Đồ Án Động Cơ Đốt Trong - Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP
KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

Họ tên ………..
Lớp………….

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Đề tài:
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ……………..(DIÊZEN, XĂNG), (tăng áp),
công suất danh nghĩa Nen= ………..kW,
tốc độ quay danh nghĩa nn= ………….rpm, dùng để
…………………………………………………………………………

TPHCM, tháng 11/2009



QUI ĐỊNH VỀ VIỆC THỰC HIỆN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1. THỰC HIỆN
Thực hiện theo hướng dẫn

2. HÌNH THỨC TRÌNH BÀY
2.1. Khổ giấy: A4, trình bày trên 1 mặt.
2.2. Font chữ và lề:
Soạn thảo trong môi trường Windows của Microsoft hoặc tương đương với
font: Times New Roman, size: 13 hoặc 14, line spacing: at least: 18-20, lề trên: 20
mm, lề dưới: 20 mm, lề trái: 30 mm, lề phải: 20 mm, số trang được đánh ở giữa phía
trên đầu trang.. Các tiêu đề cấp 1 được viết bằng chữ in hoa.
2.3. Bố cục: Theo mẫu

2.4. Cách ghi thứ tự, viết tắt:
2.4.1. Thứ tự Phần và mục:
Phần và mục được ký hiệu bằng số Arap cách nhau bởi dấu chấm như sau:
+ Phần: Phần 1, Phần 2, Phần 3
+ Mục cấp 1- ví dụ: 3.1. ; 3.2. ; 3.3.
+ Mục cấp 2 - ví dụ 3.2.1. ; 3.2.2. ; 3.2.3. …
+ Mục cấp 3 - ví dụ 3.3.1.1. ; 3.3.1.2. ; 3.3.1.3.
Các ý trong các mục có thể ký hiệu bằng các dấu: -, +, •, *…
2.4.2. Thứ tự hình, Biểu bảng và công thức toán học:
Hình vẽ, ảnh, đồ thị và biểu bảng được ghi bằng 2 nhóm có số Arap cách nhau
bởi dấu chấm (.) hoặc gạch ngang (-).
Công thức toán học ghi theo số thứ tự bằng 2 nhóm số Arap cách nhau bởi dấu
chấm (.).
Nhóm số đầu chỉ số thứ tự của chương, nhóm số sau chỉ số thứ tự của hình,
biểu bảng hoặc công thức toán học. Ví dụ: Hình 3-12: ; Bảng 3-12: ; (3.12) là hình,
bảng và công thức thứ 12 của chương 3. Số thứ tự và tiêu đề của hình ghi phía dưới
hình, số thứ tự và tiêu đề của bảng ghi phía trên bảng, số thứ tự của công thức toán học
được để trong ngoặc đơn và đặt phía lề bên phải. Đối với các công thức toán học, phải


chú thích những ký hiệu xuất hiện lần đầu tiên ngay dưới biểu thức. Có thể tổng hợp
tất cả các ký hiệu và chữ viết tắt đã được sử dụng trong bản thuyết minh cùng nghĩa
của chúng thành một danh mục đặt ở phần đầu của bản thuyết minh.
Ghi chú: Các công thức phải đủ phần chữ và số, ví dụ:
ηe= ηi ηm = 0,38* 0,86 = 0,3268 ≈ 0,32

2.3. Viết tắt
Chỉ viết tắt những cụm từ được lặp lại nhiều lần trong bản thuyết minh, không viết
tắt những cụm từ quá dài. Những cụm từ được viết tắt sau lần viết đầy đủ đầu tiên
bằng cách đặt chữ viết tắt trong ngoặc đơn, ví dụ: ” nhiều đề đề tài nghiên cứu khoa

học (NCKH) có giá trị...”
3. ĐƠN VỊ VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG
3.1. Đơn vị:
Tất cả các số liệu tính toán hoặc chọn phải có đơn vị kèm theo. Nguyên tắc
chung là các đơn vị phải phù hợp với Hệ đơn vị quốc tế (m, kg, N, s, ...). Riêng đối với
đơn vị của các đại lượng dưới đây cần được chuyển đổi như sau : p [N/m 2 hoặc bar], t
[0C], T [K], n [rpm], N [kW hoặc HP], gi và ge [g/kW.h hoặc g/HP.h].
3.2. Độ chính xác :
•

Kích thước dài (D, S, L, ...) : ± 1 mm

•

Áp suất :

± 1,00 N/m2

•

Nhiệt độ :

± 1 0C

•

Suất tiêu thụ nhiên liệu :

± 1 g/kW.h hoặc 1 g/HP.h

•

Hiệu suất :

± 0,01 %

4. PHỤ LỤC
Phụ lục có thể là : catalogue, các văn bản pháp qui liên quan trực tiếp đến nội
dung đồ án, phương pháp tính mới, v.v.
Bố trí Phụ lục (nếu có) ngay trước phần Tài liệu tham khảo.


5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tham khảo ở đây được hiểu là những ấn phẩm được lưu hành chính
thức hoặc lưu hành nội bộ của các tác giả, cơ quan cụ thể mà học viên đã có sử dụng
tư liệu trong đó. Mọi ý kiến, kết luận, công thức thực nghiệm không phải của riêng tác
giả và trích dẫn từ các tài liệu tham khảo phải được ghi rõ nguồn gốc. Không ghi
nguồn gốc các trích dẫn với những kiến thức phổ thông.
Yêu cầu trung thực, chính xác trong sử dụng tài liệu tham khảo. Sau mỗi lần
trích dẫn, sử dụng số liệu hoặc công thức, v.v. của tài liệu nào, phải ghi trong ngoặc
vuông số thứ tự tài liệu đó. Ví dụ : Thời gian mạ crom có thể tính theo công thức sau
[3, tr. 128] :

t=

1000 ⋅ h ⋅ γ
k ⋅D⋅ f

Tài liệu tham khảo là sách, luận văn, báo cáo được ghi đầy đủ các thông tin
theo thứ tự như sau :

•

Tên tác giả hoặc cơ quan ban hành

•

Năm xuất bản (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

•

Tên sách, luận văn hoặc báo cáo (in nghiêng, dấu phẩy cuối tên)

•

Nhà xuất bản (dấy phẩy cuối tên nhà xuất bản)

•

Nơi xuất bản (dấu chấm kết thúc một tài liệu tham khảo)

Tài liệu tham khảo là bài báo trong tạp chí, bài trong một cuốn sách, v.v. được
ghi như sau :
•

Tên tác giả

•

Năm công bố (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

•

Tên bài báo (đặt trong ngoặc kép, không in nghiêng, dấu phẩy cuối tên)

•

Tên tạp chí hoặc sách (in nghiêng, dấu phẩy cuối tên)

•

Tập của bộ sách

•

Số tạp chí (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

•

Các số trang (gạch ngang giữa hai chữ số, dấu chấm kết thúc).

Ví dụ cách ghi tài liệu tham khảo :


1. Nguyễn Văn Ba (1995), Nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở lắp ghép và tốc độ
quay đến khả năng mang tải của ổ trục chân vịt dùng bạc lót gỗ, bôi trơn bằng
nước biển, Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Thuỷ sản.
2. Dương Đình Đối (1998), Sửa chữa máy tàu thủy, NXB Nông nghiệp.
3. UBND tỉnh Bình Thuận (2002), Báo cáo tổng kết 5 năm (1997-2002) thực hiện
chương trình khai thác hải sản xa bờ tại tỉnh Bình Thuận, UBND tỉnh Bình Thuận.
4. Anderson J. E. (1985), "The Relative Inefficiency of Quota, The Cheese Case",

American Economic Review, 75(1), pp. 178-190.
6. CÁCH THỨC ĐÁNH GIÁ ĐAMH ĐCĐT
•

Điểm kiểm tra dưới hình thức chấm bản thảo :

25 %

•

Điểm thi tối thiểu và bảo vệ :

75 %

•

Sinh viên có điểm kiểm tra và điểm thi tối thiểu đạt loại khá trở lên và có
tinh thần học tập tốt sẽ được miễn công đoạn bảo vệ. Trong trường hợp này,
điểm ĐAMH là trung bình cộng của điểm kiểm tra và điểm thi tối thiểu.

•

ĐAMH ĐCĐT được đánh giá là không đạt yêu cầu nếu vi phạm một trong
các điều sau đây :
1) Không nộp bản thảo đúng thời gian qui định.
2) Bản chính không đủ nội dung theo đề cương.
3) Vi phạm các qui định khác về trình bày ĐAMH > 3 lần.

7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

GS.TS Nguyễn Tất Tiến (1994, 2000), Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo
dục.

2.

PGS.TS Nguyễn Văn Nhận, TS. Lê Bá Khang, Bài giảng Nguyên lý động cơ
đốt trong 2007.

3.

Văn Thị Bông (2002), Tính toán nhiệt và động lực học động cơ đốt trong, NXB
Đại Học Quốc Gia, Tp.HCM.

4.

Hồ Tấn Chẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến (1996), Kết
cấu và tính toán động cơ đốt trong, tập1, 2, NXB Giáo Dục.

5.

Nguyễn Văn Nhận (2007), Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong, No-1.


6.

Nguyễn Văn Nhận (2007), Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong, No-2.

7.

Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB Đại học Quốc Gia Tp.HCM.

8.

Catalogue của hãng SX ..........................

NỘI DUNG
Lời nói đầu


1. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ
- Số xy lanh và cách bố trí xy lanh: Động cơ được thiết kế là loại 4 kỳ hay 2 kỳ,
có … xylanh, bố trí thẳng hàng hay chữ V.
+ Công suất danh nghĩa:
+ Số vòng quay danh nghĩa:
- Động cơ này được sử dụng trang bị trên phương tiện, ô tô loại nào ?
1.2. TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY
1) Loại nhiên liệu.
- Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng hoặc điêzen
- Các thành phần có trong nhiên liệu: C, H, O, S [chọn tài liệu nào, trang số...]
2) Buồng đốt.
- Phân tích chọn loại buồng cháy (thống nhất, cháy trước hay xoáy lốc)? Hình
vẽ minh họa.
3) Hệ thống nhiên liệu.
- Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng hoặc điêzen (kèm CHK, BCA ) cổ
điển, đời mới hay phun xăng điều khiển điện tử, phun dầu điều khiển điện tử
(Common Rail), lý do (hệ thống này có thể tạo nên hoà khí có tỷ lệ lý tưởng cho từng
xylanh ở mọi chế độ hoạt động của động cơ hay không)?
- Nhiên liệu được cung cấp theo hình thức (thời điểm, hay liên tục), thời điểm

cung cấp và lượng nhiên liệu cung cấp ? ví dụ nhiên liệu điêzen được phun vào BC
của động cơ theo từng thời điểm (phun một lần – động cơ kiểu cũ) chứ không liên tục
(Common Rail – phun liên tục),. Quá trình phun (thời điểm phun và lượng nhiên liệu
được phun) được thực hiện theo những yếu tố nào? Góc quay trục khuỷu và góc quay
trục cam hay tín hiệu khối lượng không khí đang nạp vào và tín hiệu về vận tốc trục
khuỷu của động cơ.
- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệ
thống có chú thích đầy đủ.
1.3. HỆ THỐNG NẠP - XẢ


1, Đối với động cơ 4 kỳ
- Chọn cơ cấu phân phối khí kiểu xupáp treo hay xu páp đặt – lý do ?
- Phương pháp dẫn động: bằng đai, trục cam hay cơ cấu cam - con đội - đũa đẩy đòn gánh, lý do ?
- Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt xu páp và các cơ cấu liên quan như giảm
áp (nếu có) ?
- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệ thống
có chú thích đầy đủ.
2, Đối với động cơ 2 kỳ
- Phân tích chọn phương án quét khí: quét thẳng, quét vòng (thường chọn quét
thẳng qua xu páp thải, có phải điều chỉnh khe hở nhiệt xu páp ?).
* Hình dáng và kích thước của cửa : chữ nhật, hình tròn (nên chọn hình dáng
hình chữ nhật, cửa quét bố trí theo chu vi, 1 dãy)
* Kích thước của cửa :
Khi chọn kích thước và bố trí các cửa quét khí nên ưu tiên chiều rộng của cửa
(nhưng không vượt quá giá trị cho phép) bằng cách tăng số cửa sổ (phải đảm
bảo độ bền của các đường gân) như vậy sẽ giúp cho không khí được phân bố
đều xung quanh xi lanh, giảm bớt mức độ hòa trộn giữa không khí mới nạp với
sản phẩm cháy. Việc tăng chiều rộng các cửa quét có tác dụng làm giảm tổn
thất hành trình cho khí quét.

- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệ
thống có chú thích đầy đủ.
1.4. HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Lý do phải làm mát cho động cơ ?
- Phân tích chọn hệ thống làm mát (kiểu kín hay hở, đối với ô tô thường làm
mát kiểu 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).
- Chọn loại nước làm mát ?
- Làm mát piston bằng ? làm mát vòi phun bằng ?
- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và chú thích liên quan.

1.5. HỆ THỐNG BÔI TRƠN
- Lý do phải bôi trơn cho động cơ khi hoạt động, khi đứng yên ?
- Phân tích chọn hệ thống bôi trơn
- Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm

1.6. HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
- Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống khởi động động cơ ?
- Chọn hệ thống khởi động, lý do ?
- Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và chú thích

1.7. ĐỘNG CƠ MẪU
Bảng1-1: Đặc điểm kỹ thuật của động cơ mẫu (3 động cơ)

T
T

1

Đặc điểm kĩ thuật

2

Số xilanh (cái)

3

Công suất cực đại (mã
lực/rpm)

4

Mô men xoắn cực đại
(Nm/rpm)

5

Sử dụng nhiên liệu

Dung tích xilanh (cm3)

Động cơ mẫu

Ghi chú


6

Tốc độ tối đa (km/h)

7

Tiêu thụ nhiên
liệu (city,L/100km)

8

Tiệu thụ nhiên
(highway,L/100km)

liệu

9

Tiệu thụ nhiên liệu
(combined,L/100km)

1.8. KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ

1, Đường kính của xylanh (D)

D=3

4 ⋅ Ne ⋅ z
π ⋅ k D ⋅ pe ⋅ n ⋅ i

[mm]

2, Hành trình của piston (S)

S = kD ⋅ D

[mm]

3, Dung tích công tác của xylanh (VS)

π ⋅ D2
VS =
⋅S
4

[mm3]

1.9. TỔNG HỢP THÔNG SỐ CƠ BẢN
Bảng 1-2 . Tổng hợp các thông số cho trước và lựa chọn

TT

1

Tên

Ký

Đơn

Trị

thông số

hiệu

vị

số

Nen

kW

Công suất danh nghĩa

Tài
liệu
tham
khảo


2

Tốc độ quay danh nghĩa

nn

3

Hệ số kỳ

Z

4

Số xy lanh

i

Cái

5

Áp suất khí nạp

pk

bar

6

Áp suất khí quyển

P0

bar

7

Nhiệt độ khí quyển

T0

0

8

Độ ẩm tương đối của không khí

ϕ0

%

9

Hàm lượng C trong nhiên liệu

C

10

Hàm lượng H2 trong nhiên liệu

H

11

Hàm lượng S trong nhiên liệu

S

12

Hàm lượng O2 trong nhiên liệu

O2

13

Phân tử lượng của nhiên liệu

µf

Kg/kmol

14

Nhiệt trị của nhiên liệu

H

KJ/kg

15

Hệ số dư lượng không khí

λ

16

Hệ số khí sót

γr

17

Mức độ làm mát khí nạp

∆Tm

18

Hệ số Kpa (………………………..)

Kpa

19

Tổn thất áp suất trong bình làm mát khí nạp

∆p m

20

Hệ số Kpr (……………………)

Kpr

21

Nhiệt độ khí sót

Tr

22

Mức độ sấy nóng khí mới

23

Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt

λ1

24

Hệ số nạp thêm

λ2

25

Tỷ số nén

ε

26

Chỉ số nén đa biến trung bình

n1

27

Chỉ số dãn nở đa biến trung bình

n2

28

Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z

ξz

29

Hệ số điền đầy đồ thị

Kpi

∆Tk

rpm

K

bar

K

0

C


30

Hiệu suất cơ học

ηm

31

Tỷ số động học

KD

…

…

Bảng 1-3 . Tổng hợp kết quả tính.
Tên

TT

thông số

Đơn

Ký
hiệu

vị

1

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

L0

kg/kg

2

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

M0

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

L1

kg/kg

6

Số kmol HHC ứng với 1 kg nhiên liệu

M1

kmol/kg

7

Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén

Ma

kmol/kg

8

Số kmol MCCT tại thời điểm cuối qua trình nén

Mc

kmol/kg

9

Hàm lượng CO2 trong sản phẩm cháy

MCO2 kmol/kg

10

Hàm lượng H2O trong sản phẩm cháy

MH2O kmol/kg

11

Hàm lượng SO2 trong sản phẩm cháy

MSO2 kmol/kg

12

Hàm lượng O2 trong sản phẩm cháy

MO2

kmol/kg

13

Hàm lượng N2 trong sản phẩm cháy

MN2

kmol/kg

14

Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 kg nhiên liệu

M2

kmol/kg

15

Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết

β0

-

16

Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z

βz

-

17

Nhiệt độ khí nạp

Tk

18

Mật độ khí nạp

ρk

kg/m3

19

Áp suất cuối quá trình nạp

pa

bar

20

Áp suất khí sót

pr

bar

0

K

Kết quả


Nhiệt độ cuối quá trình nạp

22

Hệ số nạp

23

Áp suất cuối quá trình nén

pc

24

Nhiệt độ cuối quá trình nén

Tc

25

Hệ số tăng áp suất

ψ

26

Nhiệt độ tại điểm z

Tz

27

Áp suất cuối quá trình dãn nở

pb

28

Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở

Tb

29

Áp suất chỉ thị trung bình

pi

bar

30

Áp suất có ích trung bình

pe

bar

31

Hiệu suất chỉ thị

Ta

0

21

ηv

K

bar
0

K

0

K

bar
0

K

ηi

-

32

Hiệu suất có ích

ηe

-

33

Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị

gi

g/kW.h

34

Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích

ge

g/kW.h

35

Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ

Ge

kg/h

36

Đường kính của xylanh

D

mm

37

Hành trình của piston

S

mm

38

Dung tích công tác của xylanh

VS

cm3

39

Tổng nhiệt đưa vào động cơ trong 1đơn vị thời gian

QT

kW

40

Phần nhiệt biến thành cơ năng có ích

Qe

kW

41

Tổn thất nhiệt do làm mát

Qm

kW

42

Tổn thất nhiệt theo khí xả

Qx

kW

43

Tổn thất còn lại

Qcl

kW

…

…

2. TÍNH CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
Ơ

2.1. TÍNH MÔI CHẤT CÔNG TÁC

Môi chất công tác (MCCT) là những chất tham gia vào quá trình đốt cháy nhiên
liệu, sau đó tiếp nhận nhiệt năng sinh ra trong quá trình nhiên liệu cháy và dãn nở để
tạo ra cơ năng. Tính MCCT là một trong những công đoạn đầu tiên trong quy trình
tính toán chu chu trình nhiệt động của ĐCĐT. Thông thường, người ta xác định số
lượng MCCT cần thiết tương ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu - 1 kg nhiên liệu
lỏng hoặc 1 kmol (hoặc 1 m3) nhiên liệu khí.
2.1.1. Lượng không khí
Không khí được đưa vào không gian công tác của ĐCĐT nhằm 2 mục đích : đốt
cháy nhiên liệu và quét buồng đốt.
Lượng không khí cần thiết để đốt cháy một đơn vị số lượng nhiên liệu được xác
định trên cơ sở cân bằng khối lượng các phương trình phản ứng hoá học mô tả quá
trình cháy nhiên liệu như sau :
•

Trường hợp cháy hoàn toàn nhiên liệu lỏng :
C

+

2H2 +
S
•

+

O2
O2
O2

=

CO2

(2.1-1a)

= 2H2O

(2.1-1b)

=

SO2

(2.1-1c)

Trường hợp cháy hoàn toàn nhiên liệu khí :

m r
m

C n H m Or +  n + − O2 = nCO2 + H 2O
4 2
2


(2.1-1d)

Nếu kí hiệu c, h, s và o f là hàm lượng tính theo khối lượng của carbon (C),
hydro (H2), lưu hùynh (S) và oxy (O 2) có trong nhiên liệu lỏng ; kí hiệu C nHmOr là hàm
lượng tính theo thể tích của mỗi loại khí có trong nhiên liệu khí, ta có các phương trình

cân bằng khối lượng các phương trình phản ứng hoá học (2.1-1) như sau :
•

•

Trường hợp nhiên liệu lỏng tính bằng kg :

8
11
c[ kg ]C + c[ kg ]O2 = c[ kg ]CO2
3
3

(2.1-2a)

h[ kg ]H 2 + 8h[ kg ]O2 = 9h[ kg ]H 2O

(2.1-2b)

s[ kg ]S + s[ kg ]O2 = 2 s[ kg ]SO2

(2.1-2c)

Đối với nhiên liệu lỏng tính bằng kmol :
c
c
c[ kg ]C +
[ kmol ]O2 =
[ kmol ]CO2
12

12

(2.1-2d)

h
h
h[ kg ]H 2 + [ kmol ]O2 = [ kmol ]H 2O
4
2

(2.1-2e)


s[kg ]S +
•

s
s
[kmol ]O2 =
[kmol ]SO2
32
32

(2.1-2f)

Đối với nhiên liệu khí :

m r

1[ kmol ]C n H m Or +  n + − [kmol ]O2 =

4 2

n[kmol ]CO2 +

m
[kmol ]H 2 O
2

(2.1-2g)

Từ các phương trình (2.1-2) ta có :
•

Số kg oxy lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng :

8
O0 = c + 8h + s − o f
3
•

(2.1-3a)

Số kmol oxy lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng :

O0 =
•

[kg/ kg]

c h s of

+ +
−
12 4 32 32

[kmol/ kg]

(2.1-3b)

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

m r

O0 = ∑ n + − Cn H m Or [kmol/kmol]
4 2


(2.1-3c)

Vì hàm lượng của oxy trong không khí là 0,23 % tính theo khối lượng hoặc 21
% tính theo thể tích, ta có :
•

Số kg KK lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu (L0) :

L0 =
•

1 8

⋅ ⋅c + 8⋅h + s − of 

0,23  3


[kg/kg]

(2.1-4)

Số kmol KK lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu (M0 )
- Đối với nhiên liệu lỏng

M0 =

1  c h s of 

⋅ + +
−
0,21  12 4 32 32 

[kmol/kg]

(2.1-5a)

[kmol/kmol]

(2.1-5b)

- Đối với nhiên liệu khí :

M0 =

1
m r

 n + − C n H m Or
∑
0,21 
4 2


Để đảm bảo cho nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn thì lượng không khí thực
tế nạp vào không gian công tác của xylanh phải bằng hoặc lớn hơn lượng không khí lí
thuyết cần thiết (L0) được xác định bằng phương pháp trình bày ở trên. Mặt khác,
trong hoạt động thực tế của động cơ xăng và động cơ ga, có những chế độ làm việc
yêu cầu L < L0 . Như vậy, L có thể lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn L0.
Lượng không khí thực tế cần thiết được xác định như sau :
•

Số kg không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (L)
L = λ . L0

•

[kg/kg]

(2.1-6)

Số kmol không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (M )
M = λ . M0

[kmol/ kg]

(2.1-7)

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
•

[kg/kg]

(2.1-8)

Số kmol hỗn hợp cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu (M1)

Hỗn hợp cháy (HHC) bao gồm không khí và nhiên liệu. Ở động cơ diesel chạy
bằng nhiên liệu lỏng, HHC được hình thành bên trong không gian công tác của xylanh
khi nhiên liệu được phun vào ở cuối hành trình nén. Thể tích nhiên liệu lỏng là rất nhỏ
so với thể tích của không khí nên khi tính số kmol HHC ở động cơ diesel chạy bằng
nhiên liệu lỏng, người ta thường bỏ qua thể tích của nhiên liệu. Với giả định như vậy,
số kmol HHC ứng với 1 kg nhiên liệu lỏng ở động cơ diesel được coi như bằng số
kmol không khí :

M1 = λ . M0

[kmol/kg]

(2.1-9a)

Ở động cơ xăng, HHC được hình thành từ bên ngoài không gian công tác của
xylanh, nên nếu xét về thể tích, ngoài thể tích không khí còn có thể tích hơi của 1 kg
nhiên liệu, vì vậy :

M1 = λ ⋅ M 0 +

1
µf

trong đó, µf là phân tử lượng của nhiên liệu.

[kmol/kg]

(2.1-9b)


Trong trường hợp động cơ chạy bằng nhiên liệu khí, M 1 được xác định bằng
công thức :

M1 = 1 + λ.M0
•

[kmol/kmol]

(2.1-9c)

Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (Ma)

MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén bao gồm HHC và khí sót, như vậy :

Ma = M1 + Mr = M1 ( 1 + γr ) [kmol/kg]
•

(2.1-10)

Số kmol MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (Mc)

MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (M c) cũng bao gồm HHC và khí sót,
nhưng có số lượng nhỏ hơn lượng MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (M a) do lọt
khí qua khe hở giữa piston và xylanh. Tuy nhiên, lượng khí lọt thường rất nhỏ trong
trường hợp động cơ có tình trạng kỹ thuật tốt, nên khi thiết kế sơ bộ có thể coi M c =
Ma :

Mc = M1 ( 1 + γr )

[kmol/kg]

(2.1-11)

2.1.3. Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy hoàn toàn
Khi tính toán MCCT, nhiên liệu được coi là sẽ cháy hoàn toàn khi có đủ hoặc
dư không khí (λ ≥ 1) và cháy không hoàn toàn khi λ < 1.
Sản phẩm cháy hoàn toàn bao gồm dioxide carbon (CO2), hơi nước (H2O), oxyt
lưu huỳnh (SO2), oxy dư (O2) và nitơ có trong không khí (N2). Kí hiệu M2 là số kmol
sản phẩm cháy , M CO2 , M H 2O , M SO2 , M O2 , M N 2 là số kmol các chất khí CO 2, H2O,
SO2 , O2 và N2 có trong sản phẩm cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu, căn cứ
vào phương trình (2.1-2) ta có :
•

Đối với nhiên liệu lỏng

M CO2 =

c
12

[kmol/kg]

(2.1-12a)

M H 2O =

h
2

[kmol/kg]

(2.1-12b)

M SO2 =

s
32

[kmol/kg]

(2.1-12c)

M O2 = 0,21 ⋅ ( λ − 1) ⋅ M 0

[kmol/kg]

(2.1-12d)

M N 2 = 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0

[kmol/kg]

(2.1-12e)

( M 2 ) λ≥1 = ∑M i =λ⋅ M 0 + h +
4

of
32
[kmol/kg]

•

(2.1-13)

Đối với nhiên liệu khí

M CO2 = ∑ n ⋅ Cn H mOr

[kmol/kmol]

(2.1-14a)

m
⋅ Cn H mOr
2

[kmol/kmol]

(2.1-14b)

M O2 = 0,21 ⋅ ( λ − 1) ⋅ M 0

[kmol/kmol]

(2.1-14c)

M N2 = 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0 + N 2

[kmol/kmol]

(2.1-14d)

M H 2O = ∑

trong đó N2 là hàm lượng tính theo thể tích của nitơ có trong nhiên liệu khí.

( M 2 ) λ≥1 = 1 + λ ⋅ M 0 + ∑  m + r − 1 ⋅ Cn H mOr
4

2



(2.1-15)

2.1.4. Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn
Trong trường hợp λ < 1, do thiếu oxy nên một phần C và H 2 không được oxy
hoá hoàn toàn thành CO2 và H2O và trong sản phẩm cháy sẽ có thêm CO và H2. Kết
quả phân tích thành phần sản phẩm cháy không hoàn toàn ở ĐCĐT cho thấy rằng : tỷ
số giữa hàm lượng hydro chưa cháy M H 2 và hàm lượng oxyt carbon (MCO) có trong

(

)

sản phẩm cháy hầu như không đổi và không phụ thuộc vào hệ số dư lượng không khí
M H2
K=
(λ). Kí hiệu tỷ số này là K, ta có :
(2.1-16)
M CO
Trị số của K phụ thuộc chủ yếu vào tỷ số giữa hàm lượng hydro (h) và hàm
lượng carbon (c) của nhiên liệu. K ≈ 0,3 với nhiên liệu có h/c = 0,13 ; K = 0,45 ÷ 0,50
với nhiên liệu có h/c = 0,17 ÷ 0,19.
•

Lượng CO2 và CO


Phương trình phản ứng hoá học giữa C và O2 và phương trình cân bằng khối
lượng trong điều kiện thiếu oxy có dạng như sau :

2C + O2 = 2CO

(2.1-17a)

24[kg ]C + 32[kg ]O2 = 56[kg ]CO

(2.1-17b)

24[ kg ]C +1[ kmol ]O2 = 2[ kmol ]CO

(2.1-17c)

4
7
1[ kg ]C + [kg ]O2 = [kg ]CO
3
3

(2.1-17d)

1[kg ]C +

1
1
[kmol ]O2 = [kmol ]CO
24
12

(2.1-17e)

Kí hiệu ϕC là phần carbon bị oxy hoá thành CO, ta có :

hoặc

4
7
ϕC ⋅ c[kg ]C + ϕC ⋅ c[kg ]O2 = ϕC ⋅ c[kg ]CO
3
3

(2.1-18a)

ϕC ⋅ c
ϕ ⋅c
[kmol ]O2 = C [kg ]CO
24
12

(2.1-18b)

ϕC ⋅ c[kg ]C +

Khi toàn bộ số C trong nhiên liệu cháy thành CO 2 và CO thì từ các phương
trình (2.1-2d) và (2.1-18b), tổng số sản phẩm cháy C sẽ là :

M CO2 + M CO =
•

c

ϕ ⋅c c
(1 − ϕC ) + C
=
12
12
12

[kmol/kg]

(2.1-19)

Lượng H2O và H2

Kí hiệu ϕH là phần H2 chưa cháy và (1 - ϕH) là phần H2 cháy thành H2O, từ
phương trình (2.1-2e) ta có :

(ϕH −1) ⋅ h[kg ]H 2 +

1 −ϕH
1 −ϕH
⋅ h[kmol ]O2 =
⋅ h[kmol ]H 2O
4
2
(2.1-20)

Lượng H2 có trong sản phẩm cháy :

M H2 =

ϕH
⋅h
2

[kmol/kg]

(2.1-21)

[kmol/kg]

(2.1-22)

Tổng lượng H2O và H2 có trong sản phẩm cháy :

M H 2O + M H 2 =
•

1− ϕH
ϕ
h
⋅h+ H ⋅h =
2
2
2

Tổng lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn


( M 2 ) λ<1
=

•

= M CO2 + M CO + M H 2O + M H 2 + M N 2

c h
+ + 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0
12 2

[kmol/kg]

(2.1-23)

Lượng oxy cần thiết trong trường hợp cháy không hoàn toàn

c
= M CO2
12

Để đốt cháy C thành CO2 :

(1 − ϕC ) ⋅

Để đốt cháy C thành CO :

ϕC ⋅ c M CO
=
24
2

(2.1-24b)

h M H 2O
=
4
2

(2.1-24c)

Để đốt cháy H2 :
•

(1 − ϕH ) ⋅

Tổng lượng oxy cần thiết trong trường hợp cháy không hoàn toàn

M CO2 +

M H 2O
o
M CO
+
= 0,21 ⋅ λ ⋅ M 0 + f
2
2
32
c
h of  of
= λ⋅
+
12 4 − 32 

 + 32



•

(2.1-24a)

(2.1-25)

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

M CO2 =

c
− M CO
12

M H 2O =

h
h
− M H 2 = − K ⋅ M CO
2
2

[kmol/kg]

(2.1-26)

[kmol/kg]

(2.1-27)

Thay (2.1-26) và (2.1-27) vào (2.1-25) ta có :

 c h o  o
M
c
1h

− M CO + CO +  − K ⋅ M CO  = λ ⋅  + − f  + f
12
2
22

 12 4 32  32
hoặc

c h o  M
c h of
+ −
− λ ⋅  + − f  = CO ⋅ (1 + K )
12 4 32
2
 12 4 32 

hoặc

0,21(1 − λ ) ⋅ M 0 =

M CO
⋅ (1 + K )
2

(2.1-28)

(2.1-29)


Từ các phương trình (2.1-26), (2.1-7), và (2.1-29) ta có :

1−λ
⋅M0
1+ K

[kmol/kg]

(2.1-30)

c
1− λ
− 0,42 ⋅
⋅M0
12
1+ K

[kmol/kg]

(2.1-31)

[kmol/kg]

(2.1-32)

[kmol/kg]

(2.1-33)

[kmol/kg]

(2.1-34)

M CO = 0,42 ⋅
M CO2 =

M H 2 = 0,42 ⋅ K ⋅
M H 2O =

1− λ
⋅ M0
1+ K

h
1− λ
− 0,42 ⋅ K ⋅
⋅M0
2
1+ K

M N 2 = 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0
2.1.5. Hệ số biến đổi phân tử

So sánh các biểu thức (2.1-9) với (2.1-13), (2.1-15) và (2.1-23) ta thấy rằng số
kmol hỗn hợp cháy (M1) và số kmol sản phẩm cháy (M2) không bằng nhau. Nếu kí
hiệu ∆M là đại lượng đánh giá sự thay đổi số kmol của MCCT trước và sau khi nhiên
liệu cháy, ta có
•

Đối với động cơ diesel, từ biểu thức (2.1-13) và (2.1-9a) :

o
h of
h+ f
∆M = ( M 2 ) λ >1 − M 1 = λ ⋅ M 0 + +
− λ ⋅ M0
8
=
4 32
4
[kmol/kg]
•

Đối với động cơ xăng khi λ >1, từ biểu thức (2.1-13) và (2.1-9b) :

∆M = ( M 2 ) λ >1 − M 1 = λ ⋅ M 0 +

=
•

(2.1-35a)

h+

h o f 
1 
+
− λ ⋅ M0 +
4 32 
µ f 

of

8 − 1
4
µf

[kmol/kg]

(2.1-35b)

Đối với động cơ xăng khi λ < 1, từ biểu thức (2.1-23) và (2.1-9b) :

∆M = ( M 2 ) λ <1 − M 1 =


c h
1 
+ + 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0 −  λ ⋅ M 0 +


12 2
µ f 



= 0,21 ⋅ (1 − λ ) ⋅ M 0 +

h+

of

8 − 1
4
µf

[kmol/kg]

(2.1-35c)

Các biểu thức (2.1- 35a), (2.1-35b) và (2.1-35c) cho thấy rằng : khi đốt cháy
nhiên liệu lỏng, số kmol (phân tử) sản phẩm cháy nhiều hơn so với số kmol hỗn hợp
cháy (∆M > 0). Hiện tượng này làm tăng áp suất sau khi cháy nếu giữ thể tích không
đổi hoặc làm tăng thể tích nếu giữ áp suất không đổi.
•

Đối với nhiên liệu khí với λ ≥ 1, từ biểu thức (2.1-9c) và (2.1-15) :

m r 
∆M = ∑  + − 1 ⋅ Cn H mOr

4 2 

[kmol/kmol] (2.1-35d)

Từ (2.1-35d) thấy rằng : ∆M phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tử của các nguyên
tố hoá học có trong các chất khí CnHmOr và ∆M có thể lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn 0.
• Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết (β 0) - Sự thay đổi số kmol của MCCT sau
khi nhiên liệu cháy so với trước khi cháy được đánh giá bằng đại lượng gọi là Hệ số
biến đổi phân tử lí thuyết :

β0 =

M 2 M 1 + ∆M
∆M
=
= 1+
M1
M1
M1

(2.1-36a)

Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết ở động cơ diesel :

h+

of
8

(2.1-36b)

β0 = 1+ 4
λ ⋅M0
Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết ở động cơ xăng khi λ ≥ 1 :

h+

( β 0 ) λ ≥1

of

8 − 1
4
µf
= 1+
1
λ ⋅M0 +
µf

Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết ở động cơ xăng khi λ < 1 :

(2.1-36c)


( β 0 ) λ <1 = 1 +

0,21 ⋅ (1 − λ ) ⋅ M 0 +

λ ⋅M0 +

h+

of

8 − 1
4
µf

(2.1-36d)

1
µf

Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết ở động cơ ga :

β0 = 1 +
•

∆M
λ ⋅ M0 +1

(2.1-36e)

Hệ số biến đổi phân tử thực tế (β x )

Ở ĐCĐT thực tế, MCCT tại thời điểm trước quá trình cháy bao gồm hỗn hợp
cháy (M1) và khí sót (Mr). Sau khi cháy, M1 chuyển thành M2, còn Mr không đổi. Tỷ số
giữa số MCCT sau và trước khi cháy được gọi là Hệ số biến đổi phân tử thực tế :

βX =

M 1 + M r + ∆M X M 1 ⋅ (1 + γ r ) + ∆M X
=
M1 + M r
M 1 ⋅ (1 + γ r )

∆M X
M 2 − M1
⋅x
⋅x
( β − 1) ⋅ x
M1
M1
=1+
=1+
=1+ 0
1+ γ r
1+ γ r
1+ γ r

(2.1-37)

trong đó x là phần nhiên liệu đã bốc cháy tính từ đầu quá trình cháy đến thời điểm
đang xét. Nếu coi z là thời điểm kết thúc quá trình cháy, khi đó x =1 và hệ số biến đổi
phân tử thực tế tại z sẽ bằng :

βZ = 1+

β0 −1
1+ γ r

2.2. QUÁ TRÌNH NẠP - XẢ

(2.1-38)


a)
p

0

p
,T

,T

0

b)
0

p

0

N

T

p s,T

r

s

b
a

LM

c)
p

k

,T

k

p

K

x

,T

x

§ CT

§ CT V

p

X

b
a

r
§CT

§CT V

H. 2.1-1. Một số thông số đặc trưng của quá trình nạp-xả
a) Sơ đồ hệ thống nạp-xả, b) Quá trình nạp-xả ở động cơ
4 kỳ không tăng áp, c) Quá trình nạp-xả ở động cơ 4 kỳ tăng áp
K- ống góp khí nạp, X - ống góp khí thải. T- turbine khí thải,
N- máy nén khí tăng áp, LM - thiết bị làm mát khí tăng áp.
p0, T0 - áp suất và nhiệt độ khí quyển , ps , Ts - áp suất và nhiệt độ
của khí nạp sau máy nén, pk , Tk - áp suất và nhiệt độ khí mới,
px , Tx - áp suất và nhiệt độ khí thải, pa - áp suất cuối quá trình nạp,
pr - áp suất khí sót.

Như chúng ta đã biết, hoạt động của ĐCĐT có tính chu kỳ, tức là có các chu
trình công tác kế tiếp nhau. Để thực hiện được chu trình công tác tiếp theo, phải xả hết
khí thải ra khỏi không gian công tác của xylanh rồi nạp vào đó khí mới. Quá trình nạp