đồ án kết cấu tính toán động cơ đốt trong

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

NHẬN XÉT , ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Kết quả đánh giá :
....................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................
GIÁO VIÊN BẢO VỆ :
Kết quả đánh giá :
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

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

1
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

LỜI NÓI ĐẦU
Ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cá nhân cũng
như vận chuyển hành khách , hàng hoá rất phổ biến . Sự gia tăng nhanh chóng số lượng
ôtô trong xã hội , đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo theo nhu cầu đào tạo rất lớn về
nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp ôtô nhất là trong linh vực thiết kế .
Sau khi học xong giáo trình ‘ động cơ đốt trong ’ chúng em được tổ bộ môn giao nhiệm
vụ làm đồ án môn học . Vì bước đầu làm quen với công việc tính toán , thiết kế ôtô nên
không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc.Nhưng với sự quan tâm , động viên , giúp
đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn , cùng giáo viên giảng dạy và các thầy
giáo trong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án trong thời gian
được giao. Qua đồ án này giúp sinh viên chúng em nắm được các lực tác dụng , công suất
của động cơ ... và điều kiện đảm bảo bền của một số nhóm chi tiết ... ôtô , máy kéo . Vì thế
nó rất thiết thực với sinh viên nghành công nghệ kỹ thuật ôtô .
Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh khỏi những
thiếu sót . Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của các thầy
, các bạn để em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn và cũng qua đó rút ra được
những kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá trình học tập và công
tác sau này .

Em xin chân thành cảm ơn !
Vinh ,tháng 4 năm 2016
Sinh viên thực hiện :
Phan Văn Bằng

2
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

CHƯƠNG I
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1
1.1.1

Trình tự tính toán :
Số liệu ban đầu:
1- Kiểu động cơ: xăng
2- Đường kính xilanh: 95 (mm)
3 -Hành trình piston: S = 90 (mm)
4- Số xilanh i = 6
5- Công suất : Ne = 155 (mã lực)
ε
6- Tỷ số nén: = 9,5
7- Số vòng quay định mức: n = 4600 (vòng/phút)

8- Suất tiêu hao nhiên liệu: ge =170 (g/ml.h)
9- Xupap nạp mở sớm

ϕ1 = 120

10- Xupap nạp đóng muộn
11- Xupap thải mở sớm

ϕ2 = 460

ϕ3 = 520

12- Xupap thải đóng muộn

ϕ4 = 180

13- Góc phun sớm nhiên liệu

ϕs = 110

14- Áp suất cuối quá trình nạp
15- Áp suất khí sót

Pr

= 1,15

Pa

= 0,94

kg / cm 2

kg / cm 2

16- Áp suất cuối quá trình nén

Pe

17- Áp suất cuối quá trình cháy

= 21,67

Pz

18- Áp suất cuối quá trình dãn nở

= 68,4
Pb

kg / cm 2

kg / cm 2

= 4,14

kg / cm 2

3
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

19- Trọng lượng nhóm piston ( KG) : 1,05
20- Trọng lượng nhóm thanh truyền Mtt ( kg): 1,45
21- Chiều dài thanh truyền Ltt (mm): 165
Yêu cầu:
- Tính chu trình nhiệt.
- Vẽ đồ thị công P= f (v),
mài mòn.

Pkt

Qc
α
α
= f ( ), đồ thị véc tơ phụ tải TOZ ,
= f( ), đồ thị

- Tính bền thanh truyền.
1.1.2. 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 động cơ pk = p0. Ở
nước ta có thể chọn pk = p0 = 10 kg/cm2 = 0,1 (MPa)
2. Nhiệt độ môi trường: Tk

Nhiệt độ môi trường được lựa chọn theo nhiệt độ bình quân của cả năm.
Tk = T0 = 240C =2970K
3. Áp suất cuối quá trình nạp: pa
Áp suất pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính năng tốc
độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Vì vậy cần xem xét động cơ
đang tính thuộc nhóm nào để lựa chon pa.
Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:
Pa = (0,9 ÷ 0,98).po, chọn pa = 0,94 kg/cm2 = 0,094 (Mpa) động cơ 4 kỳ tăng áp.
4. Áp suất khí thải: pr
Áp suất khí thải cũng phụ thuộc vào các thông số như pa . Áp suất khí thải có thể
chọn trong phạm vi:
Pr =(1,0 ÷ 1,2).po, chọn pr = 1,15 kg/cm2 = 0,115 ( Mpa)
5. Mức độ sấy nóng môi chất

∆T

:

∆T

Mức độ sấy nóng môi chất
chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành khí hỗn
hợp ở bên ngoài hay bên trong xilanh:
Động cơ Xăng :

∆T

= 200÷400C, chọn

∆T

= 20 0C

6. Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr

4
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Nếu quá trình giản nở càng
triệt để thì nhiệt độ Tr càng thấp. Thông thường ta có thể chọn:
Tr =700÷1000 0K, chọn Tr = 8100K
7. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:

λt

Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt được chọn theo hệ số dư lượng không khí
λt
thường có thể chọn
theo khoảng sau : (1,11÷1,17)
chọn

α

để hiệu đính. Thông

λt = 1,17

8. Hệ số quét buồng cháy λ2:
Động cơ tăng áp chọn λ2 =0,95
9. Hệ số nạp thêm λ1:
Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí. Thông thường có thể
chon: λ1 =1,03 ÷ 1,07, chọn λ1 =1,03
10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (

ξz

):

ξz
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( ) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ,
thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy
hoàn toàn 1kg nhiên liệu.

Với động Xăng ta thường chọn

ξz

=0,85÷0,95, chọn

11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b

ξb

ξ
z

=0,88

):

ξb

tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay động cơ
ξb
ξb
Điêzen. Với động cơ Xăng ta thường chọn
= 0,85÷0,95, chọn
=0,9
12. Hệ số hiệu đính đồ thị công

ϕd

:

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ so với
ϕd
ϕd
chu trình công tác thực tế , có thể chọn trong phạm vi: =0,92÷0,97, chọn
=0,97
1.2. Tính toán các quá trình công tác :
1.2.1.

Tính toán quá trình nạp :
1. Hệ số khí sót γr:
5
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Hệ số khí sót γr được tính theo công thức:
1
1
 Pr  m ÷

λ2 .Tt Pr
ε .λ1 − λt .λ2 . ÷
T r Pa
 Pa 
γr =
. .
0,95.317 0,115
.
.
810
0,094

1

 0,115 1,5

= 0,0534

9,5.1,03 − 1,17.0,95 
÷
 0,094 

=
Với :

1

Tt = Tk + ∆T = 24o C + 20o C = 44o C = 317o K

trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn:
m = 1,45 ÷ 1,5 chọn m = 1,5
2.Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:
Nhiêt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức:

Ta =

p
Tt + λt .γ r .T r.  a
p
 r
1+ γr


÷

÷


 m −1

÷
 m 

 1,5−1 

=

 0,094  1,5 ÷
317 + 1,17.0,0534.810. 
÷
 0,115 
= 345,85o K
1 + 0,0534

3.Hệ số nạp
Hệ số nạp

ηv

ηv

:

được xác định theo công thức:



1



p 
1 T k pa 
ηv =
. . . ε .λ1 −λt .λ2 . r ÷  ÷
m
ε − 1 Tt p k 
 pa    



6
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

 1 


1

297 0,094
 0,115  1,5 ÷ 
=
.
.
. 9,5.1,03 − 1,17.0,95 

÷
9,5 − 1 317 0,1 
 0,094 




= 0,882

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

M1 =
Trong đó:

pe

432.103.p k .η v
g e .pe .T k

là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức :
30.N e .τ
pe =

Vh

(kmol/kg nhiên liệu)

V h.n.i

(MPa)

là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:
3,14.952.90
π D 2.S
=
=
=
Vh
4
4
pe =


M1 =


30.155.4
= 1,057
0,638.4600.6

0,638 (lít)

(MPa)

432.103.0,1.0,882
= 0,714
170.1,057.297

(kmol/kg nhiên liệu)

5.Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0:
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0 được tính theo
công thức:

M0 =

1 C H 0 
 + − ÷
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 ;O=0
Thay các giá trị vào ta có:

7
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Mo =

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1  0,855 0,145 0 
.
+
− ÷ = 0,512
0, 21  12
4
32 

6.Hệ số dư lượng không khí
α=

α

(kmol/kg nhiên liệu)

:

M1 −

1
µnl

M0

Đối với động cơ Xăng cần phải xét đến hơi nhiên liệu ,vì vậy:
Với

µnl

là trọng lượng phân tử của xăng thường chọn
α=

µnl = 114

.

1
114 = 1,377
0,512

0,714 −

Thay các giá trị vào ta có:
1.2.2. Tính toán quá trình nén:
1.

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:
mc v

=19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ)

Ta có: av = 19.806; bv/2 = 0.00209 ; bv = 0,00418
Với động cơ Xăng có hệ số dư lượng không khí α >1 do đó tỉ nhiệt mol
đẳng tích trung bình của không khí được xác định theo công thức:

''
1
mc v = (17,997 + 3,504α ) + (360,34 + 252, 4α )10 −5 T
2

Thay

α = 1,377

ta đươc :

''
1
mc v = (17,997 + 3,504.1,377) + (360,34 + 252, 4.1,377)10−5 T
2

=22,822 +

0,00708
2

T

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén tính theo
công thức :

8
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
''

mc v + γ r .mc v
b'
mc v =
= a 'v + v T
1+ γr
2
'

(kJ/kmol.độ)

0,00728 

19,806 + 0,00209T + 0,06.  22,82 +
T÷
2

 = 19,976 + 0,00436 T
=
1 + 0,06
2

Suy ra :

a 'v =

19,976 ;

b 'v =

0,00436

Chỉ số nén đa biến trung bình n1:
Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông
số vận hành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải trạng
thái nhiệt độ của động cơ …Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật sau:
2.

Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ làm cho n1 tăng.
Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình:
n1 − 1 =

Chọn

n1

8.314

(

= 1,372 thay vào công thức trên ta được:
8.314

n1 − 1

=

∆n =

3.

)

b′
a ′v + v .T a. ε n1 −1 + 1
2

(

)

0,00436
19,976 +
.345,85. 9,51,389 −1 + 1
2
0,372 − 0,37
.100% = 0,146% < 0, 2%
1,372

= 0,37

( đạt yêu cầu)

Áp suất cuối quá trình nén pc:
Áp suất cuối quá trình nén pc được xác định theo thông số cho trước:
pc = 21,67kg / cm 2 = 2,167(MPa)

4.

(Mpa)

Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:
Được xác định theo công thức:
T c = T a.ε n1−1 = 345,85.9,50,372 = 799,09 °K

(

5.

)

Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc:
9

`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Lượng môi chất công tác của quá trìng nén Mc được xác định theo công thức:
γr
Mc=M1+Mr=M1.(1+ )
= 0,714.( 1 + 0,0534) = 0,752 (kmol/kgnl)
1.2.3. Tính toán quá trình cháy:
β0

1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết

:

Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết
M2
β 0 M1

=

Trong đó độ tăng mol

∆M

∆M =

Đối với động cơ xăng:

=

β0

được xác định theo công thức:

M1 + ∆M
∆M
= 1+
M1
M1

của các loại động cơ được xác định theo công thức:
α
0.21(1- )M0 + (

H
4

+

Ο
1
−
32 µnl

)

H O
1 
∆M = 0, 21(1 − α ) +  + −
÷
 4 32 µnl 

Do đó:

H O
1 
0, 21(1 − α )M 0 +  + −
÷
4 32 µnl 

β0 = 1 +
1
α .M 0 +
µnl
1 
 0,145 0
+ −

÷+ 0, 21(1 − 1,377).0,512
4
32 114 

= 1+
1
1,377.0,512 +
114

= 0,982

2. Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức:
β +γ
0,982 + 0,0534
β= 0 r =

= 0,983
1+ γr
1 + 0,0534

3. Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z (

βz

): (Do cháy chưa hết)

10
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Ta có hệ số thay đổi phân tử thưc tế tại điêm z (

βz

β −1
βz = 1 + 0 .
1+ γ r

) được xác định theo công thức:

χz

ξ
0,88 44
χz = z =
=
ξb
0,9 45

Trong đó:

βz = 1 +

Thay vào công thức suy ra

0,982 − 1 44
. = 0,9833
1 + 0,0534 45

4. Lượng sản vật cháy M2:
Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức:
Μ 2 = Μ1 + ∆Μ = β0 .Μ1

(kmol/kg.nl)

= 0,982.0,714 = 0,701 (kmol/kg.nl)
5. Nhiệt độ tại điểm z (Tz ):
Đối với động Xăng, nhiệt độ tại điểm z (Tz ) bằng cách giải phương trình cháy sau:
ξ z .Q H − ∆QH
+ mc v'Tc = β z .mc vz '' .Tz

M1(1 + γ r )

(1.1)

Trong đó :
QH
QH

: Nhiệt trị của nhiên liệu Xăng, thông thường có thể chọn

=44000 (kJ/kg n.l)
∆Q H

: Nhiệt lượng tổn thất do lượng cháy không hết khi đốt 1kg nhiên liệu,
∆Q H
α
thông thường có thể xác định
theo bằng công thức sau:
∆Q H = 120.103.(1 − α ).M 0
α <1
khi
∆Q = 0

khi

α >1

11
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

mc vz″

: Là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được

γ 
β0 .  χ z + r ÷.mc v″ + ( 1 − χ z ) .mc v
β0 
b′′

mc vz″ =
= a ′′v + v .Tz
2

γ 
β 0 .  χ z + r ÷+ ( 1 − χ z )
β0 

xác định theo công thức:
0,00728
 44 0,0534 
 44 
0,982.  +
.22,82 +

.Tz + 1 − ÷.19,806 + 0,00209Tz
÷
2
 45 
 45 0,982 
=
 44 0,0534   44 
0,982.  +
÷+ 1 − ÷
 45 0,982   45 
mc vz" = 21,797 +

Vậy ta có

0,00721
.Tz
2

a "vz = 21,797

;

b"vz = 0,00721

Thay các giá trị vào (1.1) ta được
0,88.44000
0,00436 

+ 19,976 +
Tz ÷.793,99

0,714.(1 + 0,0534) 
2


Giải phương trình trên ta được:
Vậy

Tz = 2317,183 0 K

=

0,00721 2 

0,9833. 22,82Tz +
Tz ÷
2



Tz = 2317,183

Tz = −8158,93(loai)

thuộc trong khoảng giá trị

(2300 ÷ 2800) 0 K

6. Áp suất tại điểm Z( pz):
Ta có áp suất tại điểm Z( pz) được xác định theo công thức:
p z = λ .pc

Theo NLĐCĐT Nguyễn Duy Tiến (tr.81) động cơ xăng hệ số tăng áp λ thuộc
khoảng (3 ÷ 4)
Chọn

λ = 3,15 => Pz = 3,15.2,167 = 6,84(MPa)

1.2.4. Tính toán quá trình giản nở:
ρ
1. Hệ số giản nở sớm :

12
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

β .T
ρ= z z
λ.Tc

Đối với động cơ Xăng
2. Hệ số giản nở sau

ρ =1

δ

:
δ=

Ta có hệ số giản nở sau được xác định theo công thức :
ρ =1

nên

ε
ρ

δ = ε = 9,5

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 − ξz ) .QH*
b′′
+ a ′′vz + vz .( Tz + Tb )
M1. ( 1 + γ r ) .β . ( Tz − Tb )
2

(*)

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

Chọn
Q H*

n 2 = 1, 209

Tz

δ n 2 −1

(0K)
Tb =

thay vào công thức ta được:

2317,183
9,51,209−1

= 1447, 49

(0K)

: Nhiệt trị tính toán ở đây ta xét với động cơ Xăng nên:
Q H* = Q H − ∆Q H = 44000 − 0 = 44000

(kJ/kgnl)

Thay vào (*) ta được :
8,314
(0,9 − 0,88).44000
0,00728
+ 22,82 +
(2317,183 + 1447, 49)
0,714.(1 + 0,0534).0,983.(2317,183 − 1447, 49)
2

= 0, 211

13
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Lấy kết quả vừa tìm được so sánh với
yêu cầu.
∆n 2 =

n2 −1

nếu sai số giữa 2 vế < 0,2% là đạt

0, 211 − 0, 209

.100% = 0,165% < 0, 2%
1, 209

=> n 2 = 1, 209

4. Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:
Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:
Tb =

Tb =

Thay số vào ta có:

Tz

δ n 2 −1

2317,183
9,51,209 −1

(0K)

= 1447, 49

(0K)

5. Áp suất cuối quá trình giản nở pb :
Áp suất cuối quá trình giản nở pb được xác định theo thông số cho trước:
p b = 4,14kg / cm 2 = 0, 414(MPa)

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

1,5−1

p  m
 1,15  1,5
Trt = Tb .  r ÷
= 1447, 49. 
= 944, 46
÷
 4,14 
 pb 

(0K)

Sai số của nhiệt độ khí thải tính toán Trt :
T − Tr
944, 46 − 810
∆Trt = rt
.100% =
= 14, 2%
Trt
944, 46
∆Trt = 14, 23% < 15%

vậy giá trị nhiệt độ khí thải chọn và nhiệt độ khí thải tính toán
thỏa mãn yêu cầu.

1.2.5. Tính toán các thông số chu kỳ công tác:
1. Áp suất chỉ thị trung bình

pi′

được xác định theo công thức:

14
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Với động cơ Xăng áp suất chỉ thi trung binh
p,i =

pi′

được xác định theo công thức:

pc  λ 
1 
1 
1 
. 1 −
−

1−


÷

ε − 1  n 2 − 1  ε n 2 −1  n1 − 1  ε n1 −1 ÷


(MPa)

Thay số vào ta có:
p 'i =




2,167  3,15 
1
1
1
.
. 1 −
−
.
1
−
= 1, 289
÷

÷

1,372 −1 ÷
9,5 − 1 1, 209 − 1  9,51,209 −1 ÷
1,372
−
1
9,5


 

(MPa)

2.Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi :
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đo ta có áp suất chỉ thị trung bình
thực tế được xác định theo công thức:
pi = pi′.ϕd = 1, 289.0,97 = 1, 25

ϕd

(MPa)

là số hiệu đính đồ thị công. Chọn theo tính năng và chủng loại động cơ.

3.Suất tiêu hao nhiên liệu gi:
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:
432.103.η v .p k
gi =
M1.pi .Tk

Thay số vào ta được:

(g/kW.h)

432.103.0,882.0,1
gi =
= 143, 7
0,714.1, 25.297

(g/kW.h)

ηi

4.Hiệu suất chỉ thị :
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị :
3,6.103
3,6.103
ηi =
=
= 0,57%
gi .Q H 143,7.44000

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

15
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

S.n 90.4600.10−3
v tb =
=
= 13,8
30
30

(m/s)

Theo số thực nghiệm có thể tính pm theo (NLĐCĐT Nguyễn Duy Tiến tr102 )
công thức sau :
p m = 0,035 + 0,0115.v tb => 0,035 + 0,0115.13,8 = 0,194

(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 − p m = 1, 25 − 0,194 = 1,0544

(MPa)

ηm
7.Hiệu suất cơ giới

:
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới :
p
1,0544
ηm = e =
= 0,84
pi
1, 25

%

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

gi 143,7
=
= 171,1
ηm 0,84

(gkW.h)

ηe
9.Hiệu suất có ích :
Công suất có ích được xác định theo công thức sau:
ηe = ηm .ηi = 0,84.0,57 = 0, 47%

10.Kiểm nghiệm đường kính xilanh theo công thức:
4.Vh
π .S

D kn =
Vh =

Với

=

4.0,638
= 0,95(dm) = 95(mm)
π .0,90

N e .30.τ
155.30.4.
=
= 0,638
pe .i.n
1,0544.6.4600

(lite)

1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công:

16
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Căn cứ vào các số liệu đã tính pa , pc , pz , pb , n1 , n2 , ε ta lập bảng tính đường
ε .Vc
nén và đường giản nở theo biến thiên của dung tích công tác Va =
(Vc: dung
µV
µP
tích buồng cháy). ta chọn tỷ lệ xích
và
µp =

pz
6,84
=
= 0,0342
200 200

µv =

ε .Vc − Vc
= 0,0031875
200

với Vc =

Vh
0,638
=

= 0,075(lite)
ε − 1 9,5 − 1

Từ tỷ lệ xích trên ta tính được các giá trị biểu diễn (gtbd) của quá trình nén và quá
trình giản nở sau:

* Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công:
Ta chọn tỷ lệ xích của hành trình piston S là:
µS =

gtt S
S
90
=
=
= 0, 45
gtbdS 200 200

(mm)

Vì gtbd Vmax – gtbd Vmin = 223,529-23,529=200(mm)
17
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Thông số kết cấu của động cơ là:
λ=

R
S
90
=
=
= 0, 273
l tt 2.l tt 2.165
OO, =

Khoảng cách OO’ là:

(mm)

λ R 0, 273.45
=
= 6,1425
2
2

(mm)

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

gtt OO'

µS

=

6,1425
= 13,65
0, 45

(mm)

Ta có nửa hành trình của pistông là:
R=

S 90
=
= 45
2 2

(mm)

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

Từ

gtbd OO'

và

gtbd R

gtt R
45
=
= 100
µS
0, 45

(mm).

ta có thể vẽ 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 đường tròn Brick ta xác định góc đóng muộn của xupáp thải
ϕ1 = 18o

bán kính này cắt vòng tròn Brick tại điểm a’ ,từ điểm a’ gióng đường
song song với trục tung cắt đường pa tại điểm a . Nối điểm r trên đường thải (là
giao điểm giữa đường pr và trục tung) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá
trình thải sang quá trình nạp (mm).
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 phun sớm nên thường lớn hơn
áp suất cuối quá trình nén lý thuyết pc đã tính. Theo kinh nghiệm áp suất cuối quá
trình nén thực tế

p'c

được xác định theo công thức sau:
p'c = pc +

Đối với động cơ Xăng

1
( 0,85pz − pc )
3

(Mpa)

18
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

p'c = 2,167 +

1
( 0,85.6,84 − 2,167 ) = 3,382
3

(Mpa)

Từ đó ta xác định được tung độ của điểm c’ trên đồ thị công:
p'
3,382

y c' = c =
= 98,9
µp 0,0342

(mm)

1.3.3. Hiệu đính điểm phun sớm: (điểm c’’ )
Điểm c’’ điểm đường nén thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết, xác định theo
ϕs = 11o
góc đánh lửa sớm
đặt trên đồ thị Brick rồi gióng xuống đường nén để
xác định điểm c’’. Dùng cung thích hợp nối c’’ với c’.
1.3.4.Hiệu đính điểm đạt điểm pz max thực tế :
Áp suất pz max thực tế trong quá trình cháy giãn nở không đạt trị số lý thuyết
do đó ta có cách hiệu đính điểm z của động cơ xăng như sau :
a). Cắt đồ thị công bởi đường 0,85pz. Ta vẽ đường 0.85pz
=

Giá trị biểu diễn :

0,85.p z 0,85.6,84
=
= 170
µp
0,0342

(mm)

12o

b).Từ đồ thị Brick xác định góc
gióng xuống đoạn đẳng áp 0,85pz để xác
định điểm z
c). Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở.
1.3.5. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế: (điểm b’)
Hiệu đính điểm b’ căn cứ vào góc mở sớm

ϕ3

của xupáp thải.
ϕ3 = 52o
-Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xupáp thải
cắt vòng tròn
Brick tại một điểm, từ điểm đó gióng đường song song với trục tung cắt đường
giãn nở lý thuyết tại b’.
1.3.6. Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giản 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 xupáp xả mở sớm
Xác định điểm b’’ :
Theo công thức thực nghiệm:

Thay số vào ta được :

1
p"b = p r + .(p b − p r )
2

1
p"b = 0,115 + .(0, 414 − 0,115) = 0, 2645
2

(MPa)

19
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Giá trị biểu diển điểm b’’:
p"b 0, 2645
=
= 7,73
µp 0,0342

(mm)

Sau khi xác định được điểm b’ và b’’ dùng cung thích hợp nối với đường thải ta
được đồ thị công thực tế.

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC , ĐỘNG LỰC HỌC
2.1. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học:
Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một đường hoành độ thống nhất ứng
với hành trình của pittông S = 2R. Vì vậy đồ thị đều ứng với hoành độ tương ứng
ε
với vh của đồ thị công (từ điểm 1 vc đến vc).

2.1.1. Đường biểu diễn hành trình piston x =

f (α )

:

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau:
1) Chọn tỉ lệ xích. 0,6 (mm/độ)
2) Chọn hệ trục toạ độ như trong hình vẽ.
3) Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10, 20…

180o

.

20
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

180o 180o

4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10, 20…
tương
x = f (α )

ứng trên trục tung của đồ thị
ta được các điểm xác định chuyển vị x
180o

tương ứng với các góc 10, 20…
5) Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ
x = f (α )
.
2.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston v =

f (α )

:

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn của pittông theo phương pháp đồ thị vòng. Tiến
hành theo các bước cụ thể sau :
1.Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x =
λ
2.Vẽ đường tròn tâm O bán kính là R /2

f (α )

.

λ
3.Chia nửa vòng tròn tâm O bán kínhR và vòng tròn tâm O bán kính R /2 thành
18 phần theo chiều ngược nhau.
1.Từ các điểm chia trên 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
λ

các điểm chia tương ứng của vòng tròn tâm O bán kính R /2 tại các điểm a, b,c...
2.Nối các điểm a, b, c,….tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piston
thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán
α
kính R tạo với trục hoành góc đến đường cong a, b, c….
f (α )
đồ thị này biểu diễn quan hệ v=
trên tọa độ cực.

2.1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston j =

f (x)

:

Ta tiến hành vẽ đường biểu gia tốc của pistong theo phương pháp Toolê.
Ta vẽ theo các bước sau:
µj

1.Chọn tỉ lệ xích = 80 (m/s2.mm)
2.Ta tính được các giá trị:
- Tốc độ góc:
π .n 3,14.4600
ω=
= 481, 47
30
30
=
(rad/s)
- Gia tốc cực đại:

21
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

jmax = R.ω 2 .(1 + λ )

0,045.481, 47 2.(1 + 0, 273) = 13279, 42

=

(m/s2)

Chú thích: λ thông số kết cấu động cơ
Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là:
gtbd jmax =

gtt jmax

µj

=

13279, 42

= 166
80

(mm)

- Gia tốc cực tiểu: Pj
jmin = − R.ω 2 .(1 − λ ) = −0,045.481,47 2.(1 − 0, 273) = −7592, 28

(m/s2)

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

gtt jmin

µj

=

−7592, 28
= 94,9
80

(mm)

- Xác định giá trị EF :
2
EF = −3.R.λ.ω 2 = −3.0,045.0, 273.481, 47 = −8543, 48

(m/s2)

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

gtt EF
µj

=

−8543, 48
= 106,8
80

(mm)

Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = jmin, từ điểm B tương ứng
điểm chết dưới lấy BD = jmin; Nối liền CD cắt trục hoành tại E, lấy
EF = −3.R.λ.ω 2
về phía BD. Nối CF và FD, chia các đoạn ra thành n phần, nối
22, 33…Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33….Ta được các
đường cong biểu diễn quan hệ j =
2.2. Tính toán động lực học :

f (x)

11,

.

2.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

- Khối lượng nhóm piston mnpt =1,05 (kg) được cho trong số liệu ban đầu
của đề bài (kg).
- Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1:
Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m1 có thể tra trong các
sổ tay, có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu hoặc có thể tính gần đúng
theo bản vẽ.
22
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau:
+ Thanh truyền của động cơ ô tô :
m1 = (0.275 ÷ 0.285)mtt =0,399÷ 0,413(kg) trong đó mtt = 1,45 (kg) là khối lượng
thanh truyền đề bài đã cho.
Chọn m1 = 0,4 (kg)
Vậy ta xác định được khối lượng tịnh tiến: m
m = m npt + m1 = 1,05 + 0, 4 = 1, 45

(kg)

2.2.2. Các khối lượng chuyển động quay:
Khối lượng chuyển động quay của một khuỷu bao gồm:
- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt: m2
m2 = (mtt – m1) = 1,45-0,4=1,05 (kg)

2.2.3. Lực quán tính:
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
p j = −m.j = −mRω 2 (cos α + λ cos 2α )

Với thông số kết cấu

λ = 0, 273

ta có bảng tính

2.2.4. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính

−p j = f (x)

pj

theo

α

.

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tôlê nhưng
p0

hoành độ đặt trùng với đường ở đồ thị công và vẽ đường
chiều với f=(x)). Tiến hành theo các bước sau :
pj

µp

−p j = f (x)

1. Chọn tỉ lệ xích để của và (cùng tỉ lệ xích với áp suất
µx
lệ xích
cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = (x).

p kt

(tức cùng

) (MPa/mm), tỉ

2. Ta tính được các giá trị:
- Diện tích đỉnh piston:
Fpt =

2

π .D
=
4

(

3,14. 95.10−3
4

)

2

= 7,08.10−3

(m2)

+ Gia tốc cực đại

23
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

p jmax =

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

m.R.ω 2 .(1 + λ )
Fpt .10−6

=

1, 45.45.10−3.481, 47 2.(1 + 0, 273)

Vậy ta được giá trị biểu diễn
gtbd p jmax =

7,08.10−3.10−6

p jmax

= 2,7196

(MPa)

là:

gtt p jmax

µp

=

2,7196
= 79,52
0,0342

(mm)

+ Giá trị cực tiểu:
p jmin =

m.R.ω 2 .(1 − λ ) 1, 45.45.10 −3.481, 47 2.(1 − 0, 273)
=
= 1,5531
−3 −6

Fpt
7,08.10 .10

Vậy ta được giá trị biểu diễn
gtbd p jmin =

p jmin

(MPa)

là:

gtt min 1,5531
=
= 45, 41
µp
0,0342

(mm)

- Ta xác định giá trị E’F’:
EF =

3.m.R.λω 2 3.1, 45.45.10−3481, 47 2.0, 273
=
= 1,7497(MPa)
Fpt
7,08.10−3.10−6

Vậy ta được giá trị biểu diễn E’F’ là:

gtbd EF =

gtt EF 1,7497
=
= 51,16
µp
0,0342

Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy A’C’=

p jmax

(mm)
, từ điểm B tương ứng điểm

p jmin

chết dưới lấy B’D’=
; Nối C’D’ cắt trục hoành ở E’; Lấy E’F’ về phía B’D’. Nối
C’F’ và F’D’, chia các đoạn này ra làm n phần nối 11, 22, 33… Vẽ đương bao trong
tiếp tuyến với 11, 22, 33… ta được đường cong biểu diễn quan hệ
2.2.5. Đường biểu diễn

− p j = f (x)

v = f (x)

v = f (x)

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn quan hệ

dựa trên hai đồ thị là đồ thị
x = f (α )
v = f (α )
và
(sử dụng phương pháp đồ thị vòng ).Ta tiến hành theo trình
tự sau:
24
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1. Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brich ta gióng các đường song
α = 100 ,200 ,300 ,...1800
song với trục tung tương ứng với các góc quay
2. Đặt các giá trị của vận tốc v này (đoạn thẳng biểu diễn giá trị của v có một đầu
v = f (α )
mút thuộc đồ thị
,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
x = f (α )
thị Brich gióng xuống hệ trục toạ độ của đồ thị
.
x = f (α )
3. Nối các điểm nằm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ
p kt = f (α )

2.2.6. Khai triển đồ thị công P-V thành
:
Để thuận tiện cho việc tính toán sau này ta tiến hành khai triển đồ thị công P – V
p kt = f (α )
thành đồ thị
. Khai triển đồ thị công theo trình tự sau :
1. Chọn tỉ lệ xích

µα = 20 / mm

. Như vậy toàn bộ chu trình

7200

sẽ ứng với 360

α
0
mm. Đặt hoành độ này cùng trên đường đậm biểu diễn p và cách ĐCT của đồ
thị công khoảng 4 ÷ 5 cm.

2. Chọn tỉ lê xích

µp

đúng bằng tỉ lệ xích

µp

khi vẽ đồ thị công (MN/mm)

3. Từ các điểm chia trên đồ thị Brich ta xác định trị số của
p −α
α
góc rồi đặt các giá trị này trên toạ độ
.

p kt

tương ứng với các

+ Cần xác định điểm Pmax. Theo kinh nghiệm điểm này thường xuất hiện
3720 − 3750

.

+ Khi khai triển cần cẩn thạn ở đoạn có độ dốc tăng trưởng và đột biến lớn của p
từ

3300 − 4000

, nên lấy thêm điểm ở đoạn này vẽ được chính xác.

4. Nối các điểm xác định được theo một đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu
p kt = f (α )
diễn quan hệ

25
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch