Thiết kế môn học

Thiết kế môn học
diesel
Đề bài:
Thiết kế động cơ Diesel công suet 176 KW .Động cơ mẫu 8L160PN có các thông số kỹ
thuật sau :
Mác động cơ : 8L160PN
Nớc,hãng sản suất : SOKADA (Tiệp)
Công suất : 176(kW)
Vòng quay (v/p) : n = 750
Đờng kính xilanh(mm) : D =160
Hành trình piston(mm) : S =225
Số xi lanh : i = 8
Động cơ mẫu 8L160 là động cơ 4 kỳ ,Tăng áp bằng tubin khí xả.
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 1
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
Mở Đầu
1. Tính thời sự của đề tài.
Sự phát triển của ngành giao thông vận tải đánh giá tốc độ tăng trởng và phát triển nền kinh tế
quốc gia. Vì vậy, giao thông vận tải giữ một vai trò cực kì quan trọng. Trong bối cảnh đất nớc ta hiện
nay, giao thông vận tải càng khẳng định vai trò của nó và đang phát triển không ngừng, hoà chung
với sự phát triển đó ngành vận tải thuỷ cũng đã và đang khặng định mình bằng những đội tàu lớn và
hiện đại.
Trên đa số các con tàu vợt đại dơng cũng nh các tuyến trong nớc, động cơ Diezel vẫn đang đợc sử
dụng làm động cơ chính và việc khai thác hệ động lực tàu thủy đã áp dụng nhiều thành tựu khoa học
kỹ thuật. Ngày nay công nghiệp đóng tàu phát triển một cách nhảy vọt. Tuy nhiên phần lớn các động
cơ Diezel đều nhập từ nớc ngoài, để đặt nền móng cho nghành công nghiệp chế tạo động cơ Diesel
thì việc thiết kế một động cỏ để đặt đợc các chỉ tiêu về kinh tế, kỹ thuật là vô cùng quan trọng.
Trờng Đại Học Hàng Hải Việt Nam là một trờng chuyên nghiệp đào tạo một bộ phận kỹ s

đóng tàu và có nhiệm vụ trang trí, sửa chữa hệ thông động lực
tàu thủy. Sau mỗi khoá học, mỗi sinh viên đợc nhận một đề tài tốt nghiệp nhằm nghiên cứu tổng hợp
lại những kiến thức đã đợc học tập ở trờng, làm nâng cao chất lợng đội ngũ cán bộ kỹ thuật phục vụ
tốt cho ngành .
2. Mục đích của đề tài.
Thiết kế động cơ Diesel, công suất 176 kW.
3. Phơng pháp nghiên cứu của đề tài.
- Về lý thuyết sử dụng các tài liệu liên quan đến thiết kế động cơ Diesel của thầy Lê Viết L-
ợng.
- ứng dụng phần mềm máy tính :
Chu trình công tác động cơ Diesel
Giáo viên hớng dẫn : Th.S Đặng Khánh Ngọc
Sinh viên thực hiện : Đỗ Hùng Cờng
Để tính toán các thông số kỹ thuật của động cơ, động học và động lực học của các hệ thống
nhằm phục vụ cho việc tính toán thiết kế động cơ Diesel.
4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 2
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
Đề tài chỉ giới hạn trong việc thiết kế động cơ Diesel nhằm đáp ứng đợc công suất 132 kW
để thỏa mãn nhu cầu thiết kế.
5. ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Đề tài có ý nghhĩa khoa học và thực tiễn, nghiên cứu và làm rõ đợc phơng pháp thiết kế động
cơ Diesel nói chung và động cơ Diesel tàu thủy nói riêng đáp ứng đợc công suất thiết kế và điều kiện
làm việc của động cơ. Từ đó có thể áp dụng vào sản xuất và cải tiến nâng cao đợc chỉ tiêu kinh tế, kỹ
thuật cho động cơ và làm giảm thiểu h hỏng các chi tiết. Đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho các
sinh viên trong ngành cơ khí đóng tàu và các nghành cơ khí khác.
6. Đề tài thiết kế :
Thiết kế đ/c Diesel công suất 176 kW theo mẫu động cơ sau :
Mác động cơ 8L160PN

Nớc-hãng sản xuất SOKADA (Tiệp)
Công suất [ Kw ] [ 176 ]
Vòng quay : n ( v/ph ) 750 ( v/ph )
Đờng kính xy lanh : D ( mm ) 160 ( mm )
Hành trình pittông : S ( mm ) 225 ( mm )
Số xilanh: i 8
Ghi chú Động cơ 4 kì , tăng áp bằng tubin khí xả

Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 3
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
Phần I tính thông số ban đầu cho động cơ điesel
1.1, Cơ sở lý thuyết mô phỏng chu trình công tác của động cơ Diesel theo phơng pháp cân bằng
năng lợng.
Chu trình công tác của động cơ Diesel hoàn thành sau hai vòng quay của trục khuỷu đối với động
cơ 4 kì và hoàn thành sau một vòng quay của trục khuỷu đối với động cơ 2 kì. Tuy nhiên trong một
chu trình công tác cả hai loại động cơ đều phải thực hiên các quá trình là nạp, nén, nổ, xả. Để chọn
phơng án thiết kế, để khi chế tạo, cũng nh trong quá trình khai thác đều phải tính chu trình công tác
của nó. Để xác định mối quan hệ giữa các thông số của chu trình công tác của động cơ thì phải tính
chu trình công tác. Việc tính chu trình công tác có thể tính theo phơng pháp cổ điển hoặc phơng pháp
mới. Để lựa chọn phơng pháp tính cần phải đánh giá các phơng pháp đó.
1.2, Đánh giá phơng pháp cổ điển tính chu trình công tác của động cơ Diesel.
Để tính chu trình công tác của động cơ cần nghiên cứu, tính toán các quá trình công tác : nạp,
nén, cháy, giãn nở trên cơ sở nhiệm vụ th thiết kế và động cơ mẫu lựa chọn. Sau khi tính các quá
trình sẽ xác định đợc thông số môi chất tại các điểm đặc trng. Trong quá trình tính chu trình sẽ lựa
chọn đợc các hệ số, các chỉ số đặc trng cho chu trình phụ thuộc vào loại động cơ thiết kế. Dựa vào
kết quả tính toán xây dựng đồ thị công chỉ thị, đây là công đoạn chủ yếu để xác định các thông số
chỉ thị và có ích của động cơ .
Theo phơng pháp cổ điển, để tính chu trình công tác của động cơ cần phải giả thiết quá trình nén
và giãn nở đa biến với chỉ số đa biến trung bình trong quá trình nén và giãn nở là n

1
, n
2
; quá trình cấp
nhiệt đẳng tích và đẳng áp thay cho quá trình
cháy nhiên liệu đợc đặc trng bởi tỉ số tăng áp trong quá trình cháy , chỉ số giãn nở sớm . Ngoài ra
để tính các thông số của chu trình còn phải chọn nhiều hệ số khác nh : hệ số lợi dụng nhiệt , hệ số
biến đổi phần tử vv
Nh vậy, để xây dựng đồ thị công trên hệ toạ độ p-V và p- phải xác định đợc các thông số môi
chất tại các điểm đặc trng, sau đó dựa vào các phơng trình đa biến và phơng trình trạng thái của khí
lý tởng, đồng thời kết hợp với vòng tròn brích. Trên cơ sở các đồ thị đã xây dựng tính đ ợc các thông
số chỉ thị và có ích của động cơ, Ví dụ : muốn tính áp suất chỉ thị trung bình của chu trình phải sử
dụng công thức sau đây :
)]
1
1
1(
1
1
)
1
1(
1
.
)1.([
1
1
.
1
1

12
2





+


=

nn
a
ai
nn
pp





Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 4
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
Từ công thức trên ta thấy rõ, để xác định
i
p

cần phải chọn hoặc tính gần đúng các thông số:

,,,,,n
1
,n
2
, trong khi đó tất cả các tài liệu đều không hớng dẫn rõ đối với loại động cơ cụ thể
nên chọn các hệ số trong giới hạn nào, hoặc cho giới hạn quá rộng, nên việc chọn hệ số không đảm
bảo chính xác, đặc biệt là những ngời hiểu không sâu môn học này .
Từ cách tính chu trình công tác của động cơ Diesel theo phơng pháp cổ điển có thể rút ra nhận xét
sua đây :
- Không xét đợc ảnh hởng của góc phối khí, thực ra trong quá trình công tác của động cơ góc
phối khí không trùng với các điểm chết .
- Sử dụng quá nhiều hệ số lựa chọn nên không đảm bảo độ chính xác .
- Không xét ảnh hởng của góc phun sớm, quy luật cấp nhiên liệu, lợng nhiệt trao đổi và nớc làm
mát .
- Không xét đợc các thông số động học quá trình cháy và các mối quan hệ giữa các thông số
này với lực tác dụng nên cơ cấu biên khuỷu .
- Với phơng pháp này rất khó nghiên cứu các thông số công tác khi động cơ làm việc theo các
đờng đặc tính điều chỉnh, đặc tính bộ phận đặc tính chóng chóng và nghiên cứu ảnh hởng của điều
kiện khai thác tới chất lợng làm việc của động cơ .
1.3, Phơng pháp cân bằng năng lợng.
Phơng pháp tính nhiệt động cơ đốt trong do B.I .Grinhevecki soạn thảo năm 1906 và đợc E.K.
Mazing hoàn thiện tiếp. Phơng pháp kinh điển nổi tiếng của Grinhevicki và Mazing đợc sử dụng rộng
rãi trong quá trình nghiên cứu các chu
trình thực tế của động cơ đốt trong và đến nay vẫn đợc sử dụng trong thực tế kĩ thuật và quá trình học
tập .
Tuy nhiên, để nghiên cứu sâu các quá trình công tác của động cơ và để dự đoán thì phơng pháp
này cha đủ hoàn thiện do các giả thiết đề ra khi thiết kế nh đã nhận xét ở mục 2.1 .
Động cơ tàu thuỷ hiện đại chủ yếu là động cơ tăng áp bằng tuabin khí xả. Các quá trình công tác
trong xi lanh của động cơ và trong tuabin máy nén có mối liên hệ và phụ thuộc lẫn nhau, điều đó ph-
ơng pháp Grinihevicki và Mazing không tính đến. Phơng pháp không thể xác định đặc tính thay đổi

các thông số chủ yếu của quá trình công tác của động cơ theo góc quay trục khuỷu, phụ thuộc vào
động lực học toả nhiệt, trao đổi nhiệt với thành xilanh và các thông số điều chỉnh. Vì vậy, phải soạn
thảo mô hình toán học mà quá trình công tác cho phép tính đến các yếu tố này và cho phép đánh giá
ảnh hởng của chúng đến đặc tính diễn biến của quá trình công tác, tính kinh tế và tính tin cậy công
tác của động cơ. Mô hình toán học các quá trình công tác của động cơ là hệ các phơng trình vi phân
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 5
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
khép kín. Khi các điều kiện ban đầu và điều kiện biên đã cho, đối với thời điểm bất kì của chu trình
hệ phơng trình này cũng mô tả mối quan hệ giữa đặc tính thay đổi các thông số quá trình công tác
với sự thay đổi năng lợng, khối lợng và các thông số kết cấu của động cơ .
Hiện nay hai phơng pháp tính quá trình công tác của động cơ đốt trong đợc sử dụng rộng rãi : Ph-
ơng pháp cân bằng thể tích do H.M.Glagolev thiết lập và phơng pháp cân bằng năng lợng do
B.M.Gôntrar thiết lập.
Trong đề tài sử dụng phơng pháp cân bằng năng lợng để nghiên cứu. Để áp dụng phơng pháp này
phải giả thiết môi chất trong thể tích công tác của xilanh tại thời điểm bất kỳ đều ở trạng thái cân
bằng, nghĩa là một hệ thống nhiệt cân bằng.
Nếu bỏ sự rò lọt môi chất qua xécmăng trong quá trình nén và giãn nở thì hệ thống nhiệt động là hệ
kín .
Nh vậy, với phơng pháp này thì môi chất trong thể tích làm việc của xilanh trong các quá trình
của chu trình luôn luôn tuân theo định luật nhiệt động thứ nhất : nhiệt lợng cấp cho chu trình dùng để
thay đổi năng lợng và sinh công. Dới đây ta xét phơng trình cân bằng năng lợng của môi chất trong
thể tích làm việc của xilanh trong quá trình nén, cháy và giãn nở.
Phơng trình cân bằng năng lợng của môi chất đợc biểu diễn qua công thức:


d
dL
d
dU

d
dQ
+=
(2.1)

d
dQ
: lợng nhiệt cấp cho môi chất theo góc quay của trục khuỷu , (kj/
0
TK)

d
dU
: Độ thay đổi nội năng của môi chất theo góc quay của trục khuỷu ,
(kj/
o
TK).

d
dL
: Độ thay đổi công theo góc quay của trục khuỷu , (kj/
o
TK)

: Góc quay của trục khuỷu thay đổi từ 0 đến
ct

(kết thúc chu trình ), đợc tính từ điểm chết trên
lúc bắt đầu quá trình nạp (để đơn giản hoá nhng không ảnh nhiều đến kết quả tính trong đề tài chỉ xét
quá trình của chu trình từ 180

0
đến 540
0
),rad.
Từ sự phụ thuộc nhiệt động học đã biết có thể tính biến thiên nôi năng của môi chất theo công
thức sau :
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 6
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học


d
dm
u
d
dT
Cm
d
dU
v
+=
(2.2)
Độ thay đổi công tính theo công thức :


d
dV
p
d
dL

.=
(2.3)
m: là khối lợng môi chất công tác , kg .
C
v
: nhiệt dung riêng đẳng tích , kj/kg.K .
u: nội năng đơn vị của môi chất công tác , kj/kg .
p: áp suất môi chất trong xilanh , kpa .
V: thể tích môi chất công tác ( thể tích công tác của xilanh ứng với vị chí piston - tính theo công
thức mục 2.3 ) , m
3
.
Nội năng dơn vị của môi chất công tác :


=
o
v
dTCu .
(2.4)
a). Sự thay đổi các thông số môi chất trong quá trình nén.
Trong quá trình nén không có quá trình trao đổi khí nên trong phơng trình(2.2)
0. =

d
dm
u
, môi
chất công tác gồm không khí sạch và khí sót, nên (2.2) có dạng :



d
dT
vmcm
d
dU
vrrvkk
).( +=
(2.5)
C
v
=a+b.T: nhiệt dung riêng của không khí , a=19,88 ; b=0,00275 .
C
vr
=a+b.T: nhiệt dung riêng của sản vật cháy sạch , a=21,81 ;
b= 0,003853 .
Phần lớn thời gian của quá trình nén các chi tiết tiếp súc với môi chất công tác truyền nhiệt cho
môi chất, nhiệt lợng này có thể tính theo công thức :
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 7
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học




d
d
FTTa
d
dQ

d
dQ
vxkcvxvk
w
.) ( ==
(2.6)

vk
: hệ số truyền nhiệt từ vách tới môi chất theo góc quay của trục khuỷu và bề mặt trao đổi
nhiệt đợc tính nh

mc
, KW/m
2
K .
T
vx
: nhiệt độ trung bình vách sau một chu trình, ở chế độ định mức
T
vx
=400 480
o
K .
F
vx
: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, tinhs theo (2.10), m
2

: thời gian trao đổi nhiệt, s .
với

nd
d
.6
1
=


nên .

n
F
TTa
d
dQ
d
dQ
vx
kcvxvk
w
.6
) ( ==

(2.7)
b). Sự thay đổi các thông số môi chất trong quá trình cháy.
Quá trình cháy bắt đầu khi góc quay trục khuỷu

bằng góc bắt đầu cháy nhiên liệu

, góc
đợc xác định:


ifs

+=
(2.8)

fs

: góc phun sớm nhiên liệu, lấy theo lý lịch động cơ,
0
TK;
i

: góc cháy trì hoãn, tính theo 2.23,
0
TK.
Sản vật cháy tạo thành làm tăng khối lợng môi chất công tác theo công thức:


d
dx
g
d
dm
ct
=
(2.9)
g
ct
: lợng nhiên liệu phun vào xi lanh trong một chu trình , (kg/ch.t)



d
dx
: Tốc độ cháy tơng đối đợc tính theo công thức thực nghiệm I.I Vibe (2.47)
Trong quá trình cháy khối lợng không khí giảm xuống :
G
bt
=G
b
-G
o
.g
ct
.x (2.10)
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 8
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
Và lợng sản vật cháy tăng nên :
m
kcx
=m
r
+g
ct
x+G
o
.g
ct
.x (2.11)

x=



d
d
dx
o
.

: % nhiên liệu cháy ứng với thời điểm xét .


+
+
++= dT
CG
CmCG
d
dx
g
d
dT
CmCG
d
dU
vkcbx
vkckcxvkkbx
ctvkckcxvkkbx
.

.
).(
.

(2.12)
Lợng nhiên liệu cấp cho môi chất công tác bằng tổng lợng nhiệt nhận đợc từ vách và nhiệt lợng
do cháy lợng nhiên liệu cấp cho chu trình .


d
dQ
d
dQ
d
dQ
xw
+=
(2.13)
Lợng nhiệt toả ra do cháy phần nhiên liệu cấp ,kW/kg .


d
dx
gQ
d
dQ
ctH
x
=
(2.14)


d
dQ
w
- tính theo (2.7 )
c). Sự thay đổi thông số các môi chất trong quá trình giãn nở.
Trong quá trình giãn nở kết thúc quá trình cấp nhiên liệu vào trong xilanh nên số hạng thứ hai vế
phải (2.12) bằng không, còn khối lợng sản vật cháy không đổi cho đến khi mở cửa thải.Trong quá
trình này phần nhiệt truyền từ môi chất cho vách theo công thức (2.7) .
Dựa vào phơng trình nói trên sẽ xác định đợc áp suất môi chất công tác và từ đó tính đợc nhiệt độ
theo phơng trình trạng thái của môi chất .
Nh vây, trên cơ sở phơng trình định luật nhiệt động thứ nhất sẽ xác định đợc áp suất và nhiệt độ
môi chất công tác tại thời diểm bất kì của chu trình, đó là cơ sở tính các thông số công tác của chu
trình .
Tuy nhiên vận dụng phơng pháp này vào việc xây dựng mô hình và lập chơng trình tính không
phải đơn giản .
Với phơng pháp này còn một số tồn tại: cha tính đến ảnh hởng của chất lợng phun sơng và hoà
trộn hỗn hợp công tác; trạng thái kỹ thuật động cơ nói chung và sự hao mòn các chi tiết chuyển động
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 9
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
tơng đối với nhau; loại dầu bôi trơn; mối quan hệ giữa chất lợng chu trình công tác với hệ thống tự
động điều chỉnh cấp nhiên liệu; mối quan hệ phụ tải và mô men quay .
1.4, Lựa chọn công thức bổ sung tính chu trình công tác của động cơ diesel theo phơng pháp
cân bằng năng lợng :
Để xây dựng thuật toán và lập chơng trình tính trên cơ sở phơng trình(2.1) thì ngoài công thức
chủ yếu trong mục 2.2 cần lựa chọn bổ sung các công thức trong các tài liệu về tính chu trình công
tác của động cơ. Sau đây là công thức bổ trợ :
-Tốc độ trung bình của piston : cm, m/s ;
C

m
=
30
.ns
(2.15)
s: là hành trình của piston, m ;
n: là vòng quay của động cơ, v/p;
-Tốc độ lớn nhất của piston khi nạp qua xupap nạp,m/s ;
C
w
=1,57.C
m
.k (2.16)
k: Tỷ số diện tích đỉnh piston và diện tích lỗ xupap (chọn theo kết cấu của động cơ ).
-Nhiệt trị thấp của nhiên liệu : QH,kj/kg :
Q
H
=100.[339.C+1256H-109(O-S)]-r
w
.(9H+W) (2.17)
r
w
=2512kj/kg : nhiệt ẩn hoá hơi của nớc trong nhiên liệu ứng với áp suất 101.2 kpa .
C,H,O,S,W : hàm lợng cácbon, hidro, oxi, lu huỳnh nớc có trong thành phần nhiên liệu, %
Với dầu điesel : C=0,87;H=0,126,O=0,004 .
-Nhiệt độ không khí sau máy nén tăng áp, oK :

k
k
n

n
KoK
TT
1
.

=

(2.18)
K

: tỷ số tăng áp lấy theo lý lịch của động cơ,hoặc động cơ mẫu :
n
k
=1,5 2 chỉ số nén đa biến trong máy nén .
-Nhiệt độ không khí trớc xupáp nạp, oK :
T
s
=T
k
-T
lm
(2.19)
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 10
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
T
lm
: độ giảm nhiệt độ trong bầu làm mát không khí tăng áp,độ :
-áp suất không khí trớc xupap nạp,Mpa :


lm
PPP
kks
=

.
(2.20)
lm
P
: độ giảm áp suất trong bấu làm mát không khí tăng áp,Mpa :
p
k
: áp suất tăng áp lấy theo lý lịch động cơ hoặc động cơ mẫu ,Mpa :
-áp suất không khí cuối quá trình nạp,Mpa :

s
w
sa
Tw
C
PP
2
2
.576
100000.
=
(2.21)
w: hệ số tốc độ
-Hệ số khí sót :


) (
).(
rar
r
r
PPT
PtT

+
=


(2.22)
: tỷ số nén lý thuyết (lấy theo lý lịch động cơ hoạc động cơ mẫu);
p
r
,T
r
: áp suất và nhiệt độ khí sót, kpa,
0
K;
t = 5 10
o
C: độ tăng nhiệt độ không khí do tiếp xúc với vách, độ;
-Nhiệt độ không khí cuối quá trình nạpTa, oK :

r
rrs
a

TtT
T


+
++
=
1
.
(2.23)
-Diện tích bề mặt xung quanh thể tích xilanh công tác khi piston ở điểm chết dới Fo, m
2
:
F
0
=
1
.
.
2
.
2

+



SDD
(2.24)
D,S : đờng kính xilanh và hành trình piston, m;

-Diện tích bề mặt các chi tiết tiếp xúc với môi chất công tác F
vx
, m
2
;
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 11
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
F
vx
=F
0
+
)sin.5.0cos1.(
2

+SD
(2.25)


: góc quay của trục khuỷu,rad.
-Thể tích công tác của xilanh V
s
,m
3
:

SDV
s


4
1
2

=
(2.26)
-Thể tíc buồng cháy V
c
, m
3
:

1
1
.

=

sc
VV
(2.27)
-Thể tích công tác xilanh khi piston ở điểm chết dới V
a
,m
3
:
V
a
=V
c

+V
s
(2.28)
-Thể tích công tác của xilanh tính theo góc quay của trục khuỷu, m
3
:


22
sin 5,0cos1.( 25,0 ++= SDVV
cvx
) (2.29)
-Khối lợng riêng không khí sau máy nén:
s

,kg/m
3

s
s
s
TR
P
.
=

( 2.30)
R=278(kj/kmol.K)- hằng số của không khí .
-Lợng không khí khô cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu L
o

, kmol/kg .

)
32
0
32412
.(
21,0
1
0
++=
SHC
L
(2.31)
-Hệ số nạp không kể đến hàm lợng ẩm :

rsa
sa
n
PT
TP



+
=
1
1
.
.

.
.
1
(2.32)
-Hệ số nạp kể đến hàm lợng ẩm :

d
r
r
rnt
++
+
=



1
1
.
(2.33)
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 12
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
n
B
G
G
d =
: hàm lợng ẩm là tỷ số giữa lợng không khí khô và hơi nớc nạp vào trong xilanh trong
một chu trình .

-Lợng không khí thực tế nạp vào trong xilanh trong một chu trình không kể đến hàm lợng ẩmcủa
không khí, kg :

snsB
VG

=
(2.34)
-Hệ số d lợng không khí không kể đến hàm lợng ẩm :

0
.G
g
G
ct
B
=

(2.35)
g
ct
: lợng cấp nhiên liệu cho động cơ trong một chu trình, kg;
G
o
: lợng không khí lý thuyết để đốt cháy một kg nhiên liệu, kg/kg :

00
.LG
s
à

=

s
à
=28,9 kg/kmol- khối lợng của kmol không khí .
-Hệ số d lợng không khí có kể đến hàm lợng ẩm :

d
t
.
61,11+
=


(2.36)
-Thời gian cháy trì hoãn
i

tính theo công thức V.X.Xemenov :

294,0
635,0
.).(
4,8217
kfkfm
i
TPC
=

(2.37)

T
kf
: nhiệt độ môi chất trong xilanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu,
o
K;
P
kf
: áp suất môi chất trong xilanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu, kPa;
-Hệ số truyền nhiệt từ khí đén vách ống lót xilanh
cm

cm

có thể áp dụng theo các công thức khác nhau phụ thuộc vào loại động cơ. Tất cả các công
thức tính hệ số truyền nhiệt từ khí đến vách ống lót xilanh đều là công thức thực nghiệm ứng với các
điều kiện cụ thể, vì vậy không thể sử dụng công thức chung áp dụng cho các loại động cơ .
Dới đây là một công thức thực nghiệm tính hệ số truyền nhiệt từ khí đến vách ống lót xilanh :
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 13
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
+ Công thức Nuxent áp dụng cho động cơ Diesel thấp tốc :

vxkc
vxkc
mkckcmc
TT
TT
CTP



++=
44
3
2
)01,0()01,0(
.362,0)24,11(.151.1

(2.38)
+ Công thức của Iaklittr sử dụng cho các động cơ cao tốc:

)24,11(3,228.922,0
1
m
n
kckc
n
mc
CTP +=


(2.39)


( )
kc
Tn
5
10.1685,0394,0

+=

+ Công thức tính của Briling- Nuxent dùng cho các động cơ thấp tốc có tăng áp:

vxkc
vxkc
mkckcmc
TT
TT
CTp


++=
44
3
2
)01,0()01,0(
.362,0)185,045,2( 151,1

(2.40)
+Công thức của Briling sử dụng cho các động cơ cao tốc:

)185,045,2(.151,1
2
mkckcmc
CTp +=

(2.41)
+Công thức của Haizenbek sử dụng cho các động cơ Diesel tàu thuỷ:

kckcmmc
TPC 47,2

3
=

(2.42)
Đối với động cơ Diesel tăng áp sử dụng công thức sau đây:

4
3
44,2
kkckcmmc
PTPC=

+Công thức của Xemnov sử dụng cho động cơ hai kỳ và bốn kỳ:

4
4
3
3
12,1 DCTP
mkckcmc
=

(2.43)
+ Công thức của Pflaum sử dụng cho các động cơ có buồng cháy trớc:

)1(57,23)(
)( 163,1
).416,05,1(
'
m

C
m
mkckcmc
eCf
CfTPK

=
=

(2.44)
Dấu + ứng với C
m
>3,6m/s:
Đối với lắp xi lanh và piston: K

= 1,1 + 0,366.
0
0
P
PP
k

Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 14
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
Đối với ống lót xilanh: K

= 0,36 + 0,12.
0
0

P
PP
k

+ Pflaum cũng đa ra công thức sau đây đối với động cơ bốn kỳ có buồng cháy phân cách và tăng
áp:

[ ]
m
C
kckckmc
CTPpf
m
025,07,5.2,52,6 ).(
2
)1,0(
+=


(2.45)
Đối với nắp xilanh và piston :f(p
k
)=2,3.p
k
1/4
;
Đối với ống lót xilanh cũng có thể áp dụng đối với các bề mặt tiếp xúc với khí cháy các loại
động cơ có buồng cháy thống nhất : f(p
k
)=0,8.p

k
2/3
;
Trong các công thức trên:

mc

- Hệ số truyền nhiệt từ khí đến vách ống lót xilanh, KW/(m
2
.K);
P
kc
, P
k
, P
0
- áp suất khí cháy, không khí tăng áp, không khí môi trờng, MP
a
;
C
m
- tốc độ trung bình piston, m/s;
D - Đờng kính xilanh, m;
T
kc
,T
vx
-Nhiệt độ khí cháy,nhiệt độ trung bình của vách ống lót xilanh,K.
- Bề mặt trao đổi nhiệt tức thời của vách với môi chất công tác,m
2

:
F
w
=
)
1
.(.
2
.
2




S
S
D
D
+

+
(2.46)
S

- Độ dịch chuyển tức thời piston,m:
S







+=



2
sin.
2
cos1.5,0 S
( 2.47)
- Lợng nhiệt toả ra và tốc độ toả nhiệt theo công thức Vibe:
Phần trăm nhiệt lợng toả ra theo góc quay trục khuỷu x:



















=
+1
0
.908,61
m
z
espx


(2.48)
Tốc độ toả nhiệt theo góc quay trục khuỷu:
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 15
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học


















+

+
=
+1
0
908,6exp
1
908,6
m
zz
x
m
d
d




(2.49)

m- chỉ số đặc trng cho sự phát triển sự cháy chọn theo thực nghiệm m = 0,3
ữ
1;

Z

- thời gian cháy

;13050
0
GQTK
Z
ữ=



- góc cháy ban đầu
;
ifs

+=

fx

-góc phun sớm nhiên liệu ( lấy theo động cơ hoặc động cơ mẫu);

i

- thời gian cháy trễ của nhiên liệu.
- áp suất chỉ thị trung bình p
i
, Mpa:
p
i
=L
i
/V
s

(2.50)
L
i
- công chỉ thị của chu trình,kj.
- Công suất chỉ thị, kW:

M
i
=i.V
s
.p
i.
.n.z/60 (2.51)
i-Số xilanh;
z- hệ số kỳ.
- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị, kg/(kW.h):
G
i
=
iss
ns
PTLR
p

3600
0
à

( 2.52)
- Hiệu suất chỉ thị:


nsh
iss
i
PQ
PTLR

à



0
=
(2.53)
- áp suất có ích trung bình p
e
, Mpa:
p
c
= p
i
-p
m
(2.54)
p
m
=a
m
+b
m

C
m
- áp suất tổn hao cơ giới, Mpa;
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 16
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
Đối với động cơ có buồng cháy thống nhất: a
m
= 0,088; b
m
= 0,0118;
Đối với động cơ có buồng cháy trớc: a
m
= 0,103; b
m
= 0,0135;
Đối với động cơ buồng cháy phân cách: a
m
= 0,103; b
m
= 0,015.
- Hiệu suất cơ giới
m

:

m

=
i

e
P
P
(2.55)
- Công suất có ích Ne (kw):
N
e
=
smn
i
s
H
s
L
Q
zniV



à

.
.
60

0
(2.56)
Hoặc
mie
NN


.=
- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g
e
, kg/(kw.h):
g
e
=
miS
sn
pL
à


3600
0
hoặc g
e
= g
i
/
m

(2.57)
- Hiệu suất có ích:

ctH
e
gQ .
1000.3600

=

hoặc
mie

.=
(2.58)
-Suất tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ B
h
, kg/h
B
h
=
ss
ss
TLR
npinzV

60
0
à

hoặc B
h
= g
e
. N
e
(2.59)
1.5, ứng dung chơng trình tự động tính toán thiết kế vào thực hiện đề tài

Chơng trình tự động tính toán thiết kế động cơ Diesel là đề tài tốt nghiệp của sinh viên: Đỗ
Hùng Cờng thiết kế với sự hớng dẫn của: Th.s Đặng Khánh Ngọc. Thiết kế này đợc đánh giá cao
không chỉ bởi khả năng nắm vững lý thuyết thiết kế, tính chính xác của chơng trình mà còn là một
sản phẩm có tính ứng dụng rất cao trong thực tiễn giảng dậy trong trờng cũng nh của các động giả.
Trên cơ sở mắn vũng lý thuyết thiết kế động co Diesel đồng thời làm đơn giản hoá việc tính
toán thiết kế Tôi đã ứng dụng chơng trình này vào việc thực hiện đề tài. dới đây là kết quả tính toán
bởi chơng trình này:
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 17
Lớp: DHT47-1
ThiÕt kÕ m«n häc
Hä vµ tªn: §inh V¨n Thuû Trang: 18
Líp: DHT47-1
ThiÕt kÕ m«n häc
Hä vµ tªn: §inh V¨n Thuû Trang: 19
Líp: DHT47-1
Thiết kế môn học
1.6, Kết luận:
Sau khi ứng dụng chơng trình vào thiết kế động cơ thấy các thông số kết quả thoả mãn các
yêu cầu:
T
max
=2050
0
K < 2200= [T
max
]
Kiểm nghiệm sai số cho phép của công suất
%1%011.0
176
86.176

<==
N
N
e
Vậy công suất
thiết kế là thoả mãn yêu cầu.
Các nhiệt độ T
b
=995,29
0
K < 1000
0
K = [T
b
]
Vậy động cơ đã thiết kế thoả mãn các thông số yêu cầu
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 20
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
Phần II : động học và động lực học
A - Các thông số cần cho tính toán
1 - Trọng lợng của các chi tiết tham gia chuyển động thẳng G
t
gồm : piston, chốt
piston, xecmăng, đầu nhỏ biên.
G
t
= G
np
+ G

nb
Trong đó
+ G
np
: trọng lợng của nhóm piston
+ G
np
= k
1
.D
3
= 3.1,6
3
= 12,288 [KG]
+ k
1
= 3 (kG/dm
3
) - Hệ số, piston làm bằng gang.
+ D = 3,5 (dm) - Đờng kính piston
+ G
b
: Trọng lợng của biên
+ G
b
= k
2
.D
3
= 3,5.1,6

3
=14,336 [KG]
+ k
2
: hệ số biện pháp
+ Rèn k
2
= 3,5 KG/dm
3
+ Lại có:
G
nb
= 0.4G
b
=> G
t
= G
np
+ 0.4G
b
=> G
t
= 12,288 + 0,4.14,336 = 18.0224 (kG).
2 - Diện tích đỉnh piston :F
p
F
P
=
062,201
4

16.14,3
4
.
22
==
D

(cm
2
)
3 - Khối lợng của các chi tiết tham gia chuyển động thẳng của 1 xilanh với một
đơn vị diện tích đỉnh piston:
m
t
=
P
t
F
G
.8,9
(KG.s
2
/m.cm
2
)
m
t
=
00915,0
062,201.8,9

0224,18
=
(KG.s
2
/m.cm
2
)
4 - Tốc độ trung bình của trục khuỷu:
=
30
.n

=
54,78
30
750.14,3
=
(rad/s)
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 21
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
5 - Thông số kết cấu:
=
L
R
chọn = 1/4
Trong đó:
R =
5.112
2

225
2
==
S
(mm) - Bán kính quay trục khuỷu.


L = 112,5 x4 = 450 (mm) - Chiều dài tay biên
6 Khối l ợng biên.
m
b
= m
nb
+ m
tb
m
b
=
4614,1
81,9
336,14
==
g
G
b
(KG.s
2
/m)
+ m
1

= m
nb
- Khối lợng quy đổi về đầu nhỏ biên.
+ m
2
= m
tb
- Khối lợng quy đổi về đầu to biên.
m
1
= 0,4. m
b



m
1
= 0,4.1,4614 = 0,58456 (KG.S
2
/m.cm
2
)
m
2
= 0,65. m
b



m

2
= 0,6.1,4614 = 0,87684 (KG.S
2
/m.cm
2
)
7 - Khối lợng của những phần chuyển động quay:
m
tk
= m
cb
+ 2m
mk
+ m
2

Trong đó:
+ m
cb
: khối lợng cổ biên m
cb
=
g
dD
L
cb
cb
.4
).(
.

2
0



+ : thép rèn = 7,848(KG/dm
3
)
+ d
cb
: Đờng kính ngoài của cổ biên
+ d
cb
= 0,7.D =0,7.1,6 = 1,12 (dm)
+ d
o
: Đờng kính trong cổ biên
+ d
0
= 0,65. d
cb
= 0,65.1,12 = 0,728(dm)
+ l
cb
: Chiều dài cổ biên
+ l
cb
= 0,8.d
cb
= 0,8.1,12 = 0.896 (dm)

+ m
cb
= l
cb
..( d
cb
- d
0
)/4.g=0,896.7,848.
0865,0
81,9.4
)728,012,1(14,3
2
=


(KG.s
2
/m.cm
2
)
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 22
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
+ đờng kính ngoài cổ trục D
ct
=(0.55-0.85)D=0,8.1,6=1,28 (dm)
+ m
mk
: Khối lợng má khuỷu quay với bán kính

m
mk
= m
m
R

m
m

- Khối lợng má khuỷu quay với bán kính
m
m
=
g
S


(KG.s
2
/m.cm
2
)
+ S - Diên tích má khuỷu
+ b = 1,4.d
cb
=1,4.1,12 =1.568 (dm)
+ h =
325,2125,1
2
12,128,1

2
=+
+
=+
+
R
dd
ctcb
(dm)
=> S = b.h = 1,568.2,325 =3,646 (dm
2
):
+ : chiều dày má khuỷu
= 0,35.d
cb
=0,35.1,12 = 0,392 (dm)
=
685,1
2
25,212,1
22
=
+
=
+
=+
Sd
R
d
cbct

(dm)
=> m
m
=
g
S


=
81,9
392,0.646,3.848,7
= 1,143(KG.s
2
/m.)
m
mk
= m
m
R

= 1,143.1,685/1,125 = 1,712 (KG.s
2
/m)
=> m
TK
= m
cb
+ 2m
mk
+ m

2

m
TK
= 0,0865 + 2.1.712 + 0,88 = 4.3905 (KG.s
2
/m)
8 - Khối lợng của những phần chuyển động quay của xilanh với một đơn vị diện tích
đỉnh piston:
m
q
=
0218,0
062,201
3905,4
==
P
TK
F
m
(KG.s
2
/m.cm
2
)
9 - Lực quán tính chuyển động quay:
P
q
=- m
q

.R.
2
= - 0,0218.0,1125.78,54
2
= -15.128(KG/cm
2
)
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 23
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
10 - Khối lợng đối trọng
Vì lực Pq quá lớn sẽ ảnh hởng rất nhiều đến cổ biên và cổ trục nên lắp thêm đối trọng vào 2
bên má khuỷu để giảm nhẹ tải trọng tác dụng lên cổ biên, cổ trục.Khi lắp đối trọng lực quán tính do
nó sinh ra sẽ ngợc chiều với lực quán tính vận động quay Pq.
+Thiết kế đối trọng sao cho khoảng cách từ tâm đối trọng đến tâm trục khuỷu:
r
đ
= R = 0.1125 ( m )
+Khối lợng đối trọng:
- m
đ
.r
đ
.w
2
=
q
.Fđ.h
- chọn h=40.852 (mm)
- Fđ =201.062 (cm ) Diện tích đỉnh piston

- à
q
=0.15 (KG/cm
2.
mm) Tỷ lệ xích của đồ thị lực tác dụng lên cổ trục
- m=
q
.Fđ.h/ r
đ
.w
2
=0,15.201,062.40,852/(0.1125. 78,54
2
)=1, 775 (KG.S
2
/m)
B - xây dựng các đồ thị
1- Đồ thị chuyển vị , vận tốc, gia tốc.(Bảng 1)
Ta có: R = 0,1125 (m);

= 1/ 4 = 0,25;
=

78,54 (rad/s)

CRRJ
BRRV
ARRX
)2cos(cos
)2sin

2
(sin
.)2cos1(
4
)cos1(
22







=+=
=+=
=






+=

Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 24
Lớp: DHT47-1
Thiết kế môn học
Bảng tính chuyển vị, vận tốc, gia tốc
(Bảng 1)


A B C
ARx .=

BRv =
2


CRj =
0 0 0 1.25 0
867.45 867.45
15 0.042448 0.321319 1.182432 0.004775
2.839 820.56
30 0.165225 0.608253 0.991025 0.018588
5.374 687.732
45 0.355393 0.832107 0.707107 0.039982
7.352 490.704
60 0.59375 0.974279 0.375 0.066797
8.608 260.235
75 0.857808 1.028426 0.042313 0.096503
9.087 29.363
90 1.125 1 -0.25 0.126563
8.836 -173.49
105 1.375446 0.903426 -0.47533 0.154738
7.982 -329.857
120 1.59375 0.757772 -0.625 0.179297
6.695 -433.725
135 1.769607 0.582107 -0.70711 0.199081
5.143 -490.704
150 1.897275 0.391747 -0.74103 0.213443
3.461 -514.242

165 1.974299 0.196319 -0.74942 0.222109
1.735 -520.067
180 2 9.19E-17 -0.75 0.225
0 -520.47
195 1.974299 -0.19632 -0.74942 0.222109
-1.735 -520.067
210 1.897275 -0.39175 -0.74103 0.213443
-3.461 -514.242
225 1.769607 -0.58211 -0.70711 0.199081
-5.143 -490.704
240 1.59375 -0.75777 -0.625 0.179297
-6.695 -433.725
255 1.375446 -0.90343 -0.47533 0.154738
-7.982 -329.857
270 1.125 -1 -0.25 0.126563
-8.836 -173.49
285 0.857808 -1.02843 0.042313 0.096503
-9.087 29.363
300 0.59375 -0.97428 0.375 0.066797
-8.608 260.235
315 0.355393 -0.83211 0.707107 0.039982
-7.352 490.704
330 0.165225 -0.60825 0.991025 0.018588
-5.374 687.732
345 0.042448 -0.32132 1.182432 0.004775
-2.839 820.56
360 0 -3.1E-16 1.25 0
0 867.45
2- Đồ thị công: (Bảng 2).
Họ và tên: Đinh Văn Thuỷ Trang: 25

Lớp: DHT47-1