Đồ án tính toán động cơ đốt trong 1

Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh
Khoa Kỹ Thuật Giao Thông
   

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

GVHD: Hồ Phi Long
SVTH: Nguyễn Ngọc Trung
MSSV: G0702675

Năm học 2010 - 2011


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU...................................................................................................6
Vì đây là lần đầu tiên thực hiện một đồ án chuyên ngành về động cơ đốt
trong nên không tránh khỏi những sai xót,em kính mong q Thầy (Cơ)
góp ý và chỉ ra những thiếu xót, khuyết điểm của em trong Đồ án này, để
em có thể rút kinh nghiệm và cố gắng hoàn thiện tốt hơn kiến thức chuyên
ngành của mình . Em xin chân thành cám ơn quý thầy cơ !.........................7
THƠNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ..........................................................................8
SAU KHI TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ..........................................................8
PHẦN 1 :..........................................................................................................13
TÍNH TỐN NHIỆT.......................................................................................13
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG...............................................................................13
PHẦN 2:...........................................................................................................27
BẢN VẼ ĐỒ THỊ.............................................................................................27
PHẦN 3:...........................................................................................................32

TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC....................................................................32
Đường kính pit-tông : D = 87 (mm)...............................................................55
chiều dày đỉnh pit-tông : = 8,7÷17,4→ = 9,2 (mm).......................................55
Khoảng cách c từ đỉnh đến xécmăng thứ nhất :...........................................55
c =12 ÷ 28 (mm)→ c = 15 (mm).....................................................................56
Chiều dày s của phần đầu : s = 4,35 ÷ 8,7 (mm) → 7,5 (mm)......................56
Chiều cao H của pit-tơng : H = 87 ÷ 139,2→ 98 (mm).................................56
Vị trí của chốt pit-tơng (đến chân pit-tơng ):................................................56
H-h = 52,5 ÷ 69,6 →h= 51 (mm)....................................................................56
Đường kính chốt pit-tơng : dcp = 26,1 ÷ 39,15 → 26 (mm).........................56
Đường kính bệ chốt pit-tơng: db= 39 ÷ 48 → 34 (mm)................................56
Đường kính lỗ trên chốt : do= 18 ÷24 → 16 (mm)........................................56
Chiều dày phần thân: s1 = 2 ÷ 5 → 3(mm)...................................................56
Số séc-măng khí : 3..........................................................................................56
Chiều dày hướng kính t của sec-măng khí : t = 4,5 (mm)............................56
GVHD : HỒ PHI LONG

2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Chiều dày bờ rãnh séc-măng khí : a = 2,4 (mm)..........................................56
Chiều dày rãnh séc-măng khí : a1 = a = 2,5 (mm)........................................56
Số séc-măng dầu : 1.........................................................................................56
Chiều dày rãnh séc-măng dầu : a2 = 4 (mm)................................................56
Ứng suất kéo:...................................................................................................58
= ≤10 (MN/m2)................................................................................................58
Trong đó:..........................................................................................................58
PJ = mI-I.R.ω2.(1+λ)......................................................................................58

Bán kính quay vịng trục khuỷu R = 0,0461 (m)...........................................58
Thơng số kết cấu λ = 0,3.................................................................................58
Vận tốc góc của trục khuỷu ω = = 293,22.....................................................58
mI-I = (0,4÷ 0,6).mn = 339,128 ÷ 508,692 (Kg).............................................58
Ứng suất nén:...................................................................................................59
...........................................................................................................................59
c. Tính thân pit-tơng:......................................................................................59
...........................................................................................................................60
d.Bệ chốt :.........................................................................................................60
Áp suất nén trên bệ chốt :...............................................................................60
...........................................................................................................................60
Như vậy :..........................................................................................................60
Trong quá trình làn việc, chốt pit-tơng chịu lực khí thể và lực qn tính
rất lớn. Mà chốt pit-tơng lại khó chuyển động xoay trịn trong bệ chốt nên
khó bơi trơn. Ma sát dưới dạng nửa ướt, chốt pit-tơng dễ bị mịn.............61
a.Ứng suất uốn:................................................................................................61
Nếu coi lực tác dụng phân bố theo sơ đồ sau:...............................................61
Thì ứng suất uốn tính như sau : coi lực Pz/2 tác dụng ở điểm cách đầu mút
chốt pit-tông một khoảng 2/3l1 (l1 chiều dài làm việc của bệ chốt), ứng
suất uốn chốt xác định như sau:.....................................................................61
...........................................................................................................................61
...........................................................................................................................61
GVHD : HỒ PHI LONG

3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

b.Ứng suất cắt:.................................................................................................61

...........................................................................................................................62
Thỏa điều kiện ứng suất cho phép của piston làm bằng hơp kim đặc biệt
...........................................................................................................................62
c. Ứng suất tiếp xúc:........................................................................................62
...........................................................................................................................62
Đối với chốt lắp tự do nhưng vì động cơ hiện nay nên:...............................62
...........................................................................................................................62
d.Ứng suất biến dạng:.....................................................................................62
Độ biến dạng trên tiết diện ngang :................................................................62
...........................................................................................................................62
Tại điểm 1 trên mặt ngoài (ϕ = 0o) ứng suất kéo:........................................63
...........................................................................................................................63
Tại điểm 2 trên mặt ngoài (ϕ = 0o) ứng suất nén:........................................63
...........................................................................................................................63
Tại điểm 3 trên mặt trong (ϕ = 90o) ứng suất nén:......................................63
...........................................................................................................................63
Tại điểm 4 trên mặt trong (ϕ = 90o) ứng suất kéo:......................................63
...........................................................................................................................64
1.Điều kiện làm việc :......................................................................................64
Séc-măng làm việc trong điều kiện xấu : chịu nhiệt độ cao, áp suất va đập
lớn, ma sát mài mòn nhiều và chịu ăn mịn hóa học của khí cháy và dầu
nhờn..................................................................................................................64
2.Vật liệu chế tạo :...........................................................................................64
Hầu hết ngày nay các nước cũng như nước ta đều dùng gang xám hợp kim
để chế tạo séc-măng.........................................................................................64
3.Tính tốn bền séc-măng: (khơng đẳng áp).................................................64
Chọn :...............................................................................................................64
Tỉ số...................................................................................................................64
Độ mở :.............................................................................................................64
GVHD : HỒ PHI LONG

4


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

=> A= 3.t = 3.3,2 10(mm)................................................................................64
a.Ứng suất uốn séc-măng không đẳng áp khi séc-măng làm việc (ứng suất
cơng tác) tính theo cơng thức sau:..................................................................64
...........................................................................................................................65
b.Ứng suất lắp ghép :......................................................................................65
...........................................................................................................................65
c.Áp suất bình quân trên bề mặt séc-măng:.................................................65
e.Các khe hở :...................................................................................................66
Mặt đáy:...........................................................................................................66
Séc-măng khí thứ nhất: =0,2(mm).................................................................66
Séc-măng khí thứ hai: =0,1(mm)....................................................................66
Séc-măng khí thứ ba: =0,1(mm).....................................................................66
Séc-măng dầu: =0,05(mm)..............................................................................66
Mặt bụng (hướng kính)...................................................................................66
Đối với séc-măng khí chọn =0,5(mm)............................................................66
Đối với séc-măng dầu chọn =1(mm)..............................................................66
Khe hở phần miệng f0:....................................................................................66
Séc-măng thứ nhất: f0 = 0,005D = 0,397(mm)..............................................66
Séc-măng thứ hai: f0 = 0,004D = 0,318(mm).................................................66
Séc-măng thứ ba: f0 = 0,003D = 0,31 (mm)...................................................66
PHẦN 7 :........................................................................................................106
QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA............................................106
I.----------------------------------------------- Tháo nhóm pit-tơng, séc-măng, thanh truyền
----------------------------------------------------------------------------------------------------110

II.--------------------Kiểm tra tình trạng kỹ thuật nhóm pit-tơng, séc-măng, thanh truyền
----------------------------------------------------------------------------------------------------115
III.-----------------------------------------Sửa chữa nhóm pit-tơng, séc-măng, thanh truyền
----------------------------------------------------------------------------------------------------149
IV.---------------------------------------------------------Tháo lắp nhóm trục khuỷu, bánh đà
----------------------------------------------------------------------------------------------------152
V.--------------------------------------------Kiểm tra – Sửa chữa nhóm trục khuỷu, bánh đà
----------------------------------------------------------------------------------------------------156

GVHD : HỒ PHI LONG

5


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

LỜI NĨI ĐẦU
Trong xã hội hiện đại công nghiệp ngày nay, không ai có thể phủ nhận vai trị quan trọng
của động cơ đốt trong. Động cơ đốt trong xuất hiện trên nhiều lĩnh vực thiết yếu của cuộc sống
như: sản xuất công nghiệp, nông nghiệp hay giao thông vận tải. Ở các nước có nền cơng nghiệp
phát triển song đều có một nền công nghiệp sản xuất, chế tạo động cơ tiên tiến, không những để
đáp ứng nhu cầu trong nước mà còn để xuất khẩu .

GVHD : HỒ PHI LONG

6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Việt Nam có nền khoa học cơng nghệ cịn lạc hậu, chưa thể tự sản xuất được những động
cơ tốt, công suất lớn nhưng khơng vì thế mà chúng ta xem nhẹ việc phát triển ngành công nghiệp
chế tạo động cơ đốt trong. Hiện nay, nhờ sự tập trung nghiên cứu cũng như chuyển giao cơng
nghệ, chúng ta đã có thể sản xuất được các động cơ diesel cỡ nhỏ và trong tương lai sẽ ngày càng
hồn thiện hơn .
Trong chương trình đào tạo kỹ sư ô tô của khoa Kỹ Thuật Giao Thông, trường Đại học
Bách Khoa TP HCM, đồ án môn học Thiết kế động cơ đốt trong là một môn học tối quan trọng,
nhằm trang bị cho sinh viên về phương pháp luận để thiết kế động cơ đốt trong cũng như những
hiểu biết sâu sắc về kết cấu và tính tốn thiết kế động cơ . Để giúp sinh viên nắm vững những lý
thuyết đã học cũng như để làm quen với trình tự thiết kế động cơ theo như thực tế ở bên ngồi, vì
vậy bộ mơn ơ tô đã đưa vào môn học Đồ án thiết kế động cơ đốt trong này .
Vì đây là lần đầu tiên thực hiện một đồ án chuyên ngành về động cơ đốt trong nên khơng
tránh khỏi những sai xót,em kính mong q Thầy (Cơ) góp ý và chỉ ra những thiếu xót,
khuyết điểm của em trong Đồ án này, để em có thể rút kinh nghiệm và cố gắng hồn thiện tốt
hơn kiến thức chuyên ngành của mình . Em xin chân thành cám ơn quý thầy cô !

GVHD : HỒ PHI LONG

7


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

THƠNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ
SAU KHI TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
I. Tính tốn nhiệt động cơ đốt trong :

α = 1,6

Thông số

Tz
Tb
Po
Pa
Pr
Pc
λp

Đơn vị
K
K
MPa
MPa
MPa
MPa

α = 1,6

2800
26,1
18
92,2
86,8
302
15

TT
19
20
21

22
23
24
25

λ1

1,02

26

Pz

MPa

8,8748

9

λt

1,11

27

Pb

MPa

0,2728

10

ϕd

0,95

28

Pi(ttế)

MPa

0,7589

11

γr

0,03

29

Pm

MPa

0,07589

12

ηv

0,8118

30

MPa

0,683

13

ξb

0,85

31

Pe
ηm

%

90

14

n1

1,3684

32

ηe

%

39,3

15

n2

1,2487

33

gi

g/kW.h

193,8

16

Tr (tính tóan)

K

743

34

ge

g/kW.h

215,38

17

Ta

K

331,5

35

Ne

kW

26,10426

K

961,45

TT
1
2
3
4
5
6
7

Thơng số
ne
Ne

Đơn vị
v/ph
kW

S
D
To

mm
mm
K
K

8

ε

∆T

Tc
18
II. Hệ thống phát lực :

2063
1005
0,1
0,085
0.11
4,4374
2

1. Pit-tông :

GVHD : HỒ PHI LONG

8


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

STT
Thơng số
Đơn vị
1
Đường kính pit-tơng (D)
mm
2

Chiếu dày đỉnh pit-tơng ( δ )
mm
3 Khoảng cách c từ đỉnh đến séc-măng thứ nhất (c)
mm
4
Chiều dày của phần đầu (s)
mm
5
Chiều cao của pit-tơng (H)
mm
6
Vị trí của chốt pit-tơng (H-h)
mm
7
Đường kính chốt pit-tơng (dcp)
mm
8
Đường kính bệ chốt pit-tơng (db)
mm
9
Đường kính lỗ trên chốt pit-tơng (do)
mm
10
Chiều dày phần thân (s1)
mm
11
Số séc-măng khí
mm
12
Chiều dày hướng kính t của séc-măng khí (t)

mm
13
Chiều dày bờ rãnh séc-măng khí (a)
mm
14
Chiều dày rãnh séc-măng khí (a1)
mm
15
Số sec-măng dầu
mm
16
Chiều dày rãnh sec-măng dầu (a2)
mm
2. Thanh truyền :

GVHD : HỒ PHI LONG

Số liệu
87
9,2
15
7,5
98
51
26
34
16
3
3
4,5

2,4
2,5
1
4

9


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

STT
Thơng số
Đơn vị
1
Đường kính trong bạc lót đầu nhỏ thanh truyền (do)
mm
2
Đường kính trong đầu nhỏ thanh truyền (d1)
mm
3
Đường kính ngồi đầu nhỏ thanh truyền (d2)
mm
4
Đường kính trong bạc lót đầu to thanh truyền (Do)
mm
5
Đường kính trong đầu to thanh truyền (D1)
mm
6
Đường kính ngoài đầu to thanh truyền (D2)

mm
7
Bề rộng bao của thanh truyền (l1)
mm
8
Khoảng cách tâm bulong thanh truyền (l2)
mm
9
Bề dày đầu to thanh truyền (C)
mm
10
Bề dày đầu nhỏ thanh truyền (ld)
mm
11 Khoảng cách 2 mép ngoài của thân thanh truyền (H)
mm
12 Khoảng cách 2 mép trong của thân thanh truyền (h)
mm
13
Chiều dày thân thanh truyền (a)
mm
14
Chiều dày bao thân thanh truyền (B)
mm
15
Bề dày mép cạnh thanh truyền (ts)
mm
16 Khoảng cách 2 tâm đầu nhỏ và đầu to thanh truyền (l)
mm

Số liệu

26
31
39
51
55
63
67
83
45
34
27,7
15,26
10
22
6
17077

3. Trục khuỷu :
GVHD : HỒ PHI LONG

10


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

STT
1
2
3
4

5
6
7
8
9
10

Thơng số
Đường kính ngoài chốt khuỷu (dch)
Chiều dài chốt khuỷu (lch)
Chiều rộng má khuỷu (h)
Chiều dày má khuỷu (b)
Độ trùng điệp ( ε )
Khối lượng má khuỷu (mmk)
Khối lượng đối trọng (mđt)
Đường kính ngoài cổ trục khuỷu (dct)
Chiều dài cổ trục khuỷu (lct)
Vận tốc gốc ( ω )
0

GVHD : HỒ PHI LONG

Đơn vị
mm
mm
mm
mm
mm
kg
kg

mm
mm
rad/s

Số liệu
51
45
100
20
9,4
0,537
0,525
60
30
293,21

11


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

III.Hệ thống phân phối khí :
1. Xu-páp :
STT
Thơng số
1
Đường kính mặt nấm xupáp
2
Đường kính họng đế xupáp
3

Đường kính thân xupáp
4
Chiều dài xupáp
5
Góc mặt côn xupáp
6
Chiều rộng b của mặt côn trên xupap
7
Fmax tác dụng lên xupáp
8
Khoảng cách giữa hai đường tâm xupáp

Đơn vị
mm
mm
mm
mm
độ
mm
N
mm

Xupáp nạp Xupáp thải
36
34
31
29
10
10
100

100
0
30
450
2,5
2,5
112
248
110

2. Trục cam :
STT
1
2
3
4
5
6
7

Thơng số
Góc lệch giữa 2 đỉnh cam
Vịng chuẩn (R1)
Góc làm việc của cam
Vịng đỉnh cam (r)
Chiều cao nâng cam (h)
D
Bán kính cong (đ)

Đơn vị

độ
mm
độ
mm
mm
mm
mm

Cam nạp Cam thải
1050
12
12
1250
1300
3
4
7
7
16
15
66,28
60,47

3. Lị xo :
STT
1
2
3
4
5

6
7
8

Thơng số
Đường kính dây lị xo (d)
Số vịng làm việc (n)
Số vịng lị xo (no)
Đường kính trung bình của lị xo (D)
Đường kính ngồi của lị xo (Dng)
Bước của lò xo (p)
Chiều cao ban đầu của lò xo (Ho)
Độ cứng (k)

GVHD : HỒ PHI LONG

Đơn vị
mm
vòng
vòng
mm
mm
mm
mm
N/mm

Số liệu
4
4
7

28
32
6,66
38,64
30

12


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

PHẦN 1 :
TÍNH TOÁN NHIỆT
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

GVHD : HỒ PHI LONG

13


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I. Giới thiệu :
Tính tốn nhiệt đơng cơ đốt trong (ĐCĐT) chủ yếu là xây dựng trên lý thuyết đồ thị
công chỉ thị của một động cơ cần được thiết kế thông qua việc tính tốn các thơng số nhiệt
đơng học của chu trình cơng tác trong động cơ gồm các q trình : Nạp – Nén – Cháy – Dãn
nở
II. Các thông số cho trước của động cơ :
Trường hợp thiết kế mới động cơ :
1. Loại động cơ :

Diesel DI / 3 xylanh / Áp suất phun 175-220 bar
2. Công suất :
Ne/ nN = 26,1 / 2800 [kW/ v/p]
3. Số vòng quay :
nmax = 2800 [v/p]
4. Tỷ số nén :
ε = 18
5. Các thông số kết cấu :
Tỷ số S / D = 92,4 / 87 [mm x mm]
Suy ra : Dung tích xylanh V = 1647 [cm3]

III. Chọn các thơng số cho tính tốn nhiệt :
1. Áp suất khơng khí nạp (po) :
Áp suất khơng khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển :

po

=

0,1

2

[MN/m ]
2. Nhiệt độ khơng khí nạp mới (T0) :
Nước ta khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là tkk = 29 oC
Do đó: To = (tkk + 273)K = 29 + 273 = 302 K

GVHD : HỒ PHI LONG

14


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp (pk) :
Động cơ bốn kỳ không tăng áp: pk = po = 0,1 [MN/m2]
4. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (Tk) :
Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp Tk = To = 302 K
5. Áp suất cuối quá trình nạp (pa) :
Đối với động cơ không tăng áp, áp suất cuối quá trình nạp thường nhỏ hơn áp suất
khí quyển, do có tổn thất trên ống nạp và bầu lọc gây nên :
pa = 0,85.po = 0,85 . 0,1=0,085 [MN/m2]
6. Chọn áp suất khí sót (pr) :
Đối với động cơ xăng chọn pr = 0,11 [MN/m2]
7. Nhiệt độ khí sót (Tr) :
Động cơ xăng chọn: Tr = 800 K
8. Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (∆ T) :
Chọn ∆T = 15 oC
9. Chọn hệ số nạp thêm λ 1 :
Hệ số nạp thêm λ1 biểu thị sự tương quan lượng tương đối của hỗn hợp khí cơng tác
sau khi nạp thêm so với lượng khí cơng tác chiếm chỗ thể tích Va.
Chọn :

λ1 = 1.02

10. Chọn hệ số quét buồng cháy λ 2 :
Động cơ khơng tăng áp do khơng có quét buồng cháy nên chọn λ2 = 1
11. Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t :
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí

sót Tr
Đối với động cơ Diesel α = 1,42 – 1,75 ta chọn λt =1,11

12. Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm Z (ξ Z) :
GVHD : HỒ PHI LONG

15


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Là thơng số số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỷ lệ lượng
nhiên liệu đã cháy tại điểm Z.
Căn cứ theo bảng 1.7 chọn ξZ = 0,70
13. Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm b (ξ b) :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Khi tốc độ động cơ
càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến nhỏ.
Căn cứ theo bảng 1.8 chọn ξb = 0,85
14. Chọn hệ số dư lượng khơng khí α :
Lượng khơng khí đi vào xy lanh M1 có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn Mo
α = M1/Mo
Trong đó: M1 - lương khơng khí thực tế nạp vào xylanh
Mo - lượng khơng khí lý thuyết cần thiết đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên
liệu
Theo đề bài : α = 1,42 – 1,75
15. Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (ϕd) :
Hệ số điền đây đồ thị cơng đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị cơng thực
tế so với đồ thị cơng tính toán
Theo bảng 1.10 chọn ϕd = 0,95
16. Chọn tỷ số tăng áp :

Là tỷ số giữa áp suất hỗn hợp khí trong xylanh ở cuối q trình cháy và q trình
nén:
λp =

Trong đó:

pz
pc

pz - áp suất cuối q trình cháy
pc - áp suất cuối quá trình nén

Động cơ xăng chọn λ p = 2 (*)

GVHD : HỒ PHI LONG

16


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

IV. Tính tốn nhiệt động cơ đốt trong :
1. Quá trình nạp :
-

Hệ số nạp (ηv) :
1


 pr  m 

pa 
1
Tk
ηv =
.
ελ1 − λ t λ 2  ÷
ε − 1 TK + ∆T p k 
 p a  



1


1
302
0, 085 
 0,11 1.5 
=
×
×
× 18 × 1, 02 − 1,11×1× 
÷ = 0,8118
18 − 1 302 + 15 0,1 
 0, 085  



Trong đó: m = 1,5 - là chỉ số đa biến trung bình của khơng khí
-

Hệ số khí sót (γ r) :
γr =

-

λ2
P T
1
0,11 302
. r. k =
×
×
= 0.03
( ε − 1) ηV Pk Tr ( 18 − 1) × 0,8118 0,1 800

Nhiệt độ cuối q trình nạp ( Ta) :
m −1

1,5 −1

P  m
 0, 085  1,5
Tk + ∆T + λt γ rTr  a ÷
302 + 15 + 1,11× 0, 03 × 800 × 
÷
 Pr 
 0,11 
Ta =
=

= 331,5 K
1+ γ r
1 + 0, 03

2. Quá trình nén :
-

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới
mcv = 19,806 +

-

0, 00419.T
= 19,806 + 0, 002095.T ( kJ / Kmol.K )
2

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy
"
1, 634  1 
184, 36  −5

mcv = 19,806 +
.10 .T
÷+  427,38 +
2  2
α ÷


= 20, 623 + 0, 002713 × T ( kJ / Kmol.K )

-

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén
mcγv +mcr
mc =
1γ+ r
'
v

-

"
v

b
= 19,8298 + 0, 002113 × T = av' + .T ( kJ / kmol.K )
2

Xác định chỉ số nén đa biến trung bình n1 :

GVHD : HỒ PHI LONG

17


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
n1 − 1 =

8,314
b

a 'v + Tε
a (
2

n1 −1

1+

)

=

8,314
19,8298+0,002113 × 331,5 × ( 18n1 −1 + 1)

Bằng cách thay dần các giá trị n1 vào hai vế của phương trình trên đến
khi cân bằng nhau ta được giá trị : n1 = 1,3684
-

Áp suất quá trình nén pc :
Pc = Paε n1 = 0, 085 × 181,3684 = 4, 4374 ( MPa )

-

Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc :
Tc = Taε n1 −1 = 331,5 × 18(1,3684−1) = 961, 45K

3. Q trình cháy :
-

Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu xăng
Mo =

-

1 C H O
1  0,87 0,126 0, 004
ì + ữ=
ì
+

ữ=0,4946 [kmol kk/kg nl]
0,21  12 4 32  0, 21  12
4
32 

Lượng khí nạp mới thực tế vào xylanh

M 1 = α × M 0 = 1, 6 × 0, 4946 = 0, 7913 [kmol kk/kg nl]
-

Lượng sản vật cháy
M2 =

-

Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết
β0 =

-

M 2 0,8229
=
= 1,0399
M 1 0, 7913

Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế
β=

-

O H
0, 004 0,126
+ + α .M 0 =
+
+ 1, 6 × 0, 4946 = 0,8229 [kmol kk/kg nl]
32 4
32
4

β −1
M 2 + M r β0 + γ r
1,0399 − 1
=
= 1+ 0
= 1+
= 1, 0387
M1 + M r
1+ γ r
1+ γ r

1 + 0,03

Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm βz

GVHD : HỒ PHI LONG

18


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

βz = 1+

β0 −1
1,0399 − 1 0, 7
× xz = 1 +
×
= 1, 0319
1+ γ r
1 + 0,03 0,85
xz =

Với xz là phần nhiên liệu đã cháy tại điểm z :
-

ξz
0,7
=
ξ b 0,85

Tổn thất nhệt lượng cháy khơng hồn tồn ∆QH

∆ QH = 0
-

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của mơi chất tại điêm Z

γ 
M 2  x z + r ÷mc′v + M1 ( 1 − x z ) mc v
βo 
''
b

mc vz =
= 19,8258 + 0, 00211× T = avz' + z .T
2

γ 
M 2  x z + r ÷+ M1 ( 1 − x z )
βo 


-

Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz

(

)

''
ξ z .QH


+  mc′vc + 8,314 ì p ữ.T
+8,314
T *z (
vz
c = mc
z
M1 (1γ+ ) r 


)

với : QH = 42530 (kJ/kg)
Thế mc′vc , mc vz vào công thức (*) sẽ đưa đến một phương trình bậc 2:
"

0, 002799 × Tz2 + 29,86 × Tz − 75353 = 0

Giải phương trình đó và chọn nghiệm dương là giá trị Tz = 2063 oK
-

Áp suất cuối quá trình cháy
pz = λ p . pc = 2 × 4, 4374 = 8,8748 MN/m2

4. Q trình giãn nở :
-

Tỷ số giãn nở đầu
ρ=

-

β z Tz 1, 0319 2063
× =
×
= 1,107
λ p Tc
2
961, 45

Tỷ số giãn nở sau

GVHD : HỒ PHI LONG

19


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

δ=
-

ε
18
=
= 16, 26
ρ 1,107

Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2

Ở nhiệt độ từ 1200 – 2600 oK, sai khác của tỷ nhiệt khơng lớn lắm do đó ta có thể xem:
a’vb = a’vz ; bb = bz ; và β = βz ta có :
n2 −1 =

Tb =

8,314
(ξ b − ξ z )QH
b
+ a'vz + z (Tz + Tb )
M1 (1γ+ ) r (β Τz T− ) b
2

Tz
2063
= n 2 −1 ( Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở )
n 2 −1
ε
18

Giải hệ phương trình trên bằng cách thay dần từng cặp các giá trị n 2 và Tb
vào các phương trình giải bằng cách lặp lại nhiều lần, ta nhận được giá trị :
n2 = 1,2487
Tb = 1005K
-

Áp suất cuối quá trình dãn nở

Pb =

-

Pz
8,8748
=
= 0, 2728 MN/m2
n2
δ
16, 261,2487

Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr
m −1

1,5 −1

P  m
 0,11  1,5
Tr = Tb  r ÷ = 1005 
÷ = 743K
 0, 2728 
 Pb 

-

Sai số :
∆Tr
800 − 743
× 100% =

× 100% = 7, 67% < 10%
Tr
743

⇒ Kết quả nhận được cho thấy nhiệt độ khí sót chọn lúc ban đầu là chấp nhận

được.

5. Tính tốn các thơng số đặc trưng của chu trình :
-

Áp suất chỉ thị trung bình tính tốn pi′ :

GVHD : HỒ PHI LONG

20


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Pi ′ =

=

ρ .λ p .β 
Pc 
1 
1
1 

× λ p . ( ρ − 1) +

×  1 − n2 −1 ÷−
×  1 − n1 −1 ÷
ε −1 
n2 − 1  δ
 n1 − 1  ε


4.4374 
1,107 × 2 × 1, 0387 
1
1
1 


1−
−
×  1 − 1,3684−1 ÷
 2 × ( 1,107 − 1) +

1,2487 −1 ÷
18 − 1 
1, 2487 − 1

 16, 26
 1,3684 − 1  18

= 0,7989 MN/m2
-

Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi :

Pi = ϕd × Pi ' = 0,95 × 0, 7989 = 0, 7589 ( MN / m 2 )

-

Áp suất tổn thất cơ khí pm
Chọn hiệu suất tổn thất cơ giới η m = 0.9
Pm = (1 − η m ) Pi = (1 − 0,9) × 0, 7589 = 0, 07589 ( MN / m 2 )

-

Áp suất có ích trung bình pe
Pe = Pi − Pm = 0, 7589 − 0, 07589 = 0, 683 ( MN / m 2 )

-

Hiệu suất chỉ thị ηi : là tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu
được và nhiệt lượng mà nhiên liệu tỏa ra :
ηi = 8,314 ×

-

Hiệu suất có ích ηe
η e = 8.314 ×

-

M 1 × Pe × Tk
0, 7913 × 0,683 × 302
= 8.314 ×
= 0,393

QH × Pk ×η v
42530 × 0,1× 0,8118

Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi
gi =

-

M 1 × Pi × Tk
0, 7913 × 0, 7589 × 302
= 8,314 ×
= 0, 4367
QH × Pk ×ηv
42530 × 0,1× 0,8118

3600
3600
× 103 =
× 103 = 193,8
QH ×ηi
42530 × 0, 4367

[g/kW.h]

Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge
ge =

GVHD : HỒ PHI LONG

3600

3600
× 103 =
× 103 = 215,38
QH ×η e
42530 × 0,393

[g/kW.h]
21


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

6. Tính thơng số kết cấu của động cơ :
-

Tính thể tích cơng tác Vh
Thể tích cơng tác của một xylanh động cơ
Vh =

30 × τ × N e
30 × 4 × 26,1
=
= 546 ( cm3 )
Pe × ne × i 0, 683 × 2800 × 3

3
Thể tích của 3 xy-lanh : V = 546 × 3 = 1638 ( cm )

Sai số thể tích :

-

- số chu kỳ của động cơ

i=3

- số xylanh của động cơ

ne = 2800 v/p

- số vòng quay của động cơ

Ne = 26,1 kW

- công suất động cơ

pe = 0,683 MN/m2

- áp suất có ích trung bình

3

4 × Vh
4 × 546
=
= 86,8 ( mm )
 S  3 ì 92, 4
ì ữ
87
D

Hnh trỡnh piston
S=

-

Vi : = 4

Đường kính piston
D=

-

1647 − 1638
.100% = 0,55%
1638

S
92, 4
×D =
× 86,8 = 92, 2 ( mm )
D
87

Công suất động cơ :
Ne =

GVHD : HỒ PHI LONG

pe × n ×Vh × i 0, 683 × 2800 × 0,546 × 3

=
= 26,10426 ( kW )
30 ×τ
30 × 4

22


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

7. Bảng kết quả tính tốn :

α = 1,6

Thơng số
Tz
Tb
Po
Pa
Pr
Pc
λp

Đơn vị
K
K
MPa
MPa
MPa
MPa

α = 1,6

2800
26,1
18
92,2
86,8
302
15

TT
19
20
21
22
23
24
25

λ1

1,02

26

Pz

MPa

8,8748

9

λt

1,11

27

Pb

MPa

0,2728

10

ϕd

0,95

28

Pi(ttế)

MPa

0,7589

11

γr

0,03

29

Pm

MPa

0,07589

12

ηv

0,8118

30

MPa

0,683

13

ξb

0,85

31

Pe
ηm

%

90

14

n1

1,3684

32

ηe

%

39,3

15

n2

1,2487

33

gi

g/kW.h

193,8

16

Tr (tính tóan)

K

743

34

ge

g/kW.h

215,38

17

Ta

K

331,5

35

Ne

kW

26,10426

TT
1
2
3
4
5
6
7

Thơng số
ne
Ne

Đơn vị
v/ph
kW

S
D

To

mm
mm
K
K

8

18

ε

∆T

2063
1005
0,1
0,085
0.11
4,4374
2

Tc
K
961,45
8. Bảng so sánh chế độ làm việc tương ứng với hệ số dư lượng khơng khí α khác
nhau :
α

Ne

ge

Nuy_e

Tz

Pz

Tb

1,42

20,0736

245

0,346

2284

8,8

1240

1,5

26,0655

243

0,348

2235

8,8

1194

1,55

26,0896

241

0,351

2209

8,8

1170

1,6

26,0875

240

0,352

2182

8,8

1146

1,65

26,082

240

0,353

2156

8,8

1120

1,7

26,0635

238

0,355

2133

8,8

1098

1,75

26,0652

238

0,356

2110

8,8

1078

GVHD : HỒ PHI LONG

23


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Hình 1 : Sự thay đổi công suất theo hệ số dư lượng khơng khí α

Hình 2 : Biến thiên suất tiêu hao nhiên liệu theo hệ số dư lượng khơng khí

GVHD : HỒ PHI LONG

24


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Hình 3 : Thay đổi hiệu suất có ích theo hệ số dư lượng khơng

Hình 4 : Biến thiên nhiệt độ cuối q trình cháy Tz theo α
GVHD : HỒ PHI LONG

25