Trường: ĐHSPKT Vinh Khoa: Cơ khí Động Lực
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM KỸ THUẬT VINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
THỰC HIỆN TRÊN XE DIESEL.240
Giáo viên hướng dẫn : DƯƠNG XUÂN MỸ
Sinh Viên Thực Hiện : PHAN VĂN NGỌC
Lớp : ĐHCN OTO B_K3
GVHD: D¬ng Xu©n Mü 1 SVTH: Phan Văn Ngọc
Trng: HSPKT Vinh Khoa: C khớ ng Lc
Vinh, thỏng 06/2011
NHậN xét - đánh giá Đồ áN
Giáo viên hớng dẫn:
Kết quả đánh giá
Giáo viên bảo vệ:
Kết quả đánh giá

lời nói đầu
Ôtô ngày càng đợc sử dụng rộng rãi ở nớc ta nh một phơng tiện đi lại

N
= 80 (mã lực)
2. Số vòng quay trục khuỷu
220n =
(v/ph)
3. Đờng kíng xilanh D = 110 (mm)
4. Hành trình pistong S = 125 (mm)
5. Dung tích công tác
h
V
= 1.18791 (
3
dm
)
GVHD: Dơng Xuân Mỹ 3 SVTH: Phan Vn Ngc
Trng: HSPKT Vinh Khoa: C khớ ng Lc
6. Số xilanh i = 4
7. Tỉ số nén
4.16=

8. Thứ tự làm việc của xilanh 1-2-4-3
9. Suất tiêu hao nhiên liệu
183=
e
g
(g/ml.h)
10. Góc mở sớm xupap nạp
10
1
=

16. Khối lợng nhóm thanh truyền
9.3=
tt
m
( kg )
17. Góc phun sớm
22=
i

(độ)

1.1.2. Các thông số cần chọn :
1. áp suất môi trờng
k
p
:
áp suất môi trờng
k
p
là áp suất khí quỷên trớc khi nạp vào động cơ ( với động cơ
không tăng áp ta có áp suất khí quyển bằng áp suất trớc xupap nạp nên ta chọn
0
pp
k
=
) .
ở nớc ta chọn
0
pp
k

a
p
có thể chọn trong phạm vi:

ka
pp ữ= )9,08,0(
. Ta chọn
a
p
= 0,089 ( MPa )
4. áp suất khí thải
r
p
:
áp suất khí thải
r
p
cũng phụ thuộc các thông số nh
a
p
:
áp suất khí thải
r
p
có thể chọn trong phạm vi:

r
p
= (1,05
ữ

T
:
Nhiệt độ khí sót
r
T
phụ thuộc vào chủng loại động cơ . Nếu quá trình giãn nở càng triệt
để , nhiệt độ
r
T
càng thấp :

Thông thờng ta chọn :
r
T
=
K
0
1000700 ữ
; Ta chọn
r
T
= 900
K
0
7. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt
t

:
Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt
t

2
0.9 0.95

= ữ
9. Hệ số nạp thêm
1

:
Hệ số nạp thêm
1

phụ thuộc vào pha phối khí . Thông thờng ta có thể chọn:

07,102,1
1
ữ=

; Ta chọn
1

= 1,02
10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z
z

:
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z
z

phụ thuộc vào chu trình công tác của động
cơ , thể hiện nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn

b

=
90,08,0 ữ
; Ta chọn
b

= 0,82
12. Hệ số hiệu đính đồ thị công
d

:
Hệ số hiệu đính đồ thị công
d

thờng chọn trong phạm vi:

d

= (
97,092,0 ữ
) ; Ta chọn
d

= 0,97
13. Hệ số tăng áp ; Ta chọn

= 1,8
14. Chỉ số giản nở đa biến trung bình cuả khí sót m:
Thờng đợc chọn : m =

k
r
r
r a
r
m
t
a
p
p
p
p



+
= ì ì =


+
= ì ì =

ì ì ì
ữ 2. Nhiệt độ cuối quá trình nạp
a

:

( )
1.5 1
1.5
0.089
297 30 1.1 0.03044 900
0.115
344.2( )
1 0.0344
o
k


+ + ì ì ì
ữ

= =
+
3. Hê số nạp
v

:
Hê số nạp
v

đợc tính theo công thức:
GVHD: Dơng Xuân Mỹ 6 SVTH: Phan Vn Ngc
Trng: HSPKT Vinh Khoa: C khớ ng Lc

1
( )


= ì ì ì =
ữ

+ 4. Lợng khí nạp mới
1

:
Lợng khí nạp mới
1

đợc xác định theo công thức sau:

1

=
kee
vk
pg
p

10.342
3

(kmol/kg nhiên liệu)
Trong đó :


. . 1.18791.2200.4
e
e
h
p
V n i


= = =
(MPa)
Vậy thay các thông số vào ta có:
1

=
kee
vk
pg
p

10.342
3


=
3
342.10 .0,1.0,8096
0,70074
183.0,9183.297
=
(kmol/kg nhiên liệu)

C H O
M

= ì + = + =
ữ ữ

(kmol/kg nl)
6. Hệ số d lợng không khí

:
Đối với động cơ Điêzen :
1
0
0.70074
1,4166635
0.4946
M
M

= = =
GVHD: Dơng Xuân Mỹ 7 SVTH: Phan Vn Ngc
Trng: HSPKT Vinh Khoa: C khớ ng Lc
1.2.2. Tính toán quá trình nén:
1. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí :

19,806 0,00209. .
2
v
bv
mc T av T= + = +

5
"
''
1.634 1 187.36
19,876 427,86 .10 .
1,4166635 2 1,4166635
21,02041 0,002626. .
2
v
v
T
b
T a T


= + + + =
ữ ữ

= + = +
Vậy
''
''
21.02041; 0.002626
2
v
v
b
a = =
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

mc a
b b
T
a a b
a T





+
= = + =
+

+
ữ
+

= + = +
+ +
"
'
"
'
.
19,806 0.034.21,02041
19,842
1 1 0,034
.
0,00209 0.0304.0,002626

+
= = =
+ +



4. Chỉ số đa biến trung bình
1
n
:
GVHD: Dơng Xuân Mỹ 8 SVTH: Phan Vn Ngc
Trng: HSPKT Vinh Khoa: C khớ ng Lc
Chỉ số đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông số
vận hành nh kích thớc xilanh, loại buồng cháy , số vòng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt của
động cơ Tuy nhiên
1
n
tăng giảm theo quy luật sau:
Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho
1
n
tăng.
Chỉ số đa biến trung bình
1
n
đợc xác định bằng cách giải phơng trình:

( )
1
2

=
+ +
Với sai số
0,2%p
thỏa mãn. Vậy
1
1,3678N =
5. áp suất cuối quá trình nén
c
p
:
áp suất cuối quá trình nén
c
p
đợc xác định theo công thức:

( )
( )
1
1,3678 1
. 0,089.16,4 4,0837
n
c a
p p Mpa


= = = 6. Nhiệt độ cuối quá trình nạp

M
đợc xác định theo công thức:

( )
1
1 0,70074.(1 0,03044) 0,722
c r r r
M M M M

= + = + = + =
( kmol/kgn.l )
1.2.3. Tính toán quá trình cháy:
1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết
0

:
Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết
0

đợc xác định theo công thức:

2 1
0
1 1 1
1
M M M M
M M M

+
= = = +



+=
324
OH
M
Do đó : Với động cơ Điêzen:
0
0
0,87 0,004
4 32 4 32
1 1 1.0451
. 1,4166635
H O
M


+ +
= + = + =
2. Hệ số thay đổi phân tử thực tế

: ( Do khí sót )
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế

đợc xác định theo công thức:

0
1,0451 0,0304
1.0438
1 1 0,0304

1 . 1 1,0401
1 1 0,0304
z z
r




= + = + =
+ +
4. Lợng sản vật cháy
2
M
:
Ta có lợng sản vật cháy
2
M
đợc xác định theo công thức sau:

2
M
=
1 0 1
. 1,0401.0,70074 0.7323M M M

+ = = =
(kmoll/kg n.l)
5. Nhiệt độ tại điểm z
z
T

Q
= 42,5.
3
10
( kJ/kgn.l )

"
pz
mc
- Tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của sản vật cháy tại z:

""
314,8
vzpz
mcmc +=
GVHD: Dơng Xuân Mỹ 10 SVTH: Phan Vn Ngc
Trng: HSPKT Vinh Khoa: C khớ ng Lc

"
vz
mc
- Tỉ nhiệt đẳng tích của sản vật cháy tại điểm z đợc tính :
( )
( )
( ) ( ) ( )
( )
"
0
0
" " "


+ +
ữ

= = +

+ +
ữ+ + + +
ữ

=

+ +
ữ

= + 20,92654 0,00274.
z z
T T= +
Chỉnh lý lại ta có :
zzpppz
TTbamc .00274,024054,29
"""
+=+=

" "
8,314 8,314 20,92654 0,00274. 29,24054 0,00274.
pz vz z z


Ta có áp suất tại điểm z
z
p
đợc tính theo công thức sau:

. 1,8.4,0837 7,351
z c
p p

= = =
(MPa)
Chú ý: - Hệ số tăng áp

đợc chọn sơ bộ ở bộ phận thông số chọn. Sau khi tính toán hệ số
giãn nở

( ở quá trình giãn nở) phảI đảm bảo

p
, nếu không thì phải chọn lại

.


đợc chọn sơ bộ trong khoảng
1,5 2ữ
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
:
GVHD: Dơng Xuân Mỹ 11 SVTH: Phan Vn Ngc
Trng: HSPKT Vinh Khoa: C khớ ng Lc
Ta có chỉ số giãn nỡ đa biến trung bình
1
n
đợc xác định từ phơng trình cân bằng
sau:

( )
( ) ( )
( )
bz
vz
vz
bzr
Hzb
TT
b
a
TTM
Q
n
+++
+


(
K
0
)

*
H
Q
: Nhiệt trị tính toán, đối với động cơ Điêzen:
42500
*
==
HH
QQ
( kJ/kgn.l )
Chú ý: Thờng để xác định
2
n
ta có thể chọn
2
1,15 1,25n = ữ
. Ta chọn
2
1,2438n =
.
Thay
2
n
vào hai vế của phơng trình và so sánh:

1,3438 1
2174,5
1173.1
12,569
z
b
n
T
T



= = =
(
K
0
)
5. áp suất cuối quá trình giãn nở
b
p
:
áp suất cuối quá trình giãn nở
b
p
đợc xác định theo công thức :

2
1,3438
7,351
0,3155

= = =
ữ
ữ (
K
0
) ;
Ta chọn ban đầu
r
T
= 900 (
K
0
)
Sai số của nhiệt độ khí thải tính toán
tr
T
và nhiệt độ khí thải đã chọn ban đầu:
GVHD: Dơng Xuân Mỹ 12 SVTH: Phan Vn Ngc
Trng: HSPKT Vinh Khoa: C khớ ng Lc

838,1 900
.100% .100% 7,5% 15%
838,1
rt r

1
1
.
1.
1
1
1
1
2
12
=




















97,0=
d

là hệ số hiệu đính đồ thị công. Chọn theo tính năng và
chủng loại động cơ.
3. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị
i
g
:
Ta có công thức xác định suất tiêu hao chỉ thị
i
g
:

i
g
=
3
3
1
432.10 . .
432.10 .0,8096.0,1
201,8
. . 0,70074.0,8328.297
v k
i k
p
M p T

= =

tb
S n

= = =
( m/s )
Theo số thực nghiệm , có thể tính
m
p
theo công thức sau:
- Đối với động cơ Điêzen có
4=

, i = 4 , D = 110 ( mm ) buồng cháy thống
nhất :

0,09 0,0138. 0,09 0,0138.9,16667 0,1580
m tb
p v= + = + =
( MPa )
6. áp suất có ích trung bình
e
p
:
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế xác địng theo công
thức sau:
GVHD: Dơng Xuân Mỹ 13 SVTH: Phan Vn Ngc
Trng: HSPKT Vinh Khoa: C khớ ng Lc

67478,0==
mie


201,80
249,05
0,8103
i
e
m
g
g

= = =
( g/kw.h )
9. Hiệu suất có ích
e

:
Hiệu suất có ích
e

đợc xác định theo công thức sau:

. 0,8103.0,4197 0,3401
e m i

= = = 10. Kiểm nghiệm đờng kính xilanh D theo công thức :

4.

h
kn
V
D
S

= = =
( mm )
Sai số với đề bài là 110,08-110= 0,08147728 ( mm ) không quá 0,1 mm
1.3 Vẽ và hiệu đính đồ thị công:
Căn cứ vào số liệu đã tính pa, pc, pz, pb, n1, n2,

ta lập bảng tính đờng nén, đờng
giãn nở theo biến thiên dung tích công tác Vx= i.Vc ( Vc - dung tích buồng cháy)
Ta có
)(07714.0
14.16
18791.1
1
3
dm
V
V
h
c
=

=

=


==
C
C
V
V
V
gtbd
gtt


à
(dm
3
/mm)
Ta có bảng tính quá trình nén và quá trình giãn nở:
TT

.Vc
gtbdV
Quá trình nén
Quá trình giãn nở
I^n1 P
gtbdPn
1 I^n2 P
gtbdPn
2
Vc= 0.077
1 0.077 13.42 1.00 4.084 138.90 1.00 0.00
1.3048 0.101 17.50 1.44 2.838 96.53 1.39 7.3507 250.02

gtt
S
gtbd gtbd
à
= = = =

Thông số kết cấu của động cơ là:
2717,0
460
125
.2
====
tttt
L
S
L
R

Khoảng cách
OO

là :
49.8
2
==

R
OO

( mm)

5,103
60386,0
5,62
===
S
R
R
gtt
gtbd
à
( mm )
Từ
OO
gtbd

và
R
gtbd
ta có thể xây dựng đợc vòng tròn Brick.
GVHD: Dơng Xuân Mỹ 16 SVTH: Phan Vn Ngc
Trng: HSPKT Vinh Khoa: C khớ ng Lc

* Lần lợt hiệu đính các điểm trên đồ thị :
1.3.1. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình nạp: (điểm a )
Từ điểm
O

trên đồ thị Brick ta xác định góc đóng muộn xupap thải
2


1729,50837,4351,7
3
1
0837,4
3
1
=+=+=

czcc
PPPP
( MPa )
Từ đó xác định tung độ điểm
C

trên đồ thị công:

176
0294,0
1729,5
==

=

P
C
C
P
y
à
(mm)

maxZ
P
thực tế.
áp suất
maxZ
P
thực tế trong quá trình cháy- giãn nở không duy trì hằng số nh
động cơ Điêzen nhng cũng không đạt trị số lý thuyết nh động cơ xăng. Theo thực nghiệm,
điểm đạt trị số áp suất cao nhất là điểm thuộc miền
0
375372 ữ
o
( tức là
00
1512 ữ
sau điểm
chết trên của quá trình cháy và giãn nở)
* Hiệu đính điểm z của động cơ Điêzen:
Xác định điểm Z từ góc
0
15
, từ
O

trên đồ thị Brick ta định góc tơng ứng với
0
375
góc quay trục khuỷu , bán kính này cắt vòng tại 1 điểm. Từ điểm này ta dóng song
song với trục tung cắt đờng
z

áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế
b
P

thờng 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 đợc :

( ) ( )
2152.0115,03155,0
2
1
115,0
2
1
=+=+=

rbrb
PPPP
( MPa )
Sau đó ta suy ra tung độ điểm b

là
"
"
0,2152
7.34
0,0294
b
b

α
M
0
X=f(
α)
x
S=2R
(S=Xmax)
90
α
Trường: ĐHSPKT Vinh Khoa: Cơ khí Động Lực
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 pittông x =
( )f
α
:
Ta tiến hành vẽ đường hành trình của pittông 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)

α
:
GVHD: D¬ng Xu©n Mü 20 SVTH: Phan Văn Ngọc
ĐCD
ĐCT
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

độ pittông thể hiện bằng các đoạn thẳng song song với tung độ từ các
điểm cắt vòng tròn bán kính R tạo với trục hoành góc
α
đến đường cong
a, b, c….
đồ thị này biểu diễn quan hệ v=
( )f
α
trên tọa độ cực.
GVHD: D¬ng Xu©n Mü 21 SVTH: Phan Văn Ngọc
Trường: ĐHSPKT Vinh Khoa: Cơ khí Động Lực

Đường biểu diễn vận tốc của pittông V=f(α)
2.1.3. Đường biểu diễn gia tốc pittông j =
( )f x
:
Ta tiến hành vẽ đường biểu gia tốc của pistong theo phương pháp Tôlê.
Ta vẽ theo các bước sau:
1. Chọn tỉ lệ xích
j
µ
phù hợp trong khoảng 30 ÷ 80 (m/s
2
.mm)
Ta chọn
j
µ
= 80 (m/s
2
.mm)

là :
max
max
j
j
j
gtt
gtbd
µ
=
=
4204,55
40,55
80
=
(mm)
- Gia tốc cực tiểu :P
j
GVHD: D¬ng Xu©n Mü 22 SVTH: Phan Văn Ngọc
3'
1
Jmax
A
ÂCT
F1
C
2
-3
λ
R

Vậy ta được giá trị biểu diễn j
min
là :

min
min
2407.94
30,099
80
j
j
j
gtt
gtbd
µ
= = − = −
( mm )
- Xác định giá trị EF :

2 2
0,125
3. . . 3 .0,2717.230,27 2694,92
2
EF R
λ ω
= − = − = −
(m/s
2
)
Vậy ta được giá trị biểu diễn EF là :


Biểu diễn gia tốc của pittông j=f(x)
2.2. Tính toán động lực học :
2.2.1.Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:
- Khối lượng nhóm pittông m
npt
=2,2 (kg) được cho trong số liệu ban
đầu của đề bài (kg).
- Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông m1:
Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt pittông m1 có thể
tra trong các sổ tay, có thể cân các chi tiết của nhóm để lấy số liệu hoặc có
thể tính gần đúng theo bản vẽ.
Hoặc có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau:
+ Thanh truyền của động cơ ô tô :
m
1
= (0.275 ÷ 0.285)m
tt
(kg)
=0,28.3,9=1,092 (kg)
trong đó mtt=3,9 (kg) là khối lượng thanh truyền đề bài đã cho.
Vậy ta xác định được khối lượng tịnh tiến: m = m
npt
+ m
1
Trong đó
npt pt chpt xm
m m m m= + +
, với đề bài đã cho m
pt

Trường: ĐHSPKT Vinh Khoa: Cơ khí Động Lực

( )
( )
( )
2 2
2 2
.
3,14. 38 21 .92
72,43
4 4
nch tch
d d l
v mm
π
−
−
= = =
->khối lượng chốt piston là :
( )
6
. 7800.72,43.10 0,5649
chpt
m v kg
ρ
−
= = =
Khối lượng xecmăng.
. .
xm i

( )
3 3
. . . 329,8.3.4,8 4,749.10
i
v l h t dm
ρ
−
→ = = =
.
Khối lượng xecmăng là:
( )
3
. . 6,8.4,749.10 .5 0,160
xm i
m v n kg
ρ
−
= = =
.
Do đó khối lượng nhóm piston là:
( )
2,2 0,569 0,16 2,925
npt pt chpt xm
m m m m kg= + + = + + =
Vậy ta xác định được khối lượng tịnh tiến:
m = m
npt
+ m
1
=2,925 + 1,092 = 4,017 (kg)

22
=⋅
⋅−⋅
−

Trong đó ta có:
d
ch
: là đường kính ngoài của chốt khuỷu. d
ch
=68 (mm)
GVHD: D¬ng Xu©n Mü 25 SVTH: Phan Văn Ngọc