KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

NHẬN XÉT , ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Kết quả đánh giá :
....................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................
GIÁO VIÊN BẢO VỆ :
Kết quả đánh giá :
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

Em xin chân thành cảm ơn !
Vinh ,tháng 4 năm 2016
Sinh viên thực hiện :
Phan Văn Bằng

2
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

CHƯƠNG I
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1
1.1.1

Trình tự tính toán :
Số liệu ban đầu:
1- Kiểu động cơ: xăng
2- Đường kính xilanh: 95 (mm)
3 -Hành trình piston: S = 90 (mm)
4- Số xilanh i = 6
5- Công suất : Ne = 155 (mã lực)
ε
6- Tỷ số nén: = 9,5
7- Số vòng quay định mức: n = 4600 (vòng/phút)


kg / cm 2

kg / cm 2

16- Áp suất cuối quá trình nén

Pe

17- Áp suất cuối quá trình cháy

= 21,67

Pz

18- Áp suất cuối quá trình dãn nở

= 68,4
Pb

kg / cm 2

kg / cm 2

= 4,14

kg / cm 2

3
`SVTH: Phan Văn Bằng

Nhiệt độ môi trường được lựa chọn theo nhiệt độ bình quân của cả năm.
Tk = T0 = 240C =2970K
3. Áp suất cuối quá trình nạp: pa
Áp suất pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính năng tốc
độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông…Vì vậy cần xem xét động cơ
đang tính thuộc nhóm nào để lựa chon pa.
Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi:
Pa = (0,9 ÷ 0,98).po, chọn pa = 0,94 kg/cm2 = 0,094 (Mpa) động cơ 4 kỳ tăng áp.
4. Áp suất khí thải: pr
Áp suất khí thải cũng phụ thuộc vào các thông số như pa . Áp suất khí thải có thể
chọn trong phạm vi:
Pr =(1,0 ÷ 1,2).po, chọn pr = 1,15 kg/cm2 = 0,115 ( Mpa)
5. Mức độ sấy nóng môi chất

∆T

:

∆T

Mức độ sấy nóng môi chất
chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hình thành khí hỗn
hợp ở bên ngoài hay bên trong xilanh:
Động cơ Xăng :

∆T

= 200÷400C, chọn

∆T

để hiệu đính. Thông

λt = 1,17

8. Hệ số quét buồng cháy λ2:
Động cơ tăng áp chọn λ2 =0,95
9. Hệ số nạp thêm λ1:
Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí. Thông thường có thể
chon: λ1 =1,03 ÷ 1,07, chọn λ1 =1,03
10. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (

ξz

):

ξz
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ( ) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ,
thể hiện lượng nhiệt phát ra đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy
hoàn toàn 1kg nhiên liệu.

Với động Xăng ta thường chọn

ξz

=0,85÷0,95, chọn

11. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b

ξb

Tính toán quá trình nạp :
1. Hệ số khí sót γr:
5
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Hệ số khí sót γr được tính theo công thức:
1
1
 Pr  m ÷

λ2 .Tt Pr
ε .λ1 − λt .λ2 . ÷
T r Pa
 Pa 
γr =
. .
0,95.317 0,115
.
.
810
0,094

1

÷


 m −1

÷
 m 

 1,5−1 

=

 0,094  1,5 ÷
317 + 1,17.0,0534.810. 
÷
 0,115 
= 345,85o K
1 + 0,0534

3.Hệ số nạp
Hệ số nạp

ηv

ηv

:

được xác định theo công thức:


297 0,094
 0,115  1,5 ÷ 
=
.
.
. 9,5.1,03 − 1,17.0,95 

÷
9,5 − 1 317 0,1 
 0,094 




= 0,882

4.Lượng khí nạp mới M1 :
Lượng khí nạp mới M1 được xác định theo công thức :

M1 =
Trong đó:

pe

432.103.p k .η v
g e .pe .T k

là áp suất có ích trung bình được xác định theo công thức :
30.N e .τ
pe =

(MPa)

432.103.0,1.0,882
= 0,714
170.1,057.297

(kmol/kg nhiên liệu)

5.Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0:
Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0 được tính theo
công thức:

M0 =

1 C H 0 
 + − ÷
0, 21  12 4 32 

(kmol/kg nhiên liệu)

Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có:
C=0.855; H=0,145 ;O=0
Thay các giá trị vào ta có:

7
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch



Đối với động cơ Xăng cần phải xét đến hơi nhiên liệu ,vì vậy:
Với

µnl

là trọng lượng phân tử của xăng thường chọn
α=

µnl = 114

.

1
114 = 1,377
0,512

0,714 −

Thay các giá trị vào ta có:
1.2.2. Tính toán quá trình nén:
1.

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí:
mc v

=19,806+0,00209.T (kJ/kmol.độ)

Ta có: av = 19.806; bv/2 = 0.00209 ; bv = 0,00418
Với động cơ Xăng có hệ số dư lượng không khí α >1 do đó tỉ nhiệt mol
đẳng tích trung bình của không khí được xác định theo công thức:

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
''

mc v + γ r .mc v
b'
mc v =
= a 'v + v T
1+ γr
2
'

(kJ/kmol.độ)

0,00728 

19,806 + 0,00209T + 0,06.  22,82 +
T÷
2

 = 19,976 + 0,00436 T
=
1 + 0,06
2

Suy ra :

n1 − 1

=

∆n =

3.

)

b′
a ′v + v .T a. ε n1 −1 + 1
2

(

)

0,00436
19,976 +
.345,85. 9,51,389 −1 + 1
2
0,372 − 0,37
.100% = 0,146% < 0, 2%
1,372

= 0,37

( đạt yêu cầu)


Lượng môi chất công tác của quá trìng nén Mc được xác định theo công thức:
γr
Mc=M1+Mr=M1.(1+ )
= 0,714.( 1 + 0,0534) = 0,752 (kmol/kgnl)
1.2.3. Tính toán quá trình cháy:
β0

1. Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết

:

Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết
M2
β 0 M1

=

Trong đó độ tăng mol

∆M

∆M =

Đối với động cơ xăng:

=

β0

được xác định theo công thức:

H O
1 
0, 21(1 − α )M 0 +  + −
÷
4 32 µnl 

β0 = 1 +
1
α .M 0 +
µnl
1 
 0,145 0
+ −

÷+ 0, 21(1 − 1,377).0,512
4
32 114 

= 1+
1
1,377.0,512 +
114

= 0,982

2. Hệ số thay đổi phân tử thực tế β: (Do khí sót)
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế β được xác định theo công thức:
β +γ
0,982 + 0,0534
β= 0 r =

χz

ξ
0,88 44
χz = z =
=
ξb
0,9 45

Trong đó:

βz = 1 +

Thay vào công thức suy ra

0,982 − 1 44
. = 0,9833
1 + 0,0534 45

4. Lượng sản vật cháy M2:
Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức:
Μ 2 = Μ1 + ∆Μ = β0 .Μ1

(kmol/kg.nl)

= 0,982.0,714 = 0,701 (kmol/kg.nl)
5. Nhiệt độ tại điểm z (Tz ):
Đối với động Xăng, nhiệt độ tại điểm z (Tz ) bằng cách giải phương trình cháy sau:
ξ z .Q H − ∆QH
+ mc v'Tc = β z .mc vz '' .Tz

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

mc vz″

: Là tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy được

γ 
β0 .  χ z + r ÷.mc v″ + ( 1 − χ z ) .mc v
β0 
b′′

mc vz″ =
= a ′′v + v .Tz
2

γ 
β 0 .  χ z + r ÷+ ( 1 − χ z )
β0 

xác định theo công thức:
0,00728
 44 0,0534 
 44 
0,982.  +
.22,82 +


Theo NLĐCĐT Nguyễn Duy Tiến (tr.81) động cơ xăng hệ số tăng áp λ thuộc
khoảng (3 ÷ 4)
Chọn

λ = 3,15 => Pz = 3,15.2,167 = 6,84(MPa)

1.2.4. Tính toán quá trình giản nở:
ρ
1. Hệ số giản nở sớm :

12
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

β .T
ρ= z z
λ.Tc

Đối với động cơ Xăng
2. Hệ số giản nở sau

ρ =1


Trong đó:
Tb: Là nhiệt trị tại điểm b và xác định theo công thức:
Tb =

Chọn
Q H*

n 2 = 1, 209

Tz

δ n 2 −1

(0K)
Tb =

thay vào công thức ta được:

2317,183
9,51,209−1

= 1447, 49

(0K)

: Nhiệt trị tính toán ở đây ta xét với động cơ Xăng nên:
Q H* = Q H − ∆Q H = 44000 − 0 = 44000

(kJ/kgnl)


.100% = 0,165% < 0, 2%
1, 209

=> n 2 = 1, 209

4. Nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:
Ta có công thức xác định nhiệt độ cuối quá trình giản nở Tb:
Tb =

Tb =

Thay số vào ta có:

Tz

δ n 2 −1

2317,183
9,51,209 −1

(0K)

= 1447, 49

(0K)

5. Áp suất cuối quá trình giản nở pb :
Áp suất cuối quá trình giản nở pb được xác định theo thông số cho trước:
p b = 4,14kg / cm 2 = 0, 414(MPa)


1.2.5. Tính toán các thông số chu kỳ công tác:
1. Áp suất chỉ thị trung bình

pi′

được xác định theo công thức:

14
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Với động cơ Xăng áp suất chỉ thi trung binh
p,i =

pi′

được xác định theo công thức:

pc  λ 
1 
1 
1 
. 1 −
−

1,372 −1 ÷
9,5 − 1 1, 209 − 1  9,51,209 −1 ÷
1,372
−
1
9,5


 

(MPa)

2.Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi :
Do có sự sai khác giữa tính toán và thực tế do đo ta có áp suất chỉ thị trung bình
thực tế được xác định theo công thức:
pi = pi′.ϕd = 1, 289.0,97 = 1, 25

ϕd

(MPa)

là số hiệu đính đồ thị công. Chọn theo tính năng và chủng loại động cơ.

3.Suất tiêu hao nhiên liệu gi:
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:
432.103.η v .p k
gi =
M1.pi .Tk

Thay số vào ta được:



KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

S.n 90.4600.10−3
v tb =
=
= 13,8
30
30

(m/s)

Theo số thực nghiệm có thể tính pm theo (NLĐCĐT Nguyễn Duy Tiến tr102 )
công thức sau :
p m = 0,035 + 0,0115.v tb => 0,035 + 0,0115.13,8 = 0,194

(MPa)

6.Áp suất có ích trung bình pe:
Ta có công thức xác định áp suất có ích trung bình thực tế được xác định theo
công thức:
pe = pi − p m = 1, 25 − 0,194 = 1,0544

(MPa)

ηm
7.Hiệu suất cơ giới


D kn =
Vh =

Với

=

4.0,638
= 0,95(dm) = 95(mm)
π .0,90

N e .30.τ
155.30.4.
=
= 0,638
pe .i.n
1,0544.6.4600

(lite)

1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công:

16
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

= 0,075(lite)
ε − 1 9,5 − 1

Từ tỷ lệ xích trên ta tính được các giá trị biểu diễn (gtbd) của quá trình nén và quá
trình giản nở sau:

* Vẽ vòng tròn Brick đặt phía trên đồ thị công:
Ta chọn tỷ lệ xích của hành trình piston S là:
µS =

gtt S
S
90
=
=
= 0, 45
gtbdS 200 200

(mm)

Vì gtbd Vmax – gtbd Vmin = 223,529-23,529=200(mm)
17
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

µS

=

6,1425
= 13,65
0, 45

(mm)

Ta có nửa hành trình của pistông là:
R=

S 90
=
= 45
2 2

(mm)

Giá trị biểu diễn R trên đồ thị:
gtbd R =

Từ

gtbd OO'

và

gtbd R


Đối với động cơ Xăng

1
( 0,85pz − pc )
3

(Mpa)

18
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

p'c = 2,167 +

1
( 0,85.6,84 − 2,167 ) = 3,382
3

(Mpa)

Từ đó ta xác định được tung độ của điểm c’ trên đồ thị công:
p'
3,382

b).Từ đồ thị Brick xác định góc
gióng xuống đoạn đẳng áp 0,85pz để xác
định điểm z
c). Dùng cung thích hợp nối c’ với z và lượn sát với đường giãn nở.
1.3.5. Hiệu đính điểm bắt đầu quá trình thải thực tế: (điểm b’)
Hiệu đính điểm b’ căn cứ vào góc mở sớm

ϕ3

của xupáp thải.
ϕ3 = 52o
-Từ đồ thị Brick xác định góc mở sớm xupáp thải
cắt vòng tròn
Brick tại một điểm, từ điểm đó gióng đường song song với trục tung cắt đường
giãn nở lý thuyết tại b’.
1.3.6. Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giản nở: (điểm b’’)
Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’ thường thấp hơn áp suất cuối quá
trình giãn nở lý thuyết do xupáp xả mở sớm
Xác định điểm b’’ :
Theo công thức thực nghiệm:

Thay số vào ta được :

1
p"b = p r + .(p b − p r )
2

1
p"b = 0,115 + .(0, 414 − 0,115) = 0, 2645
2

ứng trên trục tung của đồ thị
ta được các điểm xác định chuyển vị x
180o

tương ứng với các góc 10, 20…
5) Nối các điểm xác định chuyển vị x ta được đồ thị biểu diễn quan hệ
x = f (α )
.
2.1.2. Đường biểu diễn tốc độ của piston v =

f (α )

:

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn của pittông theo phương pháp đồ thị vòng. Tiến
hành theo các bước cụ thể sau :
1.Vẽ nửa đường tròn tâm O bán kính R, phía dưới đồ thị x =
λ
2.Vẽ đường tròn tâm O bán kính là R /2

f (α )

.

λ
3.Chia nửa vòng tròn tâm O bán kínhR và vòng tròn tâm O bán kính R /2 thành
18 phần theo chiều ngược nhau.
1.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 phát từ
λ


21
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

jmax = R.ω 2 .(1 + λ )

0,045.481, 47 2.(1 + 0, 273) = 13279, 42

=

(m/s2)

Chú thích: λ thông số kết cấu động cơ
Vậy ta được giá trị biểu diễn jmax là:
gtbd jmax =

gtt jmax

µj

=

13279, 42


Vậy ta được giá trị biểu diễn EF là:
gtbd EF =

gtt EF
µj

=

−8543, 48
= 106,8
80

(mm)

Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = jmin, từ điểm B tương ứng
điểm chết dưới lấy BD = jmin; Nối liền CD cắt trục hoành tại E, lấy
EF = −3.R.λ.ω 2
về phía BD. Nối CF và FD, chia các đoạn ra thành n phần, nối
22, 33…Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22, 33….Ta được các
đường cong biểu diễn quan hệ j =
2.2. Tính toán động lực học :

f (x)

11,

.

2.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

2.2.3. Lực quán tính:
Lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
p j = −m.j = −mRω 2 (cos α + λ cos 2α )

Với thông số kết cấu

λ = 0, 273

ta có bảng tính

2.2.4. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính

−p j = f (x)

pj

theo

α

.

Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tôlê nhưng
p0

hoành độ đặt trùng với đường ở đồ thị công và vẽ đường
chiều với f=(x)). Tiến hành theo các bước sau :
pj

µp


2

= 7,08.10−3

(m2)

+ Gia tốc cực đại

23
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

p jmax =

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

m.R.ω 2 .(1 + λ )
Fpt .10−6

=

1, 45.45.10−3.481, 47 2.(1 + 0, 273)

Vậy ta được giá trị biểu diễn
gtbd p jmax =

Fpt
7,08.10 .10

Vậy ta được giá trị biểu diễn
gtbd p jmin =

p jmin

(MPa)

là:

gtt min 1,5531
=
= 45, 41
µp
0,0342

(mm)

- Ta xác định giá trị E’F’:
EF =

3.m.R.λω 2 3.1, 45.45.10−3481, 47 2.0, 273
=
= 1,7497(MPa)
Fpt
7,08.10−3.10−6

Vậy ta được giá trị biểu diễn E’F’ là:

dựa trên hai đồ thị là đồ thị
x = f (α )
v = f (α )
và
(sử dụng phương pháp đồ thị vòng ).Ta tiến hành theo trình
tự sau:
24
`SVTH: Phan Văn Bằng

GVHD: Lưu Đức Lịch


KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1. Từ tâm các điểm đã chia độ trên cung của đồ thị Brich ta gióng các đường song
α = 100 ,200 ,300 ,...1800
song với trục tung tương ứng với các góc quay
2. Đặt các giá trị của vận tốc v này (đoạn thẳng biểu diễn giá trị của v có một đầu
v = f (α )
mút thuộc đồ thị
,đầu thuộc nửa vòng tròn tâm O, bán kính R trên đồ thị)
trên các tia song song với trục tung nhưng xuất phát từ các góc tương ứng trên đồ
x = f (α )
thị Brich gióng xuống hệ trục toạ độ của đồ thị
.
x = f (α )
3. Nối các điểm nằm trên đồ thị ta được đường biểu diễn quan hệ
p kt = f (α )


3. Từ các điểm chia trên đồ thị Brich ta xác định trị số của
p −α
α
góc rồi đặt các giá trị này trên toạ độ
.

p kt

tương ứng với các

+ Cần xác định điểm Pmax. Theo kinh nghiệm điểm này thường xuất hiện
3720 − 3750

.

+ Khi khai triển cần cẩn thạn ở đoạn có độ dốc tăng trưởng và đột biến lớn của p
từ

3300 − 4000

, nên lấy thêm điểm ở đoạn này vẽ được chính xác.

4. Nối các điểm xác định được theo một đường cong trơn ta thu được đồ thị biểu
p kt = f (α )
diễn quan hệ

25
`SVTH: Phan Văn Bằng