Thuyet minh động cơ đốt trong D160

Chơng 1
Giới thiệu chung về động cơ
Động cơ -160 (Đ-160) đợc sử dụng rộng rãi trên các máy
kéo và máy nông nghiệp hiện đại, các trạm cố định và di
động
Động cơ -160 thuộc loại các động cơ diesel 4 xy lanh bố
trí 1 hàng có công suất cao. Động cơ đợc cải tiến trên cơ sở
động cơ -108 nhng so với động cơ -108 thì công suất tăng
thêm khoảng 60%. Sự tăng công suất động cơ đợc thực hiện
bằng phơng pháp tăng áp nhờ máy tăng áp tuabin. So với động
cơ -108, trên động cơ -160 sử dụng nhiều cụm chi tiết và hệ
thống mới nh bầu lọc không khí thô dạng xoáy lốc tự động phun
bụi ra bên ngoài, bầu lọc tinh không khí bằng giấy lọc, bầu lọc
dầu ly tâm.
Thân máy động cơ -160 đợc đúc bằng gang xám C2140, có bốn lỗ bố trí theo một hàng để lắp các lót xy lanh kiểu
ớt vai tựa trên bằng gang hợp kim có thể tháo rời đợc. Trên năm
thành vách ngang của các te có bố trí năm ổ đỡ cổ trục khuỷu,
dạng ổ trợt, mỗi ổ chia làm hai nửa và đợc cố định với nhau
bằng các gu dông, đai ốc, có lỗ để lắp chốt định vị.
Nắp máy của động cơ đợc đúc bằng gang C 21- 40
thành một khối chung cho hai xy lanh và có các lỗ lắp vòi phun.
Các ống dẫn hớng xu páp đợc làm bằng gang biến tính, đợc ép
vào nắp máy thành một hàng dọc (bốn ống cho mỗi nắp máy).
Phía trong nắp máy có đúc các khoang rỗng để tạo khoang
chứa và lu thông nớc làm mát, đợc thông với khoang nớc làm mát
của thân máy thông qua tám lỗ khoan. Trong các lỗ khoan này
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

1


có ép nắp làm lệch, có khoan lỗ ở cạnh bên để hớng dòng nớc
từ thân máy mặt tiếp xúc với đế xu páp và vào ống lót của vòi
phun. Mặt trên có lắp hai gu dông M16 x 1,75x 250 để lắp
giàn cò mổ và nắp đậy kín. Mỗi nắp đợc lắp ghép với thân
máy bằng 16 gu dông (6 gu dông M20 x 2,0 x 240 một đầu là
M20 x 1,75 và 10 gu dông M16 x 1,75 x 240).
Pít tông của động cơ -160 đợc chế tạo bằng hợp kim
nhôm, đỉnh pít tông dạng lõm tạo thành buồng cháy thống
nhất nằm sâu trên đỉnh pít tông phù hợp với phơng pháp tạo
hỗn hợp kiểu màng. Đỉnh pít tông là phần hình trụ với độ côn
nhỏ có bốn rãnh để lắp xéc măng, ba xéc măng trên lắp xéc
măng khí, rãnh còn lại lắp xéc măng dầu. Để làm tăng độ làm
kín dầu, ở phía đuôi pít tông có xẻ rãnh để lắp thêm xéc
măng dầu thứ hai. ở rãnh lắp xéc măng dầu có gia công các lỗ
để thoát dầu.
Trên động cơ -160 mỗi pít tông có: ba xéc măng khí và
ba xéc măng dầu. Xéc măng khí đợc chế tạo bằng gang đặc
biệt (gang hợp kim mô líp đen).
Trục khuỷu bằng thép rèn dập có lắp đối trọng. Cổ khuỷu
đợc khoan rỗng để lọc ly tâm dầu bôi trơn. Bề mặt cổ trục
và cổ khuỷu đợc tôi cao tần ở bề mặt ngoài. Bạc cổ trục và
bạc đầu to thanh truyền đợc chế tạo bằng cốt thép, trên bề
mặt tiếp xúc có tráng một lớp ba bít nền nhôm.
Thanh truyền của động cơ -160 có chiều dài L =
380+0,05mm; Khối lợng mTT = 9,6 kg, có tiết diện ngang dạng chữ
I. Dọc theo thân thanh truyền có khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn
cho bạc và chốt pít tông. Bạc lót đầu nhỏ đợc khoan một lỗ

GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

8,
2


khi ép bạc vào đầu nhỏ phải lắp cho lỗ khoan trùng với lỗ khoan
dọc thân thanh truyền thì dầu bôi trơn mới đợc đa từ cổ
khuỷu lên bôi trơn cho bạc và chốt pít tông đợc. Đầu nhỏ đợc
ép bạc đồng, bề mặt trong ở phía giữa bạc có rãnh vòng để
dẫn dầu phun qua lỗ làm mát đỉnh pít tông.
Đầu to thanh truyền đợc chia làm hai nửa, đợc lắp ghép
cố định với nhau thông qua hai bu lông đặc biệt có lỗ để lắp
chốt chẻ. Hai bu lông này đợc làm bằng thép 45X, tôi đến độ
cứng 30

35 HRC. Trên nửa trên của bạc đầu to có phay rãnh

dẫn dầu ở chính giữa.
Trên mỗi nửa đầu to thanh truyền có phay rãnh lắp gờ
định vị bạc lót đầu to. Bạc lót đầu to cũng đợc khoan, khi
lắp, lỗ cũng phải trùng với lỗ trên thân thanh truyền.
Cơ cấu phối khí trên động cơ -160 sử dụng cơ cấu phối
khí xu páp treo, trục cam bố trí trong hộp trục khuỷu và dẫn
động xu páp qua con đội, đũa đẩy và cò mổ. Các xu páp đợc
bố trí theo một hàng thẳng dọc theo nắp máy theo thứ tự hai
xu páp nạp ở giữa, hai xu páp xả ở hai đầu.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng vòi phun kiểu kín
có 5 lỗ phun

0,35 mm, áp suất nâng kim phun 21 Mpa, vòi

phun đợc lắp nghiêng một góc 150 so với đờng tâm xy lanh.
Đầu vòi phun ở giữa vị trí 2 nấm xu páp. Động cơ -160 lắp tua
bin tăng áp TKP-11 (TKR-11); tốc độ quay rô to lớn nhất 44000
v/p; pk = 0,145 Mpa; Gkk = 0,19 kg/s = 11,4 kg/ phút. Tua bin
tăng áp là máy nén ly tâm một tầng đợc dẫn động từ tua bin
khí hớng tâm, sử dụng năng lợng của dòng khí thải nóng. Tua
bin tăng áp đợc làm mát liên tục bằng nớc từ hệ thống làm mát.
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

3


Bơm cao áp động cơ có bốn phân bơm, bố trí thành một
hàng có thể tháo rời đợc các bộ phận, điều chỉnh đợc lợng
cung cấp nhiên liệu bởi cùng một thanh răng nối với bộ điều tốc
ly tâm đa chế độ. Bầu lọc thô nhiên liệu có các lới kim loại còn
bầu lọc tinh dùng các cuộn giấy lọc thay thế đợc. Để tiết kiệm
nhiên liệu và làm giảm tốc độ đóng muội than trên các xu páp
xả khi động cơ làm việc lâu dài ở chế độ không tải, bơm cao
áp tự động ngắt nhiên liệu vào xy lanh thứ hai và thứ ba, chỉ
có xy lanh thứ nhất và thứ t làm việc.
Trên động cơ -160 sử dụng phơng pháp bôi trơn hỗn hợp,

kết hợp cỡng bức và vung té. Các ổ đỡ trục khuỷu, bạc đầu to,
bạc đầu nhỏ thanh truyền, ổ đỡ số 1 của trục cam, cò mổ đợc bôi trơn dới áp suất cao kể cả trục của tua bin tăng áp, các vị
trí bôi trơn khác do dầu vung té thực hiện. Bơm dầu có hai
cặp bánh răng; nhánh hút dầu từ dới hốc trớc và sau các te đa
về hốc trung tâm để cho phân bơm chính hút và đẩy dầu
bôi trơn qua bầu lọc ly tâm, qua két làm mát dầu phía trớc
động cơ rồi tới đờng dầu chính.
Động cơ -160 dùng hệ thống làm mát bằng chất lỏng tuần
hoàn cỡng bức kiểu kín. Môi chất làm mát có dung tích 75 lít là
nớc mềm có hàm lợng nhỏ muối khoáng. Việc theo dõi nhiệt độ
nớc làm mát đợc thực hiện nhờ bộ cảm biến đặt ở đờng nớc từ
nắp máy ra. Từ bộ cảm biến có dây dẫn tới đồng hồ nhiệt độ.
Két làm mát nớc dùng ống đồng mỏng, dẹt, cùng cánh tản nhiệt.
Quạt gió có 6 cánh đợc dẫn động bằng dây đai từ pu ly đầu
trục khuỷu.
Để tăng công suất động cơ trên động cơ -160 sử dụng
tăng áp bằng máy nén khí ly tâm, không khí nạp đợc nén lên
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

4


đến áp suất 0,145 MPa sau đó mới đợc nạp vào buồng cháy.
Điều này làm tăng lợng khí nạp đồng thời tận dụng đợc năng lợng của khí thải thông qua tua bin khí để dẫn động máy nén.
Hệ thống khởi động động cơ bằng động cơ phụ, đó là
động cơ xăng bốn kỳ hai xy lanh, làm mát bằng nớc, xu páp
đặt, có bộ chế hoà khí.

Hệ thống đánh lửa kiểu Ma nhê tô quay trái có khớp tự
động điều chỉnh góc đánh lửa sớm. Hệ thống làm mát của
động cơ khởi động chung với động cơ chính. Hệ thống bôi
trơn chung với hệ thống bôi trơn của động cơ chính theo
nguyên lý cỡng bức và vung té. Nớc nóng đợc tạo thành khi động
cơ khởi động làm việc, dùng để sấy nóng nắp máy động cơ
chính khi khởi động. Công suất động cơ khởi động đợc
truyền đến bánh đà động cơ chính qua bộ ly hợp một đĩa
ma sát khô, hộp giảm tốc. Động cơ khởi động đợc khởi động
bằng ác quy.
BảNG
Các thông số kỹ thuật chính của động cơ
tt

thông số

1
2
3
4

Mã hiệu động cơ
Đờng kính xy lanh: D
Hành trình pít tông: S
Thể tích công tác của các xy lanh: VH

5

Thứ tự công tác của các xy lanh

6
7

đ.vị

số

tính

liệu
-160
145
205
13,52
1-3- 4-

mm
mm
dm3

Tỷ số nén:
Công suất định mức: Neđm
kW
Tốc độ quay ứng với công suất định
8
v/ph
mức
9
Tốc độ quay không tải cực đại
v/ph

GVHD: Vũ Anh Tuấn
HVTH:
Nguyễn Văn Tâm

2
14
117,68
1250
1320
5


10

Tốc độ quay không tải ổn định nhỏ
nhất

11

Góc mở sớm của xu páp nạp

12

Góc đóng muộn của xu páp nạp

13

Góc mở sớm của xu páp thải

tt

thông số

14

Góc đóng muộn của xu páp t

15

Mô men xoắn cực đại: Memax

v/ph
độ
GQTK
độ
GQTK
độ
GQTK
đ.vị
tính
độ
GQTK
Nm

16

Tốc độ trục khuỷu tơng ứng: nM
v/ph
Bơm nhiên liệu:
- Bơm cao áp: (BCA) bốn phân bơm,

17
một hàng
- Bơm thấp áp: lắp cùng một khối với BCA
Bộ điều tốc: Bộ điều tốc li tâm, cơ
18 học, đa chế độ, có bộ hiệu chỉnh lợng
cung cấp nhiên liệu cực đại
19 Vòi phun: kiểu kín, năm lỗ phun.
20 áp suất nâng kim phun
MPa
Tua bin tăng áp TKP 11.
21
áp suất tăng áp pk
MPa
Bầu lọc không khí: hai tầng nối tiếp,
-Tầng thứ nhất: làm sạch theo nguyên lý
22 ly tâm khô và tự động phun bụi ra
ngoài.
-Tầng thứ hai: lọc thấm qua các cuộn lọc
bằng các tông.
23
Động cơ khởi động
23.
Động cơ xăng bốn kỳ
1
23.
Công suất khi n = 2600v/p
kW (ml)
2
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

500
80
370
470
số
liệu
100
1030
870

20
0,145

-23M
16,9
(23)
6


23.
3
23.
4
23.
5
23.
6

23.
7
23.
8
23.
9

Số xy lanh

2

Đờng kính xy lanh

mm

92

Hành trình pít tông

mm

102

Hệ số nén

5,6
Xăng

Nhiên liệu

ôtô

Bộ chế hoà khí

K-59

Bộ đánh lửa bằng Ma nhê tô

M-10B

Chơng 2
Tính toán chu trình công tác
2.1. Mục đích
Mục đích của việc tính toán chu trình công tác của
động cơ -160 là xác định các chỉ tiêu kinh tế và hiệu quả
chu trình công tác và sự làm việc của động cơ. Việc tính toán
chu trình công tác còn nhằm xây dựng đồ thị công để làm
cơ sở tính toán động lực học, tính sức bền và độ mòn của các
chi tiết động cơ. Việc tính toán chu trình công tác của động
cơ ở các chế độ khác nhau giúp ta có thể xây dựng đợc các
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

7


đờng đặc tính tốc độ của động cơ. Chu trình công tác đợc
tính ở chế độ Memax với tốc độ trục khuỷu 900 v/ph (chế độ

mô men xoắn cực đại).
Để tính toán trớc hết phải chọn các số liệu ban đầu sao
cho phù hợp với động cơ do Liên Xô trớc đây chế tạo và đợc sử
dụng ở Việt Nam.
2.2. Các thông số ban đầu
2.2.1. Các thông số cho trớc:
Memax= 986,97 Nm tại n =900 v/phút
Neđm = 111,92 KW tại n = 1150 v/phút
=14, i=4
S=205 mm
D= 145 mm
Chế độ tính toán: Memax
2.2.2. Các thông số chọn
Các số liệu ban đầu chủ yếu bao gồm:
* Tốc độ trung bình của pít tông CTB:
Giá trị của CTB đợc xác định thông qua hai thông số đã
biết theo
thức sau:
CTB =

S.n 900.0,205
=
= 6,15 m/s
30
30

* Tỷ số giữa hành trình của pít tông và đờng kính xy
lanh:
a=

S 205
=
= 1,41
D 145

* Hệ số kết cấu:
=
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

R S
205
=
=
= 0,27
L 2L 2.380
HVTH:

8


R: bán kính quay của trục khuỷu ( mm)
L: chiều dài của thanh truyền (mm)
* Hệ số d lợng không khí
=

L1
L0

L1 : Lợng không khí thực tế nạp vào xy lanh tính cho 1kg

nhiên liệu
L0: Lợng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn
toàn 1 kg nhiên liệu.
Giá trị của đợc chọn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố nh kiểu
động cơ, phơng pháp tạo hỗn hợp, công dụng và chế độ sử
dụng. Động cơ -160 là động cơ diesel 4 kỳ tăng áp chế độ sử
tính toán Memax phơng pháp tạo hỗn hợp kiểu màng dùng buồng
cháy thống nhất nên cần hệ số d lợng không khí tơng đối lớn,
chọn =1,6
* Nhiệt độ môi trờng T0:
Nhiệt độ của môi trờng thay đổi theo mùa và vùng khí
hậu. Để tiện tính toán, ta lấy giá trị trung bình cho cả năm.
Giá trị trung bình T0 ở nớc ta là 240C, tức là 2970K.
* áp suất của môi trờng p0:
p0 phụ thuộc vào độ cao sử dụng. Chọn po =0,103.105 Pa =
0,103 MPa.
* áp suất tăng áp pk:
Động cơ tăng áp thấp, ta tính đợc pk theo dựa vào hệ số
tăng áp của động cơ. Hệ số tăng áp của động cơ là 1,45.
pk =1,45p0=1,45.0,103=0,14935Mpa
* áp suất cuối quá trình nạp pa : pa = (0,88
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

0,96) pk

HVTH:

9

Chọn pa= 0,9.0,14935 = 0,1344 Mpa
* áp suất khí thể cuối quá trình thải cỡng bức pr:
Giá trị của pr phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó thời
điểm bắt đầu mở xu páp xả, tốc độ trục khuỷu và sức cản
trên đờng ống thải là những yếu tố quyết định. Động cơ
diesel 4 kỳ tăng áp cho phép pr =(1,05

1,15)pp. Trong đó pp

là áp suất khí thải trớc cửa tuabin.
pp =[0,85

0,92]pk;

ở đây ta chọn pp = 0,85pk= 0,85.0,14935 = 0,12695 MPa
.
Ta chọn pr = 1,05pp = 1,05.0,12695 = 0,1333 MPa
* Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr:
Khi tính toán, thờng lấy giá trị Tr ở cuối quá trình thải cỡng bức Tr = 700

9000K. Giá trị của Tr phụ thuộc vào nhiều

yếu tố khác nhau nh tỷ số nén , thành phần hỗn hợp , tốc độ
trục khuỷu n, góc phun sớm nhiên liệu. Động cơ -160 có sử dụng
tua bin tăng áp, cao, n thấp nên chọn Tr ở giới hạn trung bình.
Ta chọn Tr = 8100K.
* Độ sấy nóng khí nạp T:
Giá trị của T phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: Kết cấu của
thiết bị sấy nóng, kết cấu và cách bố trí của các đờng ống nạp

và thải, tốc độ trục khuỷu n, hệ số d lợng không khí . Trong
các yếu tố ấy thì tốc độ trục khuỷu và cách bố trí các đờng
ống nạp và thải có ảnh hởng quyết định đến giá trị của T.

GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

10


Động cơ -160 động cơ diesel bốn kỳ tăng áp, đờng nạp thải bố
trí về hai phía T = 5

200K. Ta chọn T = 150K.

* Chỉ số nén đa biến trung bình n1:
n1 phụ thuộc vào tốc độ trục khuỷu, phụ tải, kích thớc xy
lanh, kiểu làm mát. Động cơ -160 làm mát tốt nên chọn n1 thấp
trong giới hạn (1,34 đến 1,39) Ta chọn n1 = 1,34

* Hệ số sử dụng nhiệt

:

Hệ số sử dụng nhiệt là tỉ số giữa lợng nhiệt biến thành
công chỉ thị và lợng nhiệt sinh ra do quá trình đốt cháy nhiên
liệu. Giá trị

của ở động cơ diesel thấp hơn so với động cơ

xăng là do cháy rớt và trao đổi nhiệt với nớc làm mát ở động cơ
diesel nhiều hơn. Động cơ diesel

= 0,65 ữ 0,85. Động cơ tăng

áp, chất lợng cháy tạo hỗn hợp và quá trình cháy đảm bảo nên
ta chọn

theo giới hạn

= 0,75

* áp suất cuối quá trình cháy pz
áp suất cuối quá trình cháy pz phụ thuộc phơng pháp tạo
hỗn hợp, mức độ cờng hoá của động cơ. Động cơ diesel có
buồng cháy không phân chia. pz = 7 ữ 9 MPa. Ta chọn pz = 7,2
MPa
* Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT
QT là lợng nhiệt toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị
khối lợng hoặc thể tích nhiên liệu không kể đến nhiệt hoá hơi
của nớc chứa trong sản vật cháy. Đối với nhiên liệu diesel Q T =
42,5.103 KJ/kgnl
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

11

* Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2 :
Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2 phụ thuộc vào nhiều
tố khác nhau nh số vòng quay, kích thớc xy lanh, phụ tải, mức
độ làm mát. Động cơ diesel có buồng cháy không phân chia n 2
= 1,14 1,22, ta chọn n2 = 1,2.
* Thể tích công tác Vh của một xy lanh
.D2.S 3,14.( 1,45) .2,05
Vh =
=
=3,38 dm3
4
4
2

* Hệ số nạp phụ : = (1,02 đến 1,07). Chọn =1,05.
* Hệ số quét buồng cháy r: là tỉ số giữa lợng khí nạp đa
vào xy lanh sau một chu trình công tác và lợng khí thải còn lại
trong xy lanh sau khi quét buồng cháy. r =1,05 1,15. Chọn
r=1,12.
* Chỉ số nén đoạn nhiệt không khí k : k = 1,41.
* Hằng số khí của không khí R : R= 0,288 [KJ/kg.độ].
* Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí C p : Cp=1,003
[KJ/kg.độ].
* Hiệu suất đoạn nhiệt của bơm cao áp dn : với bơm tăng
áp có cánh định hớng dn=[0,72 0,78]. Chọn dn =0,75.
2.3. Tính toán các tham số của chu trình công tác
2.3.1. Tính các thông số của quá trình nạp
Mục đích: để xác định các thông số mà chủ yếu là áp

suất pa và nhiệt độ Ta cuối quá trình nạp của động cơ tăng áp.
*Nhiệt độ không khí sau máy nén

GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

12


m-1

1,6-1

p m
0,14935 1,6
0
Tk =T0 k ữ =297
=341,4 K
ữ
0,103
p0

Trong đó: m là chỉ số đa biến trung bình của không khí
trong máy nén nằm trong khoảng [1,55 1,65]; chọn m = 1,6
*Hệ số nạp: đối với động cơ tăng áp hệ số nạp đợc tính
nh sau:

p

1 1 pa
v = . .
. - k +à1 ( k-1) ( -1)
k ( -1) pk
pa


Trong đó: : hệ số sấy nóng khí nạp:
T +T 341, 4 + 15
= k
=
= 1,044
T
341, 4
k

Tỷ số


nằm trong khoảng (0,98 - 1,02).


= 0,8

0,88 là hệ số quét của buồng cháy. Chọn

= 0,85

v =

1,06

0,92 là hệ số công nạp. Chọn

1
1
0,1344
0,14935

.
.
14 0,85.
+ 0,88 ( 1,41 1) ( 14 1) = 0,876

1, 044 1,41 (14 1) 0,14935
0.1344

.

* Xác định hệ số khí sót
Khi tăng , n giảm thì

giảm. Hệ số khí sót đợc xác

định theo biểu thức

1 p .T 1
1 0,103.341,4 1
r = ì 0 k ì =
ì

ì
=0,0255
-1 pk.Tr v 14-1 0,14935.810 0,876
* Nhiệt độ cuối quá trình nạp
.pa.Tk

14.0,1344.341,4
=
=365,66 0
Tk
341,4
K
v.pk ( -1) +pr
0,876.0,14935.(14-1)+0,1333.
Tr
810

Ta =

GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

13


2.3.2. Tính các thông số của quá trình nén
*Mục đích: Xác định các thông số nh áp suất pc và nhiệt
độ Tc ở cuối quá trình nén.

* áp suất cuối quá trình nén
pc = pa.n1 = 0,13442.141,34 = 4,616 MPa
Thỏa mãn nằm trong giá trị cho phép là khoảng (4,0 - 6,0)
MPa
*Tỷ số tăng áp
p =

pz
7,2
=
=1,56
pc 4,616

* Nhiệt độ cuối quá trình nén :
Tc= Ta.n1-1 = 365,66. 14(1,34 -1) = 896,940K
Giá trị tính toán trên nằm trong khoảng cho phép (750
900 0K)
2.3.3. Tính các thông số của quá trình cháy
* Mục đích: xác định áp suất pz và nhiệt độ Tz của quá
trình cháy.
*Tính toán tơng quan nhiệt hoá: Mục đích là xác định
các đại lợng đặc trng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hoá
để làm cơ sở cho việc tính toán quá trình cháy.
* Lợng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn
toàn 1 kg nhiên liệu ở thể lỏng
1 gc gH go
M0 =
( + - )
0,21 12 4 32
trong đó : gC , gH, gO là thành phần khối lợng của C, H, O

trong 1 kg nhiên liệu.với nhiên liệu diesel: gC = 0,86; gH = 0,13;
gO = 0,01
Thay số vào ta có:
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

14


1 0,86 0,13 0,01
M0 =
(
+
) =0,4945 Kmol / Kgnl
0,21 12
4
32
* Lợng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với
1 kg nhiên liệu Mth, đợc xác định bằng công thức:

M th =.M 0 = 1,6.0,4945 = 0,7912 Kmol/Kgnl
* Trong động cơ diesel quá trình tạo hỗn hợp xảy ra trong
xy lanh với khoảng thời gian rất ngắn nên thể tích chiếm chỗ
của hơi nhiên liệu không đáng kể so với thể tích của không
khí vì vậy có thể bỏ qua thể tích ấy.
Ta có lợng hỗn hợp cháy:

M1 =M th =1,6.0,4945 = 0,7912 Kmol / kgnl

* Số mol sản vật cháy đợc xác định bằng công thức sau:
khi =1,6 >1
g
g
M 2 =M 0 + H + 0 Kmol / Kgnl
4 32
0,13 0,01
M 2 =1,6.0,4945+
+
=0,8241 Kmol/Kgnl
4
32

* Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết 0:
Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết đợc xác định bằng
công thức sau:
o =

M 2 0,8241
=
= 1,041
M 1 0,7912

* Hệ số thay đổi phân tử thực tế :
Hệ số thay đổi phân tử thực tế đợc xác định bằng công
thức:
+ 1,041 + 0,0255
= 0 r =
= 1,0404
1+ r

1 + 0,0255

GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

15


* Nhiệt độ cuối quá trình cháy T z đợc xác địng bằng
công thức sau:

QT z
+( 8,314 p +à cvc ) Tc =à cpz Tz
M1 ( 1+ T )
Trong đó:
+ Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp
công tác ở cuối quá trình nén àcvc tính bằng công thức :
àcvc = 20,223 + 0,00174 Tc= 20,223 + 0,00174.896,94 =
21,785KJ/Kmol.độ
+ Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể (tại
điểm Z) à cvz đợc tính bằng công thức:
àcvz = 20,098+

0,921
1,38 3
+ 1,55+
ữ10 TZ

à cvz = 20,098 +

0,921
1,38 3
+ 1,55 +
10 TZ
1,6
1,6 ữ



à cvz = 20,674 + 2,4125.103Tz KJ/Kmolđộ
+ Nhiệt dung mol đẳng áp trung bình tại điểm Z đợc
tính bằng công thức:
àcpz

= àcvz + 8,314 = 28,988+ 2,4125.10-3. TZ KJ/Kmolđộ
Sau khi thay số vào ta đợc phơng trình nhiệt động quá

trình cháy
QT Z
+ (8,314P + àCVC )TC = àCPZ TZ
M 1 (1 + T )

Ta đợc phơng trình:
0,002413TZ2 + 28,98763Tz- 67714,5 = 0
Giải ra ta đợc Tz = 2002,3 0K . Còn giá trị Tz= -14017,9 < 0

loại bỏ
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

16


Thỏa mãn với động cơ điesel buồng cháy không phân chia
TZ=(1950 đến 2100)oK.
2.3.4. Tính toán các thông số của quá trình dãn nở
* Mục đích: Mục đích việc tính toán quá trình dãn nở là
xác định các giá trị áp suất pb và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình
dãn nở.
- Tỷ số dãn nở sớm :
Tỉ số dãn nở sớm đợc xác định bằng công thức:

=

.Tz 2002,3.1,0404
=
= 1,489
p.Tc
1,56.896,94

Thoả mãn nằm trong khoảng [1,2 1,7]
- Tỷ số dãn nở muộn
Tỷ số dãn nở muộn đợc xác định bằng công thức:

=


14
=
= 9, 402
1, 489

* áp suất cuối quá trình dãn nở:
áp suất cuối quá trình dãn nở đợc xác định bằng công
thức:
p
7,2
pb = nz2 =
= 0,489 MPa

9,4021,2
Thỏa mãn nằm trong khoảng ( 0,2 đến 0,6)
Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở đợc xác định bằng công
thức:
Tb =

Tz
2002,3
=
= 1279,05 oK
n21 9,4021,21

Thỏa mãn nằm trong khoảng (1100 đến 16000K)
GVHD: Vũ Anh Tuấn

Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

17


Kiểm tra kết quả tính toán.
Sau khi kết thúc việc tính toán các quá trình của chu
trình công tác có thể dùng công thức kinh nghiệm sau đây
để kiểm tra kết quả việc chọn và tính các thông số.

Tr tính =

Tb
1279,05
=
= 829,22 o K
pb
0,489
3
3
pr
0,1333

Sai số giữa Tr chọn và Tr tính:
T =

829, 22 810
.100% = 2, 32%

829, 22

Ta thấy sai số nhỏ hơn 3% nên các thông số đã chọn thỏa
mãn yêu cầu.
2.4. Tính các thông số đánh giá quá trình công tác
* Tính thông số chỉ thị
Là các thông số đặc trng cho chu trình công tác của
động cơ, khi xác định các thông số chỉ thị, ta cha kể đến
các dạng tổn thất về công mà chỉ xét các tổn thất về nhiệt.
Các thông số cần tính bao gồm.
- áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết pi,
p,i =

p
pc
1
1
1
p ( 1) +
1 n21 ữ
1 n11 ữ
1
n2 1
n1 1


Thay số vào ta có:
P 'i =

4.616

1,489.1,56
1
1
1
1,56.(1,489

1)
+
(1

)

(1

)
14 1
(1,2 1)
9,021,21 (1,34 1)
141,341

pi =1,14 MPa
- áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi : áp suất chỉ thị
trung bình thực tế pi đợc xác định bằng công thức:
pi =pi. đ
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

18

Trong đó :
đ là hệ số điền đầy đồ thị công. Đối với động cơ diesel
4 kỳ, buồng cháy thống nhất thì đ = 0,93 ữ 0,96 . Ta chọn đ
= 0,93.
Thay số vào ta có:
pi = 1,14. 0,93 = 1,06MPa
- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị .
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị đợc xác định bằng công
thức :

gi =

423.p o .v .103 423.0,103.0,876.103
=
= 152,95 g/kWh
M1.pi .To
0,7912.1,06.297

- Hiệu suất chỉ thị i .
Hiệu suất chỉ thị i đợc xác định bằng công thức sau:
i =

3600
3600
=
= 0,554
3
QT .g i 42,5.10 .152,95.10 3

Thỏa mãn nằm trong khoảng cho phép
* Các thông số có ích.
Các thông số có ích là các thông số đặc trng cho sự làm
việc của động cơ.
Thứ tự tính toán các thông số có ích nh sau:
- áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ :
áp suất tổn hao cơ khí trung bình p cơ đợc xác định bằng
các công thức :
pcơ = 0,09 + 0,012.CTB = 0,09 + 0,012.6,15 = 0,1638 MPa
- áp suất có ích trung bình:
áp suất có ích trung bình đợc xác định bằng công thức:

pe = pi -pcơ = 1,06 - 0,1638 = 0,89 MPa
- Hiệu suất cơ khí:
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

19


Hiệu suất cơ khí đợc xác định bằng công thức sau:

co =

p e 0,89
=
= 0,84 = 84%

pi 1, 06

- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích đợc xác định bằng công
thức:
ge =

g i 152,95
=
= 182g/ kWh
co
0,84

So sánh với khoảng (220 đến 285) g/kWh do động cơ tăng
áp nên có thể chấp nhận đợc kết quả trên.
- Hiệu suất có ích:
e = i .cơ= 0,554.0,84 = 0,468 = 46,8%
- Công suất có ích của động cơ ở tốc độ vòng quay tính
toán:
Công suất có ích của động cơ tại nM =900 v/phút đợc xác
định bằng công thức :

Ne =

Pe.Vh.i.n
30

Thay số vào ta có:

Ne =

0,89.3,38.4.900
= 91,06 kW
30.4

- Mô men xoắn có ích của động cơ ở tốc đội vòng quay
tính toán (nM =900 v/phút) đợc xác định bằng công thức:

3.104 .N e 3.104.91,06
Me =
=
= 966,68 Nm
.n
3,14.900
Sai số tính toán so với mô men xoắn Me max đầu bài cho tại
số vòng quay n =900 v/phút ta đợc

GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

20


Me =

986,97 966,68
.100% = 2,05%
986,97

So sánh giữa giá trị đã cho và kết quả thu đợc theo các
biểu thức kiểm tra, sai số nhỏ hơn 5%.
2.5. Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác
2.5.1. Khái quát:
Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình của
chu trình công tác xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ toạ
độ p - V. Việc dựng đồ thị đợc chia làm hai bớc: dựng đồ thị
công chỉ thị lý thuyết và hiệu chỉnh đồ thị đó để đợc đồ
thị công chỉ thị thực tế.
Đồ thị công chỉ thị lý thuyết đợc dựng theo kết quả tính
toán chu trình công tác khi cha xét các yếu tố ảnh hởng của
một số quá trình làm việc thực tế trong động cơ.
Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đã kể đến các yếu
tố ảnh hởng khác nhau nh góc phun sớm nhiên liệu, góc mở sớm
và đóng muộn các xu páp cũng nh sự thay đổi thể tích khi
cháy.
2.5.2. Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết
ở đồ thị công chỉ thị lý thuyết, ta thay chu trình thực
tế bằng chu trình kín a-c-y-z-b-a. Trong đó quá trình cháy
nhiên liệu đợc thay bằng quá trình cấp nhiệt đẳng tích c-y và
cấp nhiệt đẳng áp y-z, quá trình trao đổi khí đợc thay bằng
quá trình rút nhiệt đẳng tích b-a. Thứ tự tiến hành dựng đồ
thị nh sau:
Thống kê giá trị của các thông số đã tính ở các quá trình
nh áp suất khí thể ở các điểm đặc trng:
pa= 0,1344 MPa
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

21


pc= 4,616 MPa
pz= 7,2 MPa
pb= 0,489 MPa
chỉ số nén đa biến trung bình n1=1,34
chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2=1,2
tỷ số nén = 14
thể tích công tác Vh= 3,38 dm3
thể tích buồng cháy

Vc =

Vh
3, 38
=
= 0, 26 dm 3
-1 14 1

Va = Vh + Vc = 3,64 dm3
và Vz = .Vc
Thay số vào ta có:
Vz =1,489.0,26 = 0,38714 dm3
Để xây dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết ta sử dụng
phơng pháp lập bảng, phơng pháp này dựa vào phơng trình
của quá trình nén và dãn nở đa biến. Chọn tỷ lệ xích:

àp =

7, 2
= 0,035714 [ Mpa / mm] ;
202

àv =

3,64
= 0,02022 dm3 / mm
180

Với quá trình nén đa biến, ta có:

pn Vnn1 = pa Van1

(Vn Vc ữ Va)

Với quá trình dãn nở đa biến, ta có:
pd Vdn2 = pb Van2

(Vd Vz ữ Va)

Trong đó: pn, pd, Vn và Vd là các giá trị biến thiên của áp
suất và thể tích trên đờng nén và dãn nở. Ta có thể đa các phơng trình trên về dạng:

GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

22


pn = pae1n1 và pd = pbe2n2 . Trong đó: e1 =

Va
Va
và e 2 =
là những tỷ
Vn
Vd

số nén biến thiên (tỷ số nén tức thời)
Nếu chọn trớc các giá trị của e1 (biến thiên trong giới hạn 1
) và e2 (biến thiên trong giới hạn 1ữ ), ta có thể xác định các
cặp giá trị (pn, Vn) và (pd, Vd) tơng ứng. Mỗi cặp giá trị ấy cho
một điểm tơng ứng trên đồ thị P - V.
Dựa vào đờng tròn Brich để xác định các điểm trên đồ
thị.
Kết quả tính toán đợc thể hiện trên các bảng dới đây

Bảng tính quá trình nén
Vn=Va/e1

Thứ tự các điểm
trên đờng nén

e1

3, 64
=
e1

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

12
13
14

3.64
1.82
1.213333
0.91
0.728
0.606667
0.52
0.455
0.404444
0.364
0.330909
0.303333
0.28
0.26

pn=pa.

=0,1344.
e11,34

0.1344
0.3402354
0.5857897
0.8613103
1.1614996
1.4829344

1.8231846
2.1804185
2.5531964
2.9403516
3.3409153
3.754068
4.1791057
4.6154158

Bảng tính quá trình dãn nở
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

23


Thứ tự các điểm trên
e2
đờng dãn nở
1
1
2
2
3
3
4
4
5

5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
9.402

3, 64

Vd=Va/e2= e
2
3.64
1.82
1.213333
0.91
0.728
0.606667
0.52
0.455
0.404444
0.387152

Pd=pb.e2n2=0,489.
e21,2
0.489

1.123
1.827
2.581
3.373
4.198
5.052
5.929
6.830
7.2

Đồ thị công chỉ thị.
2.6. Xây dựng đờng đặc tính ngoài của động cơ
GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

24


2.6.1. Khái quát .
Đặc tính ngoài của động cơ là đồ thị biểu diễn sự phụ
thuộc của các chỉ tiêu nh công suất có ích của động cơ Ne, mô
men xoắn có ích của động cơ M e, lợng tiêu hao nhiên liệu
trong một giờ Gnl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e theo tốc
độ quay trục khuỷu của động cơ, khi thanh răng của bơm cao
áp chạm vào vít hạn chế. Đồ thị này dùng để đánh giá sự thay
đổi các chỉ tiêu chính của động cơ khi số vòng quay thay
đổi và dùng để chọn tốc độ quay sử dụng một cách hợp lý khi
sử dụng.

2.6.2. Trình tự dựng.
Để dựng đờng đặc tính, ta chọn trớc một số giá trị trung
gian của tốc độ quay n trong giới hạn giữa
các giá trị biến thiên tơng ứng của

,

,

và

rồi tính

, Gnl theo các biểu

thức sau:
2
3

n n
n
Ne = Nedm 0,5
+ 1,5
ữ
ữ
ndm

ndm ndm

[kW]

2

n
n
M e = M 0, 5 +1,5

ữ
n dm n dm


[Nm]
N
e

2




n
n
g e = g eN 1,55 1,55
+
ữ [g/ kWh]
n
n

dm
dm

Gnl = ge.Ne [kg/h]
Trong đó MeN và geN cha biết và đợc xác định nh sau
Me N =

Me max
966, 68
=
=
nM
nM 2
900
900 2 910,72 Nm
(0,5 + 1,5
( ) ) (0,5 + 1,5.
(
) )
nN
nN
1150 1150

GVHD: Vũ Anh Tuấn
Nguyễn Văn Tâm

HVTH:

25