Đồ án môn học: Tính toán động cơ đốt trong - SPKT TP.HCM

Đồ án tính toán động cơ đốt trong: Hướng dẫn chi tiết quy trình, công thức và ví dụ thực tế. Tối ưu hiệu suất, giảm thiểu hao phí nhiên liệu.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Trường
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Văn Trạng
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Động cơ đốt trong
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN 1: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
• 1.1. CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TÍNH TOÁN NHIỆT
• 1.1.1. Áp suất không khí nạp po
• 1.1.2. Nhiệt độ không khí nạp mới To
• 1.1.3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp Pk
• 1.1.4. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp Tk
• 1.1.5. Áp suất cuối quá trình nạp Pa
• 1.1.6. Áp suất khí sót Pr
• 1.1.7. Nhiệt độ khí sót (khí thải) Tr
• 1.1.8. Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới ∆T
• 1.1.9. Hệ số nạp thêm λ1
• 1.1.10. Hệ số quét buồng cháy λ2
• 1.1.11. Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λt
• 1.1.12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z
• 1.1.13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
• 1.1.14. Hệ số dư lượng không khí α
• 1.1.15. Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φd
• 1.1.16. Tỷ số tăng áp
• 1.2. TÍNH TOÁN NHIỆT
• 1.2.1. Quá trình nạp
• 1.2.1.1. Hệ số nạp ηv
• 1.2.1.2. Hệ số khí sót γr
• 1.2.1.3. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta
• 1.2.2. Quá trình nén
• 1.2.2.1. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí nạp mới:
• 1.2.2.2. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
• 1.2.2.3. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén:
• 1.2.2.4. Tỉ số nén đa biến trung bình n1:
• 1.2.2.5. Áp suất quá trình nén pc:
• 1.2.2.6. Nhiệt độ cuối quá trình nén:
• 1.2.3. Quá trình cháy
• 1.2.3.1. Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0:
• 1.2.3.2. Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1:
• 1.2.3.3. Lươṇ g sản vâ ̣t cháy M2:
• 1.2.3.4. Hệ số biến đổi phân tử khí lí thuyết β0
• 1.2.3.5. Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β
• 1.2.3.6. Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế tại điểm βz
• 1.2.3.7. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn
• 1.2.3.8. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm z
• 1.2.3.9. Nhiệt độ cuối quá trình cháy tại điểm Tz
• 1.2.3.10. Áp suất cuối quá trình cháy Pz
• 1.2.4. Quá trình giãn nở
• 1.2.4.1. Tỷ số giãn nở đầu của động cơ xăng
• 1.2.4.2. Tỷ số dãn nở sau của động cơ xăng
• 1.2.4.3. Xác định chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2
• 1.2.4.4. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb
• 1.2.4.5. Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb
• 1.2.5. Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót
• 1.2.5.1. Sai số khí xót
• 1.2.6. Các thông số đặc trưng của chu trình
• 1.2.6.1. Áp suất chỉ thị trung bình tính toán p'i:
• 1.2.6.2. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi:
• 1.2.6.3. Áp suất tổn thất cơ khí Pm
• 1.2.6.4. Áp suất có ích trung bình Pe
• 1.2.6.5. Hiệu suất cơ giới
• 1.2.6.6. Hiệu suất chỉ thị ηi
• 1.2.6.7. Hiệu suất có ích ηe
• 1.2.6.8. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi
• 1.2.6.9. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge
• 1.2.7. Các thông số kết cấu của động cơ
• 1.2.7.1. Thể tích công tác một xilanh
• 1.2.7.2. Thể tích buồng cháy
• 1.2.7.3. Thể tích toàn bộ
• 1.2.7.4. Đường kính piston
• 1.2.7.5. Hành trình piston
• 1.3. Vẽ đồ thị công chỉ thị
• 2. PHẦN 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN
• 2.1. ĐỘNG HỌC CỦA PISTON
• 2.1.1. Chuyển vị của Piston
• 2.1.2. Tốc độ của Piston
• 2.1.3. Gia tốc của Piston
• 2.2. ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU PISTON - KHUỶU TRỤC - THANH TRUYỀN
• 2.2.1. Lực khí thể:
• 2.2.2. Lực quán tính của các chi tiết chuyển động:
• 2.2.3. Lực tổng tác dụng lên đỉnh piston PƩ:
• 2.2.4. Lực tác dụng dọc tâm thanh truyền Ptt và lực ngang N ép piston lên thành xilanh:
• 2.2.5. Lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến
• 2.2.6. Momen quay trục khuỷu của một xylanh:
• 2.3. Tính đặc tính ngoài của động cơ
• 3. PHẦN 3 : BẢN VẼ CÁC ĐỒ THỊ - CODE ĐỒ THỊ
• 3.1. Đồ thị biểu diễn lực N-α
• 3.2. Đồ thị biểu diễn lực T-α
• 3.3. Đồ thị biểu diễn lực Z-α
• 3.4. Đồ thị chuyển vị của piston x-α
• 3.5. Đồ thị vận tốc của piston v-α
• 3.6. Đồ thị gia tốc của piston j-α
• 3.7. Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ
• PHỤ LỤC
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH

Tóm tắt

I. Tổng quan A Z về đồ án tính toán động cơ đốt trong

Đồ án tính toán động cơ đốt trong là một nhiệm vụ học thuật và kỹ thuật cốt lõi trong ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô. Nó không chỉ là một bài tập ứng dụng lý thuyết mà còn là nền tảng vững chắc để hiểu sâu về nguyên lý hoạt động, hiệu suất và các yếu tố ảnh hưởng đến một động cơ. Việc thực hiện đồ án này đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức về nhiệt động học, động lực học và cơ học máy. Mục tiêu chính là xác định các thông số làm việc, các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và phân tích các lực tác động bên trong cơ cấu quan trọng nhất của động cơ. Thông qua quá trình tính toán, người học có thể mô phỏng chu trình công tác, từ đó xây dựng các đồ thị biểu diễn hoạt động và đánh giá hiệu quả của động cơ. Các kết quả từ đồ án tính toán động cơ đốt trong cung cấp dữ liệu đầu vào quan trọng cho các bước thiết kế, chế tạo và tối ưu hóa động cơ sau này. Việc lựa chọn chính xác các thông số ban đầu và áp dụng đúng phương pháp luận là yếu tố quyết định đến sự thành công và độ tin cậy của toàn bộ đồ án. Đây là bước khởi đầu không thể thiếu để làm chủ công nghệ động cơ phức tạp.

1.1. Mục tiêu và ý nghĩa của việc tính toán động cơ đốt trong

Mục tiêu cơ bản của một đồ án tính toán động cơ đốt trong là xác định các thông số đặc trưng của chu trình công tác và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ. Cụ thể, đồ án tập trung vào việc tính toán nhiệt để tìm ra áp suất, nhiệt độ tại các điểm cuối của mỗi quá trình (nạp, nén, cháy, giãn nở). Từ đó, các chỉ số quan trọng như áp suất chỉ thị trung bình (pi), hiệu suất có ích (ηe), và suất tiêu hao nhiên liệu được xác định. Song song đó, phần tính toán động học và động lực học giúp phân tích chuyển động của piston và các lực tác dụng lên cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền. Ý nghĩa của công việc này vô cùng to lớn. Về mặt học thuật, nó giúp sinh viên củng cố kiến thức lý thuyết và áp dụng vào một bài toán kỹ thuật thực tế. Về mặt thực tiễn, kết quả tính toán là cơ sở để đánh giá hiệu quả năng lượng, dự đoán độ bền của các chi tiết và là tiền đề cho việc cải tiến, tối ưu hóa thiết kế động cơ nhằm tăng công suất, giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải.

1.2. Các thông số ban đầu cần chọn cho quá trình tính toán

Việc lựa chọn các thông số ban đầu là bước đi đầu tiên và mang tính quyết định đến độ chính xác của toàn bộ quá trình tính toán nhiệt. Các thông số này được chọn dựa trên loại động cơ, nhiên liệu sử dụng và điều kiện vận hành tiêu chuẩn. Tài liệu gốc đã chỉ rõ các thông số quan trọng cần xác định. Ví dụ, áp suất không khí nạp (po) được chọn bằng áp suất khí quyển, po = 0,1 MN/m2. Nhiệt độ không khí nạp mới (To) được xác định là 302 K. Các giá trị khác như áp suất cuối quá trình nạp (Pa) được chọn trong khoảng (0,8 ÷ 0,9).po, và nhiệt độ khí sót (Tr) được chọn là 900 ºK cho động cơ xăng. Ngoài ra, các hệ số kinh nghiệm như hệ số nạp thêm (λ1), hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ξz), và hệ số dư lượng không khí (α) cũng cần được chọn lựa cẩn thận. Việc chọn lựa này đòi hỏi người thực hiện phải có sự am hiểu về đặc tính của từng loại động cơ để đảm bảo các giả định ban đầu là hợp lý và gần với thực tế nhất có thể.

II. Thách thức chính trong việc tính toán nhiệt động cơ xăng

Quá trình thực hiện một đồ án tính toán động cơ đốt trong luôn đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là trong phần tính toán nhiệt. Thách thức lớn nhất đến từ sự khác biệt giữa chu trình công tác lý thuyết và chu trình thực tế diễn ra bên trong xylanh. Các mô hình tính toán thường dựa trên những giả định lý tưởng, chẳng hạn như quá trình cháy xảy ra tức thời tại một thể tích không đổi hoặc quá trình nén và giãn nở là đoạn nhiệt. Tuy nhiên, thực tế lại phức tạp hơn rất nhiều. Quá trình cháy cần thời gian, nhiệt lượng bị tổn thất qua thành xylanh, và tồn tại ma sát giữa các chi tiết chuyển động. Điều này dẫn đến sự sai lệch giữa kết quả tính toán và số liệu đo đạc thực nghiệm. Việc lựa chọn các hệ số hiệu chỉnh để bù đắp cho sự sai lệch này là một bài toán khó, đòi hỏi kinh nghiệm và sự tham khảo từ nhiều nguồn tài liệu. Việc xác định chính xác các thông số tại mỗi điểm trong chu trình cũng là một thách thức, thường yêu cầu các phương pháp lặp để kiểm tra và hiệu chỉnh sai số.

2.1. Sai số trong việc chọn các hệ số hiệu chỉnh và thực tế

Để thu hẹp khoảng cách giữa lý thuyết và thực tế, các mô hình tính toán nhiệt sử dụng nhiều hệ số hiệu chỉnh. Các hệ số này bao gồm hệ số hiệu định tỉ nhiệt (λt), hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ξz) và điểm b (ξb), và hệ số hiệu chỉnh đồ thị công (φd). Ví dụ, φd thể hiện sự hao hụt diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị tính toán, thường được chọn trong khoảng 0,93 ÷ 0,97 cho động cơ xăng. Thách thức nằm ở chỗ các hệ số này không phải là hằng số mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ động cơ, chế độ tải, và đặc điểm kết cấu. Việc lựa chọn một giá trị cố định từ các bảng tra cứu chỉ mang tính gần đúng. Một lựa chọn không phù hợp có thể dẫn đến sai số tích lũy, làm ảnh hưởng đến độ chính xác của các chỉ tiêu cuối cùng như công suất và hiệu suất. Do đó, việc hiểu rõ bản chất và phạm vi áp dụng của từng hệ số là cực kỳ quan trọng.

2.2. Khó khăn khi xác định nhiệt độ và áp suất các quá trình

Việc tính toán nhiệt độ và áp suất tại các điểm đặc biệt của chu trình (cuối quá trình nạp, nén, cháy, giãn nở) là trọng tâm của phần tính toán nhiệt. Tuy nhiên, đây là một công việc phức tạp. Ví dụ, để tính nhiệt độ cuối quá trình nạp (Ta), cần phải biết trước hệ số khí sót (γr), nhưng γr lại phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất cuối quá trình giãn nở. Điều này tạo ra một vòng lặp tính toán. Người thực hiện phải giả định một giá trị ban đầu cho nhiệt độ khí sót Tr, tiến hành tính toán toàn bộ chu trình để tìm ra giá trị Tr mới, sau đó so sánh và hiệu chỉnh. Như trong tài liệu tham khảo, sau khi tính toán, sai số nhiệt độ khí sót được kiểm nghiệm: ΔTr = |(1025−900)/900| * 100 = 13,9 %. Sai số này phải nằm trong giới hạn cho phép (thường là dưới 15%) để kết quả được chấp nhận. Quá trình lặp lại này đòi hỏi sự kiên nhẫn và cẩn trọng để đảm bảo tính hội tụ và chính xác của kết quả.

III. Hướng dẫn tính toán nhiệt cho đồ án động cơ đốt trong

Phần tính toán nhiệt là xương sống của mọi đồ án tính toán động cơ đốt trong. Nó cung cấp bức tranh toàn cảnh về các quá trình biến đổi năng lượng bên trong xylanh. Quy trình này bắt đầu từ các thông số đầu vào đã được lựa chọn và tiến hành phân tích tuần tự qua bốn quá trình chính của chu trình công tác: nạp, nén, cháy, và giãn nở. Mỗi quá trình được mô tả bằng các phương trình nhiệt động học cụ thể. Mục tiêu cuối cùng là xác định các thông số hiệu suất cốt lõi, giúp đánh giá một cách toàn diện về mặt kỹ thuật và kinh tế của động cơ. Việc tuân thủ một trình tự tính toán logic và khoa học là điều bắt buộc. Bắt đầu từ việc xác định trạng thái của môi chất ở đầu chu trình, sau đó tính toán sự thay đổi của nó qua từng giai đoạn, và cuối cùng tổng hợp lại để đưa ra các chỉ số hiệu quả tổng thể. Các kết quả từ phần này, đặc biệt là diễn biến áp suất trong xylanh, sẽ là dữ liệu đầu vào không thể thiếu cho phần tính toán động lực học tiếp theo.

3.1. Phân tích chi tiết quá trình nạp và quá trình nén

Quá trình nạp và nén là hai giai đoạn đầu tiên của chu trình. Trong quá trình nạp, mục tiêu là xác định lượng hỗn hợp không khí-nhiên liệu nạp vào xylanh. Các thông số chính cần tính là hệ số nạp (ηv) và hệ số khí sót (γr). Hệ số nạp ηv thể hiện mức độ điền đầy xylanh và ảnh hưởng trực tiếp đến công suất động cơ. Tiếp theo, quá trình nén được tính toán để xác định áp suất và nhiệt độ của môi chất ở cuối hành trình. Phương trình đa biến Pc = Pa . ε^n1 được sử dụng, trong đó n1 là chỉ số nén đa biến trung bình. Việc xác định chính xác áp suất cuối quá trình nén (Pc) và nhiệt độ cuối quá trình nén (Tc) rất quan trọng vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của quá trình cháy sau đó. Trong đồ án mẫu, Pc được tính ra là 1,87 MN/m2 và Tc là 847 K.

3.2. Các bước tính toán quá trình cháy và quá trình giãn nở

Quá trình cháy là giai đoạn giải phóng năng lượng từ nhiên liệu, làm tăng đột ngột nhiệt độ và áp suất trong xylanh. Tính toán quá trình này bắt đầu bằng việc xác định lượng không khí lý thuyết (M0) cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu. Các thông số quan trọng nhất cần tìm là nhiệt độ cuối quá trình cháy (Tz) và áp suất cuối quá trình cháy (Pz). Đây là các giá trị cực đại trong chu trình, quyết định đến công sinh ra. Tài liệu tham khảo đã tính được Tz = 2845 K và Pz = 6,68 MN/m2. Sau quá trình cháy là quá trình giãn nở, nơi khí cháy có áp suất cao đẩy piston đi xuống và sinh công. Áp suất và nhiệt độ giảm dần theo phương trình đa biến Pb = Pz / ε^n2. Việc xác định chỉ số dãn nở đa biến trung bình (n2) là một bước phức tạp, thường phải giải phương trình cân bằng năng lượng để tìm ra giá trị phù hợp, như trong tài liệu đã xác định n2 = 1,27.

3.3. Xác định các thông số hiệu suất và suất tiêu hao nhiên liệu

Sau khi hoàn thành tính toán cho cả bốn quá trình, các thông số tổng hợp dùng để đánh giá động cơ sẽ được xác định. Áp suất chỉ thị trung bình tính toán (p'i) là thông số đầu tiên, đại diện cho công chỉ thị sinh ra trong một chu trình. Sau khi hiệu chỉnh với φd, ta có áp suất chỉ thị trung bình thực tế (pi). Từ đó, các chỉ số hiệu suất được tính toán. Hiệu suất chỉ thị (ηi) cho biết mức độ chuyển hóa nhiệt năng thành công. Sau khi trừ đi tổn thất cơ khí, ta có hiệu suất có ích (ηe), là chỉ số quan trọng nhất phản ánh hiệu quả thực tế của động cơ. Cuối cùng, suất tiêu hao nhiên liệu có ích (ge) cho biết lượng nhiên liệu cần thiết để tạo ra một đơn vị công suất trong một giờ. Theo kết quả của đồ án, các giá trị này lần lượt là ηi = 35%, ηe = 29%, và ge = 0,29 kg/kW.h, cung cấp một cái nhìn định lượng về hiệu quả hoạt động của động cơ được tính toán.

IV. Phương pháp tính động học và động lực học cơ cấu piston

Sau khi hoàn tất phần tính toán nhiệt, bước tiếp theo trong đồ án tính toán động cơ đốt trong là phân tích động học và động lực học. Phần này tập trung vào cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền, trái tim cơ khí của động cơ. Mục đích là nghiên cứu chuyển động của các chi tiết và xác định các lực tác dụng lên chúng trong suốt chu trình làm việc. Dữ liệu áp suất khí thể Pkt theo góc quay trục khuỷu, vốn là kết quả của phần tính toán nhiệt, sẽ được sử dụng làm đầu vào. Phân tích động học sẽ xác định quy luật chuyển vị, vận tốc và gia tốc của piston. Phân tích động lực học sẽ tính toán các lực phát sinh, bao gồm lực khí thể, lực quán tính, và các lực thành phần tác dụng lên chốt piston, thanh truyền và trục khuỷu. Kết quả của phần này là cơ sở để tính toán sức bền cho các chi tiết, thiết kế hệ thống bôi trơn và cân bằng động cơ, đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và bền bỉ.

4.1. Tính toán chuyển vị vận tốc và gia tốc của piston

Nghiên cứu động học của piston là xác định mối quan hệ giữa chuyển động tịnh tiến của piston và chuyển động quay của trục khuỷu. Dựa trên sơ đồ hình học của cơ cấu, các phương trình mô tả chuyển động của piston theo góc quay trục khuỷu α được thiết lập. Chuyển vị của piston (Sp) được tính bằng công thức Sp = R.[(1 - cosα) + (λ/4).(1 - cos2α)]. Bằng cách lấy đạo hàm của chuyển vị theo thời gian, ta có tốc độ của piston (Vp), và lấy đạo hàm lần nữa ta được gia tốc của piston (Jp). Các giá trị này biến thiên liên tục trong suốt một chu trình. Việc tính toán và vẽ đồ thị của chúng giúp hiểu rõ quy luật chuyển động của piston, xác định các vị trí có vận tốc và gia tốc cực đại, là những thông tin quan trọng cho việc phân tích các lực quán tính và tính toán cân bằng động cơ. Ví dụ, vận tốc trung bình của piston trong đồ án được tính là Vtb = 11,09 m/s.

4.2. Phân tích lực khí thể và lực quán tính tác dụng lên piston

Có hai loại lực chính tác dụng lên đỉnh piston theo phương dọc trục xylanh. Thứ nhất là lực khí thể (Pkt), sinh ra do áp suất của môi chất trong xylanh. Lực này được tính từ đồ thị áp suất P-α đã có từ phần tính toán nhiệt. Thứ hai là lực quán tính (Pj), sinh ra do sự thay đổi tốc độ của các khối lượng chuyển động tịnh tiến (piston, chốt piston và một phần thanh truyền). Lực quán tính được tính theo công thức Pj = -mj . Jp, trong đó mj là tổng khối lượng tịnh tiến và Jp là gia tốc piston. Lực tổng tác dụng lên đỉnh piston (PΣ) được xác định bằng tổng của hai lực này: PΣ = Pkt + Pj. Lực tổng hợp này là nguyên nhân chính gây ra tải trọng lên toàn bộ cơ cấu và là nguồn gốc của momen quay làm quay trục khuỷu. Việc phân tích lực này là cực kỳ quan trọng để đánh giá độ bền của các chi tiết máy.

4.3. Cách xác định momen quay trục khuỷu của một xylanh

Lực tổng PΣ tác dụng lên piston được truyền qua thanh truyền đến chốt khuỷu. Tại đây, lực này được phân thành hai thành phần: lực tiếp tuyến (T) và lực pháp tuyến (Z). Lực tiếp tuyến T là thành phần lực hữu ích, có phương vuông góc với bán kính quay của khuỷu trục, tạo ra momen làm quay trục khuỷu. Lực pháp tuyến Z có phương trùng với bán kính quay, gây ra tải trọng hướng tâm lên ổ trục chính. Momen quay trục khuỷu (Mq) của một xylanh được tính bằng công thức đơn giản: Mq = T . R, với R là bán kính quay của khuỷu trục. Momen này không phải là một hằng số mà biến thiên liên tục theo góc quay trục khuỷu α. Việc vẽ đồ thị Mq-α giúp phân tích sự không đồng đều của momen quay, là cơ sở để tính toán bánh đà nhằm đảm bảo động cơ hoạt động êm dịu và ổn định.

V. Bí quyết xây dựng và hiệu chỉnh đồ thị công chỉ thị

Đồ thị công chỉ thị, hay đồ thị P-V, là công cụ trực quan hóa mạnh mẽ trong bất kỳ đồ án tính toán động cơ đốt trong nào. Nó biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của môi chất công tác bên trong xylanh trong suốt một chu trình hoàn chỉnh. Diện tích bên trong vòng lặp của đồ thị biểu thị cho công chỉ thị Li mà động cơ sinh ra. Việc xây dựng chính xác đồ thị này không chỉ giúp minh họa kết quả tính toán nhiệt mà còn là cơ sở để phân tích hiệu quả của các quá trình. Một đồ thị công được xây dựng tốt sẽ cho thấy rõ ràng các giai đoạn nén, cháy, giãn nở và trao đổi khí. Tuy nhiên, đồ thị tính toán lý thuyết luôn có sự khác biệt so với thực tế. Do đó, bước hiệu chỉnh đồ thị là cực kỳ cần thiết để mô phỏng gần đúng hơn hoạt động thực của động cơ, có tính đến các yếu tố như thời điểm đánh lửa sớm và thời gian đóng mở xupap.

5.1. Các bước dựng đồ thị công từ các điểm đặc biệt

Việc xây dựng đồ thị công chỉ thị bắt đầu bằng việc xác định các điểm đặc biệt của chu trình trên hệ tọa độ P-V (Áp suất - Thể tích). Các điểm này bao gồm: điểm cuối quá trình nạp (a), cuối quá trình nén (c), cuối quá trình cháy (z), cuối quá trình giãn nở (b), và cuối quá trình thải (r). Tọa độ (V, P) của mỗi điểm được lấy từ kết quả của phần tính toán nhiệt. Ví dụ, từ Bảng 1.3 của tài liệu, điểm c có tọa độ (150 cm3; 1,87 MN/m2) và điểm z có tọa độ (150 cm3; 6,68 MN/m2). Sau khi xác định các điểm này, các đường cong nén và giãn nở được vẽ bằng cách sử dụng các phương trình đa biến tương ứng. Đường cong nén nối từ điểm a đến c theo phương trình pxn . Vxn^n1 = const. Tương tự, đường cong giãn nở nối từ z đến b theo phương trình pxg . Vxg^n2 = const. Nối tất cả các điểm và đường cong lại sẽ tạo thành đồ thị công tính toán ban đầu.

5.2. Kỹ thuật hiệu chỉnh đồ thị công để phản ánh thực tế

Đồ thị công tính toán có các góc nhọn, thể hiện các quá trình diễn ra tức thời, điều này không đúng với thực tế. Để đồ thị phản ánh đúng hơn, cần thực hiện bước hiệu chỉnh. Quá trình hiệu chỉnh làm tròn các góc của đồ thị để mô tả quá trình cháy không phải tức thời và sự tổn thất áp suất khi dòng khí di chuyển qua xupap. Theo tài liệu, việc hiệu chỉnh tập trung vào khu vực áp suất cao. Áp suất cực đại thực tế pz' thường thấp hơn áp suất lý thuyết, được lấy bằng pz’= 0,85.pz = 5,678 MN/m2. Các điểm đặc biệt mới như c'' và b'' được xác định để làm mượt đường cong chuyển tiếp giữa các quá trình. Ví dụ, điểm c'' được lấy trên đoạn cz' với cc'' = cz'/3. Kỹ thuật này, mặc dù mang tính kinh nghiệm, giúp tạo ra một đồ thị công chỉ thị gần với dạng đồ thị đo được trên động cơ thực, từ đó nâng cao độ tin cậy của các phân tích và tính toán tiếp theo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Nguyễn Quốc Trường 19145330 19145CL2A 03CLC Xăng 85 2600 9.9 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SVTH: NGUYỄN QUỐC TRƯỜNG MSSV: 19145330 Khóa: 2019 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TRẠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC INTERNAL COMBUSION ENGINE SVTH: NGUYỄN QUỐC TRƯỜNG MSSV: 19145330 Khóa: 2019 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TRẠNG Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -------*** ------- Tp. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quốc Trường MSSV: 19145330 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Ô tô Lớp: 19145CL2A Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Trạng Ngày nhận đề tài: 12/03/2022 Ngày nộp đề tài: 26/06/2022 1. Tên đồ án: Động cơ đốt trong 2.

Các số liệu, tài liệu ban đầu: 3. Nội dung thực hiện đề tài: 4. Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quốc Trường MSSV: 19145330 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Ô tô. Tên đồ án: Động cơ đốt trong.

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Trạng NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:. Đề nghị cho báo cáo hay không?.

Đánh giá phân loại:. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quốc Trường MSSV: 19145330 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Ô tô. Tên đồ án: Động cơ đốt trong. Họ và tên Giáo viên phản biện:.

Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:. Đề nghị cho báo cáo hay không?. Đánh giá phân loại:. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.

1 PHẦN 1: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TÍNH TOÁN NHIỆT. Áp suất không khí nạp po. Nhiệt độ không khí nạp mới To.

Áp suất khí nạp trước xupap nạp Pk. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp Tk. Áp suất cuối quá trình nạp Pa. Áp suất khí sót Pr.

Nhiệt độ khí sót (khí thải) Tr. Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới ∆T. Hệ số nạp thêm λ1. Hệ số quét buồng cháy λ2.

Hệ số hiệu định tỉ nhiêt λt. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b. Hệ số dư lượng không khí α.

Hệ số hiệu chỉnh đồ thị công φd. Tỷ số tăng áp. TÍNH TOÁN NHIỆT. Quá trình nạp.

Hệ số nạp ηv. Hệ số khí sót γr. Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta. Quá trình nén.

Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí nạp mới:. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:. Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp trong quá trình nén:. Tỉ số nén đa biến trung bình n1:.

Áp suất quá trình nén pc:. Nhiệt độ cuối quá trình nén:. Quá trình cháy. Lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0:.

Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1:. Lươṇ g sản vâ ̣t cháy M2:. Hệ số biến đổi phân tử khí lí thuyết β0. Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β.

Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế tại điểm βz. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm z. Nhiệt độ cuối quá trình cháy tại điểm Tz.

Áp suất cuối quá trình cháy Pz. Quá trình giãn nở. Tỷ số giãn nở đầu của động cơ xăng. Tỷ số dãn nở sau của động cơ xăng.

Xác định chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb. Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb. Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót.

Sai số khí xót. Các thông số đặc trưng của chu trình. Áp suất chỉ thị trung bình tính toán p'i:. Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi:.

Áp suất tổn thất cơ khí Pm. Áp suất có ích trung bình Pe. Hiệu suất cơ giới. Hiệu suất chỉ thị ηi.

Hiệu suất có ích ηe. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge. Các thông số kết cấu của động cơ.

Thể tích công tác một xilanh. Thể tích buồng cháy. Thể tích toàn bộ. Đường kính piston.

Hành trình piston. Vẽ đồ thị công chỉ thị. 13 PHẦN 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN. ĐỘNG HỌC CỦA PISTON.

Chuyển vị của Piston. Tốc độ của Piston. Gia tốc của Piston. ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU PISTON - KHUỶU TRỤC - THANH TRUYỀN.

Lực khí thể:. Lực quán tính của các chi tiết chuyển động:. Lực tổng tác dụng lên đỉnh piston PƩ:. Lực tác dụng dọc tâm thanh truyền Ptt và lực ngang N ép piston lên thành xilanh:.

Lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến. Momen quay trục khuỷu của một xylanh:. Tính đặc tính ngoài của động cơ. 44 PHẦN 3 : BẢN VẼ CÁC ĐỒ THỊ - CODE ĐỒ THỊ.

Đồ thị biểu diễn lực N-α. Đồ thị biểu diễn lực T-α. Đồ thị biểu diễn lực Z-α. Đồ thị chuyển vị của piston x-α.

Đồ thị vận tốc của piston v-α. Đồ thị gia tốc của piston j-α. Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ. 56 PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Kết quả tính toán nhiệt động cơ .2: Trị số áp suất của MCCT của quá trình nén và giãn nở .3: Giá trị các điểm đặc biệt trên đồ thị P-V .1: Số liệu tính toán động học của cơ cấu piston - thanh truyền khuỷu trục .2: Góc đóng - mở xupap .3: Thành phần khối lượng của cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền tính trên một đơn vị diện tích đỉnh piston .4: Số liệu tính toán động lực học của cơ cấu piston- thanh truyền- khuỷu trục.5: Số liệu tính toán đặc tính ngoài của động cơ.

45 -------------- DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sơ đồ Động học cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền của cơ cấu giao tâm.2: Hệ lực tác dụng lên cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền của cơ cấu giao tâm .3: Đồ thị biểu diện lực N-α .4: Đồ thị biểu diễn lực T-α.5: Đồ thị biểu diễn lực Z-α.6: Đồ thị biểu diễn lực T-Z.7: Đồ thị chuyển vị của piston x-α .8: Đồ thị vận tốc của piston v-α .9: Đồ thị gia tốc của piston j-α .10: Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ. 55 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM đã đưa môn học đồ án động cơ đốt trong vào chương trình giảng dạy. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên bộ môn – TS. Nguyễn Văn Trạng đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập.

Trong thời gian tham gia lớp học môn đồ án động cơ của thầy, chúng em đã có thêm cho mình nhiều kiến thức bổ ích, tinh thần học tập hiệu quả, nghiêm túc. Đây chắc chắn sẽ là những kiến thức quý báu, là hành trang để chúng em có thể vững bước sau này. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Văn Trạng đã giúp em hoàn thành báo cáo một cách thuận lợi.

Thầy đã luôn bên cạnh đóng góp và sửa chữa những thiếu sót, khuyết điểm em mắc phải và đề ra những hướng giải quyết tốt nhất. Đồ án động cơ là môn học thú vị, vô cùng bổ ích và có tính thực tế cao. Đảm bảo cung cấp đủ kiến thức, gắn liền với nhu cầu thực tiễn của sinh viên. Tuy nhiên, do vốn kiến thức còn nhiều hạn chế và khả năng tiếp thu thực tế còn nhiều bỡ ngỡ.

Mặc dù em đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn bài báo cáo khó có thể tránh khỏi những thiếu sót và nhiều chỗ còn chưa chính xác, kính mong thầy xem xét và góp ý để bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn. Xin kính chúc quý thầy cô mạnh khoẻ, hạnh phúc và thành công trong sự nghiệp trồng người vinh quang. Em xin chân thành cảm ơn! TP. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2022 Sinh viên thực hiện Nguyễn Quốc Trường 1 PHẦN 1: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.

CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TÍNH TOÁN NHIỆT 1. Áp suất không khí nạp po Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị po phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển. Càng lên cao thì po càng giảm do không khí càng loãng, tại độ cao so với mực nước biển: Po = 0,1 MN/m2 1. Nhiệt độ không khí nạp mới To T0 = tkk + 273 = 29 + 273 = 302 0K 1.

Áp suất khí nạp trước xupap nạp Pk Đối với động cơ không tăng áp ta có: Pk = Po = 0. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp Tk Tk = To = 302 0K 1. Áp suất cuối quá trình nạp Pa Áp suất Pa phụ thuộc vào rất nhiều thông số như chủng loại động cơ, tính năng tốc độ n, hệ số cản trên đường nạp, tiết diện lưu thông… Vì vậy cần xem xét động cơ đang tính thuộc nhóm nào để lựa chọn Pa Áp suất cuối quá trình nạp pa có thể chọn trong phạm vi: Pa = (0,8 ÷ 0,9). Áp suất khí sót Pr Áp suất khí sót đối với động cơ xăng có thể chọn trong phạm vi: Pr = (1,11 ÷ 1,12).

Nhiệt độ khí sót (khí thải) Tr Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại đông cơ.Nếu quá trình giãn nở càng triệt để, nhiệt độ Tr càng thấp, giá trị của Tr có thể chọn trong phạm vi: Tr = 700 ºK -900 ºK. Do đó, ta có thể chọn: Tr = 900 ºK 2 1.