TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Header Page 1 of 134.

Luận văn
Đề tài: TÍNH TOÁN CHU
TRÌNH CÔNG TÁC CỦA
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Footer Page 1 of 134.

1


Header Page 2 of 134.

NHẬN XÉT , ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

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

LỜI NÓI ĐẦU
Footer Page 2 of 134.

2


Header Page 3 of 134.

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 !

CHƯƠNG I
Footer Page 3 of 134.

3


Header Page 4 of 134.

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1 . Xác định các thông số tính toán :
1.1.1

. Các thông số ban đầu:
1- Kiểu động cơ: 4a-fe.xe toyota. Động cơ 1 hàng, không tăng áp, buồng

cháy thống nhất.
2- Số kỳ: τ = 4 (kỳ)
3- Số xilanh i = 4
4- Thứ tự làm việc cuả xilanh 1- 2-4-3
5- Hành trình piston: S = 85 (mm)
6- Đường kính xilanh: D = 83 (mm)
7- Góc mở sớm xupáp nạp: α 1 = 130
8- Góc đóng muộn của xupáp nạp: α 2 = 470

9- Góc mở sớm xupáp xả: β1 = 480
10- Góc đóng muộn xupáp xả: β2 = 140
11- Góc phun sớm: φi = 30º
12- Chiều dài thanh truyền: ltt = 135 (mm)
13- Công suất định mức: Ne = 108 (mã lực)
14- Số vòng quay định mức: n = 6000 (vòng/phút)
15- Suất tiêu hao nhiên liệu: ge =150 (g/ml.h)
16- Tỷ số nén: ε = 9
17- Khối lượng thanh truyền: mtt = 650 (gam)
18- Khối lượng nhóm piston: mpt = 435 (gam)
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
.Với động cơ không tăng áp thì áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupáp nạp
nên ta chọn pk = p0. Ở nước ta có thể chọn pk = p0 = 0,1 (MPa)
2. Nhiệt độ môi trường: Tk

Footer Page 4 of 134.

4


Header Page 5 of 134.

Nhiệt độ môi trường được lựa chọn theo nhiệt độ bình quân của cả năm.
Với động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trưòng bằng nhiệt độ trước xupáp
nạp nên:
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 , 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 = (0,8 ÷ 0,9).pk, chọn pa = 0,09 (Mpa)
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 chon trong phạm vi:
Pr =(1,05 ÷ 1,15).pk, chọn pr = 0,107 ( Mpa)
5. Mức độ sấy nóng môi chất ∆T :
Mức độ sấy nóng môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình
thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xilanh:
Động cơ xăng chọn ∆T =6 0C
6. Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr
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 chon:
Tr =700 ÷ 1000 0K, chọn Tr = 8500K
7. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt: λt
Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để
hiệu đính. Thông thường có thể chọn α theo bảng sau:

α

0,8
1,13

λt

1,0
1,17

Động cơ xăng có α >1 nên chọn λt
8. Hệ số quét buồng cháy λ2:
Footer Page 5 of 134.

5

1,2
1,14
= 1 ,10

1,4
1,11


Header Page 6 of 134.

Động cơ không tăng áp chọn λ2 =1
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 =1,02 ÷ 1,07, chọn λ1 =1,02
10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( ξz):
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( ξz ) 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 chọn ξz =0,85
11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ( ξb):
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay
động cơ Điêzen. Với động cơ xăng ta thường chọn ξb = 0,80÷0,90, chọn ξb
=0,856
12. Hệ số hiệu đính đồ thị công ϕ d:

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ so
với chu trình công tác thực tế , có thể chọn trong phạm vi: ϕ d =0,92÷0,97, chọn
ϕ d =0,929

1.2. Tính toán các quá trình công tác :
1.2.1 Tính toán quá trình nạp :
1. Hệ số khí sót γr:
Hệ số khí sót γr được tính theo công thức:

γr=

γr =

λ 2 (T k + ∆ T )

T

r

1.( 297 + 6 ) 0,107
.
.
850
0,09

.

P
P

1
r

.

a

P
ε .λ1 − λ t . .λ 2 .  r


 P 
 a

1
1
1, 5

1
 
m

.

= 0,0533

 0,107 
9.1,02 −1,1.1.

 0,09 

Trong đó m là chỉ số giản nở đa biến trung bình của khí sót có thể chon:
Footer Page 6 of 134.

6


Header Page 7 of 134.

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

( + ) + λ .γ .T
= T ∆T
t

k

r

1+γr

p 
. a 
r 
 pr 

 m −1 


 m 

1, 5−1

0,09  1, 5
( 297 +6 ) +1,1.0,0533.850.


T a=
 0,107 
1 +0,0533

= 332.3

(0K)

3. Hệ số nạp ηv :

Hệ số nạp ηv được xác định theo công thức:

ηv =

1
Tk
.
ε − 1 T k + ∆T

ηv =

(

)




pa 
. . ε .λ1 −λt .λ2 .

pk 




pr 

pa 


 1 
 
 m 



1



1
297
0,09 
0,107 1, 5 
.
.
. 9.1,02 −1,1.1.
=0,8762

9 −1 297 +6 0,1 
 0,09  





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

432.10 3. p k .η v
M1 =
g e . p e .T k
Trong đó:

pe

là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức :

pe =

V

h

(kmol/kg nhiên liệu)

30. N e .τ

V h .n.i

(MPa)

là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:
2

V
Footer Page 7 of 134.

=
h

π D .S
4

7

(dm3)

Header Page 8 of 134.
Vh =

Nên:
V ậy

pe =

3,14.(83) 2 .85
= 0,459668
4

(dm3)

30.108.4
=1,174
0.459668.6000.4

432.10 3.0,1.0,8762
M1= 150.1,174.297 = 0,7603

(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:
1 C


M0 = 0,21  12 +

H
0 
−

4 32 

(kmol/kg nhiên liệu)

Đối với nhiên liệu của động cơ x ăng ta có:
C=0.855; H=0,145 ;O=0,004
Thay các giá trị vào ta có:
1

 0,855 0,145 0,004 
+
−

4
32 
 12

Mo= 0,21 .

=0,5023

(kmol/kg nhiên liệu)

Hệ số dư lượng không khí α :

1.

Trọng lượng phân tử của xăng là μnl = 114 nên đối với động cơ xăng ta

có

α=

M1 −

1
µ nl

Mo

=

1
114 = 1, 0602
0,5120

0,5516 −

Thay các giá trị vào ta có:

α =1,496

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
2. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình cuả sản phẩm cháy:
Khi hệ số dư lượng không khí α >1 ,tính theo công thức sau:
mcv

″ =(19,876+ 1,634 ) + 1 ( 427,86 + 187,36 )10 −5 T

α

α

2

Thay số vào công thức trên ta có:
Footer Page 8 of 134.

8

(kJ/kmol. độ)


Header Page 9 of 134.
mc v

″ =(19,876+ 1,634 ) + 1 ( 427,86 +187,36 )10 −5 T =

1,9723

2

1,9723

(kJ/kmol. độ)

Ta có: av"=20.69548; bv"/2=0.00261
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 tính
theo công thức sau:
mc v

′

= mc v + γ r .mcv

″

1+γr

= a v′ +

bv′
.
2 T

(kJ/kmol. độ)

Thay các giá trị vào ta có:
0,00211
′
mcv = 19,836 +
.297 = 20.1493
2

(kJ/kmol. độ)

av'=19.836; bv'/2=0.00211

3. 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:
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 =

8.314
′
b
a v′ + v .T a . ε n1 −1 + 1
2

(

)

Chú ý: thông thường để xác định n1 ta phải chọn n1 trong khoảng 1,340 ÷

1,390 .Chọn n1=1,3678. Ta có:
vế trái =0,3683

sai số =0,0005 <0,2%

vế phải =0,3678

thoả mãn điều kiện

4. Áp suất cuối quá trình nén pc:
Áp suất cuối quá trình nén pc được xác định theo công thức sau:

p

c

=

p .ε n

1

a

pc = 0,09.91,3678 = 1,817

5.Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:
Được xác định theo công thức:
Footer Page 9 of 134.

9

(MPa)


Header Page 10 of 134.

T

c

= T a .ε n1

−1

Tc = 332,3.91, 3678−1 = 745,59

(0K)

6.Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc:
Lượng môi chất công tác của quá trìng nén Mc được xác định theo
công thức: Mc=M1+Mr=M1.(1+ γ r )
Thay các giá trị vào ta có: Mc = 0,7603(1 + 0,0533) = 0,8008 (kmol/kgn.l)

β

1.2.3. Tính toán quá trình cháy:
1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết

0

:

Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β0 được xác định theo công thức:
β0 =

M2
M1

=

M 1 + ∆M
∆M
=1+
M1
M1

Trong đó độ tăng mol ∆M của các loại động cơ được xác định theo công
thức:
∆M = 0.21(1- α )M0 + (

Thay số vào ta có: β0

H
4

Ο

1

+ 32 − µ )
nl

=1,0484

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=

Thay số vào ta có:

β=

β0 + γ r
1+ γ r

1,0484 + 0,0533
= 1,099
1 + 0,0533

3. Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z ( βz ): (Do cháy chưa hết)
Ta có hệ số thay đổi phân tử thưc tế tại điêm z ( βz ) được xác định theo
công thức:
βz = 1 +

Thay số vào ta có:
Footer Page 10 of 134.

βz =1 +

β0 −1
.χz
1+γr

1,0484 −1
.0,8426 =1,0264
1 + 0,0533

10


Header Page 11 of 134.

ξz

0,85

χ z= ξ = 0,856 = 0,992

Trong đó:

b

4. Lượng sản vật cháy M2:
Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức:
Μ2 = Μ1 + ∆Μ = β0 .Μ1

M2=1,0484.0,7603 = 0.7970

(kmol/kg.nl)

(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 cháy :
ξ z . (QH − ∆QH )
+ mcv' .Tc = β z .m.cvz'' .Tz
M1 ( 1 + γ r )

(*)

Trong đó :
QH : nhiệt trị thấp của nhiên liệu ta có, thông thường có thể chọn
QH = 44000 ( kJ/kgnl ).
∆QH : nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1 kg
nhiên liệu, thông thường có thể xác định ∆QH theo α bằng công
thức sau:
∆QH = 120.103.(1- α)Mo

(kJ/kgnl)

∆QH = 0

khi α < 1
khi α ≥ 1

m.cvz'' : Là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xác

định theo công thức:


γ 
β o .  χ z + r ÷.m.cv'' + ( 1 − χ z ) .m.cv
βo 

m.cvz'' =
= avz'' + bvz'' .Tz

γ 
β o .  χ z + r ÷+ ( 1 − χ z )
βo 


Ta có:

γ 
β o .av'' .  χ z + r ÷+ ( 1 − χ z ) .av'
βo 

avz'' =
=20,689

γr 
β o .  χ z + ÷+ ( 1 − χ z )
βo 


Footer Page 11 of 134.

11

Header Page 12 of 134.

βo .
bvz'' =

bv'' 
γ
. χ z + r
2 
βo


bv'
+
1
−
χ
.
(
)
÷
z
2

=0,00260

γr 
β o .  χ z + ÷+ ( 1 − χ z )
βo 



mcv”=20,689+0.00260Tz
Thay vào phương trình ( * ) ta được:
ξ z . (QH − ∆QH )
+ mcv' .Tc = β z . ( avz'' + bvz'' .Tz ) .Tz
M1 ( 1 + γ r )
=

0,85.(44000 − 0)
+ 20,1493.745,59 =1.0264( 20,689 + 0.00260Tz)Tz
0,7603(1 + 0,0533)

61725,0136=21,2351Tz+0,002668.Tz

²

↔ Tz1=2263,2 tm
Tz2=-10222,3 lo ại
Vậy nhiệt độ tại điểm z Tz = 2263,2
6. Áp suất tại điểm Z( pz):
Ta có áp suất tại điểm Z( pz) được xác định theo công thức:
p z = λ. p c

Pz = λ.Pc = 3,11.1,817 = 5.661 (MPa)
Tz

2263,2

λ= βz . T = 1,0264 745,59

Với λ là hệ số tăng áp:

c

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

Như vậy với động cơ xăng

βz .Tz
λ.Tc

ρ =1

2. Hệ số giản nở sau δ :
Ta có hệ số giản nở sau δ được xác định theo công thức: δ =
Với động cơ xăng : δ = ε = 9

3. Chỉ số giản nở đa biến trung bình n2 :

Footer Page 12 of 134.

12

ε
ρ

= 3,11

Header Page 13 of 134.

Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình
cân bằng sau :
n2 − 1 =

8,314

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

(10)

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

Tz

δ

n2 −1

=

2263,2
= 1324,5 (0K)
1, 2438−1
9

QH* : Nhiệt trị tính toán
Đối với động cơ xăng:
QH* = QH - ∆QH = 4400 0– 0 = 44000

( kJ/kg.độ )

Thay vào công thức (10) các giá tri tương ứng ta có:
n2 − 1 =

8,314

( 0,856 − 0,85).44000
0,00260
+ 20,689 +
.( 2263,2 + 1324,5)
0,7603.(1 + 0,0533).1,099.( 2263,2 − 1324,5)
2

Chú ý: Thông thường để xác định n2 ta chọn n2 trong khoảng
(1,150÷1,250), (sách nguyên lý ĐCĐT – Nguyễn Tất Tiến, trang 184) vì
vậy chọn n2 = 1,2438. Kiểm tra n2 bằng cách thay giá trị n2 vừa mới chon
vào 2 vế của phương trình trên ta có:
vế trái = 0,2438

sai số =0,0005<0,2%

vế phải = 0,2848

thỏa mãn điều kiện

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

Tz

δ

n2 −1

=

Tz
(0K)
n2 −1
δ

2263,2
= 1324,5
91, 2438−1

(0K)

5. Áp suất cuối quá trình giản nở pb :
Áp suất cuối quá trình giản nở pb được xác định theo công thức:
Footer Page 13 of 134.

13


Header Page 14 of 134.

pb =

p z 5,661
= 1, 2438 = 0,3681
δ n2 9

(MPa)

6. Tính nhiệt độ khí thải Trt :
Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức:
p 
Trt = Tb . r 
 pb 

m −1
m

1, 5−1

Trt

 0,107  1.5
=1324,5.
=789,660

0,5057 

(0K)

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

Trt − Tr
Trt

.100% < 15%

[ 789,660 − 850] .100% = 7,641% < 15%
789,660

(thoả mãn điều kiện)

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:

Với động cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình p’i được xác định theo công
thức :
pi' =

pc  λ 
1 
1 
1 
.
. 1 − n2 −1 ÷−
 1 − n1 −1 ÷ =1,387 ( MPa)
ε − 1  n2 − 1  ε
 n1 − 1  ε  

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 = p i .ϕd = 0,387.0,929 =1,288

(MPa)

Trong đó ϕd 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:
gi =

Footer Page 14 of 134.

432.10 3.ηv . p k
M 1 . p i .Tk

14

(g/kW.h)


Header Page 15 of 134.
gi =

4.

432.10 3.0,8762.0,1
=130.14
0,7603.1,288.297

(g/kW.h)

Hiệu suất chỉ thị ηi :
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị :
ηi =

5.

3,6.10 3
3,6.103
=
.1000 = 0,628(%)
130,14.44000
g i .Q H

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 :
vtb =

S .n
30

=

85.6000.10 −3
= 17
30

(m/s)

Theo số thực nghiệm có thể tính pm theo công thức sau :
Theo số liệu thực nghiệm, có thể tính pm theo công thức sau:
Đối với động cơ xăng i = 4, S/D > 1:
pm =0,116
6.

(MPa)

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:
p e = p i − p m =1,288 −0,116 =1,172

7.

(MPa)

Hiệu suất cơ giới ηm :
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới :
ηm =

8.

pe 1,172
=
= 0,909( 0 0 )
pi 1,288

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

9.

g i 130,14
=
= 143,16 (gkW.h)
ηm
0,909

Hiệu suất có ích ηe :
Công suất có ích được xác định theo công thức sau:
ηe =ηm .ηi = 0,909.0,628 = 0,570

Footer Page 15 of 134.

15


Header Page 16 of 134.

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

Dkn =

(mm)

Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức :
N e .30.τ
108.30.4
=
= 0.46075

pe .i.n
1,172.4.6000

Vh =

Ta có :

4.0,460
.100 = 0.830976
3,14.85

Dkn =

( lit )

(dm)-

Sai số đường kính là: ∆D= Dkn .100 − Dchotruoc

= 83.0976 −83 = 0,0976( mm)

Sai số đường kính không đươc vượt quá 0,1 mm nên thoả mãn điều kiện.
1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công:
Căn cứ vào các số liệu đã tính pa , pc , pz , pb , n1 , n2 , ε ta lập bảng tính đường
nén và đường giản nở theo biến thiên của dung tích công tác Vx =i.Vc (Vc: dung
tích buồng cháy).
với

Vc =

Vh
0.46075
=
= 0,057(dm3 )
ε −1
9 −1

Ta có bảng tính các giá trị của quá trình nén và quá trình giản nở như sau:
(Xuất phát từ

p.V

n

n
n
=const ⇒ p x .Vx = pc .Vc với Vx=i.Vc thay vào rút ra)
1

1

Sau khi ta chọn tỷ lệ xích µV và µP hợp lý để vẽ đồ thị công. Để trình bày đẹp
thường chọn chiều dài hoành độ tương ứng từ εVc = 220mm trên giấy kẻ ly.
Ta có : µV

=

εVc − Vc
220

=

9.0057 − 0.057
= 0,00207
220

Tung độ thường chọn tương ứng với pz khoảng 250 mm trên giây kẻ ly.
µP =

pz
5,661
=
= 0,026
250
250

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

i
1
1.25
1.5

i.Vc
0.057
0.0713
0.0855

Footer Page 16 of 134.

Giá trị biểu
diễn
27.5362
34.4203
41.3043

QUÁ TRÌNH NÉN
px =pc.
Giá trị biểu
(1/i^n1)
diễn
1.87
71.923
1.376
52.924
1.071
41.193
16

QUÁ TRÌNH GIẢN NỞ
Giá trị biểu
px=pz.(1/i)^n2
diễn
5.661
217.73
4.2919
165.07
3.4205
131.56

Header Page 17 of 134.

1.75
2
2.5
3
4
5
6
6.5

0.0998
0.114
0.1425
0.171
0.228
0.285
0.342
0.3705

48.1884
55.0725
68.8406
82.6087
110.145
137.681
165.217
178.986

0.8665
0.7212
0.5305
0.4129
0.278
0.2046
0.1592
0.1426

33.329
27.737
20.404
15.881
10.692
7.8673
6.1227
5.4844

2.8234
2.3906
1.8115
1.4438
1.0095
0.7648
0.6096
0.5519

108.59
91.947

69.674
55.529
38.825
29.415
23.447
21.225

Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem, đường biểu diễn áp suất Pk
song song với hoành độ phải chọn đường đậm của giấy kẻ ly. Đường 1Vc cũng
phải đặt trên đường đậm của tung độ.
Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở , vẽ tiếp đường biểu diễn đường nạp và
đường thải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hoành đi qua hai
điểm pa và pr .
Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị. Các
bước hiệu đính như 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
85
=
=
= 0,3863 (mm)
gtbd S 220 220

Vì gtbd Vmax – gtbd Vmin = 236-16=220(mm)
Thông số kết cấu của động cơ là:

λ=

Khoảng cách OO’ là:

R S
85
=
=
= 0,3148
ltt 2.ltt 2.135
(mm)
OO , =

λR
2

Giá trị biểu diễn OO’ trên đồ thị:

Footer Page 17 of 134.

17

=

0,3148.42.5
= 6.68
2

(mm)

Header Page 18 of 134.

gtbdOO' =

gttOO'

µS

=

12, 7
= 17 ,3 (mm)
0,81843

Ta có nửa hành trình của pistông là:
S 85
=
= 42,5
2
2

R=

(mm)

Giá trị biểu diễn R trên đồ thị:
gtt R
42,5
=

= 110,1
µS
0,3863

gtbd R =

Từ gtbd OO và
'

gtbd R

(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
β2 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 đánh lửa 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

Đối với động cơ xăng:

pc' = 1,817 +

p c'

pc' = pc +

được xác định theo công thức sau:

1
( 0.85 p z − pc ) (Mpa)
3

1
( 5,661 −1,817 ) = 3,098
3

(Mpa)

Từ đó ta xác định được tung độ của điểm c’ trên đồ thị công:
yc ' =

pc'

µp

=

3,098
=119,1
0,026

1.3.3. Hiệu đính điểm phun sớm: (điểm c’’ )
Footer Page 18 of 134.

18

(mm)


Header Page 19 of 134.

Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khởi đường nén lý
thuyết tại điểm c’’. Điểm c’’ được xác định bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị
Brick ta xác định góc đánh lửa sớm θ , bán kính này cắt đường tròn Brick tại
một điểm. Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm
c’’. Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’.
1.3.4.Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế:
của động cơ xăng. Theo thực nghiệm, điểm đạt trị số áp suất cao nhất là
điểm thuộc miền 372o ÷ 375o ( tức là 12o ÷ 15o sau ĐCT của quá trình cháy và
giãn nở).
* Hiệu đính điểm z:
-

Cắt đồ thị công bởi đường 0.85 Pz
Xác định điểm Z từ góc 12o: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác

định góc tương ứng với 372o góc quay trục khuỷu, bán kính này cắt vòng
tròn tại 1 điểm. Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường
0.85pz tại điểm z.
-

Dung cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát đường giãn nở.

1.3.5. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế: (điểm b’)
Do có hiện tượng mở sớm xupap thải nên trong thực tế quá trình thải thực
sự diễn ra sớm hơn lí thuyết. Ta xác định điểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên
đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupap thải β1, bán kính này cắt vòng tròn
Brick tại 1 điểm . Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường giãn
nở tại điểm b’.
1.3.6. Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giản nở: (điểm b’’)
Áp suất cuối quá trình giản nở thực tế pb thường thấp hơn áp suất cuối quá
''

trình giản nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm. Theo công thức kinh nghiệm ta
có thể xác
định được:

Footer Page 19 of 134.

19


Header Page 20 of 134.
pb"
yb"
ω

0.18662
6.78705
157

pb'' = p r +

1
( pb − p r )
2

=0,107+0,5(0,3681 - 0,107) = 0,2377

(Mpa)

Từ đó ta xác định tung độ của điểm b’’ là:
y b '' =

pb''

µp

=

0,2377
= 9,1423
0,026

(mm)

Sau khi xác định được các điểm b’ ,b’’ ta dùng các cung thích hợp nối với đường
thải ra

.

Footer Page 20 of 134.

20


Header Page 21 of 134.

Rλ/2

p

O

O

,

180

β1

,

a
Z

pz

60

c

120
90

,,

( p-v )

c

b

po
0

r

B
a

a

εV

Vc

Hình 1.2: Đồ thi công đã hiệu chỉnh

Footer Page 21 of 134.

b
b

21

c

V


Header Page 22 of 134.

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
với vh của đồ thị công (từ điểm 1 vc đến ε vc).
2.1.1. Đường biểu diễn hành trình piston x = f (α ) :
Ta tiến hành vẽ đường hành trình của piston theo trình tự sau:
1. Chọn tỉ lệ xích góc: Thường dùng tỷ lệ xích (0,6 ÷ 0,7) (mm/độ)
2. Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 (cm)

Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 100, 200,

3.

….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
Nối các điểm chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x =

5.
f (α )

A

ÂCT

0

α

C

M

α

S=2R

R
R. λ/2

O

X=f(α)

α
O'

D ÂCD
ĐCD

Đường biểu diễn hành trình của piston X= f(α)
2.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f (α ) :

Footer Page 22 of 134.

180

x

x

B

90

22

S=2R
(S=Xmax)

ĐCT

α


Header Page 23 of 134.

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 = f (α ) , sát mép

dưới của bản vẽ.
2. Vẽ đường tròn tâm O bán kính là R λ /2
3. Chia nửa vòng tròn tâm O bán kínhR và vòng tròn tâm O bán kính R λ /2

thành 18 phần theo chiều ngược nhau.
4. 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 các điểm chia tương ứng của vòng tròn tâm O bán kính R λ /2 tại các
điểm a, b, c,…….
5. 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….
đồ thị này biểu diễn quan hệ v= f (α ) trên tọa độ cực.
2'

b
1'

a

A

V=f(α)

c

B

4'

b'
0'
Vα

0

R2

3'

α

h

7'
6'

1

5'

e
g

2
R1

8

7

6
3

4

5

Đường biểu diễn vận tốc của piston V=f(α)
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:
Footer Page 23 of 134.

23


Header Page 24 of 134.
1. Chọn tỉ lệ xích µ j = 45 (m/s2.mm)
2. Ta tính được các giá trị:

- Tốc độ góc:

ω=

π .n 3,14.1500
= 628 (rad/s)
=
30
30

- Gia tốc cực đại:

jmax = R.ω 2 .(1 + λ ) = 0,0425.6282.(1+0,3148)=2203,778(m/s2)
Chú thích: λ thông số kết cấu động cơ
Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là:

gtt jmax

gtbd jmax =

µj

=

2203,778
= 48,97
45

(mm)

- Gia tốc cực tiểu: Pj

jmin = − R.ω 2 .(1 − λ ) = - 0.00425.6282.(1-0,3148)=-1148,485 (m/s2)
Vậy ta được giá trị biểu diễn jmin là :

gtbd jmin =

gtt jmin

µj

=-

−1148,485
= 25.5
45

(mm)

- Xác định giá trị EF :

EF = −3.R.λ.ω 2

=-3.0,00425.0,3148,6282=-1582,93 (m/s2)

Vậy ta được giá trị biểu diễn EF là:

gtbd EF =

gttEF
1582,93
= − 45 = −35
µj

(mm)

3. 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 11, 22, 33…Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33….Ta được các
đường cong biểu diễn quan hệ j = f ( x) .
Footer Page 24 of 134.

24


Header Page 25 of 134.

C

Jmax

1
F1

J=f(s)
2

S

-3λRω2

E

B
ÂCD
F2

4

F

1'

2'

3'

Jmin

3

A
ÂCT

4' D

ĐCD

ĐCT

Đường biểu diễn gia tốc của piston j=f(x)
2.2. Tính toán động lực học :
2.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:
- Khối lượng nhóm piston mnpt =0.435 (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.
Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau:
+ Thanh truyền của động cơ ô tô :
m1 = ( 0.275 ÷ 0.285 ).mtt
Footer Page 25 of 134.

ta chọn m1 = 0,28.mtt
25