ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐÔT TRONG

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

Lớp 51CKOT

LỜI NÓI ĐẦU
Những năm gần đây nền kinh tế Việt Nam đang trên đà phát triển mạnh. Đóng
vai trò quan trọng trong tiến trình công nghiệp hóa,hiện đại hóa đất nước hiện nay vẫn
là các nghành cơ khí. Trong đó phải nói đến ngành động lực và sản xuất ôtô, chúng ta
đang từng bước hoàn thiện nền công nghiệp ôtô trong nước, chuyển dần từ lắp ráp
sang chế tạo và bước cao nhất là sản xuất ôtô. Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ
thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu, học hỏi và trau dồi kinh nghiệm. Có
như vậy ngành ôtô của ta mới phát triển được.
Sau khi học xong môn nguyên lí động cơ đốt trong cùng với các môn cơ sở
khác, sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học thiết kế động cơ đốt trong.
Góp phần củng cố và mở rộng kiến thức môn học “Lý thuyết động cơ đốt trong”.
Ngoài ra, nó còn tạo điều kiện thuận lợi cho sinh viên ngành cơ khí động lực có thêm
nhiều hiểu biết thực tế khi vận dụng lý thuyết vào ứng dụng để thiết kế ra một động cơ
đốt trong ở mức độ đơn giản.Và từ đó rèn luyện cho sinh viên ý thức nghiêm túc trong
việc tính toán thiết kế, và trang bị những kiến thức cần thiết cho sinh viên chuẩn bị cho
công tác làm tốt nghiệp.
Cuốn báo cáo gồm ba phần:
Phần 1: Lựa chọn thông số và phương án.
Phần 2: Tính chu trình nhiệt động.
Phần 3: Thiết kế kỹ thuật hệ thống truyền lực.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu tài liệu một
cách nghiêm túc. Tuy nhiên bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ
án không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy mong thầy xem xét và chỉ dẫn để em ngày
càng hoàn thiện kiến thức hơn. Em xin chân thành cảm ơn !

Nha Trang, tháng 05 năm 2012
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Khiêm

GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


1

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

Lớp 51CKOT

Phần 1: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG ÁN
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ
- Đặc điểm động cơ thiết kế:
+ Động cơ thiết kế là động cơ Xăng 4 kỳ
+ Động cơ có 4 xy lanh được bố trí thẳng hàng
+ Công suất danh nghĩa của động cơ Nn= 88,08 kW
+ Số vòng quay danh nghĩa nn= 5454,545 rpm
-

Động cơ thiết kế hiện đang được trang bị trên xe ô tô FORD Focus Việt

Nam 1.8 130 hp
1.2. TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY
1.2.1. Nhiên liệu.
 Nhiên liệu dùng cho động cơ: Xăng.

 Các thành phần có trong nhiên liệu xăng.

- Xăng là một hỗn hợp của các loại hydrocarbon có nhiệt độ sôi trong khoảng
25-210 oC, chủ yếu là các hydrocarbon có số nguyên tử carbon trong phân tử từ 4 đến
10 (C4 ÷ C10). Ngoài ra, xăng ôtô cũng có thể chứa một lượng nhỏ các tạp chất và chất
phụ gia.
- Thành phần hóa học của xăng rất phức tạp. Và khi nghiên cứu về thành phần
hoá học của dầu mỏ cũng như các phân đoạn hay sản phẩm của nó thì người ta thường
chia thành phần chúng ra làm hai phần chính là hydrocacbon và phi hydrocacbon.
+ Thành phần hydrocacbon của xăng.
* Họ parafinic.
Công thức hóa học chung là CnH2n+2, bao gồm các chất có số nguyên tử như đã
nêu trên, chúng tồn tại dưới 2 dạng: mạch thẳng (n-parafin) và mạch phân nhánh (iparafin), với các isoparaffin thì mạch chính dài, mạch nhánh ngắn, chủ yếu là gốc metyl.
* Họ olefine.
Các hydrocacbon olefine có công thức chung là C nH2n, được tạo thành từ các
quá trình chuyển hóa, đặc biệt là quá trình cracking, giảm nhớt, cốc hoá . . . Các
olefine này cũng bao gồm hai loại n-parafin và iso-parafin.

GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


2

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

Lớp 51CKOT

* Họ naphtenic.
Hydrocacbon naphtenic là các hydrocacbon mạch vòng no với công thức chung
là: CnH2n và các vòng này thường 5 hoặc 6 cạnh, các vòng có thể có nhánh hoặc không
có nhánh, hàm lượng của họ này chiếm một số lượng tương đối lớn, trong đó các hợp
chất đứng đầu dãy thường ít hơn các đồng đẳng của nó, những đồng phân này thường
có nhiều nhánh và nhánh lại rất ngắn chủ yếu là gốc metyl (-CH3)
* Họ aromatic
Các hợp chất này trong xăng thường chiếm một hàm lượng nhỏ nhất trong ba
họ và các hợp chất đầu dãy cũng ít hơn các hợp chất đồng đẳng của nó.
+ Thành phần phi hydrocacbon của xăng.
Trong xăng, ngoài các hợp chất hydrocacbon kể trên còn có các hợp chất phi
hydrocacbon như các hợp chất của oxy, nitơ, lưu huỳnh. Trong các hợp chất này thì
người ta quan tâm nhiều đến các hợp chất của lưu huỳnh vì tính ăn mòn và ô nhiễm
môi trường của chúng.
Trong xăng, lưu huỳnh chủ yếu tồn tại chủ yếu ở dạng mercaptan (RSH), hàm
lượng của nó phụ thuộc vào nguồn gốc của dầu thô có chứa ít hay nhiều lưu huỳnh và
hiệu quả quá trình xử lý HDS.
Các hợp chất của các nguyên tử khác có hàm lượng chủ yếu ở dạng vết, trong
đó nitơ tồn tại chủ yếu ở dạng pyridin còn các hợp chất của oxy thì rất ít và chúng
thường ở dạng phenol và đồng đẳng.
Bảng 1-1: Một số tính chất nhiệt động cơ bản của Xăng
Xăng

Đơn vị

Trị số

Khối lượng riêng
Áp suất hơi bão hòa
Nhiệt trị

Lượng không khí lý thuyết
Nhiệt ẩn hóa hơi

Kg/dm3
Bar
kJ/kg
m3/kg
kJ/kg

0,72÷0,76
0,6÷0,8
43000÷44000
11,8
315÷350

Thành phần C
Thành phần H
Thành phần O
Phân tử lượng μnl
Độ nhớt vận động ở 20oC
1.2.2. Buồng đốt.

%m
%m
%m

0,855
0,145
0
110÷120

0,65÷0,85

GVHD: TS. Lê Bá Khang

Tài liệu tham khảo
Bảng 1-11
Bài giảng nhiên liệu
và môi chất chuyên
dụng,
Hồ Đức Tuấn
Bảng 3.2
Nguyên lý động cơ
đốt trong,
Nguyễn Tất Tiến

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

3

Lớp 51CKOT

Sử dụng loại buồng đốt thống nhất hình chỏm cầu. Đỉnh piston được khoét lõm.
Mục đích làm khoét lõm đỉnh piston để tạo sự xoáy lốc trong quá trình nén, giúp nhiên
liệu dễ dàng bay hơi, hòa trộn dễ dàng, tạo ra được một hỗn hợp cháy đồng nhất tạo
điều kiện để cháy kiệt, cháy hoàn toàn . Ngoài ra còn làm giảm tổn thất nhiệt, tăng các
chỉ tiêu kinh tế cho động cơ.

Hình 1-1: Sơ đồ buồng cháy thống nhất
 Đặc điểm cấu tạo :

Buồng cháy thống nhất (còn có tên gọi buồng cháy phun nhiên liệu trực tiếp)
phổ biến trong động cơ gồm có: đỉnh piston, mặt dưới của nắp xi lanh và thành xi lanh.
Nhiên liệu cung cấp cho chu trình được phun trực tiếp vào không gian đó. Động cơ có
buồng cháy thống nhất thường sử dụng vòi phun nhiều lỗ, áp suất phun cao
(pph=175÷1000 bar).
 Nguyên lý tạo hỗn hợp cháy:
- Khoét lõm đỉnh piston làm cho cuối quá trình nén phần không khí chèn,
chứa trong kẽ hở giữa đỉnh piston và nắp xi lanh được dồn vào không gian khoét lõm
và tạo vận động xoáy lốc mạnh của không khí trong không gian này. Biện pháp này
được sử dụng rộng rãi bởi có hiệu quả lớn trong việc hòa trộn nhiên liệu với không
khí.
 Ưu điểm :
- Hiệu suất của động cơ cao hơn vì tổn thất nhiệt qua vách buồng cháy ít hơn và
không có tổn thất lưu động như các loại buồng cháy ngăn cách.
- Động cơ dễ khởi động
- Cấu tạo nắp xi lanh tương đối đơn giản, dễ đặt xupáp.
GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

4

Lớp 51CKOT

 Nhược điểm :
- Động cơ phải làm việc với hệ số dư lượng không khí lớn mới đảm bảo cho
nhiên liệu cháy hoàn toàn, nên áp suất có ích trung bình của động cơ tương đối thấp.
- Động cơ rất nhạy cảm khi thay đổi số vòng quay và chất lượng nhiên liệu.
- Tốc độ tăng áp suất cao, áp suất cháy cực đaị lớn, động cơ làm việc “cứng”,
độ ồn lớn và phụ tải cơ học tác dụng lên cơ cấu piston-trục khuỷu-thanh truyền cũng lớn.
- Hệ thống nhiên liệu làm việc khó khăn bởi áp suất phun lớn.
 Phạm vi ứng dụng:
Buồng cháy thống nhất chủ yếu sử dụng cho động cơ trung tốc và thấp tốc.
1.2.3. Hệ thống nhiên liệu.
Sử dụng hệ thống phun xăng điện tử vì nó có khả năng khắc phục được những
nhược điểm của bộ chế hòa khí như giảm sức ngăn cản ống nạp, phân bố hỗn hợp cháy
vào trong xy lanh đồng đều. Đồng thời hệ thống phun xăng điện tử 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.
 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống

Hình 1-2: Hệ thống phun xăng điện tử EFI
1- Bình chứa xăng

GVHD: TS. Lê Bá Khang

10- Buji

19- Công tắc nhiệt khởi động

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong
2- Bơm xăng điện
3- Bộ lọc xăng
4- Dàn phân phối
5- Bộ điều chỉnh áp suất
xăng
6- Bộ giảm dao động áp
suất
7- Bộ điều chỉnh trung tâm
8- Bôbin đánh lửa
9- Bộ phân phối đánh lửa

5

11- Vòi phun chính
12- Vòi phun khởi động
lạnh
13- Vít điều chỉnh không tải
14- Bướm ga

Lớp 51CKOT
20- Cảm biến nhiệt độ động cơ
21- Thiết bị bổ sung không khí khi
chạy ấm máy
22- Vít điều chỉnh hỗn hợp khi
chạy không tải
23- Cảm biến vị trí trục khuỷu

15- Cảm biến vị trí bướm ga 24- Cảm biến tốc độ động cơ
16- Lưu lượng kế không khí 25- Ắc quy
17- Cảm biến nhiệt độ khí 26-Công tắc khởi động
nạp
18- Cảm biến lambda
27- Rơle chính
28- Rơle bơm xăng

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống.

Khi động cơ làm việc, xăng từ 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 lắp 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
thông tin nhận từ các cảm bíên thì ECU sẽ ra lệnh cho vòi phun phun xăng ra đúng
thời điểm và đúng lượng cần thiết. Xăng được phun có kích thước rất nhỏ (cỡ 100µm),
các hạt nhiên liệu này sẽ hoá hơi ngay và hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp
cháy. Hỗn hợp cháy được hút vào xylanh động cơ theo trình tự làm việc của động cơ.
Khi bugi đánh lửa thì hỗn hợp cháy sẽ bốc cháy và sinh công. Khí thải sẽ qua xupáp xả
và theo đường ống xả ra ngoài.
 Ưu điểm:

- Giảm tiêu hao nhiên liệu động cơ
- Tăng hiệu quả sử dụng dung tích xylanh
- Động cơ nhạy cảm với điều kiện và làm việc tốt hơn ở các chế độ ổn định
- Hoạt động tốt trong mọi điều kiện địa hình và thời tiết

- Thích ứng với các chế độ tải trọng khác nhau
- Giảm lượng độc tố trong khí thải

GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

6

Lớp 51CKOT

 Nhược điểm :

Cấu tạo phức tạp, độ nhạy cảm cao, yêu cầu khắt khe về chất lượng nhiên liệu
và không khí, sửa chữa và bảo dưỡng đòi hỏi phải có trình độ chuyên môn cao. Giá
thành cao.
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) 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
GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

7

Lớp 51CKOT

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.
Hệ thống làm mát có chức năng lấy nhiệt từ các chi tiết nóng (như: piston,

xylanh,…) để chúng không bị quá tải vì nhiệt. Ngoài ra làm mát động cơ còn có tác
dụng duy trì nhiệt độ dầu bôi trơn trong phạm vi nhất định để có thể thực hiện chức
năng bôi trơn tốt, tăng hệ số nạp ηv, tăng tỷ số nén ε mà không sợ bị kích nổ.
Ở đây, ta dùng hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn một vòng kín, lấy nhiệt
nhờ quạt gió bởi nhiệt độ nước làm mát cao, thiết lập và ổn định chế độ nhiệt có lợi
nhất cho sự làm việc của động cơ ở chế độ tải định mức và các chế độ khác, giảm tổn
thất nhiệt cho nước làm mát, tăng hiệu suất chỉ thị, giảm hao mòn lót xi lanh – xéc
măng, tăng độ bền nhiệt cho lót xi lanh

GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

8

Lớp 51CKOT

 Sơ đồ cấu tạo :

Hình 1-6: Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín
1-Bình dãn nở ; 2-Bộ điều tiết nhiệt; 3-Nhiệt kế;
4-Đường nước đi làm mát; 5- Bơm đẩy
 Nguyên lý hoạt động:
- Sau khi làm mát cho động cơ, nước nóng qua bộ điều tiết nhiệt (2) tới bình
giãn nở (1) đến các ống tản nhiệt. Khi nước qua các ống tản nhiệt này sẽ trao nhiệt cho
không khí do quạt hút qua, nguội đi và được bơm (5) đẩy đi làm mát cho động cơ

- Khi trời lạnh, lúc mới khởi động động cơ còn nguội, bộ điều tiết nhiệt không
cho nước đi tới bình giãn nở (1) đi làm mát, mà mở cho nước theo đường (4) trở về
bơm.
1.5. HỆ THỐNG BÔI TRƠN.
Khi động cơ hoạt động thì các chi tiết của động cơ chuyển động tương đối với
nhau và có sự cọ sát mài mòn. Vì vậy việc bôi trơn là cần thiết và quan trọng giúp bề
mặt tiếp xúc giữa các chi tiết của động cơ có một lớp dầu bôi trơn: biến ma sát khô
GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

9

Lớp 51CKOT

thành ma sát ướt nhằm giảm hao mòn; các chi tiết của động cơ chuyển động êm và nhẹ
nhàng. Ngoài ra còn có tác dụng hấp thụ nhiệt, làm sạch các chi tiết máy. Làm kín khe
hở dầu đi qua, bảo vệ động cơ khỏi han rỉ. Ở đây ta sử dụng hệ thống bôi trơn cacte
ướt dùng lọc thấm.
 Sơ đồ cấu tạo hệ thống bôi trơn cacte ướt.

Hình1-7: Hệ thống bôi trơn cacte ướt
1-Cacte dầu, 2-Lọc thô, 3-Bơm dầu bôi trơn, 4-Lọc tinh, 5-Bình làm mát dầu,
6-Mạch dầu chính, 7-Áp kế dầu, 8-Van điều áp, 9-Van an toàn
 Nguyên lý hoạt động :

Bơm dầu 3 được dẫn động từ trục khuỷu. Dầu bôi trơn trong cácte
1 được hút vào bơm qua lưới lọc thô 2, lưới lọc để lọc sơ bộ tạp chất có kích thước
lớn. Sau khi qua bơm dầu có áp suất cao dầu đi vào bầu lọc tinh 4 tại đây dầu được lọc
sạch rồi đưa lên bình làm mát 5, dầu được làm mát rồi đưa lên đường ống dẫn dầu
chính 6 đi bôi trơn cho các bộ phận rồi đi về cacte.
 Ưu, nhược điểm :

Ưu điểm: gọn, chiếm ít chỗ, thiết bị ít.
Nhược điểm: toàn bộ dầu bôi trơn chứa trong cacte động cơ lên cacte phải sâu
để có dung tích lớn, do đó làm tăng chiều cao động cơ ngoài ra dầu luôn luôn tiếp xúc
với khí cháy có nhiệt độ cao từ buồng đốt lọt xuống theo hơi nhiên liệu và các axít làm
giảm tuổi thọ của dầu.

GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

10

Lớp 51CKOT

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 thực hiện được điều này 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
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 momen quay đủ lớn.
- Phải làm việc ổn định, có độ bền, độ tin cậy cao.
- Có thể khởi động động cơ được nhiều lần liên tục.
- Khởi động êm, đóng ngắt êm dịu và tự động
 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống.

Hình 1-8: Sơ đồ hệ thống khởi động
1-Khóa điện
2,3-Cuộn dây hút của solenoi
4,5-Stato, roto của mô tơ đề

6-Ly hợp 1 chiều
7, 8- Bánh răng

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống :

Khi đóng khóa điện, các cuộn dây hút và giữ của solenoi 2,3 có điện sẽ hút
trục của bánh răng 7 chuyển động qua trái ăn khớp với bánh răng 8 của động cơ. Đồng
thời khi này đĩa tiếp điểm đóng các tiếp điểm để cung cấp điện cho máy khởi động nên
GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


11

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

Lớp 51CKOT

motơ đề sẽ có điện và sẽ quay bánh răng 7, do đó làm quay bánh răng 8, cuối cùng làm
quay trục khuỷu động cơ giúp động cơ khởi động, khi này cuộn hút 3 bị cắt điện còn
cuộn giữ 2 thì vãn có điện để duy trì việc ăn khớp. Khớp ly hợp 1 chiều có tác dụng
cắt dứt dòng mômen truyền từ động cơ lên motơ đề khi nó đã nổ.
1.7. ĐỘNG CƠ MẪU.
Bảng 1-2: Đặc điểm kỹ thuật của động cơ mẫu
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Đặc điểm kĩ thuật
Dung tích xilanh (cm3)
Số xilanh (cái)
Công suất cực đại (mã
lực/rpm)
Mô men xoắn cực đại
(Nm/rpm)
Sử dụng nhiên liệu
Tốc độ tối đa (km/h)
Tiêu thụ nhiên liệu (city,

L/100km)
Tiêu thụ nhiên liệu
(highway, L/100km)
Tiêu thụ nhiên liệu
(combined, L/100km)

Ghi
chú

Động cơ mẫu
1798
4

1999
4

1997
4

125/6000

130/6000

138/4000

165/4000

165/4000

284/4250

Xăng
205

Xăng
193

Xăng
190

9,5

6,8

9,4

5,6

4,4

7,1

7

1.8. KÍNH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ.
a. Đường kính xylanh (D)
D=3

4.N e .z
π .k D . p e .n.i

Trong đó :
Ne = 88,08 Kw

: Công suất danh nghĩa

Z=2

: Hệ số kỳ

k D = 0,8

: Hệ số động học

pe = 8,46 bar

: Áp suất có ích trung bình

n = 5454,545 rpm

: Tốc độ quay danh nghĩa

GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


12

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong
i = 4 cái

Lớp 51CKOT

: Số xi lanh

Ta được :
4.88,08.2.
= 114,951 mm
3,14.0,8.8,46.5454,545.4

D = 1000.3

Chọn D = 115 mm

b. Hành trình piston (S)
S = K D .D

Trong đó :
D = 115 mm

: Đường kính xy lanh

K D = 0,8

: Hệ số động học

Ta được :

S = 0,8.115 = 92 mm
c. Dung tích công tác của xylanh (Vs)
Vs =

πD 2
.S
4

Trong đó :
D = 115 mm

: Đường kính xy lanh

S = 92

: Hành trình piston

Ta được :
Vs =

3,14.115 2
.92 = 955109,5 mm3
4

GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

13

Lớp 51CKOT

1.9. TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ.
Bảng 1-3 . Tổng hợp các thông số cho trước và lựa chọn
TT

Tên thông số

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

Công suất danh nghĩa
Tốc độ quay danh nghĩa
Hệ số kỳ
Số xy lanh
Áp suất khí nạp
Áp suất khí quyển
Nhiệt độ khí quyển
Độ ẩm tương đối của không khí
Hàm lượng C trong nhiên liệu
Hàm lượng H2 trong nhiên liệu
Hàm lượng S trong nhiên liệu
Hàm lượng O2 trong nhiên liệu
Phân tử lượng của nhiên liệu
Nhiệt trị của nhiên liệu
Hệ số dư lượng không khí
Hệ số khí sót
Mức độ làm mát khí nạp
Hệ số Kpa
Tổn thất áp suất trong bình làm mát khí
nạp
Hệ số Kpr
Nhiệt độ khí sót
Mức độ sấy nóng khí mới
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt
Hệ số nạp thêm
Tỷ số nén
Chỉ số nén đa biến trung bình
Chỉ số giãn nở đa biến trung bình
Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z

Hệ số điền đầy đồ thị
Hiệu suất cơ học
Tỷ số động học
Tỷ số kết cấu R/L

19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
31

GVHD: TS. Lê Bá Khang

Ký
Tài liệu
Đơn vị Trị số
hiệu
tham khảo
Nen
kW
88,08

Đ/c mẫu
nn
rpm 5454,545 Đ/c mẫu
Z
2
[1,tr.68]
i
Cái
4
Đ/c mẫu
pk
N/m2
100000
[2,tr.17]
P0
bar
1
[1,tr.69]
0
T0
K
293
[1,tr.69]
%
70
[1,tr.69]
ϕ0
C
0,855
[2,tr.51]

H
0,145
[2,tr.51]
S
0
[2,tr.51]
O2
0
[2,tr.51]
116
[2,tr.51]
µf Kg/kmol
H
KJ/kg
43960
[2,tr.51]
0,88
[1,tr.129]
λ
0,03
[1,tr.108]
γr
0
∆Tm
Kpa
0,8
[1,tr.106]
∆p m

Kpr

Tr
∆Tk
λ1
λ2
ε
n1
n2
ξz
Kpi
ηm
KD
λR

bar
0
0

K
K

0
1,05
970
18
1,17
1,05
9
1,36
1,25
0,9

0,92
0,88
0,8
0,25

[1,tr.107]
[1,tr.107]
[1,tr.108]
[1,tr.108]
[1,tr.109]
[2,tr.138]
[2,tr.128]
[2,tr.188]
[2,tr.180]
[2,tr.195]
[2,tr.91]
[8,tr.111]
[7,T1,tr.9]

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


14

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

Lớp 51CKOT

Bảng 1-3 . Tổng hợp kết quả tính.

TT

Tên thông số

Ký
hiệu
L0

Đơn vị

Kết quả

kg/kg

14,957

1

Số kg KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu

2
3
4
5

Số kmol KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu
Số kg KK thực tế cần thiết ... 1 kg nhiên liệu
Số kmol KK thực tế cần thiết ... 1 kg nhiên liệu
Số kg HHC ứng với 1 kg nhiên liệu

M0
L
M
L1

kmol/kg
kg/kg
kmol/kg
kg/kg

0,5119
13,162
0,45
14,162

6

Số kmol HHC ứng với 1 kg nhiên liệu

M1

kmol/kg

0,459

7

Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén

Ma

kmol/kg

0,473

8

Số kmol MCCT tại thời điểm cuối qua trình nén

Mc

kmol/kg

0,473

9

Hàm lượng CO2 trong sản phẩm cháy

MCO2

kmol/kg

0,053

10

Hàm lượng H2O trong sản phẩm cháy

MH2O

kmol/kg

0,0645

11

Hàm lượng SO2 trong sản phẩm cháy

MSO2

kmol/kg

0

12

Hàm lượng O2 trong sản phẩm cháy

MO2

kmol/kg

0

13

Hàm lượng N2 trong sản phẩm cháy

MN2

kmol/kg

0,356

14
15
16
17

Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 kg nhiên liệu
Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết
Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z
Nhiệt độ khí nạp

M2
β0
βz

0,5
1,089
1,086
293

18

Mật độ khí nạp

Tk
ρk

kmol/kg
o
K
kg/m3

1,190

19

Áp suất cuối quá trình nạp

pa

bar

0,8

20

Áp suất khí sót

pr

bar

1,05

0

21

Nhiệt độ cuối quá trình nạp

Ta

K

334,997

22

Hệ số nạp

ηv

-

0,802

23

Áp suất cuối quá trình nén

pc

bar

15,88

24

Nhiệt độ cuối quá trình nén

Tc

0

25

Hệ số tăng áp suất

ψ

26

Nhiệt độ tại điểm z

Tz

0

27

Áp suất cuối quá trình dãn nở

K

738,87

-

4,012

K

2729,633

pb

bar

3,474

28

Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở

Tb

0

K

1575,954

29

Áp suất chỉ thị trung bình

pi

bar

9,614

30
31

Áp suất có ích trung bình
Hiệu suất chỉ thị

pe
ηi

bar
-

8,46
0,325

GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

15

Lớp 51CKOT

32

Hiệu suất có ích

ηe

-

0,286

33

Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị

gi

g/kW.h

251,977

34

Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích

ge

g/kW.h

286,338

35

Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ

Ge

kg/h

25,221

36
37
38

Đường kính của xylanh
Hành trình của piston
Dung tích công tác của xylanh
Tổng nhiệt đưa vào động cơ trong 1đơn vị thời

D
S
VS

mm
mm
cm3

96,953
77,562
572,613

QT

kW

307,976

Qe
Qm
Qx
Qcl

kW
kW
kW
kW

88,08
58,515
146,196
15,185

39
40
41
42
43

gian
Phần nhiệt biến thành cơ năng có ích
Tổn thất nhiệt do làm mát
Tổn thất nhiệt theo khí xả
Tổn thất còn lại

GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

16

Lớp 51CKOT

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

(L0):
L0 =

1 8


 c +8h + s −o f 
0,23  3


[3,tr.8]

1 8

=
 .0,855 + 8.0,145 + 0 − 0 
0,23  3

=14, 956

•

[kg/kg]

Số kmol không khí lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu

(M0).

M0 =
=

•

1  c h s of 
. + + − 

0,21  12 4 32 32 

[3,tr.8]

1  0,855 0,145 
.
+
÷= 0,5119
0, 21  12
4 

[kmol/kg]

Số kg không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (L).
L = λ.L0
= 0,88.14,956 = 13,161

•

[3,tr.8]
[kg/kg]

Số kmol không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (M).
M = λ .M 0

[3,tr.8]

= 0,88.0,5119 = 0,451

[kmol/kg]

2.1.2. Lượng hỗn hợp khí công tác.
•

Số kg hỗn hợp cháy ứng với 1 kg nhiên liệu (L1).

L1 = 1 + λ.L0
[3,tr.8]
= 1 + 0,88.14,956= 14,161
[kg/kg]
•
Số kmol hỗn hợp cháy ứng với 1 kg hoặc 1 kmol nhiên liệu (M1)

GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong
M 1 = λ.M 0 +

Lớp 51CKOT

1
µf

= 0,88.0,5119 +
•

17

[3,tr.8]
1
= 0,459
116

[kmol/kg]

Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (Ma)
M a = M 1 + M r = M 1 .(1 + γ r )

[3,tr.8]
[kmol/kg]

= 0,459.(1 + 0,03 ) = 0,473
•

Số kmol MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (Mc).
M c = M 1 .(1 + γ r ) = 0,473

[kmol/kg]

2.1.3. Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn.
Ta có: K =
•

M H 2 0,145
=
= 0,17 => chọn K=0,45.

M CO 0,855

Hàm lượng CO2 và CO trong sản phẩm cháy.
c
12
0,855
=
= 0,071
12

M co2 +M CO=

•

h
2
0,145
=
= 0,0725
2

•

[3,tr.8]
[kmol/kg]

Hàm lượng SO2 trong sản phẩm cháy.
S
32
0

=
=0
32

M SO2 =

[3,tr.9]
[kmol/kg]

Hàm lượng N2 trong sản phẩm cháy.
M N 2 = 0,79.λ .M 0

= 0,79.0,88.0,5119 = 0,356
•

[kmol/kg]

Hàm lượng H2O trong sản phẩm cháy.
M H 2O + M H 2 =

•

[3,tr.8]

[3,tr.9]
[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).

GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong
M2 =

=
•

18

Lớp 51CKOT

c h
+ + 0,79.λ .M 0
12 2

[3,tr.9]

0,855 0,145
+
+ 0,79.0,88.0,5119 = 0,5
12
2

[kmol/kg]

Tổng lượng ô xy cần thiết trong trường hợp cháy không hoàn toàn.

M CO2 +

M H 2O
of
M CO
+
= 0,21 ⋅ λ ⋅ M 0 +
2
2
32

c
h of  of
 0,855 0,145 
= λ⋅
+
12 4 − 32 
 + 32 = 0,88.  12 + 4  = 0,095


•

[5,tr.17]
[kmol/kg]

Hàm lượng các chất khí có trong sản phẩm cháy trong trường hợp cháy

không hoàn toàn.
1 −λ
⋅M 0
1 +K
1 − 0,88
= 0,42.
. 0,5119= 0,018
1 + 0,45
c
M CO2 = − M CO = 0,071 − 0,018 = 0,053
12
1 −λ
M H 2 = 0,42 ⋅ K ⋅
⋅M0
1+K
1 − 0,88
.0,5119 = 0,008
= 0,42.0,45.
1 + 0,45
M H 2O = h2 − M H 2 = 0,0725- 0,008 = 0,065
M CO = 0,42 ⋅

GVHD: TS. Lê Bá Khang

[5,tr.17]
[kmol/kg]
[kmol/kg]
[5,tr.18]
[kmol/kg]
[kmol/kg]

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


19

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

Lớp 51CKOT

2.1.4. Hệ số biến đổi phân tử.
•

sự thay đổi số kmol của MCCT trước và sau khi nhiên liệu cháy.

∆M = ( M 2 ) λ <1 − M 1 =

= 0,21 ⋅ (1 − λ ) ⋅ M 0 +
= 0,21.(1-0,88).0,5119+
•


c h
1 
+ + 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0 −  λ ⋅ M 0 +

12 2
µ f 


of

h+

8 − 1
4
µf

0,145 1
−
= 0,041
4
116

[kmol/kg]

Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết (β0).

Đối với động cơ xăng với λ < 1.
0,21.(1 − λ ).M 0 +

β0 = 1+

=1+

h+

8 − 1
4

µf

[3,tr.9]

1
λ.M 0 +
µf

0,21.(1 − 0,88).0,5119 +

•

of

0,145 +

4
1
0,88.0,5119 +
116

0
8− 1
116 = 1,088

Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z (β z ) :
β0 −1
1+ γ r
1,088 − 1
=1+

= 1,086
1 + 0,03

βz =1+

[3,tr.9]

2.2. QUÁ TRÌNH NẠP - XẢ
•

Áp suất khí nạp (pk ).
pk = 1

GVHD: TS. Lê Bá Khang

[bar]

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


20

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong
•

Áp suất sau máy nén (ps ).
p s = p k + ∆p m = p k
=1

•

•

Lớp 51CKOT

[3,tr.10]
[bar]

Nhiệt độ khí nạp (Tk ).
P
Tk = T0 . s
 P0





m −1
m

[K]

− ∆Tm = T0 = 293

Mật độ khí nạp (ρk ).
ρk =

Pk
Rk .Tk

Trong đó :

[3,tr.10]
RK: Hằng số kmol khí.

8314
= 286, 69
29
0,1.106
⇒ ρk =
= 1,190
286, 69.293
RK =

•

[J/kg.độ]
[kg/m3]

Áp suất cuối quá trình nạp (pa ).
p a = K pa . p k
= 0,8.1 = 0,8

•

[3,tr.10]
[bar]

Áp suất khí sót (pr ).

p r = K pr . p 0
= 1,05.1 = 1,05

•

[3,tr.10]
[bar]

Nhiệt độ cuối quá trình nạp (Ta ).
Tk + ∆Tk + λ1 .γ r .Tr
1+ γ r
293 + 18 + 1,17.0,03.970
=
= 334,997
1 + 0,03

Ta =

•

[3,tr.10]
[K]

Hệ số nạp (ηv ).
1
ε p a Tk
.
. .
1 + γ r ε − 1 p k Ta
1

9 0,8 293
.
. .
= 1,05.
1 + 0,03 9 − 1 1 334,997

η v = λ2 .

[3,tr.10]
= 0,803

2.3. QUÁ TRÌNH NÉN.
2.3.1. Chọn tỉ số nén.
Theo động cơ mẫu ta chọn tỉ số nén là: ε = 9
GVHD: TS. Lê Bá Khang

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm


21

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

Lớp 51CKOT

2.3.2. Chỉ số nén đa biến trung bình.
•

Áp suất cuối quá trình nén (pc).

pc = p a .ε n1
= 0,8.9

1, 36

•

[3,tr.10]
[bar]

= 15,88

Nhiệt độ cuối quá trình nén (Tc).
Tc = Ta .ε n1 −1
1, 36 −1

= 334,997.9

•

[3,tr.10]
[K]

= 738,87

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí.
4,19.Tc
2
4,19.738,87
= 19806 +

=21353,933
2

( µCv ) c = 19806 +

•

[3,tr.10]
[J/kmol.deg]

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót.

( µC ) = (17,997 + 3,504.λ ).10
"
v c

3

= (17,997 + 3,504.0,88).10 3 +

+

1
( 360,34 + 252,4.λ ).10 −2.Tc
2

1
( 360,34 + 252,4.0,88).10 −2.738,87
2

[J/kmol.deg]

= 23232,303
•
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy cuối quá trình nén.

( µC )

'
v c

=

( µC v ) + γ r .( µC v'' )

1+ γ r
21353,933 + 0,03.23232,303
=
= 21408,644
1 + 0,03

GVHD: TS. Lê Bá Khang

[4,tr.21]
[J/kmol.deg]

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm

22

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong

Lớp 51CKOT

2.4. QUÁ TRÌNH CHÁY.
•

Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn (∆H).
∆H = 115.10 6.(1 − λ ).M 0

[3,tr.11]
= 115. 10 .(1-0,88).0,5119 = 7064220
[J/kg]
•
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy tại điểm z.
6

( µC ) z = (17,997 + 3,504.λ ).10
''
v

1
( 360,34 + 252,4.λ ).10 −2.Tz
2
1
= (17,997 + 3,504.0,88).10 3 + ( 360,34 + 252,4.0,88).10 −2.Tz
2
3

+

= 21080,52+2,912.TZ

[3,tr.20]

[J/kmol.deg]

⇒ Nhiệt độ của môi chất công tác tại điểm z:

ξ z .( H − ∆H )
+ ( µCv' ) c.Tc = β z .( µCv'' ) z .Tz
[3,tr.11]
M 1.(1 + γ r )
0,9.(43960000 − 7064220)
⇔
+ 21408,644.738,87 = 1,086.( 21080,52 + 2,912.Tz ).Tz
0,459.(1 + 0,03)
⇔ 1,51766055.Tz2 + 10927, 46595.Tz − 40663175,94 = 0
[K]
⇒ Tz = 2729,633

•

Hệ số tăng áp suất (ψ).
Tz
Tc
2729,633
= 1,086.

= 4,012
738,87

ψ = βz.

•

[3,tr.10]

Áp suất cháy cực đại (pz).
p z = 0,85.ψ . pc

[3,tr.10]
[bar]

= 0,85.4,012.15,88 = 54,154
2.5. QUÁ TRÌNH DÃN NỞ.
•

Áp suất cuối quá trình dãn nở (pb).
pz
ε n2
54,154
= 1, 25 = 3,474
9

pb =

•

[3,tr.12]
[bar]

Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở (Tb ), [K].
Tb =

Tz

ε n2 −1
2729,633
=
= 1575,954
91, 25−1
2.6. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ

GVHD: TS. Lê Bá Khang

[3,tr.12]

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm

[K]


Đồ án: Động Cơ Đốt Trong
•

23

Lớp 51CKOT

Áp suất chỉ thị trung bình (pi)


ε n1  ψ 
1 
1 
1  
pi = K pi . p a .
.
.1 − n2 −1  −
.1 − n1 −1  
 n1 − 1  ε
 
 ε − 1  n2 − 1  ε
1, 36

 4,012 
9
1 
1 
1  
= 0,92.0,8.
.
.1 − 1, 25−1  −
.1 − 1,36−1  
9 − 1 1,25 − 1  9
 1,36 − 1  9
 



[3,tr.12]

= 9,614
•
Áp suất có ích trung bình (pe).
p e = η m . pi

= 0,88.9,614 = 8,46
•
Hiệu suất chỉ thị (ηi).

η i = 10 2.
2
= 10 .

•

( λ.L0 + 1). pi

[bar]
[3,tr.12]
[bar]

[3,tr.13]

H f .η v .ρ k

(0,88.14,956 + 1).8,46

= 0,325
43960.0,802.1,19

Hiệu suất có ích (ηe).

η e = η m .η i
= 0,88.0,325 = 0,286
•
Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị (gi).
gi =

=

3,6.10 6
H f .η i

3,6.10 6
= 251,977
43960.0,325

GVHD: TS. Lê Bá Khang

[3,tr.13]

[3,tr.13]
[g/kW.h]

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm

Đồ án: Động Cơ Đốt Trong
•

24

Lớp 51CKOT

Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích (ge).
ge =

3,6.10 6
H f .η e

[3,tr.13]

3,6.10 6
=
= 286,338
43960.0,286

•

[g/kW.h]

Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ (Ge).
Ge = 10 −3.g e .N e

[3,tr.13]

3

= 10 .286,338.88,08 = 25,221

[kg/h]

2.7. CÂN BẰNG NHIỆT.
Tổng lưu lượng nhiệt cấp cho động cơ ( QT ) .

•

1
.Ge .H
3600
1
.25,221.43960 = 307,976
=
3600

QT =

•

[4,tr.23]
[KJ/s]

Nhiệt lượng biến thành công có ích (Qe).
Qe = N e

[4,tr.23]

[KW]

3

= 88,08.10 [J/s] = 88,08
•
Nhiệt tổn thất theo khí thải.
''
Tỷ nhiệt đẳng áp của sản phẩm cháy ( µC p ) .



( µC ) = µC
''
p

''
v

+ 8314

= 23232,302 + 8314 = 31546,302

Nhiệt dung riêng đẳng áp của môi chất mới ( µC p ) .

( µC ) = µC
p

v

+ 8314

= 21353,933 + 8314 = 29667,933

Nhiệt độ khí thải ( Tx ) .

[2,tr.81]
[J/Kmol.deg]

[2,tr.81]
[J/Kmol.deg]

Tx = Tb =1575,954

Tổn thất theo khí thải ( Q x ) .
Q x = Ge .[ M 2 .( µC p'' ).Tx − M 1 .( µC p ).Tk ]

[K]



GVHD: TS. Lê Bá Khang

[2,tr.215]

SVTH: Nguyễn Văn
Khiêm