lOMoARcPSD| 58778885
1
TRƯỜNG
ĐẠI
HỌC
PHẠM
KỸ
THUẬT
TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN MÔN HỌC (ĐỘNG CƠ)
GVHD:
GVC.
Ts. Nguy
n Văn Tr
ng
SVTH: Tr
n Thành L
MSSV: 22145406
Nhóm: 02
Thành ph
H
Chí Minh, tháng 06
năm 2025
lOMoARcPSD| 58778885
Mục lục
Contents
1. Chọn các thông số cho tính toán nhiệt ................................................................. 1
1.1. Áp suất không khí np (): ..........................................................................
1
1.2. Nhit độ không khí np mi (󰇜: .................................................................
1
1.3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp (󰇜: ........................................................
1
1.4. Nhit đkhí np trước xupap nạp 󰇛󰇜:.......................................................
1
1.5. Áp suất cuối quá trình nạp (󰇜: ..................................................................
1
1.6. Áp suất khí sót 󰇛󰇜 ...................................................................................... 1
1.7. Nhit đkhí sót󰇛󰇜 ..................................................................................... 1
1.8. Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới ( T ): ..............................................................
1
1.9. Hệ số nạp thêm (): ..................................................................................... 2
1.10. Hệ số quét buồng cháy ():........................................................................ 2
1.11. Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt󰇛󰇜: ....................................................................... 2
1.12. Hệ số lợi dụng nhit ti đim z 󰇛󰇜: ........................................................... 2
1.13. Hệ số lợi dụng nhit ti điểm b  .............................................................. 3
1.14. Hệ số dư lượng không khí ( α ): ................................................................... 3
1.15. Hệ số hiệu đính đồ thị công  ................................................................... 4
1.16. Tỷ số tăng áp ................................................................................................. 4
2. Tính toán nhiệt. ..................................................................................................... 5
2.1. Quá trình nạp. .................................................................................................
5
2.2. Quá trình nén: .................................................................................................
6
2.3. Quá trình cháy: ................................................................................................
7
2.4. Tính toán quá trình giãn nở: ........................................................................
10
2.5. Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình. ........................................
11
2.6.Tính toán thông số kết cấu của động cơ. ...................................................... 13
3. Vẽ đồ thị công chỉ thị .......................................................................................... 16
lOMoARcPSD| 58778885
4.Tính toán Động học và Động lực học của cơ cấu Piston – Trục khuỷu – Thanh
truyền ...................................................................................................................... 18
4.1. Chuyển vị của piston .................................................................................... 18
4.2 Tốc độ piston. ................................................................................................. 20
4.3. Gia tốc piston ................................................................................................ 20
4.4. Lực khí thể  : .......................................................................................... 20
4.5. Lực quán tính của các chi tiết chuyển động. ............................................... 20
4.6. Lực ly tâm ..................................................................................................... 22
4.7. Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền. ..............................
22
4.7.1. Lực tổng cộng tác dụng lên đỉnh
piston................................................. 22
4.7.2. Lực tác dụng dọc tâm Thanh truyền và lực ngang N ép Piston lên
thành Piston ...................................................................................................... 23
4.7.3. Lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z
................................................... 23
4.8. Moment quay trục khuỷu của một xylanh .................................................. 24
4.9. Đồ thị Véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ............................................ 24
Bản vẽ đồ thị công chỉ thị P – V ............................................................................. 25
Bản vẽ đồ thP , P
J
, P
1
...................................................................................... 26
Bản vẽ đồ thị quãng đường Sp ............................................................................... 27
Bản vẽ đồ thị vận tốc Vp ........................................................................................ 27
Bản vẽ đồ thị Jp ...................................................................................................... 28
Bản vẽ đồ thT() .................................................................................................. 28
Bản vẽ đồ thZ(󰇜 .................................................................................................. 29
Bản vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu T – Z ............................................ 29
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 30
lOMoARcPSD| 58778885
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN ĐỘNG CƠ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và Tên SV: Trần Thành Lễ MSSV: 22145406
Lớp: 221453B Nhóm: 02
1. Số liệu ban đầu
Loi động cơ: Xăng Số kỳ, 4
Công suất có ích, Ne (kW): 59 Số vòng quay, n (vòng/phút): 2800
Tỉ số nén, : 8,8 Hệ số dư lượng không khí, : 0,88
Làm mát bằng: nước Số xylanh i: 4
2. Nội dung thuyết minh
2.1. Tính toán nhiệt và xây dựng giản đồ công chỉ thị động cơ.
2.2. Tính toán động lực học cơ cấu piston khuỷu trục – thanh truyền.
3. Nội dung bản vẽ
3.1. Bản vẽ đồ thị công chỉ thị PV (A3 ngang)
3.2. Bản vẽ đồ thP , P
J
, P
1
(A3 ngang)
3.3. Bản vẽ đồ thị quãng đường S
p
, vận tốc V
p
, gia tốc J
p
của piston (A4 ngang)
3.4. Bản vẽ đồ thT(), Z(󰇜 (A4 ngang)
3.5. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu (T – Z) (A4 đứng)
Ngày giao nhiệm vụ: Tuần 05
Ngày hoàn thành : 10/06/2025
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên) NỘI
DUNG THUYẾT MINH
lOMoARcPSD| 58778885
1. Chọn các thông số cho tính toán nhiệt
1.1. Áp suất không khí np (
):
Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển:

 (MN/m
2
) 1.2.
Nhit độ không khí np mi (
󰇜:
Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ môi trường trung bình của
môi trường, nơi xe được sử dụng. Điều này hết sức khó khăn đối với xe thiết kế để sử
dụng ở những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn.
Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là:


󰇛󰇜
1.3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp (
󰇜: Động cơ bốn kỳ không tăng áp

P
0
= 0,1 (MN/m
2
)
1.4. Nhit đkhí np trước xupap np 󰇛
󰇜: Động cơ 4 kỳ không tăng áp: T
k
=
T
0
= 302 (K)
1.5. Áp suất cuối quá trình nạp (
󰇜:
Động cơ bốn kỳ không tăng áp:
Ta chọn:

󰇛󰇜P
k
= 0,8.0,1 = 0,08 (MN/m
2
)
1.6. Áp suất khí sót 󰇛
󰇜
Đối với động cơ xăng chọn:

(1,05-1,12)P
0
= 1,12.0,1 = 0,112 (MN/m
2
)
1.7. Nhit đkhí sót󰇛
󰇜
Đối với động cơ xăng


, chọn 


1.8. Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới ( T ):
Đối với động cơ xăng chọn: T = 0 ÷ 20 (K) chọn T = 10 (K)
lOMoARcPSD| 58778885
1
1.9. Hệ số nạp thêm (
):
Hệ số nạp thêm λ biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí công tác
sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích Vạ. Hệ số nạp thêm
chọn trong giới hạn

= 1,02 ÷ 1,07, chọn 
= 1,07
1.10. Hệ số quét buồng cháy (
):
Động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy
= 1
1.11. Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt󰇛
󰇜:
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp và nhit độ khí sót
T
r
. Theo thực nghiệm thống kê đối vi động cơ xăng
được chọn:
Hệ số lượng
không khí
0,8
1,0
1,2
1,4
Hệ số hiệu đính tỷ
nhiệt
1,13
1,17
1,14
1,11
Động cơ xăng với chn chọn 


1.12. Hệ số lợi dụng nhiệt ti đim z 󰇛
󰇜:
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z 󰇛
󰇜 là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá
trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiên liệu đã cháy tại điểm Z.
Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại Z:
Loại động cơ

Xăng
Diesel
Gas
0,75 0,92
0,65 0,85
0,80 0,85
Bảng 1: Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại Z.
Với động xăng ta chọn


lOMoARcPSD| 58778885
1.13. Hệ số lợi dụng nhiệt ti điểm b 󰇛
󰇜
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b󰇛
󰇜phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Khi tc độ động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến
nhỏ
Loại động cơ
ξb
Xăng
0,85 ÷ 0,95
Diesel:
- Tốc độ trung bình
- Cao tốc
- Tăng áp
0,85 0,90
0,80 0,90
< 0,92
Bảng 2: Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
Với động cơ xăng ta chọn


1.14. Hệ số dư lượng không khí ( α ):
Khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu cần Mo (kmol) không khí. Tuy nhiên, lượng không
khí đi vào xylanh M₁ có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn M0. Điều này được đánh giá bằng hệ
số dư lượng không khí α = M₁/M
0
.
Trong đó : M₁- lượng không khí thực tế nạp vào xialnh, (kmol)
M
0
- lượng không khí lý thuyết cần thiết đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu
Đối với ĐCĐT, tính toán nhiệt thường phải tính ở chế độ công suất cực đại, hê số dư lượng
không khí chọn trong phạm vi cho trong bảng.
lOMoARcPSD| 58778885
Loại động cơ
α
Xăng
0.85 ÷ 0.95
Diesel:
-Buồng đốt thống nhất
-Buồng đốt xoáy lốc
-Buồng đốt dự bị
-Tăng áp
1,45 1.75
1.40 ÷ 1.65
1,35 ÷ 1,45
1,70 ÷ 2,20
Bảng 3: Bảng hệ số dư lượng không khí.
Ta chọn hệ số dư lượng không khí thuộc loại động cơ xăng có α = 0,88
1.15. Hệ số hiệu đính đồ thị công 󰇛
󰇜
Hệ số điền đầy đủ đồ thcông
đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công
thực tế so với đồ thị công tính toán.
Hệ số điền đầy đủ đồ th
chọn theo số liệu kinh nghiệm theo bảng sau:
Loại động cơ

Xăng
0,93 ÷ 0,97
Diesel:
- Buồng cháy thống nhất
- Buồng cháy ngăn cách
0,90 ÷ 0,95
0,92 ÷ 0,96
Bảng 4: Bảng hệ số hiệu đính đồ thị công.
Đối vi động cơ xăng chọn: 
= 0,96
1.16. Tỷ số tăng áp
Là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xylanh ở cuối quá trình cháy và quá trình nén:
trong đó: P
z
áp suất cuối quá trình cháy; P
c
- áp suất cuối quá trình nén.
Động cơ xăng : = 3 ÷4
lOMoARcPSD| 58778885
2. Tính toán nhiệt.
2.1. Quá trình nạp.
- Hệ số nạp 󰇛
󰇜
Trong đó m là chỉ số giản nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn: m
=1,45 ÷ 1,5, chọn m =1,5
- Hệ số khí sót
Hệ số khí sót
được tính theo công thức:
Hay
- Nhit đcuối quá trình nạp (
):
Nhit đcuối quá trình nạp
được tính theo công thức:
2.2. Quá trình nén:
lOMoARcPSD| 58778885
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:
Ta có:
= 19,806;
= 0,00419
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Khi 0,7 < α < 1 tính cho động cơ xăng theo công thức sau:
Thay số vào công thức trên ta có:
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén:
= 19,8720 + 0,004123.T
- Tỷ số nén đa biến trung bình
:
Chỉ số nến đa biến trung bình n1 được xác định một cách gần đúng theo phương trình cân
bằng nhiệt của quá trình nén:

1,3742
- Áp suất quá trình nén

:
lOMoARcPSD| 58778885




󰇛󰇜
- Nhit đcuối quá trình nén

:
 



󰇛󰇜
2.3. Quá trình cháy:
- ợng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu
:
Trong đó: C,H,O- là thành phần của Cacbon, Hydro, Oxy tính theo khối lượng,
tham khảo bảng:
Nhiên liệu
Thành phần trong 1kg nhiên liệu [kg]
Khối lượng
phân tử
[kg/kmol]
Nhit tr
thấp, 
[kJ/kg]
C
H
O
Xăng ô tô
0,855
0,145
-
110-120
43960
Dầu Diesel
0,870
0,126
0,004
180-200
42530
Bảng 5: Đặc tính nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ
Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1kg xăng:

󰇛󰇜
- ợng khí nạp mới thc tế nạp vào xylanh
:
Đối với động cơ xăng (khí nới nạp vào là không khí và nhiên liệu):
Trong đó:

trọng lượng phân tử của xăng;

= 114 kg/kmol
- ợng sản vật cháy
:
lOMoARcPSD| 58778885
- Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết
:
Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết
được xác định theo công thức:
- Hệ số thay đổi phân tử khí thực tế β:
Trong thực tế do ảnh hưởng khí sót còn lại trong xilanh từ chu trình trước nên hệ
số biến đổi phân tử khí thực tế β được xác định theo công thức sau:
Thay số vào ta có:
- Hệ số biến đổi phân tử khí thc tế ti điểm z (
):
- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn:
Đối vi động cơ xăng <1, thiếu oxy nên nhiên liệu cháy không hoàn toàn,
do đó gây tổn thất một lượng nhiệt, ký hiệu là ∆QH và được tính theo công thức
sau:
lOMoARcPSD| 58778885
 = 120.
. (1 – ).
= 120.
. (1 – 0,88).0,512 = 7372,8 (KJ/kg.nl) -
Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình của môi chất tại điểm Z:
Với
- Nhit đcuối quá trình cháy
:
Đối với động cơ xăng được tính theo công thức:
Với
= 43960 (kJ/ kgnl): Nhiệt trị thấp của nhiên liệu đối với động cơ xăng.






󰇛󰇜
Thay vào phương trình ta được:
lOMoARcPSD| 58778885
=> T
z
= 2588,4820 (K)
- Áp sut cuối quá trình cháy
:
Đối với động cơ xăng:
2.4. Tính toán quá trình giãn nở:
- Tỷ số giãn nở đầu :
Đối với động cơ xăng: ρ=1
-Tỷ số giản nở sau :
Ta có hệ số giản nở sau δ được xác định theo công thức:
= ε = 8,8
- Xác định chỉ số giản nở đa biến trung bình
:
Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình
được xác định từ phương trình cân bằng
sau:
Với:


là nhiệt độ cuối quá trình giản nở
Phương trình (2) tương đương với :
=>
= 1,1961
lOMoARcPSD| 58778885
- Nhit đcuối quá trình giãn nở
:
Đối với động cơ xăng:
- Áp sut cuối quá trình giãn nở
:
Đối với động cơ xăng
- Kim nghim nhiệt đkhí thi
:
Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức:
- Sai số khí sót.
2.5. Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình. -
Áp suất chỉ thị trung bình tính toán:
Thay 


󰇛󰇜
- Áp suất chỉ thị trung bình thực tế.




󰇛󰇜
Trong đó:
là hệ số điền đầy đồ thị.
- Áp sut tổn thất cơ khí
lOMoARcPSD| 58778885

.V
b
+ (P
r
– P
a
) [MN/m
2
]
Trong đó : Vp
Vì động cơ xăng có S/D > 1 nên a = 0,048; b = 0,01512 P
m
= 0,048 + 0,01512.8,5866 + (0,112 – 0,08) = 0,2098
- Áp suất có ích trung bình
:
Ta có: P
e
= P
i
– P
m
= 0,9305 – 0,2098 = 0,7207
- Hiệu suất cơ giới:
= 0,7745
- Hiệu suất chỉ thị.
Là tỷ số giữa phần nhit lượng chuyển thành công mà ta thu được và nhiệt lượng mà
nhiên liệu tỏa ra khi đt cháy 1kg nhiên liu dạng lỏng hay 
nhiên liệu ở dạng
khí.
Đối với động cơ dùng nhiên liệu lỏng ta có:
Trong đó

– Thay gần đúng bằng
tính theo J/kg; M
1
tính theo
kmol/kg
- Hiệu suất có ích.
- Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ th
:
(kg/kW.h)
- Tính suất tiêu hao nhiên liệu
lOMoARcPSD| 58778885
(kg/kW.h)
2. 6.Tính toán thông số kết cấu của động cơ.
Thtích công tác một xylanh:
Thể tích buồng cháy:





󰇛
󰇜
Đường kính của piston:
Chọn S/D = 1,2
Hành trình piston:
Bảng kết quả tính toán nhiệt động cơ:
Tên thông số
Ký hiệu
Giá trị
Đơn vị
Số vòng quay
n
2800
rpm
Công suất có ích
Ne
59
kW
Tỉ số nén
8,8
Hành trình Piston
S

dm
Đường kính Piston
D

dm
lOMoARcPSD| 58778885
Hệ số nạp thêm
λ1
1,07
Hệ số quét buồng cháy
λ2
1
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt
1,15
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z
0,8
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
0,9
Hệ số dư lượng không khí
0,88
Hệ số hiệu đính đồ thị công
0,96
Hệ số nạp
0,7919
Hệ số khí sót
0,0547
Tỷ số nén đa biến trung bình
1,3742
Chỉ số giãn nở đa biến trung
bình
1,1961
Nhiệt độ không khí nạp mới
T0
302
°K
Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới
T
10
°K
Nhiệt độ khí sót
T
r
1000
°K
Nhiệt độ cuối quá trình nạp
T
a
349,1334
°K
lOMoARcPSD| 58778885
Nhiệt độ cuối quá trình nén
T
c
787,8015
°K
Nhiệt độ cuối quá trình cháy
T
z
2588,4820
°K
Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở
T
b
1689,7875
°K
Áp suất không khí nạp
P0
0,1
MN/m
2
Áp suất cuối quá trình nạp
Pa
0,08
MN/m
2
Áp suất khí sót
P
r
0,112
MN/m
2
Áp suất quá trình nén
P
c
1,5885
MN/m
2
Áp suất cuối quá trình cháy
P
z
5,6055
MN/m
2
Áp suất cuối quá trình giãn nở
P
b
0,4158
MN/m
2
Áp suất chỉ thị trung bình thực
tế
P
i

MN/m
2
Áp suất tổn thất cơ khí
P
m
0,2098
MN/m
2
Áp suất có ích trung bình
P
e

MN/m
2
Hiệu suất cơ giới
0,7745
Hiệu suất chỉ thị

Hiệu suất có ích

lOMoARcPSD| 58778885
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

kg/kW.h
Suất tiêu hao nhiên liệu

kg/kW.h
Bảng 6: Bảng kết quả thông số tính toán nhiệt động cơ
3. Vẽ đồ thị công chỉ thị
Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công:
- Đim a: cui quá trình hút, áp sut
, thể tích





󰇛
󰇜

󰇛󰇜
a ( 0,08; 0,9895)
- Điểm C: Cuối quá trình nén.

󰇛󰇜

󰇛
󰇜
c ( 0,1124; 1,5885)
- Điểm z: Cuối quá trình cháy.

󰇛󰇜



󰇛
󰇜
z ( 0,1124; 5,6055)
- Điểm b: Điểm cuối quá trình giãn nở.

󰇛󰇜



󰇛
󰇜
b ( 0,9895; 0,4158)
- Điểm r: Cuối quá trình xả.

Preview text:

lOMoAR cPSD| 58778885
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC     
ĐỒ ÁN MÔN HỌC (ĐỘNG CƠ)
GVHD: GVC. Ts. Nguy n Văn Tr ng
SVTH: Tr n Thành L MSSV: 22145406 Nhóm: 02
Thành ph ố H ồ Chí Minh, tháng 06 năm 2025 1 lOMoAR cPSD| 58778885 Mục lục Contents
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 (𝑻𝒓): ..................................................................................... 1
1.8. Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới ( T ): .............................................................. 1
1.9. Hệ số nạp thêm ( 𝝀𝟏): ..................................................................................... 2
1.10. Hệ số quét buồng cháy ( 𝝀𝟐):........................................................................ 2
1.11. Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (𝝀𝒕): ....................................................................... 2
1.12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (𝝃𝒛): ........................................................... 2
1.13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b 𝝃𝒃: .............................................................. 3
1.14. Hệ số dư lượng không khí ( α ): ................................................................... 3
1.15. Hệ số hiệu đính đồ thị công 𝝋𝒅: ................................................................... 4
1.16. Tỷ số tăng áp ................................................................................................. 4
2. Tính toán nhiệt. ..................................................................................................... 5
2.1. Quá trình nạp. ................................................................................................. 5
2.2. Quá trình nén: ................................................................................................. 6
2.3. Quá trình cháy: ................................................................................................ 7
2.4. Tính toán quá trình giãn nở: ........................................................................ 10
2.5. Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình. ........................................ 11
2.6.Tính toán thông số kết cấu của động cơ. ...................................................... 13
3. Vẽ đồ thị công chỉ thị .......................................................................................... 16 lOMoAR cPSD| 58778885
4.Tính toán Động học và Động lực học của cơ cấu Piston – Trục khuỷu – Thanh
truyền ...................................................................................................................... 18
4.1. Chuyển vị của piston .................................................................................... 18
4.2 Tốc độ piston. ................................................................................................. 20
4.3. Gia tốc piston ................................................................................................ 20
4.4. Lực khí thể 𝑷𝒌𝒕 : .......................................................................................... 20
4.5. Lực quán tính của các chi tiết chuyển động. ............................................... 20
4.6. Lực ly tâm ..................................................................................................... 22
4.7. Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền. .............................. 22
4.7.1. Lực tổng cộng tác dụng lên đỉnh
piston................................................. 22
4.7.2. Lực tác dụng dọc tâm Thanh truyền và lực ngang N ép Piston lên
thành Piston ...................................................................................................... 23
4.7.3. Lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z
................................................... 23
4.8. Moment quay trục khuỷu của một xylanh .................................................. 24
4.9. Đồ thị Véc tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ............................................ 24
Bản vẽ đồ thị công chỉ thị P – V ............................................................................. 25
Bản vẽ đồ thị P – 𝝋, PJ, P1 ...................................................................................... 26
Bản vẽ đồ thị quãng đường Sp ............................................................................... 27
Bản vẽ đồ thị vận tốc Vp ........................................................................................ 27
Bản vẽ đồ thị Jp ...................................................................................................... 28
Bản vẽ đồ thị T(𝝋) .................................................................................................. 28
Bản vẽ đồ thị Z(𝝋) .................................................................................................. 29
Bản vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu T – Z ............................................ 29
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 30 lOMoAR cPSD| 58778885
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc BỘ MÔN ĐỘNG CƠ
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và Tên SV: Trần Thành Lễ MSSV: 22145406 Lớp: 221453B Nhóm: 02
1. Số liệu ban đầu
Loại động cơ: Xăng Số kỳ, 𝜏: 4
Công suất có ích, Ne (kW): 59 Số vòng quay, n (vòng/phút): 2800
Tỉ số nén, : 8,8 Hệ số dư lượng không khí, 𝛼: 0,88
Làm mát bằng: nước Số xylanh i: 4
2. Nội dung thuyết minh
2.1. Tính toán nhiệt và xây dựng giản đồ công chỉ thị động cơ.
2.2. Tính toán động lực học cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền.
3. Nội dung bản vẽ
3.1. Bản vẽ đồ thị công chỉ thị P – V (A3 ngang)
3.2. Bản vẽ đồ thị P – 𝜑, PJ, P1 (A3 ngang)
3.3. Bản vẽ đồ thị quãng đường Sp, vận tốc Vp, gia tốc Jp của piston (A4 ngang)
3.4. Bản vẽ đồ thị T(𝜑), Z(𝜑) (A4 ngang)
3.5. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu (T – Z) (A4 đứng)
Ngày giao nhiệm vụ: Tuần 05
Ngày hoàn thành : 10/06/2025 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên) NỘI DUNG THUYẾT MINH lOMoAR cPSD| 58778885
1. Chọn các thông số cho tính toán nhiệt
1.1. Áp suất không khí nạp (𝑷𝒐):
Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển:
𝑃𝑜 = 0,1 (MN/m2) 1.2.
Nhiệt độ không khí nạp mới (𝑻𝒐):
Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ môi trường trung bình của
môi trường, nơi xe được sử dụng. Điều này hết sức khó khăn đối với xe thiết kế để sử
dụng ở những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn.
Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là:
𝑇𝑜 = 29 0𝐶 = 302 (𝐾)
1.3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp (𝑷𝒌): Động cơ bốn kỳ không tăng áp Pk = P0 = 0,1 (MN/m2)
1.4. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (𝑻𝒌): Động cơ 4 kỳ không tăng áp: Tk = T0 = 302 (K)
1.5. Áp suất cuối quá trình nạp (𝑷𝒂):
Động cơ bốn kỳ không tăng áp:
Ta chọn: 𝑃𝑎 = (0,80 − 0,90)Pk = 0,8.0,1 = 0,08 (MN/m2)
1.6. Áp suất khí sót (𝑷𝒓):
Đối với động cơ xăng chọn:
𝑃𝑟 = (1,05-1,12)P0 = 1,12.0,1 = 0,112 (MN/m2)
1.7. Nhiệt độ khí sót (𝑻𝒓):
Đối với động cơ xăng
𝑇𝑟 = 900 ÷ 1100 𝐾, chọn 𝑇𝑟 = 1000 𝐾
1.8. Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới ( T ):
Đối với động cơ xăng chọn: T = 0 ÷ 20 (K) chọn T = 10 (K) lOMoAR cPSD| 58778885 1
1.9. Hệ số nạp thêm ( 𝝀𝟏):
Hệ số nạp thêm λ biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí công tác
sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích Vạ. Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn
𝜆1 = 1,02 ÷ 1,07, chọn 𝜆1 = 1,07
1.10. Hệ số quét buồng cháy ( 𝝀𝟐):
Động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy 𝜆2 = 1
1.11. Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (𝝀𝒕):
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót
Tr. Theo thực nghiệm thống kê đối với động cơ xăng 𝜆𝑡 được chọn: Hệ số dư lượng 0,8 1,0 1,2 1,4 không khí
Hệ số hiệu đính tỷ 1,13 1,17 1,14 1,11 nhiệt 𝜆𝑡
Động cơ xăng với chọn α = 0,85 ÷ 0,92 chọn 𝜆𝑡 = 1,15
1.12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (𝝃𝒛):
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (𝜉𝑧) là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá
trình cháy, hay tỷ lệ lượng nhiên liệu đã cháy tại điểm Z.
Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại Z: Loại động cơ 𝜉𝑧 Xăng 0,75 0,92 Diesel 0,65 0,85 Gas 0,80 0,85
Bảng 1: Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại Z.
Với động xăng ta chọn 𝜉𝑧 = 0,8 lOMoAR cPSD| 58778885
1.13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (𝝃𝒃):
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b(𝜉𝑏) phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Khi tốc độ động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến 𝜉𝑏 nhỏ Loại động cơ ξb Xăng 0,85 ÷ 0,95 Diesel: - Tốc độ trung bình 0,85 0,90 - Cao tốc 0,80 0,90 - Tăng áp < 0,92
Bảng 2: Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b
Với động cơ xăng ta chọn 𝜉𝑏 = 0,9
1.14. Hệ số dư lượng không khí ( α ):
Khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu cần Mo (kmol) không khí. Tuy nhiên, lượng không
khí đi vào xylanh M₁ có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn M0. Điều này được đánh giá bằng hệ
số dư lượng không khí α = M₁/M0.
Trong đó : M₁- lượng không khí thực tế nạp vào xialnh, (kmol)
M0- lượng không khí lý thuyết cần thiết đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu
Đối với ĐCĐT, tính toán nhiệt thường phải tính ở chế độ công suất cực đại, hê số dư lượng
không khí chọn trong phạm vi cho trong bảng. lOMoAR cPSD| 58778885 Loại động cơ α Xăng 0.85 ÷ 0.95 Diesel:
-Buồng đốt thống nhất 1,45 1.75 -Buồng đốt xoáy lốc 1.40 ÷ 1.65 1,35 ÷ 1,45 -Buồng đốt dự bị 1,70 ÷ 2,20 -Tăng áp
Bảng 3: Bảng hệ số dư lượng không khí.
Ta chọn hệ số dư lượng không khí thuộc loại động cơ xăng có α = 0,88
1.15. Hệ số hiệu đính đồ thị công (𝝋𝒅):
Hệ số điền đầy đủ đồ thị công 𝜑𝑑 đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công
thực tế so với đồ thị công tính toán.
Hệ số điền đầy đủ đồ thị 𝜑𝑑 chọn theo số liệu kinh nghiệm theo bảng sau: Loại động cơ 𝜑𝑑 Xăng 0,93 ÷ 0,97 Diesel:
- Buồng cháy thống nhất 0,90 ÷ 0,95 - Buồng cháy ngăn cách 0,92 ÷ 0,96
Bảng 4: Bảng hệ số hiệu đính đồ thị công.
Đối với động cơ xăng chọn: 𝜑𝑑 = 0,96
1.16. Tỷ số tăng áp
Là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xylanh ở cuối quá trình cháy và quá trình nén:
trong đó: Pz – áp suất cuối quá trình cháy; Pc- áp suất cuối quá trình nén.
Động cơ xăng : 𝜆 = 3 ÷4 lOMoAR cPSD| 58778885
2. Tính toán nhiệt.
2.1. Quá trình nạp.
- Hệ số nạp (𝜂𝑉):
Trong đó m là chỉ số giản nở đa biến trung bình của khí sót có thể chọn: m =1,45 ÷ 1,5, chọn m =1,5
- Hệ số khí sót 𝛾𝑟:
Hệ số khí sót 𝛾𝑟 được tính theo công thức: Hay
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp ( 𝑇𝑎):
Nhiệt độ cuối quá trình nạp 𝑇𝑎 được tính theo công thức:
2.2. Quá trình nén: lOMoAR cPSD| 58778885
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:
Ta có: 𝑎𝑣 = 19,806; 𝑏𝑣 = 0,00419
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Khi 0,7 < α < 1 tính cho động cơ xăng theo công thức sau:
Thay số vào công thức trên ta có:
- Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén: = 19,8720 + 0,004123.T
- Tỷ số nén đa biến trung bình 𝑛1:
Chỉ số nến đa biến trung bình n1 được xác định một cách gần đúng theo phương trình cân
bằng nhiệt của quá trình nén:  𝑛1 =1,3742
- Áp suất quá trình nén 𝑃𝑐: lOMoAR cPSD| 58778885 𝑃𝑐 = 𝑃𝑎. 𝑛1
𝑃𝑐 = 0,08. 8,81,3742 = 1,5885 (𝑀𝑃𝑎)
- Nhiệt độ cuối quá trình nén 𝑇𝑐:
𝑇𝑐 = 𝑇𝑎. 𝑛1−1
𝑇𝑐 = 349,1334 . 8,81,3742−1 = 787,8015 (°𝐾)
2.3. Quá trình cháy:
- Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu 𝑀𝑜:
Trong đó: C,H,O- là thành phần của Cacbon, Hydro, Oxy tính theo khối lượng, tham khảo bảng:
Nhiên liệu Thành phần trong 1kg nhiên liệu [kg] Khối lượng Nhiệt trị C H O phân tử thấp, 𝑄𝐻 [kg/kmol] [kJ/kg] Xăng ô tô 0,855 0,145 - 110-120 43960 Dầu Diesel 0,870 0,126 0,004 180-200 42530
Bảng 5: Đặc tính nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ
Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1kg xăng:
𝑀𝑜 = 0,512 (𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑘)
- Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh 𝑀1:
Đối với động cơ xăng (khí nới nạp vào là không khí và nhiên liệu):
Trong đó: 𝜇𝑛𝑙– trọng lượng phân tử của xăng; 𝜇𝑛𝑙= 114 kg/kmol
- Lượng sản vật cháy 𝑀2: lOMoAR cPSD| 58778885
- Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết 𝛽0:
Ta có hệ số thay đổi phân tử lý thuyết 𝛽0 được xác định theo công thức:
- Hệ số thay đổi phân tử khí thực tế β:
Trong thực tế do ảnh hưởng khí sót còn lại trong xilanh từ chu trình trước nên hệ
số biến đổi phân tử khí thực tế β được xác định theo công thức sau: Thay số vào ta có:
- Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế tại điểm z (𝛽𝑧 ):
- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn:
Đối với động cơ xăng vì 𝛼<1, thiếu oxy nên nhiên liệu cháy không hoàn toàn,
do đó gây tổn thất một lượng nhiệt, ký hiệu là ∆QH và được tính theo công thức sau: lOMoAR cPSD| 58778885
𝛥𝑄𝐻 = 120.103 . (1 – 𝛼).𝑀0 = 120.103 . (1 – 0,88).0,512 = 7372,8 (KJ/kg.nl) -
Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình của môi chất tại điểm Z: Với
- Nhiệt độ cuối quá trình cháy 𝑇𝑧 :
Đối với động cơ xăng được tính theo công thức: Với
𝑄𝐻 = 43960 (kJ/ kgnl): Nhiệt trị thấp của nhiên liệu đối với động cơ xăng.
𝑚 𝑐 𝑣𝑧 ′′ = 20,9554 + 0,002832. 𝑇𝑧 𝑇𝑐 = 787,8015 (°𝐾)
Thay vào phương trình ta được: lOMoAR cPSD| 58778885 => Tz = 2588,4820 (K)
- Áp suất cuối quá trình cháy 𝑃𝑧:
Đối với động cơ xăng:
2.4. Tính toán quá trình giãn nở:
- Tỷ số giãn nở đầu :
Đối với động cơ xăng: ρ=1
-Tỷ số giản nở sau :
Ta có hệ số giản nở sau δ được xác định theo công thức: = ε = 8,8
- Xác định chỉ số giản nở đa biến trung bình 𝑛2:
Ta có chỉ số giản nở đa biến trung bình 𝑛2 được xác định từ phương trình cân bằng sau: Với:
𝑏 = n2−1 là nhiệt độ cuối quá trình giản nở
Phương trình (2) tương đương với : => 𝑛2= 1,1961 lOMoAR cPSD| 58778885
- Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở 𝑇𝑏:
Đối với động cơ xăng:
- Áp suất cuối quá trình giãn nở 𝑃𝑏:
Đối với động cơ xăng
- Kiểm nghiệm nhiệt độ khí thải 𝑇𝑟:
Nhiệt độ khí thải được xác định theo công thức:
- Sai số khí sót.
2.5. Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình. -
Áp suất chỉ thị trung bình tính toán: Thay 𝜌 = 1 và 𝛿 =
 𝑃𝑖′ = 0,9693 (𝑀𝑃𝑎)
- Áp suất chỉ thị trung bình thực tế.
𝑃𝑖 = 𝜑𝑑. 𝑃𝑖′ = 0,96 . 0,9693 = 0,9305 (𝑀𝑃𝑎)
Trong đó: 𝜑𝑑 là hệ số điền đầy đồ thị.
- Áp suất tổn thất cơ khí 𝑃𝑚: lOMoAR cPSD| 58778885
𝑃𝑚 = 𝑎 + 𝑏.Vb + (Pr – Pa) [MN/m2] Trong đó : Vp
Vì động cơ xăng có S/D > 1 nên a = 0,048; b = 0,01512 Pm
= 0,048 + 0,01512.8,5866 + (0,112 – 0,08) = 0,2098
- Áp suất có ích trung bình 𝑃𝑒: Ta có: P
e = Pi – Pm = 0,9305 – 0,2098 = 0,7207
- Hiệu suất cơ giới: = 0,7745
- Hiệu suất chỉ thị.
Là tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu được và nhiệt lượng mà
nhiên liệu tỏa ra khi đốt cháy 1kg nhiên liệu dạng lỏng hay 1𝑚3 nhiên liệu ở dạng khí.
Đối với động cơ dùng nhiên liệu lỏng ta có:
Trong đó 𝑃𝑘 và 𝑇𝑘 – Thay gần đúng bằng 𝑃𝑜 và 𝑇0 𝑄𝐻 tính theo J/kg; M1 tính theo kmol/kg
- Hiệu suất có ích.
- Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị 𝑔𝑖: (kg/kW.h)
- Tính suất tiêu hao nhiên liệu 𝑔𝑒: lOMoAR cPSD| 58778885 (kg/kW.h)
2. 6.Tính toán thông số kết cấu của động cơ.
Thể tích công tác một xylanh: 𝑉ℎ Thể tích buồng cháy:
𝑉𝑎 = 𝑉𝑐 + 𝑉ℎ = 0,8771 + 0,1124 = 0,9895 (𝑑𝑚3) Đường kính của piston: Chọn S/D = 1,2 Hành trình piston:
Bảng kết quả tính toán nhiệt động cơ: Tên thông số
Ký hiệu Giá trị Đơn vị Số vòng quay n 2800 rpm Công suất có ích Ne 59 kW Tỉ số nén 8,8 Hành trình Piston S 1,1715 dm Đường kính Piston D 0,9763 dm lOMoAR cPSD| 58778885 Hệ số nạp thêm λ1 1,07 Hệ số quét buồng cháy λ2 1
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 1,15 𝜆𝑡
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z 𝜉𝑧 0,8
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b 0,9 𝜉𝑏
Hệ số dư lượng không khí 0,88 𝛼
Hệ số hiệu đính đồ thị công 𝜑𝑑 0,96 Hệ số nạp 𝜂𝑣 0,7919 Hệ số khí sót 0,0547 𝛾𝑟
Tỷ số nén đa biến trung bình 𝑛1 1,3742
Chỉ số giãn nở đa biến trung 𝑛2 1,1961 bình
Nhiệt độ không khí nạp mới 302 °K T0
Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới 𝛥T 10 °K Nhiệt độ khí sót 1000 °K Tr
Nhiệt độ cuối quá trình nạp 349,1334 °K Ta lOMoAR cPSD| 58778885
Nhiệt độ cuối quá trình nén 787,8015 °K Tc
Nhiệt độ cuối quá trình cháy 2588,4820 °K Tz
Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở 1689,7875 °K Tb Áp suất không khí nạp 0,1 MN/m2 P0
Áp suất cuối quá trình nạp 0,08 MN/m2 Pa Áp suất khí sót 0,112 MN/m2 Pr Áp suất quá trình nén 1,5885 MN/m2 Pc
Áp suất cuối quá trình cháy 5,6055 MN/m2 Pz
Áp suất cuối quá trình giãn nở 0,4158 MN/m2 Pb
Áp suất chỉ thị trung bình thực 0,9305 MN/m2 tế Pi
Áp suất tổn thất cơ khí 0,2098 MN/m2 Pm
Áp suất có ích trung bình 0,7207 MN/m2 Pe Hiệu suất cơ giới 𝜂𝑚 0,7745 Hiệu suất chỉ thị 𝜂𝑖 0,3082 Hiệu suất có ích 0,2387 𝜂𝑒 lOMoAR cPSD| 58778885
Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị 0,2657 kg/kW.h 𝑔𝑖
Suất tiêu hao nhiên liệu 0,3430 kg/kW.h 𝑔𝑒
Bảng 6: Bảng kết quả thông số tính toán nhiệt động cơ
3. Vẽ đồ thị công chỉ thị
Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công:
- Điểm a: cuối quá trình hút, áp suất 𝑃𝑎 , thể tích 𝑉𝑎
𝑉𝑎 = 𝑉𝑐 + 𝑉ℎ = 0,1124 + 0,8771 = 0,9895 (𝑑𝑚3)
𝑃𝑎 = 0,08 (𝑀𝑃𝑎)  a ( 0,08; 0,9895)
- Điểm C: Cuối quá trình nén.
𝑃𝑐 = 1,5885 (𝑀𝑃𝑎) 𝑉𝑐 = 0,1124 (𝑑𝑚3)  c ( 0,1124; 1,5885)
- Điểm z: Cuối quá trình cháy.
𝑃𝑧 = 5,6055 (𝑀𝑃𝑎) 𝑉𝑧 = 𝑉𝑐 = 0,1124 (𝑑𝑚3)  z ( 0,1124; 5,6055)
- Điểm b: Điểm cuối quá trình giãn nở.
𝑃𝑏 = 0,4158 (𝑀𝑃𝑎) 𝑉𝑏 = 𝑉𝑎 = 0,9895 (𝑑𝑚3)  b ( 0,9895; 0,4158)
- Điểm r: Cuối quá trình xả.