Luận văn
Đề tài: TÍNH TOÁN CHU
TRÌNH CÔNG TÁC CỦA
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1
NHẬN XÉT , ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN LỜI NÓI ĐẦU
2

5- Hành trình piston: S = 85 (mm)
6- Đường kính xilanh: D = 83 (mm)
7- Góc mở sớm xupáp nạp:
α
1
= 13
0
8- Góc đóng muộn của xupáp nạp:
α
2
= 47
0
9- Góc mở sớm xupáp xả:
β
1
= 48
0
10- Góc đóng muộn xupáp xả:
β
2
= 14
0
11- Góc phun sớm: φ
i
= 30º
12- Chiều dài thanh truyền: l
tt
= 135 (mm)
13- Công suất định mức: N
e

2. Nhiệt độ môi trường: T
k
4
Nhiệt độ môi trường được lựa chọn theo nhiệt độ bình quân của cả năm.
Với động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trưòng bằng nhiệt độ trước xupáp
nạp nên:
T
k
= T
0
= 24
0
C = (297
0
K)
3. Áp suất cuối quá trình nạp: p
a
Áp suất p
a
phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính
năng tốc độ , hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Vì vậy cần
xem xét động cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chon p
a.
Áp suất cuối quá trình nạp p
a
có thể chọn trong phạm vi:
P
a
= (0,8 ÷ 0,9).p
k

Nhiệt độ khí sót T
r
phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Nếu quá trình giản
nở càng triệt để thì nhiệt độ T
r
càng thấp. Thông thường ta có thể chon:
T
r
=700 ÷ 1000
0
K, chọn T
r
= 850
0
K
7. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:
t
λ
Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt được chọn theo hệ số dư lượng không khí
α
để
hiệu đính. Thông thường có thể chọn
α
theo bảng sau:
α
0,8 1,0 1,2 1,4
t
λ
1,13 1,17 1,14 1,11
Động cơ xăng có

z
) phụ thuộc vào chu trình công tác của
động cơ, thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát
ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu.
Với động xăng ta chọn
ξ
z
=0,85
11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (
ξ
b
):
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
ξ
b
tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay
động cơ Điêzen. Với động cơ xăng ta thường chọn
ξ
b
= 0,80÷0,90, chọn
ξ
b

=0,856
12. Hệ số hiệu đính đồ thị công
ϕ
d
:
Thể hiện sự sai lệch khi tính toán lý thuyết chu trình công tác của động cơ so
với chu trình công tác thực tế , có thể chọn trong phạm vi:

r
.
.

1
2.1
1














−
a
r
P
P
m
t
λλλε
( )

:
Nhiêt độ cuối quá trình nạp T
a
được tính theo công thức:
T
a
=
( )
r
m
m
r
a
r
rt
k
p
p
TTT
γ
γλ
+










++
−
(
0
K)
3. Hệ số nạp
v
η
:
Hệ số nạp
v
η
được xác định theo công thức:
( )
















1
21

1
1

λλλε
ε
η
8762,0
09,0
107,0
.1.1,102,1.9.
1,0
09,0
.
6297
297
.
19
1
5,1
1
=








10.432
3
η
(kmol/kg nhiên liệu)
Trong đó:
e
p
là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức :
in
p
V
N
h
e
e

30
τ
=
(MPa)
V
h
là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:
7
4
.
2
S
D

8762,0.1,0.10.432
3
=
(kmol/kg nhiên
liệu)
5. Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M
0
:
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M
0
được
tính theo công thức:
M
0
=






−+
32
0
41221,0
1 HC
(kmol/kg nhiên liệu)
Đối với nhiên liệu của động cơ x ăng ta có:
C=0.855; H=0,145 ;O=0,004
Thay các giá trị vào ta có:

1
0,5516
114
1,0602
0,5120
nl
o
M
M
µ
α
−
−
= = =
Thay các giá trị vào ta có:
496,1=
α
1.2.2. Tính toán quá trình nén:
1. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:
v
mc
=19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ)
Ta có: av = 19.806; bv/2 = 0.00209
8
2. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình cuả sản phẩm cháy:
Khi hệ số dư lượng không khí
α
>1 ,tính theo công thức sau:
″
v

)
9723,1
634,1
(kJ/kmol. độ)
Ta có: av"=20.69548; bv"/2=0.00261
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:
′
v
mc
=
T
v
v
r
vrv
b
a
mcmc
.
21
.
′
+
′
=
+
″
+

2
314.8
1
1
1
1
+
′
+
′
=−
−
n
a
v
v
T
b
a
n
ε
Chú ý: thông thường để xác định n
1
ta phải chọn n
1
trong khoảng 1,340 ÷
1,390 .Chọn n
1
=1,3678. Ta có:
vế trái =0,3683 sai số =0,0005 <0,2%

=
n
TT
ac
59,7459.3,332
13678,1
==
−
c
T
(
0
K)
6.Lượng môi chất công tác của quá trình nén M
c
:
Lượng môi chất công tác của quá trìng nén M
c
được xác định theo
công thức: M
c
=M
1
+M
r
=M
1
.(1+
r
γ

∆
+=
∆+
Trong đó độ tăng mol
M∆
của các loại động cơ được xác định theo công
thức:
=∆M
0.21(1-
α
)M
0
+ (
4
H
+
nl
µ
1
32
−
Ο
)
Thay số vào ta có:
0484,1
0
=
β
2. Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức:

1
1
1
0
r
z
γ
β
β
+
−
+=
χ
z
Thay số vào ta có:
0264,18426,0.
0533,01
10484,1
1
=
+
−
+=
z
β
Trong đó: χ
z
=
b
z

.
1
( )
. . . .
1
z H H
v c z vz z
r
Q Q
mc T m c T
M
ξ
β
γ
− ∆
+ =
+
( * )
Trong đó :
Q
H
: nhiệt trị thấp của nhiên liệu ta có, thông thường có thể chọn
Q
H
= 44000 ( kJ/kgnl ).
∆Q
H
: nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1 kg
nhiên liệu, thông thường có thể xác định ∆Q
H

vz vz vz z
r
o z z
o
m c m c
m c a b T
γ
β χ χ
β
γ
β χ χ
β
 
+ + −
 ÷
 
= = +
 
+ + −
 ÷
 
Ta có:
( )
( )
'' '
''
. . 1 .
. 1
r
o v z z v

v v
r
o z z
o
vz
r
o z z
o
b b
b
γ
β χ χ
β
γ
β χ χ
β
 
+ + −
 ÷
 
=
 
+ + −
 ÷
 
=0,00260
mcv”=20,689+0.00260Tz
Thay vào phương trình ( * ) ta được:
( )
( )

z
= 2263,2
6. Áp suất tại điểm Z( p
z
):

Ta có áp suất tại điểm Z( p
z
) được xác định theo công thức:
cz
pp .
λ
=
Pz = λ.Pc = 3,11.1,817 = 5.661 (MPa)
Với λ là hệ số tăng áp: λ=
c
z
z
T
T
.
β
=
11,3
59,745
2,2263
0264,1
=
1.2.4. Tính toán quá trình giản nở:
12

( )
( ) ( )
( )
)10(
.
2 1.
.
314,8
1
1
*
2
bz
vz
vz
bzr
H
zb
TT
b
a
TTM
Q
n
+
′′
+
′′
+
−+

*
= Q
H
- ∆Q
H

= 4400 0– 0 = 44000 ( kJ/kg.độ )
Thay vào công thức (10) các giá tri tương ứng ta có:
( )
( ) ( )
( )
5,13242,2263.
2
00260,0
689,20
5,13242,2263.099,1.0533,01.7603,0
44000.85,0856,0
314,8
1
2
+++
−+
−
=−
n
Chú ý: Thông thường để xác định n
2
ta chọn n
2
trong khoảng

Thay số vào ta có:
5,1324
9
2,2263
12438,1
1
2
===
−
−n
z
b
T
T
δ
(
0
K)
5. Áp suất cuối quá trình giản nở p
b
:
Áp suất cuối quá trình giản nở p
b
được xác định theo công thức:
2
n
z
b
p
p


=
660,789
5057,0
107,0
.5,1324
5.1
15,1
=






=
−
rt
T
(
0
K)
Sai số của nhiệt độ khí thải tính toán T
rt
và nhiệt độ khí thải đã chọn ban
đầu không được vượt quá 15%, nghĩa là:
%15%100.
<
−
=∆

2 1
1 1 1
. . 1 1
1 1 1
c
i
n n
p
p
n n
λ
ε ε ε
− −
 
   
= − − −
  ÷  ÷
− − −
   
 
=1,387 ( MPa)
2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p
i
:
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đo ta có áp suất chỉ thị trung bình
thực tế được xác định theo công thức:
dii
pp
ϕ
.

1,0.8762,0.10.432
3
==
i
g
(g/kW.h)
4. Hiệu suất chỉ thị
i
η
:
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị :
Hi
i
Qg .
10.6,3
3
=
η
(%)628,01000.
44000.14,130
10.6,3
3
==
5. Áp suất tổn thất cơ giới p
m
:
Áp suất tổn thất cơ giới được xác định theo nhiều công thức khác nhau và được
biểu diễn bằng nhiều quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ . Ta
có tốc độ trung bình của động cơ là :
30

−=
172,1116,0288,1
=−=
(MPa)
7. Hiệu suất cơ giới
m
η
:
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới :

)(909,0
288,1
172,1
0
0
===
i
e
m
p
p
η
8. Suất tiêu hao nhiên liệu g
e
:
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là :

16,143
909,0
14,130

4.30.108

.30.
===
nip
N
V
e
e
h
τ
( lit )
Ta có :
830976.0100.
85.14,3
460,0.4
==
kn
D
(dm)-
Sai số đường kính là: ∆D=
)(0976,0830976.83100. mmDD
chotruockn
=−=−
Sai số đường kính không đươc vượt quá 0,1 mm nên thoả mãn điều kiện.
1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công:
Căn cứ vào các số liệu đã tính p
a
, p
c

−
=
−
ε
Ta có bảng tính các giá trị của quá trình nén và quá trình giản nở như sau:
(Xuất phát từ
n
Vp.
=const
11

n
cc
n
xx
VpVp
=⇒
với V
x
=i.V
c
thay vào rút ra)
Sau khi ta chọn tỷ lệ xích
V
µ
và
P
µ
hợp lý để vẽ đồ thị công. Để trình bày đẹp
thường chọn chiều dài hoành độ tương ứng từ εV

i i.Vc
Giá trị biểu
diễn
px =pc.
(1/i^n1)
Giá trị biểu
diễn px=pz.(1/i)^n2
Giá trị biểu
diễn
1 0.057 27.5362 1.87 71.923 5.661 217.73
1.25 0.0713 34.4203 1.376 52.924 4.2919 165.07
1.5 0.0855 41.3043 1.071 41.193 3.4205 131.56
1.75 0.0998 48.1884 0.8665 33.329 2.8234 108.59
2 0.114 55.0725 0.7212 27.737 2.3906 91.947
2.5 0.1425 68.8406 0.5305 20.404 1.8115 69.674
3 0.171 82.6087 0.4129 15.881 1.4438 55.529
4 0.228 110.145 0.278 10.692 1.0095 38.825
5 0.285 137.681 0.2046 7.8673 0.7648 29.415
6 0.342 165.217 0.1592 6.1227 0.6096 23.447
6.5 0.3705 178.986 0.1426 5.4844 0.5519 21.225
Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem, đường biểu diễn áp suất P
k

song song với hoành độ phải chọn đường đậm của giấy kẻ ly. Đường 1V
c
cũng
phải đặt trên đường đậm của tung độ.
17
Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở , vẽ tiếp đường biểu diễn đường nạp và
đường thải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hoành đi qua hai

85
.2
====
tttt
l
S
l
R
λ
(mm)
Khoảng cách OO
’
là:
68.6
2
5.42.3148,0
2
OO
,
===
R
λ
(mm)
Giá trị biểu diễn OO
’
trên đồ thị:
'
'
O
O

µ
(mm).
Từ
'
OO
gtbd
và
R
gtbd
ta có thể vẽ được vòng tròn Brick
* Lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị:
1.3.1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a)
18
Từ điểm O
’
trên đường tròn Brick ta xác định góc đóng muộn của xupáp thải
2
β
bán kính này cắt vòng tròn Brick tại điểm a
’
,từ điểm a
’
gióng đường song
song với trục tung cắt đường p
a
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 (mm).

Từ đó ta xác định được tung độ của điểm c
’
trên đồ thị công:
1,119
026,0
098,3
'
'
===
p
c
c
p
y
µ
(mm)
1.3.3. Hiệu đính điểm phun sớm: (điểm c
’’
)
Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khởi đường nén lý
thuyết tại điểm c
’’
. Điểm c
’’
được xác định bằng cách: Từ điểm O
’
trên đồ thị
Brick ta xác định góc đánh lửa sớm
θ
, bán kính này cắt đường tròn Brick tại

o
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
0.85p
z
tại điểm z.
- Dung cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát đường giãn nở.
1.3.5. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế: (điểm b
’
)
Do có hiện tượng mở sớm xupap thải nên trong thực tế quá trình thải thực
sự diễn ra sớm hơn lí thuyết. Ta xác định điểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên
đồ thị Brick ta xác định góc mở sớm xupap thải β
1
, bán kính này cắt vòng tròn
Brick tại 1 điểm . Từ điểm này ta gióng song song với trục tung cắt đường giãn
nở tại điểm b’.
1.3.6. Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giản nở: (điểm b
’’
)
Áp suất cuối quá trình giản nở thực tế
''
b
p
thường thấp hơn áp suất cuối quá
trình giản nở lý thuyết do xupáp thải mở sớm. Theo công thức kinh nghiệm ta
có thể xác
định được:
pb" 0.18662
yb" 6.78705

’’
ta dùng các cung thích hợp nối với đường
thải ra
.
21
R
λ/2
c
Z
( p-v )
60
120
90
β
1
0
a
B
b
b
b
p
pz
O
O
180
Vc
ε
Vc
V

X=f(
α)
x
S=2R
(S=Xmax)
90
α
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC , ĐỘNG LỰC HỌC
2.1. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học:
Các đường biểu diễn này đều vẽ trên một đường hoành độ thống nhất ứng
với hành trình của pittông S = 2R. Vì vậy đồ thị đều ứng với hoành độ tương ứng
với v
h
của đồ thị công (từ điểm 1 v
c
đến
ε
v
c
).
2.1.1. Đường biểu diễn hành trình piston x =
( )f
α
:
Ta tiến hành vẽ đường hành trình của piston theo trình tự sau:
1.Chọn tỉ lệ xích góc: Thường dùng tỷ lệ xích (0,6 ÷ 0,7) (mm/độ)
2.Chọn gốc tọa độ cách gốc đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 (cm)
3. Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10
0

23
ĐCT
ĐCD
0
1
R1
2
3
V
α
b'
a
A
α
c
b
6'
4
1'
0'
7'
3'
5'
2'
7
g
5
6
e
4'

đến đường cong a, b, c….
đồ thị này biểu diễn quan hệ v=
( )f
α
trên tọa độ cực.
Đường biểu diễn vận tốc của piston V=f(α)
2.1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston j =
( )f x
:
Ta tiến hành vẽ đường biểu gia tốc của pistong theo phương pháp Toolê.
Ta vẽ theo các bước sau:
24
1. Chọn tỉ lệ xích
j
µ
= 45 (m/s
2
.mm)
2. Ta tính được các giá trị:
- Tốc độ góc:
.
30
n
π
ω
=
=
628
30
1500.14,3

45
778,2203
=
(mm)
- Gia tốc cực tiểu: P
j
2
min
. .(1 )j R
ω λ
= − −
= - 0.00425.628
2
.(1-0,3148)=-1148,485 (m/s
2
)
Vậy ta được giá trị biểu diễn j
min
là :
min
min
j
j
j
gtt
gtbd
µ
=
= -
5.25

min
, từ điểm B tương ứng
điểm chết dưới lấy BD = j
min
; Nối liền CD cắt trục hoành tại E, lấy
2
3. . .EF R
λ ω
= −
về phía BD. Nối CF và FD, chia các đoạn ra thành n phần,
nối 11, 22, 33…Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33….Ta được các
đường cong biểu diễn quan hệ j =
( )f x
.
25