Đồ án môn học động cơ đốt trong tính toán động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN VĂN ĐẠI
Họ tên sinh viên: PHẠM TRUNG KIÊN

Mã sinh viên: 1205170023
Khóa: 12

Lớp: DHOTOCK12B

Thời gian thực hiện: 8 Tuần
NỘI DUNG THỰC HIỆN
Thực hiện trên động cơ D12 các nội dung sau:
A- Phần thuyết minh:
1- Tính toán chu trình công tác động cơ đốt trong.
2- Tính toán động học động lưc học có kèm theo sơ đồ.
Tính nghiệm bền chi tiết: Trục khuỷu có đầy đủ sơ đồ kết cấu và sơ đồ lực
tác dụng.
B- Phần bản vẽ:
1- Bản vẽ động học, động lực học trên giấy kẻ ly A0
2- Bản vẽ chi tiết trên giấy A1, A2, hoặc A3 theo tỷ lệ 1:1 hoặc 1:2
Ngày giao đề: 16/01/2020
Ngày hoàn thành: 16/03/2020

TRƯỞNG BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Nguyễn Ngọc Tú

Nguyễn Văn Đại

SVTH:Phạm Trung Kiên

1


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH
Đồ án động cơ đốt trong
SỐ LIỆU BAN ĐẦU CỦA ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐCĐT (D12) SỐ 3
Họ và tên sinh viên: Phạm Trung Kiên

Khóa: 12

Các số liệu của phần tính toán nhiệt
TT

Tên thông số

Ký hiệu

1

Kiểu động cơ

D12

2

Số kỳ



4

3

Số xilanh

i

1

4

Thứ tự nổ

5

Hành trình piston

S

115

mm

6

Đường kính xilanh

D

95

mm

7

Góc mở sớm xupáp nạp

1

10

độ

8

Góc đóng muộn xupáp nạp

2

29

độ

9

Góc mở sớm xupáp xả

1

32

độ

10

Góc đóng muộn xupáp xả

2

7

độ

11

Góc phun sớm

i

17

độ

12

Chiều dài thanh truyền

ltt

205

mm

13

Công suất động cơ

Ne

12

Mã lực

14

Số vòng quay động cơ

n

2200

v/ph

15

Suất tiêu hao nhiên liệu

ge

180

g/ml.h

16

Tỷ số nén



16

17

Trọng lượng thanh truyền

mtt

2,262

kg

18

Trọng lượng nhóm piston

mpt

1,15

kg

SVTH:Phạm Trung Kiên

Giá trị

Đơn vị

Ghi chú
Đ/cơ Xăng,
không tăng áp

kỳ

8,83 (Kw)

2


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

Piston và chốt piston

TT

Thông số

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

1

Vật liệu chế tạo piston

2

Chiều dày đỉnh piston



12

mm

3

Đờng kính đỉnh piston

D

95

mm

4

Đường kính trong piston

d

70

5

Diện tích tiết diện suy yếu

FI-I

2630

mm

6

Số lỗ thoát dầu
Đờng kính lỗ thoát dầu

d2

6
2

Lỗ
mm

7

Kích thước của buồng cháy

8

Chiều dài thân piston

hp

62

mm

9

Đường kính ngoài chốt piston

dcp

35

mm

10

Chiều dài phần bệ tiếp xúc với
chốt

l1

21,5

mm

11

Đường kính trong của chốt

d0

22

mm

12

Chiều dài chốt piston

lcp

80

mm

Ghi chú
Gang

2

Đo đạc trên
b/vẽ

Xéc măng
1

Chiều dày xéc măng

t

4,3

mm

2

Chiều cao xéc măng

h

2,5

mm

3

Khe hở miệng ở trạng thái tự do

A

14,5

mm

4

Khe hở miệng ở trạng thái lắp
ghép

f

0,5

mm

5

Số xéc măng khí

3

6

Số xéc măng dầu

1
Thanh truyền

1

Đường kính ngoài đầu nhỏ

d1

39

mm

2

Đường kính trong đầu nhỏ

d2

48

mm

3

Chiều dài đầu nhỏ thanh truyền

lđ

34

mm

4

Bán kính góc lợn nối đầu nhỏ với
than

1

55

mm

SVTH:Phạm Trung Kiên

3


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

5

Chiều rộng thân tại vị trí nối với
đầu nhỏ

H

30

mm

6

Đường kính trong của bạc lót

db

35

mm

7

Nhiệt độ làm việc của bạc lót và
đầu nhỏ thanh truyền

t

95

0C

8

Các số liệu của thân thanh truyền

tại tiết diện tính toán (đo trên bản
vẽ hoăc tính theo tỷ lệ cấu tạo
thân thanh truyền)

H, h, B

30, 16, 20

9

Khối lượng nắp đầu to thanh
truyền

mn

0,485

kg

10

Khoảng cách giữa 2 đờng tâm
bulông thanh truyền

l

90

mm

11

Chiều dày bạc đầu to

h1

3

mm

12

Chiều dài bạc đầu to

lb

38

13

Chiều dài nắp đầu to

ln

40

14

Chiều dày nắp đầu to ở A-A

h2

12

mm

Bulông thanh truyền
1

Đường kính bulông

d

M12

mm

2

Số bulông thanh truyền

z

2

3

Loại ren

Hệ mét

4

Đường kính nhỏ nhất bulông

10,5

mm

Trục khuỷu
1

Đường kính ngoài chốt khuỷu

dch

65

mm

2

Đường kính trong chốt khuỷu

ch

26

mm

3

Đường kính ngoài cổ khuỷu

dck

70

mm

4

Đường kính trong cổ khuỷu

ch

0

mm

5

Khối lượng riêng vật liệu làm
trục khuỷu



7800

kg/m

6

Chiều dài chốt khuỷu

lch

7

Chiều dài cổ trục khuỷu

lck

8

Các kích thước của má khuỷu

b, h

SVTH:Phạm Trung Kiên

3

mm

31; 90

mm
4

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH
9

Đồ án động cơ đốt trong

Khối lượng ly tâm của má
khuỷu

mmk

0,72

rmk

0

a

24,5

Khối lượng đối trọng

Mđt

1,044

Khoảng cách từ trọng tâm đối
trọng đến tâm quay

rd

75

Khoảng cách c' và c"

c', c"

75,75

Khoảng cách từ trọng tâm
phần khối lượng ly tâm đến
tâm quay
Khoảng cách a
10

kg
mm
mm

kg
mm

Bánh đà
Dạng
vành

1

Dạng bánh đà

2

Đường kính ngoài

D

425

mm

3

Đờng kính trong

d

355

mm

4

Chiều dày

2

62

mm

Các kích thước khác cần cho tính toán lấy từ bản vẽ chi tiết

CÁC THÔNG SỐ CHỌN
Thông số

Giá trị

Đơn vị

Bộ 1

Bộ 2

Bộ 3

Bộ 4

pa

0,088

0,088

0,088

0,088

MPa

pr

0,111

0,111

0,111

0,111

MPa

T

20

20

20

20

Tr

766

766

766

766

λt

1,13

1,13

1,13

1,13

λ1

1,04

1,04

1,04

1,04

λ2

1

1

1

1

ξz

0,792

0,792

0,809

0,809

ξb

0,842

0,848

0,9

0,882

φd

0,967

0,967

0,97

0,964

λ

1,62

1,62

1,62

1,62

SVTH:Phạm Trung Kiên

0

K

5


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

MỤC LỤC

MỤC LỤC……………………………………………………………………....6
LỜI NÓI ĐẦU......................................................................................................8
PHẦN I: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

10
1. Trình tư tính toán.........................................................................................10
2. Tính toán các quá trình công tác................................................................. 12
2.1. Tính toán quá trình nạp......................................................................... 12
2.2. Tính toán quá trình nén......................................................................... 14
2.3. Tính toán quá trình cháy........................................................................15
2.4. Tính toán quá trình dãn nở....................................................................17
2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác.............................................17
3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công.........................................................................19
3.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén..................................... 19
3.2. Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở........................... 19
3.3. Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt...................................... 20
3.4. Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công........................................20
3.5. Lần lượt hiện hiệu định các điểm trên đồ thị........................................ 21
PHẦN II: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC..........................24
1. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học.................................................24
1.1. Đường biểu diễn hành trình của piston................................................. 24
1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α).......................................... 24
1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston j = f( x...........................................25
2. Tính toán động học......................................................................................26
2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến.................................................. 26
2.2. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến.................................................. 27
2.3. Lực quán tính........................................................................................ 28
2.4.Vẽ đường biểu diễn lực quán tính..........................................................29
2.5. Đường biểu diễn v=f(x).........................................................................30
2.6. Khai triển đồ thị công P_V thành pkt =ƒ(α).......................................... 31
SVTH:Phạm Trung Kiên

6

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

2.7. Khai triển đồ thị Pj = ƒ(x) thành Pj = ƒ(α) ............................................ 31
2.8. Vẽ đồ thị PΣ = ƒ(α) ................................................................................. 32
2.9. Vẽ đồ thị lực tiếp tuyến T = ƒ(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = ƒ(α) ... 32
2.10. Vẽ đường biểu diễn ΣT = ƒ(α) của động cơ nhiều xi lanh .................. 36
2.11. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ................................................ 38
2.12. Vẽ đường biểu diễn Q= f( α) ............................................................... 39
CHƯƠNG III : TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH....................... 40
1. Tính nghiệm bền của chi tiết trục khuỷu ..................................................... 40
3.1. Trường hợp chịu lực (Pzmax) ................................................................... 41
3.2. Trường hợp chịu lực (Tmax) .................................................................... 42

SVTH:Phạm Trung Kiên

7


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

LỜI NÓI 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 ôtô,máy kéo,xe máy,táu thủy,máy bay và các máy
công tác như máy phát điện,bơm nước … Mặt khác động cơ đốt trong đặc biệt là động

cơ ôtô là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường,nhất là ở thành
phố.
Sau khi học xong môn học ‘‘ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG’’, em đã vận dụng
những kiến thức đã học để làm đồ án ‘‘TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG’’.
Trong quá trình tính toán để hoàn thành đồ án môn học chuyên nghành này, bước đầu
đã gặp không ít khó khăn bỡ ngỡ nhưng với sự nỗ lực của chính bản thân cùng với sự
hướng dẫn và giúp đỡ hết sức tận tình của thầy giáo Nguyễn Văn Đại, giờ đây sau
một thời gian làm việc hết mình, nghiêm túc trong nghiên cứu và tìm hiểu em đã hoàn
thành xong đồ án môn học ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. Tuy nhiên do đây là lần đầu
tiên em vận dụng lý thuyết đã học, vào tính toán một bài tập cụ thể theo thông số cho
trước, nên gặp rất nhiều khó khăn và không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em rất
mong được sự xem xét, sự giúp đỡ chỉ bảo và đưa ra ý kiến của các thầy để em hoàn
thành đồ án một cách tốt nhất, đồng thời cũng qua đó rút ra kinh nghiệm, bài học làm
giàu kiến thức chuyên môn và khả năng tự nghiên cứu của mình.
Cũng qua đồ án này em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy giáo Nguyễn Văn Đại
cùng các thầy giáo trong khoa đã giúp đỡ, hướng dẫn tận tình và đóng góp ý kiến quý
báu giúp em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất và đúng tiến độ.
Rất mong được sự giúp đỡ nhiều hơn nữa của thầy.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vinh,ngày

tháng năm 2020

SVTH: Phạm Trung Kiên

SVTH:Phạm Trung Kiên

8

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong
NHẬN XÉT,ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN

Giáo viên hướng dẫn:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
Kết quả đánh giá:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
Giáo viên chấm:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................

SVTH:Phạm Trung Kiên

9

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

PHẦN I: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC ĐỘNG ĐỘNG
CƠ ĐỐT TRONG
1. Trình tư tính toán:
1.1. Số liệu ban đầu:
-

Công suất của động cơ Ne

Ne = 12 (mã lực) = 8,83 (Kw)

-

Số vòng quay của trục khuỷu n

n = 2200 (vòng/phút)

-

Đường kính xi lanh D

-

D = 95 (mm)
S =115 (mm)

Hành trình piston S
Dung tích công tác Vh

- Số xi lanh i

Vh =

3

= 0,81515(dm )

i=1

- Tỷ số nén Ɛ

Ɛ = 16

- Thứ tự làm việc của xi lanh
- Công suất tiêu hao nhiên liệu ge

ge = 180(g/mlh)

- Góc mở sớm và đóng muộn của xupap nạp ɑ1 , ɑ2 ɑ1 = 10(độ) ɑ2 = 29 (độ)
- Góc mở sớm và đóng muộn của xupap thải ß1 , ß2
- Chiều dài thanh truyền ltt

ß1 = 32 (độ) ß2 = 7 (độ)

ltt = 205 (mm)

- Khối lượng nhóm pitton mpt
- Khối lượng nhóm thanh truyền mtt
1.2. Các thông số cần chọn:

mpt = 1,15 (kg)
mtt = 2,626 (kg)

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

SVTH:Phạm Trung Kiên

10


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

Vì đây là động cơ không tăng áp nên ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ
trước xupap tăng áp nên:
Tk = T0 =24° C =297°
K 1.2.3. Áp suất cuối quá trình nạp: pa
Áp suất pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính

năng tăng tốc độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông… Vì vậy càn xem
xét động 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 =0,9.0,1 =0,08 – 0,09 (MPa)
Căn cứ vào động cơ D12_3 đang tính ta chọn pa =0,08-0,09 (MPa)
1.2.4. Áp suất khí thải P:
Áp suất khí thải cũng yêu cầu phụ thuộc giống như
Áp suất khí thải có thể chọn trong phạm vi:
P = (1,05 – 1,05).0,1 =1,105-0,105 (MPa)
chọn P = 0,11.
1.2.5. Mức độ sấy nóng của môi chất ΔT.
Mức độ sấy nóng của môi chất ΔT chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành
hỗn hợp khí ở bên ngoài hay bên trong xi lanh
Với động cơ diezen:

o

o

ΔT =20 C- 40 C
o

o

Vì đây là động cơ D12_3 nên chọn ΔT= 29,5 C = 302,5 K
1.2.6. Nhiệt độ khí sót( khí thải) T.
Nhiệt độ khí sót phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Nếu quá trình giãn nở
càng triệt để. Nhiệt độ T càng thấp
o

Thông thường ta có thể chọn: T= 700 K-100

o

o

K Thông thường ta có thể chọn T=700 K
1.2.7. Hiệu số hiệu đỉnh tỉ nhiệt λ.
SVTH:Phạm Trung Kiên

11


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

Hệ số hiệu định tỷ nhiệt λ được chọn theo hệ số dự lượng không khí α để hiệu
định.
Thông thường có thể chọn λ theo bảng sau:
α
0,8
1,0
1,2
1,4
λ
1,13 1,17 1.14
1,11
Đối với động cơ đang tính là động cơ diesel có α > 1,4 có thể chọn λ
=1,10 1.2.8. Hệ số quét buồng cháy λ:

Vì đậy là động cơ không tăng áp nên ta chọn λ =
1 1.2.9. 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 = 1,0316
1.2.10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ζ :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ζ phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ
Với các loại động cơ diezel ta thường chọn: ζ = 0,70 -0,85
Chọn ζ= 0,75.
1.2.11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ζ:
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ζ tùy thuộc vào loại động cơ xăng hay là động
cơ diezel.
Với các loại động cơ diezel ta thường chọn: ζ =0,80-0,90
1.2.12. Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φ.
Thể hiện 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 φ của động cơ xăng
thường chọn hệ số lớn.
Có thể chọn φ trong phạm vi: φ= 0,92-0,97 Nhưng
đây là động cơ diezel nên ta chọn φ =0,97
2. Tính toán các quá trình công tác:
2.1. Tính toán quá trình nạp:
2.1.1. Hệ số khí sót γ.
Hệ số khí sót γr được tính theo công thức:
λ
λ

λ λ

Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m= 1,45 ÷ 1,5
Chọn m= 1,5

SVTH:Phạm Trung Kiên

12


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

2.1.2. Nhiệt độ cuối quá trình nạp T.
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T được tính theo công thức:
λγ
γ

2.1.3. Hệ số nạp ηv :
η

λ

λλ

η
2.1.4. Lượng khí nạp mới M:
Lượng khí nạp mới M được xác định theo công thức sau:
η

ê

ệ

Trong đó:

Vậy:
ê

ệ

2.1.5. Lượng không khí lý thuyết cần để đôt cháy 1kg nhiên liệu M:
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M được tính
theo công thức:
ê

SVTH:Phạm Trung Kiên

ệ

13


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

Vì đây là động cơ Diezel nên ta chọn C=0,87; H=0,126; O= 0,004
ê

ệ

2.1.6. Hệ số dư lượng không khí α.

Vì đây là động cơ diezel nên:
α
2.2. Tính toán quá trình nén:
2.2.1. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:
độ
2.2.2. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Khi hệ số lưu lượng không khí α >1 tính theo công thức sau:
độ
độ
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:
độ
2.2.4. Chỉ số nén đa biến trung bình n1:
Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào thông số kết cấu vầ thông số vận
hành như kích thước xi lanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt
độ động cơ… Tuy nhiên n tang hay giảm theo quy luật sau:
Tất cả các nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n tăng. Chỉ số nén
đa biến trung bình n được xác định bằng cách giải phương trình sau:

SVTH:Phạm Trung Kiên

14


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

Chú ý: Thông thường để xác định được n ta chọn n trong khoảng 1,340 ÷

1,390
Rất hiếm trường hợp đạt n trong khoảng 1,400 ÷ 1,410
Vì vậy ta chọn n theo điều kiện bài toán đến khi nào thỏa mãn điều kiện bài
toán thay n vào vế trái và vế phải của phương trình trên và so sánh, nếu sai số giữa hai
vế của phương trình thỏa mãn <0,2% thì đạt yêu cầu.
Sau khi chọn các giá trị của n ta thấy n =1,3685 thỏa mãn điều kiện bài toán.
2.2.5. Áp suất cuối quá nén P:
Áp suất cuối quá trình nén P được xác định theo công thức:
1,3685

P = P. ε = 0.088.16
= 3,9037 (MPa)
2.2.6. Nhiệt độ cuối quá trình nén T.
Nhiệt độ cuối quá trình nén T được xác định theo công thức
1,3685-1
T= T. ε = 340,8.16
=944,9 (° K)
2.2.7. 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 + γr ) = 0,8191.(1+0,0693) = 0,88
2.3. Tính toán quá trình cháy:
2.3.1. Hệ số thay đổi phần tử lí thuyết β:
Ta có hệ số thay đổi phần tử lý thuyết β được xác định theo công thức:

Trong đó độ tăng mol

của các loại động cơ được xác định theo công thức

sau:

Đối với động cơ diezel thì
Do đó:

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

2.3.3. Hệ số thay đổi phần tử thực tế tại điểm z βz: (Do cháy chưa hết)
SVTH:Phạm Trung Kiên

15


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

Ta có hệ số thay đổi phần tử thực tế tại điểm z βz được xác định theo công thức:

Trong đó

2.3.4. Lượng sản vật cháy M:
Ta có lượng sản vật cháy M được xác đinh theo công thức:
M= M + ΔM = .M1 = 1,0386.0,8507 =0,8507
2.3.5. Nhiệt độ tại điểm z Tz:
Đối với động cơ diezel, tính nhiệt độ Tz bằng cách giải phương trình cháy
λ

β

(3)

Trong đó: - QH : là nhiệt trị của nhiên liệu, thông thường ta chọn:
3
QH = 42,5.10 (kJ/kg.nl)
: là tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z là
(4)

Từ (3),(4),(5) ta có:
’’

’’

Giải phương trình trên với a =29,05697; b =0,00264 ta được:
Tz=2032,7 2.3.6. Áp suất tại điểm z pz:
Ta có áp suất tại điểm pz được xác định theo công thức:
Với λ là hệ số tăng áp:

CHÚ Ý: -Đối với động cơ diezel hệ số tăng áp λ được chọn sơ bộ ở phần
thông số chọn. Sau khi tính toán thì hệ số giãn nở ρ phải đảm bảo ρ < λ nếu
không thì phải chọn lại λ.
- λ được chọn sơ bộ trong khoảng 1,5 ÷ 2
SVTH:Phạm Trung Kiên

16


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

Ở đây ta chọn λ=1,8
Vậy p= 1,83.3,9037= 7,0267.
2.4. Tính toán quá trình dãn nở:
2.4.1. Hệ số giãn nở sớm ρ:

Qua quá trình tính toán ra tính được ρ= 1,2344 thỏa mãn điều kiện ρ < λ.
2.4.2 .Hệ số giãn nở sau δ :
Ta có hệ số giãn nở sau δ được xác định theo công thức:

2.4.3. Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2:

Trong đó:
Tb: là nhiệt trị tại điểm b và được xác định theo công thức:
*
H :

là nhiệt trị tính toán
*

Đối với động cơ diezel H = H = 42,500
(kJ/Kg n.l)
Qua kiệm nghiệm tính toán thì ta chọn được n2= 1,244. Thay n2 vào 2 vế
phương trình trên ta so sánh, ta thấy sai số giữa 2 vế <0,2% nên n 2 chọn là đúng.
2.4.4. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb:

2.4.5. Áp suất cuối quá trình giãn nở pb:
Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb được xác định theo công thức:

2.4.6. Tính nhiệt độ khí thải Trt:

o

Ta tính được Trt=787,65 ( K). So sánh với nhiệt độ khí thải đã chọn ban đầu
thõa mãn điều kiện không vượt quá 15%
2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác
2.5.1. Áp suất chỉ thị trung bình P’i:
’
Đây là động cơ diezel áp suất chỉ thị trung bình P I được xác định theo công
thức:

SVTH:Phạm Trung Kiên

17


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong
’

Qua tính toán thực nghiệm ta tính được P I = 0,7364 (MPa)
2.5.2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế Pi:
Do đó 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 bằng công thức:
Trong đó φd_hệ số hiệu đính đồ thị công. Chọn theo tính năng và chung
loại động cơ.
2.5.3.Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:

2.5.4.Hiệu suất chỉ thị ηi:

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

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 quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ. Ta có tốc
độ trung bình của động cơ là:

Đối với động cơ diezel cao tốc dùng cho ôtô (Vtb>7):
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:
Ta có trị số Pe tính quá trình nạp Pe (nạp) =0,6768 và Pe=0,6736 thì không có
sự chênh lệch nhiều nên có thể chấp nhận được
2.5.7. Hiệu suất cơ giới ηm:
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:

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

2.5.9. Hiệu suất có ích ηe:
Ta có công thức xác định hiệu suất có ích ηe được xác định theo công thức:
2.5.10. Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:
SVTH:Phạm Trung Kiên

18


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

Mặt khác

Ta có sai số so với đề bài là: 0,045 (mm)
3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công:
Căn cứ vào các số liệu đã tính pr, pa, pc, pz, pb, n1, n2, ε ta lập bảng tính đường
nén và giãn nở theo biến thiên của dung tích công tác Vx=i.Vc
Vc : Dung tích buồng cháy
Các thông số ban đầu: pr=0,11 MPa; pa=0,088 MPa; pc=3,9037
MPa; pz=7,027 MPa; pb=0,2903 MPa
3.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén:
- Phương trình đường nén đa biến:
Khi đó x là điểm bất kì trên đường nén thì:
s
n1: Chỉ số nén đa biến trung bình n1=1,3685
Pc: Áp suất cuối quá trình nén Pc= 3,9037 (MPa)
3.2. Xây dựng đường cong áp suất trên quá trình giãn nở:
- Phương trình của đường dãn nở đa biến:
Khi đó x là điểm bất kì trên đường giãn nở thì:

Ta có:

: Hệ số giãn nở khi cháy ρ = (1,2÷1,7) chọn ρ = 1,2344
ρ
Vậy :

n2: Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2= 1,2438
Pz: Áp suất tại điểm z: Pz= 7,027 (MPa

SVTH:Phạm Trung Kiên

19


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

i

i.Vc

1

0,09209
0,10733
0,18418
0,27627
0,36836
0,46045
0,55254
0,64463
0,73672
0,82881
0,92090
1,01299
1,10508
1,19718
1,28927
1,38136
1,47345
1,56554

1,65763

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

Đồ án động cơ đốt trong
Quá trình nén
Giá trị biểu
diễn
4,9416
(12,3; 115,1)
4,00880
(14,2; 102,8)
1,9148
(24,5; 49)

1,0997
(36,7; 28)
0,7419
(49; 19,02)
0,5468
(61,1; 14)
0,4261
(73,3; 10,9)
0,3451
(85,6; 8,84)
0,2875
(97,8; 7,37)
0,2447
(110; 6,27)
0,2119
(122,3; 5,43)
0,1860
(134,5; 4,76)
0,1651
(146,8; 4,23)
0,1480
( 159; 3,79)
0,1337
(171,2; 3,42)
0,1217
(183,4; 3,12)
0,1114
(195,6; 2,86)
0,1025
(207,9; 2,62)

0,0948
(220; 2,43)

Quá trình dãn nở
Giá trị biểu
diễn
9,8832
5,0487
3,0490
2,1318
1,6152
1,2875
1,0628
0,9002
0,7775
0,6820
0,6058
0,5436
0,4921
0,4488
0,4119
0,3801
0,3525
0,3288

(14,2; 250)
(24,5; 129,4)
(36,7; 78)
(49; 54,6)
(61,1; 41,1)

(73,3; 33)
( 85,6; 27,3)
(97,8; 23)
(110; 20)
(122,3; 17,4)
(134,5; 15,5)
(146,8; 14)
(159;12,6)
(171,2; 11,5)
(183,4; 10,6)
(195,6; 9,74)
(207,9; 9,03)
(220; 8,43)

3.3. Chọn tỷ lệ xích phù hợp và các điểm đặc biệt:
- Vẽ đồ thị P-V theo tỷ lệ xích:

- Ta có Va=Vc + Vh= 0,054334 + 0,81515 = 0,6707 (1)
3.4. Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công:
Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piston S là:

SVTH:Phạm Trung Kiên

20


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

Ta có nửa hành trình của piston là:

Giá trị biểu diễn của R trên đồ thị:

3.5. Lần lượt hiện hiệu định các điểm trên đồ thị:
3.5.1. Hiệu đính điểm bắt buộc bắt đầu quá trình nạp: (điểm a)
Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupáp thải β2, bán
kính này cắt đường tròn tại điểm a’. Từ a’ gióng đường thẳng song song với trục tung
cắt đường Pa tại điểm a. Nối điểm r trên đường thải (là giao điểm giữa đường P r và
trục tung ) với a ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang quá trình nạp.
3.5.2. 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 diezel)
và hiện tượng đánh lửa sớm (động cơ xăng) nên thường chọn áp suất cuối quá trình
nén lý thuyết Pc đã tính. Theo kinh nghiệm, áp suất cuối nén thực tế P’c được xác
định theo công thức sau:
Vì đây là động cơ diezel:

Từ đó xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công:

3.5.3. Hiệu chỉnh điểm phun sớm: (điểm c’’)
Do hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách ra 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
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,
3.5.4.Hiệu đính điểm đạt Pzmax thực tế.
Áp suất Pzmax thực tế trong qua trình cháy – dãn nở không duy trì hằng số
như động cơ diezel (đoạn ứng với ρ.Vc) 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 diezel:
- Xác định điểm z từ góc 15°. Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác định góc
tương ứng với 375° góc quay trục khuỷu, bán kính này cắt vòng tròn tại 1
điểm. Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường p z tại điểm z.
- Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường dãn nở.
SVTH:Phạm Trung Kiên

21


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

3.3.5. 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 β1, bán kính này cắt đường tròn Brick tại 1
điểm. Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm
b’.
3.5.6. Hiệu định điểm kết thúc quá trình giãn nở: (điểm b’’)
Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế Pb’’ 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:

Từ đó xác định tung độ của điểm b’’ là:

SVTH:Phạm Trung Kiên

22


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

Hình 1:Đồ thị công

SVTH:Phạm Trung Kiên

23


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

Đồ án động cơ đốt trong

PHẦN II: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
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 đồ thị đều lấy hoành độ tương ứng với Vh của đồ thị công (từ
điểm 1.Vc đến ε.Vc)
1.1. Đường biểu diễn hành trình của piston

.

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)
2. Chọn gốc tọa độ cách gốc cách đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm

3.Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10o, 20o,…180o
4.Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10o, 20o,…180o
o

o

tương ứng với các góc 10 , 20 ,…180

o

5.Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ x = f(α).
1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α) .
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn tốc độ của piston v = f(α). Theo phương pháp đồ
thị vòng .Tiến hành theo các bước cụ thể sau:
1.Vẽ 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 là Rλ/2
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
piston 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….
Đồ thị này biểu diễn quan hệ v = f(α) trên tọa độ độc cực :

SVTH:Phạm Trung Kiên

24


TRƯỜNG ĐHSPKT VINH