Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân My

Lời nói đầu
Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn động
lực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay
và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước…. Động cơ đốt trong là
nguồn cung cấp 80% năng lượng hiện tại của thế giới. Chính vì vậy việc tính
toán và thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong đóng vai trò hết sức quan
trọng đối với các sinh viên chuyên ngành động cơ đốt trong.
Đồ án tính toán thiết kế đồ án môn học động cơ đốt trong là đồ án đòi hỏi
người thực hiện phải sử dụng tổng hợp rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng
như kiến thức của các môn học cơ sở. Trong quá trình hoàn thành đồ án không
những đã giúp cho em củng cố được rất nhiều các kiến thức đã học và còn giúp
em mở rộng và hiểu sâu hơn về các kiến thức chuyên ngành của mình cũng như
các kiến thức tổng hợp khác. Đồ án này cũng là một bước tập dượt rất quan
trọng cho em trước khi tiến hành làm đồ án tốt nghiệp sau này.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất, song
do những hạn chế về kiến thức cũng như những kinh nghiệm thực tế nên trong
quá trình làm không tránh được sai sót chính vì vậy em rất mong được sự đóng
góp của các thầy cô cũng như toàn thể các bạn để đồ án của em được hoàn
chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Dương Xuân Mỹ cũng như
toàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn Động Cơ Đốt Trong đã tạo mọi điều
kiện giúp em hoàn thành đồ án tốt đẹp.

Sinh viên
Trần Văn Ly

1


2

Số kỳ

τ

4

kỳ

3

Số xilanh

i

4

-

4

Thứ tự nổ

1-3-4-2

-

5


Góc đóng muộn xupáp nạp

α2

48

độ

9

Góc mở sớm xupáp xả

β1

32

độ

10

Góc đóng muộn xupáp xả

β2

8

độ

11


Số vòng quay động cơ

N

5300

v/ph

15

Suất tiêu hao nhiên liệu

ge

175

16

Tỷ số nén

ε

10,7

17

Trọng lượng thanh truyền

mtt

Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân My

- Áp suất môi trường p0 là áp suất khí quyển. Với động cơ không tăng áp ta có
áp suất khí quyển bằng áp suất trước xupap nạp nên ta chọn:
P0 = 0,1(Mpa)
2) Nhiệt độ môi trường T0
- Nhiệt độ môi trường được chọn lựa theo nhiệt độ bình quân của cả năm. Với
động cơ không tăng áp ta có nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ trước xupap nạp
nên:
T0 = 240C = 2970K.
3) Áp suất cuối quá trình nạp pa
- Áp suất cuối quá trình nạp p a với động cơ không tăng áp ta có thể chọn trong
phạm vi:
Pa = (0,8 – 0,9)p0 = 0.8.p0 = 0,8.0,1 = 0.08 (MPa)
4) Áp suất khí thải pr:
- Áp suất khí thải pr có thể chọn trong phạm vi:
pr = (1,10-1,15).pk = 1,15pk = 1,15.0,1 = 0,115 (MPa)
5) Mức độ sấy nóng môi chất
Mức độ sấy nóng môi chất Error: Reference source not found chủ yếu phụ
thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel. Với động cơ Xăng ta chọn:

6) Nhiệt độ khí sót (khí thải) Tr:
Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Thông thường ta có thể
chọn:
Tr = (800 – 1000)Error: Reference source not found = 1000Error: Reference
source not found
7) Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt :


=1

:

Hệ số nạp thêm Error: Reference source not found1 phụ thuộc chủ yếu vào pha
phối khí. Thông thường ta có thể chọn:
Error: Reference source not found1

= (1,02 – 1,07) = 1.03

10) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z phụ thuộc vào chu trình công tác của động
cơ. Với các loại động cơ Xăng ta thường chọn:
ξ z = 0,85 ÷ 0,92 = 0,88

11) Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b :
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b tuỳ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel.
Với các loại động cơ Xăng ta chọn:
ξ b = 0,85 ÷ 0,95 = 0,9

12) Hệ số hiệu đính đồ thị công ϕ d :
Hệ số hiệu đính đồ thị công ϕ d phụ thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel.
Với các động cơ Xăng ta chọn:
ϕ d = 0,92 ÷ 0,97 = 0,97

1.2. Tính toán các quá trình công tác:
1.2.1. Tính toán quá trình nạp:
1) Hệ số khí sót γ r :

4


1.(297 + 20) 0,115
.
.
1000
0, 08

1
 1 


÷
 0,115 1,47  = 0, 04779
10, 7.1, 03 −1,16.1. 
÷
 0, 08 

2) Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta :
Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta được tính theo công thức:
 m −1 

÷
m 

 p 
( Tk + ∆T ) + λt .γ r .Tr .  a ÷
 pr 
Ta =
1+ γ r




Thay số vào công thức tính η v ta được:

5
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân My

 1 


÷
1
297
0, 08 
 0,115  1,47  
ηv =
.
.
10, 7.1, 03 − 1,16.1. 
= 0, 7369
÷

10, 7 − 1 (297 + 20) 0,1 
 0, 08 



30.92, 673.4
= 1, 0574( MPa )
0, 4961.5300.4

M1 =

432.103.0,1.0, 7369
= 0,5161(kmol / kg .nl )
1, 0574.237,933.297

5) Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M 0 :
Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1 kg nhiên liệu M 0 được tính theo
công thức:
M0 =

1 C H O
. + − ÷
0, 21  12 4 32 

Đối với nhiên liệu của động cơ Xăng ta có: C = 0,855; H = 0,145; O = 0 nên thay
6
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân My

vào công thức tính M 0 ta được:

Với các 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:
1
mcv'' = ( 17,977 + 3,504.α ) + . ( 360,34 + 252, 4.α ) .10 −5.T
2

Thay số ta được:
1
0, 0061
mcv'' = ( 17,997 + 3,504.0,9909 ) + . ( 360,34 + 252, 4.0,9909 ) .10 −5.T = 21, 444906 +
.T
2
2

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 mcv' tính theo
công thức:
mcv' =

mcv + γ r .mcv''
b'
= av' + v .T (kJ / kmol.do)
1+ γ r
2

7
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong


8,314
a + b .Ta . ε n1 −1 + 1
'
v

'
v

(

)

Thay n1 = 1, 2436 vào hai vế của phương trình ta được:
n1 − 1 = 0, 2436

và
8,314
'
v

b
a + .Ta . ( ε n1 −1 + 1)
2
'
v

=

8,314

6) Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc :
Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc được xác định theo công thức:
Tc = Ta .ε n1 −1

Thay số ta được:
Tc = 349, 65.10, 71,2436−1 = 622,9( K )

7) Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c :
Lượng môi chất công tác của quá trình nén M c được xác định theo công thức:
M c = M 1 + M r = M 1. ( 1 + γ r )

Thay số ta được:
M c = 0,5161. ( 1 + 0, 04779 ) = 0,541(kmol / kg .nl )

1.2.3. Tính toán quá trình cháy:
1) Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β 0 :
Ta có hệ số thay đổi phân tử lí thuyết β 0 được xác định theo công thức:
β0 =

M 2 M 1 + ∆M
∆M
=
= 1+
M1
M1
M1

Với động cơ xăng ta sử dụng công thức :
H
O



Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân My

β0 + γ r
1+ γ r

β=

Thay số ta xác được:
β=

1, 0551 + 0, 04779
= 1, 0526
1 + 0, 04779

3) Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β z :
Ta có hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z β z được xác định theo công thức:
βz = 1+

β0 − 1
.χ z
1+ γ r

Trong đó ta có:
χz =

ξ z 0,88

Trong đó:
QH là nhiệt trị thấp của nhiên liệu Xăng ta có: QH = 44000(kJ / kg.nl )
∆Q là nhiệt lượng tổn thất do nhiên liệu cháy không hết khi đốt 1kg nhiên

10
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân My

liệu.trong điều kiện α

Mặt khác ta có:
mcvz'' = avz'' +

bvz''
.Tz
2

 a '' = 21, 41592
→  vz''
 bvz = 0, 00606

Thay các giá trị vào phương trình (**) ta tính được:
Tz = 2768 (K)
6) Áp suất tại điểm z pz :
Ta có áp suất tại điểm z pz được xác định theo công thức:
pz = λ . pc

Trong đó λ là hệ số tăng áp :
λ = βz.

Tz
2768
= 1, 0515.
= 4, 672
Tc
622,9

Thay số ta được:
11

bằng sau:
n2 − 1 =

8, 314

( ξb − ξ z ) .QH
b''
+ avz'' + vz . ( Tz + Tb )
M 1. ( 1 + γ r ) .β . ( Tz − Tb )
2

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

Tz
δ n2 −1

Thay số vào ta được:
Tb =

43440, 001
= 1396,5( K )
10, 71,2886−1

QH*: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu.
Với động cơ xăng :
QH* = QH − ∆ QH = 44000 − 559,999 = 43440, 001(kJ / kg.nl )

12
SVTH: Trần Văn Lý


= 0, 2882

Vậy ta có sai số giữa hai vế của phương trình là:
∆n2 =

0, 2886 − 0, 2882
.100% = 0,1236% < 0, 2%
0, 225

→ n2 = 1, 2882

4) áp suất cuối quá trình giãn nở pb :
áp suất cuối quá trình giãn nở pb được xác định trong công thức:
pb =

pz
δ n2

Thay số vào ta được:
pb =

7,125
= 0,3360( MPa )
10, 71,2886

5) Tính nhiệt độ khí thải Trt
Nhiệt độ khí thải được tính theo công thức:
m −1


1000 − 991, 25
991, 25

GV:Dương Xuân My

.100% = 0,88%

→ ∆ Trt < 15%

Vậy giá trị nhiệt độ khí thải chọn và tính toán thoả mãn yêu cầu.

1.2.5. Tính toán các thông số chu trình công tác.
1) áp suất chỉ thị trung bình pi' :
'
Với động cơ Xăng áp suất chỉ thị trung bình pi được xác định theo công thức:

pi' =

Pc
[ λ (1 − n21 ) − 1 (1 − n11 )
ε − 1 n2 − 1
ε − 1 n1 − 1
ε −1

]

Thay số vào công thức trên ta được:
pi' =

1,5249

gi =

432.103.ηv . pk
M 1. pi .Tk

Vậy thay số vào ta xác định được:
432.103.0, 7369.0,1
gi =
= 118,32( g / KW .h)
0,5161.1, 7552.297

14
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân My

4) Hiệu suất chỉ thị η i
Ta có công thức xác định hiệu suất chỉ thị:
3, 6.103
ηi =
g i .QH

Thay số ta được:
ηi =

3, 6.103
= 0, 6915

7) Hiệu suất cơ giới η m :
Ta có công thức xác định hiệu suất cơ giới:
15
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân My

pe
pi

ηm =

Thay số vào công thức trên ta được:
ηm =

1,51845
= 0, 7651
1,7552

8) Suất tiêu hao nhiên liệu g e :
Ta có công thức xác định suất tiêu hao nhiên liệu tính toán là:
ge =

gi
ηm

Vậy thay số vào ta được:

4.Vh
π .S

Thay số vào ta được:
16
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

Dkn =

GV:Dương Xuân My

4.0, 4961
= 0,82523(dm) = 82,523(mm)
3,14.0,928

Vậy ta xác định được sai số đường kính giữa tính toán và thực tế là:
∆D = D − Dkn = 82,8 − 82,523 = 0, 0231(mm)
→ ∆D < 0,1( mm)

Vậy đường kính xy lanh giữa tính toán và thực tế thoả mãn yêu cầu.
1.3. Vẽ và hiệu đính đồ thị công.
Ta chọn tỉ lệ xích biểu diễn áp suất trong xylanh và dung tích công tác của
xylanh trong quá trình nén và giãn nở lần lượt là:
µp =

pz 7,125
=


Vc=
1
1.000
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10.7

GV:Dng Xuõn My

Quá trình nén

giá trị
biểu diễn

I^n1

Px

giá trị
biểu diễn

0.03561

13.2765
15.3708

1.5249
1.5249
0.6440
0.3889
0.2720
0.2061
0.1643
0.1356
0.1149
0.0992

0.35614
0.38107

206.1856
220.6186

17.5227
19.0608

0.0870
0.0800

c

Quá trình giãn nở
I^n2

1.7296
1.1938
0.8955
0.7080
0.5805
0.4887
0.4199

200.0000
81.8696
48.5525
33.5132
25.1384
19.8749
16.2943
13.7186
11.7867

2.4429
2.2457

19.4357
21.2063

0.3666
0.3360

10.2903
9.4312


= 7, 475(mm)
2
4

Giỏ tr biu din 00 l:
gtbdOO' =

gttOO'

àS

=

7,175
= 15, 46( mm)
0, 464

Ta cú na hnh trỡnh ca piston l:
R=

S 92,8
=
= 46, 4(mm)
2
2

18
SVTH: Trn Vn Ly




1
pc' = pc + . ( 0,85 pz − pc )
3

Thay số vào công thức trên ta được:
1
pc' = 1,5249 + . ( 0,85.7,125 − 1,5249 ) = 3, 0354( MPa )
3

Điểm c được biểu diễn trên đồ thị công sẽ có tung độ là:
yc ' =

pc'
3, 0354
=
= 85, 210( mm)
µ p 0, 035622

Điểm c’’- điểm đường nén thực tế tách khỏi đường nén ly thuyết, xác định theo
góc đánh lửa sớm φi = 15° đặt trên đồ thị Brick rồi gióng xuống đường nén để
xác định điểm c’’. Dùng cung thích hợp nối c’’ với c’.
1.3.3.Hiệu đính điểm đạt điểm pz max thực tế :
Áp suất pz max thực tế trong quá trình cháy giãn nở không đạt trị số ly thuyết
do đó ta có cách hiệu đính điểm z của động cơ xăng như sau :
19
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

0, 2255
=
= 6,33(mm)
µ p 0.035622

Sau khi xác định được điểm b’ và b’’ dùng cung thích hợp nối với đường thải ta
được đồ thị công thực tế.

20
SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

p

O

0,85pz

GV:Dương Xuân My

O'

z
c'
c

c''


SVTH: Trần Văn Lý


Đồ án môn học động cơ đốt trong

GV:Dương Xuân My

Phần 2: Tính toán động học, động lực học.
2.1. Vẽ các đường biểu diễn các quy luật động học:
2.1.1 Đường biểu diễn hành trình của piston x = f ( α ) .
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn hành trình của piston theo trình tự sau:
1) Chọn tỉ lệ xích. 0,7 (mm/độ)
2) Chọn hệ trục toạ độ như trong hình vẽ.
3) Từ tâm O ' của đồ thị Brick kẻ các bán kính ứng với 100 , 200.......1800 .
4) Gióng các điểm đã chia trên cung Brick xuống các điểm 100 , 200.......1800 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 100 , 200.......1800
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 tốc độ của piston v = f ( α ) theo phương
pháp đồ thị vòng. Tiến hành theo các bước cụ thể sau:
1) Vẽ nửa vòng tròn tâm O bán kính R .
2) Vẽ vòng tròn tâm O bán kính là λ.R 2
3) Chia nửa vòng tròn tâm O bán kính R và vòng tròn tâm O bán kính là λ.R 2
thành 18 phần theo chiều ngược nhau.
. 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
phằtt các điểm chia tương ứng trên vòng tròn tâm O bán kính là λ.R 2 tại các
điểm a, b, c,.......

R
S
92,8
=
=
= 0,3222
Ltt 2.Ltt 2.144

Gia tốc cực đại:
jmax = R.ω 2 . ( 1 + λ )

Thay giá trị vào ta được:
jmax = 0, 0464. ( 555, 015 ) . ( 1 + 0, 3222 ) = 18898,38( m / s 2 )
2

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

gtt jmax

µj

=

18898,38
= 94, 4919(mm)
200

Gia tốc cực tiểu:
jmin = − R.ω 2 . ( 1 − λ )

EF = − 3.0, 0464.0,3222.(555, 015) 2 = − 13815, 74(m / s 2 )

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

gtt EF −13815, 74
=
= −69, 0787(mm)
µj
200

3) Cách vẽ: Từ điểm A tương ứng điểm chết trên lấy AC = jmax , từ điểm B
tương ứng điểm chết dưới lấy BD = jmin ; nối CD cắt trục hoành ở E ; lấy
EF = −3.R.λ.w2 về phía BD . Nối CF và FD , chia các đoạn này ra làm 8 phần, nối
11, 22,33,..... Vẽ đường bao trong tiếp tuyến với 11, 22,33,..... ta được đường cong

biểu diễn quan hệ j = f ( x )
2.2. Tính toán động lực học:
2.2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:
Khối lượng nhóm piston m pt được cho trong số liệu ban đầu của đề bài là:
m pt = 0,36(kg )

Khối lượng của thanh truyền phân bố về tâm chốt piston có thể tính theo công
thức kinh nghiệm với thanh truyền của động cơ ô tô:
m1 = ( 0, 275 ÷ 0, 285 ) .mtt = (0, 275 ÷ 0, 285).0, 64 = 0,176 ÷ 0,1824

Chọn:

m1 = 0,178(kg )


0

1.187

-9125.088

0

1.027

-7900.536

0

0.822

-6324.397

0

0.587

-4517.348

0

0.340

-2611.770


0

-0.661

5081.231

0

-0.699

5371.945

0

-0.710

5460.311

0

-0.705

5421.175

0

-0.693

5328.646


130
140
150
160
170
180

2.2.3. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính − p j = f ( x ) .
Ta tiến hành vẽ đường biểu diễn lực quán tính theo phương pháp Tôlê được tiến
hành theo các bước sau:
1) Chọn tỉ lệ xích để vẽ đường p j là µ p = 0, 021175Mpa / mm ; µ x = µ s = 0, 487
2) Ta tính được các giá trị:
Diện tích đỉnh piston:
25
SVTH: Trần Văn Lý