TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP
KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

Họ tên ………..
Lớp………….

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Đề tài:
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ……………..(DIÊZEN, XĂNG), (tăng áp),
công suất danh nghĩa Nen= ………..kW,
tốc độ quay danh nghĩa nn= ………….rpm, dùng để
…………………………………………………………………………

TPHCM, tháng 11/2009



QUI ĐỊNH VỀ VIỆC THỰC HIỆN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1. THỰC HIỆN
Thực hiện theo hướng dẫn

2. HÌNH THỨC TRÌNH BÀY
2.1. Khổ giấy: A4, trình bày trên 1 mặt.
2.2. Font chữ và lề:
Soạn thảo trong môi trường Windows của Microsoft hoặc tương đương với
font: Times New Roman, size: 13 hoặc 14, line spacing: at least: 18-20, lề trên: 20
mm, lề dưới: 20 mm, lề trái: 30 mm, lề phải: 20 mm, số trang được đánh ở giữa phía
trên đầu trang.. Các tiêu đề cấp 1 được viết bằng chữ in hoa.
2.3. Bố cục: Theo mẫu

học (NCKH) có giá trị...”
3. ĐƠN VỊ VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG
3.1. Đơn vị:
Tất cả các số liệu tính toán hoặc chọn phải có đơn vị kèm theo. Nguyên tắc
chung là các đơn vị phải phù hợp với Hệ đơn vị quốc tế (m, kg, N, s, ...). Riêng đối với
đơn vị của các đại lượng dưới đây cần được chuyển đổi như sau : p [N/m 2 hoặc bar], t
[0C], T [K], n [rpm], N [kW hoặc HP], gi và ge [g/kW.h hoặc g/HP.h].
3.2. Độ chính xác :
•

Kích thước dài (D, S, L, ...) : ± 1 mm

•

Áp suất :

± 1,00 N/m2

•

Nhiệt độ :

± 1 0C

•

Suất tiêu thụ nhiên liệu :

± 1 g/kW.h hoặc 1 g/HP.h


•

Tên tác giả hoặc cơ quan ban hành

•

Năm xuất bản (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)

•

Tên sách, luận văn hoặc báo cáo (in nghiêng, dấu phẩy cuối tên)

•

Nhà xuất bản (dấy phẩy cuối tên nhà xuất bản)

•

Nơi xuất bản (dấu chấm kết thúc một tài liệu tham khảo)

Tài liệu tham khảo là bài báo trong tạp chí, bài trong một cuốn sách, v.v. được
ghi như sau :
•

Tên tác giả

•

Năm công bố (đặt trong ngoặc đơn, dấu phẩy sau ngoặc đơn)


American Economic Review, 75(1), pp. 178-190.
6. CÁCH THỨC ĐÁNH GIÁ ĐAMH ĐCĐT
•

Điểm kiểm tra dưới hình thức chấm bản thảo :

25 %

•

Điểm thi tối thiểu và bảo vệ :

75 %

•

Sinh viên có điểm kiểm tra và điểm thi tối thiểu đạt loại khá trở lên và có
tinh thần học tập tốt sẽ được miễn công đoạn bảo vệ. Trong trường hợp này,
điểm ĐAMH là trung bình cộng của điểm kiểm tra và điểm thi tối thiểu.

•

ĐAMH ĐCĐT được đánh giá là không đạt yêu cầu nếu vi phạm một trong
các điều sau đây :
1) Không nộp bản thảo đúng thời gian qui định.
2) Bản chính không đủ nội dung theo đề cương.
3) Vi phạm các qui định khác về trình bày ĐAMH > 3 lần.

7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB Đại học Quốc Gia Tp.HCM.

8.

Catalogue của hãng SX ..........................

NỘI DUNG
Lời nói đầu


1. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ
- Số xy lanh và cách bố trí xy lanh: Động cơ được thiết kế là loại 4 kỳ hay 2 kỳ,
có … xylanh, bố trí thẳng hàng hay chữ V.
+ Công suất danh nghĩa:
+ Số vòng quay danh nghĩa:
- Động cơ này được sử dụng trang bị trên phương tiện, ô tô loại nào ?
1.2. TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY
1) Loại nhiên liệu.
- Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng hoặc điêzen
- Các thành phần có trong nhiên liệu: C, H, O, S [chọn tài liệu nào, trang số...]
2) Buồng đốt.
- Phân tích chọn loại buồng cháy (thống nhất, cháy trước hay xoáy lốc)? Hình
vẽ minh họa.
3) Hệ thống nhiên liệu.
- Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng hoặc điêzen (kèm CHK, BCA ) cổ
điển, đời mới hay phun xăng điều khiển điện tử, phun dầu điều khiển điện tử
(Common Rail), lý do (hệ thống này có thể tạo nên hoà khí có tỷ lệ lý tưởng cho từng
xylanh ở mọi chế độ hoạt động của động cơ hay không)?
- Nhiên liệu được cung cấp theo hình thức (thời điểm, hay liên tục), thời điểm

- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm của hệ
thống có chú thích đầy đủ.
1.4. HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Lý do phải làm mát cho động cơ ?
- Phân tích chọn hệ thống làm mát (kiểu kín hay hở, đối với ô tô thường làm
mát kiểu kín, lấy nhiệt nhờ quạt gió…bởi nhiệt độ nước làm mát cao, thiết lập và
ổn định chế độ nhiệt có lợi nhất cho sự làm việc của động cơ ở chế độ tải định


mức và các chế độ khác, giảm tổn thất nhiệt cho nước làm mát, tăng hiệu suất chỉ
thị, giảm hao mòn lót xi lanh – xéc măng, tăng độ bền nhiệt cho lót xi lanh).
- Chọn loại nước làm mát ?
- Làm mát piston bằng ? làm mát vòi phun bằng ?
- Vẽ sơ đồ cấu tạo, trình bày nguyên lý hoạt động và chú thích liên quan.

1.5. HỆ THỐNG BÔI TRƠN
- Lý do phải bôi trơn cho động cơ khi hoạt động, khi đứng yên ?
- Phân tích chọn hệ thống bôi trơn
- Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm

1.6. HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
- Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống khởi động động cơ ?
- Chọn hệ thống khởi động, lý do ?
- Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và chú thích

1.7. ĐỘNG CƠ MẪU
Bảng1-1: Đặc điểm kỹ thuật của động cơ mẫu (3 động cơ)

T
T


Tốc độ tối đa (km/h)

7

Tiêu thụ nhiên
liệu (city,L/100km)

8

Tiệu thụ nhiên
(highway,L/100km)

liệu

9

Tiệu thụ nhiên liệu
(combined,L/100km)

1.8. KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ

1, Đường kính của xylanh (D)

D=3

4 ⋅ Ne ⋅ z
π ⋅ k D ⋅ pe ⋅ n ⋅ i

[mm]


thông số

hiệu

vị

số

Nen

kW

Công suất danh nghĩa

Tài
liệu
tham
khảo


2

Tốc độ quay danh nghĩa

nn

3

Hệ số kỳ


T0

0

8

Độ ẩm tương đối của không khí

ϕ0

%

9

Hàm lượng C trong nhiên liệu

C

10

Hàm lượng H2 trong nhiên liệu

H

11

Hàm lượng S trong nhiên liệu

S


Hệ số khí sót

γr

17

Mức độ làm mát khí nạp

∆Tm

18

Hệ số Kpa (………………………..)

Kpa

19

Tổn thất áp suất trong bình làm mát khí nạp

∆p m

20

Hệ số Kpr (……………………)

Kpr

21


n1

27

Chỉ số dãn nở đa biến trung bình

n2

28

Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z

ξz

29

Hệ số điền đầy đồ thị

Kpi

∆Tk

rpm

K

bar

K

Ký
hiệu

vị

1

Số kg KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu

L0

kg/kg

2

Số kmol KK lý thuyết cần thiết ... 1 kg nhiên liệu

M0

kmol/kg

3

Số kg KK thực tế cần thiết ... 1 kg nhiên liệu

L

kg/kg

4


8

Số kmol MCCT tại thời điểm cuối qua trình nén

Mc

kmol/kg

9

Hàm lượng CO2 trong sản phẩm cháy

MCO2 kmol/kg

10

Hàm lượng H2O trong sản phẩm cháy

MH2O kmol/kg

11

Hàm lượng SO2 trong sản phẩm cháy

MSO2 kmol/kg

12

Hàm lượng O2 trong sản phẩm cháy


Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z

βz

-

17

Nhiệt độ khí nạp

Tk

18

Mật độ khí nạp

ρk

kg/m3

19

Áp suất cuối quá trình nạp

pa

bar

20

Tc

25

Hệ số tăng áp suất

ψ

26

Nhiệt độ tại điểm z

Tz

27

Áp suất cuối quá trình dãn nở

pb

28

Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở

Tb

29

Áp suất chỉ thị trung bình



0

K

bar
0

K

ηi

-

32

Hiệu suất có ích

ηe

-

33

Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị

gi

g/kW.h


mm

38

Dung tích công tác của xylanh

VS

cm3

39

Tổng nhiệt đưa vào động cơ trong 1đơn vị thời gian

QT

kW

40

Phần nhiệt biến thành cơ năng có ích

Qe

kW

41

Tổn thất nhiệt do làm mát


Môi chất công tác (MCCT) là những chất tham gia vào quá trình đốt cháy nhiên
liệu, sau đó tiếp nhận nhiệt năng sinh ra trong quá trình nhiên liệu cháy và dãn nở để
tạo ra cơ năng. Tính MCCT là một trong những công đoạn đầu tiên trong quy trình
tính toán chu chu trình nhiệt động của ĐCĐT. Thông thường, người ta xác định số
lượng MCCT cần thiết tương ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu - 1 kg nhiên liệu
lỏng hoặc 1 kmol (hoặc 1 m3) nhiên liệu khí.
2.1.1. Lượng không khí
Không khí được đưa vào không gian công tác của ĐCĐT nhằm 2 mục đích : đốt
cháy nhiên liệu và quét buồng đốt.
Lượng không khí cần thiết để đốt cháy một đơn vị số lượng nhiên liệu được xác
định trên cơ sở cân bằng khối lượng các phương trình phản ứng hoá học mô tả quá
trình cháy nhiên liệu như sau :
•

Trường hợp cháy hoàn toàn nhiên liệu lỏng :
C

+

2H2 +
S
•

+

O2
O2
O2

=

cân bằng khối lượng các phương trình phản ứng hoá học (2.1-1) như sau :
•

•

Trường hợp nhiên liệu lỏng tính bằng kg :

8
11
c[ kg ]C + c[ kg ]O2 = c[ kg ]CO2
3
3

(2.1-2a)

h[ kg ]H 2 + 8h[ kg ]O2 = 9h[ kg ]H 2O

(2.1-2b)

s[ kg ]S + s[ kg ]O2 = 2 s[ kg ]SO2

(2.1-2c)

Đối với nhiên liệu lỏng tính bằng kmol :
c
c
c[ kg ]C +
[ kmol ]O2 =
[ kmol ]CO2
12

4 2

n[kmol ]CO2 +

m
[kmol ]H 2 O
2

(2.1-2g)

Từ các phương trình (2.1-2) ta có :
•

Số kg oxy lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng :

8
O0 = c + 8h + s − o f
3
•

(2.1-3a)

Số kmol oxy lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu lỏng :

O0 =
•

[kg/ kg]

c h s of

0,23  3


[kg/kg]

(2.1-4)

Số kmol KK lí thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu (M0 )
- Đối với nhiên liệu lỏng

M0 =

1  c h s of 

⋅ + +
−
0,21  12 4 32 32 

[kmol/kg]

(2.1-5a)

[kmol/kmol]

(2.1-5b)

- Đối với nhiên liệu khí :

M0 =



(2.1-7)

2.1.2. Lượng hỗn hợp khí công tác
•

Số kg hỗn hợp cháy ứng với 1 kg nhiên liệu ( L1 )

L1 = 1 + λ . L0
•

[kg/kg]

(2.1-8)

Số kmol hỗn hợp cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu (M1)

Hỗn hợp cháy (HHC) bao gồm không khí và nhiên liệu. Ở động cơ diesel chạy
bằng nhiên liệu lỏng, HHC được hình thành bên trong không gian công tác của xylanh
khi nhiên liệu được phun vào ở cuối hành trình nén. Thể tích nhiên liệu lỏng là rất nhỏ
so với thể tích của không khí nên khi tính số kmol HHC ở động cơ diesel chạy bằng
nhiên liệu lỏng, người ta thường bỏ qua thể tích của nhiên liệu. Với giả định như vậy,
số kmol HHC ứng với 1 kg nhiên liệu lỏng ở động cơ diesel được coi như bằng số
kmol không khí :

M1 = λ . M0

[kmol/kg]

(2.1-9a)


Ma = M1 + Mr = M1 ( 1 + γr ) [kmol/kg]
•

(2.1-10)

Số kmol MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (Mc)

MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (M c) cũng bao gồm HHC và khí sót,
nhưng có số lượng nhỏ hơn lượng MCCT tại thời điểm đầu quá trình nén (M a) do lọt
khí qua khe hở giữa piston và xylanh. Tuy nhiên, lượng khí lọt thường rất nhỏ trong
trường hợp động cơ có tình trạng kỹ thuật tốt, nên khi thiết kế sơ bộ có thể coi M c =
Ma :

Mc = M1 ( 1 + γr )

[kmol/kg]

(2.1-11)

2.1.3. Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy hoàn toàn
Khi tính toán MCCT, nhiên liệu được coi là sẽ cháy hoàn toàn khi có đủ hoặc
dư không khí (λ ≥ 1) và cháy không hoàn toàn khi λ < 1.
Sản phẩm cháy hoàn toàn bao gồm dioxide carbon (CO2), hơi nước (H2O), oxyt
lưu huỳnh (SO2), oxy dư (O2) và nitơ có trong không khí (N2). Kí hiệu M2 là số kmol
sản phẩm cháy , M CO2 , M H 2O , M SO2 , M O2 , M N 2 là số kmol các chất khí CO 2, H2O,
SO2 , O2 và N2 có trong sản phẩm cháy ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu, căn cứ
vào phương trình (2.1-2) ta có :
•


M O2 = 0,21 ⋅ ( λ − 1) ⋅ M 0

[kmol/kg]

(2.1-12d)

M N 2 = 0,79 ⋅ λ ⋅ M 0

[kmol/kg]

(2.1-12e)

( M 2 ) λ≥1 = ∑M i =λ⋅ M 0 + h +
4

of
32
[kmol/kg]

•

(2.1-13)

Đối với nhiên liệu khí

M CO2 = ∑ n ⋅ Cn H mOr

[kmol/kmol]

(2.1-14a)



(2.1-15)

2.1.4. Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn
Trong trường hợp λ < 1, do thiếu oxy nên một phần C và H 2 không được oxy
hoá hoàn toàn thành CO2 và H2O và trong sản phẩm cháy sẽ có thêm CO và H2. Kết
quả phân tích thành phần sản phẩm cháy không hoàn toàn ở ĐCĐT cho thấy rằng : tỷ
số giữa hàm lượng hydro chưa cháy M H 2 và hàm lượng oxyt carbon (MCO) có trong

(

)

sản phẩm cháy hầu như không đổi và không phụ thuộc vào hệ số dư lượng không khí
M H2
K=
(λ). Kí hiệu tỷ số này là K, ta có :
(2.1-16)
M CO
Trị số của K phụ thuộc chủ yếu vào tỷ số giữa hàm lượng hydro (h) và hàm
lượng carbon (c) của nhiên liệu. K ≈ 0,3 với nhiên liệu có h/c = 0,13 ; K = 0,45 ÷ 0,50
với nhiên liệu có h/c = 0,17 ÷ 0,19.
•

Lượng CO2 và CO


Phương trình phản ứng hoá học giữa C và O2 và phương trình cân bằng khối
lượng trong điều kiện thiếu oxy có dạng như sau :


Kí hiệu ϕC là phần carbon bị oxy hoá thành CO, ta có :

hoặc

4
7
ϕC ⋅ c[kg ]C + ϕC ⋅ c[kg ]O2 = ϕC ⋅ c[kg ]CO
3
3

(2.1-18a)

ϕC ⋅ c
ϕ ⋅c
[kmol ]O2 = C [kg ]CO
24
12

(2.1-18b)

ϕC ⋅ c[kg ]C +

Khi toàn bộ số C trong nhiên liệu cháy thành CO 2 và CO thì từ các phương
trình (2.1-2d) và (2.1-18b), tổng số sản phẩm cháy C sẽ là :

M CO2 + M CO =
•

c

ϕH
⋅h
2

[kmol/kg]

(2.1-21)

[kmol/kg]

(2.1-22)

Tổng lượng H2O và H2 có trong sản phẩm cháy :

M H 2O + M H 2 =
•

1− ϕH
ϕ
h
⋅h+ H ⋅h =
2
2
2

Tổng lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn


( M 2 ) λ

h M H 2O
=
4
2

(2.1-24c)

Để đốt cháy H2 :
•

(1 − ϕH ) ⋅

Tổng lượng oxy cần thiết trong trường hợp cháy không hoàn toàn

M CO2 +

M H 2O
o
M CO
+
= 0,21 ⋅ λ ⋅ M 0 + f
2
2
32
c
h of  of
= λ⋅
+
12 4 − 32 


[kmol/kg]

(2.1-27)

Thay (2.1-26) và (2.1-27) vào (2.1-25) ta có :

 c h o  o
M
c
1h

− M CO + CO +  − K ⋅ M CO  = λ ⋅  + − f  + f
12
2
22

 12 4 32  32
hoặc

c h o  M
c h of
+ −
− λ ⋅  + − f  = CO ⋅ (1 + K )
12 4 32
2
 12 4 32 

hoặc


(2.1-31)

[kmol/kg]

(2.1-32)

[kmol/kg]

(2.1-33)

[kmol/kg]

(2.1-34)

M CO = 0,42 ⋅
M CO2 =

M H 2 = 0,42 ⋅ K ⋅
M H 2O =

1− λ
⋅ M0
1+ K

h
1− λ
− 0,42 ⋅ K ⋅
⋅M0
2
1+ K


(2.1-35a)

h+

h o f 
1 
+
− λ ⋅ M0 +
4 32 
µ f 

of

8 − 1
4
µf

[kmol/kg]

(2.1-35b)

Đối với động cơ xăng khi λ < 1, từ biểu thức (2.1-23) và (2.1-9b) :

∆M = ( M 2 ) λ
4 2 

[kmol/kmol] (2.1-35d)

Từ (2.1-35d) thấy rằng : ∆M phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tử của các nguyên
tố hoá học có trong các chất khí CnHmOr và ∆M có thể lớn hơn, bằng hoặc nhỏ hơn 0.
• Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết (β 0) - Sự thay đổi số kmol của MCCT sau
khi nhiên liệu cháy so với trước khi cháy được đánh giá bằng đại lượng gọi là Hệ số
biến đổi phân tử lí thuyết :

β0 =

M 2 M 1 + ∆M
∆M
=
= 1+
M1
M1
M1

(2.1-36a)

Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết ở động cơ diesel :

h+

of
8

(2.1-36b)

h+

of

8 − 1
4
µf

(2.1-36d)

1
µf

Hệ số biến đổi phân tử lí thuyết ở động cơ ga :

β0 = 1 +
•

∆M
λ ⋅ M0 +1

(2.1-36e)

Hệ số biến đổi phân tử thực tế (β x )

Ở ĐCĐT thực tế, MCCT tại thời điểm trước quá trình cháy bao gồm hỗn hợp
cháy (M1) và khí sót (Mr). Sau khi cháy, M1 chuyển thành M2, còn Mr không đổi. Tỷ số
giữa số MCCT sau và trước khi cháy được gọi là Hệ số biến đổi phân tử thực tế :

βX =


2.2. QUÁ TRÌNH NẠP - XẢ

(2.1-38)


a)
p

0

p
,T

,T

0

b)
0

p

0

N

T

p s,T


§ CT V

p

X

b
a

r
§CT

§CT V

H. 2.1-1. Một số thông số đặc trưng của quá trình nạp-xả
a) Sơ đồ hệ thống nạp-xả, b) Quá trình nạp-xả ở động cơ
4 kỳ không tăng áp, c) Quá trình nạp-xả ở động cơ 4 kỳ tăng áp
K- ống góp khí nạp, X - ống góp khí thải. T- turbine khí thải,
N- máy nén khí tăng áp, LM - thiết bị làm mát khí tăng áp.
p0, T0 - áp suất và nhiệt độ khí quyển , ps , Ts - áp suất và nhiệt độ
của khí nạp sau máy nén, pk , Tk - áp suất và nhiệt độ khí mới,
px , Tx - áp suất và nhiệt độ khí thải, pa - áp suất cuối quá trình nạp,
pr - áp suất khí sót.

Như chúng ta đã biết, hoạt động của ĐCĐT có tính chu kỳ, tức là có các chu
trình công tác kế tiếp nhau. Để thực hiện được chu trình công tác tiếp theo, phải xả hết
khí thải ra khỏi không gian công tác của xylanh rồi nạp vào đó khí mới. Quá trình nạp