Đồ án động cơ đốt trong

Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

LỜI NÓI ĐẦU
Trong bối cảnh của đất nước ta hiện nay đã và đang phát triển một cách
nhanh chóng và đang trên đà phát triển thành một nước công nghiệp trong thời gian
sắp tới, thì vai trò của ngành động cơ đốt trong nói chung và nền công nghiệp ôtô
nói riêng rất là quan trọng. Cụ thể hơn thì nền công nghiệp ôtô đã góp phần rất
nhiều trong các ngành nông nghiệp ,công nghiệp ,dịch vụ…,và đặc biệt là khả năng
di chuyển rất linh động đã làm cho phần lớn người dân Việt Nam đã chọn ôtô xe
máy làm phương tiện di chuyển qua đó thúc đẩy ngành công nghiệp ôtô phát
triển.Học qua môn kết cấu tính toán động cơ đốt trong đã giúp chúng ta phần nào có
thể hình dung ra được cách tính toán thiết kế ra một động cơ đốt trong.Và dưới đây
là bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong mà tôi đã áp dụng những kiến thức về
tính toán động cơ để thiết kế.Hi vọng bạn đọc có thể có góp ý giúp tôi để tôi có thể
rút kinh nghiệm trong những bản thiết kế tiếp theo.Và xin cảm ơn thầy Phạm Hữu
Truyền đã giúp đỡ em tận tình trong quá trình thực hiện bản thiết kế.
Xin chân thành cảm ơn thầy cô!
Vinh,ngày 27 tháng 12 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Vũ Đình Công

CHƯƠNG I
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Đồ án : Môn học ĐCĐT

1

SVTH: Vũ Đình Công

Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

1.1 Trình tự tính toán:
1.1.1 Số liệu ban đầu:
1 – Công suất của động cơ

Ne = 150

( mã lực

2 – Số vòng quay trục khuỷu

n = 3100

( v/ph )

3 – Đường kính xi lanh

D = 100

( mm )

4 – Hành trình piston

S = 95

( mm)

5 – Dung tích công tác

Vh = 0.74613

( dm3 )

6 – Số xi lanh

i=8

7 – Tỷ số nén

ε = 6.5

)

8 – Thứ tự làm việc của xi lanh

1–5–4–2–6–3–7–8

9 – Suất tiêu hao nhiên liệu

ge = 220

( g/ml.h)
10 – Góc mở sớm xupap nạp
Góc đóng muộn xupap nạp

11 – Góc mở sớm xupap thải

α1 = 31

( o)

α2 = 83

( o)
( o)

β1 = 67
β2 = 47

( o)

12 – Chiều dài thanh truyền

ltt = 185

( mm )

13 – Khối lượng nhóm piston

mpt = 1.187

( mm )

14 – Khối lượng nhóm thanh truyền

mtt = 1.272

( mm )

1. Áp suất môi trường :

pk = 0.1

( Mpa)

2. Nhiệt độ môi trường:

Tk = 297

( ok )

3. Áp suất cuối quá trình nạp:

pa = 0.085

( Mpa)

4. Âp suất khí thải:

pr = 0.105

( Mpa)

5. Mức độ sấy nóng môi chất:

∆T = 6

( o c)

6. Nhiệt độ khí sót ( khí thải ):

Tr = 1000

( ok )

7. Hệ số hiệu đinh nhiệt:

λt = 1.1

8. Hệ số quét buồng cháy:

λ2 = 1

9. Hệ số nạp thêm:

λ1 = 1.02

10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại z:

ξz = 0.85

Góc đóng muộn xupap thải

1.1.2 Các thông số cần chọn:

Đồ án : Môn học ĐCĐT

2

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại b

ξb = 0.856

12. Hệ số hiệu đính đồ thị công:

φd = 0.929

13. Chỉ số mũ đa biến:

m = 1.45

1.2. Tính toán các quá trình công tác
1.2.1. Tính toán quá trình nạp:
1. Hệ số khí sót γr :
Hệ số khí sót γr dược tính theo công thức
γr =

γr =

λ2 .(Tk + ∆T ) pr
. .
Tr
pa

1
1
 ÷
m

p 
ε .λ1 − λt .λ2 .  r ÷
 pa 

1.(297 + 6) 0,105
.
.
1000
0, 085

=

1
 1 


÷
 0,105  1,45  = 0.0699

6,5.1, 02 − 1,1.1. 
÷
 0, 085 

Trong đó: m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót. m = 1,45
1. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:
Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức:
 m −1 

÷
m 

 p 
(Tk + ∆T ) + λt .γ r .Tr .  a ÷
 pr 
Ta =
1+ γ r

( oK )

1,45−1
1,45

 0, 085 
(297 + 6) + 1,1.0, 0699.1000. 
0,105 ÷


Ta =
1 + 0, 0699

= 350,5

Ta > 310 o K → đạt yêu cầu
1. Hệ số nạp ηv :
1

 ÷


Tk
pa 
1
pr  m  
ηv =
.
. . ε .λ1 − λt .λ2 .  ÷
=
ε − 1 (Tk + ∆T ) pk 
pa  




 1 


÷
1
297

0, 085 
0,105

 1,45  
ηv =
.
.
. 6,5.1, 02 − 1,1.1. 
÷
 = 0.8116
6,5 − 1 (297 + 6) 0,105 
 0, 085 



2. Lượng khí nạp mới M1 :
Đồ án : Môn học ĐCĐT

3

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

Lượng khí nạp mới M1 được xác định theo công thức :
M1 =

432.103. pk .ηv
g e . pe .Tk

Trong đó:
pe là áp suất có ích trung bình dược xác định theo công thức:
pe =

30.N e .τ
Vh .n.i

Vh là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:
Vh =

Π.D 2 .S 3,14.1002.95 6
=
.10 = 0, 74613
4
4

⇒ pe =

30.150.4
= 0, 7155
0, 74613.3100.8

⇒ M1 =

432.103.0,1.0,8116
= 0,5516

220.0.7155.297

( dm3 )

( kmol/kg nhiên liệu )

2. Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu Mo :
Lượng không khí lí thuyết cấn để đốt cháy 1 kg nhiên liệu Mo được tính
theo công thức :
Mo =

1 C H O
 + − ÷ = 0,5120
0, 21  12 4 32 

( kmol/kg nhiên liệu )

Đối với nhiên liệu của động cơ xăng ta có:
C = 0,855 ;

H = 0,145.

3. Hệ số dư lượng không khí α:
Trọng lượng phân tử của xăng là μnl = 114 nên đối với động cơ xăng ta
có:

α=

1.2.2

M1 −

1
µ nl

Mo

=

1
114 = 1, 0602
0,5120

0,5516 −

Tính toán quá trình nén:
1. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:
mcv = 19,806 + 0, 00209.T = 19,806 + 0, 00209.297 = 19,806

( kJ/kmol.độ )

2. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy (α = 1).

Đồ án : Môn học ĐCĐT

4

SVTH: Vũ Đình Công

Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

1
mcv '' = (17,997 + 3,504α ) + (360,34 + 252, 4α )10 −5 T =
2
1
mcv '' = (17,997 + 3,504.1, 05) + (360,34 + 252, 4.1, 05)10 −5 T =21,74337T
2

(kJ/kmol.độ)
3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp.
Được tính theo công thức:
mc 'v =

mcv + γ r .mcv''
b'
= av' + v T
1+ γ r
2

Ta đặt :
bv
= 0, 0209
2

av = 19,806 ,

av'' = 17,997 + 3,504.α = 17,997 + 3,504.1, 0602 = 21, 71197
bv'' 1
= . ( 360,34 + 252, 4.α ) .10 −5 = 0, 00314
2 2
av' =

av + γ r .av'' 19,806 + 0, 0699.21, 71191
=
= 19,930
1+ γ r
1 + 0, 0699

 bv
bv'' 
+
γ
.

÷
r
2  0, 00209 + 0, 0699.0, 00314
bv'  2
=
=
= 0, 0216
2
1+ γ r
1 + 0, 0699

Vậy ta có tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp

mcv' = 19,930 + 0, 00216.297 = 20,5712

( kJ/kmol.độ )

4. Chỉ số nén đa biến trung bình n1:
Được tính theo công thức:
n1 − 1 =

8,314

8,314
⇒ n1 − 1 =
b
n1 −1
19,930 + 0, 00216.350,5. 6,5n1 −1 + 1
a + .Ta . ε + 1
2
'
v

'
v

(

(

)

)

(I)
Ta chọn : n1 = 1.375 thay vào hai vế của phương trình ( I ) ta được
phương
trình tương đương : 0.375 = 0.3743
Sai số n1 = 0.1929 < 0.2%
5. Áp suất cuối quá trình nén pc :
Đồ án : Môn học ĐCĐT

5

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

Áp suất cuối quá trình nén pc được xác định theo công thức
pc = pa .ε n1 = 0, 085.6,51,375 = 1,1147

( MPa )

6. Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:
Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc được tính theo công thức :
Tc = Ta .ε n1 −1 = 350,5.6,51,3750 −1 = 707, 2

( oK)

7.Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc:
Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc được tính theo công thức:
Mc = M1 + Mr = M1. ( 1 + γr) = 0.5516.( 1 + 0.0699) = 0.590
1.2.3: Tính toán quá trình cháy :
1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βo :
Ta có độ tăng mol ∆M của các loại động cơ được xác định theo công
thức:
H O
1 
+ −
÷
 4 32 µnl 

∆M = 0.21.( 1 – α ). Mo + 

Nên hệ số thay đổi phan tử lý thuyết βo được xác định theo công thức:
H O
1
0.21. ( 1 – α ) . M o +  + −
 4 32 µnl
βo = 1 +
1
α .M o +
µnl


÷
=

 0,145 1 

0.21. ( 1 – 1,0602 ) . 0,5120 + 
−
÷
4
114 

βo = 1 +
= 1.0381
1
1, 0602.0,5120 +
114

2. Hệ số thay đổi phân tử thực tế β ( do có khí sót ).
Được xác định theo công thức:
β=

β o + γ r 1, 0381 + 0, 0699
=
= 1, 0356
1+ γ r
1 + 0, 0699

3. Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z ( βz ) (do cháy chưa hết ):
Ta có hệ số thay đổi thực tế tại điểm z, βz được xác định theo công
thức :
βz = 1+

βo − 1
.χ z
1+ γ r

Trong đó:
Đồ án : Môn học ĐCĐT

6

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

χz =

Khoa: Cơ Khí Động

ξ z 0,85
=
= 0,9930
ξb 0,856
⇒ βz = 1+

1, 0381 − 1
.0,9930 = 1, 0353
1 + 0, 0699

4. Lượng sản vật cháy M2 :
Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức:
M2 = M1 + ∆M = βo.M1 = 1,0381+ 0,5516 = 0,5726

( kmol/kg n.l )

5. Nhiệt độ tại điểm z Tz :
Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z Tz được xác định bằng cách giải
phương trình cháy :
ξ z . (QH − ∆QH )
+ mcv' .Tc = β z .m.cvz'' .Tz
M1 ( 1 + γ r )

(*)

Trong đó :
QH : nhiệt trị thấp của nhiên liệu ta có, thông thường có thể chọn
QH = 44000 ( kJ/kgnl ).
∆QH : nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1 kg
nhiên liệu, thông thường có thể xác định ∆QH theo α bằng công
thức sau:
∆QH = 120.103.(1- α)Mo
∆QH = 0

(kJ/kgnl)

khi α < 1
khi α ≥ 1

m.cvz'' : Là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được

xác định theo công thức:

γ 

β o .  χ z + r ÷.m.cv'' + ( 1 − χ z ) .m.cv
βo 

m.cvz'' =
= avz'' + bvz'' .Tz

γ 
β o .  χ z + r ÷+ ( 1 − χ z )
βo 


Ta có:

γ 
β o .av'' .  χ z + r ÷+ ( 1 − χ z ) .av'
βo 

avz'' =
=

γr 
β o .  χ z + ÷+ ( 1 − χ z )
βo 


Đồ án : Môn học ĐCĐT

7

SVTH: Vũ Đình Công

Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

0.0699 

1, 0381.21, 71197.  0,9930 +
+ ( 1 − 0,9930 ) .19,930
1, 0381 ÷


=
= 21, 70070
0, 0699 

1, 0381.  0,9930 +
+ ( 1 − 0.9930 )
1, 0381 ÷



βo .
bvz'' =

bv'' 
b'
γ 

.  χ z + r ÷+ ( 1 − χ z ) . v
2 
βo 
2
=

γr 
β o .  χ z + ÷+ ( 1 − χ z )
βo 


0, 0699 

1, 0381.0, 0314.  0,9930 +
+ ( 1 − 0,9930 ) .0, 00216
1, 0381 ÷


=
= 0, 00313
0, 0699 

1, 0381.  0,9930 +
+ ( 1 − 0,9930 )
1, 0381 ÷


⇒ mcvz'' = 21, 70070 + 0, 00313.Tz .

Thay vào phương trình ( * ) ta được:

ξ z . (QH − ∆QH )
+ mcv' .Tc = β z . ( avz'' + bvz'' .Tz ) .Tz
M1 ( 1 + γ r )
⇒

0,85. ( 44000 − 0 )
+ 20,5712.707, 2 = 1, 0353. ( 21, 70070 = 0, 00313Tz ) Tz
0,5516.(1 + 0, 699)

⇔ 0, 00324Tz2 + 22, 468Tz = 83876.71
T = 2689,1( t / m )
⇔  z1
Tz 2 = −4807, 26(loai)(âm)

Vậy nhiệt độ tại điểm z Tz = 2689.1
6. Áp suất tại điểm z pz:
Ta có hệ số tăng áp:
λ = β z.

Tz
= 3,937
Tc

Áp suất tại điểm z pz được xác định theo công thức:
pz = λ.pc = 3,937 . 1,1147 = 4,389

(MPa)

1.2.4. Tính toán quá trình giản nở:
Đồ án : Môn học ĐCĐT

8

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

1. Hệ số giản nở sớm ρ:

ρ=

β z .Tz
λ.Tc

Đối với động cơ xăng:

ρ=1

2. Hệ số giản nở sau δ :
Ta có hệ số giản nở sau δ được xác định theo công thức: δ =

ε
ρ

Với động cơ xăng : δ = ε = 6,5
3. Chỉ số giản nở đa biến trung bình n2 :

Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình cân
bằng sau:
n2 − 1 =

8,314

( ξb − ξ z ) .Q
bvz''
''
+ avz + . ( Tz + Tb )
M 1. ( 1 + γ r ) .β . ( Tz − Tb )
2
*
H

Trong đó:
Tb là nhiệt trị tại điểm b và được xác định theo công thức :
Tb =

δ

Tz

n2 −1

=

2689,1
6,5n2 −1

( oK )

QH* : Nhiệt trị tính toán
Đối với động cơ xăng:
QH* = QH - ∆QH = 4400 – 0 = 4400
( kJ/kg.độ )
Thay vào phương trình;

n2 − 1 =

8,314

( 0,856 − 0,85) .44000

2689,1 

+ 21, 70070 + 0, 00313.  2689,1 +
2689,1 
6,5n2 −1 ÷



0,5516. ( 1 + 0, 0699 ) .1, 0356.  2659,1 −
n2 −1 ÷
6,5 


Chọn n2 = 1.23 thay vào hai vế của phương trình trên ta được phương trình
tương đương:
0,223 = 0,2303

4. Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb :
Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb :
Đồ án : Môn học ĐCĐT

9

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động
Tb =

δ

Tz

n2 −1

=

2689,1
= 0.439
6,51.23

( oK )

5. Áp suất cuối quá trình giản nở pb :

Áp suất cuối quá trình giản nở pb được xác định theo công thức :
pb =

pz 4,389
=
= 0, 439
δ n2 6,51,23

( MPa )

6. Tính nhiệt độ khí thải Trt :
Tính nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức:
m −1

1.45−1

p m
 0.105  1.45
Trt = Tb .  r ÷ = 1748. 
= 1121.56
÷
 0.4390 
 pb 

( oK )

Sai số của nhiệt độ khí thải tính toán Trt và nhiệt độ khí thải đã chọn
ban đầu Tr = 1000 không vượt quá 15%, nghĩa là :
∆Trt =

Trt − Tr
1121,56 − 1000
.100% =
.100% = 0,108% < 15%
Trt
1121,56

1.2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác.
1. Áp suất chỉ thị trung bình p’i :
Với động cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình p’i được xác định theo công thức
:
pi' =
=

pc  λ 
1 
1 
1 
.
. 1 − n2 −1 ÷−
 1 − n1 −1 ÷
ε − 1  n2 − 1  ε
 n1 − 1  ε  

=

1,1147  3,937 
1 
1
1



.
. 1 −
−
1 − 1,375−1 ÷ = 0,9411 ( MPa)

1,23−1 ÷
6,5 − 1 1, 23 − 1  6,5
 1,375 − 1  6,5


2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi :
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung
bình thực tế pi được xác định theo công thức :
pi = p’i . φd = 0,9411 . 0,929 = 0,8743

( MPa )

Trong đó φd – Hệ số hiệu đính đồ thị công. Chọn theo tính năng và chủng
loại động cơ.
3. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi :
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi :

Đồ án : Môn học ĐCĐT

10

SVTH: Vũ Đình Công

Đại học SPKT Vinh
Khoa: Cơ Khí Động
Lực
432.103.ηv . pk 432.103.0,8116.0,1
gi =
=
= 244, 78
M 1. pi .Tk
0,5516.0,8743.297

( g/kW.h )
4.Hiệu suất chỉ thị ηi :
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị ηi :
ηi =

3, 6.10−3
3, 6.10−3
=
= 0,3342
44000
gi .QH
244, 78.
1000

(%)

5. Áp suất tổn thất cơ giới pm :
Áp suất tổn thất cơ giới pm được xác định theo nhiều công thức khác nhau và
được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ. Ta có

tốc độ trung bình của động cơ là:
S .n 95.10−3.3100
vtb =
=
= 9,8111167
30
30

( m/s )

Theo số liệu thực nghiệm, có thể tính pm theo công thức sau:
Đối với động cơ xăng i = 8, S/D < 1:
pm = 0.04 + 0.012. vtb = 0,04 + 0,012.9,811167 = 0,1578

(MPa)

6. Áp suất có ích trung bình pe :
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định
theo công thức:
pe = pi – pm = 0,8743 – 0,1578 = 0,71648

( MPa )

Sau khi tính toán được pe phải so sánh với trị số pe dã tính ở phần tính toán
quá trình nạp. Nếu có sai lệch thì phải tính lại. So với pe ở quá trình nạp là pe =
0,7155
7. Hiệu suất cơ giới ηm :
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:
ηm =

pe 0, 71648
=
= 0,8195
pi
0,8743

(%)

8. Suất tiêu hao nhiên liệu ge:
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là:

Đồ án : Môn học ĐCĐT

11

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực
ge =

Khoa: Cơ Khí Động

gi 244, 78
=
= 298, 70
ηm 0,8195

( g/kW.h )

9. Hiệu suất có ích ηe :
Ta có công thức xác định hiệu suất có ích ηe được xác định theo công thức:
ηe = ηm. ηi = 0,8195 . 0,3342 = 0,2739
10. Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:
Dkn =

4.Vh
π .S

Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức :
Vh =
⇒ Dkn =

N e .30.τ
150.30.4
=
= 0, 74508
pe .i.n
0, 71648.8.3100

( lít )

4.Vh
4.0, 74508
=
.100 = 99,955014
π .S
3,14.95.10−2

( mm )

Sai số so với đề bài 0,04498625
1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công
Căn cứ vào các số liệu dã tính pa, pc, pz, pb, n1, n2, ε ta lập bảng tính đường
nén và đường giản nở theo biên thiên của dung tích công tác

Vx = i.VC

( VC :

dung tích buồng cháy)
Với : Vc =

Vh
ε −1

Ta có bảng tính quá trình nén và giản nở :
n
n
( Xuất phát từ p.Vn = const => px .V = pc .Vc với Vx = i. VC thay vào rút ra)
1

QUÁ TRÌNH NÉN

i
1.00
1.25
1.50
1.75

i.Vc
0.1357
0.1696
0.2035
0.2374

Đồ án : Môn học ĐCĐT

px =pc.

Giá trị biểu

(1/i^n1)
1.1147
0.8202
0.6383
0.5164

diễn
55.8790
41.1147
31.9980
25.8864
12

1

QUÁ TRÌNH GIẢN NỞ
Giá trị biểu

px=pz.(p/i)^n2
4.3888
3.3354
2.6654
2.2050

diễn
220.0000
167.1950
133.6074
110.5314

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

2.00
2.50
3.00
4.00
5.00
6.00
6.50

Khoa: Cơ Khí Động

0.2713
0.3391

0.4070
0.5426
0.6783
0.8140
0.8818

0.4298
0.3162
0.2461
0.1657
0.1219
0.0949
0.0850

21.5443
15.8519
12.3369
8.3065
6.1117
4.7565
4.2608

1.8710
1.4219
1.1363
0.7977
0.6062
0.4844
0.4390

93.7898
71.2781
56.9591
39.9842
30.3871
24.2827
22.0059

Để thuận tiện cho việc vẽ đồ thị công ta chọn đường po và 1Vc lên hai trục
tọa độ. Từ đó ta có bảng số liệu tương ứng là:

QUÁ TRÌNH NÉN

i
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.50
3.00
4.00
5.00
6.00
6.50

i.Vc
0.1357
0.1696
0.2035

0.2374
0.2713
0.3391
0.4070
0.5426
0.6783
0.8140
0.8818

Giá trị

px =pc.

Giá trị biểu

biểu diễn
30.7692
38.4614
46.1537
53.8460
61.5383
76.9229
92.3075
123.0766
153.8458
184.6150
199.9995

(1/i^n1)
1.1147

0.8202
0.6383
0.5164
0.4298
0.3162
0.2461
0.1657
0.1219
0.0949
0.0850

diễn
55.8790
41.1147
31.9980
25.8864
21.5443
15.8519
12.3369
8.3065
6.1117
4.7565
4.2608

QUÁ TRÌNH GIẢN NỞ
Giá trị
px=pz.(p/i)^n2
4.3888
3.3354
2.6654

2.2050
1.8710
1.4219
1.1363
0.7977
0.6062
0.4844
0.4390

biểu diễn
220.0000
167.1950
133.6074
110.5314
93.7898
71.2781
56.9591
39.9842
30.3871
24.2827
22.0059

Tung độ thường chọn tương ứng với pz = 220 mm. Từ đó ta có tỷ lệ xích:
1µ p =

4,3888
= 0, 0199
220

Đồ án : Môn học ĐCĐT

( mm )

13

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

Chiều dài hoành độ ta chọn εVc = 200 mm. Ta có tỉ lệ xích:
1µv =

εVc 0,8818
=
= 0, 00409
200
200

( mm )

Từ đó ta có thể vẽ đồ thị công:

O

O'

z

PZ

c'

c
c"
b'

r
0

b"
a

Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị. Các
bước hiệu đính như sau:
* Vẽ vòng tròn Brick dặt phía trên đồ thị công:
Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piston S là :
µS =

gttS
S
95
=
=
= 0, 475
gtbd S gtbd S 200

Thông số kết cấu của động cơ là:
λ=

R
S
95
=
=
= 0, 2566
Ltt 2.Ltt 2.185

Khoảng cách OO’ là:
OO ' =

λ.R λ.S 0, 2566.95
=
=
= 6, 094
2
4
4

Đồ án : Môn học ĐCĐT

14

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh

Lực

Khoa: Cơ Khí Động

Giá trị biểu diễn của OO’ trên đồ thị:
gtbd OO' =

gttOO' 6.094
=
= 12,82
µS
0, 475

( mm )

Ta có nửa hành trình của piston là:
R=

S 95
=
= 47,5
2 2

( mm )

Giá trị biểu diễn của R trên đồ thị :
gtbd R =

gtt R
47,5

=
= 100
µS
0, 475

( mm )

Từ gtbdOO’ và gtbdR ta có thể dựng được vòng tròn Brick
* Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:
1.3.1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: ( điểm a )
Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xu páp thải β2, bán
kính này cắt vòng tròn Brick tại điểm a’. Từ a’ gióng đường song song với trục
tung cắt đường pa tại điểm a. Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa pr và
trục tung) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.
1.3.2. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: ( điểm c’ )
Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có hiện tượng đánh lửa sớm ( động cơ
xăng) nên thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính. Theo kinh
nghiệm, áp suát cuối quá trình nén thực tế p’c được xác định theo công thức sau:
1
1
pc' = pc + . ( 0,85 pz − pc ) = 1,1127 + . ( 0,85.4,388 − 1,1127 ) = 1,98507
3
3

( MPa )

Từ đó ta xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công:
yc' =

pc' 1,98507

=
= 99, 76
µp
0,199

( mm )

1.3.3. Hiệu đính điểm phum sớm : ( điểm 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 đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1
điểm. Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c’’.
Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’.
Đồ án : Môn học ĐCĐT

15

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

1.3.4. Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế
Áp suất pzmax thực tế trong quá trình cháy – giãn nở không đạt trị số lý thuyết
của động cơ xăng. Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc
miền 372o ÷ 375o ( tức là 12o ÷ 15o sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở).
* Hiệu đính điểm z:

-

Cắt đồ thị công bởi đường 0.85 Pz
Xác định điểm Z từ góc 12o: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác

định góc tương ứng với 372o góc quay trục khuỷu, bán kính này cắt vòng
tròn tại 1 điểm. Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường
0.85pz tại điểm z.
-

Dung cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát đường giãn nở.

1.3.5. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ )
Do có hiện tượng mở sớm xupap thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự
diễn ra sớm hơn lí thuyết. Ta xác định điểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị
Brick ta xác định góc mở sớm xupap thải β1, bán kính này cắt vòng tròn Brick tại 1
điểm . Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’.
1.3.6. 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
pb'' = pr + . ( pb − pr ) = 0,105 + .(0, 4389 − 0,105) = 0, 24195
2
2

( MPa )

Từ đó suy ra tung độ của điểm b’’ là:

pb'' 0, 27195
yb'' =
=
= 13, 6658
µ p 0, 0199

( mm )

Sau khi xác định được các điểm b’, b’’ ta dùng cung thích hợp nối với đường
thải rr .

Đồ án : Môn học ĐCĐT

16

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

VßNG TRßN BRICK

ĐỒ THỊ CÔNG
µ
µ

0.00199

0409

-Pj=f(x)

0

b'

CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC
Đồ án : Môn học ĐCĐT

17

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

2.1. Vẽ các đường biểu diễn các quy luật động học
Các đường biểu diễn này điều vẽ trên một hoành độ thống nhất ứng
với hành trình của piston S = 2R. Vì vậy đồ thị điều lấy hoành độ tương ứng với Vh
của đồ thị công ( từ điểm 1Vc đến εVc ).
2.1.1. Đường biểu diễn hành trình của piston x = f ( α ).
Ta tiến hành biểu diễn hành trình của piston theo thứ tự sau:
1. Chọn tỉ lệ xích góc: thường dùng tỉ lệ xích (0.6 ÷ 0.7) (mm/độ)

2. Chọn gốc tọa độ cách gốc của đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm
3. Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10o, 20o, .. , 180o .
4. Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10o, 20o, .. , 180o
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 10o, 20o, .. , 180o .
5.Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệx= f(α).
2.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f ( α ).
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của piston v = f ( α ) theo
phương pháp đồ thị vòng. Tiến hành theo các bước cụ thể sau:
1.

Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x = f ( α ), sát

mép dưới của bản vẽ.
2.

Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/ 2

3.

Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn và vòng tròn

tâm O bán kính là Rλ/ 2 thành 18 phần có chiều ngược nhau.
4.

Từ các điểm chia nửa vòng tròn tâm O bán kính 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 vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/ 2 tại các
điểm a, b, c,..

Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f ( α ) trên tọa độ cực
Đồ án : Môn học ĐCĐT

18

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

2.1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston: j = f ( x )
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp Tôlê,
Ta vẽ theo các bước sau:
( m/s2.mm )

1. Chọn tỉ lệ xích μj = 80
2. Ta tính được các giá trị:
- Tốc độ góc:
ω=

π .n 3,14.3100
=
= 324, 47
30
30

( rad/s )

- Gia tốc cực đại:
jmax = R.ω2.( 1 + λ) = 0,0475 . 324,472.( 1 + 0,2566 ) = 6284,059

(m/s2 )

Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là:
gtbd jmax =

gtt jmax

µj

=

6284, 0519
= 78,55
80

( mm )

- Gia tốc cực tiểu:
jmin = − R.ω 2 ( 1 − λ ) = 0, 0475.324, 47 2. ( 1 − 0, 2566 ) = −3716, 752

( m/s2 )

Vậy giá trị biểu diễn của jmin là:

Đồ án : Môn học ĐCĐT

19

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động
gtt jmin

gtbd jmin =

=

µj

−3716, 762
= −46,5
80

( mm )

- Xác định giá trị EF:
EF = −3.R.λ .ω 2 = −3.0, 0475, 0, 2566.324, 47 2 = −3849, 64

( m/s2 )

Vậy giá trị biểu diễn EF là:
gtbd EF =

gttEF −3849, 64
=
= −48,12
µj
80

( mm )

3. 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 hoành ở E; lấy EF = - 3.R.λ. ω2 về
phía BD. Nối CF va FD, chia đoạn này thành 8 phần , nối 11, 22, 33 .. Vẽ đường
bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33, .. ta được đường cong biểu diễn quan hệ j = f ( x
).
j

§å THÞ GIA TèC
µ = 80,001
j

f(x)

2.2. Tính toán động lực học
2.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:
- Khối lượng nhóm piston mnpt được cho trong số liệu ban đầu của đề bài ( kg ).

Đồ án : Môn học ĐCĐT

20

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

- Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1 có thể tra trong
các sổ tay, có thể căn các chi tiết của nhóm để lấy số liệu hoặc tính gần đúng theo
bản vẽ.
Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau:
+ Thanh truyền của động cơ ô tô:
m1 = ( 0.275 ÷ 0.285 ).mtt

ta chọn m1 = 0,28.mtt

Trong đó mtt là khối lượng thanh truyền mà đề bài đã cho.
Vậy ta xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến:
m = mnpt + ml = 1,187 + 0,28 . 1,272 = 1,54316

( kg )

2.2.2. Các khối lượng chuyển động quay:
Khối lượng chuyển động quay của trục khuỷu bao gồm:
-

Khối lượng của thanh truyền quy về tâm chốt:

m2 = ( mtt – ml ) = 1,272 – 0,35616 = 0,91584

-

( kg )

Khối lượng của chốt khuỷu: mch

mch =

π . ( d ch2 − δ ch2 ) .lch
4

.ρ =

3,14. ( 0, 0652 − 02 ) .0, 048
4

.7800 = 1, 241

( kg )

Trong đó ta có:
dch : là đường kính ngoài của chốt khuỷu. dch = 65

( mm )

δch : là đường kính trong của chốt khuỷu. δch = 0

( mm )

lch : là chiều dài của chốt khuỷu .

( mm )

lch = 48

ρ: là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu. ρ = 7800( kg/mm3)
-

Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt : m0m.

Đồ án : Môn học ĐCĐT

21

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

-

Khoa: Cơ Khí Động

Khối lượng này tính gần đúng theo phương trình quy dẫn:

m0 m =

mm .rmk 0, 26.58
=

= 317, 47
R
0, 0475

Trong đó:

m0m – khối lượng của má khuỷu
rmk – bán kính trọng tâm má khuỷu rmk = 58 ( MN/m2 )
R – bán kính quay của khuỷu

2.2.3. Lực quán tính:
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
pj = - m.j = - mRω2 ( cosα + λcos2α )
Với thông số kết cấu λ ta có bảng tính pj:

α

cos α + λ cos 2α

p

j

= −m. j = −mRω 2 ( cos α + λ cos 2α )

0
10
20
30
40

50
60
70
80
90
100
110
120

1,31
1,276
1,177
1,021
0,819
0,5889
0,345
0,1045
- 0,1176
- 0,31
- 0,465
- 0,579
- 0,655

- 17619,2
- 17161,9
- 15830,4
- 13732,2
- 11015,4
- 7920,6
- 4640,2

- 1405,5
1581,7
4169,4
6254,2
7787,4
8809,6

130
140
150

- 0,697
- 0,712
- 0,711

9374,5
9576,3
9562,8

Đồ án : Môn học ĐCĐT

22

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

160

170
180

Khoa: Cơ Khí Động

- 0,702
- 0,694
- 0,690

9441,8
9334,2
9208,4

2.2.4. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính – pj = f ( x ).
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tôlê nhưng
hoành độ đặt trùng với đường po ở đồ thị công va vẽ đường – pj = f ( x ) ( tức cùng
chiều với j = f ( x )). Tiến hành vẽ theo các bước sau:
1. Chọn tỉ lệ xích pj là μp = 0.0199 ( MPa ), tỉ lệ xích μx cùng tỉ lệ xích với
hoành độ của j = f ( x ).
2. Ta tính được các giá trị:
- Diện tích đỉnh piston:
π D 2 3,14. ( 98, 75.10
Fpt =
=
4
4

-

)

−3 2

= 7, 654.10−3

( m2 )

Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực đại:
p jmax

m.R.ϖ 2 . ( 1 + λ )
=
Fpt

( MPa )

Trong đó:
m: Khối lượng chuyển động tịnh tiến:

m = 1,54316 (kg )
S
= 0, 0475
2

R : Bán kính quay trục khuỷu:

R=

ω: Tốc độ góc trục khuỷu :

ω = 324,63

λ: Thông số kết cấu:

λ = 0,2566

Fpt: Diện tích đỉnh piston:

Fpt = 7,654 . 10-3

Đồ án : Môn học ĐCĐT

23

(m)
( rad/s )

( m2 )

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh
Lực

Khoa: Cơ Khí Động

Thay vào công thức p j ta được:
max

p jmax

1,5316.0, 0476.324, 632. ( 1 + 0, 256 )
=
= 1270,88.10−3
3
7, 654.10

⇔ p jmax = 1, 27088

( Pa )

( MPa )

Vậy ta được giá trị biểu diễn p j là:
max

gtbd p j

max

p jmin

=

gtt p j

max

µp

=

1, 27088
= 63,86
0, 0199

( mm )

Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực tiểu:

m.R.ϖ 2 . ( 1 − λ ) 1,54316.0, 0475.324, 632. ( 1 − 0, 2566 )
=
=
= 750, 27.103 ( Pa )
−3
Fpt
7, 654.10

⇔ p jmin = 0, 75027

( MPa )

Vậy ta được giá trị biểu diễn p j

min

gtbd p j

min

-

=

gtt p j

min

µp

=

là:

0, 75027
= 37, 7
0, 0199

( mm )

Ta xác định giá trị E’F’ là:

E 'F ' =

3m.R.ϖ 2 3.1,54316.0, 0475.0, 2566.324, 632
=
= 776,91.10−3 ( Pa )
Fpt
7, 654.10−3

⇔ E ' F ' = 0, 77691

( MPa )

Vậy ta xác định được giá trị biểu diễn E’F’ là:
gtbd E ' F ' =

gtt E ' F ' 0, 77691
=
= 39
µp
0, 0199

( mm )

3. Từ điểm A tương ứng ĐCT A’C’ = p j , từ điểm B tương ứng ĐCD lấy
max

B’D’ = p j ; nối C’D’ cắt trục hoành ở E’; lấy E’F’ về phía B’D’, Nối C’F’ và
min

Đồ án : Môn học ĐCĐT

24

SVTH: Vũ Đình Công


Đại học SPKT Vinh

Lực

Khoa: Cơ Khí Động

F’D’, chia các đoạn thẳng này ra làm 8 phần, nối 11, 22, 33, …. Vẽ đường bao
trong tiếp tuyến với 11, 22, 33, …. Ta được đường cong quan hệ - pj = f ( x )
j

ĐỒ THỊ LỰC QUÁN TÍNH
µ = 80,001
j

f(x)

2.2.5. Đường biểu diễn v = f ( x).
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ v = f ( x ) dựa trên hai đồ thị là đồ
thị x = f ( α ) và đồ thị v = f ( α ) ( sử dụng phương pháp đồ thị vòng). Ta tiến hành
theo trình tự sau:
1. Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brick ta gióng các
đường song song với trục tung tương ứng với các góc quay α = 10o, 20o, 30o, ..,180o.
2. Đặt các giá trị của vận tốc v này ( đoạn thẳng biểu thị giá trị của v có một
đầu mút thuộc đồ thị v = f ( α ), một đầu thuộc nửa vòng tròn tâm O, bán kính R
trên đồ thị) trên các tia song song với trục tung nhưng xuất phát từ các góc tương
ứng trên đồ thị Brick gióng xuống hệ trục tọa độ của đồ thị x = f ( α ).
3. Nối các điểm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ v = f ( x ).
Chú ý : nếu vẽ đúng, điểm vmax sẽ ứng với điểm j = 0.
2.2.6. Khai triển đồ thị công P – V thành pkt = f ( α ).
Để thuận tiên cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P
– V thành pkt = f ( α ). Khai triển đồ thị công theo trình tự sau:

Đồ án : Môn học ĐCĐT

25

SVTH: Vũ Đình Công