TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Bộ mơn Động cơ đốt trong
**********

ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH Ơ TƠ 2
ĐỀ TÀI: Tính tốn động cơ 3D6 và kiểm bền piston

Giáo viên hướng dẫn : ThS. Nguyễn Duy Tiến
Sinh viên thực hiện

: Kiều Văn Long

MSSV

: 20185843

Kì học

: 20211

Chữ ký GVHD

: …………

Hà Nội, 3/2022


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................... 6
PHẦN I. Tính tốn chu trình cơng tác động cơ đốt trong .....................................7
1. Giới thiệu tính tốn chu trình cơng tác động cơ đốt trong – tính tốn nhiệt .......7
2. Số liệu ban đầu ....................................................................................................8
3. Các thông số cần chọn .........................................................................................9
3.1. Áp suất mơi trường: pk .................................................................................9
3.2. Nhiệt độ khí nạp mới ....................................................................................9
3.3. Áp suất cuối quá trình nạp: pa ......................................................................9
3.4. Áp suất khí thải: pr .......................................................................................9
3.5. Mức độ sấy nóng mơi chất: T ....................................................................9
3.6. Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr .......................................................................9
3.7. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:  t .........................................................................10
3.8. Hệ số quét buồng cháy:  2 .........................................................................10
3.9. Hệ số nạp thêm: 1 .....................................................................................10
3.10. Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm z:................................................................10
3.11. Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm b: ...............................................................10
3.12. Hệ số hiệu đính đồ thị cơng: d ..............................................................10
3.13. Chọn tỷ số tăng áp: ...................................................................................10
4. Tính tốn các q trình cơng tác........................................................................11
4.1. Tính tốn q trình nạp: .............................................................................11
4.2. Tính tốn q trình nén: .............................................................................12
4.3. Tính tốn q trình cháy: ............................................................................14
4.4. Tính q trình giãn nở: ...............................................................................16
Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 2


SV: Kiều Văn Long


GVHD: Nguyễn Duy Tiến

4.5. Tính tốn các thơng số chu trình cơng tác ..................................................17
5. Vẽ và hiệu đính đồ thị cơng:..............................................................................19
5.1. Số liệu đã có ...............................................................................................19
5.2. Xác định quá trình nén a-c và quá trình giãn nở z-b: .................................20
5.3. Vẽ đồ thị cơng ............................................................................................20
5.4. Hiệu đính đồ thị cơng .................................................................................23
PHẦN II. Tính tốn động học, động lực học .........................................................26
1. Vẽ đường biểu diễn các quy luật động học. ......................................................26
1.1. Đường biểu diễn hành trình piston x=f(α)..................................................26
1.2. Đường biểu diễn tốc độ piston v=f(α) ........................................................26
1.3. Đường biểu diễn gia tốc của piston j=f(x)..................................................27
2. Tính tốn động học, động lực học .....................................................................28
2.1. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến .......................................................28
2.2. Các khối lượng chuyển động quay .............................................................29
2.3. Lực quán tính ..............................................................................................29
2.4. Vẽ đường biểu diễn lực quán tính -pj = f(x): ..............................................30
2.5. Đường biểu diễn v = f(x): ...........................................................................31
2.6. Khai triển đồ thị công P-V thành P=f(α): ...................................................33
2.7. Khai triển đồ thị pj = f(x) thành pj = f(α) ....................................................33
2.8. Vẽ đồ thị pz = f(α):......................................................................................33
2.9. Vẽ lực tiếp tuyến T= f(α) và đồ thị lực pháp tuyến Z = f(α) ......................34
2.10. Vẽ đường T = f(α) ..................................................................................36
2.11. Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ................................................38
2.12. Vẽ đường biểu diễn Q = f(α): ...................................................................40

Đồ án chuyên ngành ô tô 2


Trang 3


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

2.13. Đồ thị mài mịn chốt khuỷu ......................................................................42
PHẦN III. Tính nghiệm bền nhóm piston .............................................................45
1. Thông số đầu vào...............................................................................................45
1.1. Thông số kỹ thuật piston ............................................................................45
1.2. Thơng số động cơ .......................................................................................46
2. Tính nghiệm bền piston .....................................................................................46
2.1. Tính nghiệm bền đỉnh piston ......................................................................46
2.2. Tính nghiệm bền đầu piston .......................................................................48
2.3. Tính nghiệm bền thân piston ......................................................................49
3. Tính nghiệm bền chốt piston .............................................................................50
3.1. Ứng suất uốn...............................................................................................51
3.2. Ứng suất cắt ................................................................................................51
3.3. Áp suất tiếp xúc với đầu nhỏ thanh truyền .................................................52
3.4. Độ biến dạng...............................................................................................52
3.5. Ứng suất biến dạng .....................................................................................53
4. Kiểm bền xéc-măng không đẳng áp ..................................................................54
4.1. Ứng suất uốn xéc-măng ở trạng thái làm việc ............................................55
4.2. Ứng suất uốn xéc-măng khi lắp vào piston ................................................55
4.3. Ứng suất khi gia cơng phơi xéc-măng ........................................................55
4.4. Áp suất bình qn của xéc-măng không đẳng áp tác dụng lên mặt xylanh55
4.5. Quy luật phân bổ áp suất khơng đẳng áp của xéc-măng có thể vẽ gần đúng
theo công thức sau: ............................................................................................56
5. Kiểm bền piston bằng phần mềm CATIA P3 V5R21 .......................................56

5.1. Thiết kế 3D chi tiết piston ..........................................................................56
5.2. Mô phỏng 3D các thành phần tác động tới piston ......................................62
Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 4


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

5.3. Đưa ra kết quả và đánh giá .........................................................................64

LỜI KẾT ............................................................................................................ 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 67

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 5


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã tác động tích
cực tới ngành cơng nghiệp chế tạo ơ tơ có những bước phát triển nhanh chóng vượt bậc
với nhiều loại ô tô hiện đại ra đời. Động cơ đốt trong đóng vai trị 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 tốn và
thiết kế đồ án mơn học động cơ đốt trong đóng vai trị hết sức quan trọng đối với các
sinh viên chuyên ngành động cơ đốt trong.
Đề tài được giao là từ bảng số liệu được cho ban đầu như kiểu động cơ; số kỳ; số
xilanh; thơng số kích thước như đường kính, hành trình piston; góc mở sớm đóng muộn;
cơng suất động cơ, …thì nội dung u cầu là phần tích nhiệt để tính tốn và xuất được
dự liệu đồ thị áp suất, T, Z,..ra file exel và sử dụng giá trí đó để tính bền; sau đó vẽ bản
vẽ chi tiết piston và hình 3D.
Đồ án tính tốn thiết kế đồ án mơn 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 q trình hồn thành đồ án khơng 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 q trình
làm khơng tránh được sai sót chính vì vậy em rất mong được sự đóng góp của các thầy
cơ cũng như tồn thể các bạn để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn ThS. Nguyễn Duy Tiến
cùng các bạn trong lớp đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt đẹp.

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 6


SV: Kiều Văn Long


GVHD: Nguyễn Duy Tiến

PHẦN I. Tính tốn chu trình cơng tác động cơ đốt trong
1. Giới thiệu tính tốn chu trình cơng tác động cơ đốt trong – tính tốn nhiệt
Tính tốn nhiệt động cơ đốt trong (ĐCĐT) chủ yếu là xây dựng trên lý thuyết đồ
thị công chỉ thị của một động cơ cần thiết kế thơng qua việc tính tốn các thơng số nhiệt
động lực học của chu trình cơng tác trong động cơ gồm các quá trình:
+ Quá trình nạp
+ Quá trình nén
+ Quá trình cháy
+ Quá trình giãn nở
Mỗi quá trình trên được đặc trưng bởi các thông số trạng thái là nhiệt độ, áp suất,
thể tích của mơi chất cơng tác (MCCT) ở đầu và cuối của quá trình. Trên cơ sở lý thuyết
của nhiệt động lực học kỹ thuật, nhiệt động hóa học, lý thuyết động cơ đốt trong xác
định giá trị của các thơng số nêu trên.
Tiếp theo ta tính các thơng số đánh giá tính năng của chu trình gồm các thơng số
chỉ thị và các thơng số có ích của chu trình cơng tác như: áp suất chỉ thị trung bình pi,
áp suất có ích trung bình pe, cơng suất chỉ thị Ni, cơng suất có ích Ne, hiệu suất e và
suất tiêu hao nhiên liệu ge của động cơ, …
Cuối cùng, bằng kết quả các quá trình tính tốn nói trên ta xây dựng giản đồ cơng
chỉ thị của động cơ và đây là các số liệu cơ bản cho các bước tính tốn động lực học và
thiết kế sơ bộ cũng như thiết kế kỹ thuật tồn bộ động cơ.
Trong tính tốn kiểm nghiệm động cơ cho trước, việc tính tốn nhiệt có thể được
thay thế bằng cách đo đồ thị công thực tế trên động cơ đang hoạt động nhờ các phương
tiện, các dụng cụ đo ghi kỹ thuật hiện đại. Tuy nhiên với phương pháp tính tốn dựa trên
cơ sở lý thuyết nhiệt động hóa học trong động cơ đốt trong, người ta cũng có thể tiến
hành khảo sát những chỉ tiêu động lực và chỉ tiêu kinh tế của các động cơ đã có sẵn này
với kết quả đáng tin cậy.
Tồn bộ q trình tính tốn nhiệt tn theo tài liệu [1].


Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 7


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

2. Số liệu ban đầu
Số liệu cần thiết cho q trình tính tốn thiết kế nhiệt được cho ở bảng dưới đây:
SỐ LIỆU BAN ĐẦU CỦA ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Đơn vị

TT

Tên thông số

Ký hiệu

Giá trị

1

Kiểu động cơ

3D6

Thẳng hàng


2

Số kỳ



4

3

Số xilanh

i

6

4

Thứ tự nổ

5

Hành trình piston

S

180

mm


6

Đường kính xilanh

D

150

mm

7

Góc mở sớm xupáp nạp

1

20

độ

8

Góc đóng muộn xupáp nạp

2

48

độ


9

Góc mở sớm xupáp xả

1

48

độ

10

Góc đóng muộn xupáp xả

2

20

độ

11

Góc phun sớm

i

30

độ


12

Chiều dài thanh truyền

ltt

320

mm

13

Cơng suất định mức

Ne

140

mã lực

14

Số vòng quay định mức

n

1400

v/ph


15

Suất tiêu hao nhiên liệu

ge

195

g/ml.h

16

Tỷ số nén



14,5

17

Khối lượng thanh truyền

mtt

5,62

kg

18


Khối lượng nhóm piston

mpt

2,37

kg

Ghi chú
Đ/cơ Diesel
khơng tăng áp

kỳ

1-5-3-6-2-4

Bảng 1: Số liệu tính tốn thiết kế động cơ 3D6

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 8


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

3. Các thông số cần chọn
Các thông số cần chọn theo điều kiện môi trường, đặc điểm kết cấu của động cơ,
chủng loại động cơ… bao gồm:

3.1. Áp suất môi trường: pk
Áp suất môi trường là áp suất khí quyển trước khi nạp vào động cơ. Ở nước ta có
thể chọn:
pk = 0,1 (MPa)
3.2. Nhiệt độ khí nạp mới
Lựa chọn nhiệt độ mơi trường theo nhiệt độ bình quân cả năm. Ở nước ta chọn:
Tk = 24°C (297 K).
3.3. 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 v.v… Vì vậy cần xét động cơ đang
tính thuộc nhóm nào để lựa chọn pa. Với động cơ diesel không tăng áp 4 kỳ, áp suất cuối
quá trình nạp thường nhỏ hơn áp suất khí quyển, do có tổn thất trên ống nạp và bầu lọc
gây nên, pa biến thiên trong phạm vi sau:
pa = (0,8 ÷ 0,9)pk ; Ta chọn pa = 0,85.pk = 0,085 (MPa)
3.4. Áp suất khí thải: pr
Áp suất này cũng phụ thuộc các thông số như pa. Có thể chọn pr nằm trong phạm
vi:
pr = (1,05 ÷1,10)pk ; chọn pr = 1,07. pk = 0,107 (MPa)
3.5. Mức độ sấy nóng mơi chất: T
Chủ yếu phụ thuộc vào q trình hình thành khí hỗn hợp ở bên ngoài hay bên trong
xilanh.
Đối với động cơ diesel T = 20° ÷ 40°C ; chọn T =30°C
3.6. Nhiệt độ khí sót (khí thải): Tr
Phụ thuộc vào chủng loại động cơ. Nếu quá trình giãn nở càng triệt để, nhiệt độ Tr
càng thấp.
Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 9



SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

Tr = 700 1000 K ; Động cơ Diesel Tr = 700 K
3.7. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt:  t
Tỷ nhiệt của mơi chất thay đổi rất phức tạp nên thường phải căn cứ vào hệ số dư
lượng khơng khí  để hiệu đính. Vì động cơ cho trước trong đồ án này là động cơ diesel
có   1, 4 có thể chọn  t = 1,10
3.8. Hệ số quét buồng cháy:  2
Động cơ không tăng áp  2 = 1
3.9. Hệ số nạp thêm: 1
Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí. Thơng thường có thể chọn:
1 = 1,02  1,07 ; ta chọn 1 = 1,04

3.10. Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm z:
Thể hiện lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu đã cháy ở điểm z so với lượng nhiệt ra
khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu.
Do đó  z phụ thuộc vào chu trình cơng tác của động cơ.
Đối với động cơ diesel z = 0,70  0,85 ; chọn z = 0,80
3.11. Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm b:
 b bao giờ cũng lớn hơn  z . Thông thường:

Đối với động cơ diesel b = 0,80  0,90 ; chọn b = 0,85
3.12. Hệ số hiệu đính đồ thị cơng: d
Thể hiện sự sai lệch khi tính tốn lý thuyết chu trình cơng tác của động cơ với chu
trình cơng tác thực tế. Sự sai lệch giữa chu trình thực tế với chu trình tính tốn động cơ
xăng ít hơn của động cơ diesel vì vậy hệ số d của động cơ diesel có trị số nhỏ hơn
xăng.
Ta có thể chọn: d = 0,92

3.13. Chọn tỷ số tăng áp:

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 10


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

Là tỷ số giữa áp suất hỗn hợp khí trong xilanh ở cuối quá trình cháy và q trình
nén:

=

pz
pc

Trong đó: pz – áp suất cuối quá trình cháy
pc – áp suất cuối quá trình nén
Động cơ diesel   1, 2  2, 4 ; chọn  = 1,8

4. Tính tốn các q trình cơng tác
4.1. Tính tốn q trình nạp:
Hệ số khí sót  r :

r =

=


 2 (Tk + T) p r
Tr
pa

1
p 
1 −  t  2  r 
 pa 

1.(297 + 30) 0,107
700
0,085

1
m

1
 0,107 
14,5.1,04 − 1,10.1.

 0,085 

1
1,47

= 0,0426

Trong đó m – chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót, chọn m = 1,47.
Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta


p 
(Tk + T) +  t  r Tr  a 
 pr 
Ta =
1 + r

m −1
m

1,47 −1

 0,085  1,47
(297 + 30) + 1,10.0,0426.700. 

 0,107 
= 342,87 K
=
1 + 0,0426

Thỏa mãn do với động cơ diesel không tăng áp Ta  320  400 K.
Hệ số nạp:

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 11


SV: Kiều Văn Long


GVHD: Nguyễn Duy Tiến

1


m
 pr  
pa 
1
Tk
ηv =
ελ1 − λ t λ 2  
ε − 1 TK + T p k 
 p a  


1


1,47
1
297 0.085 
0,107

 
=
.
.
. 14,5.1,04 − 1,10.1


14,5 − 1 297 + 30 0,1 
 0.085  



= 0,7888
Lượng khí nạp mới M1:
3
432.103.p k .v 432.10 .0,1.0,7888
= 0,9358 (kmol/kg nh.liệu)
=
M1 =
195
g e .pe .Tk
.0, 4688.297
0,746

Trong đó:

pe =

30.N e . 30.140.0,746.4
=
= 0, 4688 (MN/m2)
Vh .n.i
3,181.1400.6

.D2 .S
= 3,181 (lít)
Vh =

4
Lượng khơng khí lí thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu:

Mo =
Trong đó:

1  0,87 0,126 0,004 
1 C H O
+
−

 + − =
 = 0, 4946
0, 21  12 4 32  0, 21  12
4
32 
C = 0,87; H = 0,126; O = 0,004 (nhiên liệu động cơ diesel).

Hệ số dư lượng khơng khí  :
Động cơ diesel  =

M1 0,9358
=
= 1,892
M 0 0, 4946

4.2. Tính tốn q trình nén:
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khơng khí:

mc v = 19,806 + 0,00209.T (kJ/kmol.độ)

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Hệ số dư lượng khơng khí   1 , tính theo cơng thức:
Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 12


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

1,634  1 
184,36  −5

mc v  = 19,867 +
 +  427,38 +
 .10 .T
  2
 

1,634  1 
184,36  −5

= 19,867 +
+  427,38 +
.10 .T

1,892  2 
1,892 



= 20,73064 + 0,00262.T (kJ/kmol.độ)
Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong qua trình nén , tính theo
công thức sau:

mc v +  r .mc v 
b

mc v =
= a v + v T
1 + r
2
=

19,806 + 0,00209.T + 0,0426. ( 20,73064 + 0,00262.T )
1 + 0,0426

= 19,844 +

0,00422
.T (kJ/kmol.độ)
2

Từ đó ta xác định được a 'v và b v : a 'v = 19,844 ; b v = 0,00422
Chỉ số nén đa biến trung bình n1:
Chỉ số đa biến phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thơng số vận hành như
kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải, trạng thái nhiệt của động cơ
v.v… Tuy nhiên n1 tăng giảm theo quy luật sau: Tất cả những nhân tố làm cho môi chất
mất nhiệt sẽ khiến cho n1 tăng. n1 xác định bằng cách giải phương trình sau:


n1 − 1 =

 n1 − 1 =

8,314
b
a 'v + v .Ta .( n1 −1 + 1)
2
8,314
0,00422
19,844 +
.342,87.(14,5n1 −1 + 1)
2

Bằng cách thử thay các giá trị n1  (1,34  1,39 ) vào phương trình trên đến khi VT
và VP của phương trình có giá trị gần bằng nhau. Giá trị n1 được thỏa mãn khi sai lệch
của hai giá trị ở 2 vế phải nhỏ hơn 0,2% (0,03% < 0,2%).
Sau quá trình thử thay ta xác định được n1 = 1,3693
Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 13


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

Áp suất và nhiệt độ cuối q trình nén pc tính theo cơng thức sau:
pc = p a . n1 = 0,085.14,51,3693 = 3,3089 (MPa)


Nhiệt độ cuối quá trình nén:
Tc = Ta . n1 −1 = 342,87.14,51.3693−1 = 920,50 (K)

Lượng môi chất công tác của quá trình nén:
Mc = M1 + Mr = M1.(1+  r ) = 0,9757
4.3. Tính tốn q trình cháy:
Hệ số thay đổi phân tử lí thuyết  o :

o =

M 2 M1 + M
M
=
= 1+
M1
M1
M1

Độ tăng M của các loại động cơ xác định theo công thức sau:
H O
1 
M = 0, 21.(1 − ).M o +  +
−

 4 32  nl 

Động cơ diesel:

H O 
M =  + 

 4 32 

H O
0,126 0,004
+
+
32 = 1,0338
Tóm lại động cơ diesel o = 1 + 4 32 = 1 + 4
M o
1,892.0, 4946
Hệ số thay đổi phân tử thực tế  :

=

o +  r 1,0338 + 0,0426
=
= 1,0324
1 + r
1 + 0,0426

Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z:

z = 1 +

0 − 1
1,0338 − 1 0,8
.z = 1 +

= 1,0305
1 + r

1 + 0,0426 0,85

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 14


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

Với  z là phần nhiên liệu đã cháy tại điểm z :  z =

ξz
0,8
=
ξ b 0,85

Lượng sản vật cháy M2:
M 2 = M1 + M = o .M1 = 1,0338.0,9358 = 0,9674

Nhiệt độ tại điểm z: Tz
Tính Tz bằng cách giải phương trình cháy của động cơ.
Động cơ diesel, tính nhiệt độ Tz bằng cách giải phương trình cháy sau:

(

)

ξ z .QH

+ mcvc + 8,314. .Tc = β z .mcpz .Tz (*)
M1.(1 + γ r )
Trong đó:
QH – Nhiệt độ của dầu diesel QH = 42.500 (KJ/kgml)

mcpz - Tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình tại điểm z của sản vật cháy.
mcpz = 8,314 + mcvz = 28,99404+0,00259.T (1)
Xác định tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của mơi chất tại điêm z:

γ 
β o   z + r  mcv + (1 −  z ) mc v
βo 
''
b
mc vz = 
= a v + v .Tz = 20,68004 + 0,00259.T (2)
2

γ 
β o   z + r  + (1 −  z )
βo 

 a v = 20,68004 ;

bv
= 0,00259
2

Thay các giá trị đã tính được vào phương trình (*) ta được phương trình sau:
0,8.42500

+ (19,844 + 0,00211.920,50 + 8,314.1,8 ) .920,50 = 1,0305.(28,99404 + 0,00259.Tz ).Tz
0,9358. (1 + 0,0426 )

Ta biến đổi được một phương trình bậc 2 với ẩn là Tz:

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 15


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

0,00267.Tz 2 + 28,994.Tz − 68677,74 = 0

Giải phương trình trên và chọn nghiệm dương là giá trí Tz = 1956,5 K
Áp suất tại điểm z:
p z =  p .p c = 1,8.3,3089 = 5,956

4.4. Tính q trình giãn nở:
Hệ số giãn nở sớm  :

=

z .Tz 1,0305.1956,5
=
= 1, 217
.Tc
1,8.920,50


Động cơ diesel thỏa mãn điều kiên    - (1,217 < 1,8).
Hệ số giãn nở sau:

=

 14,5
=
= 11,915
 1, 217

Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2:

n2 −1 =

8,314

(ξ b − ξ z )Q H
b
+ avz + vz (Tz + Tb )
M1 (1 + γ r )(z − Tb )
2

Thay các đại lượng đã biết ta được phương trình tương đương sau:
n2 −1 =

( 0,85 − 0,80 ) .42500

8,314


1956,5 

+ 20,68004 + 0,00259. 1956,5 +
1956,5 
11,915n 2 −1 


0,9358. (1 + 0,0426 ) .1,0324. 1956,5 −
n 2 −1 
11,915 


Trong đó:
Động cơ diesel Tb =

Tz
n 2 −1

(1) - Nhiệt trị tại điểm b (K).

Q*H - Nhiệt trị tính tốn.

Đồ án chun ngành ô tô 2

Trang 16

(*)


SV: Kiều Văn Long


GVHD: Nguyễn Duy Tiến

Động cơ diesel Q*H = QH
Nhiên liệu động cơ diesel có nhiệt trị QH = 42.500 KJ/kg nl (2).
Giải hệ phương trình (*) bằng cách thử thay dần các giá trị n 2  1, 25  1, 29 vào
phương trình vừa thế được, giá trị n2 sao cho sai số 2 vế trái phải của(*) nhỏ hơn 0,2%
thì thỏa mãn. Ta có thể lấy giá trị n2 là nghiệm của phương trình (*). Sau quá trình thử
thay n2, ta nhận được giá trị: n2 = 1,272 với sai số 2 vế 0,11% < 0,2%.
Vậy n2 = 1,272
Áp suất của quá trình giãn nở

Pb =

pz
5,956
= 0, 2548MPa
n2 =

11,9151,272

Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở

Tb=

1956,5
Tz
=
= 997, 2K
n 2 −1


11,9151,272

Kiểm tra nhiệt độ khí sót

Ta có nhiệt độ của khí thải được tính theo cơng thức sau:
1,47−1
1,47

pr mm−1
 0,107 
Trt = Tb ( )
= 956,5. 

pb
 0, 2548 
Tr =

Tr − Tr

(chon)

Tr

.100% =

= 755,6K

755,6 − 700
.100% = 7,36%  15% (Thỏa mãn)

755,6

4.5. Tính tốn các thơng số chu trình cơng tác
Áp suất chỉ thị trung bình p’i

Đối với động cơ diesel :
p'i =

pc 
.
1
1
1 
.(1 −
)−
(1 −
)  MPa
( − 1) +
 −1 
n 2 −1
n −1 n1 −1
n −1 
2

1

Thay số ta được kết quả:
p’i = 0,6471 MPa.
Đồ án chuyên ngành ô tô 2


Trang 17


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi

pi = φd .pi’ = 0,95.0,7 = 0,6147 MPa
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi:
432.103.p .v
k
g =
i
M1.p .T
i k

432.103.0,1.0,7888
 gi =
= 199,5g / kW.h
0,9358.0,6147.297
Hiệu suất chỉ thị i:
i =

3, 6.10

3

3


=

g i .Q H

3, 6.10 .10

3

= 0, 4246

199, 5.42500

Áp suất tổn thất cơ giới pm:
Áp suất này được biểu diễn bằng quan hệ tuyến tính đối với tốc độ trung bình của
piston. Với vận tốc trung bình của piston được tính theo cơng thức:

v tb =

S.n 0,180.1400
=
= 8,4
30
30

Với động cơ diesel có  = 4, i = 6, D = 150 mm (Động cơ diesel cao tốc dùng cho
ô tô),ta sử dụng công thức:
p m = 0,015 + 0,0156.v tb = 0,015 + 0,0156.8, 4 = 0,1460 (MPa)

Áp suất có ích trung bình pe:

pe = pi – pm = 0,6147 - 0,1460 = 0,4687 (MPa)
So sánh ta thấy pe ở đây gần bằng pe ở quá trình nạp (pe nạp = 0,4688 (MPa)
Hiệu suất cơ giới m:

m =

pe 0, 4687
=
= 0,7625
pi 0,6147

Suất tiêu hao nhiên liệu ge:

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 18


SV: Kiều Văn Long

ge =

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

gi
199,5
=
= 261,64 (g/kW.h)
m 0,7625


Hiệu suất có ích ηe:
e = i .m = 0, 4246.0,7625 = 0,32

Kiểm nghiệm đường kính xy lanh D theo công thức:

Dkn =
Với Vh =

4.3,18428
4.Vh
=
= 1,5008 (dm) = 150,02 (mm)
.1,80
.S

Ne .30.
= 3,18428 (dm3)
pe .i.n

Lại có đường kính xilanh đề bài cho là D = 150 (mm)
 Sai số đường kính là: D = D kn − D = 0,02 < 0,1 (mm)

Sai số đường kính khơng vượt q 0,1 mm nên thỏa mãn điều kiện.

5. Vẽ và hiệu đính đồ thị cơng:
5.1. Số liệu đã có
Căn cứ vào các số liệu đã tính pa , pc , pz , pb , n1 , n2 , ε ta lập bảng tính đường nén
và đường giản nở theo biến thiên của dung tích cơng tác Vx =i.Vc (Vc: dung tích buồng
cháy).


- Áp suất quá trình nạp: pa = 0,085 MPa
-Áp suất quá trính thải: pr = 0,107 MPa
-Áp suất tại điểm z:

pz = 5,956 MPa

-Áp suất tại điểm b:

pb = 0,2548 MPa

- Áp suất tại điểm c:

pc = 3,3089 MPa

- Chỉ số nén đa biến n1: n1 = 1,3693
- Chỉ số giãn nở đa biến n2 = 1,272
- Tỷ số nén

ε = 14,5

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 19


SV: Kiều Văn Long

Với Vc =

GVHD: Nguyễn Duy Tiến


Vh
3,18428
=
= 0, 2359 (dm3)
 − 1 14,5 − 1

5.2. Xác định quá trình nén a-c và q trình giãn nở z-b:
Ta có bảng tính các giá trị của q trình nén và quá trình giản nở như sau: (Xuất
phát từ p.V n = const  p x .Vxn = p c .Vcn với Vx = i.Vc thay vào rút ra).
1

1

Quá trình nén:
Ta có pVn1= const  pxVxn1 = pcVcn1. Đặt Vx = iVc, trong đó i = 1
n

n1

1
 V 
 Vc 
1
 px = pc.   = pc.  c   px = pc. n1
i
 Vx 
 i.Vc 

Quá trình giãn nở:

n2

  .Vc 
 n2
px = p z . 
 = pz n2 với vz = .vc
i
 i.Vc 

Bảng tính tốn q trình nén và giãn nở:

Bảng 2: Số liệu tính tốn q trình nén và giãn nở

5.3. Vẽ đồ thị công

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 20


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

Sau khi tính quá trình nén và giãn nở xong, ta chọn tỷ lệ xích µv và µp hợp lý để
vẽ đồ thị cơng. Để trình bày đẹp thường chọn chiều dài hồnh độ tương ứng từ εVc =
220 mm trên giấy kẻ ly.
Ta có:  v =

Vc 14,5.0, 2359

=
= 0,015548 (dm3/mm)
220
220

Tung độ thường chọn tương ứng với pz khoảng 250 mm trên giấy kẻ ly.
Ta có:  p =

p z 5,956
=
= 0,023824 (Mpa/mm)
250 250

Để sau này khai triển đồ thị được dễ dàng, dễ xem, đường biểu diễn áp suất pk song
song với hoành độ phải chọn đường đậm của giấy kẻ ly. Đường 1Vc cũng phải đặt trên
đường đậm của tung độ. Sau khi vẽ đường nén và đường giản nở, vẽ tiếp đường biểu
diễn đường nạp và đường thải lý thuyết bằng hai đường thằng song song với trục hoành
đi qua hai điểm pa và pr . Sau khi vẽ xong ta phải hiệu đính đồ thị cơng để có đồ thị cơng
chỉ thị. Các bước hiệu đính như sau:
Vẽ đồ thị Brick đặt phía trên đồ thị cơng:
Ta chọn tỉ lệ xích của hành trình piston S là:

s =

gtt s
S
180
=
=
= 0,87891 (mm/mmbd)

gtbds 220 − 15, 2 204,8

Vì gtbd Vmax = 220 ; gtbd Vmin = 15,2
Thông số kết cấu động cơ là:

=
R=

R
ltt

=

S
180
=
= 0,28125
2.ltt 2.320

S 180
=
= 90 (mm)
2
2

Vậy giá trị biểu diễn của R là: lR =
Khoảng cách OO’ là: OO' =

90
= 102, 4 (mm)

0,87891

.R 0,28125.90
=
= 12,66 (mm)
2
2

Giá trị biểu diễn đoạn OO’ trên đường trịn Brick tính được theo cơng thức:

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 21


SV: Kiều Văn Long

lOO ' =

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

OO' 12,66
=
= 14, 4 (mm)
s
0,87891

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 22



SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

5.4. Hiệu đính đồ thị công
Theo số liệu đầu bài ta biết các thông số góc phun sớm và các góc mở, đóng của
xupap được cho ở Bảng 3.

Loại động cơ

Xupap nạp

Góc đánh lửa
sớm 

Động cơ ơ tơ

30

Xupap thải

Góc mở 1 Góc đóng 2 Góc mở 1 Góc đóng 2

20

48

48


20

Bảng 3: Thơng số góc phun nhiên liệu sớm và góc phối khí

Hiệu đính điểm ban đầu quá trình nạp (điểm a)
Từ điểm O’ của đồ thị Brick xác định góc đóng muộn β2 = 20° của xupap thải, bán
kính này cắt vịng Brick ở a’, từ a’ gióng đường song song với tung độ cắt pa ở a.
Tùy vào động cơ, nếu động cơ tăng áp thì quá trình nạp bắt đầu ngay từ thời điểm
mở sớm xupap nạp (vì áp suất tăng áp lớn), nếu động cơ khơng tăng áp thì áp suất nhỏ
hơn áp suất môi trường nên khi bắt đầu mở xupap nạp khí nạp chưa thể vào được vì áp
suất khí thải cao hơn.
Nối điêm r trên đường thải với a. Ta có đường chuyển tiếp từ q trình thải sang
q trình nạp.
Hiệu đính đồ thị áp suất cuối q trình nén (điểm c)
Áp suất cuối quá trình nén thực tế do có sự phun sớm nên thường lớn hơn áp suất
cuối q trình nén lý thuyết pc đã tính.Theo kinh nghiệm, áp suất cuối quá trình nén
thực tế pc’ có thể xác định theo cơng thứ sau:

pc ' = pc +

1
1
( pz − pc ) = 3,3089 + ( 5,956 − 3,3089 ) = 4,1913 (MPa)
3
3

Giá trị biểu diễn c’ trên đồ thị là: 175,93 mm

Đồ án chuyên ngành ô tô 2


Trang 23


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

Hiệu đính điểm phun sớm (c”)
Do có hiện tượng phun sớm nên đường nén trong thực tế tách khỏi đường nén lý
thuyết tại điểm c”. Điểm c” được xác định bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta
xác định góc phun sớm φi = 30°, bán kính này cắt vịng trịn Brick tại 1 điểm. Từ điểm
này ta gióng song song với trục tung cắt đường nén tại điểm c”. Nối điểm c” đến điểm
c’ ta được đường nén thực tế.
Hiệu đính điểm đạt pz max thực tế
Áp suất pzmax thực tế trong q trình cháy giãn nỡ khơng đạt trị số lý thuyết như
trong động cơ xăng. Điểm pzmax được xác định như sau: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick
ta xác định góc 15° trước điểm chết trên theo góc quay trục khuỷu, cắt đường tròn tại 1
điểm. Từ điểm này gióng song song với trục tung cắt đường pz tại điểm z”.
Hiệu đính điểm bắt đầu q trình thải thực tế (điểm b)
Do có hiện tượng mở sớm xupáp thải nên trong thực tế quá trình thải thực sự diễn
ra sớm hơn lý thuyết. Ta xác định điểm b’ bằng cách: Từ điểm O’ trên đồ thị Brick ta
xác định góc mở sớm xupáp thải β1 = 48°, bán kính này cắt đường trịn Brick tại 1 điểm.
Từ điểm này ta gióng đường song song với trục tung cắt đường giãn nở tại điểm b’.
Hiệu đính điểm kết thúc quá trình giãn 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 xupap thải mở sớm. Theo cơng thức kinh nghiệm ta có thể xác định
được:

1

1
p b " = p r + . ( p b − p r ) = 0,107 + . ( 0, 2548 − 0,107 ) = 0,1809 (MPa)
2
2
Vậy giá trị biểu diễn của điểm b” là 7,59 mm.
Như vậy ta đã có đồ thị cơng chỉ thị dùng cho phần tính tốn động lực học.

Đồ án chun ngành ơ tơ 2

Trang 24


SV: Kiều Văn Long

GVHD: Nguyễn Duy Tiến

Hình 1: Đồ thị công P-V

Đồ án chuyên ngành ô tô 2

Trang 25