KHOA ÔTÔ
&œ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Tính toán kiểm nghiệm động cơ
1TR-FE trên xe INNOVA

Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Lớp
MSSV

: Kim Ngọc Duy
: Nguyễn Nhạc
: 13DDS03021
: DDS0302131

TP. Hồ Chí Minh, ngày 06/1/2016


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

LỜI NÓI ĐẦU
Ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại
cá nhân cũng như vận chuyển hành khách, hàng hoá rất phổ biến. Sự gia tăng
nhanh chóng số lượng ôtô trong xã hội, đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo
theo nhu cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp
ôtô nhất là trong lĩnh vực thiết kế.
Việc khảo sát, tính toán nhiệt chu trình công tác động cơ 1TR-FE giúp em
có một cái nhìn cụ thể hơn, sâu sắc hơn về vấn đề này.Qua đồ án này giúp em

nắm được các chu trình công tác, công suất của động cơ, các vẽ đồ thị công của
động cơ... Vì thế nó rất thiết thực với sinh viên nghành công nghệ kỹ thuật ôtô.
Tuy nhiên do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài
liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án môn học
của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy giáo trong bộ môn
chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn và cũng qua đó rút ra được những
kinh nghiệm quý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá trình học tập và
công tác sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!
TP Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 1 năm 2016

PHẦN I
TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC ĐỘNG CƠ 1TR-FE
1.1. MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN
+ Mục đíchcủa việc tính toán chu trình công tác là xác định các chỉ
tiêu về kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ.
GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

2


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

+ Kết quả tính toán cho phép xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu
trình để làm cơ sở cho việc tính toán động lực học, tính toán sức bền và sự mài
mòn các chi tiết của động cơ.
+ Phương pháp chung của việc tính toán chu trình công tác có thể
áp dụng để kiểm nghiệm động cơ sẵn có, động cơ được cải tiến hoặc thiết kế

mới.
+ Việc tính toán kiểm nghiệm động cơ sẵn có cho ta các thông số
để kiểm tra tính kinh tế và hiệu qủa của động cơ khi môi trường sử dụng hoặc
chủng loại nhiên liệu thay đổi. Đối với trường hợp này ta phải dựa vào kết cấu
cụ thể của động cơ và môi trường sử dụng thực tế để chọn các số liệu ban đầu.
+ Đối với động cơ được cải tiến hoặc được thiết kế mới, kết quả
tính toán cho phép xác định số lượng và kích thước của xy lanh động cơ cũng
như mức độ ảnh hưởng của sự thay đổi về mặt kết cấu để quyết định phương
pháp hoàn thiện các cơ cấu và hệ thống của động cơ theo hướng có lợi. Khi đó
phải dựa vào kết quả của việc phân tích thực nghiệm đối với các động cơ có kết
cấu tương tự để chọn các số liệu ban đầu.
+ Việc tính toán chu trình công tác còn được áp dụng khi cường hoá
động cơ và xây dựng đặc tính tốc độ bằng phương pháp phân tích lý thuyết nếu
các chế độ tốc độ khác nhau được khảo sát.
1.2. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU.
Bảng 1 Thông số ban đầu
Tên thông số
Đường kính xi lanh
Số xi lanh
Số kỳ
GVHD: KIM NGỌC DUY

Ký

Giá

hiệu
D
i
τ


trị
86
4
4

Đơn vị
mm

SVTH: NGUYỄN NHẠC

3


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

Hành trình piston
Thể tích công tác

s
Vh

Tỷ số nén
Công suất có ích lớn nhất
Số vòng quay ứng với công suất cực
đại
Góc mở sớm xupáp nạp
Góc đóng muộn xupáp nạp
Góc mở sớm xupáp thải
Góc đóng muộn xupáp thải

Khối lượng nhóm pít tong
Khối lượng nhóm thanh truyền
Chiều dài thanh truyền
Góc đánh lửa sớm
Suất tiêu hao nhiên liệu

ε
Nemax
n
ϕns
ϕdmn
ϕmst
ϕdmt
mpt
mtt
ltt
ϕi
ge

86
0,5

mm
dm3

9,8
100
5600

Kw

Vòng/ phút

52
12
44
8
0,7
0,84
135
15
186,1

Độ
Độ
Độ
Độ
kg
kg
mm
Độ

7

g/kw.h

1.3. CÁC THÔNG SỐ CHỌN.
1.3.1.Tốc độ trung bình của pít tông CTB :
S .n

CTB =

⇒ CTB =

30

(Trong đó S = 86 [mm] là hành trình pít tông).

86 .5600
= 16,05[m / s ]
1000.30

1.3.2. Tỷ số giữa hành trình của pít tông và đường kính xy lanh

S/D

:

S 86
=
=1
D 86

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

4


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT


1.3.3Hệ số dư lượng không khí α :
+ Giá trị của α được chọn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như kiểu động cơ,
phương pháp tạo hỗn hợp, chế độ sử dụng. Với động cơ 1TR-FE [α]=0,85..0,9
ở đây ta chọn α =0,86.
1.3.4. Nhiệt độ môi trường T0:
Nhiệt độ trung bình ở nước ta thường chọn là: T0 = 240C = 2970K.
1.3.5. Áp suất của môi trường p0:
P0 Phụ thuộc vào độ cao sử dụng. Thường chọn P0=0,101 [MN/m2]
1.3.6. Hệ số nạp η v:
Hệ số nạp phụ thuộc vào nhiều vào các yếu tố như : thành phần nhiên liệu,
kết cấu hệ thống nạp khí, chế độ sử dụng. [η]= 0,75..0,82. Chọn ηv= 0,78
1.3.7. Áp suất khí thể cuối quá trình thải cưỡng bức pr:
Pr phụ thuộc chủ yếu vào số vòng quay trục khuỷu và sức cản của hệ
thống thải:
[Pr] =[1,1..1,2] .105 N/m2. ở đây ta chọn Pr =1,2.105 [N/m2].
1.3.8. Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr :
Tr phụ thuộc vào ε, n, thành phần khí hỗn hợp α, góc phun sớm.
Tr = [900..1100] 0K, ta chọn Tr = 1000 0k
1.3.9. Độ sấy nóng khí nạp ∆ T:
Giá trị ∆T phụ thuộc vào kết cấu thiết bị sấy nóng, kết cấu và cách bố trí
của đường nạp và cách bố trí của đường thải, số vòng quay n, hệ số dư lượng
không khí α.
[∆T] =10…300 K . Ta chọn ∆T = 100K.
1.3.10. Chỉ số nén đa biến trung bình n1:
n1 phụ thuộc vào số vòng quay, kích thước xy lanh, kiểu làm mát, mức độ
cường hoá động cơ.[ n1] =1,34..1,37. chọn n1=1,35
1.3.11. Hệ số sử dụng nhiệt ξ z.
ξz là tỷ số giữa lượng nhiệt biến thành công và tổng lượng nhiệt
cung cấp ban đầu.
GVHD: KIM NGỌC DUY


SVTH: NGUYỄN NHẠC

5


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

[ξz] = 0,85..0,92. Ta chọn ξz = 0,86
1.3.12. Áp suất cuối quá trình cháy pz :
Chọn Pz phụ thuộc phương pháp tạo hổn hợp, mức độ cường hoá của
động cơ. Ta chọn Pz = 6 [MN/m2].
1.3.13. Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT :
QT Là lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị khối lượng
hoặc thể tích nhiên liệu không kể đến nhiệt hoá hơi của nước chứa trong sản vật
cháy.
[QT] =44.106 [J/kgnl] .Ta chọn QT = 44.106 [J/kgnl] .
1.3.14. Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2 :
n2 phụ thuộc đặc điểm cấp nhiệt cho sản vật cháy trên đường cháy
dản nở.
[n2] = 1,23...1,27. Ta chọn n2 =1,25.
1.4. TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC.
1.4.1. Tính toán quá trình trao đổi khí.
a) Mục đích của việc tính toán quá trình trao đổi khí là xác định các
thông số chủ yếu cuối quá trình nạp chính (ở điểm a) như áp suất p a và nhiệt độ
T a.
b) Thứ tự tính toán:
∗Xác định hệ số khí sót γr :
+ Giá trị của γr phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỷ số nén, số vòng
quay, áp suất khí sót Pr và nhiệt độ khí sót Tr cuối quá trình thải. Giá trị của γr có

thể chọn theo bảng 14 [trang42-HDĐAMHĐCĐT] .
γr =

p r T0
( ε − 1) p0 Tr η v

=

1,2.10 5.297
= 0,051409
(9,8 − 1).1,01.10 5.1000.0,78

[γr ] = 0,05..0,15.
∗Nhiệt độ của quá trình nạp:
T0 + ∆T + γ r .Tr
1+ γ r
Ta =
[Trong đó :∆T = 100K; Tr = 10000k]

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

6


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

297 + 10 + 0,051409.1000
= 340,8845

1 + 0,051409

⇒Ta =
∗áp suất cuối quá trình nạp Pa:

0

K.

T
(ε − 1)
η v .P0 (1 + γ r ). a
ε
T0

Pa =
[Mpa]
Theo các số liệu đã cho ở trên ,thay vào ta có:
9,8 − 1
340,8845
.0,78.0,101.(1 + 0,051409).
= 0,085368[ MPa ]
9,8
297

Pa=
1.4.2. Tính toán cuối quá trình nén:

a) Mục đích của việc tính toán quá trình nén là xác định các thông số như
áp suất pc và nhiệt độ Tc ở cuối quá trình nén.

b) Thứ tự tính toán:
∗ áp suất cuối quá trình nén:
εn
pc = pa
= 0,085368 . 9,81,35 = 1,859731 [Mpa]
∗Nhiệt độ cuối quá trình nén:
1

ε n1 −1

Tc = Ta.
= 340,8845 . 9,81,35-1 =757,7681 [0K]
1.4.3. Tính toán quá trình cháy.
a) Mục đích tính toán quá trình cháy là xác định các thông số cuối quá
trình cháy như áp suất pz và nhiệt độ Tz.
b) Thứ tự tính toán: chia làm hai giai đoạn như sau
∗ Tính toán tương quan nhiệt hoá
- Mục đích việc tính toán tương quan nhiệt hoá là xác định những
đại lượng đặc trưng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hoá để làm cơ sở cho việc
tính toán nhiệt động. Thứ tự tính toán như sau:
- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu thể
lỏng:
M0 =

1  g C g H g O   Kmol 
+
−


0,21  12

4
32   kgnl 

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

7


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

- Trong đó: gC, gH và g0: là thành phần nguyên tố tính theo khối
lượng của cácbon, hyđrô và ôxy tương ứng chứa trong 1 kg nhiên liệu. Trị số các
thành phần ấyđối với nhiên liệu xăng có thể lấy gần đúng theo các giá trị sau:
gc = 0,855; gH = 0,145; g0 = 0.
 Kmol 
 kgnl 



1  0,855 0,145 0 
+
− =

0,21  12
4
32 

⇒M0=

0,5119
- Lượng không khí thực tế nạp vào xy lanh động cơ ứng với 1 kg nhiên
liệu Mt:
Mt = αM0
- Lượng hỗn hợp cháy M1 tương ứng với lượng không khí t
M1= αM0 +

1
µ nl

 Kmol 
 kgnl 



Trong đó : µnl là trọng lượng phân tử của nhiên liệu. Đối
với động cơ xăng µnl =110..114 [kg/kmol] , ta chọn µnl =110 [kg/kmol]
M 1 = α .M 0 +

1
µ nl

0,86 .0,5119 +

=

1
110

= 0,449329[kmol/kgnl]


- Số mol của sản vật cháy M2:
M 2 = 0,79αM 0 +

gC g H
+
12
2
0,855 0,145
+
12
2

= 0,79.0,86.0,5119 +
- Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết βo:
β0 =

= 0,491538

 Kmol 
 kgnl 



.

M2
M1

= =1,093938

- Hệ số thay đổi phân tử thực tế:
1,093938 + 0,051409
β +γr
= 1,089345
β= 0
1+ γ r
1 + 0,051409
=

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

8


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

∗ Tính toán tương quan nhiệt động.
Thứ tự tính các thông số như sau:
- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối
quá trình nén µcvc.
- Để xác định µcvc ta có thể tra bảng, xác lập quan hệ giải tích giữa
nhiệt dung riêng và nhiệt độ đối với các chất khí khác nhau trong hỗn hợp hoặc
tính theo công thức gần đúng. Công thức tính toán gần đúng có dạng sau:
 KJ 
 Kmol. dé 




µcvc = 20,223 + 1,742.10-3 Tc
=20,233 + 1,742 . 10 -3 . 757,7681 = 21,553
 KJ 
 Kmol. dé 



- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z.
Phương pháp tính toán chung tương tự như đối với µcvc. Nếu tính
gần đúng, ta dùng công thức sau:
 KJ 
 Kmol. dé 



cvz =18,423+2,596.α + (1,55 + 1,38α).10-3.Tz
- Tổn thất nhiệt do cháy nhiên liệu không hoàn toàn theo biểu thức:
QT = 120.103.(1-).M0 = 120.103.(1-0,86).0,512=8600
- Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz được xác định theo phương trình
nhiệt động của quá trình cháy sau:
(QT − ∆QT )ξ Z
+ µ cvcTC = βµ cvz TZ
M 1 (1 + γ r )



( 44.103 − 8600 )0,86
+ 21,54303.757,7681 = 1,089345.( 20,656 + 2,7368.10 −3.TZ )TZ
0,449329(1 + 0,051409)


⇔ Tz = 2655 [oK].
- Tỷ số tăng áp λp
β

λp = = 1,089345. = 3,8167
- Áp suất cuối quá trình cháy :
pz = λp pc =3,8167.1,86=7,098 [Mpa]
GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

9


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

- Tỷ số dãn nở sớm ρ:
ρ=

βT Z
λ P TC

=

1,089345.2655
=1
3,8167 .757,7681

1.4.4. Tính toán quá trình dãn nở.
Mục đích việc tính toán quá trình dãn nở là xác định các giá trị áp

suất pb và nhiệt độ Tb ở cuối quá trình dãn nở.
- áp suất cuối quá trình dãn nở:
p
pb = nz2

ε

=N/m2
- Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở:
Tb =

Tz
ε n2−1

=
1.4.5. Kiểm tra kết quả tính toán.

2655
= 1500,576
9,81, 25−1

[0K]

Sau khi kết thúc việc tính toán các quá trình của chu trình công tác, ta có
thể dùng công thức kinh nghiệm sau đây để kiểm tra kết quả việc chọn và tính
các thông số.
Tb

Tr =
3


pb
pr

1500,576
3 0,409365
0,12

=

= 996,8153 0K

Trtính − Trchon 996,8153 − 1000
=
= 0,32% < 5%
Trtính
996,8153

Sai số:
So sánh giữa giá trị đã chọn của Tr và kết quả thu được theo các
biểu thức kiểm tra vừa nêu.Ta thấy quá trình tính toán trên là đảm bảo.
1.5. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHU TRÌNH CÔNG TÁC
VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ.

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

10



ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

1.5.1 Các thông số chỉ thị.
+ Đó là những thông số đặc trưng cho chu trình công tác của động
cơ. Khi xác định các thông số chỉ thị, ta chưa kể đến các dạng tổn thất về công
mà chỉ xét các tổn thất về nhiệt. Các thông số cần tính bao gồm:
a) áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết pi':
+ đối với động cơ xăng:
P 'i =

P 'i =

Pc  λ 
1 
1 
1 
1 − n2−1  −
1 − n1−1  [MPa]

ε −1  n 2 −1  ε
 n1 − 1  ε


1,859731  3,8167 
1 
1 
1 
1 − 1,25−1  −
1 − 1,35−1  = 1,4706[MPa]


9,8 − 1 1,25 − 1  9,8
 1,35 − 1  9,8


b) áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi , [MPa]:
+ Đối với động cơ 4 kỳ:
pi = p'i ϕđ [Mpa]
Trong đó: ϕđ là hệ số điền đầy đồ thị công. Giá trị của ϕđ phụ thuộc
vào nhiều yếu tố khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên
liệu, thành phần hỗn hợp, tốc độ quay, góc mở sớm xu páp xả ... Giá trị của ϕđ
đối với động cơ xăng bốn kỳ là:
ϕđ = 0,90÷0,96
Ta chọn ϕđ = 0,96
pi = p'i ϕđ = 1,4706 . 0,96 = 1,41177[MPa]
c) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị:
+ Đối với động cơ bốn kỳ:
gi =

423 p0η v 10 3
423.0,101.0,78.10 3
 g 
=
= 229,5362
M 1 piTo
0,449329.1,41177.297
 KWh 

[gi ] = 230…340
d) Hiệu suất chỉ thị.

ηi =

3600
QT gi

 g 
 KWh 

3600
= 0,3565
44000.0,2295

=
Trong đó: QT được tính bằng [KJ/kgnl ] và gi [kg/KWh ].
[ηi ] = 0,25…0,40
GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

11


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

1.5.2 Các thông số có ích.
+ Các thông có ích là những thông số đặc trưng cho sự làm việc của
động cơ. Để xác định các thông số đó, ta sử dụng kết quả tính toán các thông số
chỉ thị ở mục trên và xác định giá trị của áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ.
+ áp suất tổn hao cơ khí trung bình là áp suất giả định, không đổi,
tác động lên pít tông trong một hành trình và gây ra công tổn hao bằng công tổn

hao của trao đôỉ khí, dẫn động các cơ cấu phụ, tổn hao do ma sát ở các bề mặt
công tác.
Thứ tự tính toán các thông số có ích như sau:
+ áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ được xác định bằng các công
thức kinh nghiệm theo vận tốc trung bình của pít tông C TB [m/s] và các thông số
khác của động cơ.
+ áp suất có ích trung bình:
pe = pi -pcơ = 1,027 -[ 0,05 + 0,0155CTB ]
= 1,41177 - [0,05 + 0,0155 . 16,05]
= 1,106 [MPa]
+ Hiệu suất cơ khí:
=

ηcơ

pe
pi

=

1,106
= 0,7834
1,41177

[ηcơ ] = 0,70÷0,82
+Suất tiêu hao nhiên liệu có ích:
[ge ] = 186,17 [g/KWh]
+ Hiệu suất có ích:
ηe = ηiηcơ = 0,3565 . 0,7834 = 0,2793
[ηe] = 0,20÷0,28

+ Công suất có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán:
Ne =

Pe Vh i n
30τ

1,106.0,5.4.5600
= 103,17
30.4

=
Sai số: ∆Ne = 3,07 % ≈3% chấp nhận được.
GVHD: KIM NGỌC DUY

[KW]

SVTH: NGUYỄN NHẠC

12


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

+ Mô men xoắn có ích của động cơ ở số vòng quay tính toán :
3.10 4 N e 3.10 4.103,17
Me =
=
= 176,02
π .n
3,14.5600


[Nm]
1.5.3 Dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình công tác.
a) Khái quát : + Đồ thị công chỉ thị là đồ thị biểu diễn các quá trình
của chu trình công tác xảy ra trong xy lanh động cơ trên hệ toạ độ p-V. Việc
dựng đồ thị được chia làm hai bước: dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết và hiệu
chỉnh đồ thị đó để được đồ thị công chỉ thị thực tế.
+ Đồ thị công chỉ thị lý thuyết được dựng theo kết quả tính toán chu
trình công tác khi chưa xét các yếu tố ảnh hưởng của một số quá trình làm việc
thực tế trong động cơ.
+ Đồ thị công chỉ thị thực tế là đồ thị đã kể đến các yếu tố ảnh
hưởng khác nhau như góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm nhiên liệu, góc mở
sớm và đóng muộn các xu páp cũng như sự thay đổi thể tích khi cháy.
b) Dựng đồ thị công chỉ thị lý thuyết
+ ở đồ thị công chỉ thị lý thuyết, ta thấy là chu trình kín a-c-y-z-b-a
[hình1]. Trong đó quá trình cháy nhiên liệu được thay bằng quá trình cấp nhiệt
đẳng tích c-y và cấp nhiệt đẳng áp y-z, quá trình trao đổi khí được thay bằng quá
trình rút nhiệt đẳng tích b-a.
Thứ tự tiến hành dựng đồ thị như sau:
+ Thống kê giá trị của các thông số đã tính ở các quá trình như áp
suất khí thể ở các điểm đặc trưng p a, pc, pz, pb, chỉ số nén đa biến trung bình n 1,
chỉ số dãn nở đa biến trung bình n 2, tỷ số nén ε , thể tích công tác Vh, thể tích
buồng cháy Vc và tỷ số dãn nở sớm ρ.
Pa = 0,08537 [MPa] , pz = 7,0981 [MPa] , n1 = 1,35
pc = 1,8597 [MPa] , pb = 0,409365[MPa] , n2 = 1,25
pb = 0,409365[MPa] , ε = 9,8 , Vh = 0,5 [dm3]
ρ= 1,179
Vc =

Vh

ε −1

0,5
= 0,0568[dm 3 ]
9,8 − 1

=
Vz = ρ.Vc = 1. 0,0568 = 0,0568 [dm3 ]
GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

13


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

Va = Vh +Vc = 0,5 + 0,0568=0,5568 [dm3 ]
+ Dựng hệ toạ độ p-V với gốc toạ độ 0 trên giấy kẻ ly [hình 1] và
theo một tỷ lệ xích được chọn trước của thể tích và áp suất, ta xác định các điểm
a [pa, Va], c [pc, Vc], y [py, Vy], z [pz, Vz] và b [pb, Va] trên hệ toạ độ đó.
+ Nối các điểm c và y, y và z, b và a bằng các đoạn thẳng, ta được
các đường biểu diễn quá trình cấp nhiệt và rút nhiệt.
+ Dựng các đường nén đa biến a-c và dãn nở đa biến z-b. Để dựng
các đường ấy, ta có thể dùng phương pháp lập bảng .
+ Phương pháp lập bảng dựa vào phương trình của quá trình nén và
dãn nở đa biến.
Với quá trình nén đa biến, ta có:
p nVnn1 = p aVan1


Với quá trình dãn nở đa biến, ta có:
p d Vdn 2 = p b Van 2

+ Trong đó: pn, pd, Vn và Vd là các giá trị biến thiên của áp suất và
thể tích trên đường nén và dãn nở. Ta có thể đưa các phương trình trên về dạng:
p n = p a e 1n1

và

p d = p b e 2n 2

+ Trong đó:
e1 =

Va
Vn

e2 =

và

Va
Vd

là những tỷ số biến thiên [tỷ số nén tức

thời].
+e1,e2 [biến thiên trong giới hạn 1÷ε] vì động cơ xăng không có quá trình cấp
nhiệt đẳng áp nên điểm z trùng với điểm y, ta có thể xác định các cặp giá trị [p n,
Vn] và [pd, Vd] tương ứng. Kết quả tính toán được thống kê trong bảng:

e1=e2
1
1.23
1.46
1.69
1.92
2.15
2.38
2.61
2.84
3.07

V(dm3)
0.5568
0.4527
0.3814
0.3295
0.29
0.259
0.2339
0.2133
0.1961
0.1814

Pn = Pa.en1[MPa]
0.0854
0.1129
0.1423
0.1734
0.206

0.2399
0.2752
0.3117
0.3494
0.3881

GVHD: KIM NGỌC DUY

Pd = Pb. en2[MPa]
0.4094
0.5303
0.657
0.7888
0.9252
1.0658
1.2101
1.358
1.5092
1.6635

SVTH: NGUYỄN NHẠC

14


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT
3.3
3.53
3.76
3.99

4.22
4.45
4.68
4.91
5.14
5.37
5.6
5.83
6.06
6.29
6.52
6.75
6.98
7.21
7.44
7.67
7.9
8.13
8.36
8.59
8.82
9.05
9.28
9.51
9.8

0.1687
0.1577
0.1481
0.1395

0.1319
0.1251
0.119
0.1134
0.1083
0.1037
0.0994
0.0955
0.0919
0.0885
0.0854
0.0825
0.0798
0.0772
0.0748
0.0726
0.0705
0.0685
0.0666
0.0648
0.0631
0.0615
0.06
0.0585
0.0568

0.4279
0.4686
0.5103
0.5529

0.5963
0.6406
0.6857
0.7316
0.7782
0.8256
0.8737
0.9225
0.9719
1.0221
1.0729
1.1243
1.1763
1.2289
1.2821
1.3359
1.3903
1.4452
1.5007
1.5567
1.6132
1.6702
1.7278
1.7859
1.8598

1.8208
1.9807
2.1434
2.3085

2.476
2.6458
2.8179
2.992
3.1682
3.3464
3.5265
3.7085
3.8923
4.0778
4.265
4.4539
4.6444
4.8365
5.0301
5.2252
5.4218
5.6198
5.8193
6.0201
6.2222
6.4257
6.6305
6.8365
7.0981

Đưa kết quả tính toán được lên đồ thị p_V và nối các điểm của cùng quá
trình bằng một đường liền nét, ta có đồ thị cần dựng.

GVHD: KIM NGỌC DUY


SVTH: NGUYỄN NHẠC

15


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

Hình 1. Đồ thị công chỉ thị
c) Hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị lý thuyết hành thành đồ thị công chỉ thị thực
tế.
+ Để được đồ thị công chỉ thị thực tế a' - c' - c" - z' - b' - b" - b"’ - a' ,
ta gạch bỏ các diện tích I, II, III, IV trong đồ thị lý thuyết.
+ Diện tích I xuất hiện do góc đánh lửa xớm gây ra. Khi đó một phần
nhiên liệu được cháy trước trên đường nén nên áp suất cuối quá trình nén thực tế
p c'

(ứng với c”) cao hơn áp suất cuối quá trình nén thuần tuý pc(ứng với c).
+ Điểm c' nằm trên đường nén thuần tuý. Vị trí của nó được xác định
bởi góc đánh lửa xớm và được dựng theo vòng tròn Brích.
Điểm c" được xác định theo quan hệ:
= (1,15÷1,25)pc
+ Diện tích II tồn tại là do quá trình cháy diễn ra với thể tích luôn
luôn tang dần trong khi lượng hỗn hợp cháy và tốc độ tỏa nhiệt của phản ứng cháy
giảm dần. kết quả là áp suất trong xilanh động cơ thay đổitừ từ theo một đường
cong liên tục và giá trị lớn nhất nhỏ hơn giá trị p z ở chu trình lý thuyết .Giá trị
được xác định :
=(0,85÷0,9)pz
+ Diện tích III biểu diễn tổn hao của công dãn nở do xu páp thải mở sớm. Khi đó
áp suất trong xi lanh giảm nhanh và quá trình dãn nở diễn ra theo đường cong thực

tế. Thời điểm bắt đầu mở xu páp thải được chọn sao cho diện tích III không lớn mà
vẫn bảo đảm thải sạch sản vật cháy và tổn hao ít công cho quá trình thải chính. Đối
với động cơ được kiểm nghiệm, giá trị của góc mở sớm xu páp thải đã được cho
trước và vị trí của điểm b' trên đường dãn nở được xác định theo vòng tròn Brích.
+ Diện tích IV biểu diễn một phần của công tổn hao cho quá trình trao đổi khí.
Phần còn lại của công tổn hao cho quá trình trao đổi khí (giới hạn bởi diện tích
a'raa') đã được kể đến khi xét hiệu suất cơ khí ηcơ. Do đó khi tính toán công của
chu trình thực tế ta không xét đến nữa. Tuy nhiên, để tính toán động lực học, ta vẫn
phải dựng đường nạp r-a và thải b"-r. Thứ tự dựng các đường đó như sau:

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

16


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

+ Dựng điểm b" ở giữa đoạn thẳng a-b. Từ a và r, kẻ các đường song song với trục
hoành. Chọn điểm b"’ trên đường thải cưỡng bức sao cho đường cong không bị
gấp khúc. Dựng điểm r" theo góc đóng muộn của xu páp thải nhờ vòng tròn Brích.
Vẽ đường cong lượn đều từ r" lên r và đường cong lượn đều qua các điểm b', b",
b"’ sao cho các đường cong ấy không bị gãy khúc.

Hình 2. Đồ thị công chỉ thị sau khi hiệu chỉnh.

PHẦN II
DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI
2.1.KHÁI QUÁT.

+ Đặc tính ngoài là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của các chỉ tiêu như
công suất có ích Ne, mô men xoắn có ích Me, lượng tiêu hao nhiên liệu trong một
giờ Gnl và suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e vào số vòng quay của trục khuỷu n
[v/ph] khi thanh răng bơm cao áp chạm vào vít hạn chế.
+ Đồ thị này được dùng để đánh giá sự thay đổi các chỉ tiêu chính của
động cơ khi số vòng quay thay đổi và chọn số vòng quay sử dụng một cách hợp lý
khi khai thác.

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

17


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

+ Đặc tính ngoài được dựng bằng các phương pháp như thực nghiệm,
công thức kinh nghiệm hoặc bằng việc phân tích lý thuyết. ở đây giới thiệu phương
pháp dựng bằng các công thức kinh nghiệm của Khơ-lư-stốp Lây-đéc-man.
2.2. THỨ TỰ DỰNG CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH.
∗ Đối với động cơ xăng.
Để dựng đường đặc tính, ta chọn trước một số giá trị trung gian của số vòng quay n
trong giới hạn giữa nmin và nmax rồi tính các giá trị biến thiên tương ứng của N e, Me,
Gnl, ge theo các biểu thức sau:
[KW]
[Nm]
[g/KWh]

 kg 

 h 

Gnl = ge.Ne
Trong đó:
Neđm = 100 [KW] công suất định mức thu được trong tính toán.
nđn= 5600 [v/ph] số vòng quay ứng với công suất định mức
v
 ph 
 

.
M Ne

g

N
e

= 170,6 [Nm] =170,6 .10-6 [MNm].

=186,17

 g 
 KWh 



. mô men xoắn có ích [MNm] và suất tiêu

 g 

 KWh 

hao nhiên liệu có ích
ở số vòng quay định mức nđm.
Ne, Me, ge là giá trị tương ứng của công suất có ích, mô men
xoắn có ích và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng với từng số vòng quay
trung gian được chọn trước.n- giá trị của biến số được chọn trước [v/ph].
∗Kết quả tính toán được thống kê thành bảng.
ne

Ne

Me

ge

Gnl

gtbd n

GVHD: KIM NGỌC DUY

gtbd Ne

gtbd Me

gtbd ge

gtbd Gnl


SVTH: NGUYỄN NHẠC

18


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT
(vg/ph
)
500
800
1100
1400
1700
2000
2300
2600
2900
3200
3500
3800
4100
4400
4700
5000
5300
5600

(KW)
(Nm)
9.654 184.47

6
2
16.03
5 191.49
22.74 197.52
3
8
29.68 202.58
8
8
36.77 206.66
5
8
43.91 209.76
4
8
51.01
2 211.89
57.97 213.03
6
2
64.71 213.19
6
6
71.13
7 212.38
77.14 210.58
8
4
82.65

8 207.81
87.57 204.05
2
6
199.32
91.8
3
95.24 193.61
9
1
97.82
7 186.92
99.44
1 179.25
100

170.6

(g/KWh
)

(kg/h) µn=0.1 µNe=3
2.007
28.9637
207.97
9
50
6
3.204
48.1049

199.85
6
80
6
68.2301
192.58
4.38
110
2
5.526
186.17
9
140 89.0625
6.642
110.325
180.61
1
170
4

µMe=1

175.91
172.06
169.07
166.94
165.65
165.23
165.65
166.94

169.07
172.06
175.91
180.61
186.17

7.725
8.777
3
9.802
2
10.80
3
11.78
4
12.74
7
13.69
3
14.61
9
15.52
1
16.38
9
17.20
9
17.96
18.61
7


µge=0.5

µGnl=4

184.4721

103.984

8.031419

191.4898

99.9239

12.81823

197.5283

96.2907

17.51981

202.5875

93.085

22.10769

206.6675


90.3067

26.56832

131.742
153.035
6
173.929
5
194.146
9
213.411
1
231.445
3
247.972
8

209.7684

87.9558

30.89993

211.89

86.0324

35.10938


213.0324

84.5364

39.20898

213.1956

83.4678

43.21337

212.3796

82.8267

47.13633

210.5844

82.6129

50.98767

207.8099

82.8267

54.77003


204.0563

83.4678

58.47575

199.3235

84.5364

62.08371

193.6114

86.0324

65.55619

186.9202

87.9558

68.83569

530

262.717
275.400
9

285.747
9
293.481
2
298.324
2

179.2497

90.3067

71.84179

560

300

170.6

93.085

74.468

200
230
260
290
320
350
380

410
440
470
500

Dựa vào các số liệu thu được, ta dựng được đường đặc tính ngoài.

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

19


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

20


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

21



ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

PHẦN III
TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC
3.1. Mục đích:
Phần tính toán động lực học của đồ án nhằm xác định quy luật biến
thiên của lực khí thể, lực quán tính và hợp lực tác dụng lên pít tông cũng như các
lực tiếp tuyến và pháp tuyến tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu. Trên cơ sở đó sẽ xây
dựng đồ thị véc tơ lực [phụ tải] tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu, cổ trục và bạc đầu to
thanh truyền cũng như đồ thị mài mòn bề mặt. Từ các đồ thị véc tơ phụ tải ta biết
được một cách định tính tình trạng chịu lực của bề mặt và mức độ đột biến của tải
thông qua hệ số va đập.
3.2. Tính Toán động lực học:
Các lực và mô men trong tính toán động lực học được biểu diển dưới dạng
hàm số góc quay trục khuỷu α. Với quy ước là khi pít tông ở điểm chết trên thì α =
0. Ngoài ra các lực này còn tính với 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông, khi cần các giá
trị thực của lực ta nhân với giá trị của áp suất với diện tích tiết diện ngang của đỉnh
pít tông.
Thứ tự làm việc của các xy lanh:1-3-4-2.
Góc công tác của động cơ:δk = 1200.
Thứ tự tính toán động lực học như sau:
a) Khối lượng của các chi tiết chuyển động:
*Khối lượng nhóm pít tông: mpt
mpt = 0,7 [kg]
Khối lượng của nhóm pít tông trên 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông:
m’pt ==120,67[kg/m2]
Trong đó :Fpt = = 5,8.10-3 [m2]


*Khối lượng thanh truyền:

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

22


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

Khi động cư làm việc ,thanh truyền tham gia chuyển động song phẳng, đầu
nhỏ tham gia chuyển động tịnh tiến cùng nhóm pít tông, đầu to tham gia chuyển
động quay cùng cổ khuỷu, và thân chuyển động lắc. Để đơn giản trong quá trình
trình tính toán ta phân tích khối lượng thanh truyền gồm 2 phần [M 1 và M2] và quy
dẫn chúng về các điểm có chuyển động đặc trưng đơn giản. Khi quy dẫn phải dựa
trên các nguyên tắc sau:
- Tổng khối lượng sau phân chia phải bằng khối lượng thanh truyền.
- Trọng tâm của thanh truyền không thay đổi
- Mômen quán tính đối với trọng tâm của thanh truyền không thay đổi.
⇒mtt = m1 + m2 =0,252 + 0,588 = 0,84 [kg].
m1.l1 = m2.[l- l1].
Với l-chiều dài thanh truyền;
l1–khoảng cách từ tâm đầu nhỏ đến trọng tâm thanh truyền.
Khối lượng quy dẫn trên 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông:
m’1 = =43,45 [kg/m2]
m’2 = =101,38 [kg/m2]
* Khối lượng trục khuỷu:
Để xác định khối lượng chưa tự cân bằng của khuỷu trục ta chia khuỷu trục
thành 4 phần: A,B,C,D.

∗ Phần A là khối lượng cổ khuỷu và 1 phần má khuỷu chưa tự cân bằng được
quy về đường tâm chốt khuỷu với bán kính quay R.
∗ Phần B là khối lượng của 2 má khuỷu [2(m) mζ] chưa tự cân bằng với trọng
tâm O, có bán kính quay ζ . Khi tính toán ta quy dẫn 2(m)mζ về tâm quay cổ
khuỷu với bán kính quay R sao cho lực quán tính ly tâm do khối lượng quay thay
thế (m)mr sinh ra ở bán kính R bằng lực quán tính ly tâm của khối lượng 2(m) mζ
sinh ra ở bán kinh ζ ,nghĩa là:
(m)mr.R .ω2 = (m)mζ.ζ.ω2

do đó : (m)mr =

GVHD: KIM NGỌC DUY

ζ
.mmζ
R

SVTH: NGUYỄN NHẠC

23


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

∗ Phần C: là phần khối lượng các cổ trục và một phần các má khuỷu đã tự
cân bằng với tâm quay O của trục khuỷu.
∗ Phần D : là khối lượng của các đối trọng chưa tự cân bằng với tâm quay O
và có bán kính quay là ζd. Để đơn giản cho việc tính toán ta quy dẫn khối lượng
đối trọng Md về tâm quay O với bán kính quay ζd.
Như vậy khối lượng tham gia chuyển động quay chưa tự cân bằng của trục

khuỷu là:
mk = mck + 2[m]mζ
-Khối lượng của cổ khuỷu [mck]được tính:
mck = Vck.ρthép
Trong đó : ρthép khối lượng riêng vật liệu làm cổ khuỷu = 7,8 [kg/dm3]
Vck thể tích cổ khuỷu
π .lck
2
2
Vck=

4

.( D

ck

−d

ck

)

Dck - đường kính ngoài cổ khuỷu: ≈ 0,602 [dm]
dck- đường kính trong cổ khuỷu: = 0,352 [dm]
lck- chiều dài cổ khuỷu
= 0,2112 [dm]
π .lck
2
2

4

.( D

ck

−d

ck

)

⇒Vck=
=
⇒ mck = Vck.ρthép=0,03954.7,8 =0,3084 [kg].
Khối lượng 2 má khuỷu 2(m) mζ quy về tâm cổ khuỷu có bán kính
quay R:
ζ
.mmζ
R

(m)mr =
Với : ζ - bán kính quay của má khuỷu: = 0,215 [dm].
R-bán kính quay của má khuỷu quy về tâm chốt khuỷu: = 0,43 [dm].
(m)mζ - khối lượng quay của má khuỷu quanh tâm O với bán kính ζ.
(m)mr - khối lượng quay của má khuỷu quanh tâm O với bán kính R quy
về cổ khuỷu.
(m)mζ = Vmk. ρthép
Với : ρthép - khối lượng riêng vật liệu làm má khuỷu = 7,8 [kg/dm3]
Vmk- thể tích má khuỷu.

Vmk =

πD 2 mk .bm
4

GVHD: KIM NGỌC DUY

SVTH: NGUYỄN NHẠC

24


ĐỒ ÁN KC-TTĐCĐT

Với : Dmk -đường kính má khuỷu: = 1,075 [dm]
bm – bề rộng [dày] má khuỷu : = 0,1892 [dm]
πD 2 mk .bm
4

⇒ Vmk =
=
Khối lượng 2 má khuỷu với bán kính quay R quanh tâm O của cổ trục:
ζ
.M mζ
R

(m)mr = 2.
=
⇒Như vậy khối lượng chuyển động quay của cổ khuỷu và má khuỷu chưa tự
cân bằng là:

mk = mck + 2(m)mζ = 0,3084 + 1,3338 =1,6422 [kg]
Khối lượng của cổ khuỷu Mk ứng với 1 đơn vị diện tích đỉnh pít tông:
m’k =
- Khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến mj :
mj = mnp + m1
= 0,7+ 0,252 = 0,952 [kg]
mnp = 0,7 [kg] : khối lượng nhom pít tông.
b) Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu KTTT:
Khi làm việc cơ cấu KTTT chịu tác dụng của các lực sau:
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến.
- Lực quán tính ly tâm.
- Lực khí thể.
- Lực ma sát.
- Phản lực khí thể.
Trong các lực kể trên thì lực quán tính và lực ly tâm có ảnh hưởng lớn hơn
cả.Vì vậy trong quá trình tính toán động lực học người ta có thể bỏ qua ảnh hưởng
của các lực khác mà chỉ xét lực khí thể và lực quán tính.
∗ Lực quán tính:
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
Pj = - mj. Rω2 [cosα + λ cos 2α].10-6
[MN]
Trong đó:
R: bán kính quay của khuỷu trục [m]; R = 0,043 [m]
ω: vận tốc góc trục khuỷu, ω = π.n/30 = 3,14.5600/30= 586,13 [Rad/s]
λ: hệ số kết cấu của động cơ. λ = R/l=0,043/0,135 = 0,3185
Lực Pj thay đổi trong suốt chu trình công tác của động cơ và được coi như có
phương tác dụng trùng với phương của lực khí thể Pk.
Dấu [-] có ý nghĩa tượng trưng về sự ngược chiều giữa gia tốc và lực quán tính.
GVHD: KIM NGỌC DUY


SVTH: NGUYỄN NHẠC

25