Mẫu đồ án thiết kế động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP
KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

Họ tên ………..
Lớp………….

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Đề tài:
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ……………..(DIÊZEN, XĂNG), (tăng áp),
công suất danh nghĩa Nen= ………..kW,
tốc độ quay danh nghĩa nn= ………….rpm, dùng để
…………………………………………………………………………

TPHCM, tháng 11/2009


QUI ĐỊNH VỀ VIỆC THỰC HIỆN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1. THỰC HIỆN
Thực hiện theo hướng dẫn

2. HÌNH THỨC TRÌNH BÀY
2.1. Khổ giấy: A4, trình bày trên 1 mặt.
2.2. Font chữ và lề:
Soạn thảo trong môi trường Windows của Microsoft hoặc tương đương với
font: Times New Roman, size: 13 hoặc 14, line spacing: at least: 18-20, lề trên: 20
mm, lề dưới: 20 mm, lề trái: 30 mm, lề phải: 20 mm, số trang được đánh ở giữa phía
trên đầu trang.. Các tiêu đề cấp 1 được viết bằng chữ in hoa.
2.3. Bố cục: Theo mẫu
2.4. Cách ghi thứ tự, viết tắt:

2.4.1. Thứ tự Phần và mục:
Phần và mục được ký hiệu bằng số Arap cách nhau bởi dấu chấm như sau:
+ Phần: Phần 1, Phần 2, Phần 3
+ Mục cấp 1- ví dụ: 3.1. ; 3.2. ; 3.3.
+ Mục cấp 2 - ví dụ 3.2.1. ; 3.2.2. ; 3.2.3. …
+ Mục cấp 3 - ví dụ 3.3.1.1. ; 3.3.1.2. ; 3.3.1.3.
Các ý trong các mục có thể ký hiệu bằng các dấu: -, +, •, *…
2.4.2. Thứ tự hình, Biểu bảng và cơng thức tốn học:
Hình vẽ, ảnh, đồ thị và biểu bảng được ghi bằng 2 nhóm có số Arap cách nhau
bởi dấu chấm (.) hoặc gạch ngang (-).
Cơng thức tốn học ghi theo số thứ tự bằng 2 nhóm số Arap cách nhau bởi dấu
chấm (.).
Nhóm số đầu chỉ số thứ tự của chương, nhóm số sau chỉ số thứ tự của hình,
biểu bảng hoặc cơng thức tốn học. Ví dụ: Hình 3-12: ; Bảng 3-12: ; (3.12) là hình,
bảng và cơng thức thứ 12 của chương 3. Số thứ tự và tiêu đề của hình ghi phía dưới
hình, số thứ tự và tiêu đề của bảng ghi phía trên bảng, số thứ tự của cơng thức tốn học
được để trong ngoặc đơn và đặt phía lề bên phải. Đối với các cơng thức tốn học, phải
chú thích những ký hiệu xuất hiện lần đầu tiên ngay dưới biểu thức. Có thể tổng hợp
tất cả các ký hiệu và chữ viết tắt đã được sử dụng trong bản thuyết minh cùng nghĩa
của chúng thành một danh mục đặt ở phần đầu của bản thuyết minh.
Ghi chú: Các cơng thức phải đủ phần chữ và số, ví dụ:
ηe= ηi ηm = 0,38* 0,86 = 0,3268 ≈ 0,32


2.3. Viết tắt
Chỉ viết tắt những cụm từ được lặp lại nhiều lần trong bản thuyết minh, không viết
tắt những cụm từ quá dài. Những cụm từ được viết tắt sau lần viết đầy đủ đầu tiên
bằng cách đặt chữ viết tắt trong ngoặc đơn, ví dụ: ” nhiều đề đề tài nghiên cứu khoa
học (NCKH) có giá trị...”
3. ĐƠN VỊ VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG

3.1. Đơn vị:
Tất cả các số liệu tính tốn hoặc chọn phải có đơn vị kèm theo. Nguyên tắc
chung là các đơn vị phải phù hợp với Hệ đơn vị quốc tế (m, kg, N, s, ...). Riêng đối với
đơn vị của các đại lượng dưới đây cần được chuyển đổi như sau : p [N/m 2 hoặc bar], t
[0C], T [K], n [rpm], N [kW hoặc HP], gi và ge [g/kW.h hoặc g/HP.h].
3.2. Độ chính xác :
• Kích thước dài (D, S, L, ...) :
• Áp suất :
• Nhiệt độ :
• Suất tiêu thụ nhiên liệu :
• Hiệu suất :

±
±
±
±
±

1 mm
1,00 N/m2
1 0C
1 g/kW.h hoặc 1 g/HP.h
0,01 %

4. PHỤ LỤC
Phụ lục có thể là : catalogue, các văn bản pháp qui liên quan trực tiếp đến nội
dung đồ án, phương pháp tính mới, v.v.
Bố trí Phụ lục (nếu có) ngay trước phần Tài liệu tham khảo.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tham khảo ở đây được hiểu là những ấn phẩm được lưu hành chính

thức hoặc lưu hành nội bộ của các tác giả, cơ quan cụ thể mà học viên đã có sử dụng
tư liệu trong đó. Mọi ý kiến, kết luận, công thức thực nghiệm không phải của riêng tác
giả và trích dẫn từ các tài liệu tham khảo phải được ghi rõ nguồn gốc. Không ghi
nguồn gốc các trích dẫn với những kiến thức phổ thơng.
u cầu trung thực, chính xác trong sử dụng tài liệu tham khảo. Sau mỗi lần
trích dẫn, sử dụng số liệu hoặc cơng thức, v.v. của tài liệu nào, phải ghi trong ngoặc
vuông số thứ tự tài liệu đó. Ví dụ : Thời gian mạ crom có thể tính theo cơng thức sau
[3, tr. 128] :

t=

1000 ⋅ h ⋅ γ
k ⋅D⋅ f


Tài liệu tham khảo là sách, luận văn, báo cáo được ghi đầy đủ các thông tin
theo thứ tự như sau :
Tên tác giả hoặc cơ quan ban hành
•
Năm xuất bản (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)
•
Tên sách, luận văn hoặc báo cáo (in nghiêng, dấu phẩy cuối tên)
•
Nhà xuất bản (dấy phẩy cuối tên nhà xuất bản)
•
Nơi xuất bản (dấu chấm kết thúc một tài liệu tham khảo)
•
Tài liệu tham khảo là bài báo trong tạp chí, bài trong một cuốn sách, v.v. được
ghi như sau :
Tên tác giả

•
Năm cơng bố (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)
•
Tên bài báo (đặt trong ngoặc kép, khơng in nghiêng, dấu phẩy cuối tên)
•
Tên tạp chí hoặc sách (in nghiêng, dấu phẩy cuối tên)
•
Tập của bộ sách
•
Số tạp chí (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)
•
Các số trang (gạch ngang giữa hai chữ số, dấu chấm kết thúc).
•
Ví dụ cách ghi tài liệu tham khảo :
1. Nguyễn Văn Ba (1995), Nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở lắp ghép và tốc độ
quay đến khả năng mang tải của ổ trục chân vịt dùng bạc lót gỗ, bôi trơn bằng
nước biển, Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Thuỷ sản.
2. Dương Đình Đối (1998), Sửa chữa máy tàu thủy, NXB Nơng nghiệp.
3. UBND tỉnh Bình Thuận (2002), Báo cáo tổng kết 5 năm (1997-2002) thực hiện
chương trình khai thác hải sản xa bờ tại tỉnh Bình Thuận, UBND tỉnh Bình Thuận.
4. Anderson J. E. (1985), "The Relative Inefficiency of Quota, The Cheese Case",
American Economic Review, 75(1), pp. 178-190.
6. CÁCH THỨC ĐÁNH GIÁ ĐAMH ĐCĐT
•
•
•

•

Điểm kiểm tra dưới hình thức chấm bản thảo :

25 %
Điểm thi tối thiểu và bảo vệ :
75 %
Sinh viên có điểm kiểm tra và điểm thi tối thiểu đạt loại khá trở lên và có
tinh thần học tập tốt sẽ được miễn công đoạn bảo vệ. Trong trường hợp này,
điểm ĐAMH là trung bình cộng của điểm kiểm tra và điểm thi tối thiểu.
ĐAMH ĐCĐT được đánh giá là không đạt yêu cầu nếu vi phạm một trong
các điều sau đây :
1) Không nộp bản thảo đúng thời gian qui định.
2) Bản chính khơng đủ nội dung theo đề cương.
3) Vi phạm các qui định khác về trình bày ĐAMH > 3 lần.


7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

GS.TS Nguyễn Tất Tiến (1994, 2000), Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo
dục.

2.

PGS.TS Nguyễn Văn Nhận, TS. Lê Bá Khang, Bài giảng Nguyên lý động cơ
đốt trong 2007.

3.

Văn Thị Bơng (2002), Tính tốn nhiệt và động lực học động cơ đốt trong, NXB
Đại Học Quốc Gia, Tp.HCM.

4.

Hồ Tấn Chẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến (1996), Kết
cấu và tính toán động cơ đốt trong, tập1, 2, NXB Giáo Dục.

5.

Nguyễn Văn Nhận (2007), Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong, No-1.

6.
7.
8.

Nguyễn Văn Nhận (2007), Hướng dẫn đồ án môn học Động cơ đốt trong, No-2.
Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB Đại học Quốc Gia Tp.HCM.
Catalogue của hãng SX ..........................


NỘI DUNG
Lời nói đầu
1. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ
- Số xy lanh và cách bố trí xy lanh: Động cơ được thiết kế là loại 4 kỳ hay 2 kỳ,
có … xylanh, bố trí thẳng hàng hay chữ V.
+ Cơng suất danh nghĩa:
+ Số vịng quay danh nghĩa:
- Động cơ này được sử dụng trang bị trên phương tiện, ơ tơ loại nào ?
1.2. TỔ CHỨC Q TRÌNH CHÁY
1) Loại nhiên liệu.
- Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng hoặc điêzen
- Các thành phần có trong nhiên liệu: C, H, O, S [chọn tài liệu nào, trang số...]

2) Buồng đốt.
- Phân tích chọn loại buồng cháy (thống nhất, cháy trước hay xốy lốc)? Hình
vẽ minh họa.
3) Hệ thống nhiên liệu.
- Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng hoặc điêzen (kèm CHK, BCA ) cổ
điển, đời mới hay phun xăng điều khiển điện tử, phun dầu điều khiển điện tử
(Common Rail), lý do (hệ thống này có thể tạo nên hồ khí có tỷ lệ lý tưởng cho từng
xylanh ở mọi chế độ hoạt động của động cơ hay không)?
- Nhiên liệu được cung cấp theo hình thức (thời điểm, hay liên tục), thời điểm
cung cấp và lượng nhiên liệu cung cấp ? ví dụ nhiên liệu điêzen được phun vào BC
của động cơ theo từng thời điểm (phun một lần – động cơ kiểu cũ) chứ không liên tục
(Common Rail – phun liên tục),. Quá trình phun (thời điểm phun và lượng nhiên liệu
được phun) được thực hiện theo những yếu tố nào? Góc quay trục khuỷu và góc quay
trục cam hay tín hiệu khối lượng khơng khí đang nạp vào và tín hiệu về vận tốc trục
khuỷu của động cơ.
- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệ
thống có chú thích đầy đủ.
1.3. HỆ THỐNG NẠP - XẢ
1, Đối với động cơ 4 kỳ
- Chọn cơ cấu phân phối khí kiểu xupáp treo hay xu páp đặt – lý do ?


- Phương pháp dẫn động: bằng đai, trục cam hay cơ cấu cam - con đội - đũa đẩy đòn gánh, lý do ?
- Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt xu páp và các cơ cấu liên quan như giảm
áp (nếu có) ?
- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệ thống
có chú thích đầy đủ.
2, Đối với động cơ 2 kỳ
- Phân tích chọn phương án quét khí: quét thẳng, quét vòng (thường chọn quét
thẳng qua xu páp thải, có phải điều chỉnh khe hở nhiệt xu páp ?).

* Hình dáng và kích thước của cửa : chữ nhật, hình trịn (nên chọn hình dáng
hình chữ nhật, cửa qt bố trí theo chu vi, 1 dãy)
* Kích thước của cửa :
Khi chọn kích thước và bố trí các cửa qt khí nên ưu tiên chiều rộng của cửa
(nhưng khơng vượt quá giá trị cho phép) bằng cách tăng số cửa sổ (phải đảm
bảo độ bền của các đường gân) như vậy sẽ giúp cho khơng khí được phân bố
đều xung quanh xi lanh, giảm bớt mức độ hòa trộn giữa khơng khí mới nạp với
sản phẩm cháy. Việc tăng chiều rộng các cửa quét có tác dụng làm giảm tổn thất
hành trình cho khí qt.
- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệ
thống có chú thích đầy đủ.
1.4. HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Lý do phải làm mát cho động cơ ?
- Phân tích chọn hệ thống làm mát (kiểu kín hay hở, đối với ơ tơ thường làm
mát kiểu kín, lấy nhiệt nhờ quạt gió…bởi nhiệt độ nước làm mát cao, thiết lập và
ổn định chế độ nhiệt có lợi nhất cho sự làm việc của động cơ ở chế độ tải định
mức và các chế độ khác, giảm tổn thất nhiệt cho nước làm mát, tăng hiệu suất chỉ
thị, giảm hao mịn lót xi lanh – xéc măng, tăng độ bền nhiệt cho lót xi lanh).
- Chọn loại nước làm mát ?
- Làm mát piston bằng ? làm mát vịi phun bằng ?
- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và chú thích liên quan.


1.5. HỆ THỐNG BƠI TRƠN
- Lý do phải bơi trơn cho động cơ khi hoạt động, khi đứng yên ?
- Phân tích chọn hệ thống bơi trơn
- Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm
1.6. HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
- Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống khởi động động cơ ?
- Chọn hệ thống khởi động, lý do ?

- Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và chú thích
1.7. ĐỘNG CƠ MẪU
Bảng1-1: Đặc điểm kỹ thuật của động cơ mẫu (3 động cơ)
T
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Đặc điểm kĩ thuật

Động cơ mẫu

Dung tích xilanh (cm3)
Số xilanh (cái)
Cơng suất cực đại (mã
lực/rpm)
Mô men xoắn cực đại
(Nm/rpm)
Sử dụng nhiên liệu
Tốc độ tối đa (km/h)
Tiêu thụ nhiên
liệu (city,L/100km)
Tiệu thụ nhiên liệu

(highway,L/100km)
Tiệu thụ nhiên liệu
(combined,L/100km)

1.8. KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ
1, Đường kính của xylanh (D)

D=3

4 ⋅ Ne ⋅ z
π ⋅ k D ⋅ pe ⋅ n ⋅ i

[mm]

Ghi chú


2, Hành trình của piston (S)

S = kD ⋅ D

[mm]

3, Dung tích cơng tác của xylanh (VS)

π ⋅ D2
VS =
⋅S
4

[mm3]

1.9. TỔNG HỢP THÔNG SỐ CƠ BẢN
Bảng 1-2 . Tổng hợp các thông số cho trước và lựa chọn

TT

Tên
thông số

Ký
hiệu

Đơn
vị

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

15
16
17
18
19
20
21
22
23

Công suất danh nghĩa
Tốc độ quay danh nghĩa
Hệ số kỳ
Số xy lanh
Áp suất khí nạp
Áp suất khí quyển
Nhiệt độ khí quyển
Độ ẩm tương đối của khơng khí
Hàm lượng C trong nhiên liệu
Hàm lượng H2 trong nhiên liệu
Hàm lượng S trong nhiên liệu
Hàm lượng O2 trong nhiên liệu
Phân tử lượng của nhiên liệu
Nhiệt trị của nhiên liệu
Hệ số dư lượng khơng khí
Hệ số khí sót
Mức độ làm mát khí nạp
Hệ số Kpa (………………………..)
Tổn thất áp suất trong bình làm mát khí nạp
Hệ số Kpr (……………………)

Nhiệt độ khí sót
Mức độ sấy nóng khí mới
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt

Nen
nn
Z
i
pk
P0
T0
ϕ0

kW
rpm

C
H
S
O2
µf
H
λ
γr
∆Tm

Cái
bar
bar
0

K
%

Kg/kmol
KJ/kg

Kpa
∆p m

Kpr
Tr
∆Tk
λ1

bar
K
0

C

Trị
số

Tài
liệu
tham
khảo


24

25
26
27
28
29
30
31
…

Hệ số nạp thêm
Tỷ số nén
Chỉ số nén đa biến trung bình
Chỉ số dãn nở đa biến trung bình
Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z
Hệ số điền đầy đồ thị
Hiệu suất cơ học
Tỷ số động học
…

λ2
ε
n1
n2
ξz
Kpi
ηm
KD

Bảng 1-3 . Tổng hợp kết quả tính.

1

Tên
thơng số
Số kg KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu

Ký
Đơn
hiệu
vị
L0
kg/kg

2
3
4
5

Số kmol KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu
Số kg KK thực tế cần thiết ... 1 kg nhiên liệu
Số kmol KK thực tế cần thiết ... 1 kg nhiên liệu
Số kg HHC ứng với 1 kg nhiên liệu

M0
L
M
L1

kmol/kg
kg/kg

kmol/kg
kg/kg

6

Số kmol HHC ứng với 1 kg nhiên liệu

M1

kmol/kg

7

Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén

Ma

kmol/kg

8

Số kmol MCCT tại thời điểm cuối qua trình nén

Mc

kmol/kg

9

Hàm lượng CO2 trong sản phẩm cháy

MCO2 kmol/kg

10

Hàm lượng H2O trong sản phẩm cháy

MH2O kmol/kg

11

Hàm lượng SO2 trong sản phẩm cháy

MSO2 kmol/kg

12

Hàm lượng O2 trong sản phẩm cháy

MO2

kmol/kg

13

Hàm lượng N2 trong sản phẩm cháy

MN2

kmol/kg

14
15
16
17

Lượng sản phẩm cháy ứng với 1 kg nhiên liệu
Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết
Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z
Nhiệt độ khí nạp

M2
β0
βz

18

Mật độ khí nạp

Tk
ρk

kmol/kg
0
K

19

Áp suất cuối q trình nạp

pa

bar

20

Áp suất khí sót

pr

bar

21

Nhiệt độ cuối q trình nạp

Ta

TT

kg/m3

0

K

Kết quả


ηv

22

Hệ số nạp

-

23

Áp suất cuối quá trình nén

pc

24

Nhiệt độ cuối quá trình nén

Tc

25

Hệ số tăng áp suất

ψ

26

Nhiệt độ tại điểm z

Tz

27

Áp suất cuối quá trình dãn nở

pb

28

Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở

Tb

29

Áp suất chỉ thị trung bình

pi

bar

30
31
32

Áp suất có ích trung bình
Hiệu suất chỉ thị
Hiệu suất có ích

pe

ηi
ηe

bar
-

33

Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị

gi

g/kW.h

34

Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích

ge

g/kW.h

35

Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ

Ge

kg/h

36
37
38
39
40
41
42
43
…

Đường kính của xylanh
Hành trình của piston
Dung tích cơng tác của xylanh
Tổng nhiệt đưa vào động cơ trong 1đơn vị thời gian
Phần nhiệt biến thành cơ năng có ích
Tổn thất nhiệt do làm mát
Tổn thất nhiệt theo khí xả
Tổn thất cịn lại
…

D
S
VS
QT
Qe
Qm
Qx
Qcl

mm

mm
cm3
kW
kW
kW
kW
kW

bar
0

K

0

K

bar
0

K

2. TÍNH CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
Ơ

2.1. TÍNH MƠI CHẤT CƠNG TÁC
Mơi chất cơng tác (MCCT) là những chất tham gia vào quá trình đốt cháy nhiên
liệu, sau đó tiếp nhận nhiệt năng sinh ra trong quá trình nhiên liệu cháy và dãn nở để
tạo ra cơ năng. Tính MCCT là một trong những cơng đoạn đầu tiên trong quy trình
tính tốn chu chu trình nhiệt động của ĐCĐT. Thông thường, người ta xác định số

lượng MCCT cần thiết tương ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu - 1 kg nhiên liệu
lỏng hoặc 1 kmol (hoặc 1 m3) nhiên liệu khí.
2.1.1. Lượng khơng khí
Khơng khí được đưa vào khơng gian cơng tác của ĐCĐT nhằm 2 mục đích : đốt
cháy nhiên liệu và quét buồng đốt.


Lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy một đơn vị số lượng nhiên liệu được xác
định trên cơ sở cân bằng khối lượng các phương trình phản ứng hố học mơ tả q
trình cháy nhiên liệu như sau :
• Trường hợp cháy hoàn toàn nhiên liệu lỏng :
C + O2 = CO2
(2.1-1a)
2H2 + O2 = 2H2O
(2.1-1b)
S + O2 = SO2
(2.1-1c)
• Trường hợp cháy hồn tồn nhiên liệu khí :

m r
m

C n H m Or +  n + − O2 = nCO2 + H 2O
4 2
2


(2.1-1d)

Nếu kí hiệu c, h, s và o f là hàm lượng tính theo khối lượng của carbon (C),

hydro (H2), lưu hùynh (S) và oxy (O2) có trong nhiên liệu lỏng ; kí hiệu CnHmOr là hàm
lượng tính theo thể tích của mỗi loại khí có trong nhiên liệu khí, ta có các phương trình
cân bằng khối lượng các phương trình phản ứng hố học (2.1-1) như sau :
• Trường hợp nhiên liệu lỏng tính bằng kg :

8
11
c[ kg ]C + c[ kg ]O2 = c[ kg ]CO2
3
3
h[ kg ]H 2 + 8h[ kg ]O2 = 9h[ kg ]H 2O
s[ kg ]S + s[ kg ]O2 = 2 s[ kg ]SO2
•

Đối với nhiên liệu lỏng tính bằng kmol :
c
c
c[ kg ]C +
[ kmol ]O2 =
[ kmol ]CO2
12
12

h
h
h[ kg ]H 2 + [ kmol ]O2 = [ kmol ]H 2O
4
2

s[kg ]S +

•

s
s
[kmol ]O2 =
[kmol ]SO2
32
32

(2.1-2a)
(2.1-2b)
(2.1-2c)
(2.1-2d)
(2.1-2e)
(2.1-2f)

Đối với nhiên liệu khí :

m r

1[ kmol ]C n H m Or +  n + − [kmol ]O2 =
4 2

m
n[kmol ]CO2 + [kmol ]H 2 O
2

(2.1-2g)

Từ các phương trình (2.1-2) ta có :

• Số kg oxy lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng :

8
O0 = c + 8h + s − o f
3
•

[kg/ kg]

(2.1-3a)

Số kmol oxy lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng :

O0 =

c h s of
+ +
−
12 4 32 32

[kmol/ kg]

(2.1-3b)


•

Số kmol oxy lí thuyết cần thiết để đốt cháy hồn tồn 1 kmol nhiên liệu khí

m r


O0 = ∑ n + − Cn H m Or [kmol/kmol]
4 2


(2.1-3c)

Vì hàm lượng của oxy trong khơng khí là 0,23 % tính theo khối lượng hoặc 21
% tính theo thể tích, ta có :
• Số kg KK lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu (L0) :

L0 =
•

1 8

⋅ ⋅c + 8⋅h + s − of 
0,23  3


[kg/kg]

(2.1-4)

Số kmol KK lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu (M0 )
- Đối với nhiên liệu lỏng

M0 =

1  c h s of 


⋅  + +
−
0,21  12 4 32 32 

[kmol/kg]

(2.1-5a)

[kmol/kmol]

(2.1-5b)

- Đối với nhiên liệu khí :

M0 =

1
m r

 n + − C n H m Or
∑
0,21 
4 2

Để đảm bảo cho nhiên liệu được đốt cháy hồn tồn thì lượng khơng khí thực
tế nạp vào khơng gian cơng tác của xylanh phải bằng hoặc lớn hơn lượng khơng khí lí
thuyết cần thiết (L0) được xác định bằng phương pháp trình bày ở trên. Mặt khác,
trong hoạt động thực tế của động cơ xăng và động cơ ga, có những chế độ làm việc
yêu cầu L < L0 . Như vậy, L có thể lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn L0.

Lượng khơng khí thực tế cần thiết được xác định như sau :
Số kg khơng khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (L)
•
L = λ . L0
[kg/kg]
(2.1-6)
• Số kmol khơng khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (M )
M = λ . M0
[kmol/ kg]
(2.1-7)
2.1.2. Lượng hỗn hợp khí cơng tác
•

Số kg hỗn hợp cháy ứng với 1 kg nhiên liệu ( L1 )

L1 = 1 + λ . L0
•

[kg/kg]

(2.1-8)

Số kmol hỗn hợp cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu (M1)

Hỗn hợp cháy (HHC) bao gồm khơng khí và nhiên liệu. Ở động cơ diesel chạy
bằng nhiên liệu lỏng, HHC được hình thành bên trong khơng gian cơng tác của xylanh
khi nhiên liệu được phun vào ở cuối hành trình nén. Thể tích nhiên liệu lỏng là rất nhỏ
so với thể tích của khơng khí nên khi tính số kmol HHC ở động cơ diesel chạy bằng
nhiên liệu lỏng, người ta thường bỏ qua thể tích của nhiên liệu. Với giả định như vậy,

số kmol HHC ứng với 1 kg nhiên liệu lỏng ở động cơ diesel được coi như bằng số
kmol không khí :

M1 = λ . M0

[kmol/kg]

(2.1-9a)

Ở động cơ xăng, HHC được hình thành từ bên ngồi khơng gian cơng tác của
xylanh, nên nếu xét về thể tích, ngồi thể tích khơng khí cịn có thể tích hơi của 1 kg
nhiên liệu, vì vậy :

M1 = λ ⋅ M 0 +

1
µf

[kmol/kg]

(2.1-9b)

trong đó, µf là phân tử lượng của nhiên liệu.
Trong trường hợp động cơ chạy bằng nhiên liệu khí, M 1 được xác định bằng
cơng thức :

M1 = 1 + λ.M0
•

[kmol/kmol]

(2.1-9c)

Số kmol MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (Ma)

MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén bao gồm HHC và khí sót, như vậy :
Ma = M1 + Mr = M1 ( 1 + γ r )
[kmol/kg]
(2.1-10)
•

Số kmol MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (Mc)

MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (Mc) cũng bao gồm HHC và khí sót,
nhưng có số lượng nhỏ hơn lượng MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (M a) do lọt
khí qua khe hở giữa piston và xylanh. Tuy nhiên, lượng khí lọt thường rất nhỏ trong
trường hợp động cơ có tình trạng kỹ thuật tốt, nên khi thiết kế sơ bộ có thể coi M c =
Ma :

Mc = M1 ( 1 + γ r )

[kmol/kg]

(2.1-11)

2.1.3. Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy hồn tồn
Khi tính tốn MCCT, nhiên liệu được coi là sẽ cháy hoàn toàn khi có đủ hoặc
dư khơng khí (λ ≥ 1) và cháy khơng hồn tồn khi λ < 1.
Sản phẩm cháy hồn toàn bao gồm dioxide carbon (CO2), hơi nước (H2O), oxyt

lưu huỳnh (SO2), oxy dư (O2) và nitơ có trong khơng khí (N 2). Kí hiệu M2 là số kmol
sản phẩm cháy , M CO2 , M H 2O , M SO2 , M O2 , M N 2 là số kmol các chất khí CO2, H2O,
SO2 , O2 và N2 có trong sản phẩm cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu, căn cứ
vào phương trình (2.1-2) ta có :
•

Đối với nhiên liệu lỏng


c
12
h
=
2

M CO2 =

[kmol/kg]

(2.1-12a)

M H 2O

[kmol/kg]

(2.1-12b)

M SO2 =

[kmol/kg]

(2.1-12c)

M O2

[kmol/kg]

(2.1-12d)

[kmol/kg]

(2.1-12e)

s
32
= 0,21 ⋅ ( λ − 1) ⋅ M 0

M N 2 = 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0

( M 2 ) λ≥1 = ∑M i =λ⋅ M 0 + h +
4

of
32
[kmol/kg]

•

(2.1-13)

Đối với nhiên liệu khí

M CO2 = ∑ n ⋅ Cn H mOr

[kmol/kmol]

(2.1-14a)

M H 2O = ∑

[kmol/kmol]

(2.1-14b)

M O2

[kmol/kmol]

(2.1-14c)

[kmol/kmol]

(2.1-14d)

m
⋅ Cn H mOr
2
= 0,21 ⋅ ( λ − 1) ⋅ M 0

M N2 = 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0 + N 2

trong đó N2 là hàm lượng tính theo thể tích của nitơ có trong nhiên liệu khí.

( M 2 ) λ≥1 = 1 + λ ⋅ M 0 + ∑  m + r − 1 ⋅ Cn H mOr
4

2



(2.1-15)

2.1.4. Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy khơng hồn tồn
Trong trường hợp λ < 1, do thiếu oxy nên một phần C và H 2 khơng được oxy
hố hồn tồn thành CO2 và H2O và trong sản phẩm cháy sẽ có thêm CO và H 2. Kết
quả phân tích thành phần sản phẩm cháy khơng hồn tồn ở ĐCĐT cho thấy rằng : tỷ
số giữa hàm lượng hydro chưa cháy M H 2 và hàm lượng oxyt carbon (M CO) có trong

(

)

sản phẩm cháy hầu như không đổi và không phụ thuộc vào hệ số dư lượng khơng khí
M H2
K=
(λ). Kí hiệu tỷ số này là K, ta có :
(2.1-16)
M CO
Trị số của K phụ thuộc chủ yếu vào tỷ số giữa hàm lượng hydro (h) và hàm
lượng carbon (c) của nhiên liệu. K ≈ 0,3 với nhiên liệu có h/c = 0,13 ; K = 0,45 ÷

0,50 với nhiên liệu cú h/c = 0,17 ữ 0,19.
Lng CO2 v CO
ã


Phương trình phản ứng hố học giữa C và O 2 và phương trình cân bằng khối
lượng trong điều kiện thiếu oxy có dạng như sau :
2C + O2 = 2CO
(2.1-17a)
24[kg ]C + 32[kg ]O2 = 56[kg ]CO
(2.1-17b)
24[ kg ]C +1[ kmol ]O2 = 2[ kmol ]CO
(2.1-17c)

4
7
1[ kg ]C + [kg ]O2 = [kg ]CO
3
3
1
1
1[kg ]C +
[kmol ]O2 = [kmol ]CO
24
12

(2.1-17d)
(2.1-17e)

Kí hiệu ϕC là phần carbon bị oxy hố thành CO, ta có :

4
7
ϕC ⋅ c[kg ]C + ϕC ⋅ c[kg ]O2 = ϕC ⋅ c[kg ]CO
3
3
ϕ ⋅c
ϕ ⋅c
[kmol ]O2 = C [kg ]CO
hoặc ϕC ⋅ c[ kg ]C + C
24
12

(2.1-18a)
(2.1-18b)

Khi toàn bộ số C trong nhiên liệu cháy thành CO 2 và CO thì từ các phương
trình (2.1-2d) và (2.1-18b), tổng số sản phẩm cháy C sẽ là :

M CO2 + M CO =

c
ϕ ⋅c c
(1 − ϕC ) + C
=
12
12
12

[kmol/kg]

(2.1-19)

Lượng H2O và H2
Kí hiệu ϕH là phần H2 chưa cháy và (1 - ϕH) là phần H2 cháy thành H2O, từ
phương trình (2.1-2e) ta có :
•

(ϕH −1) ⋅ h[kg ]H 2 +

1 −ϕH
1 −ϕH
⋅ h[kmol ]O2 =
⋅ h[kmol ]H 2O
4
2

(2.1-20)
Lượng H2 có trong sản phẩm cháy :

M H2 =

ϕH
⋅h
2

[kmol/kg]

(2.1-21)

[kmol/kg]

(2.1-22)

Tổng lượng H2O và H2 có trong sản phẩm cháy :

M H 2O + M H 2 =
•

Tổng lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy khơng hồn tồn

( M 2 ) λ<1
=

•

1− ϕH
ϕ
h
⋅h+ H ⋅h =
2
2
2

= M CO2 + M CO + M H 2O + M H 2 + M N 2

c h
+ + 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0
12 2

[kmol/kg]

Lượng oxy cần thiết trong trường hợp cháy khơng hồn tồn

(2.1-23)


c
= M CO2
12

Để đốt cháy C thành CO2 :

(1 − ϕC ) ⋅

Để đốt cháy C thành CO :

ϕC ⋅ c M CO
=
24
2

(2.1-24b)

h M H 2O
=
4
2

(2.1-24c)

Để đốt cháy H2 :
•

(1 − ϕH ) ⋅

Tổng lượng oxy cần thiết trong trường hợp cháy khơng hồn tồn

M CO2 +

M H 2O
of
M CO
+
= 0,21 ⋅ λ ⋅ M 0 +
2
2
32
c
h of  of
= λ⋅
+
12 4 − 32 
 + 32



•

(2.1-24a)

(2.1-25)

Hàm lượng các chất khí có trong sản phẩm cháy trong trường hợp
cháy khơng hoàn toàn

c
− M CO
12
h
h
= − M H 2 = − K ⋅ M CO
2
2

M CO2 =

[kmol/kg]

(2.1-26)

M H 2O

[kmol/kg]

(2.1-27)

Thay (2.1-26) và (2.1-27) vào (2.1-25) ta có :

 c h o  o

M
c
1h

− M CO + CO +  − K ⋅ M CO  = λ ⋅  + − f  + f
12
2
22

 12 4 32  32
hoặc

c h o  M
c h of
+ −
− λ ⋅  + − f  = CO ⋅ (1 + K )
12 4 32
2
 12 4 32 

hoặc

0,21(1 − λ ) ⋅ M 0 =

M CO
⋅ (1 + K )
2

(2.1-28)
(2.1-29)

Từ các phương trình (2.1-26), (2.1-7), và (2.1-29) ta có :

1−λ
⋅M0
1+ K
c
1− λ
M CO2 =
− 0,42 ⋅
⋅M0
12
1+ K
1− λ
M H 2 = 0,42 ⋅ K ⋅
⋅ M0
1+ K
h
1− λ
M H 2O = − 0,42 ⋅ K ⋅
⋅M0
2
1+ K
M N 2 = 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0
M CO = 0,42 ⋅

[kmol/kg]

(2.1-30)

[kmol/kg]

(2.1-31)

[kmol/kg]

(2.1-32)

[kmol/kg]

(2.1-33)

[kmol/kg]

(2.1-34)


2.1.5. Hệ số biến đổi phân tử
So sánh các biểu thức (2.1-9) với (2.1-13), (2.1-15) và (2.1-23) ta thấy rằng số
kmol hỗn hợp cháy (M1) và số kmol sản phẩm cháy (M 2) khơng bằng nhau. Nếu kí
hiệu ∆M là đại lượng đánh giá sự thay đổi số kmol của MCCT trước và sau khi nhiên
liệu cháy, ta có
Đối với động cơ diesel, từ biểu thức (2.1-13) và (2.1-9a) :
•

o
h of
h+ f
∆M = ( M 2 ) λ >1 − M 1 = λ ⋅ M 0 + +
− λ ⋅ M0

8
=
4 32
4
•

[kmol/kg]
(2.1-35a)
Đối với động cơ xăng khi λ >1, từ biểu thức (2.1-13) và (2.1-9b) :

∆M = ( M 2 ) λ >1 − M 1 = λ ⋅ M 0 +

=
•

h+

h o f 
1 
+
− λ ⋅ M0 +
4 32 
µ f 

of

8 − 1
4
µf

[kmol/kg]

(2.1-35b)

Đối với động cơ xăng khi λ < 1, từ biểu thức (2.1-23) và (2.1-9b) :


c h
1 
+ + 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0 −  λ ⋅ M 0 +

12 2
µ f 

of
h+
[kmol/kg]
(2.1-35c)
8 − 1
= 0,21 ⋅ (1 − λ ) ⋅ M 0 +
4
µf

∆M = ( M 2 ) λ <1 − M 1 =

Các biểu thức (2.1- 35a), (2.1-35b) và (2.1-35c) cho thấy rằng : khi đốt cháy
nhiên liệu lỏng, số kmol (phân tử) sản phẩm cháy nhiều hơn so với số kmol hỗn hợp
cháy (∆M > 0). Hiện tượng này làm tăng áp suất sau khi cháy nếu giữ thể tích khơng
đổi hoặc làm tăng thể tích nếu giữ áp suất khơng đổi.
•

Đối với nhiên liệu khí với λ ≥ 1, từ biểu thức (2.1-9c) và (2.1-15) :

m r 
∆M = ∑  + − 1 ⋅ Cn H mOr
4 2 

[kmol/kmol] (2.1-35d)

Từ (2.1-35d) thấy rằng : ∆M phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tử của các nguyên
tố hoá học có trong các chất khí CnHmOr và ∆M có thể lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn 0.
Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết (β 0) - Sự thay đổi số kmol của MCCT sau
•
khi nhiên liệu cháy so với trước khi cháy được đánh giá bằng đại lượng gọi là Hệ số
biến đổi phân tử lí thuyết :


β0 =

M 2 M 1 + ∆M
∆M
=
= 1+
M1
M1
M1

(2.1-36a)

Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết ở động cơ diesel :

h+

of
8

(2.1-36b)

β0 = 1+ 4
λ ⋅M0
Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết ở động cơ xăng khi λ ≥ 1 :

h+

( β 0 ) λ ≥1

of

8 − 1
4
µf
= 1+
1
λ ⋅M0 +
µf

(2.1-36c)

Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết ở động cơ xăng khi λ < 1 :

( β 0 ) λ <1 = 1 +

0,21 ⋅ (1 − λ ) ⋅ M 0 +

λ ⋅M0 +

h+

of

8 − 1
4
µf

(2.1-36d)

1
µf

Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết ở động cơ ga :

β0 = 1 +

∆M
λ ⋅ M0 +1

(2.1-36e)

Hệ số biến đổi phân tử thực tế (β x )
Ở ĐCĐT thực tế, MCCT tại thời điểm trước quá trình cháy bao gồm hỗn hợp

cháy (M1) và khí sót (Mr). Sau khi cháy, M1 chuyển thành M2, cịn Mr khơng đổi. Tỷ số
giữa số MCCT sau và trước khi cháy được gọi là Hệ số biến đổi phân tử thực tế :
•

βX =

M 1 + M r + ∆M X M 1 ⋅ (1 + γ r ) + ∆M X
=
M1 + M r
M 1 ⋅ (1 + γ r )

∆M X
M 2 − M1
⋅x
⋅x
( β − 1) ⋅ x
M1
M1
=1+
=1+
=1+ 0
1+ γ r
1+ γ r
1+ γ r

(2.1-37)


trong đó x là phần nhiên liệu đã bốc cháy tính từ đầu q trình cháy đến thời điểm
đang xét. Nếu coi z là thời điểm kết thúc quá trình cháy, khi đó x =1 và hệ số biến đổi

phân tử thực tế tại z sẽ bằng :

β0 −1
1+ γ r

βZ = 1+

(2.1-38)

2.2. Q TRÌNH NẠP - XẢ

a)
p

0

p
,T

0

,T0

b)

p

0

N

T

r

p s,Ts

b
a

LM
p
K

k

,T

c)
k

p

x

,T

x

§ CT

§ CT V

p

X

b
a

r
§ CT

§ CT V

H. 2.1-1. Một số thơng số đặc trưng của quá trình nạp-xả
a) Sơ đồ hệ thống nạp-xả, b) Q trình nạp-xả ở động cơ
4 kỳ khơng tăng áp, c) Quá trình nạp-xả ở động cơ 4 kỳ tăng áp
K- ống góp khí nạp, X - ống góp khí thải. T- turbine khí thải,
N- máy nén khí tăng áp, LM - thiết bị làm mát khí tăng áp.
p0, T0 - áp suất và nhiệt độ khí quyển , ps , Ts - áp suất và nhiệt độ
của khí nạp sau máy nén, pk , Tk - áp suất và nhiệt độ khí mới,


px , Tx - áp suất và nhiệt độ khí thải, pa - áp suất cuối quá trình nạp,
pr - áp suất khí sót.
Như chúng ta đã biết, hoạt động của ĐCĐT có tính chu kỳ, tức là có các chu
trình cơng tác kế tiếp nhau. Để thực hiện được chu trình cơng tác tiếp theo, phải xả hết
khí thải ra khỏi không gian công tác của xylanh rồi nạp vào đó khí mới. Q trình nạp
khí mới và xả khí thải có liên quan mật thiết với nhau và được gọi chung là quá trình

nạp-xả hoặc quá trình thay đổi khí hoặc q trình trao đổi khí.
Do sự thay đổi tiết diện lưu thông và vận tốc của piston cũng như ảnh hưởng
của hàng loạt hiện tượng khí động khác nên áp suất của MCCT trong xylanh trong quá
trình nạp-xả biến đổi rất phức tạp. H. 2.1-2 giới thiệu một ví dụ về đồ thị cơng thu
được khi dùng thiết bị ghi áp suất có độ nhạy cao. Tuy nhiên, sự dao động của áp suất
của MCCT trong quá trình nạp-xả có ảnh hưởng khơng đáng kể đến tổng diện tích đồ
thị cơng nên khi tính và vẽ chu trình, người ta thường qui ước áp suất của MCCT trong
thời gian diễn ra quá trình xả và nạp là không đổi (H. 2.1-1b và H. 2.1-1c).

H. 2.1-2. Áp suất của MCCT trong quá trình nạp-xả
được đo bằng thiết bị có độ nhạy cao
1) Áp suất khí nạp (pk )
Áp suất khí nạp (pk) là áp suất được xác định tại khơng gian chứa khí nạp trước
khi vào khơng gian công tác của xylanh (trước xupáp nạp đối với động cơ 4 kỳ hoặc
trước cửa nạp đối với động cơ 2 kỳ).
2) Áp suất sau máy nén (ps )
Áp suất sau máy nén (ps) được quyết định bởi phương pháp tăng áp và mức độ
cường hoá động cơ.

ps = pk + ∆pm

(2.1-1)

trong đó : ∆pm - tổn thất áp suất do lực cản của thiết bị làm mát khí tăng áp,


3) Nhiệt độ khí nạp (Tk )
Nhiệt độ khí nạp (Tk) là nhiệt độ được xác định tại không gian chứa khí nạp
trước khi vào khơng gian cơng tác của xylanh.

p 
Tk = T0 ⋅  s 
 p0 

m −1
m

(2.2-2)

− ∆Tm

trong đó : po - áp suất khí quyển; T0 - nhiệt độ khí quyển; ps - áp suất khí nạp sau máy
nén; m - chỉ số nén đa biến ; ∆Tm - mức độ làm mát khí tăng áp.
Chỉ số nén đa biến trong máy nén tăng áp (m) phụ thuộc vào loại máy nén. Mức
hạ nhiệt độ khi qua thiết bị làm mát khí tăng áp (∆Tm) phụ thuộc vào mức độ tăng áp,
thiết bị và phương pháp làm mát khí tăng áp.
∆Tm = 250 ÷ 500C
m = 1,45 ÷ 1,60
- Máy nén piston
m = 1,65 ÷ 1,80
- Máy nén roto
m = 1,45 ÷ 1,80
- Máy nén ly tâm
Bảng 2.1-1. Áp suất khí nạp ở ĐCĐT

Động cơ thấp tốc, cơng suất lớn

Áp suất khí nạp (pk)
Tăng áp truyền
Tăng áp bằng

động cơ khí
turbine khí thải
(1,1 ÷ 1,2) p0
(1,3 ÷ 1,7) p0

Động cơ có cơng suất và tốc độ trung bình

(1,2 ÷ 1,4) p0

(1,5 ÷ 3,0) p0

Động cơ ơtơ, máy kéo

(1,2 ÷ 1,5) p0

(1,5 ÷ 1,7) p0

Loại động cơ

Động cơ cường hoá cao

→ 5,0 p0

4) Áp suất cuối quá trình nạp (pa )
Áp suất cuối quá trình nạp (pa) là một trong những thông số liên quan trực tiếp
đến lượng khí mới được nạp vào khơng gian cơng tác của xylanh trong mỗi chu trình,
từ đó quyết định cơng suất mà động cơ có thể phát ra. Để hiểu rõ hơn ảnh hưởng của
các yếu tố khác nhau đến pa , chúng ta viết phương trình Bernoullie cho dịng khí nạp
tại các vị trí trước và sau cửa nạp như sau :
2

pk
wk2
pa
wn2
2 wn
+ g ⋅ Hk +
=
+ βn ⋅
+ ξn ⋅
+ g ⋅ Ha
ρk
2
ρa
2
2

(2.2-3)

trong đó : pk , pa - áp suất của khí nạp trước cửa nạp và áp suất trong xylanh; H k , Ha độ cao của cửa nạp và độ cao của không gian công tác tại vị trí đang xét; ρa - mật độ
của khí nạp trong xylanh; wk - vận tốc của khí nạp trước cửa nạp; w n - vận tốc trung


bình của khí nạp tại cửa nạp; βn - hệ số tính đến ảnh hưởng của tiết diện lưu thơng
của cửa nạp; ξn - hệ số cản của đường ống nạp.
Có thể xem Hk ≈ Ha , ρk ≈ ρa và wk << wn , từ biểu thức (2.2-3) ta có :

(

)

∆pa = pk − pa = βn2 + ξn ⋅

ρk
⋅ wn2
2

(2.2-4)

Từ phương trình liên tục của dịng khí nạp ta có :

wn = Cm ⋅

AP S ⋅ n AP
=
⋅
An
30 An

(2.2-5)

trong đó : Cm - vận tốc trung bình của piston, [m/s]; A p - tiết điện đỉnh piston, [m 2];
An - tiết diện lưu thông của cửa nạp, [m 2]; S - hành trình của piston, [m]; n - tốc
độ quay của động cơ, [rpm].
Kết hợp (2.2-4) và (2.2-5) ta có :

ρ
∆pa = ( β + ξn ) ⋅ k
2
2
n

 S ⋅ Ap
⋅ 
 30

2

 n2
n2
 ⋅ 2 = K n ⋅ 2
An
 An

(2.2-6)

Từ biểu thức (2.2-6) ta thấy, để giảm tổn thất áp suất trên đường ống nạp, qua
đó tăng áp suất của khí nạp trong khơng gian cơng tác của xylanh, có thể áp dụng các
biện pháp sau :
- Giảm sức cản của hệ thống nạp bằng cách tạo đường ống nạp có tiết diện lưu
thơng lớn và hình dạng khí động tốt.
- Tăng đường kính của xupap nạp hoặc dùng nhiều xupap.
Trị số của áp suất cuối quá trình nạp nằm trong phạm vi như sau [1] :
pa = (0,80 ÷ 0,90) pk
- Động cơ 4 kỳ khơng tăng áp
pa = (0,90 ÷ 0,96) pk
- Động cơ 4 kỳ tăng áp
pa = (0,85 ÷ 1,05) pk
- Động cơ 2 kỳ
5) Áp suất (pr ) và nhiệt độ khí sót (Tr )
Áp suất khí sót (pr) và Nhiệt độ khí sót (Tr) là áp suất và nhiệt độ của khí sót

trong khơng gian cơng tác của xylanh tại thời điểm cuối q trình xả.
Áp suất khí sót lớn hơn áp suất trong đường ống xả do sức cản khí động của
cửa xả, ống xả, bình tiêu âm và thiết bị tận dụng nhiệt khí thải.Tương tự như đối với áp
suất cuối quá trình nạp (pa), áp suất khí sót (pr) có thể được thể hiện như sau :

n2
pr = p x + ∆pr = p x + K x ⋅ 2
Ax

(2.2-7)

trong đó : px - áp suất trong đường ống xả; ∆px - kháng áp trong hệ thống xả; n - tốc
độ quay của động cơ ; Ax - tiết diện lưu thông của cửa xả ; Kx - hệ số.
Nhiệt độ khí sót (Tr) phụ thuộc chủ yếu vào hệ số dư lượng khơng khí, tỷ số nén
và cường độ trao đổi nhiệt giữa MCCT với vách xylanh trong quá trình dãn nở và xả.


Trị số của pr và Tr nằm trong phạm vi sau :
pr = (1,03 ÷ 1,06) p0
- Động cơ thấp tốc
pr = (1,05 ÷ 1,10) p0
- Động cơ cao tốc
Tr = 700 ÷ 900 K
- Động cơ diesel
Tr = 900 ÷ 1000 K
- Động cơ xăng
Tr = 750 ÷ 1000 K
- Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí.

6) Nhiệt độ cuối quá trình nạp (Ta )

MCCT cuối quá trình nạp bao gồm khí mới và khí sót. Nhiệt độ của MCCT
cuối quá trình nạp (Ta) lớn hơn nhiệt độ của khí nạp (T k) do nhận nhiệt từ các bề mặt
nóng (vách ống nạp, bề mặt xupap nạp, vách xylanh) và hồ trộn với khí sót có nhiệt
độ cao hơn. Có thể xác định Ta từ phương trình cân bằng nhiệt của khí mới và khí sót
tại những thời điểm trước và sau khi hoà trộn, với giả định rằng q trình hồ trộn diễn
ra trong điều kiện pa = const và nhiệt độ khí sót (Tr) khơng đổi khi khí sót dãn nở từ áp
suất pr xuống pa , như sau :

m1 ⋅ c p ⋅ ( Tk + ∆ Tk ) + mr ⋅ c 'p' ⋅ Tr = ( m1 + mr ) ⋅ c 'p ⋅ Ta

(2.2-8)

trong đó : m1 - lượng khí mới ; mr - lượng khí sót ; c P - nhiệt dung riêng đẳng áp của
khí mới ; c''P - nhiệt dung riêng đẳng áp của khí sót ; c 'P - nhiệt dung riêng đẳng áp
của hỗn hợp khí cơng tác cuối quá trình nạp ; ∆Tk - mức độ sấy nóng khí mới.
Mức độ sấy nóng khí mới (∆Tk) phụ thuộc vào nhiệt độ của các bề mặt tiếp xúc,
vận tốc của dịng khí nạp, thời gian diễn ra q trình nạp, v.v. ∆Tk ở động cơ xăng
thường thấp hơn ở động cơ diesel do một phần nhiệt truyền từ bề mặt nóng được sử
dụng để hố hơi các hạt xăng trong quá trình nạp.
Trị số của cP , c''P và c'P phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần của khí mới, khí
sót và hỗn hợp khí mới-khí sót. Nhiệt độ và thành phần của khí mới và hỗn hợp khí
mới - khí sót khác nhau khơng nhiều nên có thể xem cP = c'P ; cịn c''P = λ1. cP , trong
đó λ1 là hệ số hiệu đính nhiệt dung riêng. λ1 phụ thuộc vào hệ số dư lượng khơng khí
(λ) và nhiệt độ khí sót (Tr).
Chia cả 2 vế phương trình (2.2-8) cho m 1 và thay C'p = Cp , C''p = λ1. Cp, m1/mr
= γ r , sau khi biến đổi ta có :

Ta =

Tk + ∆Tk + λ1 ⋅ γ r ⋅ Tr

1+ γ r

Trị số của ∆Tk , λ1 và Ta nằm trong phạm vi sau :
∆Tk = 20 ÷ 40 0C
- Động cơ diesel
0
∆Tk = 0 ÷ 20 C
- Động cơ xăng

(2.2-9)


λ1 = 1,5 ÷ 1,8
λ1 = 1,11 ÷ 1,17
Ta = 310 ÷ 350 K
Ta = 320 ÷ 400 K

- Động cơ diesel
- Động cơ xăng
- Động cơ 4 kỳ không tăng áp
- Động cơ 4 kỳ tăng áp và 2 kỳ.

7) Hệ số khí sót ( γ r )
Hệ số khí sót (γ r) là đại lượng được xác định bằng tỷ số giữa lượng khí sót (m r)
và lượng khí mới được nạp vào khơng gian cơng tác của xylanh (m 1) :
m
γr = r
(2.2-10)
m1
Hệ số khí sót là đại lượng đánh giá lượng khí thải cịn sót lại trong khơng gian

cơng tác sau mỗi chu trình, tức là đánh giá chất lượng q trình xả.
Hệ số khí sót phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp nạp-xả và có trị số nằm trong
phạm vi sau :
γ r = 0,01 ÷ 0,03
- Động cơ 4 kỳ
γ r = 0,03 ÷ 0,06
- Động cơ 2 kỳ quét thẳng
γ r = 0,06 ÷ 0,20
- Động cơ 2 kỳ qt vịng có máy nén riêng
γ r = 0,25 ÷ 0,40
- Động cơ 2 kỳ dùng hộp cacte làm máy nén.
8) Hệ số nạp (η v )
Hệ số nạp (ηv) được xác định bằng tỷ số giữa lượng khí mới thực tế được nạp
vào xylanh trong một chu trình (m1) và lượng khí mới so sánh chứa đầy dung tích cơng
tác của xylanh ở điều kiện áp suất và nhiệt độ trước cửa nạp (m s) :

ηv =

m1
ms

(2.2-11)

Lượng khí mới so sánh (m s) có thể xác định được theo phương trình trạng thái
tại cửa nạp :

ms =

p k ⋅ Vs
Rk ⋅ Tk

(2.2-12)

Lượng khí mới thực tế m 1 bao gồm :
- Lượng khí mới có trong xylanh tại thời điểm cuối hành trình nạp (m' a),
- Lượng khí mới được nạp thêm .
Lượng hỗn hợp khí cơng tác tại thời điểm cuối hành trình nạp ( m a) bằng tổng
lượng khí mới cuối hành trình nạp ( m' a) và với lượng khí sót (m r). Phương trình trạng
thái tại thời điểm cuối hành trình nạp có dạng như sau :

ma = ma' + mr =

pa ⋅ Va
Ra ⋅ Ta

(2.2-13)