Đồ án động cơ đốt trong ĐHKTCN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA KT Ô TÔ & MÁY ĐỘNG
LỰC

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn K - MSSV : Cơ khí động lực
Lâm Minh T - MSSV : Cơ khí động lực
Lớp:

Chuyên ngành: KT Ô TÔ & MÁY ĐỘNG LỰC

Giáo viên hướng dẫn: .........................
Tên đề tài: ‘‘Tính toán nhiệt động cơ,tính toán động học,động lực học của cơ cấu
thanh truyền trục khuỷu và tính nghiệm bền trục khuỷu động cơ D240 ‘‘
Các thông số cho trước: D240
Nội dung thuyết minh:
-Tính toán nhiệt.
-Tính toán động học.
-Tính toán động lực học.
- Tính nghiệm bền trục khuỷu.
Số lượng và kích thước bản vẽ:
1. 01 Bản vẽ A0 thể hiện: Đồ thị công, đồ thị lực tác dụng lên cơ cấu, đồ thị véc tơ
phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, đồ thị mài mòn.
2. 01 Bản vẽ A3 thể hiện kết cấu của chi tiết cần kiểm nghiệm bền.
Ngày giao đề tài: 07 tháng 9 năm 2014
Ngày hoàn thành: 20 tháng 12 năm 2014

TRƯỞNG BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA KT Ô TÔ & MÁY ĐỘNG
LỰC

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LỊCH TRÌNH THÔNG ĐỒ ÁN
Họ và tên Sinh viên: …………………………………Lớp:...........................
GVHD:................ …..
Tuần

Nội dung

1

2

3

4

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 2

Nhận xét của
GV

GV ký
xác
nhận


Mục lục

Tài liệu tam khảo.
[1]. Nguyễn Kim Bình - Bài Giảng Học phần Động Cơ Đốt Trong 2 – Đại Học
Kỹ Thuật Công nghiệp Thái Nguyên.2013
[2].Trần Văn Tế - Nguyễn Đức Phú-Kết Cấu và Tính Toán Động Cơ Đốt Trong.
(Tập I ;II; III:) - Đại Học Bách Khoa Hà Nội.1990
[3]. Pham Minh Tuấn - Động Cơ Đốt Trong 1 -NSB.Khoa Học và Kỹ
Thuật.2007
[4].Chủ biên.GS TSKH Nguyễn Hữu Cẩn – Lý Thuyết Ô TÔ Máy Kéo – Nhà
Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật.Hà Nội .2005

LỜI MỞ ĐẦU
Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động lực
cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay và các
máy công tác như máy phát điện, bơm nước…. Động cơ đốt trong là nguồn cung
cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới. Chính vì vậy việc tính toán và thiết kế
Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 3

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 Ths.Nguyễn Minh Châu 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.

Thái Nguyên, Ngày 20 Tháng 12 Năm 2014.
Họ và Tên Sinh Viên : Nguyễn Văn Khánh
Nguyễn Xuân Tùng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 4

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
…………………….…………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………..
……………………………..
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
…………………………………

Chương I TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ
1.1.Thông số cho và thông số chọn.

1.1.1.Thông số cho.
Bảng I.1 Thông số cho trước của động cơ D240.
TT Tên thông số
1
Kiểu động cơ

Các thông số cho của động cơ D240
Ký hiệu
Giá trị Đơn vị
D240
Thẳng
hàng

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 5

Ghi chú
D/c Diesel
không tăng áp


2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

12
13
14
15
16
17
18

Số kỳ
Số xilanh
Thứ tự nổ
Hành trình piston
Đường kính xilanh
Góc mở sớm xupap nạp
Góc đóng muộn xupap nạp
Góc mở sớm xupap xả
Góc đóng muộn xupap xả
Góc đánh lửa sớm
Chiều dài thanh truyền
Công suất động cơ
Số vòng quay động cơ
Suất tiêu hao nhiên liệu
Tỉ số nén
Khối lượng thanh truyền
Khối lượng nhóm pittong

τ
I
S
D

α1
α2
β1
β2
ϕi
ltt
Ne
N
ge
ε
mtt
mpt

4
4
1-3-4-2
125
110
10
46
46
10
24
230
80
2200
180
16.5
6,37
3,524

kỳ

mm
mm
độ
độ
độ
độ
độ
mm
mã lực
v/ph
g/ml.h

58,88 kW
244,903 g/kW.h

kg
kg

1.1.2. Các thông số cần chọn.
1.1.2.1.Áp suất môi trường.
Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ (với động cơ
không tăng áp có áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn p k = p0)
(Mpa). Ta chọn po = 0,1 (MPa)
1.1.2.2. Nhiệt độ môi trường.
Nhiệt đô 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.
Ta chọn Tk = T0 = 24oC (297oK)

1.1.2.3.Áp suất cuối quá trình nạp.
Áp suất pa phụ thuộc rất nhiều tham số như chủng lọai động cơ, tính năng tốc độ
n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông.... vì vậy ta cần xem xét động cơ đang
tính thuộc nhóm nào để lữa chọn p a, áp suất cuối quá trình nạp p a có thể chọn trong
pham vi: pa = (0,8 ÷ 0,9).pk ; Ta chọn pa = 0,09 (MPa)
1.1.2.4. Áp suất khí thải pr
Áp suất khí thải cũng phụ thuộc vào các thông số như p a.áp suất khí thải cũng có thể
chọn trong phạm vi. Pr = (1,05÷1,15).pk ; Ta chọn Pr = 0,11 (MPa)
1.1.2.5. Mức độ sấy nóng môi chất.
Mức độ sây nóng môi chất ∆T chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành khí hỗn
hợp ở bên ngoài hay bên trong xylanh, với động cơ Diezel ∆T= 20÷ 40oK (∆T = 20o K)
Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 6


1.1.2.6. Nhiệt độ khí sót ( khí thái ) Tr
Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại động cơ, nếu quá trình giãn nở nhiệt
càng triệt để, nhiệt độ Tr càng thấp. Thông thường ta có thể chọn: Tr = 700 ÷ 1000oK
Ta chọn Tr = 900 oK
1.1.2.7. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt λ t
Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt λt được chọn theo hệ số dư lượng không khí α để hiêu đính.
Thông thường ta có thế chọn λt theo bảng I.2
Bảng I.2 Tỉ nhiệt λt theo α.
0,8
1,0
1,2
1,4
α
λt

1,13

1,17

1,14

1,11

Các loại động cơ Diezel có α > 1,4 có thể chọn λt = 1,10: đối với động cơ này ta
chọn λt = 1,11.
1.1.2.8. Hệ số quét buồng cháy λ 2
Với động cơ không tăng áp thường chọn λ2 = 1
1.1.2.9. Hệ số nạp thêm λ 1
Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí. Thông thường ta có
thể chọn: λ1 = 1,02 ÷ 1,07 ; Ta chọn λ1 = 1,05
1.1.2.10. Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm z: ξ z
Hệ só 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 1 kg nhiên liệu. Với động cơ Diezel: ξz = 0,70 ÷ 0,85 ; Ta chọn ξz = 0,75
1.1.2.11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b: ξ b
Hệ số lợi dụng nhiệt tại diểm b, ξb tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay động cơ
Diezel . ξb bao giời cũng lớn hơn ξzVới động cơ Diezel ta chọn: ξb = 0,80 ÷ 0,90
Ta chọn: ξb = 0,85
1.1.2.12. Hệ số hiệu dính đồ thị công ϕ d
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 động cơ Diezel. Vì vậy hệ số ϕd của động cơ Diezel thường có trị số nhỏ
hơn, có thể chọn ϕd=0,92 ÷ 0,97 ; Ta chọn ϕd = 0,92
1.2. Tính toán các quá trình công tác.
1.2.1. Tính toán quá trình nạp.
1.2.1.1. Hệ số khí sót γ r

Hệ số khí sót γr được tính theo công thức:

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 7


γr =

λ2 ( Tk + ∆T ) pr
. .
Tr
pa

1
p 
ελ1 − λt .λ2 . r 
 pa 

1
 
m

(1-1)

Thay thay các thông số đã chọn vào (1-1) ta có:
1( 297 + 20 ) 0,11
1
γr =
.
.
= 0,02679

 1 
900
0,09
 ÷
 0,11  1.5 
16,5.1,05 − 1,1.1
÷
 0,09 
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến của khí sót có thể chọn m = 1,45 ÷ 1,5
Ta chọn m = 1.5
1.2.1.2. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta
Nhiệt độ cưới quá trình nạp Ta được tính theo công thức:
 m −1 


m 

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

(oK)
Thay các thông số đã có ở phần trên vào (1-2) ta có:

Ta =

1 + 0,02679

 1,5−1 

÷
 1,5 

 0,09 
÷
 0,11 

( 297 + 20 ) + 1,1.0,02678.900. 

(1-2)

= 332,889
o

K

1.2.1.3. Hệ số nạp η v
Hệ số nạp ηv được xác định theo công thức:
1

 


Tk
pa 
pr  m  
1
ηv =

.
. . ε .λ1 − λt .λ2  
ε − 1 ( Tk + ∆T ) p k 
pa  




Thay các thông số vào (1-3) ta có:
 1 

 ÷
1
297
0,09 
 0,11  1,5  
ηv =
.
.
. 16,5.1,05 − 1,1.1
÷  = 0,874
16,5 − 1 ( 297 + 20 ) 0,11 
0,
09





Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 8

(1-3)


1.2.1.4. 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 .Tk

(kmol/kg nhiên liệu)
Thay các thông số tính toán vào (1-4) ta có:

(1-4)

432.103.0,1.0,874
M1 =
= 0,767696
244,903.0,67624.297
(kmol/kg nhiên liệu)
Trong đó:
Pe: Áp suất cố ích trung bình được xác định theo công thức:

pe =

30.N e .τ
Vh .n.i

(MPa)

pe =

(1-5)

30.58,88.4
= 0, 67624
1,1873.2200.4

Thay các thông số vào (1-5) ta có:
(MPa)
Với Vh: Là thể tính công tác của động cơ được xác định theo công thức:

πD 2 .S
Vh =
4

(dm3)

Vh =

(1-6)
−2 2

−2

3,14.(110.10 ) .(125.10 )
= 1,1873
4

Thay số đã cho vào (1-6):
(dm3)
1.2.1.5. Lượng không khí lý thuyết khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu M 0
Lượng không khí lý thuyết cháy 1 kh nhiên liệu Mo được tính theo công thức:
1 C H O
Mo =
. + − 
0,21  12 4 32 
(Kmol/ kg nhiên liệu)
(1-7)
Thay số đã chọn vào (1-7):
1  0,87 0,126 0,004 
Mo =
.
+
−
 = 0,4958
0,21  12
4
32 
(Kmol/ kg nhiên liệu )
Với động cơ Diezel: C = 0,87; H = 0,126; O = 0,004
1.2.1.6. Hệ số dư lượng không khí α

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 9


α=

M 1 0,767696

=
= 1,5483
M 0 0, 4958

Với động cơ Diezel:

1.2.2. Tính toán quá trình nén.
1.2.2.1. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí.
mcv = 19,806 + 0,00209.T
(KJ/kmol.độ )
1.2.2.2. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy.
Khi hệ số dư lượng không khí α =1,5483 > 1, ta tính theo công thức:
,,
1,634  1 
187,36  −5

mcv = 19,876 +
÷+  427,86 +
÷10 .T
α  2
α 


(KJ/kmol.độ)

(1-8)

Thay α = 1,5483 vào (1-8)
,,
1, 634  1 

187,36  −5

mcv = 19,876 +
+  427,86 +
10 .T
÷
= 20,93 + 0,002744T
1,5483  2 
1,5483 ÷



1.2.2.3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén
công thức:
,,

mcv + γ r mcv
b, v
,
mcv =
= av + T
1+ γr
2
,

19,835 +

0,00421415
T

2

mcv

,

tính theo

=
(KJ/kmol.độ) (1-9)
1.2.2.4. Chỉ số nén đa biến trung bình n1
Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc rất nhiều vào 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 lên. Thông thường ta xác định n1 có thể chọn
n1 trong khoảng 1,3 ÷ 1,9 ; Ta chọn n1 = 1,3666
Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình:
8,314
n1 − 1 =
,
bv
av, + Ta . ε n1−1 + 1
2
(1-10)
Thay n1 = 1,3666 đã chọn trên vào 2 vế của phương trình (1-10) ta có:
Vtr = 0,3666; Vp = 0,366607

(

)

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 10


Vtr − Vp
Vp

=

0,3666 − 0,36607
.100% = 0,00195
2

so sánh 2 vế:
%
với sai số 0,00195%< 0,2% thỏa mãn điều kiện đã cho,ta chọn n1 = 1,3666
1.2.2.5 Áp suất cuối quá trình nén pc
Áp suất cuối quá trình nén pc được xác định theo công thức:

pc = p a .ε n1 = 0,09.16,51,3666 = 4,15

( MPa)

1.2.2.6. Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc
Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc được xác định theo công thức:

Tc = Ta .ε n1 −1 = 332,889.16,51,3666−1 = 930,3146K
1.2.2.7. Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc
Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc được xác định theo công thức:

M c = M 1 + M r = M 1. (1 + γ r )

= 0, 767696 ( 1 + 0, 02679 ) = 0, 78826

(kmol/kg.l)

1.2.3. Tính toán quá trình cháy.
1.2.3.1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β o
Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βo được xác định theo công thức:
βo =

M 2 M 1 + ∆M
∆M
=
= 1+
M1
M1
M1

Trong đó độ tăng mol ∆M của các loại động cơ được xác định theo công thức.
H O
1
∆M = 0,21(1 − α ) M o +  +
−
 4 32 µ nl





 H O   0,87 + 0,004  = 0,021875

∆M =  +  = 
32 
 4 32   4

Với động cơ Diezel :
Thay (1-12) vào (1-11) ta có.
H O 
 0,87 0, 004 
 + 
+

÷
4 32 
4
32


 = 1,0412
βo = 1 +
= 1+
α .M o
1,5483.0, 4958
Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 11

(1-11)

(1-12)

1.2.3.2. Hệ số thay dổi phần thực tế β: ( do có khí sót)
Ta có hệ số thay đổi phần thực tế β được xác đinh theo công thức:
β + γ r 1,0412 + 0,02679
β= o
=
= 1,04012
1+ γ r
1 + 0,02679
1.2.3.3. Hệ số thay đổi phần thực tế tại điểm z: β z
Hệ số thay đổi phần thực tế tai điểm z βz được xác định theo công thức:

β z = 1+

χz =

βo −1
χz
1+ γ r

(1-13)

ξz
0,75
=
= 0,8824
ξb
0,85

Trong đó:

thay vào (1-13) ta có:
1,0412 − 1
= 1+
.0,8824 = 1, 0354
βz
1 + 0,02679
1.2.3.4. Lượng sản phẩm cháy M2
Lượng sản phẩm cháy M2 được xác đinh theo công thức:

M 2 = M 1 + ∆M = β o .M 1 = 1,0412.0,767696 = 0,799325

(kmol/kg.l)

1.2.3.5. Nhiệt độ tại điểm z: Tz
Đối với động cơ Diezel,tính toán nhiệt độ Tz bằng cách giải phương trình cháy:

(

)

ξ z .QH
+ mcv, + 8,314λ Tc = β z .mc,pz, .Tz
M 1 (1 + γ r )

(K)
(1-14)
Thay các thông số chọn và tính toán ở (1-15), (1-16), (1-17) vào phương trình.

(

)

ξ z .QH
+ mcv, + 8,314λ Tc = β z .mc,pz, .Tz
M 1 (1 + γ r )




0,75.42,5.103
T 
+  21,7956 + 8,314.1,0354. z ÷.Tc = 1,0354.(29,1208 + 0,005344).Tz
0,767696.(1 + 0,02679) 
Tc 

Giải phương trình có nghiệm. Tz=2197,87 0K
Trong đó:
QH – Nhiệt trị của dầu Diezel, QH=42,5.103 ( KJ/kg.nl)
Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 12


b, v
0, 00421415
,
a
+
T
19,835
+
.930,3146

c
mcv
2
2
=
=
=21,7956
,
v

(1-15)

mc ,pz, −
Tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z:
mc ,pz, = 8,314 + mcvz,, = 8,314 + (20,8068 + 0, 005344.Tz )

= 29,1208 + 0, 005344.Tz

γ 
β o .mcv,,  xz + r  + (1 − xz ).mcv
βo 
b, ,

mcvz,, =
= avz,, + vz Tz

2
γ 
β o  xz + r  + (1 − xz )
βo 



= 20,8068+

1.2.3.6. Áp suất tại điểm z: pz
Ta có : áp suất tại điểm z pz được xác định:
Pz = λ.pc = 1,626.4,15 = 6,748 MPa
1.2.4. Tính toán quá trình giãn nở.
1.2.4.1. Hệ số giãn nở sớm ρ
β .T
ρ = z z = 1, 0354.2197,87 = 1,5044
λ.Tc
1, 626.930,3146

ρ = 1,5044 <

-16)

0, 005344
.Tz
2

(1-17)

(1-18)

So sánh
λ = 1,626 ( thỏa mãn điều kiện )
Chú ý: Hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phân chọn thông số. Sau khi tính toán hệ
số giãn nở ρ ( ở quá trình giãn nở) phải đảm bảo ρ < λ, nếu không phải chọn lại λ.

1.2.4.2. Hệ số giãn nở sau δ
Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo công thức:
ε
16,5
δ= =
= 10,9678
ρ 1, 5044
1.2.4.3 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình.
Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương trình cân bằng sau:
n2 − 1 =

8,314

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

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 13

(1-19)


Trong đó: Tb - Nhiệt trị tại điểm b và được xác định theo công thức sau:

Tb =

δ

Tz

n2 −1

=

Tz
10, 7 n2 −1

(0K)

QH : Nhiệt trị tính toán, Đối với động cơ Diezel: QH = 42,5.103 (kJ/kg.nl)
Chú ý : Thông thường để xác định n ta có thể chọn trong khoảng 1,150…1,250.
Ta chọn thử n2 = 1,234 và thay tất cả vào (1-19) ta được phương trình cân bằng sau:
1, 234 − 1 =

8, 314

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

Ta thấy Vtr = 0,2358 Và Vp = 0,234069
Vtr − V p 0, 2358 − 0, 234069

=
.100% = 0,141411
Vp
2
so sánh
%
Sai số giữa 2 vế = 0,141411 < 0,2% Thỏa mãn như vậy ta chọn n2=1,2344
1.2.4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở.
Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb:
Tb =

Tz

δ n2 −1

=

2197,87
= 1253, 71
10,96781,2344−1

(K)

1.2.4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở :
Áp suất cuối quá trình giãn nở được xác định theo công thức:
6, 748
p
= 0,351
pb = nz =
1,2344

δ 2 10,9678
(MPa)

1.2.4.6 Kiểm tra nhiệt độ khí sót.
Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức.
p 
Trt = Tb . r 
 pb 

m −1
n

1,5−1

 0,11  1,5
= 1253, 71. 
÷ = 851,62
0,351



Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 14

(K)

(1-20)


Sai số của nhiệt độ khí thải tính toán T rt và nhiệt độ khí thải đã chọn ban đầu không
vượt quá 15% nghĩa là.

T − Tr
851, 62 − 900
∆T = rt
.100 0 0 =
.100 0 0 = 5,3756 0 0 < 15 0 0
Trt
900
( Thỏa mãn )
1.2.5 Tính toán các thông số có ích của động cơ.
1.2.5.1 Áp suất trung bình chỉ thị lý thuyết.
Với động cơ Diezel áp suất chỉ thị trung bình p’i được xác định theo công thức.

pi, =

pc 
λ.ρ 
1 
1 
1 
λ ( ρ − 1) +
.1 − n2 −1  −
1 − n1 −1 

ε −1
n2 − 1  δ
 n1 − 1  ε


(1-21)

Thay các thông số đã tính toán trên vào (1-21) ta có:

p ,i =

4,15 
1,626.1,5044 
1
1
1



. 1 −
−
1
−
1,626 ( 1,5044 − 1) +

16,5 − 1 
1,2344 − 1  10,96781,2344−1 ÷ 1,3666 − 1  16,51,3666−1 ÷ 

=0,9655 (MPa)
1.2.5.2 Áp suất trung bình chỉ thị thực tế.
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình
pi = pi, .ϕ d

= 0,9655.0,92 = 0,8883

trong thực tế được áp dụng theo công thức.
(Mpa)

Trong đó ϕd- Hệ số hiệu đính đồ thị công,chọn theo tính năng và chủng loại động cơ.
1.2.5.3 Suất tiêu hao nhiêu liệu chỉ thị.
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:
432.10 3.η v . p k
gi =
M 1 . pi .Tk
=

(1-22)

3

432.10 .0,874.0,1
= 186, 42
0, 767696.0,8883.297

(g/kW.h)

1.2.5.4 Hiệu suất chỉ thị.
Ta có công thức hiệu đính chỉ thị:
3
3,6.10 3
3,
6.10
ηi =
=
= 0, 4544
g i .QH
186, 42.42,500

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 15

(1-23)


1.2.5.5 Áp suất tổn thất cơ khí.
Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được
biểu diễn bằng mối quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ. Ta có tốc độ
trung bình động cơ là.
S .n 0,125.2200
vtb =
=
= 9,1667
30
30
(m/s)
(1-24)
Theo số liệu thực nghiệm ta có thể tính p m theo công thức sau, đối với động cơ
÷

Diezel ta có: τ = 4,i = 4, D = 90 120 mm, buồng cháy thống nhất.
Pm = 0,09+ 0,0138.vtb = 0,09+ 0,0138.9,1667 = 0,2165( MPa).
1.2.5.6 Áp suất có ích trung bình.
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo công
thức: Pe = pi - pm= 0,8883- 0,2165 = 0,6718 (MPa)
Sau khi tính toán được pe phải so sánh với trị số pe đã tính ở phần tính toán qua trình
nạp. pe = 0,6718 (tính toán) < pe = 0,67624 (tính toán quá trình nạp)
pe = 0,6718 (tính toán): Thỏa mãn.
1.2.5.7 Hiệu suất cơ giới.
p 0, 6718

ηm = e =
= 0, 7563
pi 0,8883
1.2.5.8 Suất tiêu hao nhiêu liệu có ích :
g 186, 42
ge = i =
= 246, 4895
ηm 0, 7563
(g/kW.h)
1.2.5.9 Hiệu suất có ích .

ηe = η m .ηi = 0, 7563.0, 4544 = 0,34366

1.2.5.10 Kiểm nghiệm đường kính xylanh.
N .30.τ
58,88.30.4
= e
=
= 1,18985
Pe .i.n
0, 6718.4.2200
Vh
(dm3)
4Vh
4.1,18985
D=
=
.100 = 110, 08945
π .S
3,14.1, 25

(mm)
So sánh với đường kính xilanh cho trước.
D(tính toán) - D(cho trước) = 110,08945 - 110 = 0,08945
sai lệch so với đề là. 0,08945 < 0,1: Thỏa mãn.

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 16

(1-25)

(1-26)


1.2.6 Vẽ và hiệu đính đồ thị công.
1.2.6.1 Lập bảng.
Căn cứ vào các số liệu đã tính: p 0, pa, pr, pc, pz, pb, n1, n2, ε ta lập bảng tính đường
nén và đường giãn nở theo biến thiên dung tích xilanh: Vx = i.Vc
Vc =

Với.

Vh
1,18985
=
= 0, 0767645
ε − 1 16,5 − 1

=

Trong đó: Vx(Gtbd)

Vx ( Gttt )
µV
=

Pnén(Gtbd)

(dm3)

(1-27)

Pnen ( Gttt )
µp

( Gttt )
µp

Pgian nở(Gtbd) =Pgiãn nở
Giả thiết quá trình nạp áp suất bằng hằng số: pa=0,09 MPa
Giả thiết quá trình nạp áp suất bằng hằng số: pr=0,11 Mpa
1.2.6.2 Xác định quá trình nén ac, quá trình giãn nở zb.
Để xác định ta lập bảng
-Quá trình nén
Ta có :pvn1= const
⇒ pxvxn1 = pcvcn1
Đặt vx = ivc,
trong đó = 1÷ε

⇒ px = pc.

 vc


 vx





n1

= p c.

 vc

 iv c





n1

⇒ px = pc.

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 17

1
i n1


-Quá trình giãn nở: pvn2 = const ⇒ pxvxn2 = pzvzn2

Sau khi tính toán ở trên ta có giá trị áp suất ở quá trình nén và giãn nỡ.
Bảng I.3 Giá trị áp suất ở quá trình nén và giãn nỡ theo Vx
Vx
Pnén
Gttt
Gtbd
Gttt
Gtbd
Gttt
i
3
(dm )
(mm)
(MPa)
(mm)
(MPa)
µV

1
1.5
2.0
2.5
3.0
4.5
5.0
6.5
7.5
9.5
10.5

11.5
13.5
14.5
15.5
16.5

µp

3

=0.0057 (dm /mm)
0.08
13.33
0.11
20.00
0.15
26.67
0.19
33.33
0.23
40.00
0.34
60.00
0.38
66.67
0.50
86.67
0.57
100.00
0.73

126.67
0.8
140.00
0.88
153.30
1.03
180.00
1.11
193.30
1.18
206.67
1.26
220.00

4.15
2.40
1.61
1.02
0.92
0. 50
0.46
0.34
0.25
0.19
0.16
0.15
0.12
0.11
0.10
0.09

153.75
88.00
59.62
43.80
34.12
19.60
17.00
11.87
9.76
7.06
6.16
5.44
4.37
3.96
3.60
3.32

Pgiãn nở
Gtbd
(mm)

=0.027(MPa/mm)
6.75
4.75
3.16
2.88
1.62
1.53
1.18

0.88
0.69
0.58
0.57
0.44
0.43
0.37
0.35

250.00
175.27
133.07
106.25
64.40
56.56
40.90
34.30
25.60
22.60
20.23
16.60
15.2 0
14.00
13.00

1.2.6.3 Vẽ đồ thị công hiệu đính.
Dựa vào bảng đã lập ta vẽ đường nén và đường giãn nở,vẽ tiếp đường biểu diễn quá
trình nạp và quá trình thải lý thuyết bằng hai đường song song với trục hoành,đi qua
hai điểm pr và pa.Sau khi vẽ xong ta hiệu đính để có đồ thị công chỉ thị,các bước hiệu
đính như sau:

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 18


Chọn µp = 0,027(Mpa/mm)
Chọn µv = 0,0057(mm3/mm)
Chọn µs = 0,60 (mm/mm)
-Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công.
Thông số kết cấu động cơ là.
R
S
125
λ=
=
=
= 0,2717
Ltt 2 Ltt 2.230
OO , =

Khoảng cách OO’.

λ .R λ .S 0, 2717.125
=
=
= 8, 49
2
4
4
R=

(1-28)

S 125
=
= 62,5
2
2

Ta có nửa hành trình pistong.
(mm)
(1-29)
-Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị
 Hiệu đính các điểm trên đồ thị:
B1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp (điểm a).
Từ 0’ của đồ thị Bick xác định góc đóng muộn β2 = 100 của xupap thải, bán kính này
cắt Brick ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt đường pa nối điểm r trên
đường thải. Ta có đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.
B2. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén (điểm c).
Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trinh nén thực tế pc’ có thể xác định theo công thức
sau:
1
1
pc, = pc + ( pz − pc ) = 4,15 + (6, 748 − 4,15) = 5, 016 Mpa
3
3

(1-30)

B3. Hiệu đính điểm phun sớm c’’.
Điểm c”- điểm đường nén thực tế tách khỏi đường nén lý thuyết,xác định theo góc
đánh lửa sớm đặt trên đồ thị Brick rồi gióng xuống đường nén để xác định điểm c”.

Dùng cung thích hợp nối c’c”.
B4. Hiệu đính điểm z thực tế:
a. Cắt đồ thị công bởi đường 0,85pz
b.Từ đồ thị Brik xác định góc 12 ÷ 15° gióng xuống đoạn đẳng áp 0,85p z để xác
định điểm z.
c. Dùng cung thích hợp nối c” với z và lượn sát với đường giãn nở.
B5. Hiệu đính điểm bắt đầu thải thực tế (điểm b).
Hiệu đính điểm b căn cứ vào góc mở sớm β1 của xu páp thải. Áp suất cuối quá trình
giãn nở thực tế Pb’’ thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn nở lý thuyết do xu páp
thải mở sớm.
Xác định Pb’’ theo công thức kinh nghiệm sau đây.

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 19


1
Pp,, = pr + ( pb − pr ) = 0,230476Mpa
2
yb" =

Suy ra tung độ của b’’.

0,23476
= 8, 697(mm)
0,026992

Sau khi xác định b’,b’’ dùng cung thích hợp nối với đường thải rr như hình vẽ. Như
vậy ta có đồ thị công chỉ thị dùng cho phần tính toán động lực học.

Đồ thị công thực tế.

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 20


Chương II. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
2.1. Động học.
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 = 125 (mm). Vì vậy
đồ thị đều ứng với hoành độ tương ứng với Vh của đồ thị công ( từ điểm 1 vc đến vc).
f (α )

2.1.1. Đường biểu diễn hành trình pittông x =
Ta tiến hành vẽ đường hành trình của pittông theo trình tự sau:
B1. Chọn tỉ lệ xích góc: Thường dùng tỷ lệ xích (0,6 ÷ 0,7) (mm/độ)
B2. Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 (cm)
B3. Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 100, 200,….1800
B4. Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10 0, 200…1800 tương
ứng trên trục tung của đồ thị x =
với các góc 100, 200….1800

f (α )

ta được các điểm xác định chuyển vị x tương ứng

B5. Nối các điểm chuyển vị x ta được đồ thị biể diễn quan hệ x =
ÂCT
ĐCT

0

α

M

α
R

S=2R

O
R. λ/2

180 α

x

x

B
C

90

α

X=f(α)

O'

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 21

D ÂCD
ĐCD

S=2R
(S=Xmax)

A

f (α )


Đường biểu diễn hành trình của pittông X= f(α)

2.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của pittông
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn của pittông theo phương pháp đồ thị vòng. Tiến
hành theo các bước cụ thể sau :

f (α )

B1. Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x =
, sát mép dưới
của bản vẽ.ta có giá trị biểu diễn S chính bằng độ dài giá trị biểu diễn Vh.
λ

B2. Vẽ đường tròn tâm O bán kính là R /2.

λ

B3. Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính R /2 thành
18 phần theo chiều ngược nhau.

B4.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
λ

điểm chia tương ứng của vòng tròn tâmO bán kính R /2 tại các điểm a, b, c,…….
B5. Nối các điểm a, b, c,….tạo thành đường cong giới hạn trị số của tốc độ pittông
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
tọa độ cực.

α

đến đường cong a, b, c….đồ thị này biểu diễn quan hệ trên
2'

b

1'

a
A
0

R2

3'

V=f(α)

c

Vα

0'
α

7'
6'

1

5'

g

2

3

4

h

e

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 22
R1

B

4'

b'

5

7

6

8


Đường biểu diễn vận tốc của pittông V=f(α)
f ( x)

2.1.3. Đường biểu diễn gia tốc pistong j =
Ta tiến hành vẽ đường biểu gia tốc của pistong theo phương pháp Tôlê.
Ta vẽ theo các bước sau:
µj

B1. Chọn tỉ lệ xích = 32070.2 (mm/s2.mm)
B2. Ta tính được các giá trị:
- Tốc độ góc :
π .n 3,14.2200
ω=
= 230, 2667
30
30
=

(rad/s)

(2-1)

- Gia tốc cực đại :

jmax = R.ω 2 .(1 + λ )
= 62,5.230,26672.(1+0,27174) = 4214443,152(mm/s2)
Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là:

g tbd jmax =

g ttt jmax

µj

=

(2-2)

4214443.152
= 131.4
32070.2
(mm)

(2-3)

(mm)

(2-4)

- Gia tốc cực tiểu :Pj

jmin = − R.ω 2 .(1 − λ )

= -2413399,07(mm/s2)

Vậy ta được giá trị biểu diễn jmin là :
g ttt jmin
−2413399, 07
g tbd jmin =
=
= −75.25
µj
32070.2
- Xác định giá trị EF :

EF = −3.R.λ.ω 2

= -3.62,5. -2701566,123 (mm/s2)

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 23


Vậy ta được giá trị biểu diễn EF là :

gtbd EF =

gttt EF

µj

=

−2701566.123
= −84.2
32070.2

(mm)
(2-5)
B3. Từ điểm tương ứng điểm chết trên lấy AC = jmin, từ điểm B tương ứng điểm chết

EF = −3.R.λ.ω 2

dưới lấy BD = jmin; nối liền CD cắt trục hoành tại E, lấy
về phía BD.
Nối CF và FD, chia các đoạn ra thành n phần, nối 11, 22, 33…Vẽ đường bao trong tiếp
f ( x)

tuyến với 11, 22, 33….Ta được các đường cong biểu diễn quan hệ j =

.

C

F1

J =f(s)
2

DCD

S
A
ÂCT

3
-3λRω2

DCT

E

B
ÂCD
F2

4

F

1'

2'

3'

J min

J max

1

4' D

Đường biểu diễn gia tốc của pittông j=f(x)

2.2. Tính toán động lực học.
2.2.1.Các khối lượng chuyển động tịnh tiến.
- Khối lượng nhóm pittong mpt = 3,524 (kg)
- Khối lượng thanh truyền mtt = 6,37 (kg) được cho trong số liệu ban đầu của đề bài
(kg).
- Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền m1
m1 = (0.275 … 0.285).mtt= 0,285.6,37 = 1,81545 (kg)
Vậy ta xác định được khối lượng tịnh tiến.
m = mpt + m1 =3,524+1,81545 = 5,33945 (kg)
2.2.2. Các khối lượng chuyển động quay
-Khối lượng của thanh truyền quy dẫn về đầu to thanh truyền:
m2 = (mtt – m1)= 6,37 – 1,81545 = 4,55455 (kg)
2.2.3. Lực quán tính
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến.
Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 24


p j = −m. j = −m.R.ω 2 .(cos α + λ . cos 2α )
(2-6)
λ

pj

Với thông số kết cấu ta có bảng tính
Bảng II.1 Lực qoán tính theo góc quay trục khuỷu.
α

(độ)

0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
210
225
240
255

α

(rad)

0

0.261
0.523
0.785
1.047
1.309
1.570
1.832
2.094
2.356
2.618
2.879
3.141
3.403
3.665
3.927
4.188
4.450

pj

- (MPa)
-2.369
-2.237
-1.866
-1.317
-0.678
-0.043
0.506
0.920
1.184

1.317
1.360
1.361
1.356
1.361
1.360
1.317
1.184
0.920

Đồ án môn học Đông Cơ Đốt TrongPage 25

pj

- (mm)
-87.768
-82.901
-69.141
-48.802
-25.134
-1.621
18.752
34.104
43.881
48.805
50.396
50.422
50.262
50.421
50.392

48.803
43.882
34.106