Đồ án tính toán thiết kế động cơ đốt trong

Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

Lời nói đầu
Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động
lực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay
và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước…. Động cơ đốt trong là
nguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới. Chính vì vậy việc tính
toán và thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan
trọng đối với các sinh viên chuyên ngành động cơ đốt trong.
Đồ án tính toán thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong là đồ án đòi hỏi
người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng
như kiến thức của các môn học cơ sở. Trong quá trình hoàn thành đồ án không
những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp
em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như
các kiến thức tổng hợp khác. Đồ án này cũng là một bước tập dượt rất quan
trọng cho em trước khi tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song
do những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong
quá trình làm không tránh được sai sót chính vì vậy em rất mong được sự đóng
góp của các thầy cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoàn
chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Dương Xuân Mỹ cũng như
toàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Động Cơ Đốt Trong đã tạo mọi điều
kiện giúp em hoàn thành đồ án tốt đẹp.

Sinh viên
Trần Văn Lý

1

SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

Phần 1: Tính Nhiệt.
Số liệu ban đầu của đồ án môn học ĐCĐT
Họ và tên sinh viên:

Trần Văn Lý

Khóa: 8

Các số liệu của phần tính toán nhiệt
TT Tên thông số

Ký hiệu

Giá trị

Đơn
vị

1

Kiểu động cơ

AUDI2.0

2

Số kỳ

τ

4

kỳ

3

Số xilanh

i

4

-

4

Thứ tự nổ

1-3-4-2

-

5

Hành trình piston

S

92,8

mm

6

Đường kính xilanh

D

82,5

mm

7

Góc mở sớm xupáp nạp

α1

26

độ

8

Góc đóng muộn xupáp nạp

α2

48

độ

9

Góc mở sớm xupáp xả

β1

32

độ

10

Góc đóng muộn xupáp xả

β2

8

độ

11

Góc phun sớm

ϕi

15

độ

12

Chiều dài thanh truyền

ltt

144

mm

13

Công suất động cơ

Ne

126

ml

14

Số vòng quay động cơ

N

5300

v/ph

15

Suất tiêu hao nhiên liệu

ge

175

16

Tỷ số nén

ε

10,7

17

Trọng lượng thanh truyền

mtt

0,64

kg

18

Trọng lượng nhóm piston

mpt

0,36

kg

Ghi chú

Đ/cơ Xăng,
không tăng áp

92,673kWh

g/ml.h 237,933g/kWh

1.1. Các thông số chọn.
1) áp suất môi trường p0
2
SVTH: Trần Văn Lý

Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

- Áp suất môi trường p0 là áp suất khí quyển. Với động cơ không tăng áp ta có
áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn:
P0 = 0,1(Mpa)
2) Nhiệt độ môi trường T0
- Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm. Với
động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupap nạp
nên:
T0 = 240C = 2970K.
3) Áp suất cuối quá trình nạp pa
- Áp suất cuối quá trình nạp p a với động cơ không tăng áp ta có thể chọn trong
phạm vi:
Pa = (0,8 – 0,9)p0 = 0.8.p0 = 0,8.0,1 = 0.08 (MPa)
4) Áp suất khí thải pr:
- Áp suất khí thải pr có thể chọn trong phạm vi:
pr = (1,10-1,15).pk = 1,15pk = 1,15.0,1 = 0,115 (MPa)
5) Mức độ sấy nóng môi chất
Mức độ sấy nóng môi chất Error: Reference source not found chủ yếu phụ
thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel. Với động cơ Xăng ta chọn:

6) Nhiệt độ khí sót (khí thải) Tr:
Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Thông thường ta có thể
chọn:
Tr = (800 – 1000)Error: Reference source not found = 1000Error: Reference
source not found
7) Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt :

t

Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt Error: Reference source not foundt được chọn theo hệ số
dư lượng không khí α để hiệu đính:
3
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

Error: Reference source not foundt

8) Hệ số quét buồng cháy

= 1.16

:

2

Với các động cơ không tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy Error:
Reference source not found2 là:
Error: Reference source not found2

9) Hệ số nạp thêm

1

=1

:

Hệ số nạp thêm Error: Reference source not found1 phụ thuộc chủ yếu vào pha
phối khí. Thông thường ta có thể chọn:
Error: Reference source not found1

= (1,02 – 1,07) = 1.03

10) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z phụ thuộc vào chu trình công tác của động
cơ. Với các loại động cơ Xăng ta thường chọn:
ξ z = 0,85 ÷ 0,92 = 0,88

11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel.
Với các loại động cơ Xăng ta chọn:
ξ b = 0,85 ÷ 0,95 = 0,9

12) Hệ số hiệu đính đồ thị công ϕ d :
Hệ số hiệu đính đồ thị công ϕ d phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel.
Với các động cơ Xăng ta chọn:
ϕ d = 0,92 ÷ 0,97 = 0,97

1.2. Tính toán các quá trình công tác:
1.2.1. Tính toán quá trình nạp:
1) Hệ số khí sót γ r :
4
SVTH: Trần Văn Lý

Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

Hệ số khí sót γ r được tính theo công thức:

γr =

λ2 .(Tk + ∆T ) pr
. .
Tr
pa

1
1
 ÷
m

p 
ε .λ1 − λt .λ2 .  r ÷
 pa 

Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn:
m = 1, 45 ÷ 1,5 = 1, 47

Thay số vào công thức tính γ r ta được:
γr =

1.(297 + 20) 0,115
.
.
1000
0, 08

1
 1 


÷
 0,115 1,47  = 0, 04779
10, 7.1, 03 −1,16.1. 
÷
 0, 08 

2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta :
Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức:
 m −1 

÷
m 

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

Thay số vào công thức tính Ta ta được:

 1,47-1 

÷

 0,08  1,47 
(297 + 20) + 1,16.0,04779.1000. 
÷
(K)
 0,115 
Ta =
= 349, 65
1 + 0,04779

3) Hệ số nạp η v :
Hệ số nạp η v được xác định theo công thức:
1

 ÷
 pr  m  
Tk
pa 
1
ηv =
.
. . ε .λ1 − λt .λ2 .  ÷

ε − 1 (Tk + ∆T ) pk 
 pa  



Thay số vào công thức tính η v ta được:

5
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

 1 


÷
1
297
0, 08 
 0,115  1,47  
ηv =
.
.
10, 7.1, 03 − 1,16.1. 
= 0, 7369
÷

10, 7 − 1 (297 + 20) 0,1 
 0, 08 



4) Lượng khí nạp mới M 1 :
Lượng khí nạp mới M 1 được xác định theo công thức:
432.102. pk .η v
g e . pe .Tk

M1 =

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

30.N e .τ
Vh .n.i

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

π .D 2 .S
4

Thay số vào các công thức trên ta được:
Vh =

π .0,825.0,928
= 0, 601( dm3 ) = 0, 4961(l )
4

Pe =

30.92, 673.4
= 1, 0574( MPa )
0, 4961.5300.4

M1 =

432.103.0,1.0, 7369
= 0,5161(kmol / kg .nl )
1, 0574.237,933.297

5) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M 0 :
Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M 0 được tính theo
công thức:
M0 =

1 C H O
. + − ÷
0, 21  12 4 32 

Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có: C = 0,855; H = 0,145; O = 0 nên thay
6
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

vào công thức tính M 0 ta được:
M 0 = 0,512(kmol / kg .nl )

6) Hệ số dư lượng không khí α :
Đối với động cơ Xăng hệ số dư lượng không khí α được xác định theo công
thức:
α=

M1 −

1
µ nl

M0
nl

Trong đó: µ = 114
Thay số vào công thức tính hệ số dư lượng không khí α ta được:
α=

1
114 = 0,9909
0,512

0,5161 −

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

2) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Với các 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
mcv'' = ( 17,977 + 3,504.α ) + . ( 360,34 + 252, 4.α ) .10 −5.T
2

Thay số ta được:
1
0, 0061
mcv'' = ( 17,997 + 3,504.0,9909 ) + . ( 360,34 + 252, 4.0,9909 ) .10 −5.T = 21, 444906 +
.T
2
2

3) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:
Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén mcv' tính theo
công thức:
mcv' =

mcv + γ r .mcv''
b'
= av' + v .T (kJ / kmol.do)
1+ γ r
2

7
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

Thay số ta được:
0, 0061 

19,806 + 0, 00209.T + 0,04779.  21, 444906 +
.T ÷
2

 = 19,881 + 0, 004267 .T (kJ / kmol.do)
'
mcv =
1 + 0, 04779
2

Do ta có:
mcv' = av' +

bv'
.T
2

 a ' = 19,881
→ 'v
bv = 0, 00426

4) Chỉ số nén đa biến trung bình n1 :
Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình:
n1 − 1 =

8,314
a + b .Ta . ε n1 −1 + 1
'
v

'
v

(

)

Thay n1 = 1, 2436 vào hai vế của phương trình ta được:
n1 − 1 = 0, 2436

và
8,314
'
v

b
a + .Ta . ( ε n1 −1 + 1)
2
'
v

=

8,314
0,00426

19,881 +
.349, 65. ( 10, 71,2436 −1 + 1)
2

= 0, 24379

Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là:
∆n1 =

0, 24379 − 0, 2436
.100% = 0, 0799% < 0, 2%
0, 2436

Vậy ta có nghiệm của phương trình là: n1 = 1, 2436
5) áp suất cuối quá trình nén pc :
áp suất cuối quá trình nén pc được xác định theo công thức:
pc = pa .ε n1

Thay số ta xác định được:
8
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

pc = 0, 08.10, 71,2436 = 1,5249( MPa)

6) Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc :

Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc được xác định theo công thức:
Tc = Ta .ε n1 −1

Thay số ta được:
Tc = 349, 65.10, 71,2436−1 = 622,9( K )

7) Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c :
Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c được xác định theo công thức:
M c = M 1 + M r = M 1. ( 1 + γ r )

Thay số ta được:
M c = 0,5161. ( 1 + 0, 04779 ) = 0,541(kmol / kg .nl )

1.2.3. Tính toán quá trình cháy:
1) Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β 0 :
Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β 0 được xác định theo công thức:
β0 =

M 2 M 1 + ∆M
∆M
=
= 1+
M1
M1
M1

Với động cơ xăng ta sử dụng công thức :
H
O
1

+
−
) + 0,21(1 − α) M 0
4 32 µnl
β0 = 1 +
1
αM 0 +
(

µnl

Thay số ta được:
0,145 0
1
+ −
) + 0, 21(1 − 0,9909).0, 512
4
32 114
β0 = 1 +
= 1, 0551
1
0, 9909.0,512 +
114
(

2) Hệ số thay đổi phân tử thực tế β :
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức:
9
SVTH: Trần Văn Lý

Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

β0 + γ r
1+ γ r

β=

Thay số ta xác được:
β=

1, 0551 + 0, 04779
= 1, 0526
1 + 0, 04779

3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β z :
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β z được xác định theo công thức:
βz = 1+

β0 − 1
.χ z
1+ γ r

Trong đó ta có:
χz =

ξ z 0,88
=

= 0,97778
ξ b 0,9

Thay số ta được:
βz = 1+

1, 0551 − 1
.0,97778 = 1, 0515
1 + 0, 04779

4) Lượng sản vật cháy M 2 :
Ta có lượng sản vật cháy M 2 được xác định theo công thức:
M 2 = M 1 + ∆ M = β 0 .M 1

Thay số ta được:
M 2 = 1,0551.0,5161 = 0,5446(kmol / kg.nl )

5) Nhiệt độ tại điểm z Tz :
Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z Tz được xác định bằng cách giải
phương trình sau:

( )

,
''
ξ z (.QH − ∆Q)
+ mcv .Tc = β z .mcvz .Tz (**)
M 1.(1 + γ r )

Trong đó:

QH là nhiệt trị thấp của nhiên liệu Xăng ta có: QH = 44000(kJ / kg.nl )
∆Q là nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên

10
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

liệu.trong điều kiện α<1 xác định như sau:
∆Q =120.10 3 (1- α )M 0 =559,999 ( KJ kg.nl )

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

công thức:

γ 
β 0 .  χ z + r ÷.mcv'' + ( 1 − χ z ) .mcv
β0 
b ''

mcvz'' =
= av'' + v .Tz

2
γ 
β 0 .  χ z + r ÷+ ( 1 − χ z )
β0 



Thay số vào ta xác định được:
0, 04779  
0, 0061 

1, 0551.  0,9778 +
.  21, 444906 +
.Tz ÷+ ( 1 − 0, 9778 ) . ( 19,806 + 0, 00209.Tz )
÷
1, 0551  
2


''
mcvz =
0, 04779 

1, 0551.  0,9778 +
+ ( 1 − 0,9778 )
1,0551 ÷



→ mcvz'' = 21, 41592 +

0, 00606
.Tz
2

Mặt khác ta có:
mcvz'' = avz'' +

bvz''
.Tz
2

 a '' = 21, 41592
→  vz''
 bvz = 0, 00606

Thay các giá trị vào phương trình (**) ta tính được:
Tz = 2768 (K)
6) Áp suất tại điểm z pz :
Ta có áp suất tại điểm z pz được xác định theo công thức:
pz = λ . pc

Trong đó λ là hệ số tăng áp :
λ = βz.

Tz
2768
= 1, 0515.
= 4, 672
Tc
622,9

Thay số ta được:
11
SVTH: Trần Văn Lý

Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

pz = 4, 672.1,5249 = 7,125( MPa)

1.2.4. Tính toán quá trình giãn nở:
1) Hệ số giãn nở sớm ρ :
Hệ số giãn nở sớm ρ được xác định theo công thức sau:
ρ=

β z .Tz
λ.Tc

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=

ε
ρ

Với động cơ xăng :
δ = ε = 10, 7

3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 :
Ta có chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình cân
bằng sau:

n2 − 1 =

8, 314

( ξb − ξ z ) .QH
b''
+ avz'' + vz . ( Tz + Tb )
M 1. ( 1 + γ r ) .β . ( Tz − Tb )
2

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

Tz
δ n2 −1

Thay số vào ta được:
Tb =

43440, 001
= 1396,5( K )
10, 71,2886−1

QH*: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu.
Với động cơ xăng :
QH* = QH − ∆ QH = 44000 − 559,999 = 43440, 001(kJ / kg.nl )

12
SVTH: Trần Văn Lý

Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

Thay n2 = 1, 2886 ta được:
n2 − 1 = 0, 2886
8,314

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

=

=

8,314

( 0,9 − 0,88) .43440,001
0,00606
+ 21, 41592 +
. ( 2768 + 1396,5 )
0,5161. ( 1 + 0,04779 ) .1,0526. ( 2768 − 1396,5 )
2

= 0, 2882

Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là:
∆n2 =

0, 2886 − 0, 2882
.100% = 0,1236% < 0, 2%
0, 225

→ n2 = 1, 2882

4) áp suất cuối quá trình giãn nở pb :
áp suất cuối quá trình giãn nở pb được xác định trong công thức:
pb =

pz
δ n2

Thay số vào ta được:
pb =

7,125
= 0,3360( MPa )
10, 71,2886

5) Tính nhiệt độ khí thải Trt
Nhiệt độ khí thải được tính theo công thức:
m −1

p m

Trt = Tb .  r ÷
 pb 

Thay số vào ta xác định được:
1,2886 −1
1,2886

 0,115 
Trt = 1396,5. 
÷
 0,3360 

= 991, 25( K )

Vậy ta có sai số khi tính toán và chọn nhiệt độ khí thải là:

13
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

∆Trt =

Trt − Tr
Trt

.100% =

1000 − 991, 25

991, 25

GV:Dương Xuân Mỹ

.100% = 0,88%

→ ∆ Trt < 15%

Vậy giá trị nhiệt độ khí thải chọn và tính toán thoả mãn yêu cầu.

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

pi' =

Pc
[ λ (1 − n21 ) − 1 (1 − n11 )
ε − 1 n2 − 1
ε − 1 n1 − 1
ε −1

]

Thay số vào công thức trên ta được:
pi' =

1,5249
4,672

1
1
1
(1 −
)−
(1 −
)
[
1,2886
1,2436
10, 7 − 1 1, 2886 − 1
10, 7
− 1 1, 2426 − 1
10, 7
−1

] = 1,8095

2) áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi :
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình
trong thực tế được xác định theo công thức:
pi = pi' .ϕ d

Với φd = 0,97
Thay số vào công thức trên ta được:
pi = 1,8095.0,97 = 1, 7552( MPa)

3) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i :
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi :
gi =

432.103.ηv . pk
M 1. pi .Tk

Vậy thay số vào ta xác định được:
432.103.0, 7369.0,1
gi =
= 118,32( g / KW .h)
0,5161.1, 7552.297

14
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

4) Hiệu suất chỉ thị η i
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị:
3, 6.103
ηi =
g i .QH

Thay số ta được:
ηi =

3, 6.103
= 0, 6915
118,32.44

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 quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ. Ta có tốc
độ trung bình của động cơ là:
vtb =

S .n 92,8.10 −3.5300
=
= 16,3947(m / s )
30
30

Do vtb = 16,3947(m / s) nên áp suất tổn thất cơ giới được tính cho động cơ xăng có
i = 4 và S/D < 1.
Vậy ta có công thức xác định pm là:
pm = 0,04 + 0,0120.vtb ( MPa)

Thay số ta được:
pm = 0, 04 + 0,0120.16,3947 = 0, 2376( MPa)

6) áp suất có ích trung bình pe :
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo
công thức:
pe = pi − pm

Thay số vào công thức trên ta được:
pe = 1,7552 − 0, 2376 = 1,51845( MPa)

7) Hiệu suất cơ giới η m :

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:
15
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

pe
pi

ηm =

Thay số vào công thức trên ta được:
ηm =

1,51845
= 0, 7651
1,7552

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

gi
ηm

Vậy thay số vào ta được:
ge =

118,32
= 136, 77( g / KW .h)
0,8651

9) Hiệu suất có ích η e :
Ta có công thức xác định hiệu suất có ích η e được xác định theo công thức:
η e = η m .η i

Thay số vào công thức trên ta được:
η e = 0,8651.0,6915 = 0,5982

10) Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:
Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức:
Vh =

N e .30.τ
pe .i.n

Vậy thay số vào ta được:
Vh =

92, 673.30.4
= 0, 4961(l )
1, 0574.4.5300

Ta có công thức kiểm nghiệm đường kính xy lanh Dkn :
Dkn =

4.Vh

π .S

Thay số vào ta được:
16
SVTH: Trần Văn Lý


ỏn mụn hc ng c t trong

Dkn =

GV:Dng Xuõn My

4.0, 4961
= 0,82523(dm) = 82,523(mm)
3,14.0,928

Vy ta xỏc nh c sai s ng kớnh gia tớnh toỏn v thc t l:
D = D Dkn = 82,8 82,523 = 0, 0231(mm)
D < 0,1( mm)

Vy ng kớnh xy lanh gia tớnh toỏn v thc t tho món yờu cu.
1.3. V v hiu ớnh th cụng.
Ta chn t l xớch biu din ỏp sut trong xylanh v dung tớch cụng tỏc ca
xylanh trong quỏ trỡnh nộn v gión n ln lt l:
àp =

pz 7,125
=
= 0, 035622( Mpa / mm)

200 200

àv =

.Vc Vc 10, 7.0, 0356 0.0356
=
= 0, 00172(l / mm)
200
200

Ta cú bng tớnh ng nộn v ng gión n theo bin thiờn ca dung tớch
cụng tỏc Vx = i.Vc (Trong ú Vc l dung tớch bung chỏy):
Vc =

TT

Vh
0, 4961
=
= 0, 03561(l )
1 10, 7 1

I.Vc
giá trị

Quá trình nén
I^n1
Px

giá trị

Quá trình giãn nở
I^n2
Px

giá trị

17
SVTH: Trõn Vn Ly


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

biÓu diÔn

biÓu diÔn

biÓu diÔn

Vc=
1
1.000
2
3
4
5
6
7

8
9

0.03561
0.03561
0.03561
0.07123
0.10684
0.14246
0.17807
0.21369
0.24930
0.28492
0.32053

20.6186
20.6186
41.2371
61.8557
82.4742
103.0928
123.7113
144.3299
164.9485
185.5670

1.0000
1.0000
2.3679
3.9206

5.6069
7.4001
9.2834
11.2451
13.2765
15.3708

1.5249
1.5249
0.6440
0.3889
0.2720
0.2061
0.1643
0.1356
0.1149
0.0992

42.8057
42.8057
18.0776
10.9183
7.6345
5.7845
4.6110
3.8066
3.2242
2.7849

1.0000

1.0000
2.4429
4.1193
5.9678
7.9560
10.0630
12.2742
14.5788
16.9682

--7.1246
2.9164
1.7296
1.1938
0.8955
0.7080
0.5805
0.4887
0.4199

200.0000
81.8696
48.5525
33.5132
25.1384
19.8749
16.2943
13.7186
11.7867

10
10.7

0.35614
0.38107

206.1856
220.6186

17.5227
19.0608

0.0870
0.0800

2.4429
2.2457

19.4357
21.2063

0.3666
0.3360

10.2903
9.4312

c

c

Giá trị biểu diễn trên trục hoành theo εV : εV = 200 (mm)
Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piston S là:
µS =

gtt S
S
92,8
=
=
= 0, 464
gtbd S gtbd S 200

Ta có thông số kết cấu của động cơ là:
λ=

R
S
92,8
=
=
= 0,3222
Ltt 2.Ltt 2.144

Vậy ta được khoảng cách OO ' là:
OO ' =

λ.R 0,3222.92,8
=
= 7, 475(mm)

2
4

Giá trị biểu diễn 00’ là:
→ gtbdOO' =

gttOO'

µS

=

7,175
= 15, 46( mm)
0, 464

Ta có nửa hành trình của piston là:
R=

S 92,8
=
= 46, 4(mm)
2
2

→ gtbd R =

gtt R 46, 4
=
= 100(mm)

µS
0, 464

18
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

Từ các giá trị biểu diễn trên ta vẽ được đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công.
Sau đó tiến hành lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị.
1.3.1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a )
Từ điểm O ' trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β 2 = 80 , bán
kính này cắt vòng tròn Brick tại điểm a ' , Từ a ' gióng đường song song với trục
tung cắt đường pa tại điểm a . Nối điểm

r

trên đường thải (là điểm giao giữa

đường pr và trục tung) ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá
trình nạp.
1.3.2. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c ' )
áp suất cuối quá trình nén 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 pc được xác định theo công thức sau:

1
pc' = pc + . ( 0,85 pz − pc )
3

Thay số vào công thức trên ta được:
1
pc' = 1,5249 + . ( 0,85.7,125 − 1,5249 ) = 3, 0354( MPa )
3

Điểm c được biểu diễn trên đồ thị công sẽ có tung độ là:
yc ' =

pc'
3, 0354
=
= 85, 210( mm)
µ p 0, 035622

Điểm c’’- điểm đường nén thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết, xác định theo
góc đánh lửa sớm φi = 15° đặt trên đồ thị Brick rồi gióng xuống đường nén để
xác định điểm c’’. Dùng cung thích hợp nối c’’ với c’.
1.3.3.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
19
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

0,85.7,125

Giá trị biểu diễn: = 0, 035622 = 170(mm)
b).Từ đồ thị Brick xác định góc 12 0 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.
4) Hiệu đính điểm bắt đầu thải thực tế :
Hiệu đính điểm b’ căn cứ vào góc mở sớm β1 của xupáp thải.
-Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xupáp thải β 1 = 32o 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’.
Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế p b’’ 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:

1
pb '' = pr + ( pb − pr )
2
thay số ta có:

1
pb '' = 0,115 + (0,3360 − 0,115) = 0, 2255( MPa)
2
Giá trị biểu diển điểm b’’:
pb ''
0, 2255

=
= 6,33(mm)
µ p 0.035622

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

20
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong
p

O

0,85pz

GV:Dương Xuân Mỹ

O'

z
c'
c

c''

b'

r
a
-pj =

a

b
b''
V

f(x)

v=f(x)

f( a
x=

)

x
j=f(
x

)

v=f(a)

21
SVTH: Trần Văn Lý

Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

Phần 2: Tính toán động học, động lực học.
2.1. Vẽ các đường biểu diễn các quy luật động học:
2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x = f ( α ) .
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau:
1) Chọn tỉ lệ xích. 0,7 (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 100 , 200.......1800 .
4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 100 , 200.......1800 tương
ứng trên trục tung của đồ thị x = f ( α ) ta được các điểm xác định chuyển vị x
tương ứng với các góc 100 , 200.......1800
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 tốc độ của piston v = f ( α ) theo phương
pháp đồ thị vòng. Tiến hành theo các bước cụ thể sau:
1) Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R .
2) Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là λ.R 2
3) Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là λ.R 2
thành 18 phần theo chiều ngược nhau.
. 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
phằtt các điểm chia tương ứng trên vòng tròn tâm O bán kính là λ.R 2 tại các
điểm a, b, c,.......
4) 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 kính R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a, b, c,.......
22
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

2.1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston: j = f ( x )
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn gia tốc của piston theo phương pháp
Tôlê. Ta vẽ theo các bước sau:
2
1) Chọn tỉ lệ xích µ j = 200(m / s / mm) .

2) Ta tính được các giá trị:
Tốc độ góc:
ω=

π .n π .5300
=
= 555, 015(rad / s )
30
30

Thông số kết cấu :
λ=

R
S

92,8
=
=
= 0,3222
Ltt 2.Ltt 2.144

Gia tốc cực đại:
jmax = R.ω 2 . ( 1 + λ )

Thay giá trị vào ta được:
jmax = 0, 0464. ( 555, 015 ) . ( 1 + 0, 3222 ) = 18898,38( m / s 2 )
2

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

gtt jmax

µj

=

18898,38
= 94, 4919(mm)
200

Gia tốc cực tiểu:
jmin = − R.ω 2 . ( 1 − λ )

Thay giá trị vào ta được:

jmin = −0, 0464. ( 555, 015 ) . ( 1 − 0, 3222 ) = −9687,88( m / s 2 )
2

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

gtt jmin

µj

=

−9687,88
= −48, 4394(mm)
200

23
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

Ta xác định giá trị EF:
EF = −3.R.λ.ω 2

Thay giá trị vào ta được:
EF = − 3.0, 0464.0,3222.(555, 015) 2 = − 13815, 74(m / s 2 )

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

gtt EF −13815, 74
=
= −69, 0787(mm)
µj
200

3) Cách vẽ: Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = jmax , từ điểm B
tương ứng điểm chết dưới lấy BD = jmin ; nối CD cắt trục hoành ở E ; lấy
EF = −3.R.λ.w2 về phía BD . Nối CF và FD , chia các đoạn này ra 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 = f ( x )
2.2. Tính toán động lực học:
2.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:
Khối lượng nhóm piston m pt được cho trong số liệu ban đầu của đề bài là:
m pt = 0,36(kg )

Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston có thể tính theo công
thức kinh nghiệm với thanh truyền của động cơ ô tô:
m1 = ( 0, 275 ÷ 0, 285 ) .mtt = (0, 275 ÷ 0, 285).0, 64 = 0,176 ÷ 0,1824

Chọn:

m1 = 0,178(kg )

Vậy ta xác định được khối lượng chuyển động tịnh tiến:
m = m pt + m1 = 0,360 + 0,178 = 0,538(kg )

2.2.2. Lực quán tính:
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
Pj = m. j = − m.R.ω 2 . ( cosα + λ .cos ( 2.α ) )

Với thông số kết cấu λ = 0,3222 ta có bảng tính p j theo α .
24
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân Mỹ

cosα + λ.cos ( 2.α )

Pj = − m.R.ω 2 . ( cosα + λ .cos ( 2.α ) ) ( N )

1.322

-10167.499

0

1.288

-9901.514

0

1.187

-9125.088

0

1.027

-7900.536

0

0.822

-6324.397

0

0.587

-4517.348

0

0.340

-2611.770

0

0.096

-738.383

0

-0.128

986.499

0

-0.321

2471.667

0

-0.476

3658.463

0

-0.588

4524.197

0

-0.661

5081.231

0

-0.699

5371.945

0

-0.710

5460.311

0

-0.705

5421.175

0

-0.693

5328.646

0

-0.682

5245.060

0

-0.678

5211.914

α
0

0

10
20
30
40
50
60
70
80
90

100
110
120
130
140

150
160
170
180

2.2.3. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính − p j = f ( x ) .
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tôlê được tiến
hành theo các bước sau:
1) Chọn tỉ lệ xích để vẽ đường p j là µ p = 0, 021175Mpa / mm ; µ x = µ s = 0, 487
2) Ta tính được các giá trị:
Diện tích đỉnh piston:
25
SVTH: Trần Văn Lý