đồ án động cơ đốt trong dc xăng tuấn 26 11 111 MAI IN

Lời cảm ơn
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 Nguyễn Hữu lý 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

Phạm Văn Tuấn

1


MỤC LỤC
Phần 1: Tính Nhiệt ……………………………………………………………… 3

1.1 Các thông số chọn ………….…………………………………………….4
1.2 Tính toán các quá trình công tác ………………………...6
1.3 Vẽ và hiệu đỉnh đồ thị công …………………………….18
Phần 2 tính toán động học động lực học …………………..23
Phần 3 : tính nghiệm bền xéc măng ………………………..40

2


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.
2.

Giáo trình tính toán động cơ đốt trong
File pdf tính toán động cơ đốt trong

3


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

Nguyễn Văn Khánh

Các số liệu của phần tính toán nhiệt
T Tên thông số
Ký hiệu
T

Giá trị

Khóa: 37
Đơn vị

1

Kiểu động cơ

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Số kỳ
Số xilanh
Thứ tự nổ
Hành trình piston
Đường kính xilanh
Góc mở sớm xupáp nạp

Góc đóng muộn xupáp nạp
Góc mở sớm xupáp xả
Góc đóng muộn xupáp xả
Góc phun sớm
Chiều dài thanh truyền
Công suất động cơ
Số vòng quay động cơ
Suất tiêu hao nhiên liệu

S
D
α1
α2
β1
β2
ϕi
ltt
Ne
n
ge

4
6
1-5-3-6-2-4
87
98
23
65
51
23

13
185
87
2400
202

16

Tỷ số nén

ε

9,4

17
18

Trọng lượng thanh truyền
Trọng lượng nhóm piston

mtt
mpt

1,9
1,2

kg
kg

me

14,4

Kgm

19

Ghi chú
Đ/cơ Xăng,
không tăng áp

τ
i

kỳ
mm
mm
độ
độ
độ
độ
độ
mm
ml
v/ph
g/kWh
Em thay đổi cho
phù hợp với số
liệu

1.1. Các thông số chọn.
1) áp suất môi trường p0
- 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
4


- 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 avới 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 = 1,11pk = 1,11.0,1 = 0,111 (MPa)
5) Mức độ sấy nóng môi chất
Mức độ sấy nóng môi chất 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) = 880

7) Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt :t
Hệ số hiệu đính tỉ nhiệtt được chọn theo hệ số dư lượng không khí
t

α

để hiệu đính:

= 1.16

8) Hệ số quét buồng cháy 2:
Với các động cơ không tăng áp ta thường chọn hệ số quét buồng cháy 2 là:
2

=1

9) Hệ số nạp thêm 1:
Hệ số nạp thêm

1

phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí. Thông thường ta có thể chọn:
1

= (1,02 – 1,07) = 1.03
5


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. 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
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
các loại động cơ Xăng ta chọn:

ξb

ξb

:

tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel. Với

ξb = 0,85 ÷ 0,95 = 0,9

12) Hệ số hiệu đính đồ thị công
Hệ số hiệu đính đồ thị công
động cơ Xăng ta chọn:

ϕd

ϕd

:

phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel. Với các
ϕd = 0,92 ÷ 0,97 = 0,92

1.2. Tính toán các quá trình công tác:
1.2.1. Tính toán quá trình nạp:
1) Hệ số khí sót
Hệ số khí sót

γr

γr

:

được tính theo công thức:

6


γr =

Trong đó

m

λ2 .(Tk + ∆T ) pr
. .
Tr

pa

1
1
 ÷
m

p 
ε .λ1 − λt .λ2 .  r ÷
 pa 

là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn:

m = 1,45 1,5 = 1,5
Thay số vào công thức tính

γr

2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp
Ta

Nhiệt độ cuối quá trình nạp

Ta =

Thay số vào công thức tính

Ta

:

được tính theo công thức:
 m −1 

÷
 m 

 pa 
÷
 pr 

( Tk + ∆T ) + λt .γ r .Tr . 
1+ γ r

ta được:

Ta

ta được:

Ta =

3) Hệ số nạp
Hệ số nạp

ηv

ηv

:

được xác định theo công thức:

1

 ÷
 pr  m  
Tk
pa 
1
ηv =
.
. . ε .λ − λ .λ .  ÷
ε − 1 (Tk + ∆T ) pk  1 t 2  pa  



7


Thay số vào công thức tính

ηv

ta được:

= 0,735

4) Lượng khí nạp mới
Lượng khí nạp mới

M1 =

M1

M1

:

được xác định theo công thức:

432.102. pk .ηv
g e . pe .Tk

Trong đó:
pe

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

Vh

30.N e .τ
Vh .n.i

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 = = 0,656 (l)
Pe = = 1,658 (MPa)
M1 = = 0.479 (kmol / kg.nl)

5) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu
Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu
thức:
8

M0
M0

:
được tính theo công


M0 =

1 C H O
. + − ÷
0, 21  12 4 32 

Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có:
M0

công thức tính

C = 0,855; H = 0,145; O = 0, 004

nên thay vào

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=

M1 −

α

được xác định theo công thức:

1
µ nl

M0

Trong đó: µnl = 114

Thay số vào công thức tính hệ số dư lượng không khí

α

= 0,9187
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:
9

ta được:


α <1

Với các động cơ Xăng có hệ số dư lượng không khí
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:
= (17,997+3,504.0,9187)+ .(360,34+252,4.0,9187).10-5.T
= 21,216+0,00296T

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
thức:
mcv' =

mcv'

tính theo công

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

mcv' =

Thay số ta được:

19,806 + 0, 00209.T + 0, 6066.( 21, 216 + 0, 00296T )
(kJ / kmol.do)
1 + 0, 6066

.T
Do ta có:
mcv' = av' +

bv'
.T
2

4) Chỉ số nén đa biến trung bình
Chỉ số nén đa biến trung bình
n1 − 1 =

n1

n1

:

được xác định bằng cách giải phương trình:

8,314
a + b .Ta . ε n1 −1 + 1
'
v

'
v

(

)
10


Thay n1=1,3715 vào hai vế của phương trình ta được:
n1 – 1= 0.3715
và
= 0,37172
Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là:
= 0,006 < 0,2%
Vậy ta có nghiệm của phương trình là:n1 = 1,33

5) áp suất cuối quá trình nén
áp suất cuối quá trình nén

pc

pc

:

được xác định theo công thức:

pc = pa .ε n1

Thay số ta xác định được:
Pc = 0,08.9,41,3715 = 1,729 (MPa)
6) Nhiệt độ cuối quá trình nén
Nhiệt độ cuối quá trình nén

Tc

Tc

:

được xác định theo công thức:

Tc = Ta .ε n1 −1

Thay số ta được:
Tc = 351,216. 9,41,3715 = 807,404 (K)

7) Lượng môi chất công tác của quá trình nén
Lượng môi chất công tác của quá trình nén

Mc

Mc

M c = M 1 + M r = M 1. ( 1 + γ r )

Thay số ta được:
11

:

được xác định theo công thức:


Mc = 0,479.(1+0,06066) = 0,508(kmol / kg.nl)
1.2.3. Tính toán quá trình cháy:
1) Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết

β0

:

Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết
β0 =

β0

được xác định theo công thức:

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 µ nl
β0 = 1 +
1
αM 0 +
µ nl
(

Thay số ta được:
= 1+ = 1,0758
2) Hệ số thay đổi phân tử thực tế

β

:

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế
β=

β

được xác định theo công thức:

β0 + γ r
1+ γ r

Thay số ta xác được: = = 1,07
3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z

βz

Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z
βz = 1+

β0 − 1
.χ z
1+ γ r

Trong đó ta có:

12

:
βz

được xác định theo công thức:


χz =

ξ z 0,88
=
= 0,97778
ξb 0,9

Thay số ta được:
= 1+ . 0,97778 = 0699

4) Lượng sản vật cháy

M2

Ta có lượng sản vật cháy

:

M2

được xác định theo công thức:

M 2 = M 1 + ∆M = β0 .M 1

Thay số ta được:
M2 = 0,479+0,0363 = 0,516 (kmol / kg.nl)

5) Nhiệt độ tại điểm z

Tz

:

Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z
trình sau:

Tz

được xác định bằng cách giải phương

( )

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

(**)

Trong đó:
QH
∆Q

là nhiệt trị thấp của nhiên liệu Xăng ta có:

QH = 44000(kJ / kg.nl )

là nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên liệu.trong

điều kiện α<1 xác định như sau:
13


∆Q

3

α

=120.10 (1- )M

0

Thay số ta được:
∆Q

mcvz''

= 120.103.(1-0,9187)0,512 =4993.61 (

KJ kg .nl

)

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:
=
= 21,19+0,0059.Tz
Mặt khác ta có:
= .Tz
Thay các giá trị vào phương trình (**) ta tính
0, 0016Tz2 + 11,522Tz − 42746, 785 = 0

Tz =1676,552(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 :

14


= . = 1,0699. = 2,222
Thay số ta được:
Pz = 2,222.1,729 = 3,087 (MPa)
1.2.4. Tính toán quá trình giãn nở:
1) Hệ số giãn nở sớm
Hệ số giãn nở sớm
ρ=

ρ

ρ

:

được xác định theo công thức sau:

β z .Tz

λ.Tc

Với động cơ xăng ta có: ρ =1

δ

2) Hệ số giãn nở sau :
Ta có hệ số giãn nở sau
δ=

δ

được xác định theo công thức:

ε
ρ

Với động cơ xăng :
= = 9,4

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:

15


n2 − 1 =

8, 314

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

(*)

Trong đó:
Ta chọn n2 =1,22

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 =

= 1024,068 (K)

QH*: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu.
Với động cơ xăng :
=QH - =43457,39397 (kJ / kg.nl)
Thay n2 =1,22 ta được:
n2 – 1 = 0,22

8,314

( ξb − ξ z ) .Q
M 1. ( 1 + γ r ) .β . ( Tz − Tb )
*
H

bvz''
''
+ avz +
. ( Tz + Tb )
2

220407
Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là:
n2 = .100 = 0,1
n2 = 1,22
4) áp suất cuối quá trình giãn nở
áp suất cuối quá trình giãn nở

pb

pb

:

được xác định trong công thức:
16

=


pb =

pz
δ n2

Thay số vào ta được:
Pb = = 0,249 (MPa)
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:
Trt = 11024,068.= 781,696(K)
Vậy ta có sai số khi tính toán và chọn nhiệt độ khí thải là:
= .100% = .100% =11,17%
→ ∆Trt < 15%

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

1) áp suất chỉ thị trung bình

pi'

:

Với động cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình
pi' =

pi'

được xác định theo công thức:

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:
= . = 1,4068

2) áp suất chỉ thị trung bình thực tế

pi

:
17

]


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' .ϕd

Với φd = 0,92
Thay số vào công thức trên ta được:
Pi = 1,4068.0,92 = 1,294 (MPa)

3) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

gi

:

Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị
gi =

432.103.ηv . pk
M 1. pi .Tk

Vậy thay số vào ta xác định được:
gi = = 172,43 (g / KW.h)

4) Hiệu suất chỉ thị

ηi

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

3, 6.103
gi .QH

Thay số ta được:
i

= = 0,4745
18

gi

:


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 = = = 6,96 (m/s)
Do Vtb = 6,96 nên áp suất tổn thất cơ giới được tính cho động cơ xăng có
6 i và S/D > 1.
Vậy ta có công thức xác định

pm

là:

Pm = 0,05+0,015. Vtb
Thay số ta được:
Pm = 0,05+0,015.6,96 = 0,1544(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 = 1,294 – 0,1544 = 1,1398 (MPa)

7) Hiệu suất cơ giới

ηm

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

pe
pi

Thay số vào công thức trên ta được:
m

= = 0,88
19


8) Suất tiêu hao nhiên liệu

ge

:

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

gi
ηm

Vậy thay số vào ta được:
ge = = 195,789 (g / KW.h)
9) Hiệu suất có ích

ηe

:

Ta có công thức xác định hiệu suất có ích

ηe

được xác định theo công thức:

ηe = ηm .η i

Thay số vào công thức trên ta được:
e

= 0.88 .0,4745= 0,418

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 = = 0,636 (l)
Ta có công thức kiểm nghiệm đường kính xy lanh
Dkn =

Dkn

:

4.Vh
π .S

Thay số vào ta được:
Dkn = = 0,9648 (dm) = 96,48 (mm)
Vậy ta xác định được sai số đường kính giữa tính toán và thực tế là:
= = = 0,0152 (dm)
20


< 0,1 (dm)
Vậy đường kính xy lanh giữa tính toán và thực tế thoả mãn yêu cầu.

1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công.
Ta chọn tỉ lệ xích biểu diễn áp suất trong xylanh và dung tích công tác của xylanh
trong quá trình nén và giãn nở lần lượt là:
p
v

== = 0,0192 (Mpa)

= = = 0,0031 (l / mm)

Ta có bảng để tính đường nén và đường giãn nở theo biến thiên của dung tích công
tác

Vx = i.Vc

(Trong đó

Vc

là dung tích buồng cháy):
21


Vc= = = 0,0757 (l)
B
A
̉
N
G
B
I
Ê
̉
U
D
I
Ê
̃
N
T
Q
H
U

Ê
A
̉́
T
IR
́I
C
̀
H
N
H
N
G
E
I
́A
N
̃
N
N
Ơ
̉
iG
T
G
B
T
D
B
D

1293
22


1.0
.780
204.
820
70
60
08
54
20
96
240318
2.45
.6
56748
5896
17
4
79
27
74
14
36015
3.92
.30
8903
35

13
46
4
81
97
4
48013
5.36
.27
15408
18576
27
37
19
7
07
32
51092
23


0.8
6195.
.903
3097
810
59
08
52
06

21
61072
2.
714.
.413
6817
605
8
15
34
6
15
7106
4.8
8123.
.1456
972
485
69
25
32
73
48
8105
7.5
023.
.908
293
18
03

37
76
62
4
9104
24


9.3
1042.
.8267
430
91
16
69
34
35
41
92041
.03
4012.
.8740
09
05
7
1
7
1

Giá trị biểu diễn trên trục hoành theo εVc: εVc = 200 (mm)

Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piston
s

S

là:

= = = = 0,435

Ta có thông số kết cấu của động cơ là:
= = = = 0,235
Vậy ta được khoảng cách

OO '

là:

OO’= = = 5,114 (mm)
Giá trị biểu diễn 00’ là:
gtbdOO’ = = = 11,757 (mm)
25