Đồ án động cơ đốt trong Bùi Huy Cường_CKĐL48
================================================
ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Nhóm đề I
Nội dung bao gồm các phần :
Phần I : Tính toán nhiệt các quá trình =>Tìm ra D,S
Phần II : Tính toán động lực học và động học cơ cấu Biên Tay Quay
Phần III : Tính toán động lực học và động học cơ cấu phân phối khí
Phần IV : Tính toán các hệ thống phụ như bôi trơn, làm mát.
Yêu cầu thiết kế:
- Công suất động cơ N
e
= 60(ml)
- Số vòng quay n = 1500(v/p)
- Số xi lanh i = 4
- Hệ số thời kì τ = 2
- Dạng buồng đốt : Buồng xoáy

1
Đồ án động cơ đốt trong Bùi Huy Cường_CKĐL48
================================================
Phần I
TÍNH TOÁN NHIỆT CHO ĐỘNG CƠ DIESEL
I_Quá trình nạp:
1. Tính áp suất tuyệt đối cuối thời kỳ nạp (P
a
)
- Tính theo công thức:
( )
( )
( )

.n) = 1.033(1+0,55.10
-4
.1500) = 1.12 (kG/cm
2
)
+T
o
: Nhiệt độ khí quyển, lấy T
o
= 273 + 15 = 288
0

K
+∆T: Độ đốt nóng thêm, lấy ∆T = 12
0
+
'
0
T
: Nhiệt độ khối khí quyển đã bị đốt nóng bởi chu trình trước:
'
0
T
= T
o
+∆T=300
0
K
+
h

================================================
V
a
= ε.V
c
(2)
Ta có thể sơ bộ lấy V
c
= 1 đơn vị thể tích, thay vào (2) ta được
Va= ε.Vc = 16.1= 16 (đơn vị thể tích)
- Thể tích công tác:
V
h
= Va – Vc = 15 (đơn vị thể tích)
3. Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
:
- Nó được xác định dựa trên cơ sở cân bằng nhiệt lượng của khí mới nạp và phần
khí còn lại.
- Theo công thức:
( )
( )
K316,5
.1,12
850
288
11160,79
816.0,84.28
.p
T

100
1.41
n
100
1.41n
1
=−=−=
2. Tính áp suất cuối thời kỳ nén p
c
:
)(kG/cm34,50,84.16.εpp
21.34
n
ac
1
===
3. Tính thể tích cuối thời kỳ nén V
c
:
Lấy V
c
= 1 (đvtt)
4. Nhiệt độ cuối thời kỳ nén T
c
:
K812,4316,5.16.εTT
011.34
1n
ac
1

0,21
1
L
22
0






−+=
+Trong đó thành phần các nguyên tố la: H
2
= 13,3 %;O
2
= 1,0 %;C= 85,7 %
Thay vào ta tính được: L
0
= 0,5 (kmol/kg)
- Trong thực tế lượng không khí cần thiết để đốt cháy hết nhiên liệu lơn hơn
L
0t
=α.L
0
= 1,35.0,5= 0,675 (kmol/kg)
+L
0t
: Lượng không khí cần thiết thực tế.
+ α: Hệ số nạp thừa không khí,lấy α=1,35

c
=M
r
+L=0,022+0,675=0,697 (Kmol)
2. Số lượng thành phần khí sau khi cháy:
- Với động cơ điesel α >1, thì nhiên liệu được cháy hoàn toàn.
- Lượng khí sau khi cháy là:
M
Z
= M + M
r
(6)
+ Số mol sản phẩm cháy M
(kmol/kg)0,71
32
0,01
4
0,133
1,35.0,5
32
O
4
H
α.LM
22
0
=++=++=
4
Đồ án động cơ đốt trong Bùi Huy Cường_CKĐL48
================================================

= A
1
+ B
1
.T
C
= 4,815 + 0,4151.10
-3
.812,4 = 5,152 (kcal/kmol. độ)
+ C
P
’
: Nhiệt dung phân tử tb đẳng áp của sản phẩm cháy
C
P
’
= 1,985 + C
V
’
- C
v
’
là nhiệt dung phân tử tb đẳng tích của sản phẩm cháy
Với α >1 ta có:
C
V
’
= (4,8 + 0,22/α) + (3,7 +3,3/α).10
-4
.T

H
1
γ1αL
32
O
4
H
γ1α.L
M
M
μ
0
22
0
22
0
C
Z
=
+
+
+=
+
+++
==
* Tính nhiệt độ cuối quá trình cháy T
z
:
Ta có vế trái pt(7) sau khi cháy la:
( )

/P
C
=1,6
Thay vào ta có được:
S
1
=17478,4 kcal
- Thay hết vào pt(7) và giải pt bạc hai ta tìm được T
z
= 2031,2
0
K
* Áp suất cuối quá trình cháy P
Z
= λ.P
C
= 1,6.34,5= 55,2 (kG/cm
2
)
* Thể tích cuối quá trình cháy V
z
:
Từ pt trạng thái tại hai điểm C và Z trên đồ thị trạng thái ta có
V
Z
= ρ.V
C
= (μ/λ.T
Z
/T

64,1
16
ρ
ε
Z
V
a
V
Z
V
b
V
δ
=====

Thay vào ta được p
b
= 55,2 .
)(kG/cm2,86
9,76
1
2
1,3
=

2. Nhiệt độ cuối thời kỳ giãn:
K1025,5
9,76
1
2031
































=
11,34
16
1
1
11,34
1
11,3
9,76
1
1
11,3
1,6.1,64
11,641,6
116
34,5
1
1
n
ε
1
1
1
1
n
1
1
2
n
δ

– ∆p
+ ν: Hệ số lượn tròn của đồ thị, lấy ν = 0,92
+ ∆p: Tổn thất của bơm, ∆p = p
r
- p
a
Suy ra p
i
= 0,92.8,2 – (1,12 – 0,84) = 7,264 (kG/cm
2
)
VI_ Tính toán các chỉ tiêu làm việc cơ bạn của động cơ:
1. Hiệu suất chỉ thị η
i
:
Nó đánh gía mức sử dụng nhiệt lượng do đốt cháy nhiên liệu để biến thành
công.η
i
= F
g
/427Q
H
=
( )
0,357
34,5.9950
1).7,264.812,4.(161,98.0,697

p
N
N
η
−
===
(13)
Với động cơ kết cấu buồng xoáy thì p
T
= 0,922 + 0,00101.n = 2,437 kG/cm
2
Suy ra
0,665
7,264
2,4377,264
i
p
T
p
i
p
m
η =
−
=
−
=
Vậy hsuất cơ học
m
η

– N
e
= 90,23 – 60 = 30,23 (ml)
6. Chi phí nhiên liệu riêng:
(g/ml.h)265
0,24.9950
632.10
.Qη
632
g
3
He
e
===
7. Chi phí nhiên liệu giờ:
(kgnl/h)15,9
10
265.60
10
.Ng
G
33
ee
T
==
VII_Tính toán cân bằng nhiệt động cơ:
- Phương trình cân bằng nhiệt động cơ: Nhiệt lượng sinh ra bằng nhiệt lượng cấp
vào .
Q
H

.η
i
= 158205.0,357 = 56479,2 (kcal/h)
- Nhiệt lượng biến thành công có ích Q
e
:
Q
e
= Q
V
.η
e
= 158205.0,24 = 37969,2 (kcal/h)
Q
T
: Nhiệt lượng mất đi do khắc phục ma sát và truyền động cho hệ thống
phụ.
Q
T
= Q
i
- Q
e
= 18510 (kcal/h)
3. Nhiệt lượng mất đi theo khí xả Q
K
:
Q
K
= C

’
= C
V
’
+ 1,985 = 1,985 + (4,8 + 0,22/α) + (3,3/α +3,7).10
-4
.T
r
’
C
p
’
= 6,948 + 6,144.10
-4
.1023 = 7,577 (kcal/kmol. độ)
- Nhiệt dung phân tử trung bình đẳng áp của môi mới nạp:
C
P1
= C
V1
+ 1,985 = 6,8 + 0,415.10
-3
.288 = 6,92 (kcal/kmol. độ)
Thay hết vào (15) ta được
Q
K
= 7,577.0,71.15,9.1023 – 6,92.1,35.0,5.15,9.288 = 66115 (kcal/h)
4. Phần nhiệt lượng mất mát do nhiên liệu cháy không hết Q
H
’

K
– Q
H
’
= 158205 – 56479,2 – 66115 =
Q
B
=35610,8 (kcal/h)
VIII_ Xác định các kích thước cơ bản của động cơ:
- Đường kính píton D và bước chạy piton S.
9
Đồ án động cơ đốt trong Bùi Huy Cường_CKĐL48
================================================
- Ta chọn thiết kế loại động cơ có đặc tính sau:
+Là loại động cơ diesel 4 thì
+Có hệ số thời kỳ τ = 2
+Động cơ có 4 xy lanh
+Buồng đốt là loại buồng xoay.
+Số vòng quay của động cơ n = 1500 (v/p)
+Tỉ số S/D = 1,2
1. Xác định đường kính xylanh D và hành trình piston S:
- Từ công thức công suất động cơ
)(dm1,863
5.1500.47,264.0,66
450.2.60
.n.i.ηp
.N450.τ
.n.ip
.N450.
V

V
3
3
h
3
h
===⇒=

- Hàmh trình pítong S = 1,2D = 1,2.1,255 = 1,51 (dm)
2. Tính lại các thể tích:
)
3
(dm0,1242
C
V
r
V
)
3
(dm1,987
a
V
b
V
)
3
(dm1,98716.0,1242
C
ε.V
a

2
22
e
r
ml/dm12,1
4
π1,255
4.
60
4
πD
i
N
N ===
4. Công suất thể tích N
l
:
( )
3
r
2
e
h
e
l
dmml8
1,51
12,1
S
N

Đồ án động cơ đốt trong Bùi Huy Cường_CKĐL48
================================================
x = 0,755(1- cosα +(1/8).sin
2
α) (dm) (17)
- Từ pt(17) ta cho các giá trị của góc quay trục khửu α = 0
0
– 720
0
, ta được tương
ứng các giá trị của chuyển vị x, từ đó xác định được các điểm để vẽ đồ thị.
- Dùng Matlab để vẽ đồ thị ta có đồ thị sau:
H2: Đồ thị chuyển vị của pitston X = f(α).
3. Vẽ đồ thị tốc độ chuuyển động của piton
- Ta có
( )






+===
2αsin
2
λ
sinαω.r
dt
dα
.

(18)
- Từ pt(18) ta cho các giá trị của α = 0
0
- 720
0
ta sẽ được các giá trị của vận tốc
đươc các điểm tương ứng trên đồ thị v = f(α)
13
Đồ án động cơ đốt trong Bùi Huy Cường_CKĐL48
================================================
- Với mỗi giá trị của α ta được một giá trị của chuyển vị x, tương ứng có giá trị của
tốc độ chuyển vị v, như vậy ta có thể vẽ đồ thi v = f(x)
- Vị trí của góc α tương ứng với v
max:
2
1
4λ
1
4
λ
cosα
2
Vmax
+







f(α(j






+=
+===
- Từ pt(19) cho các giá trị của α = 0
0
- 720
0
ta được tương ứng các giá trị của gia tốc
j, từ đó ta vẽ được đồ thị gia tốc của piston j = f(α)’
- Tương tự trên ta có thể vẽ được đồ thị của gia tốc phụ thuộc vào chuyển vị j =
f(x).
II_ Động lực học cơ cấu:
- Lực tác dụng lên piston:
P
1
= P + P
J
(20)
P: Áp lực của khối khí giãn nở.
P
J
: Lực quán tính do pitston chuyển động có gia tốc, ở đây pitston chuyển động
tịnh tiến nên P
J

2
J
22
J
J






+=⇒==
P
+ m: Khối lượng tịnh tiến của cơ cấu
m = m
P
+ m
1
m
P
: Khối lượng nhóm pitston
m
1
: Khối lượng của biên qui đổi về chốt pitston
- Ta có:
J = 18610(cosα + 1/4.cos2α) (dm/s
2
)
= 1861(cosα + 1/4.cos2α) (m/s
2

mm
A
πD
4m
+=
+
=⇒
+ Ta có G
b
/F
P
= 0,035 kG/cm
2
; G
P
/F
P
= 0,025 kG/cm
2
+
P
10.F
P
G
.g
P
F
P
G
P

Đồ án động cơ đốt trong Bùi Huy Cường_CKĐL48
================================================
( )
( )
21)
2
(kG/cmcos2α
4
1
cosα6,44.
cos2α
4
1
cosα5)1861.0,035.0,27(0,025
10
1
cos2α
4
1
cosα.1861.
1
A
P
A
J
p





= m
r
.r.ω
2
Với ω = 157 rad/s ; r = 0,755 (dm)
- Khối lượng quay m
1
= m
2
+ m
K
(*)
+
(kg)0,025
l
0,725l
0,035.
l
l
mm
1
b2
===
, là phần khối lượng của biên quy
đổi về trục khuỷu.
+ m
K
: Khối lượng trục khuyủ.
* Thiết kế trục khuỷu
- Sơ đồ thiết kế trục khuỷu (H.V)

b
II
≈====
- Khối lượng phần II:
(kg)1,1(g)1090
18,8.3,1
3
1
0,2
2
8,8
2
10
7,557,85.hb
3
1
0,2
2
d
2
d
rγγ.Vm
d
bC
IIII
≈=











−=












−==
- Khối lượng phần IV:
( )
(kg)0,702(g)701,5
18,80,28,8/2.3,1
3
2
.
2
1
7,85 h0,2

3
1
r0,2
2
d
3
1
ρ
cm6,3
2
10
2
10
7,55
2
1
2
d
2
d
r
2
1
ρ
cm8,6
2
10
0,2
2
8,8


+=+






+=
=+






−=+






−=
=
+





1,9.702,0
/kGs0,65
7,55
0,778.6,3
r
.ρm
m
/kGs1,24
7,55
1,09.8,6
r
.ρm
m.ρm.rm
kg3mm
2
2
IIIIII
KrIII
2
IIII
KrIIIIIIKrII
IKrI
===
===
===⇒=
==
ρ
- Khối lượng qui đổi tổng cộng của các phần quay về tay biên là:
( ) ( )
( )

z .
Quá trình giản nở zb có phương trình đặc trưng: pv
n2
=const.
- Quá trình thải: b
’
r.
-Quá trình nạp: r a
Cách vẽ ;Vẽ các điểm đặc biệt: điểm a có p
a
=0,84 (kG/cm
2
) và V
a
=16 dvtt; điểm r
có p
r
=1,12 (kG/cm
2
) và V
r
=V
c
=1 (dvtt)
điểm c có ;p
c
=34,5 (kG/cm
2
) và V
c

0,84.
n1
x
V
a
V
.
a
p
x
p
















==⇔
(5)
Với mỗi giá trị góc α

p
y
p








=

(6)
n2
y
V
1,62
55,2
y
p








=

i
= f(α)
- Đường cong nén ép ac
pi=f(α) =
34.1
)
51.1
15
1
16
(84.0
34.1
16
84.0
x
Vx
+
=






(kG/cm
2
)
( )
34.1
2

==
αα
α
fpi
(kG/cm
2
)
Với α = 180
o
÷
360
o
và x = 1.51 dm
÷
0
- Đường cong giãn nở Z
b
:
1.,3
x
1,51
14,36
1,64
1,64
55.2
1.3
Vx
1,64
55.2pi


2.55


















+−+
==
αα
α
fpi
(kG/cm
2
)
Với α = 381.4
o
÷

V=16(đvtt) Với x=1.51dm
÷
0 và α=540
o
- Đường xả br
’

p=1,12; α = 540
o
÷
720
o
Với x=1.51dm
÷
0
- Đường nạp
pi = -0.01866V
x
+ 1.13867
( Đồ thị p-V đi qua hai điểm a cuối kì nạp (16 đvtt ;0,84kG/cm
2
và điểm cuối
kì xả )
pi = -0.01866







+ 1.13867
Với α = 0
÷
180
o
và x = 0
÷
1.51 dm
*Vẽ đồ thị p
1
= pj+pi
- Với áp lực quán tính pj = - 6.44(cosα+(1/4)cos2α) (kG/cm
2
)
Với α = 0
÷
720
o
Cộng 2 đồ thị ứng với từng đoạn đồ thị pi
24
Đồ án động cơ đốt trong Bùi Huy Cường_CKĐL48
================================================
* Vẽ đồ thị
cosβ
p1
t
p =
=>
1/2
α