Đồ án động cơ đốt trong

Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu

3

Chương 1: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG

4

CƠ ĐỐT TRONG
1.1. Giới thiệu về động cơ mẫu và các thông số đầu vào phục vụ

4

tính toán
1.1.1. Số liệu ban đầu

4

1.1.2. Các thông số cần chọn

4

1.2.

6

Tính toán các quá trình công tác của động cơ

1.2.1. Tính toán quá trình nạp

6

1.2.2. Tính toán quá trình nén

8

1.2.3. Tính toán quá trình cháy

9

1.2.4. Tính toán quá trình giãn nở

11

1.2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác

13

1.3.

14

Vẽ và hiệu đính đồ thị công

1.3.1 Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công

16

1.3.2 Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị
Chương 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC

16
19

2.1.

Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học

2.1.1. Đường biểu diễn hành trình của piston
2.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston
2.1.3.
2.2.
2.2.1.
2.2.2.
2.2.3.

v = f (α)
j = f ( x)

Đường biểu diễn gia tốc của piston
Tính toán động lực học
Các khối lượng chuyển động tịnh tiến
Các khối lượng chuyển động quay
Lực quán tính

1
SVTH: Phạm Văn Quân

x = f (α)

Page 1

19
19
19
20
21
21
21
22


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

2.2.4. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính
2.2.5. Đường biểu diễn

v = f ( x)

2.2.8. Vẽ đồ thị

Pj = f ( x )

thành

p = f (α)
Pj = f ( α )

PΣ = f ( α )

25
26
26

2.2.9. Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến
Z = f (α)

T = f (α)

và đồ thị lực pháp tuyến

ΣT = f (α )

2.2.10. Vẽ đường biểu diễn
của động cơ nhiều xilanh
2.2.11. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu
Q = f (α )
2.2.12. Vẽ đường biểu diễn
2.2.13. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu
Chương 3: TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH
3.1. Tính nghiệm bền piston
3.1.1. Tính nghiệm bền đỉnh piston
3.1.2. Tính nghiệm bền đầu piston

3.1.3. Tính nghiệm bền thân piston
3.2. Tính nghiệm bền chốt piston
KẾT LUẬN CHUNG
TÀI LIỆU THAM KHẢO

2
SVTH: Phạm Văn Quân

23
24

2.2.6. Khai triển đồ thị công P–V thành
2.2.7. Khai triển đồ thị

− Pj = f ( x )

Page 2

26

29
31
34
35
37
37
37
39
39
40

44
45


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

LỜI NÓI ĐẦU
Trong bối cảnh của đất nước ta hiện nay đã và đang phát triển một cách nhanh
chóng và đang trên đà phát triển thành một nước công nghiệp trong thời gian sắp tới,
thì vai trò của ngành động cơ đốt trong nói chung và nền công nghiệp ô tô nói riêng là
rất quan trọng. Cụ thể hơn thì nền công nghiệp ô tô đã góp phần rất nhiều trong các
ngành nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ,… và đăck biệt là khả năng di chuyển rất
linh động đã làm cho phần lớn người dân Việt Nam đã chọn ô tô, xe máy làm phương
tiện di chuyển qua đó thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô phát triển.
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 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 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 Lê Quang Thắng cũng như
toàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn đã tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đồ
án.

Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Sinh viên thực hiện
Phạm Văn Quân

3
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 3


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1.Giới thiệu về động cơ mẫu và các thông số đầu vào phục vụ tính toán
1.1.1.Số liệu ban đầu
1- Công suất của động cơ Ne:

Ne = 80 (mã lực) = 58,84 (KW)

2- Số vòng quay của trục khuỷu n:

n = 2200 (vg/ph)

3- Đường kính xi lanh D:

D = 110 (mm)

4- Hành trình piton S :

S = 125 (mm)

5- Dung tích công tác V h :Vh =

π × D2 × S
4

=

π × (110.10−2 )2 ×125.10−2
4

= 1,1879

(dm3)
6- Số xi lanh i :

i=4

7- Tỷ số nén ε :

ε =16,4

8- Suất tiêu hao nhiên liệu ge :

ge

= 183 (g/ml.h) =248,81 (g/kW.h)

9- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp α1 ; α2 : α1 =10 (độ) α2 =40 (độ)
10- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp thải

β1 , β 2

:

11- Chiều dài thanh truyền ltt:

ltt = 230 (mm)

12- Khối lượng nhóm pitton mpt:

mpt = 2,2 (kg)

β1

= 40 (độ)

β2

= 10 (độ)

13- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt: mtt = 3,9 (kg)
14 – Động cơ không tăng áp, 15 – góc phun sớm

θi

= 22o

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 đông cơ (với động
cơ không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trước khi nạp nên ta chọn p k=p0
Ở nước ta nên chọn pk = p0 = 0,1 (MPa)
2 )Nhiệt độ môi trường :Tk

4
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 4


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm .Vì đây là
động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupáp nạp
nên :
Tk =T0 =24ºC =297ºK
3 )Áp suất cuối quá trình nạp :pa
Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại đông cơ ,tính năng
tốc độ n ,hệ số cản trên đường nạp ,tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét đông cơ
đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa
Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:
×
pa =(0,8-0,9).pk =(0,8-0,9) 0,1 = 0,08-0,09 (MPa)
Căn cứ vào động cơ D240 đang tính ta chọn: pa =0,085 (Mpa)

4 )Áp suất khí thải P

:

Áp suất khí thải cũng phụ thuộc giống như p
Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi :
p= (1,10-1,15).0,1 =0,11-0,115 (MPa)
chọnP =0,113

(MPa)

5 )Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T
Mức độ sấy nóng của môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành
hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xy lanh
Với động cơ diezel :

∆T = 20ºK - 40ºK

Ta chọn: ∆T = 30ºK
6 )Nhiệt độ khí sót (khí thải) T
Nhiệt độ khí sót T phụ thuộc vào chủng loại đông cơ.Nếu quá trình giãn nở càng
triệt để, Nhiệt độ T càng thấp
Thông thường ta có thể chọn : T=700 ºK -1000 ºK
Thông thường ta có thể chọn : T =800 ºK
7 )Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λ :
Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiệu đính
.Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau :
α
λ

0,8
1,13

1,0
1,17

1,2
1,14

5
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 5

1,4
1,11


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

Đối với động cơ đang tính là động cơ diesel có α > 1,4 có thể chọn λ=1,10
8 )Hệ số quét buồng cháy λ :
Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =1
9 )Hệ số nạp thêm λ
Hệ số nạp thêm λ phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí .Thông thường ta có thể
chọn λ =1,02÷1,07 ; ta chọn λ =1,04
10 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ,ξ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ

Với các loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ= 0,70-0,85
Chọn : ξ= 0,75
11 )Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động cơ
điezel .ξ bao giờ cũng lớn hơn ξ
Với các loại đ/c điezen ta thường chọn : ξ =0,80-0,90
ta chọn ξ=0,85
12 )Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ :
Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ với chu
trình công tác thực tế .Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính toán của
động cơ xăng ít hơn của động cơ điezel vì vậy hệ số φ của đ/c xăng thường chọn hệ số
lớn.
Có thể chọn φ trong phạm vi: φ =0,92-0,97
Nhưng đây là đ/c điezel nên ta chọn φ =0,92
1.2. Tính toán các quá trình công tác của động cơ
1.2.1. Tính toán quá trình nạp
1 )Hệ số khí sót γ :
γr =

λ2 × (Tk + ∆T ) p r
× ×
T
pa

1
1

 p m
ε × λ1 − λt × λ2 ×  r 
 pa 

Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5
Chọn m =1,5
6
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 6


Đồ án Động cơ đốt trong
1× (297 + 30) 0,113
×
×
800
0, 085
γr

=

GVHD:Lê Quang Thắng
1
1

 0,113 1,5
16, 4 × 1, 04 − 1,1×1× 
÷
 0,085 

. = 0,0345

2 )Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T đươc tính theo công thức:

T=

 
( TK + ∆T ) + λt × γ r × Tr ×  pa 
 pr 
1+ γr

m −1
m

ºK
1,5−1

T=

 0.085  1,5
( 297 + 30 ) + 1,1× 0, 0345 × 800 × 
÷
 0,113 
1 + 0,0345

= 342,81 (ºK)

3 )Hệ số nạp η :
1



 pr  m 
1
Tk
pa 
ηv =
×
× × ε ×λ − λ ×λ × 
( ε − 1) ( TK + ∆T ) pk  1 t 2  pa  



η=

1


1,5
0,113




1
0,085 16, 4 × 1, 04 − 1,1×1× 
÷
297
 0, 085  
16, 4 − 1 × 297 + 30 × 0,1 × 


= 0,788

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

M=

432× 103 × pk × ηv
g e × pe × TK

(kmol/kgnhiên liệu)

Trong đó p là áp suất có ích trung bình được xác định thao công thức sau:

p=

Vậy

30 × N e × τ
Vh × n × i

M=

=

30 × 58,84 × 4
1,1879 × 2200 × 4

432 × 103 × 0,1× 0, 788
248,81× 0, 6754 × 297

= 0,682 (kmol/kg nhiên liệu)

7
SVTH: Phạm Văn Quân

= 0,6754 (MPa)

Page 7


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

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

M =

C H O
 + − ÷
×  12 4 32 

(kmol/kg) nhiên liệu

Vì đây là đ/c điezel nên ta chọn C=0,87 ; H=0,126 ;O=0,004
×
M = ( + - ) = 0,4946 (kmol/kgnhiên liệu)
6 )Hệ số dư lượng không khí α

Vì đây là động cơ điezel nên :
0, 682
0, 4946

α= =

= 1,379

1.2.2.Tính toán quá trình nén
1 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí :
=19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ)
2 )Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phạm cháy :
Khi hệ số lưu lượng không khí α >1 tính theo công thức sau :

=

187,36 

−5
 427,86 +
 × 10
1,634  
α 

19,876 +
+
α 
2


=

1, 634 

19,876 + 1,379 ÷



+

×
.T (kJ/k mol.độ)

187,36 

 427,86 + 1,379 ÷
×
×

10.T

= 21,061 + 2,8186.10-3.T (kJ/kmol.độ)
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 :

=

mcv + γ r × mcv" (19,806 + 0,00209.T)
=

1+ γr

+ 0,0345 × (21,061 + 2,8186.10-3 .T)
=
1 + 0, 0345

19,8479 + 2,1143.10-3 .T = av' + .T (kJ/kmol.độ)
4 ) Chỉ số nén đa biến trung bình n:
8
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 8


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thông số kết cấu và thông số vận
hành như kích thước xy lanh ,loại buồng cháy,số vòng quay ,phụ tải,trạng thái nhiệt độ
của động cơ…Tuy nhiên n tăng hay giảm theo quy luật sau :
Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng.Chỉ số nén
đa biến trung bình n được xác bằng cách giải phương trình sau :
8,314
av' +

n-1 =

'
v

(

)

b
× Ta × ε n1 −1 + 1
2

Chú ý :thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng 1,340÷1,390
Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán cho đến khi nào thỏa mãn điều kiện bài
toán :thay n vào VT và VP của phương trình trên và so sánh,nếu sai số giữa 2 vế của
phương trình thõa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu.
Chọn thử n1 = 1,36786 và thay vào hai vế :
VT = 0,36786
∆ n1 =

VP = 0,36787 =>

100.(n1VT − n1VP ) 100.(0,36786 − 0,36787)
=
= 0, 00064
n1VT
0,36786

%<0,2%

Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n =1,36795 thõa mãn điều kiện bài toán
5 )Áp suất cuối quá trình nén P :
Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức :

×
×
P = P ε = 0,085 16,41,36787 = 3,9008 (MPa)
6 )Nhiệt độ cuối quá trình nén T
Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức
×
×
T = T ε =342,808 16,41,36786-1= 959,28 ( ºK )
7 )Lượng môi chất công tác của quá trình nén M :
Lượng môi chất công tác của quá trình nén M được xác định theo công thức :
M = M+ M = M

× (1 + γ r )

×
= 0,682 (1+0,0345) = 0,7059

1.2.3 Tính toán quá trình cháy
1 )Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β
Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức:
9
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 9


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

β = = = 1+
Trong đó độ tăng mol ΔM của các loại động cơ được xác định theo công thức sau:
×
×
ΔM = 0,21 (1-α) M + ( + - )
Đối với động cơ điezel : ΔM = ( + )
Do đó

β=1+

H O
+
4 32
Mo ×α

=1+

0,126 0, 004
+
4
32
1,379 × 0, 494643

= 1,0463

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

β=

rr

=

1, 0463 + 0, 0345
1 + 0, 0345

= 1,0448

3 )Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β : (Do cháy chưa hết )
Ta có hệ số thay đổi phân tư thực tế tại điểm z β được xác định theo công thức :
r×
β=1+
χ
Trong đó
0, 75
= 0,882
0,85

χ= =

Nên:

β =1 +

1,0463-1
× 0,882
1 + 0,0345

= 1,0395

4 )Lượng sản vật cháy M :
Ta có lượng sản vật cháy M đươc xác định theo công thức :
×
M= M +ΔM = β. M = 1,0463 0,682= 0,714
5 )Nhiệt độ tại điểm z T :
* Đối với động cơ điezel,tính nhiệt độ T bằng cách giải pt cháy :

(

)

ξ z × QH
+ mcv' + 8,314 × λ × Tc = β z × mc"pz × Tz
M1 × ( 1 + γ r )

10
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 10

(1)


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

Trong đó :
Q : là nhiệt trị của dầu điezel , Q =42,5. 10( kJ/kgn.l )

:là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z là :
=8,314+
:là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z được
tính theo ct :
=
= 20,928+ 2,741.10-3.Tz = a'' + (b''/2) .T
Chỉnh lý lại ta có :
= 29,242 + 2,741.10-3.Tz = a'' + (b'' /2). T

(2)

Thay (2) vào (1) ta được:
0, 75.42500
0, 682.(1 + 0, 0345)

+ ( 21,8766 + 8,314 .1,6). 959,5
Giải phương trình trên ta được :

T = 2158,71
; T= -12825,53 (loại)
6 )Áp suất tại điểm z p :
Ta có áp suất tại điểm z p được xác định theo công thức
p = λ. P( MPa )
Với λ là hệ số tăng áp

λ= β.

CHÚ Ý :-Đối với động cơ điezel hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số
chọn. Sau khi tính toán thì hệ số giãn nở ρ (ở quá trình giãn nở) phải đảmbảo ρ<λ,nếu
không thì phải chọn lại λ, λ được chọn sơ bộ trong khoảng 1,2 ÷2,4

Ở đây ta chọn λ =1,6
Vậy

p =1,6.3,9008 = 6,2413 (MPa)

1.2.4 Tính toán quá trình giãn nở
1 )Hệ số giãn nở sớm ρ :
ρ=

β z .Tz 1, 0395.2158,82
=
= 1, 4621
λ .Tc
1, 6.959, 28

Qua quá trình tính toán ta tính được ρ = 1,4621 thõa mãn điều kiện ρ<λ
2 )Hệ số giãn nở sau δ :
Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo công thức :
11
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 11


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

δ=

ε
16, 4
=
= 11, 217
ρ 1, 4621

3 )Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n :
n–1=
Trong đó :
T :là nhiêt trị tại điểm b và được xác định theo công thức :
Tz

T=

ε n2 −1

( ºK )

Chọn thử n2 = 1,2432 và thay vào hai vế ta có:

( 0,85 − 0,75 ) .42500
n–1=

8,314

2158, 71 

0, 682 ( 1 + 0, 0345 ) .  2158, 71 −
16, 4n2 −1 ÷




VT = 0,2432
∆n2 =

+ 20,928 + 2, 741.10−3.(2158, 72 +

100.( n2VP − n2VT ) 100.(0, 2432 − 0, 24317)
=
= 0, 0123
n2VP
0, 2432

VP = 0,24317 =>
Q : là nhiệt trị tính toán

2158, 72
)
16, 4 n2 −1

%<0,2%

Đối với động cơ điezel Q= Q Q = 42500 (kJ/kg n.l)
Qua kiệm nghiêm tính toán thì ta chọn đươc n =1,2432.Thay n vào 2 vế của pt
trên ta so sánh ,ta thấy sai số giữa 2 vế <0,2% nên n chọn là đúng
4)Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T :

T=

ε

2158, 72
= 1093, 31
16, 41,2432−1

Tz

n2 −1

= =

( ºK )

5 )Áp suất cuối quá trình giãn nở p :
Áp suất cuối quá trình giãn nở P được xác định theo CT :
6, 2413
= 0,309
11, 2171,2432

Pb= =
6 )Tính nhiệt độ khí thải T :

(MPa)

12
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 12

Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng
1,5 −1
1,5

T = T. =1093,31.

 0,113 
 0,309 ÷



= 781,77 (0K)

Ta tính được T = 781,77( ºK ).So sánh với nhiệt độ khí thải đã chon ban đầu thỏa
mãn điều kiện không vượt quá 15 %
1.2.5 Tính toán các thông số chu trình công tác
1 )Áp suất chỉ thị trung bình p' Đây là đông cơ điezel áp suất chỉ thị trung bình P'
được xác định theo công thức :
pi, =

pc 
λ.ρ 
1 
1 
1 
. 1 − n2 −1 ÷−
λ ( ρ − 1) +
1 − n1 −1 ÷

ε −1 
n2 − 1  δ
 n1 − 1  ε  

Thay số vào ta có:
pi, =

= 3,9008 
1,6.1, 4621 
1
1
1



. 1 −
−
1−
= 0,8278( Mpa)
1,6 ( 1, 4621 − 1) +

1,2432 −1 ÷
1,36786 −1 ÷
16, 4 − 1 
1, 2432 − 1  11, 217
 1,36786 − 1  16, 4


Qua tính toán thực nghiệm ta tính được P' = 0,8278 (MPa)
2 )Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p :

Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình,
trong thực tế được xác định theo công thức :
i

p= p' .φ = 0,8278.0,92 = 0,7699(MPa)
Trong đó φ _hệ số hiệu đính đồ thị công.chọn theo tính năng và chung loại đông
cơ.
3 )Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g :
Ta có công thức xác định suất tiêu hoa nhiên liệu chỉ thị g:
432.103.ηv .Pk 432.103.0, 788.0,1
gi =
=
= 218, 294
M 1.Pi .Tk
0, 682.0, 7699.297

(g/kW.h)

4 )Hiệu suất chỉ thi η:
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị η :
ηi =

3, 6.106
3, 6.106
=
= 0, 000388
gi .QH
218, 294.42500

( %)

13
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 13


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

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

V = =

125.10 −3.2200
30

= 9,167 (m/s)

Đối với động cơ diesel có τ = 4, i = 4÷6, D = 90÷120mm :
P= 0,09+0,0138.V= 0,09+0,0138.9,167= 0,2165 (MPa)
6 )Áp suất có ích trung bình P :
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo
công thức :
P = P – P =0,7698 - 0,2165= 0,5534 (MPa)
7 )Hiệu suất cơ giới η :

Ta có có thức xác định hiệu suất cơ giới:

η=

pe
pi

0,5534
= 0, 7188
0, 7698

=

%

8 )Suất tiêu hao nhiên liệu g :
Ta có có cthức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là:
218, 294
= 251, 701
0, 7188

g= =

(g/kW.h)

9 )Hiệu suất có ích η :
Ta có có thức xác định hiệu suất có ích η được xác định theo công thức:
η = η .η= 0,7188.0,3888 = 0,2789
10 )Kiểm nghiêm đường kính xy lanh D theo công thức :
D=

Vh =

Mặt khác

(mm )

N e .30.τ
58,84.30.4
=
= 1,1887
Pe .i.n
0, 675.4.2200

4.1,1887.106
= 110, 036
3,14.125

D=

(mm)

14
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 14

( dm3 )


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

Ta có sai số so với đề bài là :0,036 < 0,1 (mm), (thỏa mãn điều kiện)
1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công
Căn cứ vào các số liệu đã tính p a , pc , pz , pb , n1 , n2 , ε ta lập bảng tính đường nén
và đường giãn nở theo biến thiên của dung tích công tác Vx =i.Vc (Vc: dung tích buồng
cháy).
Vc =

Vh
1,1879
=
= 0, 077
ε − 1 16, 4 − 1

(dm3)

Ta có bảng tính các giá trị của quá trình nén và quá trình giãn nở như sau:

⇒ px .Vx n1 = pcVc n1

p.V n

(Xuất phát từ

=const

với Vx=i.Vc thay vào rút ra)

µV
Sau khi ta chọn tỷ lệ xích

và

µP

hợp lý để vẽ đồ thị công. Để trình bày đẹp

thường chọn chiều dài hoành độ tương ứng từ 13,5εVc= 200mm trên giấy kẻ ly.
µv =

Ta có :

εVc − Vc 16, 4.0,077 − 0,077
=
= 0,00594
200
200

(dm3/mm)

Tung độ thường chọn tương ứng với pz khoảng 220 mm trên giây kẻ ly
µp =

pz
6, 2413
=
= 0, 02837
220

220

(MPa/mm)

Từ tỷ lệ xích trên ta tính được các giá trị biểu diễn (gtbd) của quá trình nén và quá
trình giản nở sau:
Bảng 1: Tính quá trình nén và quá trình giãn nở
Qúa trình nén

Qúa trình giãn nở
px

px

biểu diễn

1

0,0771

3,90081

137,5

ρ

0,1128

2,32008

81,8

6,2413

220,0

19,0

2

0,1543

1,51143

53,3

4,2279

149,0

26,0

3

0,2314

0,86800

30,6

2,5539

90,0

39,0

4

0,3086

0,58563

20,6

1,7860

63,0

51,9

5

0,3857

0,43158

15,2

1,3533

47,7

64,9

6

0,4629

0,33632

11,9

1,0789

38,0

77,9

13,0

15
SVTH: Phạm Văn Quân

biểu diễn

GTBD Vc

i*Vc

Page 15

Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

7

0,5400

0,27238

9,6

0,8907

31,4

90,9

8

0,6172

0,22691

8,0

0,7545

26,6

103,9

9

0,6943

0,19315

6,8

0,6517

23,0

116,9

10

0,7715

0,16722

5,9

0,5717

20,2

129,9

11

0,8486

0,14678

5,2

0,5078

17,9

142,9

12

0,9258

0,13031

4,6

0,4557

16,1

155,8

13

1,0029

0,11680

4,1

0,4126

14,5

168,8

14

1,0801

0,10554

3,7

0,3763

13,3

181,8

15

1,1572

0,09603

3,4

0,3453

12,2

194,8

16

1,2344

0,08792

3,1

0,3187

11,2

207,8

16,4

1,2652

0,08500

3,0

0,3091

10,9

213,0

Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem, đường biểu diễn áp suất P 0
song song với hoành độ phải chọn đường đậm của giấy kẻ ly. Đường 1V c 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 p a
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:
1.3.1 Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công
Ta chọn tỷ lệ xích của hành trình piston S là:

µS =

gttS
S
125
=
=
= 0, 625( mm)
gtbd S 200 200

Vì gtbd Vmax – gtbd Vmin = 212-12=200 (mm)
Thông số kết cấu của động cơ là:

λ=

R
S
125
=
=
= 0, 27174
ltt 2.ltt 2.230

OO, =

λ R 0, 27174.125 / 2
=
= 8, 491
2
2

Khoảng cách OO’ là:
Giá trị biểu diễn OO’ trên đồ thị:
16
SVTH: Phạm Văn Quân

(mm)

Page 16

(mm)


Đồ án Động cơ đốt trong
gtbdOO' =

GVHD:Lê Quang Thắng
gttOO'

µS

=

8, 491
= 13,587
0, 625
(mm)

R=
Ta có nửa hành trình của pistông là:
Giá trị biểu diễn R trên đồ thị:
gtt
62,5
gtbd R = R =
= 100
µ S 0,625
(mm).

gtbd OO '

S 125
=
= 62, 5
2
2

(mm)

gtbd R

Từ
và
ta có thể vẽ được vòng tròn Brick
1.3.2 Lần lượt hiệu định các điểm trên đồ thị
1 ) Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp : (điểm a)
Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β , bán kính
này cắt đường tròn tại điểm a’ . Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung cắt
đường P tại điểm a” . Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa đường P và trục
tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.
2 ) Hiệu định áp suất cuối quá trình nén : ( điểm c’)
Áp suất cuối quá trình nén thực tế do hiện tượng phun sớm (động cơ điezel ) và
hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng ) nên thường chọn áp suất cuối quá trình nén
lý thuyết P đã tính . Theo kinh nghiệm , áp suất cuối quá trình nén thực tế P’ được xác
định theo công thức sau :
Vì đây là động cơ điezel :
P’ = P+ .( P - P ) = 3,9008 + .( 6,2413 – 3,9008) = 4,681 ( MPa )
Từ đó xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công :
p,c
µp

y=

4, 681
0, 02837

=

= 165 (mm )

3 ) Hiệu chỉnh điểm phun sớm : ( điểm c’’ )
Do hiện tương phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lý
thuyết tại điểm c’’. Điểm c’’ được xác định bằng cách .Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta
xác định được góc phun sớm hoặc góc đánh lửa sớm θ, bán kính này cắt vòng tròn
17
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 17


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

Brick tại 1 điểm. Từ điểm gióng này ta gắn song song với trục tung cắt đường nén tại
điểm c’’. Dùng một cung thích hợp nối điểm c’’ với điểm c’
4 )Hiệu đính điểm đạt P thực tế
Áp suất p thực tế trong quá trình cháy - giãn nở không duy trì hằng số như động
cơ điezel ( đoạn ứng với ρ.V ) nhưng cũng không đạt được trị số lý thuyết như động cơ
xăng. Theo thực nghiệm ,điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền vào

khoảng 372° ÷ 375° ( tức là 12° ÷ 15° sau điểm chết trên của quá trình cháy và giãn nở
)
Hiệu định điểm z của động cơ điezel :
- Cắt đồ thị công bởi đường 0,85p z = 0,85.6,2193 = 5,286 (MPa), vậy ta có giá
5, 286
0, 02827

trị biểu diễn đường pz là : y = pz =

= 186,997 (mm)

- Xác định điểm z từ góc 15º .Từ điểm O΄trên đồ thị Brick ta xác định góc tương
ứng với 375º góc quay truc khuỷu ,bán kính này cắt vòng tròn tại 1 điểm . Từ
điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường P tại điểm z .
- Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở .
5 ) Hiệu định điểm bắt đầu quá trình thải thực tế : ( điểm b’ )
Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự
diễn ra sớm hơn lý thuyết . Ta xác định điểm b bằng cách : Từ điểm O’trên đồ thị
Brick ta xác định góc mở sớm xupáp thải β,bán kính này cắt đường tron Brick tại
1điểm.Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm
b’.
6 ) Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở : ( điểm b’’ )
Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế P thường thấp hơn áp suất cuối quá trình
giãn nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm . Theo công thức kinh nghiệm ta có thể xác
định được :
P= P+ .( P - P ) = 0,113 + .( 0,309- 0,113 ) = 0,211 (MPa)
Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là :

18
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 18


Đồ án Động cơ đốt trong
pb,,

0, 211
0, 02837

µp

y=

GVHD:Lê Quang Thắng

=

= 7,44( mm )

Sau khi xác định b', b'' dùng cung thích hợp nối hợp với đường rr. Như vậy ta đã có đò
thị công chị thị dùng cho phần tính toán động lực học.

19
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 19


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng
CHƯƠNG 2

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 1 hoành độ thống nhất ứng với hành trình
piston S = 2R .Vì vậy độ thị đều lấy hoành độ tương ứng với V của độ thị công ( từ
điểm 1.V đến ε.V )
2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau :
1 . Chọn tỉ lệ xích góc : thường dùng tỉ lệ xích ( 0,6 ÷ 0,7 ) ( mm/độ )
ở đây ta chọn tỉ lệ xích 0,7 mm/độ
2 . Chọn gốc tọa độ cách gốc của độ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm
3 . Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10° ,20° ,…….180°
4 . Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10° ,20° ,…….180°
tương ứng trên trục tung của đồ thị của x = ƒ(α) ta được các điểm xác định
chuyển vị x tương ứng với các góc 10°,20°,…..180°
5 .nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f(α).
2.1.2 Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của píton v = f(α). Theo phương pháp đồ
thị vòng .Tiến hành theo các bước cụ thể sau:
1.Vẽs nửa vòng tròn tâm O bán kính R ,phía dưới đồ thị x = f(α). Sát mép dưới của
bản vẽ
2. Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R' = Rλ/2 =62,5.0,27174/2.0,7 = 12,13 (mm)
3. Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là Rλ/2
thành 18 phần theo chiều ngược nhau .
4. Từ các điểm chia trên nửa vòng tâm tròn bán kính là R kẻ các đường song song
với tung độ , các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất phát từ các
điểm chia tương ứng trên bán kính là Rλ/2 tại các điểm a,b,c,….

5. Nối tại các điểm a,b,c,…. Tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ piton
thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các điểm cắt vòng tròn bán
kính R tạo với trục hoành góc α đến đường cong a,b,c….
20
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 20


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f(α) trên tọa độ độc cực :

Hinh 2.1: Dạng đồ thị v = f(α)
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 :
1.Chọn tỉ lệ xích μ phù hợp trong khoảng 30 ÷ 80 (m/s .mm )
Ở đây ta chọn μ = 80 (m/s .mm )
2.Ta tính được các giá trị :
- Ta có vận tóc góc :

ω= =

2200.3,14
30

= 230,267 (rad /s )

- Gia tốc cực đại :

j

max

λ=

( Trong đó:

= R.ω .( 1 + λ ) = 62,5 .10.230,267.( 1 +

R
ltt

)

- Vậy ta được giá trị biểu diễn jlà :
gtbd jmax

=

max

=

4214, 46
80

= 52,68 ( mm )

- Gia tốc cực tiểu :
21
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 21

62, 5
230

) = 4214,46 ( m/ s)


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

j = –R.ω.( 1– λ ) = -55.10.230,267.( 1–

62, 5
230

) = –2413,406 ( m/ s) .Vậy ta

được giá trị biểu diễn của j là :
−

gtbd = =

2413, 406
80

= –30,168( mm )

- Xác định vị trí của EF :

EF = –3.R.λ.ω = –3.62,5.10.

62, 5
230

.230,267 = –2710,574 ( m/s )

Vậy giá trị biểu diễn EF là :
−

gtbd = =

2710,574
80

= - 33,77 ( mm )

3. Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = j , từ điểm B tương ứng điểm
chết dưới lấy BD = j , nối CD cắt trục hoành ở E ; lấy EF = –3.R.λ.ω về phía BD
Nối CF với BD ,chia các đoạn này làm 4 phần , nối 11, 22, 33 …Vẽ đường bao
trong tiếp tuyến với 11, 22, 33 …ta được đường cong biểu diễn quan hệ j = ƒ(x)
2.2 Tính toán động lực học
2.2.1 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến

- Khối lượng nhóm piton mnp = 2,2 Kg
- Khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston
+ ) Khối lương thanh truyền phân bố về tâm chốt piston m có thể tra
trong các các sổ tay ,có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu
hoặc có thể tính gần đúng theo bản vẽ .
+ ) Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiêm sau :
Đối với động cơ điezel ta có :
m=
Trong đó

mtt

(0, 28 ÷ 0, 29) mtt

là khối lượng thanh truyền mà đề bài đã cho.

Ta chọn m = 0,28 . m = 0,28. 3,9= 1,092(Kg)
Vậy ta xác định đươc khối lượng tịnh tiến mà đề bài cho là :
m = m + m = 2,2 + 1,092 = 3,292 (Kg)
22
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 22


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

2.2.2 Các khối lượng chuyển động quay

Khối lượng chuyển động quay của một trục khuỷu bao gồm :
- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về tâm chốt :
m=

1

= 3,9– 1,092= 2,808

- Khối lượng của chốt trục khuỷu : m
m = π. .ρ
Trong đó ta có :
d : Là đường kính ngoài của chốt khuỷu :
δ : Là đường kính trong của chốt khuỷu :
l : Là chiều của chốt khuỷu :
ρ : Là khối lượng riêng của vật liệu làm chốt khuỷu
ρ : 7800 Kg/ m = 7,8.10 Kg/ mm
Khối lượng của má khuỷu quy dẫn về tâm chốt : m . Khối lượng này tính gần
đúng theo phương trình quy dẫn :
m =
Trong đó : mm - khối lượng của má khuỷu
r - bán kính trọng tâm má khuỷu :
R - bán kính quay của khuỷu : R = S /2= 125/2 =62,5 (mm)
2.2.3 Lực quán tính
1) Lực quán tính chuyển động tịnh tiến :
P = -m.j = -m.R.ω.( cos α + λ.cos 2α ) = -1148002. 10-6( cos α + λ.cos 2α ) [Mpa]
Với thông số kết cấu λ ta có trong phụ lục bảng tính P :

23
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 23


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

Bảng 2: Tính giá trị Pj
α

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

α

cosα + λ cos2α

pj = -1487359. 10-6 ( cos α + λ.cos 2α )

0.0000

1.2717

-1,4599

0.1745

1.2401

-1,4236

0.3491

1.1478

-1,3176

0.5236

1.0018

-1,1500

0.6981

0.8132

-0,9336

0.8727

0.5956

-0,6837

1.0472

0.3641

-0,4180

1.2217

0.1338

-0,1536

1.3963

-0.0817

0,0938

1.5708

-0.2717

0,3119

1.7453

-0.4290

0,4925

1.9199

-0.5502

0,6316

2.0944

-0.6359

0,7300

2.2689

-0.6900

0,7921

2.4435

-0.7189

0,8253

2.6180

-0.7302

-0,8383

2.7925

-0.7316

0,8399

2.9671

-0.7295

0,8375

3.1416

-0.7266

0,8341

(rad)

2.2.4 Vẽ đường biểu diễn lực quán tính –Pj=f(x)
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tolê nhưng
Pj

hoành độ đặt trùng với đường p ở đồ thị công và vẽ đường -

=ƒ(x) (tức cùng chiều

với j = ƒ(x))
Ta tiến hành theo bước sau :
Pj

1 ) Chọn tỷ lệ xích để vẽ của

là μ (cùng tỉ lệ xích với áp suất p ) (MPa/mm), tỉ lệ

xích μ cùng tỉ lệ xích với hoành độ của j = ƒ(x)
24
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 24


Đồ án Động cơ đốt trong

GVHD:Lê Quang Thắng

Chú ý :
Ở đây lực quán tính p sở dĩ có đơn vị là MPa (tính theo đơn vị áp suất ) bởi vì được
tính theo thành phần lực đơn vị (trên 1 đơn vị diện tích đỉnh piston ) để tạo điều
kiện cho công việc công tác dụng lực sau này của lực khí thể và lực quán tính.
2 ) Ta tính được các giá trị :
- Diện tích đỉnh piston :
π .(110.10 −3 ) 2
= 9,503.10 −3
4

F= =

(m)

- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực đại :
3, 292.62,5.10−3.230, 267 2.(1 +
9,503.10−3

62,5
)
230

P= =

= 1459958,647 N/m

P = 1,46( Mpa)
-Vậy ta được giá trị biểu diễn là :
gtt Pjmax

1, 46
0, 02837

µp

gtbd =

=

= 51,46( mm )

-Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cực tiểu :
3, 292.62,5.10−3.230, 267 2.(1 −
9, 503.10−3

P=

62,5
)
230

= 836044,7 (N/m2)

=

Pjmin= 0,836 (Mpa)
Pj min

-Vậy ta được giá trị biểu diễn

là :

0,836
0, 02837

gtbd = =

= 29,47 ( mm )

-Ta xác định giá trị E’F’ là :
62,5
.230, 267 2
230
= 0,93587
9,503.10−3

3.3, 292.62,5.10−3.

E’F’ = =

(Mpa)

-Vậy ta được giá trị biểu diễn của E’F’ là :
25
SVTH: Phạm Văn Quân

Page 25