đồ an môn học tính toán động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cá
nhân cũng như vận chuyển hành khách, hàng hoá rất phổ biến. Sự gia tăng nhanh
chóng số lượng ôtô trong xã hội, đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo theo nhu
cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp ôtô nhất là
trong linh vực thiết kế.
Sau khi học xong giáo trình "động cơ đốt trong" chúng em được tổ bộ môn giao
nhiệm vụ làm đồ án môn học. Vì bước đầu làm quen với công việc tính toán, thiết
kế ôtô nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc.Nhưng với sự quan tâm,
động viên, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn, cùng giáo viên
giảng dạy và các thầy giáo trong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn
thành đồ án trong thời gian được giao. Qua đồ án này giúp sinh viên chúng em nắm
được các lực tác dụng, công suất của động cơ và điều kiện đảm bảo bền của một số
nhóm chi tiết ... ôtô, máy kéo. Vì thế nó rất thiết thực với sinh viên nghành công
nghệ kỹ thuật ôtô .
Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh khỏi
những thiếu sót. Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến
của các thầy, các bạn để em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn và cũng qua
đó rút ra được những kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá
trình học tập và công tác sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vinh,14 tháng 03 năm 2019
Sinh viên thực hiện

Đinh Văn Huy

SVTH: Đinh Văn Huy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN BẢO VỆ
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

SVTH: Đinh Văn Huy


TRNG I HC SPKT VINH

N NG C T TRONG

Số liệu ban đầu của đồ án môn học ĐCĐT (Số 1)

TT
1

Các số liệu của phần tính toán nhiệt
Đơ
Ký
Tên thông số
n
Giá trị
hiệu
vị
Kiểu động cơ

3D6

Ghi chú
Đ/cơ Diesel
1 hng
không tng
ỏp,bung chỏy
thng nht

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
Đờng kính xilanh
Góc mở sớm xupáp
nạp
Góc
đóng
muộn
xupáp nạp
Góc mở sớm xupáp xả
Góc
đóng
muộn
xupáp xả
Góc đánh lửa sớm
Chiều

dài
thanh
truyền
Công suất động cơ
Số vòng quay động
cơ
Suất tiêu hao nhiên
liệu
Tỷ số nén
Khối
lợng
thanh
truyền
Khối lợng nhóm piston


I

kỳ

S
D
1

mm
mm
độ

4
6

1-5-3-6-2-4
180
150
20

2

độ

48

1
2

độ
độ

48
20

i
ltt

độ
mm

30
320

Ne

mã
lực
v/p
h
g/m
l.h

150

N
ge

1500
190


mtt

kg

14,5
5,62

mpt

kg

2,37

Số liệu tính nghiệm bền động cơ 3D6
TT
1
2
3
4

piston và chốt piston
Thông số
Ký hiệu Giá trị
Vật liệu chế tạo piston
Chiều dày đỉnh piston
Đờng kính đỉnh piston
Diện tích tiết diện suy
yếu (nếu dùng rãnh
phay để thoát dầu)

SVTH: inh Vn Huy


D
FI-I

17
150

Đơn vị
mm
mm
mm2

Ghi chú
Nhômhợp
kim


TRNG I HC SPKT VINH
5

6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
7
8

9
10

Số lỗ thoát dầu
Đờng kính lỗ thoát dầu
(nếu dùnglỗ trụ để
thoát dầu)
Kích thớc của buồng
cháy
Chiều dài thân piston
Đờng kính ngoài chốt
piston
Chiều dài phần bệ tiếp
xúc với chốt
Đờng kính trong của
chốt
Chiều dài chốt piston

N NG C T TRONG

dd

16
4

Đo đạc trên bản
vẽ

hp
dcp

73
42

mm
mm

l1

30

mm

d0

15

mm

lcp
114
Xéc măng
Chiều dày xéc măng
t
5,4
Chiều cao xéc măng
h
2,8
Khe hở miệng ở trạng
A

16
thái tự do
Khe hở miệng ở trạng
f
0,7
thái lắp ghép
Số xéc măng khí
3
Số xéc măng dầu
2
Thanh truyền
Đờng kính trong đầu
d1
65
nhỏ
Đờng kính ngoài đầu
d2
47
nhỏ
Chiều dài đầu nhỏ
lđ
52
thanh truyền
Bán kính góc lợn nối
180
1
đầu nhỏ với thân
Chiều rộng thân tại vị
H
46

trí nối với đầu nhỏ
Đờng kính trong của
db
42
bạc lót
Nhiệt độ làm việc của
t
150
bạc lót và đầu nhỏ
thanh truyền
Các số liệu của thân H, h, B 57; 41;
thanh truyền tại tiết
36
diện tính toán (đo trên
bản vẽ hoăc tính theo
tỷ lệ cấu tạo thân
thanh truyền)
Khối lợng nắp đầu to
mn
2
Khoảng cách giữa 2 đl
130
ờng tâm bulông thanh
truyền

SVTH: inh Vn Huy

lỗ
mm

mm
mm
mm
mm
mm

mm
mm
mm
mm
mm
mm
C

0

mm

kg
mm


TRNG I HC SPKT VINH
11
12
13
14
1
2
3

4
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10

1
2
3
4

Chiều
Chiều
Chiều
Chiều
ở A-A

dày bạc đầu to
dài bạc đầu to
dài nắp đầu to
dày nắp đầu to

N NG C T TRONG

h1
lb
ln
h2

3

68
73
16

Bulông thanh truyền
Đờng kính bulông
d
M14
Số bulông thanh truyền
z
2
Loại ren
Hệ mét
Đờng kính nhỏ nhất
bulông
Trục khuỷu
Đờng kính ngoài chốt
dch
85
khuỷu
Đờng kính trong chốt
44
ch

khuỷu
Đờng kính ngoài cổ
dck
95
khuỷu
Đờng kính trong cổ
44
ck
khuỷu
Khối lợng riêng vật liệu
7800

làm trục khuỷu
Chiều dài chốt khuỷu
lch
70
Chiều dài cổ trục
lck
56
Các kích thớc của má
b, h
28;132
khuỷu
Khối lợng ly tâm của
mmk
Tớnh t
má khuỷu
rmk
bn
v

Khoảng cách từ trọng
a
tâm phần khối lợng ly
chi tit
tâm đến tâm quay
Khoảng cách a
Khối lợng đối trọng
mđt
Khoảng cách từ trọng
rđt
tâm đối trọng đến
c, c
tâm quay
Khoảng cách c và c
Bánh đà
Dạng bánh đà
D
Đờng kính ngoài
592
Đờng kính trong
D
385
Chiều dày
112
2

mm
mm
mm
mm

mm

mm
mm

mm

kg/m3
mm
mm
mm
MN/

Mỏ

trũn,d=180,
trựng
kg
mm

ip

=0
Khụng cú i
trng

mm
Dạng vành
mm
mm

mm

Các kích thớc khác cần cho tính toán lấy từ bản vẽ mặt cắt

SVTH: inh Vn Huy

khuu


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC

1

Chương I: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC

3

SỐ LIỆU BAN ĐẦU CỦA ĐỒ ÁN HỌC PHẦN MÔN HỌC ĐCĐT
1.1.Các thông số cần chọn:

3
4

1.1.1. Áp suất môi trường: pk

4

1.1.2. Nhiệt độ môi trường: Tk

4

1.1.3. Áp suất cuối quá trình nạp: pa

4

1.1.4. Áp suất khí thải: pr

4

1.1.5. Mức độ sấy nóng môi chất

∆T

4

1.1.6. Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr

5

λt
1.1.7. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:

5

1.1.8. Hệ số quét buồng cháy: λ2

5

1.1.9. Hệ số nạp thêm λ1

5
ξ

1.1.10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( z)

5

ξ

1.1.11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ( b)
1.1.12. Hệ số hiệu đính đồ thị công

ϕ

5

d

5

1.2. Tính toán các quá trình công tác

6

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

10

1.2.4. Tính toán quá trình giản nở

12

1.2.5. Tính toán các thông số chu kỳ công tác
1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công

14
16

1.3.1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a)

19

1.3.2. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm c)

19

1.3.3. Hiệu đính điểm phun sớm: (điểm c’’ )

20

1.3.4. Hiệu đính điểm đạt pzmax thực tế:

20

SVTH: Đinh Văn Huy

Page 6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.3.5. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế: (điểm b’)

20

1.3.6. Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giản nở: (điểm b’’)

20

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC

23

2.1.Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học

23

2.1.1. Đường biểu diễn hành trình của piston x = ƒ(α)

23

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

24

f ( x)

2.1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston j =

25

2.2. Tính toán động lực học

26

2.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến

26

2.2.2. Các khối lượng chuyển động quay

27

2.2.3. Lực quán tính

28
− p j = f (x)

2.2.4. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính

29

2.2.5 Đường biểu diễn

30

2.2.6. Khai triển đồ thị công P-V thành

31

2.2.7. Khai triển đồ thị

32

2.2.8. Vẽ đồ thị

32

2.2.9.Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến
2.2.10. Vẽ đường biểu diễn

T = f (α )

∑ T = (α )

và đồ thị lực pháp tuyến

33

của động cơ nhiều xilanh

2.2.11. Đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu
2.2.12. Vẽ đường biểu diễn

Z = f (α )

Q = f (α )

2.2.13. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền
2.2.14. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

38
41
44
48
49

CHƯƠNG III: TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH
3.1Tính nghiệm bền trục khuỷu

51
51

3.1.1.Trường hợp chịu lực (

)

52

3.1.2. Trường hợp chịu lực (

)

54

SVTH: Đinh Văn Huy

Page 7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Chương I: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC
SỐ LIỆU BAN ĐẦU CỦA ĐỒ ÁN HỌC PHẦN MÔN HỌC ĐCĐT
CÁC SỐ LIỆU CỦA PHẦN TÍNH TOÁN NHIỆT
T
T

Tên thông số

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

Đ/c
Diesel
1hàng không
tăng áp,buồng
cháy
thống
nhất

1

Kiểu động cơ

3D6

2

Số kỳ

τ

4

Kỳ

3

Số xylanh

i

4

Thứ tự nổ

5

Hành trình piston

S

6
1-5-3-62-4
180

mm

6

Đường kính xylanh

D

150

mm

7

Góc mở sớm xupáp nạp

α1

20

Độ

8

Góc đóng muộn xupáp nạp

α2

48

Độ

9

Góc mở sớm xupáp xả

β1

48

Độ

10 Góc đóng muộn xupáp xả

β2

20

Độ

11 Góc đánh lửa sớm

φi

30

Độ

12 Chiều dài thanh truyền

ltt

320

mm

13 Công suất định mức

Ne

150

mã lực

14 Số vòng quay động cơ

n

1500

v/ph

15 Suất tiêu hao nhiên liệu

ge

190

g/ml.h

16 Tỷ số nén

ε

14,5

17 Khối lượng thanh truyền

mtt

5,62

kg

18 Khối lượng nhóm piston

mpt

2,37

kg

1.1. Các thông số cần chọn :
1.1.1. Áp suất môi trường: pk
SVTH: Đinh Văn Huy

Page 8

Ghi chú


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Áp suất môi trường pk là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động
cơ .Với động cơ không tăng áp thì áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupáp
nạp nên ta chọn pk = p0. Ở nước ta có thể chọn pk = p0 = 0,1 (MPa)
1.1.2. Nhiệt độ môi trường: Tk
Nhiệt độ môi trường được lựa chọn theo nhiệt độ bình quân của cả năm.

Với động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trưòng bằng nhiệt độ trước
xupáp nạp nên:
Tk = T0 = 240C = (2970K)
1.1.3. Áp suất cuối quá trình nạp: pa
Áp suất p a phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ,
tính năng tốc đôn n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Vì vậy
cần xem xét động cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chon pa.
Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:
Pa = (0,8 ÷ 0,9).pk, chọn pa = 0,09 (Mpa)
1.1.4. Áp suất khí thải: pr
Áp suất khí thải cũng phụ thuộc vào các thông số như p a . Áp suất khí
thải có thể chon trong phạm vi:
Pr =(1,05 ÷ 1,15).pk, chọn pr = 0,107 ( Mpa)
1.1.5. Mức độ sấy nóng môi chất
Mức độ sấy nóng môi chất

∆T

:

∆T

chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình

thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong xilanh:
Động cơ Điezen:

∆T

= 200÷400C, chọn

∆T

=38 0C

1.1.6. Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr
Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Nếu quá trình
giản nở càng triệt để thì nhiệt độ Tr càng thấp. Thông thường ta có thể chon:
Tr =700 ÷ 1000 0K, chọn Tr = 8500K
1.1.7. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:
SVTH: Đinh Văn Huy

λt

Page 9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt được chọn theo hệ số dư lượng không khí
α

hiệu đính. Thông thường có thể chọn
α

λt

1,0

1,2

1,4

1,13

1,17

1,14

1,11

Động cơ Điêzen có

để

theo bảng sau:

0,8

α

α

λt = 1

>1 nên chọn

,10

1.1.8. Hệ số quét buồng cháy λ2:
Động cơ không tăng áp chọn λ2 =1
1.1.9. Hệ số nạp thêm λ1:
Hệ số nạp thêm λ 1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí. Thông
thường có thể chon: λ1 =1,02 ÷ 1,07, chọn λ1 =1,02
ξ

1.1.10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( z):
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (

ξ
z

) phụ thuộc vào chu trình công tác của

động cơ, thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát
ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu.
Với động Điêzen ta thường chọn

ξ
z

=0,70÷0,85, chọn

1.1.11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (
ξ

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b

b

ξ

SVTH: Đinh Văn Huy

d

=0,728

):

tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay

=0,864
ϕ

z

b

động cơ Điêzen. Với động cơ Điêzen ta thường chọn

1.12. Hệ số hiệu đính đồ thị công

ξ

:

Page 10

ξ
b

= 0,80÷0,90, chọn

ξ
b


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ
so với chu trình công tác thực tế , có thể chọn trong phạm vi:
chọn

ϕ
d

ϕ
d

=0,92÷0,97,

=0,97

1.2. Tính toán lcác quá trình công tác :
1.2.1.Tính toán quá trình nạp :

1.2.1.1. Hệ số khí sót γr:
Hệ số khí sót γr được tính theo công thức:

1
λ2 (T k + ∆T )

T

γr=
γr =

r

.

P
P

.

1.( 297 + 38) 0,107
.
.
850
0,09

.

 Pr 
 P 

 a

ε .λ1 − λt . .λ2 .

r
a

1
 
m

1
 0,107 
14,5.1,02 − 1,1.1.

 0,09 

1
1, 5

= 0,0346

Trong đó m là chỉ số giản nở đa biến trung bình của khí sót có thể chon:
m =1,45÷1,5, chọn m =1,5
1.2.1.2.Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta:
Nhiêt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức:

(T + ∆T )
k

Ta =

SVTH: Đinh Văn Huy

p 
+ λt .γ r .T r . a 
 pr 
1+ γ r

Page 11

 m −1 


 m 


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

Ta=

( 297 + 38) + 1,1.0,0346.850. 0,09 
 0,107 
1 + 0,0346

1.2.1.3.Hệ số nạp
Hệ số nạp

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

ηv

ηv

ηv =

1, 5−1
1, 5

= 353,3

(0K)

:

được xác định theo công thức:

1
Tk
.
ε − 1 T k + ∆T

(

)




p

. a .ε .λ − λ .λ .
1
t 2
pk 




pr 

pa 


 1 
 
 m 



1


1
1
297
0,09 
 0,107  ,5 
ηv =
.
.

. 14,5.1,02 − 1,1.1.
= 0,8012


14,5 − 1 297 + 38 0,1 
0
,
09





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

M1 =
Trong đó:

pe

432.10 3. p k .η v
g e . p e .T k

(kmol/kg nhiên liệu)

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

SVTH: Đinh Văn Huy

30. N e .τ

V

h

.n.i

(lít)
Page 12


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

V

h

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

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

V

h

=

π

2

D .S
4

(MPa)

3,14.(150) 2 .180
Vh =
= 3,17959
4

pe =
Nên:

30.150.4
= 0,4625
3,17959.1500.6

(MPa)

(lít)

432.103.0,1.0,8012
= 0,9755
190.0,4625.297
V ậy

M1=

(kmol/kg nhiên liệu)

1.2.1.5.Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0:
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M 0 được tính
theo công thức:

M0 =

1 C H 0 
 + − 
0,21  12 4 32 

(kmol/kg nhiên liệu)

Đối với nhiên liệu của động cơ Điêzen ta có:
C=0.87; H=0,126 ;O=0,004
Thay các giá trị vào ta có:

Mo=

1  0,87 0,126 0,004 
.
+
−

0,21  12
4
32 

1.2.1.6.Hệ số dư lượng không khí

α

=0,4946

(kmol/kg nhiên liệu)

:

Đối với động cơ Điêzen cần phải xét đến hơi nhiên liệu ,vì vậy:
α=

M
M

1
0

SVTH: Đinh Văn Huy

Page 13


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

α=

Thay các giá trị vào ta có:

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

0,9755
= 1,9723
0,4946

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)

Ta có: av = 19.806; bv/2 = 0.00209
1.2.2.2.Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình cuả sản phẩm cháy:
Khi hệ số dư lượng không khí
mcv

″

=(19,876+

α

>1 ,tính theo công thức sau:

1,634 1
187,36 −5
) + ( 427,86 +
)10 T
α

2
α

(kJ/kmol. độ)

Thay số vào công thức trên ta có:
mcv

″

=(19,876+

1,634
1
187,36 −5
) + (427,86 +
)10 T
1,9723 2
1,9723

(kJ/kmol. độ)

Ta có: av"=20.69548; bv"/2=0.00261
1.2.2.3.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

′

=

″
mcv + γ r .mcv
b′
= a v′ + v .T
1+ γ r
2

(kJ/kmol. độ)

Thay các giá trị vào ta có:

0,00211
′
mcv = 19,836 +
.T
2
av'=19.836; bv'/2=0.00211

1.2.2.4.Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

SVTH: Đinh Văn Huy

Page 14

(kJ/kmol. độ)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và
thông số vận hành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ
tải trạng thái nhiệt độ của động cơ …Tuy nhiên n 1 tăng giảm theo quy luật
sau:
Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ làm cho n1 tăng.
Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình:
n1 − 1 =

8.314
av′ +

bv′
.T a . ε n1 −1 + 1
2

(

)

Chú ý: thông thường để xác định n 1 ta phải chọn n1 trong khoảng 1,340 ÷
1,390 .Chọn n1=1,3678. Ta có:
vế trái =0,3683

sai số =0,0005 <0,2%

vế phải =0,3678

thoả mãn điều kiện

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

p

c

=

p .ε n

1

a

pc = 0,09.14,51,367 8 = 3,4859

(MPa)

1.2.2.4.2.Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:
Được xác định theo công thức:

T = T .ε n

1

c

−1

a

Tc = 353,3.14,51,367 8−1 = 944,7

(0K)

1.2.2.4.3.Lượng môi chất công tác của quá trình nén Mc:
Lượng môi chất công tác của quá trìng nén M c được xác định theo
công thức: Mc=M1+Mr=M1.(1+

SVTH: Đinh Văn Huy

γr

)

Page 15


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Thay các giá trị vào ta có: Mc =

0,9755(1 + 0,0346) = 1,009

(kmol/kgn.l)

1.2.3. Tính toán quá trình cháy:
β0

1.2.3.1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết
Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết
β0

=

M2
M1

Trong đó độ tăng mol

=

∆M

β0

:
được xác định theo công thức:

M 1 + ∆M
∆M
= 1+
M1
M1

của các loại động cơ được xác định theo

công thức:
∆M =

α

0.21(1- )M0 + (

H
4

+

Ο
1
−
32 µ nl

)

Đối với động cơ Điêzen
∆M =

H 0
+
4 32

Thay số vào ta có:
H O

0,126 0,004
+ )
+
4
32
4
32 = 1,0324
β0 = 1 +
⇒ β0 = 1 +
α .M 0
1,9723.0,4946
(

1.2.3.2. Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức:

β=

β=
Thay số vào ta có:

β0 + γ r
1+ γ r

1,0324 + 0,0346
= 1,0313
1 + 0,0346

1.2.3.3. Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z (
SVTH: Đinh Văn Huy

Page 16

βz

): (Do cháy chưa hết)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Ta có hệ số thay đổi phân tử thưc tế tại điêm z (

βz

) được xác định theo

công thức:
βz = 1+

β0 −1
.
1+ γ r

βz = 1 +
Thay số vào ta có:

Trong đó:

χ z=

ξz
ξb

=

χz

1,0324 − 1
.0,8426 = 1,0264
1 + 0,0346

0,728
= 0,8426
0,864

1.2.3.4. Lượng sản vật cháy M2:
Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức:
Μ 2 = Μ 1 + ∆Μ = β 0 .Μ 1

(kmol/kg.nl)

M2=1,0324.0,9755 = 1,0071

(kmol/kg.nl)

1.2.3.5. Nhiệt độ tại điểm z (Tz ):
Đối với động Điêzen, nhiệt độ tại điểm z (Tz ) bằng cách giải phương
trình cháy sau:

(

)

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

Trong đó :
QH

: Nhiệt trị của nhiên liệu Điêzen, thông thường có thể chọn
QH

=42,5.103 (kJ/kg n.l)

mc ,pz, −

Tỉ nhiệt mol đăng tích trung binh của sản vật cháy tại z:
mc ,pz, = 8,314 + mcvz,,

SVTH: Đinh Văn Huy

Page 17


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

mcvz

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

″

: Là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy tại z

được

xác định theo công thức:


γ 
″
β 0 . χ z + r .mcv + (1 + χ z ).mcv
β0 
″
mcvz = 
= av′′ + bv′′.Tz

γr 
β 0 . χ z +  + (1 − χ z )
β0 

0,0346
).mc' 'v +(1 + 0,8426).mcv
1,0324
= 20,69548mc' 'v + 0,00261mcv
0,346
1,0324(0,8426 +

) + (1 − 0,8426)
1,0324

1,0324(0,8426 +
m '' cz =

1.2.3.6. Áp suất tại điểm Z( pz):
Ta có áp suất tại điểm Z( pz) được xác định theo công thức:

p z = λ. pc
Pz = λ.Pc = 1,97.3,4895 = 6,874 (MPa)

βz.
Với λ là hệ số tăng áp:

λ=

Tz
1925,9
1,0264
= 2,0
Tc
944,7
=

Chú ý: Hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần thông số chọn ,sau khi tính
toán hệ số giản nở

ρ

(ở quá trình giản nở) phải bảo đảm

sơ bộ trong khoảng 1,5÷2
1.2.4. Tính toán quá trình giản nở:
1.2.4.1. Hệ số giản nở sớm

ρ=

ρ

:

β z .Tz 1,0264.1925,9
=
= 1,05
λ.Tc
2,0.944,7

Như vậy với động cơ Điêzen đã đảm bảo điệu kiện

SVTH: Đinh Văn Huy

Page 18

ρ <λ

ρ <λ

, λ được chọn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

1.2.4.2. Hệ số giản nở sau

δ

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

:
δ =

Ta có hệ số giản nở sau được xác định theo công thức :
δ=

Thay số vào ta có:

ε
ρ

14,5
= 13,81
1,05

1.2.4.3. Chỉ số giản nở đa biến trung bình n2 :
Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n2 được xác định từ phương
trình cân bằng sau :

n2 − 1 =

8,314

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

(10)

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

QH

Tz

δ n2 −1

=

1925,9
= 1018,3
13,811, 2438−1

(0K)

*

: Nhiệt trị tính toán ở đây ta xét với động cơ Điêzen nên:
*

QH = QH

= 42500 (kJ/kgnl)

Thay vào công thức (10) các giá tri tương ứng ta có:

n2 − 1 =

8,314

( 0,864 − 0,728).42500
0,00254
+ 20,56803 +
.(1925,9 + 1018,3)
0,9755.(1 + 0,0346).1,0313.(1925,9 − 1018,3)
2

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

sai số =0,0004<0,2%
Page 19

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

vế phải = 0,2434

thỏa mãn điều kiện

1.2.4.4. Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:
Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:

Tz
Tb =
Tb =

Thay số vào ta có:

δ n2 −1

(0K)

1925,9
= 1018,3
13,65161, 2438−1

(0K)

1.2.4.5. Áp suất cuối quá trình giản nở pb :

Áp suất cuối quá trình giản nở pb được xác định theo công thức:

pb =

pz
6,874
=
= 0,2662
1, 2438
n2
13
,
5616
δ

(MPa)

1.2.4.6. Tính nhiệt độ khí thải Trt :
Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức:
m −1
m

p 
Trt = Tb . r 
 pb 
 0,107 
Trt = 1018,3.

 0,2662 

1,5−1
1.5

= 751,45
(0K)

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

∆Trt =

∆Ttr =

Trt − Tr
Trt

.100% < 15%

[ 751,45 − 850] .100% = 13,12% < 15%
751,45

(thoả mãn điều kiện)

1.2.5. Tính toán các thông số chu kỳ công tác:

SVTH: Đinh Văn Huy

Page 20

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

1.2.5.1. Áp suất chỉ thị trung bình

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

pi

′

được xác định theo công thức:

Với động cơ Điêzen áp suất chỉ thi trung binh

pi

′

được xác định theo

công thức:
p i, =

pc 
λ.ρ 
1 
1 
1 
.1 − n2 −1  −
1 − n1 −1 

λ ( ρ − 1) +
ε −1 
n2 − 1  ρ

 n1 − 1  ε

(MPa)

Thay số vào ta có:
p,i =



3,4895 
2,0.1,0621 
1

1
1
.1 −
1 −
 = 0,6372
−
2,0.(1,0621 − 1) +
1, 2438 −1 
1, 367 81 −1  
14,5 − 1 
1,2438− 1  1,0621
 1,3678 − 1  14,5


1.2.5.2.Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi :
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đo ta có áp suất chỉ thị
trung bình thực tế được xác định theo công thức:

′
pi = pi .ϕ d = 0,6372.0,97 = 0,1680
Trong đó

ϕd

(MPa)

là số hiệu đính đồ thị công. Chọn theo tính năng và chủng loại

động cơ.
1.2.5.3.Suất tiêu hao nhiên liệu gi:
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

(g/kW.h)

432.103.0,8012.0,1
gi =
= 193,30
0,9755.0,1680.297

1.2.5.4.Hiệu suất chỉ thị

ηi

:

Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị :
SVTH: Đinh Văn Huy

Page 21

(g/kW.h)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

3,6.10 3
3,6.103
ηi =
=
.1000 = 0,4382(%)
g i .QH
193,30.42500
1.2.5.5.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 nhiều quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình
của động cơ . Ta có tốc độ trung bình của động cơ là :

vtb =

S .n
180.1500
=
=9
30
30

(m/s)

Theo số thực nghiệm có thể tính pm theo công thức sau :
Đối với động Điênzen cao tốc(vtb > 7 nên :

pm = 0,015 + 0,0156.vtb = 0,015 + 0,0156.9 = 0,1554

(Mpa)

1.2.5.6.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:

p e = pi − p m = 0,6180 − 0,1554 = 0,46264

(MPa)

Sau khi tính được pe phải so sánh với trị số pe đã tính ở phần tính toán quá
trình nạp đã thỏa mản.
1.2.5.4.2.Hiệu suất cơ giới

ηm

:

Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới :

ηm =

pe 0,46264
=
= 0,7468( 0 0 )
pi
0,6180

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

SVTH: Đinh Văn Huy

g i 193,30
=
= 258,22
η m 0,7468

Page 22

(gkW.h)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

1.2.5.8.Hiệu suất có ích

ηe

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

:

Công suất có ích được xác định theo công thức sau:

η e = η m .η i = 0,7468.0,4382 = 0,3280
1.2.5.9.Kiểm nghiệm đường kính xilanh theo công thức:
Dkn =

4.Vh
π .S

(mm)

Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức :
Vh =

Dkn =

N e .30.τ
150.30.4.
=
= 4,3

pe .i.n
0,46264.6.1500

( lit )

4.4,3
.100 = 1,5000394
3,14.180

Ta có :

(dm)

Dkn .100 − Dchotruoc = 150,00394 − 150 = 0,00394(mm)
Sai số đường kính :∆D
Sai số đường kính không đươc vượt quá 0,1 mm nên thoả mãn điều kiện.
1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công:
Căn cứ vào các số liệu đã tính p a , pc , pz , pb , n1 , n2 , ε ta lập bảng tính
đường nén và đường giản nở theo biến thiên của dung tích công tác V x =i.Vc
(Vc: dung tích buồng cháy).

với Vc =

Vh
3,18068
=
= 0,23562(dm3 )
ε − 1 14,5 − 1

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

p.V n

(Xuất phát từ

=const

SVTH: Đinh Văn Huy

⇒ p x .Vxn1 = pc .Vcn1

Page 23

với Vx=i.Vc thay vào rút ra)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

Sau khi ta chọn tỷ lệ xích

µV

và

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

µP

hợp lý để vẽ đồ thị công. Để trình bày

đẹp thường chọn chiều dài hoành độ tương ứng từ εV c = 230mm trên giấy kẻ

µV =

ly.

Ta có :

εVc − Vc 14,5.0,23562 − 0.23562
=
= 0,0145
220
220

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

µP =

pz
6,874
=
= 0,02750
250 250

Từ tỷ lệ xích trên ta tính được các giá trị biểu diễn (gtbd) của quá trình nén và
quá trình giản nở sau:
Quá trình nén
TT
Vc=
1
1.062
1

2
3
4
5
6
7

I.Vc

Gtb
Gtbd V

Quá trình giãn nở
Gtb

I^n1

Px

d

I^n2

Px

16

1.0000

3.4895

127

1.0000

---

17

1.0860

3.2133

117

1.0779

33

2.5808

1.3521

49

2.3682

49

4.4937

0.7765

28

3.9214

65

6.6604

0.5239

19

5.6084

81

9.0376

0.3861

14

7.4025

98

11.5973 0.3009

11

9.2868

114

14.3194 0.2437

9

11.2495

d

0.2356
2
0.2356
2
0.2502
6
0.4712
4
0.7068
6
0.9424
8
1.1781
0
1.4137

2
1.6493
4

SVTH: Đinh Văn Huy

Page 24

6.874
3
3.128
8
1.889
5
1.321
2
1.001
0
0.797
9
0.658
7

250
114
69
48
36
29
24

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT VINH

8
9
10
11
12
13
14
14.5

1.8849
6
2.1205
8
2.3561
9
2.5918
1
2.8274
3
3.0630
5
3.2986
7
3.4164

ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

130

17.1888 0.2030

7

147

20.1936 0.1728

6

163

23.3238 0.1496

5

179

26.5716 0.1313

5

196

29.9298 0.1166

4

212

33.3927 0.1045

4

228

36.9551 0.0944

3

13.282

0.557

0
15.377

9
0.481

5
17.530

8
0.422

7

19.737

7
0.375

1
21.993

4
0.336

1
24.295

9
0.305

3
26.641

0
0.278

2
27.829

1
0.266

236

38.7721 0.0900
3
8
8
2
Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem, đường biểu diễn áp

suất Pk song song với hoành độ phải chọn đường đậm của giấy kẻ ly. Đường
1Vc cũng phải đặt trên đường đậm của tung độ.
Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở , vẽ tiếp đường biểu diễn đường nạp
và đường thải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hoành đi qua
hai điểm pa và pr .
Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị công để có đồ thị công chỉ thị. Các
bước hiệu đính như sau:
* Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công:
Ta chọn tỷ lệ xích của hành trình piston S là:
µS =

gtt S
S
180
=
=
= 0,81843
gtbd S 220 220

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

SVTH: Đinh Văn Huy

Page 25

(mm)

20
18
15
14
12
11
10
10