Đồ án Thiết kế Động Cơ Đốt Trong

Lời nói đầu
Thiết kế Động Cơ Đốt Trong là môn học quan trọng đối với sinh viên
chuyên ngành động lực. Môn học này giúp sinh viên nắm vững hơn về kiến
thức môn học:
‘’
Nguyên lý Động Cơ Đốt Trong
’’
và bổ sung thêm kiến thức
thực tế về động cơ đốt trong. Và là bước tập dược cho quá trình làm tốt nghiệp
sau này.
Cuốn báo cáo gồm ba phần:
Phần 1: Lựa chọn thông số và phương án.
Phần 2: Tính chu trình nhiệt động.
Phần3: Thiết kế kỹ thuật hệ thống truyền lực.
Trong quá trình làm thiết kế do phải lựa chọn nhiều thông số, chưa có
nhiều kinh nghiệm cũng như kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi
những sai sót. Rất mong những nhận xét và giúp đỡ của thầy.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, tháng 6 năm 2011.

Sinh viên: ĐỖ VĂN ĐẮC.
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 1
MỤC LỤC
Trang
Phần 1: LỰA CHỌN THÔNG SỐ VÀ PHƯƠNG ÁN
1.1. Cấu trúc tổng quát của động cơ 2
1.2. Tổ chức quá trình cháy 2
1.3. Hệ thống nạp xả 4
1.4. Hệ thống làm mát 5
1.5. Hệ thống bôi trơn 6
1.6. Hệ thống khởi động 8

1.7. Động cơ mẫu 9
1.8 Tổng hợp thông số cơ bản 9
Phần 2: TÍNH CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
2.1. Tính môi chất công tác 12
2.2. Quá trình nạp xả 16
2.3. Quá trình nén 17
2.4. Quá trình cháy 17
2.5. Quá trình dãn nở 18
2.6. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của động cơ 18
2.7. Cân bằng nhiệt 19
2.8. Đồ thị công chỉ thị 23
Phần 3: THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
3.1. Lựa chọn phương án cơ cấu truyền lực 26
3.2. Các kích thước cơ bản 29
3.3. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến và quay 35
3.4. Động học cơ cấu truyền lực 37
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 2
Phần 1:
LỰA CHỌN THÔNG SỐ VÀ PHƯƠNG ÁN
1.1. CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA ĐỘNG CƠ
- Số xylanh và cách bố trí xylanh: Động cơ được thiết kế có 4 xylanh, bố
trí thẳng hàng.
+ Công suất danh nghĩa: N
e
= 114 [kw]
+ Số vòng quay danh nghĩa: n
n
=6091 [rpm]
- Động cơ này được dùng trang bị trên ôtô con.
1.2. TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY

1.2.1. Loại nhiên liệu.
- Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng
- Các thành phần có trong nhiên liệu:
C = 85,5 % ; H = 14,5% ; O = 0 %; S = 0 %
1.2.2. Buồng đốt.
- Sử dụng buồng cháy thống nhất, đỉnh piston được khoét lõm.
- Bố trí cửa nạp theo phương tiếp tuyến để tạo nên vận tốc rối mạnh của
khí mới trong xylanh nhằm nâng cao chất lượng của quá trình cháy.
1.2.3. Hệ thống nhiên liệu.
- Trong hệ thống nhiên liệu ta sử dụng hệ thống phun xăng điện tử bởi vì
hệ thống làm việc với độ chính xác cao và có thể làm việc trong những điều
kiện khác nhau, giúp động cơ hoạt động tốt ở mọi chế độ.
- Xăng được phun vào cửa nạp của các xylanh động cơ theo từng thời điểm
chứ không liên tục. Quá trình phun xăng và định lượng nhiên liệu được thực
hiện theo hai tín hiệu gốc: Tín hiệu về khối lượng không khí đang nạp vào và
tín hiệu về vận tốc trục khuỷu của động cơ.
- Sơ đồ cấu tạo.
1 - Bình chứa xăng 15 - Cảm biến vị trí bướm ga
2 - Bơm xăng điện 16 - Lưu lượng kế không khí
3 - Bộ lọc xăng 17 - Cảm biến nhiệt độ khí nạp
4 - Dàn phân phối 18 - Cảm biến lambda
5 - Bộ điều chỉnh áp suất xăng 19 - Công tắc nhiệt khởi động
6 - Bộ giảm dao động áp suất 20 - Cảm biến nhiệt độ động cơ
7 - Bộ điều chỉnh trung tâm 21 - Thiết bị bổ sung không khí khi
chạy ấm máy
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 3
8 - Bôbin đánh lửa 22 - Vít điều chỉnh hỗn hợp khi
chạy
không tải
Hình 1.1. Hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm

9 - Bộ phân phối đánh lửa 23 - Cảm biến vị trí trục khuỷu
10 - Buji 24 - Cảm biến tốc độ động cơ
11 - Vòi phun chính ` 25 - Ắc quy
12 - Vòi phun khởi động lạnh 26 - Công tắc khởi động
13 - Vít điều chỉnh không tải 27 - Rơle chính
14 - Bướm ga 28 - Rơle bơm xăng
- Nguyên lý hoạt động: Khi động cơ làm việc, xăng trong bình chứa (1)
được bơm xăng điện (2) hút qua bộ lọc xăng (3) rồi theo đường ống dẫn xăng
đến dàn phân phối xăng (4) tại đây xăng được phân phối tới các vòi phun, ở
đầu cuối dàn phân phối có nắp thông với bộ điều chỉnh áp suất xăng (5) để ổn
định áp suất xăng trong dàn ống phân phối. Tất cả các thông tin nhận được từ
các bộ cảm biến sẽ được ECU tiếp nhận và xử lý. Sau khi xử lý các thông tin
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 4
nhận từ cá cảm biến thì ECU sẽ ra tín hiệu cho các vòi phun phun xăng đúng
thời điểm và đúng lượng cần thiết. Xăng được phun vào với kích rất nhỏ cỡ
100μm, các hạt nhiên liệu này hóa hơi ngay và hòa trộn với không khí tạo
thành hỗn hợp cháy. Hỗn hợp cháy được hút vào trong buồng đốt theo trình tự
làm việc của động cơ.
1.3. HỆ THỐNG NẠP - XẢ
Dùng cơ cấu phân phối khí kiểu xupáp treo và được nắp trên nắp xylanh.
- Sơ đồ cấu tạo:
Hình 1.2. Hệ thống phân phối khí kiểu xupáp treo
1 - Trục cam; 2 - Con đội; 3 - Đũa đẩy; 4 - Đòn gánh; 5 – Lò xo; 6 - Xupáp
- Nguyên lý hoạt động: Khi trục cam (1) quay, cam truyền chuyển động
tịnh tiến cho con đội (2) và đũa đẩy (3) làm đòn gánh (4) quay quanh trục đòn
gánh, đầu đòn gánh đè xupáp (6) xuống mở cửa xylanh, khi vấu cam ở vị trí
cao nhất thì xupáp mở hoàn toàn. Trục cam tiếp tục quay làm vấu cam đi
xuống, lúc này cam không còn đội con đội nữa, dưới tác dụng của lò xo (5)
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 5
giãn ra làm xupáp đậy kín bệ xupáp, đồng thời đũa đẩy đi xuống theo chiều

ngược lại.
Tùy loại xupáp nạp hay xả mà ta có thể điều chỉnh khe hở nhiệt của các
xupáp này. Cần phải có khe hở nhiệt vì khi động cơ hoạt động dưới tác dụng
của nhiệt độ và áp suất của môi chất công tác trong buồng đốt rất cao làm
xupáp bị giãn nở tăng chiều dài xupáp, buồng đốt bị hở dẫn đến động cơ hoạt
động với hiệu suất không cao. Ngoài ra còn có trục giảm áp dùng để đóng hoặc
mở hé xupáp thực hiện việc giảm áp cho xy lanh khi cần.
- Ưu điểm:
+ Buồng cháy rất gọn.
+ Dòng khí nạp ít bị ngoặt nên tổn thất nhỏ, tăng hiệu suất nạp từ:
(5 – 7)%.
+ Tạo điều kiện thải sạch và nạp đầy hơn.
- Nhược điểm:
+ Tăng chiều cao động cơ do có nhiều chi tiết được bố trí ở thân máy và
nắp xylanh.
+ Lực quán tính của các chi tiết tác dụng lên bề mặt cam và con đội lớn
hơn.
+ Nắp máy của động cơ phức tạp.
1.4. HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Trong quá trình cháy nhiệt độ của khí cháy lên đến 2000
0
C. Nếu việc
làm mát không tốt sẽ dẫn đến tình trạng khí mới vào buồng cháy không đầy, dễ
gây kích nổ, làm giảm công suất của động cơ. Độ nhớt của dầu bôi trơn giảm
làm giảm khả năng bôi trơn cho các chi tiết dẫn đến các chi tiết biến dạng.
- Đảm bảo cho các chi tiết của động cơ làm việc ổn định. Sự làm mát
giữa các vùng của động cơ phải đồng đều, tránh xảy ra ứng suất nhiệt làm hỏng
động cơ. Động cơ được làm mát bằng nước mềm tuần hoàn 1 vòng kín nhờ áp
lực bơm.
- Sơ đồ cấu tạo:

SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 6
Hình 1.3. Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức
• 1- Bình dãn nở; 2 - Bộ điều tiết nhiệt; 3 - Nhiệt kế; 4 - Đường nước đi làm
mát; 5 - Bơm đẩy.
- Nguyên lí hoạt động: Nước làm mát có nhiệt độ thấp được bơm đẩy (5) hút
từ bình chứa và dẫn vào làm mát động cơ nhờ đường nước đi làm mát (4). Sau
khi làm mát cho toàn bộ động cơ nó được dẫn ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao.
Ta biết được nhiệt độ của nước sau khi ra khỏi động cơ nhờ nhiệt kế (3), sau đó
nước đi đến bộ điều tiết nhiệt (2) và vào bình chứa của két nước. Nước tại đây
đi qua ống dẫn nước tới bơm đẩy (5), và được quạt gió thổi làm giảm nhiệt độ
cho nước đảm bảo khả năng làm mát. Và nước tiếp tục được bơm vào động cơ
thực hiện một chu trình làm mát kế tiếp và tạo thành một chu trình khép kín
tuần hoàn.
1.5. HỆ THỐNG BÔI TRƠN
- Khi đông cơ hoạt động thì các chi tiết máy chuyển động tương đối với
nhau và có sự cọ sát mài mòn. Vì vậy bôi trơn là cần thiết và quan trọng giúp
bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết máy có một lớp dầu bôi trơn, biến ma sát khô
thành ma sát ướt nhằm giảm hao mòn, tránh hư hỏng, giúp chi tiết chuyển động
êm và nhẹ nhàng. Ngoài ra còn có tác dụng hấp thụ nhiệt, làm sạch chi tiết, làm
kín các khe hở dầu, bảo vệ máy móc giảm han, gỉ.
- Sơ đồ cấu tạo:
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 7
Hình 1.4. Hệ thống bôi trơn cacte ướt
1 - Dầu bôi trơn 10 - Trục cam
2 - Bơm nhiên liệu 11 - Đồng hồ đo áp suất
3, 7, 9 - Van an toàn 12 - Đường dẫn dầu lên trên
4 - Que thăm dầu 13 - Đường dẫn dầu chính
5 - Van giảm áp 14 - Đường dẫn dầu vào trục
khuỷu
6 - Lọc ly tâm 15 - Đương hồi dầu

8 - Bình làm mát
- Nguyên lý hoạt động: Dầu bôi trơn được hút lên bộ lọc ly tâm (6) nhờ
bơm nhiên liệu (2), tại đây nhiên liệu được lọc sạch các cặn bẩn, các tạp chất
cơ học có kích thước lớn, sau đó được đẩy đến đường dầu chính (13) để bôi
trơn cho trục cam, trục khuỷu, v.v. Sau đó dầu theo đường dẫn dầu (14) vào bôi
trơn cho trục khuỷu, piston, chốt piston. Trên đường dẫn dầu chính (13) có
đường dẫn dầu (12) đi lên trên bôi trơn cho các cơ cấu khác của đông cơ như
cơ cấu phân phối khí, v.v. Sau đó dầu được đưa về cacte nhờ đường hồi dầu
(15). Áp suất và nhiệt độ của dầu bôi trơn luôn luôn được báo nhờ đồng hồ đo
(11). Khi nhiệt độ của dầu nên quá 80
0
C thì độ nhớt giảm lúc này van (7) mở
để dầu qua két làm mát.
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 8
Khi bình lọc bị kẹt thì van (3) mở đưa dầu bôi trơn trực tiếp lên đường
dẫn dầu chính, van an toàn (9) đảm bảo áp suất của dầu bôi trơn trên toàn hệ
thống có trị số không đổi.
1.6. HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
- Hệ thống khởi động có nhiệm vụ đưa động cơ từ trạng thái đứng yên
sang trạng thái hoạt động. Muốn vậy thì máy khởi động phải thực hiện ít nhất
một chu trình làm việc trọn vẹn và công do chu trình sinh ra phải đủ để quay
trục khuỷu động cơ đến tốc độ quay cần thiết để cho động cơ nổ và làm việc.
- Vì vậy nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống khởi động là tạo ra số vòng
quay định mức và mômen quay đủ lớn.
- Sơ đồ cấu tạo:
Hình 1.5. Hệ thống khởi động

1- Khóa khởi động 5 - Phần ứng
2 - Cuộn kéo 6 - Ly hợp
3 - Cuộn giữ 7 - Bánh răng chủ động

SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 9
4 - Cuộn cảm 8 - Vành răng khởi động
- Nguyên lý hoạt động: Khi khóa điện được bật đến vị trí start dòng điện
chạy đến cuộn kéo (2) và cuộn giữ (3) sau đó bánh răng chủ động (7) trượt và
ăn khớp với vành răng (8). Cùng lúc đó dòng điện chạy đến cuộn cảm (4) làm
cho môtơ quay, chuyển động quay này được truyền đến bánh răng chủ động
(7), vành răng (8) và quay trục khuỷu động cơ thực hiện quá trình khởi động.
Khi khóa điện được nhả ra khỏi vị trí start, dòng điện chạy trong cuộn giữ bị
ngắt và bánh răng chủ động trở về vị trí ban đầu của nó nhờ cơ cấu ly hợp (6)
và kết thúc quá trình khởi động.
1.7.Động cơ mẫu
Bảng.1.1: Đặc điểm kỹ thuật của động cơ
mẫu
T
T
Đặc điểm kĩ thuật Động cơ mẫu
Gh
i
ch
1 Dung tích xilanh
(cm
3
)
2360 2360 1995
2 Số xilanh (cái) 4 4 4
3 Công suất cực đại
(mã lực/rpm)
170/6300 175/6000 170/6700
4 Mô men xoắn cực
đại (Nm/rpm)

220/4500 220/4400 210/4250
5 Sử dụng nhiên liệu xăng Xăng xăng
6 Tốc độ tối đa (km/h) 190 200 224
7 Tiêu thụ nhiên liệu
(city,L/100km)
12,3 12,3 8,7
8 Tiêu thụ nhiên liệu
(highway,L/100km)
6,9 6,9 4,8
9 Tiêu thụ nhiên liệu
(combined,L/100km)
8,9 8,9 6,4
1.8.Tổng hợp thông số cơ bản
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 10
Các thông số cho trước và lựa chọn
1. Công suất danh nghĩa(Ne):
Ne=114 (KW)
2. Tốc độ danh nghĩa (n
n
)
Động cơ xăng: n
max
=(1,05-1,1)n
n

[trang 64.nguyên lý DCDT1-PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá Khang]
Chọn n
max
=1,1n
n

→n
n
=n
n
/1,1=6700/1,1=6091 (vòng/phút)
3. Hệ số kì: Z=2
[trang1.nguyên lý DCDT1-PGS.TS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá Khang]
4. Số xilanh: i=4 (cái) [Đ/c mẫu]
5. Áp suất khí nạp p
k
=100000(N/m
2
)
[tr17. nguyên lý ĐCĐT-Nguyễn Hữu
Cẩn]
6. ÁP suất khí quyển: p
0=
1(bar)
[tr69.nguyên lý DCDT1-PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá
Khang]
7. Nhiệt độ khí quyển:t
0
=293 (K)
[tr 69.nguyên lý DCDT1-PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá Khang]
8. Độ ẩm tương đối của không khí: ϕ
0
=70(%)
[tr69.nguyên lý DCDT1-PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá Khang]
9. Hàm lượng C trong nhiên liệu: C=0,855
[tr51. nguyên lý ĐCĐT-Nguyễn Tất Tiến]

10.Hàm lượng H
2
trong nhiên liệu: h=0,145
[tr51. nguyên lý ĐCĐT-Nguyễn Tất Tiến]

11.Hàm lượng S trong nhiên liệu: s=0
[tr51. nguyên lý ĐCĐT- Nguyễn Tất Tiến]
12.Hàm lượng O
2
trong nhiên liệu: o
2
=0
[tr51. nguyên lý ĐCĐT- Nguyễn Tất Tiến]]
13.Phân tử lượng của nhiên liệu:
µ
f
=(110-120) Kg/kmol
[tr51. nguyên lý ĐCĐT- Nguyễn Tất Tiến]
Chọn µ
f
=120 Kg/kmol
14.Nhiệt trị của nhiên liệu:
H=43960 (KJ/kg)
[tr51. nguyên lý ĐCĐT- Nguyễn Tất Tiến]

SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 11
15.Hệ số dư lượng không khí(λ)
[nguyên lý DCDT1-PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá Khang]
ở chế độ toàn tải λ=(0,85-0.9)
chọn λ=0,9

16.Mức độ làm mát khí nạp ∆T
m
=0
17.Hệ số khí sót(γ
r
)
γ
r
=(0,01-0,02)
[nguyên lý DCDT1-PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá Khang]
Chọn γ
r
=0,02
18.Hệ số K
pa
K
pa
=0,8
[160-nguyên lý DCDT1-PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá
Khang]
19.Tổn thất áp suất trong bình làm mát khí nạp(
m
p
∆
)

m
p
∆
=0 ( bar)

20.Hệ số (K
pr
) K
pr
=1,05
21.Nhiệt độ khí sót (T
r
)
Đối với động cơ xăng:
T
r
=900-1000K [tr.101-NLDCDT-Nguyễn Tất Tiến]
ChọnT
r
=950K
22. Mức độ sấy nóng khí mới(∆T
k
)
Đối với động cơ xăng ∆T
k
=(20-30)
K
0

[tr50-hướng dẫn DACDT-học viện quân sự 1999]
Chọn ∆T
k
=20
K
0

23. Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt
Đối với động cơ xăng λ
1
=(1,11-1,17)
[108-nguyên lý DCDT1-PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá Khang]
Chọn λ1=1.16
24. Hệ số nạp thêm λ
2
=(1,02-1,07)
[109-nguyên lý DCDT1-PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá Khang]
Chọn λ
2
=1,02
25. Tỷ số nén(ε)
Động cơ xăng xunpap ε=(6,5-10)
[39-hướng dẫn DACDT-học viện quân sự 1999]
Chọn ε=10

SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 12
26. Chỉ số nén đa biến trung bình (n
1
)
Đối với động cơ xăng:n
1
=(1,34-1,39)
[127-NLDCDT-Nguyễn Tất Tiến]
Chọn n
1
=1,35

27. Chỉ số dãn nở đa biến trung bình(n
2
)
Đối với động cơ xăng:n
2
=(1,15-1,25)
[187-NLDCDT-Nguyễn Tất Tiến]
Chọn n
2
=1,25
28. Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z
ξ
z
=(0,85-0,93)
[179-NLDCDT-Nguyễn Tất Tiến]
Chọn ξ
z
=0,87
29. Hệ số điền đầy đồ thị(K
pi
)
K
pi
=0,92-0,97
[194-NLDCDT-Nguyễn Tất Tiến]
Chọn K
pi
= 0,92
30 Hiệu suất cơ học(η
m

)
η
m
=(0,65-0,93)
[tr71.nguyên lý DCDT1 PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá
Khang]
Chọn η
m
=0,9
31. Tỷ số động học(K
D
)
Đối với động cơ xăng K
D
=(0,8-1,2 )
[91-hướng dẫn DACDT-học viện quân sự 1999]
Chọn K
D
=0,8
Phần 2:
TÍNH CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
2.1. TÍNH MÔI CHẤT CÔNG TÁC.
2.1.1. Lượng không khí.
• Số kg không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu
(L
0
):
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 13








−++=
f
oshcL 8
3
8
23,0
1
0







−++=
00145,0.8855,0.
3
8
23,0
1

96,14956,14
≈=
[kg/kg]

• Số kmol không khí lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên
liệu (M
0
).










−++=
3232412
.
21,0
1
0
f
o
shc
M

511,0
4
145,0
12
855,0

.
21,0
1
=






+=
[kmol/kg]
• Số kg không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (L).
L =
0
.L
λ
= 0,9.14,956 = 13,460
[kg/kg]
• Số kmol không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (M).

=
M
0
.M
λ
= 0,9.0,511 = 0,460
[kmol/kg]
2.1.2. Lượng hỗn hợp khí công tác.
• Số kg hỗn hợp cháy ứng với 1 kg nhiên liệu (L

1
).
L
1
= 1 + λ.L
0
= 1 + 0,9.14,956= 14,460
[kg/kg]
• Số kmol hỗn hợp cháy ứng với 1 kg hoặc 1 kmol nhiên liệu (M
1
)
f
MM
µ
λ
1
.
01
+=

90,46904761
120
1
511,0.9,0 =+=
[kmol/kg]
• Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (M
a
)
)1.(
11 rra

MMMM
γ
+=+=

478,0)02,01.(469,0
=+=
[kmol/kg]
• Số kmol MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (M
c
).
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 14
478,0)1.(
1
==+=
M
a
rc
MM
γ
[kmol/kg]
2.1.3. Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn.
Ta có:
17,0
855,0
145,0
2
===
CO
H
M

M
K
=> chọn K=0,45.
• Hàm lượng CO
2
và CO trong sản phẩm cháy.
12
2
c
MM
COco
=+

071,0
12
855,0
==
[kmol/kg]
• Hàm lượng H
2
O trong sản phẩm cháy.
2
22
h
MM
HOH
=+

0725,0
2

145,0
==
[kmol/kg]
• Hàm lượng SO
2
trong sản phẩm cháy.
32
2
S
M
SO
=

0
32
0
==
[kmol/kg]
• Hàm lượng N
2
trong sản phẩm cháy.
0
79,0
2
MM
N
λ
=

363,0511,0.9,0.79,0

==
[kmol/kg]
• Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu (M
2
). Khi
nhiên liệu lỏng cháy không hoàn toàn (λ<1).
02
79,0
212
M
hc
M
λ
++=

5,0507,0511,0.9,0.79,0
2
145,0
12
855,0
≈=++=
[kmol/kg]
• Tổng lượng ô xy cần thiết trong trường hợp cháy không hoàn toàn.
32
21,0
22
0
2
2
f

OH
CO
CO
o
M
M
M
M
+⋅⋅=++
λ
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 15
3232412
ff
oo
hc
+








−+⋅=
λ
= 0,9.







+
4
145,0
12
855,0
=
0,097
[kmol/kg
]
• Hàm lượng các chất khí có trong sản phẩm cháy trong trường hợp cháy
không hoàn toàn.
0
1
1
42,0 M
K
M
CO
⋅
+
−
⋅=
λ
= 0,42.
511,0.
45,01
9,01

+
−
= 0,0148
≈
0,015 [kmol/kg]
056,0015,0071,0
12
2
=−=−=
COCO
M
c
M
[kmol/kg]
0
1
1
42,0
2
M
K
KM
H
⋅
+
−
⋅⋅=
λ
=
511,0.

45,01
9,01
.45.0.42,0
+
−
= 0,0067 [kmol/kg]
066,00067,00725,0
2
22
≈−=−=
HOH
M
h
M
[kmol/kg]
2.1.4. Hệ số biến đổi phân tử.
• sự thay đổi số kmol của MCCT trước và sau khi nhiên liệu cháy.
( )








+⋅−⋅⋅++=−=∆
<
f
MM

hc
MMM
µ
λλ
λ
1
79,0
212
001
1
2

( )
f
f
o
h
M
µ
λ
1
4
8
121,0
0
−
+
+⋅−⋅=
= 0,21.(1-0,9).0,511+
0368,0

120
1
4
145,0
=−
[kmol/kg
]
• Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết (β
0
).
Đối với động cơ xăng với λ < 1.
f
f
f
M
o
h
M
µ
λ
µ
λ
β
1
.
1
4
8
).1.(21,0
1

0
0
0
+
−
+
+−
+=
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 16
082,1
120
1
511,0.9,0
120
1
4
8
0
145,0
511,0).9,01.(21,0
1
=
+
−
+
+−
+=
• Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z (β
z
) :

r
z
γ
β
β
+
−
+=
1
1
1
0

080,1
02,01
1082,1
1
=
+
−
+=
2.2. QUÁ TRÌNH NẠP - XẢ
• Áp suất khí nạp (p
k
).
p
k
= 1
[bar]
• Áp suất sau máy nén (p

s
).
kmks
pppp
=∆+=

1
=
[bar]
• Nhiệt độ khí nạp (T
k
).
293.
0
1
0
0
==∆−








=
−
TT
P

P
TT
m
m
m
s
k
[K]
• Mật độ khí nạp (ρ
k
).
kk
k
k
TR
P
.
=
ρ
Trong đó : R
K
: Hằng số kmol khí.
67,286
29
8314
==
K
R
[J/kg.độ]
190,1

293.67,286
10.1,0
6
==⇒
k
ρ
[kg/m
3
]
• Áp suất cuối quá trình nạp (p
a
).
kpaa
pKp .
=

8,01.8,0 ==
[bar]
• Áp suất khí sót (p
r
).
0
.pKp
prr
=
05,11.05,1
==
[bar]
• Nhiệt độ cuối quá trình nạp (T
a

).
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 17
r
rrkk
a
TTT
T
γ
γλ
+
+∆+
=
1

1

471,283
02,01
950.02,0.16,120293
=
+
++
=
[K]
• Hệ số nạp (η
v
).
a
k
k

a
r
v
T
T
p
p

1
.
1
1
.
2
−+
=
ε
ε
γ
λη
0,793
328,471
293
.
1
8,0
.
110
10
.

02,01
1
.02,1
=
−+
=
2.3. QUÁ TRÌNH NÉN.
• Áp suất cuối quá trình nén (p
c
).
1
.
n
ac
pp
ε
=
17,9097710.8,0
35,1
==
[bar]
• Nhiệt độ cuối quá trình nén (T
c
).
1
1
.
−
=
n

ac
TT
ε
354,73510.471,283
135,1
==
−
[K]
• Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí.
2
.19,4
19806)(
c
cv
T
C +=
µ
567,21346
2
354,735.19,4
19806 =+=
[J/kmol.deg]
• Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót.
( )
( ) ( )
c
c
v
TC .10 4,25234,360
2

1
10 504,3997,17
23" −
+++=
λλµ
( ) ( )
354,735.10.9,0.4,25234,360
2
1
10.9,0.504,3997,17
23 −
+++=
= 23310,703 [J/kmol.deg]
• Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy cuối quá trình nén.
( )
( )
( )
r
vrv
c
v
CC
C
γ
µγµ
µ
+
+
=
1

.
''
'
21385,0792
02,01
23310,703.02,0864,26012
=
+
+
=
[J/kmol.deg]
2.4. QUÁ TRÌNH CHÁY.
• Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn (∆H).
0
6
).1.(10. MH
u
f
λ
−=∆
511,0).9,01.(10.120
6
−=
6142857,14
=

SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 18
[J/kg]
• Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy tại điểm z.
( )

( ) ( )
TzzC
v
.10 4,25234,360
2
1
10 504,3997,17
23'' −
+++=
λλµ
( ) ( )
Tz.10.9,0.4,25234,360
2
1
10.9,0.504,3997,17
23 −
+++=
= 21150,6+2,9375.T
Z
[J/kmol.deg]
⇒
Nhiệt độ của môi chất công tác tại điểm z:
( )
( )
( ) ( )
z
z
vz
cc
v

r
z
TCTC
M
HH

1.
.
'''
1
µβµ
γ
ξ
=+
+
∆−
( )
( )
735,354.079,21385
02,01.0,469
36142857,1443960000.87,0
+
+
−
⇔
z
z TT ) 9375,26,21150.(08,1
+=

⇒

2692,468
=
z
T

[K]
Hoặc T
Z
= -9892,6724 (loại)
[K]
• Hệ số tăng áp suất (ψ).
c
z
z
T
T
.
βψ
=
3,955
735,354
2692,468
.080,1
==
• Áp suất cháy cực đại (p
z
).
cz

pp 85,0
ψ
=

60,20417,909.3,955.85,0
==
[bar]
2.5. QUÁ TRÌNH DÃN NỞ
• Áp suất cuối quá trình dãn nở (p
b
).
2
n
z
b
p
p
ε
=

3,386
10
60,204
25,1
==
[bar
]
• Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở (T
b
), [K].

1
2
−
=
n
z
b
T
T
ε
1513,078
10
2690,675
125,1
==
−
[K]
2.6. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ
• Áp suất chỉ thị trung bình (p
i
)
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 19



















−
−
−






−
−−
=
−−
1
1
1
2
12
1
1

1.
1
11
1.
1
.
1

nn
n
apii
nn
pKp
εε
ψ
ε
ε




















−
−
−






−
−−
=
−−
135,1125,1
35,1
10
1
1.
135,1
1
10
1
1.
125,1

3.955
.
110
10
.8,0.92,0
=9,781 [
bar]
• Áp suất có ích trung bình (p
e
).
ime
pp .
η
=
=
803,89,781.9,0 =
[bar]
• Hiệu suất chỉ thị (η
i
).
( )
kvf
i
i
H
pL
ρη
λ
η

.1.
.10
0
2
+
=
( )
0,341
190,1.79,0.43960
781,9.1956,14.9,0
.10
2
=
+
=
• Hiệu suất có ích (η
e
).
ime
ηηη
.
=

0,307341,0.9,0
==
• Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị (g
i
).
if
i

H
g
η
.
10.6,3
6
=
240,256
341,0.43960
10.6,3
6
==
[g/kW.
h]
• Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích (g
e
).
ef
e
H
g
η
.
10.6,3
6
=
266,952
307,0.43960
10.6,3
6

==
[g/kW.h]
• Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ (G
e
).
eee
NgG 10
3
−
=
30,432114.266,952.10
3
==
−
[kg/h]
2.7. CÂN BẰNG NHIỆT.
• Tổng lưu lượng nhiệt cấp cho động cơ
( )
T
Q
.
Q
T
=
HG
e

3600
1

371,61443960.30,432.
3600
1
==
[KJ/s]
• Nhiệt lượng biến thành công có ích (Q
e
).
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 20
ee
NQ
=
= 114

[KW]
• Nhiệt tổn thất theo khí thải.
 Tỷ nhiệt đẳng áp của sản phẩm cháy
( )
''
p
C
µ
.
( )
8314
''''
+=
vp
CC
µµ

31624,7033813423310,703
=+=
[J/Kmol.deg]
 Nhiệt dung riêng đẳng áp của môi chất mới
( )
p
C
µ
.
( )
8314
+=
vp
CC
µµ
29660,567831421346,567
=+=
[J/Kmol.deg]
 Nhiệt độ khí thải
( )
x
T
.
265,1501
==
bx
TT
[K]
 Tổn thất theo khí thải
( )

x
Q
.

( )
( )
[ ]
kpxpex
TCMTCMGQ
1
''
2
µµ
−=

[ ]
170,914293.567,29660.469,0265,1501.703,331624.0,507.
3600
926,21
=−=
[kJ/s]
%100.
T
x
x
Q
Q
q
=⇒
%45,992%100.

614,371
170.914
==
• Tổn thất theo môi chất làm mát
( )
m
Q
Ta có:
%100.
T
m
m
Q
Q
q
=
Trong đó: q
m
= 12 ÷ 27% ; ta chọn q
m
= 20%
74,323
100
20.614,371
100
.
===⇒
mT
m
qQ

Q
[KJ/s]
• Phần tổn thất còn lại
( )
cl
Q
.
( )
xmeTcl
QQQQQ
++−=
( )
12,378914,170323,74114614,371
=++−=

[KJ/s]

• Thành phần % của các thành phần nhiệt lượng.

%100
=
T
q

%20=
m
q
%30,677100.
614,371
114

100. ===
T
e
e
Q
Q
q
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 21
%992,45100.
614,371
170.914
100. ===
T
x
x
Q
Q
q
%221,3%100 ==
Q
Q
T
cl
cl
q

Bảng 2.1. Tổng hợp kết quả
tính.
TT Tên thông số Ký hiệu Đơn vị
1

Số kg KK lý thuyết cần thiết 1
kg nhiên liệu
L
0
kg/kg
2
Số kmol KK lý thuyết cần thiết
1 kg nhiên liệu
M
0
kmol/kg
3
Số kg KK thực tế cần thiết 1 kg
nhiên liệu
L kg/kg
4
Số kmol KK thực tế cần thiết 1
kg nhiên liệu
M kmol/kg
5
Số kg HHC ứng với 1 kg nhiên
liệu
L
1
kg/kg
6
Số kmol HHC ứng với 1 kg nhiên
liệu
M
1

kmol/kg
7
Số kmol MCCT tại thời điểm đầu
quá trình nén
M
a
kmol/kg
8
Số kmol MCCT tại thời điểm cuối
qua trình nén
M
c
kmol/kg
9
Hàm lượng CO
2
trong sản phẩm
cháy
M
CO2
kmol/kg
10
Hàm lượng H
2
O trong sản phẩm
cháy
M
H2O
kmol/kg
11

Hàm lượng SO
2
trong sản phẩm
cháy
M
SO2
kmol/kg
12
Hàm lượng O
2
trong sản phẩm
cháy
M
O2
kmol/kg
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 22
13
Hàm lượng N
2
trong sản phẩm
cháy
M
N2
kmol/kg
14
Lượng sản phẩm cháy ứng với 1
kg nhiên liệu
M
2
kmol/kg

15 Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết
0
β
-
16
Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại
điểm z
z
β
-
17 Nhiệt độ khí nạp T
k
o
K
18 Mật độ khí nạp
k
ρ
kg/m
3
19 Áp suất cuối quá trình nạp p
a
bar
20 Áp suất khí sót p
r
bar
21 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
0
K
22 Hệ số nạp

v
η
-
23 Áp suất cuối quá trình nén p
c
bar
24 Nhiệt độ cuối quá trình nén T
c
0
K
25 Hệ số tăng áp suất ψ -
26 Nhiệt độ tại điểm z T
z
0
K
27 Áp suất cuối quá trình dãn nở p
b
bar
28 Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở T
b
0
K
29 Áp suất chỉ thị trung bình p
i
bar
30 Áp suất có ích trung bình p
e
bar
31 Hiệu suất chỉ thị
i

η
-
32 Hiệu suất có ích
e
η
-
33 Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị g
i
g/kW.h
34 Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích g
e
g/kW.h
35 Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ G
e
kg/h
36 Đường kính của xylanh D mm
37 Hành trình của piston S mm
38 Dung tích công tác của xylanh V
S
cm
3
39
Tổng nhiệt đưa vào động cơ trong
1đơn vị thời gian
Q
T
kJ/s
40
Phần nhiệt biến thành cơ năng có
ích

Q
e
kJ/s
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 23
41 Tổn thất nhiệt do làm mát Q
m
kJ/s
42 Tổn thất nhiệt theo khí xả Q
x
kJ/s
43 Tổn thất còn lại Q
cl
kJ/s
2.8. ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ.
2.8.1. Đồ thị công của động cơ xăng 4 kỳ:
Hình 2.1: Đồ thị công của động cơ xăng 4 kỳ.
2.8.2. Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công.
• Điểm a: điểm cuối hành trình nạp,
Có áp suất
8,0
=
a
p
[bar]
và thể tích
csa
VVV
+=
][
3

cm
Trong đó:
118,122
110
093,1063
110
=
−
=
−
=
s
c
V
V
][
3
cm

1181,215122,118093,1063 =+=⇒
a
V

][
3
cm

SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 24
• Điểm c: điểm cuối hành trình nén,
Có áp suất

9098,17=
c
p
[bar]
và thể tích
118,122=
c
V
][
3
cm
Điểm z: điểm cuối hành trình cháy,
Có áp suất
60,204 85,0
=Ψ=
p
c
z
p
[bar]
và thể tích
cz
VV =
][
3
cm
• Điểm b: điểm cuối hành trình giãn nở,
Có áp suất p
b
=3,386 [bar]

và thể tích V
b
=V
a
][
3
cm
• Điểm r: điểm cuối hành trình xả,
Có áp suất khí sót
05,1
=
r
p
[bar]
2.8.3. Tính áp suất, thể tích khí tại điểm bất kì trên đường cong nén
(p
xn
;V
xn
) và đường cong giãn nở (p
xg
;V
xg
).
• Đối với đường cong nén.
n
V
V
pp
xn

a
axn
1








=
35,1
1181,215
.8,0








=
xn
V
[bar]
Bằng cách cho giá tri
xn
V

đi từ
c
V
đến
a
V
; bước nhảy của
xn
V
là 30
][
3
cm
Kết quả tính toán ở bảng.
• Đối với đường cong giãn nở.
n
V
V
pp
xg
z
zxg
2









=
25,1
122,118
.204,60








=
xg
V
[bar]
Cũng bằng cách cho
xg
V
đi từ
z
V
đến
b
V
, với bước nhảy là 30
][
3
cm

.
Kết quả tính toán được ghi ở bảng.

V [cm
3
]
Đường nén –P
xn
[bar]
Đường giãn nở - P
gn
[bar]
118,1215397 17,9098 60,2042
120 17,5323 59,0285
180 10,1418 35,5589
210 8,2364 29,3268
240 6,8778 24,8184
270 5,8667 21,4207
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 25