Đồ án môn học động cơ đốt trong
Lời nói đầu
Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động
lực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay
và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước…. Động cơ đốt trong là
nguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới. Chính vì vậy việc tính
toán và thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan
trọng đối với các sinh viên chuyên ngành động cơ đốt trong.
Đồ án tính toán thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong là đồ án đòi hỏi
người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng
như kiến thức của các môn học cơ sở. Trong quá trình hoàn thành đồ án không
những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp
em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như
các kiến thức tổng hợp khác. Đồ án này cũng là một bước tập dượt rất quan
trọng cho em trước khi tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song
do những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong
quá trình làm không tránh được sai sót chính vì vậy em rất mong được sự đóng
góp của các thầy cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoàn
chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Hoàng Đình Long cũng như
toàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Động Cơ Đốt Trong đã tạo mọi điều
kiện giúp em hoàn thành đồ án tốt đẹp.
Sinh viên
Nông Minh Toàn
1
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
Phần 1: Tính Nhiệt.
Số liệu ban đầu của đồ án môn học ĐCĐT ( Số 1)
Họ và tên sinh viên: Nông Minh Toàn Khóa: 51

2
47 độ
11 Góc phun sớm
ϕ
i
15 độ
12 Chiều dài thanh truyền l
tt
185 mm
13 Công suất động cơ N
e
152 ml 111.796kWh
14 Số vòng quay động cơ n 3250 v/ph
15 Suất tiêu hao nhiên liệu g
e
245 g/ml.h 333.107g/kWh
16 Tỷ số nén
ε
6.5
17 Trọng lượng thanh truyền m
tt
1,272 kg
18 Trọng lượng nhóm piston m
pt
1,187 kg
1.1. Các thông số chọn.
1) áp suất môi trường p
0
2
Nông Minh Toàn Động Cơ

= 0.85.p
0
= 0,09.0,1 = 0.09 (MPa)
4) Áp suất khí thải p
r
:
- Áp suất khí thải p
r
có thể chọn trong phạm vi:
p
r
= (1,10-1,15).p
k
= 1,15p
k
= 1,15.0,1 = 0,115 (MPa)
5) Mức độ sấy nóng môi chất
Mức độ sấy nóng môi chất chủ yếu phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay
Diesel. Với động cơ Xăng ta chọn:
6) Nhiệt độ khí sót (khí thải) T
r
:
Nhiệt độ khí sót T
r
phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Thông thường ta có thể
chọn:
T
r
= (800 – 1000) = 1000
7) Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt :

z
ξ
:
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z
z
ξ
phụ thuộc vào chu trình công tác của động
cơ. Với các loại động cơ Xăng ta thường chọn:
0,85 0,92 0,88
z
ξ
= ÷ =
11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
b
ξ
:
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
b
ξ
tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel.
Với các loại động cơ Xăng ta chọn:
0,85 0,95 0,9
b
ξ
= ÷ =
12) Hệ số hiệu đính đồ thị công
d
ϕ
:
Hệ số hiệu đính đồ thị công

r
r a
m
r
t
a
T T
p
T p
p
p
λ
γ
ε λ λ λ
 
 ÷
 
+ ∆
=
 
−
 ÷
 
Trong đó
m
là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn:
1,45 1,5 1,47m = ÷ =
Thay số vào công thức tính
r
γ

. . .
1
m
m
a
k t r r
r
a
r
p
T T T
p
T
λ γ
γ
−
 
 ÷
 
 
+ ∆ +
 ÷
 
=
+
Thay số vào công thức tính
a
T
ta được:
( )

. . . . . .
1 ( )
m
k a
r
v t
k k a
T p
p
T T p p
η ε λ λ λ
ε
 
 ÷
 
 
 
 
= −
 ÷
 
− + ∆
 
 
 
5
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
Thay số vào công thức tính
v

được xác định theo công thức:
2
1
432.10 . .
. .
k v
e e k
p
M
g p T
η
=
Trong đó:
e
p
là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức:
30. .
. .
e
e
h
N
p
V n i
τ
=
h
V
là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:
2

5) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu
0
M
:
Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu
0
M
được tính theo
công thức:
0
1
.
0,21 12 4 32
C H O
M
 
= + −
 ÷
 
Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có:
0,855; 0,145; 0C H O
= = =
nên thay
vào công thức tính
0
M
ta được:
6
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong

α
−
= =
1.2.2. Tính toán quá trình nén:
1) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:
19,806 0,00209. ( / . )
v
mc T kJ kmol do
= +
2) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Với các động cơ Xăng có hệ số dư lượng không khí
1
α
<
do đó tỉ nhiệt mol
đẳng tích trung bình của không khí được xác định theo công thức:
( ) ( )
'' 5
1
17,977 3,504. . 360,34 252,4. .10 .
2
v
mc T
α α
−
= + + +
Thay số ta được:
( ) ( )
'' 5
1 0,0061

Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
'
0,0061
19,806 0,00209. 0,07507. 21, 4627 .
0,004314
2
19,9217 . ( / . )
1 0,07507 2
v
T T
mc T kJ kmol do
 
+ + +
 ÷
 
= = +
+
Do ta có:
'
' '
.
2
v
v v
b
mc a T
= +
'
'

n
a b T
ε
−
− =
+ +
Thay
1
1,375n
=
vào hai vế của phương trình ta được:
1
1 0,375n
− =
và
( )
( )
1
'
1,375 1
1
'
8,314 8,314
0,37235
0,004314
19,9217 .369,762. 6,5 1
. . 1
2
2
n

1
.
n
c a
p p
ε
=
Thay số ta xác định được:
1,375
0,09.6,5 1,18( )
c
p MPa
= =
8
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
6) Nhiệt độ cuối quá trình nén
c
T
:
Nhiệt độ cuối quá trình nén
c
T
được xác định theo công thức:
1
1
.
n
c a
T T

= + =
1.2.3. Tính toán quá trình cháy:
1) Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết
0
β
:
Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết
0
β
được xác định theo công thức:
2 1
0
1 1 1
1
M M M M
M M M
β
+ ∆ ∆
= = = +
Với động cơ xăng ta sử dụng công thức :
nl
nl
M
M
OH
µ
α
α
µ
β

được xác định theo công thức:
9
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
0
1
r
r
β γ
β
γ
+
=
+
Thay số ta xác được:
1,05562 0,07507
1,05173
1 0,07507
β
+
= =
+
3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z
z
β
:
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z
z
β
được xác định theo công thức:

= + =
+
4) Lượng sản vật cháy
2
M
:
Ta có lượng sản vật cháy
2
M
được xác định theo công thức:
2 1 0 1
.M M M M
β
= + ∆ =
Thay số ta được:
2
1,05562.0,5152 0,54383( / . )M kmol kg nl
= =
5) Nhiệt độ tại điểm z
z
T
:
Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z
z
T
được xác định bằng cách giải
phương trình sau:
( )
(
)

∆
là nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên
liệu.trong điều kiện α<1 xác định như sau:
Q
∆
=120.10
3
(1-
α
)M
0
=669,696 (
nlkgKJ .
)
''
vz
mc
là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được xác định theo
công thức:
( )
( )
''
0
''
'' ''0
0
0
. . 1 .
.
2

1,05562. 0,97778 . 21,4627 . 1 0,97778 . 19,806 0,00209.
1,05562 2
0,07507
1,05562. 0,97778 1 0,97778
1,05562
z z
vz
T T
mc
 
 
+ + + − +
 ÷
 ÷
 
 
=
 
+ + −
 ÷
 
''
0,00606
21,43012 .
2
vz z
mc T
→ = +
Mặt khác ta có:
''

Ta có áp suất tại điểm z
z
p
được xác định theo công thức:
.
z c
p p
λ
=
Trong đó λ là hệ số tăng áp :
2725,85
. 1,05058. 3,8386
746,05
z
z
c
T
T
λ β
= = =
11
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
Thay số ta được:
3,8386.1,18 4,531( )
z
p MPa
= =
1.2.4. Tính toán quá trình giãn nở:
1) Hệ số giãn nở sớm

3) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình
2
n
:
Ta có chỉ số giãn nở đa biến trung bình
2
n
được xác định từ phương trình cân
bằng sau:
( )
( ) ( )
( )
2
''
''
1
8,314
1
.
.
. 1 . . 2
b z H
vz
vz z b
r z b
n
Q
b
a T T
M T T

H
*
: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu.
Với động cơ xăng :
12
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
*
44000 3339,9 40660,1( / . )
H H H
Q Q Q kJ kg nl
= − ∆ = − =
Thay
2
1,225n
=
ta được:
2
1 0,225n
− =
( )
( ) ( )
( )
*
''
''
1
8,314
.
.

0,22637 0,225
.100% 0,112% 0,2%
0,225
n
−
∆ = = <
2
1,225n
→ =
4) áp suất cuối quá trình giãn nở
b
p
:
áp suất cuối quá trình giãn nở
b
p
được xác định trong công thức:
2
z
b
n
p
p
δ
=
Thay số vào ta được:
1,225
4,531
0,45745( )
6,5

−
 
= =
 ÷
 
Vậy ta có sai số khi tính toán và chọn nhiệt độ khí thải là:
13
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
1050,5 1000
.100% .100% 13,08%
1150,5
rt r
rt
rt
T T
T
T
− −
∆ = = =
15%
rt
T
→ ∆ <
Vậy giá trị nhiệt độ khí thải chọn và tính toán thoả mãn yêu cầu.
1.2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác.
1) áp suất chỉ thị trung bình
'
i
p

c
i
nn
P
p
εε
λ
ε
Thay số vào công thức trên ta được:
[ ]
'
1,225 1,375
1,180 3,8386 1 1 1
(1 ) (1 ) 0,8817
6,5 1 1,225 1 6,5 1 1,375 1 6,5 1
i
p
= − − − =
− − − − −
2) áp suất chỉ thị trung bình thực tế
i
p
:
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung bình
trong thực tế được xác định theo công thức:
'
.
i i d
p p
ϕ

3
432.10 .0,8163.0,1
269,48( / . )
0,5152.0,85526.297
i
g g KW h= =
14
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
4) Hiệu suất chỉ thị
i
η
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị:
3
3,6.10
.
i
i H
g Q
η
=
Thay số ta được:
3
3,6.10
0,30361
269,48.44
i
η
= =
5) áp suất tổn thất cơ giới

Thay số ta được:
0,04 0,0120.10,2917 0,16350( )
m
p MPa
= + =
6) áp suất có ích trung bình
e
p
:
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo
công thức:
e i m
p p p
= −
Thay số vào công thức trên ta được:
0,85526 0,16350 0,69176( )
e
p MPa
= − =
7) Hiệu suất cơ giới
m
η
:
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:
15
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
e
m
i

9) Hiệu suất có ích
e
η
:
Ta có công thức xác định hiệu suất có ích
e
η
được xác định theo công thức:
.
e m i
η η η
=
Thay số vào công thức trên ta được:
0,809.0,30361 0,2456
e
η
= =
10) Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:
Ta có thể tích công tác tính toán được xác định theo công thức:
.30.
. .
e
h
e
N
V
p i n
τ
=
Vậy thay số vào ta được:

100 100,0094 0,0094( )
kn
D D D mm
∆ = − = − =
0,1( )D mm
→ ∆ <
Vậy đường kính xy lanh giữa tính toán và thực tế thoả mãn yêu cầu.
1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công.
Ta chọn tỉ lệ xích biểu diễn áp suất trong xylanh và dung tích công tác của
xylanh trong quá trình nén và giãn nở lần lượt là:
4.531
0,022655( / )
200 200
z
p
p
Mpa mm
µ
= = =
.
6,5.0,1356 0.1356
0,003729( / )
200 200
c c
v
V V
l mm
ε
µ
−

Giá trị
biểu diễn
px=pz/(i^n2)
Giá trị biểu
diễn
1,00 0,1356 36,36 1,1800 52,09 4,5310 200,00
2,00 0,2712 72,73 0,4550 20,08 1,9384 85,56
3,00 0,4068 109,09 0,2605 11,50 1,1796 52,07
4,00 0,5425 145,45 0,1754 7,74 0,8292 36,60
5,00 0,6780 181,82 0,1291 5,70 0,6309 27,85
6,00 0,8136 218,18 0,1004 4,43 0,5046 22,27
6,50 0,8814 236,36 0,0900 3,97 0,4575 20,19
Giá trị biểu diễn trên trục hoành theo εV
c
: εV
c
= 200 (mm)
i.Vc 0,1356 0,2712 0,4068 0,5424 0,6780 0,8136 0,8814
Giá trị biểu
diễn(mm) 36,36 72.73 109.09 145,45 181,82 218,18 236,36
Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piston
S
là:
95
0,475
200
S
S
S S
gtt

'
6,099
12,84( )
0,475
OO
OO
S
gtt
gtbd mm
µ
→ = = =
Ta có nửa hành trình của piston là:
95
47,5( )
2 2
S
R mm
= = =
47,5
100( )
0,475
R
R
S
gtt
gtbd mm
µ
→ = = =
Từ các giá trị biểu diễn trên ta vẽ được đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị công.
Sau đó tiến hành lần lượt hiệu đính các điểm trên đồ thị.

p
và trục tung) ta được đường chuyển tiếp từ quá trình thải sang
quá trình nạp.
1.3.2. Hiệu đính áp suất cuối quá trình nén: (điểm
'
c
)
áp suất cuối quá trình nén do có hiện tượng phun sớm nên thường lớn hơn áp
suất cuối quá trình nén lý thuyết
c
p
đã tính. Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá
trình nén thực tế
'
c
p
được xác định theo công thức sau:
( )
'
1
. 0,85
3
c c z c
p p p p
= + −
Thay số vào công thức trên ta được:
( )
'
1
1,180 . 0,85.4,531 1,180 2,07045( )

. Dùng cung thích hợp nối c
’’
với c
’
.
1.3.3.Hiệu đính điểm đạt điểm p
z max
thực tế :
Áp suất p
z max
thực tế trong quá trình cháy giãn nở không đạt trị số lý thuyết
do đó ta có cách hiệu đính điểm z của động cơ xăng như sau :
a). Cắt đồ thị công bởi đường 0,85p
z
. Ta vẽ đường 0.85p
z
Giá trị biểu diễn:
0,85.4,531
170( )
0,022655
mm= =
b).Từ đồ thị Brick xác định góc 12
0
gióng xuống đoạn đẳng áp 0,85p
z
để xác
định điểm z
c). Dùng cung thích hợp nối c
’
với z và lượn sát với đường giãn nở.

1
0,115 (0,45745 0,115) 0,286225( )
2
b
p MPa= + − =
20
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
Giá trị biểu diển điểm b’’:
''
0,286225
12,63( )
0.022655
b
p
p
mm
µ
= =
Sau khi xác định được điểm b’ và b’’ dùng cung thích hợp nối với đường thải ta
được đồ thị công thực tế.
21
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
O
O'
p
V
x
=

0,85p
z
z
22
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong
Phần 2: Tính toán động học, động lực học.
2.1. Vẽ các đường biểu diễn các quy luật động học:
2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston
( )
x f
α
=
.
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau:
1) Chọn tỉ lệ xích. 0,7 (mm/độ)
2) Chọn hệ trục toạ độ như trong hình vẽ.
3) Từ tâm
'
O
của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với
0 0 0
10 ,20 180
.
4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm
0 0 0
10 ,20 180
tương
ứng trên trục tung của đồ thị
( )

O
bán kính
R
.
2) Vẽ vòng tròn tâm
O
bán kính là
.
2
R
λ
3) Chia nửa vòng tròn tâm
O
bán kính
R
và vòng tròn tâm
O
bán kính là
.
2
R
λ
thành 18 phần theo chiều ngược nhau.
. Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn tâm
O
bán kính
R
kẻ các đường song
song với tung độ, các đường này sẽ cắt các đường song song với hoành độ xuất
phằtt các điểm chia tương ứng trên vòng tròn tâm

46,05( / / )
j
m s mm
µ
=
.
2) Ta tính được các giá trị:
Tốc độ góc:
. .3250 3,14.3250
340,167( / )
30 30 30
n
rad s
π π
ω
= = = =
Thông số kết cấu :
95
0,2568
2. 2.185
tt tt
R S
L L
λ
= = = =
Gia tốc cực đại:
( )
2
max
. . 1j R

. . 1j R
ω λ
= − −
Thay giá trị vào ta được:
( ) ( )
2
2
min
0,0475. 340,167 . 1 0,2568 4084,92( / )j m s
= − − = −
Vậy ta được giá trị biểu diễn
min
j
là:
min
min
4084,92
88.7( )
46,05
j
j
j
gtt
gtbd mm
µ
−
= = = −
24
Nông Minh Toàn Động Cơ
Đồ án môn học động cơ đốt trong

min
BD j
=
; nối
CD
cắt trục hoành ở
E
; lấy
2
3. . .EF R w
λ
= −
về phía
BD
. Nối
CF
và
FD
, chia các đoạn này ra làm 8 phần, nối
11,22,33,
Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với
11,22,33,
ta được đường cong
biểu diễn quan hệ
( )
j f x
=
2.2. Tính toán động lực học:
2.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:
Khối lượng nhóm piston

. . . . . 2.
j
P m j m R cos cos
ω α λ α
= = +
Với thông số kết cấu
0,2568
λ
=
ta có bảng tính
j
p
theo
α
.
25
Nông Minh Toàn Động Cơ