Bài giảng do an mon dong co dot trong

§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NHÓM 5
Nội dung thực hiện bao gồm các phần:
Phần 1 : Tính toán nhiệt các quá trình => Tìm ra D,S.
Phần 2 : Tính toán động lực học và động học cơ cấu biên tay quay.
Phần 3 : Tính toán động lực học và động học cơ cấu phân phối khí.
Phần 4 : Tính toán các hệ thống phụ như bôi trơn, làm mát…
Yêu cầu thiết kế:
 Công suất động cơ : N
e
= 220 (ml)
 Số vòng quay : n = 2400 (v/p)
 Số xylanh : i = 8
 Hệ số thời kì : τ = 2
 Dạng buồng đốt : Buồng xoáy
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
1
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
Phần I
TÍNH TOÁN NHIỆT CHO ĐỘNG CƠ ĐIEZEL
I. Quá trình nạp.
1. Tính áp suất tuyệt đối cuối thời kỳ nạp Pa.
− Tính theo công thức:
)
2
(kG/cm
o
ε.T
1)-.(ε
o

.p
'
o
.T
h
η
o
.T
r
p

a
p
+
=
(1)
Trong đó:
P
r
: Áp suất cuối thời kì xả được tính theo công thức thực nghiệm Pê-trôp
P
r
= 1,033(1+0,55.10
-4
.n)
= 1,033(1+0,55.10
-4
.2400) = 1.17 (kG/cm
2
)

T
o
: Nhiệt độ khí quyển, lấy T
o
= 273 + t = 273 + 15 = 288
o

K
t: Nhiệt độ của môi trường t = 15
o
C
∆T: Độ đốt nóng thêm (∆T = 10 – 25
o
C), lấy ∆T = 14
o
C
T
'
O
: Nhiệt độ khối khí quyển đã bị đốt nóng bởi chu trình trước:
T
'
O
= T
o
+∆T = 302
o
K
η
h

: Hệ số nạp đầy, chọn η
h
= 0,79.
ε: Tỷ số nén (ε = 13 ÷ 20), chọn ε = 16,5
p
o
: Áp suất khí quyển, p
o
= 1 (kG/cm
2
)
− Thay các giá trị trên vào công thức (1) ta được:
)
2
(kG/cm 0,85
288.5,16
1) - 16,50,79.302.( 1,17.288
a
p
=
+
=
2. Thể tích cuối thời kỳ nạp V
a
.
− Theo công thức: V
a
= ε.V
c
(2)

Sơ bộ lấy V
c
= 1 đơn vị thể tích (đvtt), thay vào (2) ta được:
V
a
= ε.V
c
= 16,5.1= 16,5 (đvtt)
− Thể tích công tác: V
h
= V
a
– V
c
= 16,5 – 1 = 15,5 (đvtt)
3. Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
.
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
2
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
− Nó được xác định dựa trên cơ sở cân bằng nhiệt lượng của khí mới nạp và
phần khí còn lại.
− Theo công thức:
K
o
320
.1,17
850

288
1).1 - 16,5(0,79.
288 16,5.0,85.

r
.p
r
T
o
T
o
p).1ε.(
h
η
o
.T
a
ε.p

a
T
=
+
=
+−
=
(3)
T
r
: Nhiệt độ khí còn lại trong xylanh, T

r
= 850
o
K
II. Quá trình nén.
Quá trình nén là quá trình đoạn nhiệt do không có sự trao đổi nhiệt, lọt
khí. Thực tế, có quá trình trao đổi nhiệt, lọt khí → nó là quá trình đa biến.
1. Tính chỉ số đa biến n
1
theo công thức Pê-trôp.
1,368
2400
100
- 1,41
n
100
- 1,41
1
n
===
2. Tính áp suất cuối thời kỳ nén p
c
)
2
(kG/cm35,39
368,1
5,16.85,0
ε
n
1.

a
p
c
p
===
3. Tính thể tích cuối thời kỳ nén V
c
Lấy V
c
= 1 (đvtt)
4. Nhiệt độ cuối thời kỳ nén T
c
K
o
81,978
368,1
5,16.320
1
n
.ε
a
T
c
T
===
III. Tính toán quá trình cháy.
Trong quá trình cháy các chất khí thay đổi cả về thành phần số lượng và
chất lượng. Vì vậy khi nghiên cứu cần so sánh được sự thay đổi về thành phần,
nhiệt độ, nhiệt dung trước và sau khi cháy.
1. Số lượng thành phần khí trước khi cháy.

− Theo công thức: M
c
= M
r
+ L (4)
Trong đó:
M
c
: Lượng hỗn hợp trước khi cháy (Kmol)
M
r
: Số mol khí còn lại sau khi xả (Kmol)m
L: Lượng khí mới nạp (Kmol)
* Mồi mới nạp.
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
3
Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong
Lng khớ cn thit t chỏy ht 1kg nhờn liu tớnh theo th tớch l:
)5(
32
2
O
4
2
H
12
C
.
0,21

1
o
L








+=
Trong ú: H
2
= 12,6%; O
2
= 0,4%; C = 87,0%
Thay vo (5) ta c:
(Kmol) 0,49
32
0,004
4
0,126
12
0,87
.
0,21
1

o

L
=






+=
Thc t lng khụng khớ cn thit t chỏy ht nhiờn liu ln hn:
L
ot
= .L
o
= 1,4.0,49 = 0,686 (Kmol)
+ L
ot
: Lng khụng khớ cn thit thc t.
+ : H s np tha khụng khớ, ly = 1,4
+ Nu trong thnh phn hn hp cú 1kg nhiờn liu lng thỡ s mol mi
mi np s l:
t
m
1

o
.L L
+=
, nhng do t s
t

m
1
thng rt nh nờn khi tớnh
toỏn ta cú th b qua.
* Khớ cũn li.
H s khớ cũn li c xỏc nh t phng trỡnh c tớnh:
0,032
1).0,795850.1.(16,
1,17.288

h
1).-(.
o
.p
r
T
o
.T
r
p

o
.L
r
M

=

=
==

Suy ra s mol khớ cũn li trong xy lanh l:
M
r
= ..L
o
= 0,032.1,4.0,49 = 0,022 (Kmol)
Vy s mol mi mi np:
M
c
= M
r
+ L = 0,022 + 1,4.0,49 = 0,708 (Kmol)
2. S lng thnh phn khớ sau khi chỏy
ng c iezel >1 nhiờn liu c t chỏy hon ton.
Lng khớ sau khi chỏy l:
M
z
= M + M
r
(6)
+ S mol sn phm chỏy M:
Khoa: Cơ Điên Tr ờng ĐH Nông Nghiệp -
Hà Nội
4
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
(Kmol)0,72
32
0,004

4

0,126
1,4.0,49

32
2
O
4
2
H

o
α.L M
=++=
++=
⇒
M
z
= M + M
r
= 0,73 + 0,022 = 0,752 (Kmol)
3. Phương trình cháy của động cơ điezel.
− Phương trình cân bằng nhiệt lượng của khí trước và sau khi cháy:
( )
7 .Tμ.C =
)γ+.(1
o
α.L
H
ξ.Q
+ T).λ.985,1+C(

z
'
pcV
1
Trong đó:
+ C
V
1
: Nhiệt dung phân tử trung bình đẳng tích của mồi mới nạp.
C
V
1

= A
1
+ B
1
.T
c
= 4,815 + 0,4151.10
-3
.T
c
(Kcal/Kmol.độ)
C
V
1
= 4,815 + 0,4151.10
-3
.938,66 = 5,205 (Kcal/Kmol.độ)

+ C
P
’
: Nhiệt dung phân tử trung bình đẳng áp của sản phẩm cháy
C
P
’
= 1,985 + C
V
’
+ C
v
’
là nhiệt dung phân tử tb đẳng tích của sản phẩm cháy
− Với α >1 ta có:
z
T.
4
10).
α
3,3
7,3()
α
22,0
8,4(
'
V
C
+++=
− Thay số vào ta tính được: C

V
’
= 4,957 + 6,057.10
-4
.T
z
(8)
Suy ra:
C
P
’
= 1,985 + 4,957 + 6,057.10
-4
.T
z

= 6,942 + 6,057.10
-4
.T
z
(9)
+ μ: Hệ số biến thiên phần tử tính toán, thể hiện sự thay đổi số mol các
khí trước khi cháy so với sau khi cháy.
( )
( )
γ 1.
o
L.α
32
2

O

4
2
H
γ1.
o
L.α

c
M
z
M
μ
+
+++
==
( ) ( )
045,1
0,032 1.49,0.4,1
32
004,0

4
126,0
1
γ 1.
o
L.α
32

2
O

4
2
H
1
=
+
+
+=
+
+
+=
* Tính nhiệt độ của khối khí trong xylanh cuối quá trình cháy T
z
− Đặt VT pt (7) là:
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
5
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
)γ1.(
o
L.α
H
Q.ξ
)λ.985,1
1
V
C.(

c
T
1
S
+
++=
(10)
+ Hệ số sử dụng nhiệt:
ξ
= 0,78
+ Năng suất toả nhiệt thấp: Q
H
= 10000 (kcal/kg nliệu)
+ Độ tăng áp (λ = 1,1 ÷ 2,2): λ = P
z
/P
c
= 1,80
− Thay vào pt (10) :
)(Kcal/Kmol 18898,67
)032,01.(49,0.4,1
10000.78,0
)80,1.985,1 205,5.(81,897
1
S
=
+
++=
− Từ phương trình cháy của động cơ ta có:

)
z
TB. A 985,1.(μ
1
.
1
S
'
p
C.μ
1
.
1
S
z
T
++
==

(11)

.Tz)
4-
6,057.10 2 ,045.(6,941
1
18898,67.
z
T
+
=

K
o
2187,6
z
T ⇒
0 85,18084 -
z
T.942,6
2
z
T.
4-
10.057,6 ⇒
=
=+
* Áp suất cuối quá trình cháy
P
z
= λ.P
c
= 1,8.39,35 = 70,83 (kG/cm
2
)
* Thể tích cuối quá trình cháy V
z
− Từ pt trạng thái viết cho hai điểm C và Z trên đồ thị trạng thái ta có:
V
z
= ρ.V
c

Trong đó:
c
T
z
T
.
λ
μ
ρ
=

415,1
81,897
6,2187
.
8,1
045,1
ρ→
==
)đvtt( 415,1 1.
81,897
6,2187
.
8,1
045,1
V.
T
T
.
λ

μ
V ⇒
c
c
z
z
===
IV. Quá trình giãn sinh công.
− Ta coi chỉ số đa biến n
2
= const, nó được tính theo công thức Pê-trôp:
27,1
2400
130
22,1
n
130
22,1
2
n
=+=+=

1. Áp suất cuối thời kỳ giãn.
n2
δ
1
.pp
zb
=
(12)

Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
6
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
− Độ giãn tiếp:
11,66
1,415
16,5

ρ
ε

V
V

V
V
δ
z
a
z
b
=====
⇒
)
2
(kG/cm3,13
1,27
,6611
1

70,83.
b
p
==

2. Nhiệt độ cuối thời kỳ giãn.
K
o
1127
11,27
,6611
1
2187,6.
1
2
n
δ
1
.
z
T
b
T
=
−
=
−
=
3. Thể tích cuối thời kỳ giãn.
V

b
= V
a
= ε.V
c
= 16,5 (đvtt)
4. Quá trình xả.
V
r
= V
c
= 1 (đvtt)
T
r
: Nhiệt độ cuối quá trình xả: T
r
= 850
o
K
p
r
: Áp suất cuối quá trình xả: p
r
= 1,17 kG/cm
2
V. Tính toán áp suất chỉ thị trung bình.
1. Áp suất chỉ thị trung bình tính toán.
( )



















−
−
−
−











−
−
−
+−
−
=
1
1
n
ε
1
1.
1
1
n
1

1
2
n
δ
1
1.
1
2
n
ρλ.
1 ρλ..
1ε
c

p

'
i
p
( )
















−
−
−
−









−
−
−
+−
−
=
11,368
16,5
1
1.
11,368
1

11,27
,6611
1
1.
11,27
1,8.1,415
11,4151,8..
116,5
39,35

= 9,066 (kG/cm
2
)

2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p
i
.
− Do có sự lượn tròn đồ thị chỉ thị và do hao tổn công để thực hiện các quá trình
phụ (nạp, xả…) cho nên luôn có p
i
< p
i
’
− Có p
i
=
ν
.p
i
’
– ∆p (p
i
= 7 ÷ 14)
+
ν
: Hệ số lượn tròn của đồ thị, lấy
ν
= 0,95
+ ∆p: Tổn thất của bơm, ∆p = p
r
− p
a
Suy ra: p
i

= 0,95.9,066 – (1,17 – 0,85) = 8,3 (kG/cm
2
)
VI. Tính toán các chỉ tiêu làm việc cơ bản của động cơ.
1. Hiệu suất chỉ thị η
i
− Nó đánh gía mức sử dụng nhiệt lượng do đốt cháy nhiên liệu để biến thành
công.
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
7
Nhiệt lượng tương đương công sinh ra
Đồ án môn học Động Cơ Đốt Trong

==

H
Q427
g
F

i


( )
0,413
039,35.1000
1).8,3 16,58.897,81.( 1,985.0,70

H

.Q
c
p
i
.p1 .
c
.T
c
1,985.M

i

=

=

=
Vy hiu sut ch th l
i
= 41,3 %
2. Hiu sut c hc.
i
p
T
p
i
p
i
p
e

p
i
N
e
N
m


===
(13)
Vi ng c kt cu bung xoỏy thỡ: p
T
= 0,922 + 0,00101.n = 3,346 kG/cm
2
Suy ra:
0,6
8,3
346,33,8
i
p
T
p
i
p
m

=

=

=
Vy hiu sut c hc:
m

= 60 %
3. Cụng sut ch th N
i
.
(ml) 67,663
0,6
220
m

e
N
i
N
===
4. Hiu sut hiu dng
e

% 24,8 0,248 0,413.0,6
m
.
i

e

====
5. Tn tht cụng sut c hc N

T
N
T
= N
i
N
e
= 366,67 220 = 146,67 (ml)
6. Chi phớ nhiờn liu riờng
(g/ml.h) 255
00,248.1000
3
632.10
H
.Q
e

632
e
g
===
7. Chi phớ nhiờn liu gi
nl/h) (Kg 56,1
3
10
255.220

3
10
e

.N
e
g

T
G
===
VII. Tớnh toỏn cõn bng nhit ng c.
Phng trỡnh cõn bng nhit ng c: Nhit lng sinh ra bng nhit lng
cp vo Q
v
= Q
r
.
Q
H
.G
T
= Q
i
+ Q
K
+ Q
H

+ Q
B
(14)
1. Nhit lng cp vo.
Khoa: Cơ Điên Tr ờng ĐH Nông Nghiệp -

Hà Nội
8
Ton b nhit lng a vo ng c
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
Q
V
= Q
H
.G
T
= 10000.56,1 = 561000 (Kcal/h)
2. Nhiệt lượng sinh ra công chỉ thị Q
i
.
Q
i
= Q
V
.η
i
= 561000.0,413 = 231693 (Kcal/h)
− Nhiệt lượng biến thành công có ích Q
e
:
Q
e
= Q
V
.η
e

= 561000.0,248 = 139128 (Kcal/h)
Q
T
: Nhiệt lượng mất đi do khắc phục ma sát và truyền động cho hệ thống phụ.
Q
T
= Q
i
− Q
e
= 231693 – 139128 = 74565 (Kcal/h)
3. Nhiệt lượng mất đi theo khí xả Q
K
.
Q
K
= C
P
’
.M.G
T
.T
r
’
– C
p
1
.α.L
o
.G

T
.T
o
(15)
− Nhiệt độ đầu ống xả: T
r
’
= 1023
o
K
− Nhiệt độ khí nạp: T
o
= 288
o
K
− Nhiệt dung phân tử trung bình đẳng áp của khí xả:
C
p
’
= C
V
’
+ 1,985
= 1,985 + (4,8 + 0,22/α) + (3,3/α +3,7).10
-4
.T
r
’
C
p

’
= 6,942 + 6,057.10
-4
.1023 = 7,562 (Kcal/kmol.độ)
− Nhiệt dung phân tử trung bình đẳng áp của mồi mới nạp:
C
P
1
= C
V
1
+ 1,985 = 5,205 + 1,985 = 7,19 (Kcal/kmol.độ)
Thay các thông số tìm được vào CT (15) ta được:
Q
K
= 7,562.0,72.56,1.1023 – 7,19.1,4.0,49.56,1.288
= 232778,7 (Kcal/h)
4. Phần nhiệt lượng mất mát do nhiên liệu cháy không hết Q
H
’
.
Vì α >1 nên Q
H
’
= 0
5. Phần nhiệt lượng truyền cho nước làm mát Q
B
.
Từ pt cân bằng nhiệt ta có: Q
H

.G
T


= Q
i
+ Q
k
+ Q
H
’
+ Q
B
Q
B
= Q
H
.G
T
– Q
i
– Q
K
– Q
H
’

= 561000 – 231693– 232778,7
Q
B

= 96528,3 (Kcal/h)
VIII. Xác định các kích thước cơ bản của động cơ.
– Đường kính piston D và bước chạy piton S.
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
9
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
– Ta chọn thiết kế loại động cơ có đặc tính sau:
+ Là loại động cơ Điezel 4 kỳ
+ Công suất của động cơ: N
e
= 220 ml
+ Có hệ số thời kỳ: τ = 2
+ Động cơ có 8 xy lanh: i = 8
+ Số vòng quay của động cơ: n = 2400 (vg/ph)
+ Tỉ số: S/D = 0,8
+ Buồng đốt thuộc loại buồng xoáy.
1. Xác định đường kính xylanh D và hành trình piston S.
– Từ công thức công suất động cơ:
.n.i
m
.η
i
p
e
.N450.τ
.n.i
e
p
e

.Nτ450.
h
V
450.τ
.n.i
h
.V
e
p
e
N
==⇒=
)
3
(dm 07,2
00.88,3.0,6.24
450.2.220
h
V
==⇒
– Mặt khác ta có: V
h
= SπD
2
/4
– Vì S/D = 0,8 → S = 0,8.D thay vào trên ta được:
(dm) 1,488
3
0,8.3,14
4.2,07

3
0,8.π
h
4.V
D
4
3
0,8.π,8
h
V
===⇒=

– Hành trình piston: S = 0,8.D = 0,8.1,488 = 1,2 (dm)
2. Tính lại các thể tích.
)
3
(dm 0,134
c
V
r
V
)
3
(dm2,211
a
V
b
V
)
3

(dm211,2 16,5.0,134
c
ε.V
a
V
)
3
(dm0,134
15,5
2,07

1ε
h
V

c
V
==
==
===
==
−
=
– Thể tích cuối quá trình cháy đẳng áp:
)
3
(dm 0,2 41,415.0,13
c
.Vρ
z

V
≈==
3. Công suất riêng của động cơ.
– Là công suất danh nghĩa ứng với một đơn vị diện tích đáy của tất cả các
piston:
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
10
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
)
2
ml/dm(15,81
4
2
3,14.1,488
8.
220

4
2
πD
i.
e
N

r
N
===
4. Công suất thể tích N
l

.
)
3
dmml(13,175
1,2
15,81

S
r
N

S.
4
2
π.D
i.
e
N

h
i.V
e
N

l
N
=====
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
11

§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
Phần II
TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU BIÊN TAY QUAY
I. Động học cơ cấu
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
12
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
H1: Cơ cấu biên tay quay
1. Chọn tỷ số động học λ
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
13
l + r
S
ĐCD
ĐCT
X
P
t
P
1
P
j
α
l
P
Lt
T
Z

P
t
N
r
P
i
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
– Chọn λ = 1/4, để đảm bảo động học cơ cấu và kích thước của động cơ sao cho
gọn nhất.
– Chuyển vị của piston có pt:
x = f(α) = r.(1- cosα + ( λ/2).sin
2
α) (16)
Với
25,0
4
1
l
r
λ
===
và S = 2 → Chiều dài của biên là:
)dm( 4,2
25,0.2
2,1
λ.2
S
λ
r
l

====
)dm( 6,0
2
2,1
2
S
r
===
2. Vẽ đồ thị chuyển vị của piton
– Thay số vào pt (16) ta có pt chuyển vị:
(dm) α
2
sin.
8
1
αcos 1.6,0 x






+−=
(17)
– Từ pt (17) ta cho các giá trị của góc quay trục khuỷu α = 0
o
÷ 720
o
, ta được
tương ứng các giá trị của chuyển vị x, từ đó xác định được các điểm để vẽ đồ thị.

– Dùng Matlab để vẽ đồ thị ta có đồ thị sau:
H2: Đồ thị chuyển vị của piston x = f(α).
3. Vẽ đồ thị tốc độ chuuyển động của piton
– Ta có:
( )






+===
2α.sin
2
λ
sinαω.r.
dt
dα
.
dα
dx

dt
dx
v
Với ω = πn/30 = π.2400/30 = 251,32 (rad/s)
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
14
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong

Suy ra:
( )
α2sin
2
λ
sinα.0,6.32,512 v






+=


( )
(dm/s) α2sin
8
1
sinα151.






+=
(18)
– Từ pt (18) ta cho các giá trị của α = 0
o

÷ 720
o
ta sẽ được các giá trị của vận tốc
đươc các điểm tương ứng trên đồ thị v = f(α)
– Với mỗi giá trị của α ta được một giá trị của chuyển vị x, tương ứng có giá trị
của tốc độ chuyển vị v, như vậy ta có thể vẽ đồ thị v = f(x)
– Vị trí của góc α tương ứng với v
max
:
2
1
2
4λ
1
4
λ
Vmax
cosα
+






+−=
Với λ =1/4 thì
o

77
Vmax
α
=
– Dùng Matlab ta vẽ được đồ thị vận tốc chuyển vị của pitston:
H3. Đồ thị chuyển vị theo x
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
15
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
H4. Đồ thị v = f(α)
4. Vẽ đồ thị gia tốc piston

( )
( )
(19) )
2
(dm/s 2αcos
4
1
cosα37897. j
λcos(2α)cosα.r.
2
ω
dt
αd
.
αd
dv

dt
dv
j






+=
+===
– Từ pt (19) cho các giá trị của α = 0
o
÷ 720
o
ta được tương ứng các giá trị của gia
tốc j, từ đó ta vẽ được đồ thị gia tốc của piston: j = f(α)
– Tương tự trên ta có thể vẽ được đồ thị của gia tốc phụ thuộc vào chuyển vị x:
j = f(x).
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
16
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
H5: Đồ thị gia tốc của chuyển động pitston j = f(α)
H6: Đồ thị j = f(x)
II. Động lực học cơ cấu
– Lực tác dụng lên piston:

j
P P

1
P
+=
(20)
P
Áp lực của khối khí giãn nở.
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
17
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
j
P
: Lực quán tính do pitston chuyển động có gia tốc, ở đây pitston
chuyển
động tịnh tiến nên P
j
= m.j
1. Đồ thị áp lực quán tính.
– Khi pitston chuyển động tịnh tiến có gia tốc nó tạo ra lực quán tính P
j
= m.j
– Các khối lượng chuyển động quay sinh ra lực quán tính ly tâm
P
c
= m
r
.r.ω
2
– Áp lực quán tính:
)

2
(kG/cm cos2α
4
1
α cos.
2
.r.ω
2
π.D
4.m

j
p

4
2
π.D
m.j

4
2
π.D
j
P
j
p







+=⇒
==
+ m: Khối lượng tịnh tiến của cơ cấu:
m = m
P
+ m
1
m
P
: Khối lượng nhóm pitston
m
1
: Khối lượng của biên qui đổi về chốt piston
– Ta có:
j = 37897.(cosα +
4
1
.cos2α) (dm/s
2
)
= 3789,7.(cosα +
4
1
.cos2α) (m/s
2
)
Suy ra:
( )

)
2
(kG/cm α2cos
4
1
cosα .3789,7.
2
πD
4m

j
p






+=
– Đặt
1
A
p
A
4
2
π.D
1
m
p

m
A
2
π.D
4m
A
+=
+
=⇒=
+ Ta có G
b
/F
p
= 0,030 (kG/cm
2
)

; G
p
/F
p
= 0,020 (kG/cm
2
)
+
p
F.10
p
G
g.

p
F
p
G
p
A
==

+
b
F.10
b
G
g.
p
F
b
G
b
A
==
+
b
0,275.A
l
0,725.ll
.
b
A
l

1
ll
.
b
A
1
A
=
−
=
−
=
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
18
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong






+






+=⇒

.cos2α
4
1
cosα.3789,7.
1
A
p
A
j
p

)21( )
2
(kG/cm.cos2α
4
1
cosα10,7.
.cos2α
4
1
cosα).3789,7.0,03.0,275 .(0,02
10
1








+=






++=
– Tương tự trên ta có thể vẽ được đồ thị thể hiện quan hệ giữa p
j
= f(α)
H7: Đồ thị p
j
= f(α)
– Đồ thị áp lực quán tính:
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
19
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
H8: Đồ thị áp lực quán tính p
j

= f(x)
2. Lực quán tính ly tâm P
c
.
P
c
= m
r

.r.ω
2
– Với ω = 251,32 rad/s ; r = 0,6 (dm)
– Khối lượng quay: m
r
= m
2
+ m
k
(*)
+
)(G/cm0,022
l
0,725.l
0,03.
l
l
.mm
2
1
b2
===
, là phần khối lượng của biên quy
đổi về trục khuỷu.
+ m
k
: Khối lượng trục khuỷu.
* Thiết kế trục khuỷu
– Sơ đồ thiết kế trục khuỷu (hình vẽ)
– Ta chọn các thông số:

d
b
= 0,7D = 0,7.1,488 = 1,04 (dm) = 10,4 (cm)
d
c
= 0,8D = 0,8.1,488 = 1,2 (dm) = 12 (cm)
l
b
= 0,5D = 0,5.1,488 = 0,744 (dm) = 7,44 (cm)
b
d
= 0,25D = 0,25.1,488 = 0,372 (dm) = 3,72 (cm)
h = 1,5D = 1,5.1,488 = 2,232 dm = 22,32 (cm)
r = 0,6 (dm) = 6 (cm)
γ
Fe
= 7,85
)
2
cm
g
(

H9. Sơ đồ thiết kế trục khuỷu
– Khối lượng phần I:
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
20
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
/m)

2
(kGs 0,496/m)
2
(Gs964 44,7.
4
2
3,14.10,4
.
10
85,7

b
.l
4
2
b
πd
.
g
γ
I
.V
g
γ
I
m
===
==
– Khối lượng phần II:
/m)

2
(kGs 12,0 /m)
2
(Gs 117.32
32,22.72,.3
3
1
.0,2
2
10,4

2
12
6.
10
7,85

.h
d
b
3
1
.0,2
2
b
d

2
c
d

r .
g
γ

II
.V
g
γ

II
m
≈=






++−=








++−==
– Khối lượng phần III:
/m)

2
(kGs 0,12 /m)
2
(Gs 23117,
.22,320,2
2
10,4
.3,72.
3
2
.
2
1
.
10
7,85

.h0,2
2
b
d
d
b
3
2
.
2
1
.
g

γ
III
.V
g
γ
III
m
≈=






+=

















+==
– Khối lượng phần IV:








==
d
.b
3
2
).
2
c
d
-h.(r .
g
γ

IV
.V
g
γ

IV

m

/m)
2
(kGs 0 .3,72
3
2
.
2
12
6.22,32.
10
7,85

=






−=
– Xác định bán kính quán tính của các phần I, II, III, IV:
cm)( 6
2
12

2
12
6.

2
1

2
c
d

2
c
d
r .
2
1

IV
ρ
cm)( 8,7 6 0,2
2
10,4
.
3
1
r 0,2
2
b
d
.
3
1

III
ρ
cm)( 8,7
2
12
0,2
2
10,4
2
12
6.
2
1
2
c
d
0,2
2
b
d
2
c
d
r.
2
1
II
ρ
cm)( 6dm)( 6,0 r
I

ρ
=+






−=+








−=
=+






+=+









+=
=+






++−=+








++−=
===
– Qui đối các khối lượng trên về đặt tại cổ biên:
Ta có:
/m)
2
(kGs 0,174
6
0,12.8,7

r
II
.ρ
II
m

KrII
m
II
.ρ
II
m .r
KrII
m
(kg) 496,0
I
m
KrI
m
===⇒=
==
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
21
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
/m)
2
(kGs 0
r

IV
ρ.
IV
m

KrIV
m
/m)
2
(kGs 0,156
6
0,12.7,8

r
III
.ρ
III
m

KrIII
m
==
===
– Khối lượng qui đổi tổng cộng của các phần quay về cổ biên là:
( )
( )
/m)
2
(kGs 1,164 00,1560,1742.496,0
KrIV

m
KrIII
m
KrII
m2.
KrI
m
K
m
=+++=
+++=
– Khối lượng quay không cân bằng đặt tại cổ biên:

/m)
2
(kGs 861,1 1,1640,022
K
m
2
m
r
m
=+=+=
*Vậy lực quán tính ly tâm:
)N( 6,4494
2
32,251.06,0.186,1
2
ω.r.
r

m
c
P
===
3. Vẽ đồ thị chỉ thị.
H10. Đồ thị chỉ thị p - V
Qua đồ thị chỉ thị ta thấy chu trình làm việc của động cơ bao gồm các giai
đoạn sau:
– Quá trình nạp: ra
– Quá trình nén: ac
– Cháy đẳng tích: cz’ (V = const)
– Cháy đẳng áp: z’z (p = const)
– Giãn nở sinh công: zb
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
22
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
– Quá trình xả: br
*Cách vẽ :Vẽ các điểm đặc biệt
+ Điểm r có: p
r
= 1,17 (kG/cm
2
); V
r
= V
c
= 1 (đvtt)
+ Điểm a có: p
a

= 0,85 (kG/cm
2
); V
a
= 16,5 (đvtt)
+ Điểm c có: p
c
= 39,35 (kG/cm
2
); V
c
= 1 (đvtt)
+ Điểm z có : p
z
= 70,83 (kG/cm
2
);V
z
=1,415 (đvtt).
Vẽ đường cong nén ép ac: Xác định thêm các điểm x trên đồ thị tương ứng
với vị trí piston đi từ điểm chết dưới đến điểm chết trên (α = 180
o
÷ 360
o
).

1,368
x
V
16,5

0,85.
n1
x
V
a
V
.
a
p
x
p
1
n
x
V.
x
p
1
n
a
.V
a
p









=








=⇔=
(22)
Với mỗi giá trị góc α
o
ta xác định được tương ứng giá trị dịch chuyển
piston x(dm) ( theo pt(1)) => ta sẽ xác định được giá trị V
x
tương ứng theo công
thức:
(dvtt).x
s
15,5
1.x
4
2
π.D
c
V
x
V

+=+=
Thay vào (22) => xác định được tương ứng các giá trị p
x
=> vẽ được
đường cong nén ép theo phương pháp lập bảng .
Tương tự ta vẽ đường cong giãn nở zb ở đây ta xác định thêm các điểm
trung gian p
y
theo công thức:
1,27
x
V
1,415
.83,07
n2
x
V
z
V
.
z
p
y
p









=








=
(23)
Tương ứng với α = 360
0
÷ 540
0

=>
x.
s
5,15
1,415x.
s
15,5
z
V
x
V
+=+=

Từ các công thức (1), (2), (3), (4), (5), (6) ta lập các giá trị tương ứng của
x, V, p, p
j
, N, t theo α khi cho α = 0
o
÷ 720
o
=> vẽ được đồ thị: x = f(α);
p = f(x); p = f(α) ….
*Vẽ đồ thị p
i
= f(x) và p
i
= f(α)
– Đường cong nén ép ac:
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
23
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
)
2
cm/kG(
368,1
x.
2,1
5,15
1
5,16
.85,0
368,1

Vx
5,16
.85,0)α(f
i
p












+
=






==
( )
)
2
cm/kG(

368,1
α
2
sin
8
1
αcos1.6,0.
2,1
5,15
1
5,16
.85.0αfpi












+−+
==







Với α = 180
o
÷ 360
o
và x = 1,2 dm ÷ 0
– Đường cong giãn nở Z
b
:
1,27
x
1,2
15,5
1
1,415
.83,07
1,27
Vx
1,415
.83,07pi













+
=






=
( )
27.,1
2
αsin
8
1
αcos1.6,0.
2,1
5,15
1
415,1
.83,70αfpi



















+−+
==
(kG/cm
2
)
Với α = 381,4
o
÷ 540
o
và x = 0,038 dm ÷ 1,2 dm
– Đường cháy đẳng tích
V = 1(đvtt) Với x = 0 và α = 360
o
pi = 39,35 ÷ 70,83 (kG/cm
2
)
– Đường cháy đẳng áp
pi = 70,83 (kG/cm

2
) Với α = 360
o
÷ 381.4
o
và x = 0 dm ÷ 0,038 dm
– Đường xả br
’

p
r
= 1,17; α = 540
o
÷ 720
o
Với x = 1,2dm ÷ 0
– Đường nạp
pi = - 0,01866.V
x
+ 1.13867
( Đồ thị p-V đi qua hai điểm: a cuối kì nạp (16,5 đvtt; 0,85kG/cm
2
và điểm r
cuối kỳ xả )
pi = - 0.01866







+
x
2,1
5,15
1
+ 1.13867
pi = - 0.01866














+−+
α
2
sin
8
1
αcos16,0.
2,1

5,15
1
+ 1.13867
Với α = 0 ÷ 180
o
và x = 0 ÷ 1,2 dm
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
24
§å ¸n m«n häc §éng C¬ §èt Trong
H11. Đồ thị chỉ thị p
i
= f(α)
* Vẽ đồ thị p
i
+ p
j
:
H12. Đồ thị p
i
+ p
j
* Vẽ đồ thị áp lực dọc biên p
t
:
– Ta có :
cosβ
p1
t
p

=
=>
2
1
2
.sin
2
4
1
1
l
p
2
1
2
sin.
2
λ1
l
p
t
p

























−
=
−
=
ϕ
ϕ
(kG/cm
2
)
– Do đó ta sẽ vẽ được đồ thị áp lực dọc trục của động cơ :
Khoa: C¬ §iªn Tr êng §H N«ng NghiÖp -
Hµ Néi
25