TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG tác TRONG ĐỘNG cơ đốt TRONG

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

NHẬN XÉT , ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN :

Kết quả đánh giá :
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
......................................................................................................... .
GIÁO VIÊN BẢO VỆ :........................................................................................................................................

Kết quả đánh giá :
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................

.................................................................................................... .

1


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Thứ tự
Mục lục
Phần I -Tính toán chu trình công tác của động cơ đốt trong.
-Tình tự tính toán.
+ số liệu ban đầu của phần tính nhiệt.
+ các thông số cần chọn.
-Tính toán các quá trình công tác.
+ tính toán quá trình nạp.
+ tính toán quá trình nén.
+ tính toán quá trình giản nở.
+ tính toán quá trình công tác.
-Vẽ và hiệu đính đồ thị công
Phần II -Tính toán động học, động lực học
-Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học.
+ đường biểu diển hành trình của Piston x= f ( α )
+ đường biểu diển tốc độ của Piston v= f ( α )
+ đường biểu diễn gia tốc của Piston j= f ( x )
-Tính toán động lực học.
+ các khối lượng chuyển động tịnh tiến.
+ các khối lượng chuyển động qoay.
+ lực quán tính.

trang

03
03
03
03
06
06
08
12
14
18
21
21
21
21
22

+ vẽ đường biểu diễn lực quán tính –pj = f ( x ) .

23
23
24
25
25

+ đường biểu diễn v= f ( x ) .

27

+ khai triển đồ thị công P-V thành Pkt= f ( α ) .
+ khai triển đồ thị Pj = f ( x ) thành Pj = f ( α ) .

28

+ vẽ đồ thị P ∑ = f ( α ) .

29
29

+ vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T= f ( α ) và Z = f ( α ) .
+ vẽ đường biểu diễn ∑ T = f ( α ) của động cơ nhiều xilanh.

31

+ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
+ đồ thị biểu diễn Q= f ( α ) .

37
38

PhầnIII -Tính kiểm nghiệm bền chi tiết chính
-Tính kiểm nghiệm bền đỉnh Piston
-Tính kiểm nghiệm bền đầu Piston
2
-Tính kiểm nghiệm bền thân Piston
- Tài liệu tham khảo

34

41
42

44
46
38


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

PHẦN I :TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC
TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
I) Trình tự tính toán:
1.1 /Số liệu ban đầu của phần tính toán nhiệt:
1- Kiểu dộng cơ : Động cơ xăng, một hang xilanh, không tăng áp(kí hiệu: YAZ -1)
2- Số kỳ τ :

τ =4

3- Số xilanh i:

i= 4

4- Thứ tự nổ: 1-3-4-2
5- Hành trình của Piston S: S =92 (mm)
6- Đường kính xi lanh D:

D =92( mm)

7- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1 ; α2 : α1 =10 0 α2 =400
8- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải β1 ; β 2 : β1 =400 β 2 =100
9- Góc đánh lửa sớm ϕi :

ϕi = 120

10- Chiều dài thanh truyền ltt :

ltt =172,35 (mm)

11- Công suất của động cơ Ne:

Ne = 75

12- Số vòng quay của trục khuỷu n:

n =4000 (vg/ph)

13- Suất tiêu hao nhiên liệu ge :

ge =280 (g/ml.h) .

14- Tỷ số nén ε:

ε =6,7

15- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt: mtt = 1
16- Khối lượng nhóm pitton mpt:

( m.l)

(kg)

mpt =0,75 (kg).

17- Dung tích công tác Vh :
Vh =

π .0,922.0.92
=
= 0,61158 (lít)
4

1.2 /Các thông số cần chọn :
1 /Áp suất môi trường :pk
Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào đông cơ (với đông cơ
không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn p k =p0
Ở nước ta nên chọn pk =p0 = 0,1 (MPa)
2 /Nhiệt độ môi trường :Tk
3


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm ở nước ta
Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước
xupáp nạp nên :
Tk =T0 =24ºC =297ºK
3 /Áp suất cuối quá trình nạp :pa
Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tính năng
tốc độ n ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét đông cơ
đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa. Thông thường chọn áp suất cuối quá trình nạp
pa = (0.8 ÷ 0,9).pk

trọng phạm vi :

(MPa).

Áp suất cuối quá trình nạp ta lấy pa =0,838.pk =0,838.0,1 = 0,0838 (MPa)
4 /Áp suất khí thải P

:

Áp suất khí thải cũng phụ thuộc vào các thông số như pvà có thể chọn trong
pr =(1,05 ÷ 1,15).pk

phạm vi:

(MPa)

Và ta chọn:
p= 1,132.0,1 =0,1132

(MPa)

5/Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T
Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành hổn
hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh. Đối với động cơ xăng ta đang xét ∆T trong
∆T = (00 C ÷ 200 C )

khoảng
Và ta chọn:

∆T = 20C

6/Nhiệt độ khí sót (khí thải) T
Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đông cơ.Nếu quá trình giản nở càng
triệt để ,Nhiệt độ T càng thấp, thông thường chọn Tr =700 ÷ 1000 0 K .
Và ta chọn :
T =950 ºK
7 /Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ :
Hệ số hiệu định tỉ nhiệt λ được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu
định .Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau :

4


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

α
λ

0,8
1,13

1,0
1,17

1,2
1,14

1,4
1,11

Ở đây ta chọn λ =1,11

8 /Hệ số quét buồng cháy λ :
Vì ta đang tính toán với động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =1
9 /Hệ số nạp thêm λ
Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí .Thông thường ta có thể chọn
λ =1,02÷1,07 .
Và ta chọn : λ =1,023
10 /Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ, thể
hiện lượng nhiệt phát ra đả cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt hoàn toàn
1kg nhiên liệu. Đối với động cơ xăng ta đang xét thông thường chọn trong khoảng
ξ =0,85 ÷ 0,92

Kinh nghiệm sau đây :
Và ta chọn

ξ=0,85

11/Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ
điezel,ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ . Thông thường chọn trong khoảng : ξ=0,85 ÷ 0,95
Do đây là động cơ xăng nên ta chọn :
ξ=0,892
12 /Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ :
Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu
trình công tác thực tế .Sự sai lệch giửa chu trình thực tế với chu trình tính toán của
động cơ xăng ít hơn của động cơ vì vậy hệ số φ của động cơ xăng thường chọn hệ số
lớn. Nói chung có thể chọn trong phạm vi: φ =0,92 ÷ 0,97
Và ta chọn:

φ =0,93

II )Tính toán các quá trình công tác :
5


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

2.1 .Tính toán quá trình nạp :
1 /Hệ số khí sót γ :
Hệ số khí sót γ được tính theo công thức :
γ

= ..

Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5
Chọn m =1,45
1.(297 + 2) 0,1132
.
.
950
0,
0838
=

γr

1
1
1,45

 0,1132 
6, 7.1, 023 − 1,11. 
÷
 0, 0838 

= 0,0775
2 /Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức:
T =

( ºK )

 1,45−1 


÷
0.0838
 1,45  ÷
 ( 297 + 2 ) + 1,11.0, 0775.950. 
 0,1132 ÷

÷


÷
T = 
1 + 0.0775

÷


÷
÷



=

346,6 ( ºK )

3/)Hệ số nạp η :
η =

η

=
=

. . .

1


1
297 0, 0838 
 0,1132 1,45 
.
.
. 6, 7.1, 023 − 1,11.1. 
÷
6, 7 − 1 297 + 2 0,1 

 0, 0838  



0,8015
6


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

4/)Lượng khí nạp mới M :
Lượng khí nạp mới M được xác định theo công thức sau :
M =

(kmol/kg nhiên liệu)

Trong đó :
p – Áp suất có ích trung bình được xách định theo công thức sau:
p =
=

30.75.4
0, 61158.4000.4

= 0,6765
Vậy :

(MPa)

432.103.0,1.0,8015

280.0, 6765.297

M =

= 0,4527

(kmol/kg nhiên liệu)

5/Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M :
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M được tính theo công
thức :
M

=

C H O
+ − ÷ (kmol/kg nhiên liệu)
 12 4 32 

.

Vì đây là động cơ xăng nên ta chọn C = 0,855 ; H = 0,145 ; O = 0.
M =

 0,855 0,145 0 
+
+ ÷ = 0,5120 (kmol/kg nhiên liệu)
4
32 
 12

.

6/Hệ số dư lượng không khí α
Vì đây là động cơ xăng nên ta có công thức tính α :
α

=

M1 −

1
µnl

Mo

Trong đó : µnl - trọng lượng phân tư của xăng, thông thường µnl =114
7


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

α =

Vậy :

1
114
0,5120

0, 4527 −

= 0,8670

2.2 )Tính toán quá trình nén :
1 /Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí :
= 19,806+0,00209.T =

b
av + T
2

(kJ/kmol.K)

Trong đó: T - Tỷ nhiệt trung bình tuyệt đối T= ( t+273 o)K. Thông thường người ta
thường sử dụng giá trị tỷ nhiệt trung bình trong khoảng từ 00 đến T0 K đang khảo sát.
2 /Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy :
Khi hệ số lưu lượng không khí α <1 tính theo công thức sau :
1
2

= (17,997 + 3,504 α ) + .(360,34 + 252,4 α ). 10−5 T

(kJ/kmol.K)

3/Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp :
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hh trong quá trình nén tính theo công
thức sau :
=

=
=

bv'
a + T
2
'
v

+ T

Trong đó :
a' =
b' =
Thay số vào ta có :
a' = 19,894 ; b' = 0,0043
4/ Chỉ số nén đa biến trung bình n:

8


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào vào rầt nhiều thông số kết cấu và thông
số vận hành như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải,trạng thái
nhiệt độ của động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau :
Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng.
Chỉ số nén đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau :
n-1 =
Chú ý :thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng 1,340÷1,390

Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,400 ÷ 1,410→ (theo sách Nguyên Lý
Động Cơ Đốt Trong - trang 128 )
Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán cho đến khi nao thõa mãn điều kiện bài
toán :thay n vào VT và VP của phương trình trên và so sánh,nếu sai số giữa 2 vế của
phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu.
8,314
n-1 = 19,894 + 0, 0043 346, 6 6, 71,375−1 + 1 =
2

(

)

8,314
19,894 + 0, 7452.(ε n −1 + 1)

Sau khi thay các giá trị của n trong khoảng kinh nghiệm đả có vào công thức trên ta
thấy n =1,3750 thõa mãn điều kiện bài toán.
5 /Áp suất cuối quá trình nén P :
Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức :
P = P. εn1 = 0,0838. 6,71,375

= 1,1458 (MPa)

6 /Nhiệt độ cuối quá trình nén T
Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức
T = T. ε n1−1

= 346,6 . 6,71,375 -1 = 707,2

( ºK )

7 /Lượng môi chất công tác của quá trình nén M :
Lượng môi chất công tác của quá trình nén M được xác định theo công thức :
M = M+ M = M. (1 + γ r ) = 0,4527. (1 + 0, 0775) = 0,488
2.3 )Tính toán quá trình cháy :
9


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

1 /Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β :
Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức :
β =

=

= 1+

Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:
ΔM = 0,21.(1-α)M + ( + − )
Đối với động cơ xăng ta có: ΔM = 0,21(1 - α ) + ( + -

1
)
µnl

Do đó :

β

H O 1 
0, 21(1 − α ) M 0 +  + −
÷
4 32 η nl 

= 1+
1
αMo +
µnl
1 
 0,145 0
0, 21(1 − 0,867)0,512 + 
+ −
÷
4
32 114 

= 1+
1
0,867.0,512 +
114

= 1,0923
2 /Hệ số thay đổi phân tư thưc tế β: ( Do có khí sót )
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác đinh theo công thức :
β =

=

1, 0923 + 0, 0775
= 1,0857
1 + 0, 0775

3 /Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β : (Do cháy chưa hết )
Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo công thức :
β=1+ .χ
Trong đó:
χ =

=

0,85
= 0,9529
0,892

10


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Vây :

βz =1+

1, 0923 − 1
.0,9529 = 1,0816
1 + 0, 0775

4 /Lượng sản vật cháy M :

Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức :
M= M +ΔM = β. M = 1,0923.0,4527 = 0,4945
5 /Nhiệt độ tại điểm z T :
* Đối với động cơ xăng, tính nhiệt độ tại điểm z T bằng cách giải pt cháy :
ξ z (QH − ∆QH )
+ mc 'v .Tc = β z .mc ''vz .Tz
M 1 (1 + γ r )

Trong đó :
ξ Z : hệ số lợi dụng nhieetjtaij điểm z ξ Z =0,85

Q : là nhiệt trị thấp của nhiên liệu, thông thường có thể chọn :
Q = 44000

( kJ/kgn.l )

∆QH : là nhiệt tổn thất do nhiên liệu cháy không hếtkhi đốt 1kg nhiên

liêu, thông thường có thể xác định ∆QH theo α , khi α <1 thì ∆QH
tính băng công thức sau:
∆QH = 120.103.(1- α ).MO

( kJ/kgn.l)

mcvz'' : là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xách định

theo công thức :

γ 
βO .  χ z + r ÷.mcv" + ( 1 − χ z ) mcv

βO 

=
= a''vz + b''vz . T

γr 
βO .  χ O +
÷+ ( 1 − χ z )
βO 


Với a’’vz=20,9889 và b’’vz=0,00287
Thay các thong số đả có vào biểu thức trên ta được kết quả của TZ = 2538oK
6 /Áp suất tại điểm z p :
Ta có áp suất tại điểm z p được xác định theo công thức :
p =λ. p

( MPa )

Trong đó:
11


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

pc - Áp suất quá trình nén: pc =1,1458
λ - Hệ số tăng áp, được xác định theo công thưc sau:
λ= β.

= 1,0816.

2538
= 3,882
707, 2

Vậy suy ra: pz =3,883.1,1458 = 4,4474
2.4 )Tính toán quá trình giãn nở :
1 /Hệ số giãn nở sớm ρ :
ρ=
Đố với động cơ xăng ta có : ρ = 1
2 /Hệ số giãn nở sau δ :
Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo công thức :
δ=
Vì ρ=1 n ên δ = ε = 6,7
3 /Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n :
Ta có chỉ số giãn nởi đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình cân bằng
sau:
n–1=
Trong đó :
T :là nhiêt trị tại điểm b và được xác định theo công thức :
T=

( ºK )

Q :là nhiệt trị tính toán
Đối với động cơ xăng :

Q*H= Q - ∆QH

(kJ/kg n.l).

QH của xăng = 44000 kJ.kg n.l
Lưu ý: Thông thường để xác định được n2 ta chọn n2 trong khoảng 1,150 ÷ 1,250
(sách Nguyên lý ĐCĐT- Nguyễn Tất Tiến, trang 184) ; Thay n2 vào hai vế của
Phương trình trên và so sánh, nếu sai số giữa 2 vế <0,2% là đạt yêu cầu.
Qua kiệm nghiêm tính toán thì ta chọn đươc n =1,230.Thay n vào 2 vế của phương
trình trên ta so sánh ,ta thấy sai số giữa 2 vế <0,2% nên n chọn là đúng.
4 /Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T :
12


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối trình giản nở Tb:
T=

Tz

δ n2 −1

=

2538
= 1638,7 ( ºK )
6, 71,23−1

5 /Áp suất cuối quá trình giãn nở p :
Áp suất cuối quá trình giãn nở P được xác định theo công thức :
p= =

4, 447
= 0,4286
6, 71,23

(MPa)

6 /Tính nhiệt độ khí thải T :
Nhiệt độ khí thải được tính toán theo công thức:
T = T.

( ºK )

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

Trt − Tr
Trt

.100% =

950 − 1084, 07
= 14,113 < 15%
950

Ta tính được T = 1084,07 ( ºK ).So sánh với nhiệt độ khí thải đã chon ban đầu thõa
mãn điều kiện không vượt quá 15 %.
2.5 )Tính toán các thông số chu trình công tác:
1 /Áp suất chỉ thị trung bình p' :
Đây là đông cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình p' được xác định theo công thức:

 λ 
1 
1 
1 
.  1 − n −1 ÷−
.  1 − n −1 ÷
p' i = . 
 n1 − 1  ε

 n2 − 1  ε
2

1

Qua tính toán thực nghiệm ta tính được:

P' = 0,9287

(MPa)
(MPa)

2 /Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p :
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình
trong thực tế được xác định theo công thức :
pi = p' i .φ = 0,9267.0,93 = 0,8637
3 /Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g :
Ta có công thức suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi :

13

(MPa)


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

432.103.0,8015.0,1
= 298,18 (g/kW.h)
0, 4527.0,8637.297

g= =
4 /Hiệu suất chỉ thi η:

Ta có công thức xác định như sau:
3, 6.103
= 0,2744 %
298,18.44000

η= =
5 /Áp suất tổn thất cơ giới P :

Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và đươc
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 :
V =

=

0,92.4000
= 12,266667
30

(m/s).

Vì đây là đông cơ xăng có τ = 4 ;i =4 ;S/D= 1. Vậy buồng cháy thống nhất sẻ được
tính theo công thức :
P= 0,05 + 0,015.V= 0,05+0,015.12,266667 = 0,1872 (MPa).
6 /Áp suất có ích trung bình P:
Ta có công thức xđ áp suất có ích trung bình thực tế được xđ theo CT :
P = P – P = 0,8637– 0,1872 = 0,6765

(MPa).

Ta có trị số P tính quá trình nạp P (nạp) = 0,67549 và P=0,6765 thì không có sự
chênh lệch nhiều nên có thể chấp nhận được
7 /Hiệu suất cơ giới η :
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:
η=

pe
0, 6765
=
.100% = 0,7833 %
pi
0,8637

8 /Suất tiêu hao nhiên liệu g :
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là:
g=

=

298,18
= 380,69 (g/kW.h)
0, 7833

9 /Hiệu suất có ích η :
Ta có công thức xác định hiệu suất có ích ηe định theo công thức:
η = η .η

= 0,7833.0,2744 = 0,2149
14


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

10 /Kiểm nghiêm đường kính xy lanh D theo công thức :
D=
Mặt khác V = =

(mm )

75.30.4
= 0,61157 ( l )
0, 6765.4.4000

D=

4.0, 61157
=91,02265 (mm)
π .92

Ta có sai số so với số liệu D đề bài là :0,02265<0,1 (mm)
III ) Vẽ và hiệu đính đồ thị công :
Căn cứ vào các số liệu đã tính pr , p , p , p , p ,n, n, ε ta lập bảng tính đường nén và
đường giãn nở theo biến thiên của dung tích công tác V = i.V
V : Dung tích buồng cháy
0, 61158
= 0,1073 ( l )
6, 7 − 1

V = =

Các thông số ban đầu: p = 0 ,1132 MPa ; p = 0,0838MPa; p= 1,1458 MPa
p = 4,447 MPa ; p = 0,4286 MPa
3.1 ) Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén :
- Phương trình đường nén đa biến :
P.V = const
Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường nén thì :
P. V = P .V
P = P. = P. =
n : Chỉ số nén đa biến trung bình n = 1,375
P : Áp suất cuối quá trình nén P = 1,1458 ( MPa)
3.2 ) Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở :
- Phương trình của đường giãn nở đa biến :
15


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

P.V = const

Khi đó x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì :
P. V = P. V

→ P = P.

n : Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n = 1,230
P : Áp suất tại điểm z :

P = 4,447

(MPa)

3.3 ) Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt :
- Vẽ đồ thị P-V theo tỷ lệ xích :

η : 0,4701754
η : 0,022222

- Ta có V = V + V = 0,10729476 + 0,61158 = 0,718809476 ( l )

ε
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,50
3,00
4,00
5,00

6,00
6,70

ε

1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,50
3,00
4,00

Thứ tự
Quá trình nén
Quá trình cháy
µV
µP
µP
ε Vc
Px
Px
0,1073
34,328
1,1458
51,526
4,4474
200
0,13412

42,911
0,8430
37,912
3,3799 151,996
0,16094
51,493
0,6561
29,505
2,7009 121,461
0,18777
60,075
0,5308
23,870
2,2344 100,483
0,21459
68,657
0,4418
19,866
1,8960
85,264
0,26824
85,821
0,3250
14,617
1,4409
64,798
0,32188
102,985
0,2530
11,376

1,1515
51,781
0,42918
137,313
0,1703
7,659
0,8083
36,349
0,53647
171,642
0,1253
5,636
0,6143
27,625
0,64377
205,970
0,0975
4,385
0,4909
22,076
0,71887
230
0,0838
3,489
0,4286
19,274
Bảng 1:tỷ lệ xích đồ thị công trên tọa độ P-V

Thứ tự
ε .Vc

0,10730
0,13412
0,16094
0,18777
0,21459
0,26824
0,32188
0,42918

µV

Quá trình nén
µ p ( P − ko )

Quá trình cháy
µ p ( P − ko )

0,0000
8,5820
17,1640
25,7460
34,3280
51,4930
68,6570
102,985

47,028
33,415
25,008
19,373

15,369
10,120
6,8790
3,1620

195,503
147,498
116,964
95,9860
80,7660
60,3010
47,2840
31,8520

16


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

5,00
6,00
6,70

0,53647
137,313
1,1390
23,1280
0,64377
171,642
-0,1110

17,5780
0,71887
195,672
-1,0000
14,7760
Bảng 2 : tỷ lệ xích đồ thị công trên tọa độ Vc-Po

3.4 ) Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công :
Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piton S là :
μ=

gttS
S
92
=
=
= 0,4701754
gtbdS
gtbdS
195, 6716

Thông số kết cấu động cơ là :
λ= = =

92
= 0,2669
2.172.35

Khoảng cách OO’ là :
0, 2669.46

2

OO’= =

= 6,13867

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

6,13867
= 13,056 ( mm )
0, 4701754

Ta có nửa hành trình của Piston là:
R= =

92
= 46 ( mm )
2

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

46
= 97,83582 ( mm )
0.4701754

3.5 ) Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị :
1 / Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a)
Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β =40 0, bán

kính này cắt đường tròn tại điểm a’ . Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung
cắt đường P tại điểm a . Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường P và trục
tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.
2 / Hiệu định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’)
17


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ điezel ) và
hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng ) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén
lý thuyết P đã tính . Theo kinh nghiệm , áp suất cuối quá trình nén thực tế P’ được xác
định theo công thức sau :
Vì đây là động cơ xăng :
P’ = P + .(0,85 P - P ) = 1,1458 + .( 0,85.4,4474- 1,1458 ) = 2,02396 ( MPa )
Từ đó xác định được tung độ điểm c’trên đồ thị công :
y=

=

2, 02396
= 91,087 (mm )
0.02222

3 / Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ )
Do hiện tương 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 được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn
Brick tại 1 điểm . Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại
điểm c’’. Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’. ta đang xét với đông cơ

xăng nên điểm c” được xác định bởi góc đánh lửa sớm ϕt =120.
4 /Hiệu đính điểm đạt P thực tế
Áp suất p thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như

động

cơ điezel ( đoạn ứng với ρ.V ) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyết như động cơ
xăng. Theo thực nghiệm ,điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền vào khoảng
372° ÷ 375° ( tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở )
Hiệu định điểm z của động cơ xăng :
- Cắt đồ thị công bởi đường 0,85PZmax.
- Xác định điểm z từ góc 12º .Từ điểm O΄trên đồ thị Brick ta xác định góc tương
ứng với 372º góc quay truc khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm . Từ
điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường0,85 P tại điểm z .
- Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở .
0,85PZmax=0,85.4.4474 =3,78029 MPa
Gtbd 0,85PZmax=3,78029/0,02222= 170,00061 (mm) (Trên toa độ V-P)
18


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

5 / Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ )
Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự diễn
ra sớm hơn lý thuyết . Ta xác định điểm b’ bằng cách : Từ điểm O’trên đồ thị Brick
ta xác định góc mở sớm xupáp thải β=10 0,bán kính này cắt đường tron Brick tại 1
điểm.Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’.
6 / Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở : ( điểm b’’ )
Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế P thường thấp hơn áp suất cuối quá trình
giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm . Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác định

được :
P= P + .( P - P ) = 0,1132 + .( 0,4286- 0,1132 ) = 0,2709 (MPa)
Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là :
y= =

0, 2709
= 11,90847591
0, 02222

19

( mm )


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

PHẦN II
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
I ) Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học :
Các đường biểu diễn này đều vẽ trên 1 hoành độ thống nhất ứng với hành trình
piston S = 2R .Vì vậy độ thị đều lấy hoành độ tương ứng với V của độ thị công ( từ
điểm 1.V đến ε.V )
1.1 ) Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau :
1 . Chọn tỉ xích góc : thường dùng tỉ lệ xích ( 0,6 ÷ 0,7 ) ( mm/độ
2 . Chọn gốc tọa độ cách gốc cách độ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm
3 . Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10° ,20° ,…….180°
4 . Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10° ,20° ,…….180°
tương ứng trên trục tung của đồ thị của x = ƒ(α) ta được các điểm xác định
chuyển vị x tương ứng với các góc 10°,20°,…..180°

5 . nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f(α).
Tỷ lệ xích chọn : 0,6 mm/độ
α (độ)

10
20
30
40
50
60

α (độ)

Tỷ lệ
6
12
18
24
30
36

100
110
120
130
140
150
20

Tỷ lệ

60
66
72
78
84
90


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

70
80
90

42
160
48
170
54
180
Bảng 3: tỷ lệ xích x = ƒ(α)

96
102
108

1.2 ) Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) .
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của píton v = f(α). Theo phương pháp đồ
thị vòng .Tiến hành theo các bước cụ thể sau:
1.Vẻ 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 = OO’
3. Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/2 thành
18 phần theo chiều ngược nhau .
4. Từ các điểm chia trên nửa vòng tâm tròn bán kính là 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 bán kính là Rλ/2 tại các điểm a,b,c,….
5. Nối tại các điểm a,b,c,…. Tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piton
thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán kính
R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a,b,c….
Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f(α) trên tọa độ độc cực :
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 :
1.Chọn tỉ lệ xích μ phù hợp trong khoảng 30 ÷ 80 (m/s .mm )
Ở đây ta chọn μ = 80(m/s .mm )
2.Ta tính được các giá trị :
- Ta có góc :
ω= =

π .4000
= 418,879021 (rad /s )
30

- Gia tốc cực đại :
j max = R.ω .( 1 + λ ) = 0,046.418,8792.(1+0,2668988)
= 10225,3212 m/s2
21

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

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

10225,3212
= 127,8165 mm
80

-Gia tốc cực tiểu :
Jmin = –R.ω.( 1– λ ) = -0,046. 418,8792.(1-0.26698)
= -5916,9651

m/s2

Vậy ta được giá trị biểu diễn của j là :
gtbd = =

−5916,9651
= –73,96206 mm
80

-Xác định vị trí của EF :
EF = –3.R.λ.ω = -3.0,046.0,26698.418,8792 = -6462,5341
Vậy giá trị biểu diễn EF là :
gtbd = =

−6462,5341
= -80,78168
80

mm

3. Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = j , từ điểm B tương ứng điểm
chết dưới lấy BD = j , nối CD cắt trục hoành ở E ; lấy EF = –3.R.λ.ω về phía BD Nối
CF với BD ,chia các đoạn này làm 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 = ƒ(x)
II )Tính toán động học :
2.1 )Các khối lượng chuyển động tịnh tiến :
- Khối lượng nhóm piton m = 0,75 Kg
- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston
+ ) Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m có thể tra
trong các các sổ tay ,có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu
hoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ .
+ ) Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiêm sau :
Đối với động cơ ô tô máy kéo:
22


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

m = (0, 275 ÷ 0, 285) mtt
Ta chọn m = 0,275 .m = 0,275.1 = 0,275
Vậy ta xác định đươc khối lương tịnh tiến mà đề bài cho là :
m = m + m = 0,75 + 0,275 = 1,025

(Kg)

2.2 ) Các khối lượng chuyển động quay :
Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm :

-

Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt :
m = (mtt-m1)= 1– 0,275= 0,725

-

Khối lượng của chốt trục khuỷu : m
mch

(d
=π

2
ch

− δ ch2 ) lch
4

ρ

(Kg)

Hình 1 : Xác định khối lượng khuỷu trục
Trong đó ta có :
d : Là đường kính ngoài của chốt khuỷu : 58
δ : Là đường kính trong của chốt khuỷu : 32
l : Là chiều của chốt khuỷu : 46
ρ : Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu
ρ : 7800 Kg/ m = 7,8.10 Kg/ mm

m =π
-

( 58

2

)

− 322 46
4

.7,8.10−6 = 0,6594

Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt : m . Khối lượng này tính gần
23


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

đúng theo phương trình quy dẫn :
m =
Trong đó : m -khối lượng của má khuỷu
mm - khối lượng ly tâm của má khuỷu mm=0,105 Kg
r - bán kính trọng tâm má khuỷu : 60
R -bán kính quay của khuỷu : R = S /2= 92/2 =46 (mm)
mom =

0,105.60
= 0,137 Kg

46

2.3 ) Lực quán tính :
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến :
P = - m.j = -m.R.ω.( cos α + λ.cos 2α ) = -1,025.0,046.418,8792. ( cos α + λ.cos 2α )
Với thông số kết cấu λ ta có bảng tính P :

α (độ)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180

cos α + λ cos2 α
1.26690

1.23561
1.14415
0.99947
0.81239
0.59644
0.36655
0.13756
-0.07715
-0.26690
-0.42445
-0.54648
-0.63345
-0.68913
-0.7197
-0.73258
-0.73524
-0.734
-0.7331

24

Pj = -mj
-10480.954
-10222.109
-9465.4545
-8268.5767
-6720.8466
-4934.3108
-3032.4446
-1138.0549

638.29406
2208.0325
3511.4496
4520.9569
5240.4771
5701.1524
5954.0049
6060.5442
6082.5525
6072.3656
6064.8893


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Bảng4 :giá trị của lực quán tính chuyển động tịnh tiến

2.4)Vẽ đường biểu diễn lực quán tính :
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tolê nhưng
hoành độ đặt trùng với đường p ở đồ thị công và vẽ đường - Pj =ƒ(x) (tức cùng chiều
với j = ƒ(x))
Ta tiến hành theo bước sau :
1 ) Chọn tỷ lệ xích để của Pj là μ (cùng tỉ lệ xích với áp suất p ) (MPa/mm),
tỉ lệ xích μ cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = ƒ(x)
Chú ý :
Ở đây lực quán tính p sở dĩ có đơn vị là MPa (tính theo đơn vị áp suất ) bởi vì
được tính theo thành phần lực đơn vị (trên 1 đơn vị diện tích đỉnh piston )để tạo điều
kiện cho công việc công tác dụng lực sau này của lực khí thể và lực quán tính.
2 ) Ta tính được các giá trị :
- Diện tích đỉnh piston :

F= =

π .0.0922
= 0,006648 ( m )
4

- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực đại :

P= =

1, 025.0, 046.418,879021.(1 +

46
)
172,35 =. 1,57665 Mpa

0, 006648.106

Vậy ta được giá trị biểu diễn là :
gtbd =

gtt Pjmax

µp

=

1,57665
= 70,902353( mm )
0, 0222

-Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực tiểu :
P= =

1, 025.0, 046.418,879021.(1 −
0, 006648.106
25

46
)
172,35 = 0.912341 MPa