết quả tính tốn
nhiệt.
- Biết cách biểu diễn động học động cơ


Bài tập lớn

Nhóm 2

CHƯƠNG 1: TỔNG HỢP CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1: Tìm hiểu thơng số kết cấu động cơ


Số xilanh và kiểu bố trí xilanh :

Như đã biệt số xilanh i liên quan đến tính cân bằng của hệ trục, độ đồng đều
của tốc độ góc, khơng gian bố trị và nền móng.
Xilanh bố trí 1 hàng hay theo chữ V, đứng hay nằm...đều quyết định, ảnh
hưởng đến các cơ cấu và hệ thống như cơ cấu phân phối khi, hệ thống làm mát...
 Tỷ số S/D
Là thông số kết cấu quan trọng ảnh hưởng đến kích thước, trọng lượng và
tính năng kỹ thuật của động cơ. Ngày nay, các động cơ cao tốc độ đều có xu hưởng
giảm tỷ số S/D để giảm lực quán tính. Động cơ hành trình ngắn (giảm S) có khá
nhiều ưu điểm:
- Do S nhỏ nên có thể tăng tốc độ n mà khơng gây tổn thất ma sát, vẫn giữ
được hiệu suất cơ giới cao.

- Dễ bố trí xupáp cải thiện q trình nạp thải ( do giảm S thì có thể tăng D)
- Giảm S/D, chiều cao của động cơ giảm theo thống kê khi S/D ≈ 1 , trọng
lượng động cơ đạt giá trị nhỏ nhất. mặt khác khi giảm S/D, độ cứng của
trục khuỷu tăng do độ trùng điệp của chốt khuỷu và cổ trục tăng.
 Thông số kết cầu 𝜆 =

𝑅
𝑙

Thông số này ảnh hưởng đến chiều cao và trọng lượng của động cơ. Ngày
nay do xu hướng tăng tốc độ nên người ta thường làm thanh truyền ngắn (giảm 1)
nền tăng 𝜆 . Tuy nhiên, khi 𝜆 tăng lại làm tăng lực qn tính và làm tăng góc lắc
của thanh truyền khiến thân thanh truyền dễ va chạm vào mép dưới của lót xilanh.
 Kiểu làm mát động cơ
Kiểu làm mát động cơ ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu của động cơ.Trên mặt cắt
ngang và mặt cắt dọc thể hiện rõ ảnh hưởng này đối với kết cấu của thân máy, nắp
xilanh và kích thước của trục khuỷu.
1.2: Số liệu ban đầu
1.2.1: Số liệu ban đầu cần thiết cho q trình tính tốn nhiệt bao gồm:
1- Cơng suất của động cơ 𝑁𝑒 = 1103 (kW)=811,81 kW
2- Số vòng quay của trục khuỷu n = 750 (vg/ph)
3- Đườn kinh xilanh D = 260 (mm)
4- Hành trình pittơng S = 360 (mm)
5- Dung tích cơng tác 𝑉ℎ ( lít )
Lý thuyết động cơ

1


Bài tập lớn

Nhóm 2

6- Số xilanh i = 6
7- Tỷ số nén 𝜀 = 20
8- Thứ tự làm việc của các xilanh 1-5-3-6-2-4
9- Suất tiêu thụ nhiên liệu 𝑔𝑒 = 188 (g/Kw.h)
10- Góc mở sớm và đóng muộn của xu páp nạp 𝛼1 = 160 và 𝛼2 = 360
11- Góc mở sớm và đóng muốn của xu páp thải 𝛽1 = 400 và 𝛽2 = 120
12- Chiều dài thanh truyền 1(mm)
13. Khối lượng nhóm pit tơng 𝑚𝑛𝑝 = 46 (𝑘𝑔)
14. Khối lượng nhóm thanh truyền 𝑚𝑡𝑡 = 67 (kg)
1.2.2: Các thông số cần chọn:
Các thông số cần chọn theo điều kiện môi trường, đặc điểm kết cấu của
động cơ 6N260L-V, chủng loại động cơ Diesel tăng áp bao gồm:
1) Áp suất môi trường: 𝒑𝟎
- Áp suất môi trường p0 là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ.
- p0 thay đổi theo nhiệt độ ở nước ta có thể chọn p0 = 0,1(𝑀𝑝𝑎).
- Đối với động cơ Diesel tăng áp ta có thêm Pk - Áp suất trước xupap nạp,
- Pk =(1,2-1,35).Po =1,35.0,1=0,135 (Mpa)

2) Nhiệt độ mô trường : 𝐓𝟎
Lựa chọn nhiệt độ môi trường theo nhiệt độ bình quân cả năm.
Ở nước ta t 0 = 240 C (2970 𝐾)
3) Áp suất cuối quá trình nạp: Pa
Áp suất phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, tỉnh năng
tăng tốc độ n, hệ thông số trên đường nạp, tiết diện lưu thơng v.v… Vì vậy cần
xem xét động cơ đang thuộc tính nào để dễ lựa chọn pa . Nói chung, pa biển
thiên trong phạm vi sau :
-

Đối với động cơ tăng áp : Pa = (1.2÷1.35). Pk
 Chọn Pa = 1,35. Pk = 1,35.0,9 = 0,1215(Mpa)

Lý thuyết động cơ

2


Bài tập lớn

Nhóm 2

4) Áp suất khi thải: 𝐩𝐱
Áp suất này cũng phụ thuộc các thông số như pa . Có thể chọn pr , nằm trong
phạm vi :
pr = (1.10 ÷ 1.15).pk


Chọn

pr = 1,15 . 0,135 = 0,15525(Mpa)

5) Mức độ sấy nóng mơi chất: ∆T
Chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành khi hỗn hợp ở bên ngồi hay bên
trong xi lanh.
Đối với động cơ Diesel :


Chọn

∆T = 200 ÷ 400 K
∆T = 400 K

6) Nhiệt độ khí sót (khí thải) 𝐓𝐫 .
Phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Nếu quả trình giãn nở càng triệt để, nhiệt
độ Tr càng thấp.
Tr = 7000 ÷ 10000 K


Chọn

Tr = 9000 K

7) Hệ số hiệu đính tủ nhiệt 𝝀𝐭
Tỷ nhiệt của môi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cứ vào hệ số
dư lượng khơng khí 𝛼 để hiệu định. Thơng thường có thể chọn 𝜆t , theo thơng
số bảng sau:
𝛼

0,8

1,0

1,2

1,4

𝜆t

1,13

1,17

1,14

1,11

Các loại động cơ diezel có 𝛼 > 1.4 có thể chọn 𝜆t = 1.10
8) Hệ số quét buồng cháy 𝝀𝟐
Động cơ tăng áp
 Chọn

𝜆2 = 0,9 ÷ 095
𝜆2 = 0,9

9) Hệ số nạp thêm 𝝀𝐥
Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí.
Thơng thường có thể chọn: 𝜆l = 1,02 ÷1,07
 Chọn

Lý thuyết động cơ

𝜆1 = 1,02

3


Bài tập lớn
10)

Nhóm 2

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z

Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu dùng để sinh công và tăng nội năng
ở điểm z với lượng nhiệt phát khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu. Do đó 𝜉𝑧 ,
phụ thuộc vào chu trình cơng tác của động cơ.
Đối với động cơ diezel : 𝜉𝑧 =0,70 ÷ 0,85

11)

Chọn

𝜉𝑧 = 0,85

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b

𝜉𝑏 bao giờ cũng lớn hơn 𝜉𝑧0 ,. Thông thường:
Đối với động cơ diezel : 𝜉𝑏 =0,80 ÷ 0,90

12)

Chọn 𝜉𝑏 = 0,9

Hệ số hiệu đính đồ thị cơng: 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 do khơng xét đến pha phối khí, tổn thất lưu động của
dịng khí, thời gian cháy và tốc độ tăng áp suất....Sự sai lệch giữa chu trình thực

tế với chu trình tính tốn của động cơ xăng ít hơn động cơ diesel vì vậy hệ số
φd của động cơ xăng thường chọn trị số lớn. Nói chung có thể chọn trong phạm
vi:
φd = 0,92 ÷ 0,97


Lý thuyết động cơ

Chọn

φd = 0,92

4


Bài tập lớn

Nhóm 2

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN CÁC Q TRÌNH CƠNG TÁC
2.1: Tính tốn q trình thay đổi mơi chất :
2.1.1: Hệ số khí sót 𝜸𝒓
𝜆2 . ( T𝑘 + ∆T) P𝑟
.
.
T𝑟
P𝑎

𝛾𝑟 =



0,9.(297+40)

𝛾𝑟 =



900

.

0.15525
0,1215

1
1
P𝑟 𝑚
𝜀. 𝜆1 − 𝜆𝑡 . 𝜆2 ( )
P𝑎

1

.

0.15525

1

20.1,02−1,1.0,9.( 0,1215 )1.5

𝛾𝑟 = 0,02238

Trong đó m-chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m = 1,45 ÷1,5


Chọn

m = 1,5

2.1.2: Nhiệt độ cuối q trình nạp 𝐓𝒂
𝑚−1

T𝑎 =

P
( T𝑘 + ∆T)+ 𝜆𝑡 .γr .Tr ( 𝑎 ) 𝑚
P
𝑟

1+ γr
1,5−1
0.1215 1,5
(297+40) +1,1.0,02238.900.(
)
0,15525



T𝑎 =



T𝑎 = 349,590 𝐾

1 +0,02238

2.1.3: Hệ số nạp 𝛈𝐯

𝜂𝑣 =

1
𝜀−1

.

T𝑘
T𝑘 + ∆T

1

.

P𝑎
P𝑘

P𝑟 1

.[𝜀. 𝜆1 − 𝜆𝑡 . 𝜆2 ( )𝑚 ]

297

= 20−1 × 297+40 ×

P𝑎

0,1215
0,135

0,15525

1
1,5

×[ 20× 1,02 − 1,1 × 0,9 × ( 0,1215 ) ]

= 0,8029
2.1.4: Lượng nạp khí mới 𝐌𝟏
 𝑉ℎ =
 𝑃𝑒 =

𝜋.𝐷2 .𝑆
4
30.𝑁𝑒 .𝜏
𝑉ℎ .𝑛.𝑖

=
=

Lý thuyết động cơ

𝜋.2,62 .3,6

= 19,1134 (d𝑚3 )

4
30.1103.0,736.4
19,1134.750.6

= 1,1326 (MPa)

5


Bài tập lớn
 M1 =

Nhóm 2

432.103 .P𝑘 .𝜂𝑣

=

𝑔𝑒 .𝑝𝑒 .T𝑘

432.103 .0,135.0,8029
188
.1,1326.297
0,735

= 0,54422 (Kmol/kg)

2.1.5: Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1Kg nhiên liệu
M0 =

1
0,21

.(

C

+

12

H
4

−

O

)

32

Nhiên liệu của động cơ diezel C = 0,87 ; H = 0.126 ; O = 0,004


M0 =



M0 =

1

.(

0,21

277
560

0,87
12

+

0,126
4

−

0,004

)

32

≈ 0,4946

2.1.6: Hệ số dư lượng khơng khí 𝜶
Đốí với động cơ diezel :

α=

M1
M0

=

0,54422
0,4946

= 1,1003

2.2: Tính tốn đến q trình nén
2.2.1: Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khơng khí
m.𝑐𝑣 = 19,086 + 0,00209. T (kJ/mol.độ)
2.2.2: Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy
Vì hệ số dư lượng khơng khí α ≥ 1, nên ta tính theo cơng thức sau :
m.𝑐𝑣 ′′ = (19,867 +
= (19,867 +

1,634

α

)+

1,634

1
2

)+

1,1003

( 427,86 +
1
2

187,36

α

) . 10−5 . T

187,36

( 427,86 + 1,1003) . 10−5 . T

= 21,361 + 2,99. 10−3 T
2.2.3: Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong q trình nén
m.𝒄𝒗 ′ tính theo công thức sau :
 m.𝑐𝑣 ′ =
=

𝑏′𝑣
mcv   r  mcv"
= 𝑎′𝑣 +
. T (kJ/mol.độ)
2
1 r

19,806+0,00209.𝑇+0,02238( 21,361+2,99.10−3 .𝑇)
1+0,02238
−3

=19,84+ 2,1097.10 . 𝑇
1) Chỉ số nén đa biến trung bình 𝒏𝟏 :

Lý thuyết động cơ

6


Bài tập lớn

Nhóm 2

Chỉ số nén đa biển 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 giảm. Giả thiết quá trình nén
là đoạn nhiệt ta có thể xác định n1 , bằng phương pháp sau:
n1 − 1 =

8,314
𝑏′
𝑎′𝑣 + 2𝑣 . T𝑎 . 𝜀 𝑛1−1 + 1)

Ta chọn 𝑛1 = 1,36499 thay vào phương trình trên ta có :
𝑉𝑇 = 𝑛1𝑉𝑇 − 1 = 1,36499 − 1 = 0,36499
𝑉𝑃 =

8,314
= 0,36499
19,84 + 2,1097. 10−3 . 349,59. (201,36499 + 1)

Vậy sai số giữa 2 vế của phương trình là :
Δ𝑛1 =

0,36499 − 0,36499
100% = 0 < 0,2%
0,36499

Vậy 𝑛1 = 1,36499

2) Áp suất và nhiệt độ cuối q trình nén 𝐩𝒄 tính theo cơng thức sau :
 p𝑐 = p𝑎 . 𝜀 𝑛1 = 0,1215. 201,36499 = 7,25219 (Mpa)
3) Nhiệt độ cuối quá trình nén
 T𝑐 = T𝑎 . 𝜀 𝑛1−1 = 349,59. 201,36499−1 = 1043,33°𝐾
4) Lượng mơi chất cơng tác của q trình nén
 M𝑒 = M1 + M𝑟 = M1 . (1 + 𝛾𝑟 )
= 0,54422. (1 + 0,02238) = 0,55639 (Kmol/kg nh.liệu)
2.3: Tính tốn quá trình cháy

2.3.1: Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết Bo
β0 =
Lý thuyết động cơ

M2
M1

=

M1 + ∆M
M1

=1+

∆M
M1

(*)
7


Bài tập lớn

Nhóm 2

Độ tăng mol ∆M của các loại động cơ xác định theo công thức sau :
H

O

4

32

 ∆M = 0,21. (1 − α). M0 + ( +
H

O

4

32

Đối với động cơ Diezel : ∆M =( +

 (*) tương đương với : β0 = 1 +

−

1
𝜇𝑛𝑙

)

)

H O
+
4 32
M1

=1+

0,126 0,004
+
4
32

0,54422

= 1,0581

2.3.2: Hệ số thay đổi phân tử thực tế 𝜷
 β=

β0 + γz
1+ γr

=

1,0581+0,02238
1+0,002238

= 1,05683

2.3.3: Hệ số thay đổi phân tử thực tế tai điểm z

 β𝑧 = 1 +
Trong đó : 𝑥𝑍 =

β0 −1
1+ γr
𝜉𝑧
𝜉𝑏

=

. 𝑥𝑍 (*)
0,85
0,9

= 0,9444

 (*) tương đương với : β𝑧 = 1 +

1,0581−1
1+ 0,02238

. 0,9444 = 1,05368

2.3.4: Lượng sản vật cháy
 M2 = M1 + ∆M = β0 . M1 = 1,0581.0,54422 = 0,57583
2.3.5: Nhiệt độ tại điểm z : 𝐓𝒛
Tính T𝑧 bằng cách giải phương trình cháy của động cơ .
Đối với động cơ Diezel, tính T𝑧 bằng cách giải phương trình sau :
𝜉𝑧 .𝑄𝐻
M1 .(1+γr )

+ ( m.𝑐𝑣 ′ +8,314.𝜆). T𝑒 = βz . m.𝑐𝑝𝑧 ′′ . T𝑧

(1)

Trong đó :

𝑄𝐻 - Nhiệt trị của dầu diezel 𝑄𝐻 = 42,500 (KJ/Kmol)
m.𝑐𝑝𝑧 ′′ - Tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình tại điểm z của sản vật cháy.
m.𝑐𝑝𝑧 ′′ = 8,314 + m.𝑐𝑣𝑧 ′′ (kj/kmol.độ)
Xác định tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm z bằng công thức
sau :
Lý thuyết động cơ

8


Bài tập lớn

Nhóm 2

γ

m.𝑐𝑣𝑧 ′′ =

β0 .( 𝑋𝑧 +βr ).m.𝑐𝑣 ′′ +(1− 𝑋𝑧 ).m.𝑐𝑣
0

γ

β0 .( 𝑋𝑧 +βr )+(1− 𝑋𝑧 )

= 𝑎′′𝑣 +

𝑏𝑣′′
2

. T𝑧

0

=

0,02238
)+(1−0,9444).(19,806+0,00209𝑇𝑧 )
1,0581
0,02238
1,0581(0,9444+ 1,0581 )+(1−0,9444)

1,0581(21,361+2,99.10−3 .𝑇𝑧 )(0,9444+

= 21,28 + 2,943. 10−3 . 𝑇𝑧

—
Nên : mcpz''=29,594+2,943.10−3. 𝑇𝑧 = a''p + (b''p /2). Tz

(2)

Thay (2) vào (1) ta có :
=

0,85.42500
0,54422(1+0,002238)

+(19,84 + 2,1097. 10−3 𝑇𝑧 +8,314.1,8).1043,33

= 1,05368(29,594+2,943.10−3 𝑇𝑧 ). 𝑇𝑧
Giải phương trình trên ta được :
𝑇𝑧 = 2708,53𝜊 𝐾, 𝑇𝑧 = −12057,24𝜊 𝐾 (𝐿𝑜ạ𝑖)
Áp suất tại điểm z :


𝑝𝑧 = 𝜆. 𝑝𝑐 = 1,8. 7,25319 = 13,059(Mpa)

Trong đó 𝜆 là hệ số tăng áp suất khi cháy tính theo cơng thức sau :
𝜆 = βz .

T𝑧
T𝑒

Đối với động cơ điezel hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số chọn.
Sau khi tính tốn thì hệ số giãn nở ρ (ở q trình giãn nở) phải đảm bảo ρ<λ,nếu
khơng thì phải chọn lại λ, λ được chọn sơ bộ trong khoảng 1,2 ÷2,4
Ở đây ta chọn

λ =1,8

2.4: Tính q trình giãn nở
2.4.1: Hệ số giãn nở sớm 𝝆 :


𝜌=

βz .T𝑧
𝜆.T𝑐

=

1,05368.2708,53
1,8.1043,33

= 1,52< 1,8 (Thỏa mãn)

Đối với động cơ diezel phải đảm bảo điều kiện p < 𝜆
2.4.2: Hệ số giãn nở sau 𝛅 :
 𝛿=

𝜀
𝜌

=

20
1,52

= 13,157

Lý thuyết động cơ

9


Bài tập lớn

Nhóm 2

2.4.3: Chỉ số giãn nở đa biến trung bình 𝒏𝟐 :
n2 − 1 =

8,314
(ξb − ξz ). Q∗H
b ′′
+ a′′vz + vz . (Tz + Tb )
2
M1 . (1 + γr ). β. (Tz − Tb )

Chọn 𝑛2 = 1,28 và thay vào hai vế ta có:
VT = n2VT -1 = 1,28-1= 0,28
VP =
8,314
(0,9 − 0,85)
2708,5
0,5442(1 + 0,02238). 1,05683. (2708,5 −
)
13,151,28−1

+ 21,28 + 2,943. 10−3 (2708,5, +

2708,5
)
13,151,128−1

= 0,23

Vậy sai số giữa 2 vế của phương trình là
Δ𝑛2 =

0,28 − 0,23
100% = 0,17% < 0,2%
0,28

Vậy n2 = 1,28
Tb =

Tz
𝛿 𝑛2 −1

=

2708
13,151,28−1

= 1316,2𝜊 𝐾. Nhiệt độ tại điểm b
KJ

Đối với động cơ diezel Q∗H = Q H = 42500 ( . nl)
kg

2.4.4: Áp suất của quá trình giãn nở :
 𝑝𝑏 =

𝑝𝑧
𝛿 n2

=

13,059
13,151,28

𝑝𝑟 𝑚−1

 𝑇𝑟𝑡 = 𝑇𝑏 . ( )
𝑝𝑏

 ∆𝑇𝑟 =

𝑇𝑟𝑡 −𝑇𝑟
𝑇𝑟𝑡

𝑚

= 0,4827 (MPa)

= 1316,2. (

.100% =

0,15535
0,4827

901,98−900
901,98

1,5−1
1,5

)

= 901,98 (MPa)

. 100% = 0,002% < 15% (Thỏa mãn)

2.5: Tính tốn các thơng số chu trình cơng tác
2.5.1: Áp suất chỉ thị trung bình 𝐩′𝐢
Đối với động cơ diezel :
𝑝′𝑖 =

𝑃𝑐

.[ 𝜆. ( 𝜌 − 1) +

𝜀−1

Lý thuyết động cơ

𝜆.𝜌
n2 −1

. (1 −

1
𝛿 𝑛2 −1

)− n 1−1. (1 − 𝜀 1 )]
1

𝑛1 −1

10


Bài tập lớn
=

Nhóm 2

7,25219
20−1

.[1,8.(1,52−1) + 1,8.1,52
. (1 − 13,1 1
1,28−1

1,28−1

)−

]

1
1
.(1 − 1,36−1)
1,36−1

20

= 1,51 (MPa)
2.5.2: Áp suất chỉ thị trung bình thực tế
 𝑝𝑖 = 𝜑𝑑 . 𝑝𝑖 = 0,92.1,51 = 1,38 (MPa)
Trong đó : 𝜑𝑑 - hệ số hiệu đính đồ thị cơng.Chọn theo tính năng và chủng loại
của động cơ.
2.5.3: Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị 𝒈𝒊 :
 gi =

432.103 .ηv .pk
M1 .pi .Tk

=

432.103 .0,8029.0,135
0,54422 .1,38 .297

= 209,927 (

𝑔
𝐾𝑊

. ℎ)

2.5.4: Hiệu suất chỉ thị :
 𝜂𝑖 =

3,6.103
𝑔𝑖 .𝑄𝐻

3,6.103

=

209,925 .42,5

= 0,4035

2.5.5: Áp suất tổn thất cơ giới 𝒑𝒎 :
Áp suất này thường được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc độ trung
bình của pit tơng :
𝑉𝑡𝑏 =

𝑆.𝑛
30

=

360.750
30.100

= 9 (m/s)

Do động cơ tính tốn là động cơ diezel nên có :i=6,J=4
Buồng cháy thống nhất nên có :
 pm = 0,09+ 0,0138. 𝑉𝑡𝑏 = 0,09 + 0,0138.9 = 0,2142 (MPa)
2.5.6: Áp suất có ích trung bình 𝒑𝒆 :
 pe = pi − pm = 1,38 − 0,2142 = 1,1658 ( Mpa)
Sai lệch của pe sẽ phản ánh sai lệch của đường kính D.

pe

1,1658

 𝜂𝑚 =
=
= 0,8447
1,38
pi
Các động cơ hiện đại ngày nay thường có hiệu suất cơ giới rất cao nên có
thể khơng cần tính áp suất tổn thất cơ giới theo các công thức đã cho mà có thể
chọn thẳng trong phạm vi :
𝜂𝑚 = 0,75 ÷ 0,88

Lý thuyết động cơ

11


Bài tập lớn

Nhóm 2

2.5.7: Áp suất tiêu hao nhiện liệu 𝒈𝒆
 𝑔𝑒 =

𝑔𝑖
𝜂𝑚

=

209,927
0,8447

= 248,522 ( g/KW.h)

2.5.8: Hiệu suất có ích 𝛈𝐞
 𝜂𝑒 = 𝜂𝑖 . 𝜂𝑚 = = 0,4035. 0,8447 = 0,3408
2.5.9: Kiểm nghiệm đường kính xi lanh D theo công thức :
 Vh =

30.Ne .τ

=

pe .n.i

 𝐷=√

4.𝑉ℎ

30.1103.4.0,746

=√

𝜋.𝑆

1,16.750.6
4.18,915
𝜋.3,6

= 18,915 (d𝑚3 )

= 2,5851(dm) =258,51cm

2.6: Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công

Ta có 𝑉𝑐 =

𝑉ℎ
ε−1

=

18,915
20−1

= 0,995 (𝑑𝑚3 )

Bảng tính q trình nén và quá trình giãn nở
Quá trình nén
i.𝑉𝑐

𝑖

𝑛1

𝑝𝑥 = 𝑝𝑒

Quá trình giãn nở

1
𝑖 𝑛1

𝑖

𝑛2

𝑝𝑛2
𝑝𝑥 = 𝑝𝑧 𝑛
𝑖 2
𝑝𝑥 = 𝑝𝑒

1

= 1,165

1.𝑉𝑐

1

1,165

1

1,52.𝑉𝑐

1,771

0,658

1,709

13,059

2.𝑉𝑐

2,576

0,452

2,428

9,192

3.𝑉𝑐

4,48

0,26

4,081

5,469

4.𝑉𝑐

6,634

0,176

5,897

3,785

5.𝑉𝑐

8,997

0,129

7,847

2,844

6.𝑉𝑐

11,54

0,101

9,909

2,252

7.𝑉𝑐

14,242

0,081

12,07

1,849

Lý thuyết động cơ

𝑖 𝑛2

12


Bài tập lớn

Nhóm 2

8.𝑉𝑐

17,089

0,068

14,32

1,558

9.𝑉𝑐

20,07

0,058

16,651

1,34

10.𝑉𝑐

23,174

0,05

19,055

1,171

11.𝑉𝑐

26,394

0,044

21,527

1,037

12.𝑉𝑐

29,722

0,039

24,063

0,927

13.𝑉𝑐

33,154

0,035

26,659

0,837

14.𝑉𝑐

36,684

0,032

29,312

0,761

15.𝑉𝑐

40,305

0,029

32,018

0,697

16.𝑉𝑐

44,017

0,026

34,775

0,642

17.𝑉𝑐

47,815

0,024

37,581

0,594

18.𝑉𝑐

51,695

0,022

40,434

0,552

19.𝑉𝑐

55,654

0,021

43,332

0,515

20.𝑉𝑐

59,691

0,019

46,272

0,482

Vẽ đồ thị P-V theo tỉ lệ xích: 𝜇𝑣 =
𝜇𝑝 =

ε.𝑉𝑐 −𝑉𝑐

=

220
𝑝𝑧
250

=

20.0,995−0,995

13,059
250

220

= 0,052 (

= 0,086 (
𝑀𝑃𝑎
𝑚𝑚

𝑑𝑚3
𝑚𝑚

)

)

 Vẽ vịng trịn Brick đặt phía trên đồ thị
𝜇𝑠 =

𝑔𝑡𝑡𝑠
𝑔𝑡𝑏𝑑𝑠

=

𝑆
220

=

360
220

= 1,636 (mm)

Thông số kết cấu động cơ là:
λ=

𝑅
𝑙𝑡𝑡

=

S
2.𝑙𝑡𝑡

Lý thuyết động cơ

=

360
2.750

= 0,24 (mm)
13


Bài tập lớn
Khoảng cách OO’ =
𝑔𝑡𝑏𝑑𝑂𝑂′ =

Nhóm 2

λ.𝑅

=

2

𝑔𝑡𝑡𝑂𝑂′
𝜇𝑠

0,24.180
2

=

21,6
1,626

= 21,6 (mm)
= 13,284 (mm)

Nửa hành trình pittong R = 180 (mm)
𝑔𝑡𝑏𝑑𝑅 =

𝑔𝑡𝑡𝑅

=

𝜇𝑠

180
1,626

= 110,024 (mm)

- Hiệu đính điểm bắt đầu q trình nạp (điểm a)
- Hiệu đính điểm bắt đầu q trình nén điểm ( điểm c)
1

1

3

3

𝑝′𝑐 = 𝑝𝑐 + (𝑝𝑧 - 𝑝𝑐 ) = 7,252 + .(13,059 – 7,252) = 9,188 (MPa)
→ 𝑦′𝑐 =

𝑝′𝑐
𝜇𝑝

=

9,188
0,052

= 176,692 (mm)

- Hiệu đính điểm đặt 𝑣𝑚𝑎𝑥 thực tế
- Hiệu đính điểm z của động cơ diezel
- Hiệu đính điểm bắt đầu q trình thực tế
1

1

2

2

𝑝′′𝑏 = 𝑝𝑟 + (𝑝𝑏 − 𝑝𝑟 ) = 0,155 + (0,482 – 0,155) = 0,319 (MPa)
→ 𝑦′′𝑏 =

𝑝′′𝑏
𝜇𝑝

=

Lý thuyết động cơ

0,319
0,052

= 6,135 (mm)

14


Bài tập lớn

Nhóm 2

Hình 2.6: Đồ thị cơng

Lý thuyết động cơ

15


Bài tập lớn

Nhóm 2

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC
3.1: Vẽ đường biểu diễn cấc quy luật động học
3.1.1: Đường biểu diễn hành trình pittong 𝒙 = 𝒇(𝐚)

Ta chọn: 𝜇𝑠 = 0,7 (mm/độ)

𝜇𝑖 = 50 (m/𝑠 2 .mm)

Hình 3.1.1 : Đường biểu diễn hành trình pittong x = f()

Lý thuyết động cơ

16


Bài tập lớn
3.1.2:

Nhóm 2

Đường biểu diễn tốc độ của pittơng v = f():

Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp độ thị vòng. Tiến hành cụ thể
sau:
1) Vẽ nửa vịng trịn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f(), sát
mép dưới của giấy vẽ.
2) Vẽ vịng trịn tâm O bán kính R' = Rλ/2 =90.0,28/2 = 12,6(mm)
3) Chia nửa vịng tâm O bán kình R và vịng trịn tâm O bán kính R/2
thành 18 phần theo chiều ngược nhau.
4) Từ các điểm chia trên vòng trịn bán kình R kẻ các đường song song với
tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất phát từ
các điểm chia tương ứng trên vịng trịn bán kính R/2 tại các điểm a, b, c,…
5) Nối các điểm a, b, c,…tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ
thể hiện bằng đoạn thẳng song song với tung độ từ điểm cắt vịng trịn R của
bán kính tạo với trục hồnh 1 góc  đến đường cong abc…
Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f() trên tọa độ cực.

Lý thuyết động cơ

17


Bài tập lớn

Nhóm 2

Hình 3.1.2: Đường biểu diễn tốc độ của pittông v = f()

Lý thuyết động cơ

18


Bài tập lớn

Nhóm 2

3.1.3: Đường biểu diễn gia tốc của pittông j=f(x):
Vẽ đường này theo phương pháp Tôlê. Chọn cùng hoành độ với trục x= f(),
vẽ theo các bước sau:
1) Chọn tỷ lệ xích j = 50 (m/s2mm)
2) Tính các giá trị:
- Ta có tốc độ góc: 𝜔 =
- Thơng số kết cấu: 𝜆 =

𝜋.𝑛

30
𝑅
𝐿𝑡𝑡

=
=

𝜋.750
30
𝑆
2.𝐿𝑡𝑡

= 78,5(𝑟𝑎𝑑⁄𝑠 )

=

360
2.750

=0,24

- Gia tốc cực đại:
𝑗max = R.𝜔2 . (1 + 𝜆) = 0,18 . 78,52 . (1 + 0,24)
= 1375,4142(𝑚⁄𝑠 2 )
- Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là:
𝑔𝑡𝑡𝑗𝑚𝑎𝑥

gtbdjmax =

𝜇𝑗

=

1375,4142
50

= 27,508 (𝑚𝑚)

- Gia tốc cực tiểu:
jmin = -R. 𝜔2 . (1 − 𝜆) = −0,18. 78,52 . (1 − 0,24)
= −842,9958(𝑚⁄𝑠 2 )
- Vậy ta được giá trị biểu diễn của jmin là:
gtbdjmin =

𝑔𝑡𝑡𝑗𝑚𝑖𝑛
𝜇𝑗

=

−842,9958
50

=16,8599 (𝑚𝑚)

- Xác định vị trí của EF là:
EF= -3R.𝜆. 𝜔2 = −3.0,18.0,24. 78,52
= −798,6276(𝑚⁄𝑠 2 )

Lý thuyết động cơ

19


Bài tập lớn

Nhóm 2

- Vậy giá trị biểu diễn EF là:
GtbdEF =
3)

𝑔𝑡𝑡𝐸𝐹
𝜇𝑗

=

−798,6276
50

= −15,973 (𝑚𝑚)

Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = jmax, từ điểm B tương ứng

điểm chết dưới lấy BD = jmin, nối CD cắt trục hồnh ở E; lấy EF = –3.R.λ.ω2 về
phía BD Nối CF với FD, chia các đoạn này làm 4 phần, nối 11’, 22’, 33’… Vẽ
đường bao trong tiếp tuyến với 11’, 22’, 33’…ta được đường cong biểu diễn quan
hệ j = ƒ(x)

Hình 3.1.3: Đường biểu diễn gia tốc của pittơng j=f(x)

3.2: Tính tốn động lực học
3.2.1: Các khối lượng chuyển động tịnh tiến m bao gồm:
- Khối lượng nhóm pittơng mnpt =
Fpt là diện tích đỉnh piston :Fpt =
Lý thuyết động cơ

4,6
𝐹𝑝𝑡

𝜋.𝐷2
4

=
=

4,6
0,05

=92 (kg/m2)

𝜋.(260.10−3 )2
4

= 0,05 (m2)
20