ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án
"bản thiết kế tính toán động
cơ đốt trong"
MỤC LỤC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1
Đồ án 1
"bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong" 1
MỤC LỤC 2
LỜI NÓI ĐẦU
Trong bối cảnh của đất nước ta hiện nay đã và đang phát triển một cách
nhanh chóng và đang trên đà phát triển thành một nước công nghiệp trong thời gian
sắp tới, thì vai trò của ngành động cơ đốt trong nói chung và nền công nghiệp ôtô
nói riêng rất là quan trọng. Cụ thể hơn thì nền công nghiệp ôtô đã góp phần rất
nhiều trong các ngành nông nghiệp ,công nghiệp ,dịch vụ…,và đặc biệt là khả năng
di chuyển rất linh động đã làm cho phần lớn người dân Việt Nam đã chọn ôtô xe
máy làm phương tiện di chuyển qua đó thúc đẩy ngành công nghiệp ôtô phát
triển.Học qua môn kết cấu tính toán động cơ đốt trong đã giúp chúng ta phần nào có
thể hình dung ra được cách tính toán thiết kế ra một động cơ đốt trong.Và dưới đây
là bản thiết kế tính toán động cơ đốt trong mà tôi đã áp dụng những kiến thức về
tính toán động cơ để thiết kế.Hi vọng bạn đọc có thể có góp ý giúp tôi để tôi có thể
rút kinh nghiệm trong những bản thiết kế tiếp theo.Và xin cảm ơn thầy Phạm Hữu
Truyền đã giúp đỡ em tận tình trong quá trình thực hiện bản thiết kế.
Xin chân thành cảm ơn thầy cô!
Vinh,ngày 27 tháng 12 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Vũ Đình Công
CHƯƠNG I
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1Trình tự tính toán:
1.1.1 Số liệu ban đầu:

1
= 67 (
o
)
Góc đóng muộn xupap thải β
2
= 47 (
o
)
12 – Chiều dài thanh truyền l
tt
= 185 ( mm )
13 – Khối lượng nhóm piston m
pt
= 1.187 ( mm )
14 – Khối lượng nhóm thanh truyền m
tt
= 1.272 ( mm )
1.1.2 Các thông số cần chọn:
1. Áp suất môi trường : p
k
= 0.1 ( Mpa)
2. Nhiệt độ môi trường: T
k
= 297 (o
k )
3. Áp suất cuối quá trình nạp: p

12. Hệ số hiệu đính đồ thị công: φ
d
= 0.929
13. Chỉ số mũ đa biến: m = 1.45
1.2. Tính toán các quá trình công tác
1.2.1. Tính toán quá trình nạp:
1. Hệ số khí sót γ
r
:
Hệ số khí sót γ
r
dược tính theo công thức
2
1
1 2
.( )
1
. .
. . .
k
r
r
r a
m
r
t
a
T T
p
T p

 
−
 ÷
 
= 0.0699
Trong đó: m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót. m = 1,45
1. Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
:
Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
được tính theo công thức:
1
1,45 1
1,45
( ) . . .
1
0,085
(297 6) 1,1.0,0699.1000.
0,105
350,5
1 0,0699
m
m
a
k t r r
r
a
r
a

o
K → đạt yêu cầu
1. Hệ số nạp η
v
:
1
1 2
1
. . . . . .
1 ( )
m
k a
r
v t
k k a
T p
p
T T p p
η ε λ λ λ
ε
 
 ÷
 
 
 
 
= −
 ÷
 
− +∆

được xác định theo công thức :
3
1
432.10 . .
. .
k v
e e k
p
M
g p T
η
=
Trong đó:
p
e
là áp suất có ích trung bình dược xác định theo công thức:
30. .
. .
e
e
h
N
p
V ni
τ
=
V
h
là thể tích công tác của động cơ được xác định theo công thức:
2 2

o
được tính
theo công thức :
1
0,5120
0,21 12 4 32
o
C H O
M
 
= + − =
 ÷
 
( kmol/kg nhiên liệu )
Đối với nhiên liệu của động cơ xăng ta có:
C = 0,855 ; H = 0,145.
3. Hệ số dư lượng không khí α:
Trọng lượng phân tử của xăng là μ
nl
= 114 nên đối với động cơ xăng ta
có:
1
1
1
0,5516
114
1,0602
0,5120
nl
o

mc T
−
= + + +
=21,74337T
(kJ/kmol.độ)
3. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp.
Được tính theo công thức:
'' '
'
.
'
1 2
v r v v
v v
r
mc mc b
mc a T
γ
γ
+
= = +
+
Ta đặt :
19,806
v
a =
,
0,0209
2
v

γ
γ
+
+
= = =
+ +
''
'
.
2 2
0,00209 0,0699.0,00314
0,0216
2 1 1 0,0699
v v
r
v
r
b b
b
γ
γ
 
+
 ÷
+
 
= = =
+ +
Vậy ta có tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp
'

1
1
1
8,314
1
19,930 0,00216.350,5. 6,5 1
n
n
−
⇒ − =
+ +

( I )
Ta chọn : n
1
= 1.375 thay vào hai vế của phương trình ( I ) ta được
phương
trình tương đương : 0.375 = 0.3743
Sai số n
1
= 0.1929 < 0.2%
5. Áp suất cuối quá trình nén p
c
:
Áp suất cuối quá trình nén p
c
được xác định theo công thức
1
1,375
. 0,085.6,5 1,1147

c
được tính theo công thức:
M
c
= M
1
+ M
r
= M
1
. ( 1 + γ
r
) = 0.5516.( 1 + 0.0699) = 0.590
1.2.3: Tính toán quá trình cháy :
1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β
o
:
Ta có độ tăng mol ∆M của các loại động cơ được xác định theo công
thức:
∆M = 0.21.( 1 – α ). M
o
+
1
4 32
nl
H O
µ
 
+ −
 ÷

( )
0,145 1
0.21. 1 – 1,0602 . 0,5120
4 114
1 1.0381
1
1,0602.0,5120
114
o
β
 
+ −
 ÷
 
= + =
+
2. Hệ số thay đổi phân tử thực tế β ( do có khí sót ).
Được xác định theo công thức:
1,0381 0,0699
1,0356
1 1 0,0699
o r
r
β γ
β
γ
+
+
= = =
+ +

1,0381 1
1 .0,9930 1,0353
1 0,0699
z
β
−
⇒ = + =
+

4. Lượng sản vật cháy M
2
:
Ta có lượng sản vật cháy M
2
được xác định theo công thức:
M
2
= M
1
+ ∆M = β
o
.M
1
= 1,0381+ 0,5516 = 0,5726 ( kmol/kg n.l )
5. Nhiệt độ tại điểm z T
z
:
Đối với động cơ Xăng, nhiệt độ tại điểm z T
z
được xác định bằng cách giải

: nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1 kg
nhiên liệu, thông thường có thể xác định ∆Q
H
theo α bằng công
thức sau:
∆Q
H
= 120.10
3
.(1- α)M
o
(kJ/kgnl) khi α < 1
∆Q
H
= 0 khi α ≥ 1

''
.
vz
m c
: Là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được
xác định theo công thức:
( )
( )
''
'' '' ''
. . . 1 . .
. .
. 1
r

r
o v z z v
o
vz
r
o z z
o
a a
a
γ
β χ χ
β
γ
β χ χ
β
 
+ + −
 ÷
 
=
 
+ + −
 ÷
 
=

( )
( )
0.0699
1,0381.21,71197. 0,9930 1 0,9930 .19,930

b
γ
β χ χ
β
γ
β χ χ
β
 
+ + −
 ÷
 
=
 
+ + −
 ÷
 
=
( )
( )
0,0699
1,0381.0,0314. 0,9930 1 0,9930 .0,00216
1,0381
0,00313
0,0699
1,0381. 0,9930 1 0,9930
1,0381
 
+ + −
 ÷
 

+
( )
( )
0,85. 44000 0
20,5712.707,2 1,0353. 21,70070 0,00313
0,5516.(1 0,699)
z z
T T
−
⇒ + = =
+
2
0,00324 22,468 83876.71
z z
T T⇔ + =
( )
1
2
2689,1 /
4807,26( i)(â )
z
z
T t m
T loa m
 =
⇔

= −



c
T
T
β
ρ
λ
=
Đối với động cơ xăng: ρ = 1
2. Hệ số giản nở sau δ :
Ta có hệ số giản nở sau δ được xác định theo công thức: δ =
ε
ρ
Với động cơ xăng : δ = ε = 6,5
3. Chỉ số giản nở đa biến trung bình n
2
:
Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình n
2
được xác định từ phương trình cân
bằng sau:
( )
( ) ( )
( )
2
*
''
''
1
8,314
1

T
δ
− −
= =
(
o
K )
Q
H
*
: Nhiệt trị tính toán
Đối với động cơ xăng:
Q
H
*
= Q
H
- ∆Q
H

= 4400 – 0 = 4400
( kJ/kg.độ )
Thay vào phương trình;
( )
( )
2
2
2
1
1

b
:
Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giản nở T
b
:
2
1
1.23
2689,1
0.439
6,5
z
b
n
T
T
δ
−
= = =
(
o
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
1,23

−
 
 
= = =
 ÷
 ÷
 
 
(
o
K )
Sai số của nhiệt độ khí thải tính toán T
rt
và nhiệt độ khí thải đã chọn
ban đầu T
r
= 1000 không vượt quá 15%, nghĩa là :
1121,56 1000
.100% .100% 0,108% 15%
1121,56
rt r
rt
rt
T T
T
T
− −
∆ = = = <
1.2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác.
1. Áp suất chỉ thị trung bình p’


1,23 1 1,375 1
1,1147 3,937 1 1 1
. . 1 1 0,9411
6,5 1 1,23 1 6,5 1,375 1 6,5
− −
 
   
= − − − =
 
 ÷  ÷
− − −
   
 
( MPa)
2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p
i
:
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đó ta có áp suất chỉ thị trung
bình thực tế p
i
được xác định theo công thức :
p
i
= p’
i
. φ
d
= 0,9411 . 0,929 = 0,8743 ( MPa )
Trong đó φ

:
3 3
3,6.10 3,6.10
0,3342
44000
.
244,78.
1000
i
i H
g Q
η
− −
= = =
( % )
5. Áp suất tổn thất cơ giới p
m
:
Áp suất tổn thất cơ giới p
m
được xác định theo nhiều công thức khác nhau và
được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính với tốc độ trung bình của động cơ. Ta có
tốc độ trung bình của động cơ là:
3
. 95.10 .3100
9,8111167
30 30
tb
S n
v

e
ở quá trình nạp là p
e
=
0,7155
7. Hiệu suất cơ giới η
m
:
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:
0,71648
0,8195
0,8743
e
m
i
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:
244,78
298,70
0,8195
i
e
m

150.30.4
0,74508
. . 0,71648.8.3100
e
h
e
N
V
p i n
τ
= = =
( lít )
2
4.
4.0,74508
.100 99,955014
. 3,14.95.10
h
kn
V
D
S
π
−
⇒ = = =
( mm )
Sai số so với đề bài 0,04498625
1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công
Căn cứ vào các số liệu dã tính p
a

n
= const =>
1 1
. .
n n
x c c
p V p V=
với V
x
= i. V
C
thay vào rút ra)

QUÁ TRÌNH NÉN

QUÁ TRÌNH GIẢN NỞ

i i.Vc
px =pc.
(1/i^n1)
Giá trị biểu
diễn px=pz.(p/i)^n2
Giá trị biểu
diễn
1.00 0.1357 1.1147 55.8790 4.3888 220.0000
1.25 0.1696 0.8202 41.1147 3.3354 167.1950
1.50 0.2035 0.6383 31.9980 2.6654 133.6074
1.75 0.2374 0.5164 25.8864 2.2050 110.5314
2.00 0.2713 0.4298 21.5443 1.8710 93.7898
2.50 0.3391 0.3162 15.8519 1.4219 71.2781

2.50 0.3391 76.9229 0.3162 15.8519 1.4219 71.2781
3.00 0.4070 92.3075 0.2461 12.3369 1.1363 56.9591
4.00 0.5426 123.0766 0.1657 8.3065 0.7977 39.9842
5.00 0.6783 153.8458 0.1219 6.1117 0.6062 30.3871
6.00 0.8140 184.6150 0.0949 4.7565 0.4844 24.2827
6.50 0.8818 199.9995 0.0850 4.2608 0.4390 22.0059
Tung độ thường chọn tương ứng với p
z
= 220 mm. Từ đó ta có tỷ lệ xích:
4,3888
1 0,0199
220
p
µ
= =
( mm )
Chiều dài hoành độ ta chọn εV
c
= 200 mm. Ta có tỉ lệ xích:
0,8818
1 0,00409
200 200
c
v
V
ε
µ
= = =
( mm )
Từ đó ta có thể vẽ đồ thị công:

0,2566
2. 2.185
tt tt
R S
L L
λ
= = = =
Khoảng cách OO’ là:
. . 0,2566.95
OO' 6,094
2 4 4
R S
λ λ
= = = =

Giá trị biểu diễn của OO’ trên đồ thị:

OO'
OO'
6.094
12,82
0,475
S
gtt
gtbd
µ
= = =
( mm )
Ta có nửa hành trình của piston là:
95

tại điểm a. Nối điểm r trên đường thải ( là giao điểm giữa p
r
và
trục tung) với a 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 thực tế do có hiện tượng đánh lửa sớm ( động cơ
xăng) nên thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý thuyết p
c
đã tính. Theo kinh
nghiệm, áp suát cuối quá trình nén thực tế p’
c
được xác định theo công thức sau:
( ) ( )
'
1 1
. 0,85 1,1127 . 0,85.4,388 1,1127 1,98507
3 3
c c z c
p p p p= + − = + − =
( MPa )
Từ đó ta xác định được tung độ điểm c’ trên đồ thị công:
'
'
1,98507
99,76
0,199
c
c
p
p

o
: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta xác
định góc tương ứng với 372
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 giãn nở. ( điểm b’’)
Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế p
b’’
thường thấp hơn áp suất cuối quá
trình giãn nở lý thuyết do xupap thải mở sớm. theo công thức kinh nghiệm ta có thể
xác định được:
( )
''
1 1
. 0,105 .(0,4389 0,105) 0,24195
2 2
b r b r
p p p p= + − = + − =

với hành trình của piston S = 2R. Vì vậy đồ thị điều lấy hoành độ tương ứng với V
h

của đồ thị công ( từ điểm 1V
c
đến εV
c
).
2.1.1. Đường biểu diễn hành trình của piston x = f ( α ).
Ta tiến hành biểu diễn hành trình của piston theo thứ tự sau:
1. Chọn tỉ lệ xích góc: thường dùng tỉ lệ xích (0.6 ÷ 0.7) (mm/độ)
2. Chọn gốc tọa độ cách gốc của đồ thị công khoảng 15 ÷ 18 cm
3. Từ tâm O’ của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 10
o
, 20
o
, , 180
o
.
4. Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 10
o
, 20
o
, , 180
o

tương ứng trên trục tung của đồ thị x = f ( α ) ta được các điểm xác định chuyển vị x
tương ứng với các góc 10
o
, 20

30 30
n
π
ω
= = =
( rad/s )
- Gia tốc cực đại:
j
max
= R.ω
2
.( 1 + λ) = 0,0475 . 324,47
2
.( 1 + 0,2566 ) = 6284,059 (m/s
2
)
Vậy ta được giá trị biểu diễn j
max
là:
ax
ax
6284,0519
78,55
80
m
m
j
j
j
gtt

( mm )
- Xác định giá trị EF:
2 2
EF 3. . . 3.0,0475,0,2566.324,47 3849,64R
λ ω
= − = − = −
( m/s
2
)
Vậy giá trị biểu diễn EF là:
EF
EF
3849,64
48,12
80
j
gtt
gtbd
µ
−
= = = −
( mm )
3. Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = j
max
, từ điểm B tương ứng
điểm chết dưới lấy BD = j
min
; nối CD cắt trục hoành ở E; lấy EF = - 3.R.λ. ω
2
về

Trong đó m
tt
là khối lượng thanh truyền mà đề bài đã cho.
Vậy ta xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến:
m = m
npt
+ m
l
= 1,187 + 0,28 . 1,272 = 1,54316 ( kg )
2.2.2. Các khối lượng chuyển động quay:
Khối lượng chuyển động quay của trục khuỷu bao gồm:
- Khối lượng của thanh truyền quy về tâm chốt:
m
2
= ( m
tt
– m
l
) = 1,272 – 0,35616 = 0,91584 ( kg )
- Khối lượng của chốt khuỷu: m
ch
( ) ( )
2 2 2 2
. . 3,14. 0,065 0 .0,048
. .7800 1,241
4 4
ch ch
ch
d lch
m

0,26.58
317,47
0,0475
m mk
m
m r
m
R
= = =
Trong đó: m
0m
– khối lượng của má khuỷu
r
mk
– bán kính trọng tâm má khuỷu r
mk
= 58 ( MN/m
2
)
R – bán kính quay của khuỷu
2.2.3. Lực quán tính:
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
p
j
= - m.j = - mRω
2
( cosα + λcos2α )
Với thông số kết cấu λ ta có bảng tính p
j
:

j
= f ( x ).
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tôlê nhưng
hoành độ đặt trùng với đường p
o
ở đồ thị công va vẽ đường – p
j
= f ( x ) ( tức cùng
chiều với j = f ( x )). Tiến hành vẽ theo các bước sau:
1. Chọn tỉ lệ xích p
j
là μ
p
= 0.0199 ( MPa ), tỉ lệ xích μ
x
cùng tỉ lệ xích với
hoành độ của j = f ( x ).
2. Ta tính được các giá trị:
- Diện tích đỉnh piston:
( )
2
3
2
3
3,14. 98,75.10
7,654.10
4 4
pt
D
F

λ: Thông số kết cấu: λ = 0,2566
F
pt
: Diện tích đỉnh piston: F
pt
= 7,654 . 10
-3
( m
2
)
Thay vào công thức
axm
j
p
ta được:
( )
ax
2
3
3
1,5316.0,0476.324,63 . 1 0,256
1270,88.10
7,654.10
m
j
p
−
+
= =
( Pa )

min
2 2
3
3
. . . 1 1,54316.0,0475.324,63 . 1 0,2566
750,27.10
7,654.10
j
pt
m R
p
F
ϖ λ
−
− −
= = =
( Pa )
min
0,75027
j
p⇔ =
( MPa )
Vậy ta được giá trị biểu diễn
min
j
p
là:
min
min
0,75027