Đề tài: Nghiên cứu sự phân bố ứng suất nhiệt trên thành xylanh động cơ 4 kỳ bằng phương pháp phần tử hữu hạn

2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
………… o0o…………
NGÔ TRỌNG LƯỢNG
NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT NHIỆT TRÊN
THÀNH XYLANH ĐỘNG CƠ 4 KỲ BẰNG PHƯƠNG
PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Tàu Thủy
Mã số: 60.52.32
GV hướng dẫn: TS Quách Hoài Nam
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r

w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
4
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Ngày tháng…. năm 2011
Tác giả luận văn
Ngô Trọng Lượng
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w

w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
5
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
LỜI NÓI ĐẦU
Chương 1: MỞ ĐẦU 1
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1
1.2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2
1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3
1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3
1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3
1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 4

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT TRONG
XYLANH ĐỘNG CƠ 4 KỲ 5
2.1. KẾT CẤU VÀ VẬT LIỆU CỦA XYLANH ĐỘNG CƠ 4 KỲ 5
2.1.1. Lót xylanh 5
2.1.2. Nắp xylanh 10
2.1.3. Khối xylanh 11
2.2. ỨNG SUẤT NHIỆT XYLANH ĐỘNG CƠ 4 KỲ 12
2.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỨNG SUẤT NHIỆT CỦA XYLANH 13
2.3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu 13
2.3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng 14
2.4. ỨNG SUẤT NHIỆT TRONG ĐỘNG CƠ Ở CÁC CHẾ ĐỘ CHUYỂN TIẾP 16
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r

w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
6
2.4.1. Chế độ khởi động 16
2.4.2. Chế độ ngừng đột ngột động cơ 16
2.4.3. Chế độ thay đổi tải 17
Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH ỨNG SUẤT NHIỆT

TRONG XYLANH ĐỘNG CƠ 4KỲ 18
3.1. MÔ HÌNH KẾT CẤU 18
3.1.1. Nguyên tắc mô hình hóa 18
3.1.2. Các giả thiết 19
3.1.3. Điều kiện biên 19
3.2. CHU TRÌNH NHIỆT THỰC TẾ CỦA ĐỘNG CƠ 4 KỲ 21
3.2.1. Chu trình nhiệt thực tế của động cơ 4 kỳ 21
3.2.2. Nhiệt độ và áp suất trong chu trình nhiệt thực tế của động cơ 4 kỳ 22
3.2.3. Xây dựng đồ thị T- ϕ và tính nhiệt độ trung bình của khí tại điểm
bất kỳ trên thành xylanh của động cơ 4 kỳ 27
3.2.4. Sự phân bố nhiệt độ theo chiều dày thành xylanh động cơ 4 kỳ 27
3.3. TRAO ĐỔI NHIỆT TỪ KHÍ CHÁY ĐẾN NƯỚC LÀM MÁT 29
3.3.1. Trao đổi nhiệt giữa khí cháy với vách trong của xylanh 29
3.3.2. Trao đổi nhiệt giữa vách ngoài của xylanh với nước làm mát 30
Chương 4: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TÍNH
ỨNG SUẤT NHIỆT 34
4.1. BÀI TOÁN DẪN NHIỆT HAI CHIỀU 34
4.1.1. Phương trình vi phân quá trình dẫn nhiệt hai chiều 34
4.1.2. Điều kiện biên 35
4.1.3. Phần tử tam giác 35
4.1.4. Xây dựng phiếm hàm 37
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a

n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P

D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c

k
.
c
o
m
7
4.2. PHẦN MỀM ANSYS TRONG TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT NHIỆT 41
4.2.1. Tính ứng suất nhiệt theo ANSYS 41
4.2.2. Chọn kiểu phần tử 45
Chương 5: KẾT QUẢ ÁP DỤNG VÀ THẢO LUẬN 49
5.1. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ D12 49
5.1.1. Kết cấu động cơ D12 49
5.1.2. Thông số kỹ thuật động cơ D 50
5.2. TÍNH CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ D12 51
5.3. NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH CỦA HỖN HỢP KHÍ TẠI VỊ TRÍ XÉT 53
5.3.1
.
.
Xét vị trí của piston tại các điểm xét 53
5.3.2. Đồ thị T – φ tại các vị trí xét 53
5.3.3. Nhiệt độ trung bình hỗn hợp khí tại các điểm xét 57
5.4. TÍNH HỆ SỐ TRAO ĐỔI NHIỆT 57
5.4.1. Tính hệ số trao đổi nhiệt từ khí đến vách xylanh 57
5.4.2. Tính hệ số trao đổi nhiệt giữa ống lót xylanh với nước làm mát 59
5.5. KẾT QUẢ TÍNH ỨNG SUẤT NHIỆT TRONG XYLANH ĐỘNG
CƠ D12 THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 60
5.6. KẾT QUẢ TÍNH ỨNG SUẤT NHIỆT TRONG XYLANH ĐỘNG
CƠ D12 THEO PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG 68
5.7. THẢO LUẬN 89
KẾT LUẬN 91

PHỤ LỤC
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t

r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w

.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
8
LỜI NÓI ĐẦU
Xylanh là chi tiết không thể thiếu được trong ĐCĐT, xylanh được lắp trong
khối xylanh và xung quanh được định vị bởi các gờ định vị, một đầu tiếp xúc với nắp
xylanh, một đầu tự do. Xylanh cùng với piston và nắp xylanh tạo thành buồng đốt của
động cơ. Trong quá trình làm việc, xylanh chịu áp suất và nhiệt độ rất lớn do hỗn hợp
cháy sinh ra, gây ra ứng suất trong lòng xylanh, từ đó gây ra hư hỏng xylanh. Với đề
tài “Nghiên cứu sự phân bố ứng suất nhiệt trên thành xylanh động cơ 4 kỳ bằng
phương pháp phần tử hữu hạn”, chúng tôi mong muốn xác định trường nhiệt độ và
ứng suất nhiệt trên thành xylanh động cơ 4 kỳ, từ đó đưa ra các khuyến cáo để có quy
trình chế tạo cũng như sử dụng một cách hợp lý hơn.
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với sự hỗ trợ của phần mềm ANSYS,
tôi đã tính toán và xác định trường nhiệt độ và ứng suất trên thành xylanh động cơ 4 kỳ
D12 (loại 195S) với kết quả nhìn chung phù hợp với thực tế. Do thời gian và tài liệu có
hạn, đề tài tập trung tính toán cho quá trình cháy-giãn nở khi động cơ hoạt động ổn

định vì đây là quá trình làm việc nguy hiểm nhất của động cơ.
Luận văn gồm có 6 chương được cấu trúc như sau:
Chương 1- Mở đầu: Nêu lên tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối
tượng và phạm vi nghiên cứu, phương pháp giải quyết vấn đề, ý nghĩa khoa học và
thực tiễn của đề tài.
Chương 2: Trình bày tổng quan về kết cấu và ứng suất nhiệt trong xylanh động
cơ 4 kỳ.
Chương 3: Trình bày mô hình tính ứng suất nhiệt trong xylanh động cơ 4 kỳ.
Chương 4: Trình bày cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn tính ứng suất nhiệt.
Chương 5: Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn tính ứng suất xylanh động
cơ D12 (loại 195S) với sự hỗ trợ của phần mềm ANSYS, so sánh với kết quả tính bằng
phương pháp truyền thống.
Chương 6: Kết luận: Đưa ra các kết luận rút ra từ kết quả nghiên cứu của đề tài
đồng thời đưa ra các kiến nghị và hướng phát triển của đề tài.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e

w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a

n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
9
Qua đây tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến:

Ban giám hiệu, ban chủ nhiệm khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy trường Đại học Nha
Trang đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.
Ban giám hiệu trường Cao Đẳng Nghề Phú Yên đã tạo điều kiện cho tôi được
tham gia khóa học này
Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho thầy: TS.Quách Hoài Nam đã tận
tình hướng dẫn, động viên tôi hoàn thành đề tài này.
Xin cảm ơn: Thầy PGS.TS.Quách Đình Liên, Thầy ThS.Mai Sơn Hải - Trưởng
bộ môn Kỹ thuật tàu thủy đã cho tôi những lời khuyên quí báu để công trình nghiên
cứu được hoàn thành có chất lượng.
Đặc biệt xin được ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của: quí thầy cô giáo trong khoa
Kỹ Thuật Tàu Thủy trường Đại học Nha Trang, gia đình và bạn bè luôn động viên,
chia sẻ với tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, ngày…… tháng……năm 2011
Học viên
Ngô Trọng Lượng
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V

i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C

h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

10
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ ĐƯỢC VIẾT TẮT
1. Các ký hiệu
1.
C
m
Tốc độ trung bình của piston
2.
d
1
Đường kính xilanh
3.
d
2
Đường kính ngoài xilanh
4.
g
e
Suất tiêu hao nhiên liệu
5.
l
Chiều dài thanh truyền
6.
l
t
Chiều dài mặt trụ xylanh tiếp xúc nước làm mát
7.
n
Tốc độ quay định mức
8.

n
1
Chỉ số nén đa biến trung bình
9.
n
2
Chỉ số dãn nở đa biến trung bình
10.
N
e
Công suất động cơ
11.
P
Trọng lượng máy
12.
P
a
Áp suất cuối quá trình nạp
13.
P
b
Áp suất cuối quá trình giãn nở
14.
P
c
Áp suất cuối quá trình nén
15.
P
f
Áp suất phun nhiên liệu

16.
P
e
Áp suất có ích trung bình
17.
P
o
Áp suất khí quyển
18.
P
r
Áp suất khí sót
19.
P
z
Áp suất cháy cực đại
20.
Q
h
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu dầu diesel
21.
r
Bán kính quay của trục khuỷu
22.
S
Hành trình pittông
23.
S
ĐCT
Khoảng cách từ nắp xylanh đến ĐCT

24.
S
Z
Khoảng cách từ nắp xylanh đến điểm Z
25.
T
a
Nhiệt độ cuối quá trình nạp
26.
T
b
Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e

r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g

e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
11
27.
T
c

Nhiệt độ cuối quá trình nén
28.
T
K
Nhiệt độ khí nạp
29.
T
n
Nhiệt độ nước làm mát
30.
0
T
Nhiệt độ khí quyển
31.
T
r
Nhiệt độ khí sót
32.
T
z
Nhiệt độ cuối quá trình đẳng áp
33.
V
s
Thể tích công tác của xylanh
34.
V
c
Thể tích buồng đốt
35.

V
a
Thể tích toàn bộ của piston
36.
V
z
Thể tích khi piston ở vị trí mà áp suất lớn nhất
37.
α
ns
Van hút mở sớm
38.
α
nm
Van hút đóng muộn
39.
α
xs
Van xả mở sớm
40.
α
xm
Van xả đóng muộn
41.
α
f
Góc phun dầu
42.
α
z

Giá trị góc quay trục khuỷu tại điểm Z (tính từ ĐCT)
43.
ε
Tỷ số nén
44.
λ
Tỷ số tăng áp khi cháy
45.
λ
đh
Tỷ số động học
46.
ρ
Tỷ số giãn nở khi cháy
47.
δ
Hệ số giãn nở trong quá trình giãn nở
48.
τ
Hệ số kỳ
49.
γ
r
Hệ số khí sót
50.
β
z
Hệ số thay đổi mol tại điểm z
51.
∆T

K
Mức độ sấy nóng khí mới
52.
∆P
o
Tổn thất áp suất do cản của bình lọc khí và đường ống nạp
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d

o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w

e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
12
2. Các chữ viết tắt
1.
ĐCD
Điểm chết dưới
2.
ĐCĐT
Động cơ đốt trong
3.
ĐCT

Điểm chết trên
4.
gqtk
Góc quay trục khuỷu
5.
HSTĐN
Hệ số trao đổi nhiệt
6.
MCCT
Môi chất công tác
7.
PPPTHH
Phương pháp phần tử hữu hạn
8.
PPTT
Phương pháp truyền thống
9.
PTHH
Phần tử hữu hạn
10.
ƯSC
Ứng suất cơ tương đương
11.
ƯSN
Ứng suất nhiệt tương đương
12.
ƯST
Ứng suất tổng tương đương
Click to buy NOW!
P

D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c

k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o

c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
13
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng Trang
Bảng 2.1: Các đặc trưng của vật liệu chế tạo các chi tiết chịu nhiệt động cơ 12
Bảng 3.1: Bảng giá trị áp suất và nhiệt độ trên đường cong nén 23
Bảng 3.2: Bảng giá trị áp suất và nhiệt độ trên đường cong giãn nở 24
Bảng 3.3 Chuyển vị của piston theo gqtk (từ ĐCT) 25
Bảng 4.1: Các kiểu phần tử nhiệt thông dụng trong ANSYS 43
Bảng 5.1: Đặc tính kỹ thuật động cơ D12 50
Bảng 5.2: Thông số kỹ thuật được chọn thêm 50
Bảng 5.3: Kết quả tính chu trình nhiệt động của D12 51
Bảng 5.4: Tọa độ các điểm xét 53
Bảng 5.5: Giá trị góc quay trục khuỷu khi đỉnh piston tại các điểm xét 53
Bảng 5.6: Nhiệt độ trung bình của hỗn hợp khí tại các điểm xét 57
Bảng 5.7: Tính αmc tại các vi trí A, B, C, D, E khi đỉnh piston lần lượt
chuyển động đến các điểm xét trong quá trình cháy - giãn nở 58
Bảng 5.8: Các đặc trưng vật liệu 60
Bảng 5.9: Kết quả tính ứng suất xylanh bằng PP PTHH 67

Bảng 5.10: Kết quả tính ứng suất xylanh bằng PPTT 70
Bảng 5.11: So sánh giá trị ứng suất tính theo PPPTHH và PPTT tại từng
vị trí của đỉnh piston trong quá trình cháy - giãn nở 71
Bảng 5.12: So sánh giá trị ứng suất tính theo PPPTHH và PPTT tại cùng
một vị trí trong toàn quá trình cháy-giãn nở 73
Bảng 5.13: So sánh giữa ƯSC (σ
c
) và ƯSN (σ
t
) trong quá trình cháy–giãn
nở (tính theo PPPTHH) 75
Phụ Lục
Bảng 1: Áp suất và nhiệt độ trên đường cong nén
Bảng 2: Áp suất và nhiệt độ trên đường cong giãn nở
Bảng 3: Chuyển vị của piston theo góc quay trục khuỷu
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V

i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C

h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

14
Tên hình vẽ, đồ thị Trang
Hình 2.1: Các loại lót xylanh 6
Hình 2.2: Vị trí vai tựa của lót xylanh ướt 7
Hình 2.3: Các biện pháp tránh lọt khí xuống cacte 7
Hình 2.4: Các loại lót xylanh liền với nắp 8
Hình 2.5: Nắp xylanh 10
Hình 2.6: Bộ khung động cơ 11
Hình 2.7: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách 14
Hình 2.8: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách có chiều dày khác nhau khi cùng điều
kiện truyền nhiệt (αn) 14
Hình 2.9: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách khi tồn tại lớp cáu cặn về phía làm mát 15
Hình 3.1.a. Kết cấu thành xylanh ướt 20
b. Mô hình tính thành xylanh ướt 20
Hình 3.2.a. Kết cấu thành xylanh ướt 20
b. Mô hình tính thành xylanh ướt 20
Hình 3.3: Đồ thị công triển khai theo P-φ. 26
Hình 3.4: Đồ thị triển khai theo T-φ 26
Hình 3.5: Sự phân lớp do biến đổi nhiệt trên thành xylanh 28
Hình 3.6: Sự phụ thuộc nhiệt độ bề mặt làm mát và HSTĐN vào nhiệt độ nước
làm mát 31
Hình 4.1.a. Mô hình bài toán dẫn nhiệt hai chiều 34
b. Phân tố thể tích dẫn nhiệt 34
Hình 4.2. Các điều kiện biên của bài toán dẫn nhiệt hai chiều 35
Hình 4.3. Phần tử tam giác bậc nhất trong bài toán dẫn nhiệt 2 chiều 36
Hình 4.4. Điều kiện biên dẫn trên cạnh 2-3 của phần tử tam giác 39
Hình 4.5: Sơ đồ phân tích theo phương pháp nối tiếp 42
Hình 4.6: Sơ đồ phân tích theo phương pháp trực tiếp 45
Hình 4.7: Phần tử PLANE77 45
Hình 4.8: Phần tử PLANE82 47

Hình 5.1: Kết cấu động cơ D12 (mặt cắt ngang) 49
Hình 5.2: Đồ thị công triển khai P-φ của động cơ D12 52
Hình 5.3: Đồ thị công triển khai T-φ của động cơ D12 52
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w

w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
15
Hình 5.4: Nhiệt độ của hỗn hợp khí tại điểm A trên thành xilanh theo gqtk. 54
Hình 5.5: Nhiệt độ của hỗn hợp khí tại điểm B trên thành xilanh theo gqtk 55
Hình 5.6: Nhiệt độ của hỗn hợp khí tại điểm C trên thành xylanh theo gqtk 55
Hình 5.7: Nhiệt độ của hỗn hợp khí tại điểm D trên thành xylanh theo gqtk. 56
Hình 5.8: Nhiệt độ của hỗn hợp khí tại điểm E trên thành xylanh theo gqtk 56
Hình 5.9: Phân bố nhiệt độ trung bình của hỗn hợp khí dọc theo thành xylanh 57
Hình 5.10: Lưới của mô hình PTHH 61
Hình 5.11: Trường nhiệt độ khi đỉnh piston tại A 61
Hình 5.12: Vectơ chỉ chiều gradient và dòng nhiệt khi đỉnh piston tại A 62
Hình 5.13: Trường ƯSN khi đỉnh piston tại A 62
Hình 5.14: Trường ƯSC khi đỉnh piston tại A 63
Hình 5.15: Trường ƯST khi đỉnh piston tại A 63

Hình 5.16: Phương pháp xác định ∆t tại A trong quá trình cháy - giãn nở 69
Hình 5.17: Đồ thị ƯSN mặt trong khi đỉnh piston tại A kỳ cháy 76
Hình 5.18: Đồ thị ƯST mặt trong khi đỉnh piston tại A kỳ cháy 76
Hình 5.19: Đồ thị ƯSN mặt ngoài khi đỉnh piston tại A kỳ cháy 76
Hình 5.20: Đồ thị ƯST mặt ngoài khi đỉnh piston tại A kỳ cháy 76
Hình 5.21: Đồ thị ƯSN mặt trong khi đỉnh piston tại B kỳ cháy 77
Hình 5.22: Đồ thị ƯST mặt trong khi đỉnh piston tại B kỳ cháy 77
Hình 5.23: Đồ thị ƯSN mặt ngoài khi đỉnh piston tại B kỳ cháy 77
Hình 5.24: Đồ thị ƯST mặt ngoài khi đỉnh piston tại B kỳ cháy 77
Hình 5.25: Đồ thị ƯSN mặt trong khi đỉnh piston tại C kỳ cháy 78
Hình 5.26: Đồ thị ƯST mặt trong khi đỉnh piston tại C kỳ cháy 78
Hình 5.27: Đồ thị ƯSN mặt ngoài khi đỉnh piston tại C kỳ cháy 78
Hình 5.28: Đồ thị ƯST mặt ngoài khi đỉnh piston tại C kỳ cháy 78
Hình 5.29: Đồ thị ƯSN mặt trong khi đỉnh piston tại D kỳ cháy 79
Hình 5.30: Đồ thị ƯST mặt trong khi đỉnh piston tại D kỳ cháy 79
Hình 5.31: Đồ thị ƯSN mặt ngoài khi đỉnh piston tại D kỳ cháy 79
Hình 5.32: Đồ thị ƯST mặt ngoài khi đỉnh piston tại D kỳ cháy 79
Hình 5.33: Đồ thị ƯSN mặt trong khi đỉnh piston tại E kỳ cháy 80
Hình 5.34: Đồ thị ƯST mặt trong khi đỉnh piston tại E kỳ cháy 80
Hình 5.35: Đồ thị ƯSN mặt ngoài khi đỉnh piston tại E kỳ cháy 80
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n

g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D

F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k

.
c
o
m
16
Hình 5.36: Đồ thị ƯST mặt ngoài khi đỉnh piston tại E kỳ cháy 80
Hình 5.37: Đồ thị ƯSN mặt trong tại A kỳ cháy 81
Hình 5.38: Đồ thị ƯSN mặt trong tại A kỳ cháy 81
Hình 5.39: Đồ thị ƯSN mặt ngoài tại A kỳ cháy 81
Hình 5.40: Đồ thị ƯSN mặt ngoài tại A kỳ cháy 81
Hình 5.41: Đồ thị ƯSN mặt trong tại B kỳ cháy 82
Hình 5.42: Đồ thị ƯSN mặt trong tại B kỳ cháy 82
Hình 5.43: Đồ thị ƯSN mặt ngoài tại B kỳ cháy 82
Hình 5.44: Đồ thị ƯSN mặt ngoài tại B kỳ cháy 82
Hình 5.45: Đồ thị ƯSN mặt trong tại C kỳ cháy 83
Hình 5.46: Đồ thị ƯSN mặt trong tại C kỳ cháy 83
Hình 5.47: Đồ thị ƯSN mặt ngoài tại C kỳ cháy 83
Hình 5.48: Đồ thị ƯSN mặt ngoài tại C kỳ cháy 83
Hình 5.49: Đồ thị ƯSN mặt trong tại D kỳ cháy 84
Hình 5.50: Đồ thị ƯSN mặt trong tại D kỳ cháy 84
Hình 5.51: Đồ thị ƯSN mặt ngoài tại D kỳ cháy 84
Hình 5.52: Đồ thị ƯSN mặt ngoài tại D kỳ cháy 84
Hình 5.53: Đồ thị ƯSN mặt trong tại E kỳ cháy 85
Hình 5.54: Đồ thị ƯSN mặt trong tại E kỳ cháy 85
Hình 5.55: Đồ thị ƯSN mặt ngoài tại E kỳ cháy 85
Hình 5.56: Đồ thị ƯSN mặt ngoài tại E kỳ cháy 85
Hình 5.57: Đồ thị ƯSN và ƯSC mặt trong khi đỉnh psston tại A kỳ cháy 86
Hình 5.58: Đồ thị ƯSN và ƯSC mặt ngoài khi đỉnh psston tại A kỳ cháy 86
Hình 5.59: Đồ thị ƯSN và ƯSC mặt trong khi đỉnh psston tại B kỳ cháy 87
Hình 5.60: Đồ thị ƯSN và ƯSC mặt ngoài khi đỉnh psston tại B kỳ cháy 87

Hình 5.61: Đồ thị ƯSN và ƯSC mặt trong khi đỉnh psston tại C kỳ cháy 87
Hình 5.62: Đồ thị ƯSN và ƯSC mặt ngoài khi đỉnh psston tại C kỳ cháy 87
Hình 5.63: Đồ thị ƯSN và ƯSC mặt trong khi đỉnh psston tại D kỳ cháy 89
Hình 5.64: Đồ thị ƯSN và ƯSC mặt ngoài khi đỉnh psston tại D kỳ cháy 88
Hình 5.65: Đồ thị ƯSN và ƯSC mặt trong khi đỉnh psston tại E kỳ cháy 88
Hình 5.66: Đồ thị ƯSN và ƯSC mặt ngoài khi đỉnh psston tại E kỳ cháy 88
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d

o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w

e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
17
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay ở nước ta cũng như trên thế giới, mặc dù xuất hiện nhiều loại động cơ
như động cơ phản lực, tuabin khí,… nhưng ĐCĐT kiểu xilanh - piston vẫn là một thiết
bị động lực chủ yếu được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực như công nghiệp, giao
thông vận tải,…
Độ bền và tuổi thọ của động cơ phụ thuộc điều kiện làm việc (làm việc trong
điều kiện sóng gió, bão tố …) và trình độ khai khác động cơ như vận hành không đúng

quy trình: thay đổi tải đột ngột, khởi động động cơ từ trạng thái nguội, chạy quá tải,
không sửa chữa đúng định kỳ,….
Trong quá trình làm việc, những chi tiết như nắp xilanh, xilanh, piston,
xécmăng luôn tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ và áp suất rất cao và thay đổi
theo chu kỳ, giá trị của chúng phụ thuộc vào vòng quay, phụ tải, góc phun sớm nhiên
liệu… vì vậy các chi tiết này chịu ứng suất cơ – nhiệt lớn và luôn luôn thay đổi. Thực
tế cho thấy nhóm chi tiết xilanh – piston – xécmăng thường bị hỏng sớm nhất trong số
các chi tiết chính của động cơ như nứt xilanh, bó piston,… trong lúc khởi động hoặc
đang khai thác. Và những hư hỏng này thường chỉ xuất hiện tại những khu vực nhất
định trên chi tiết, những khu vực này được xem là chịu tải nặng nề nhất. Điều kiện đặt
ra với những người nghiên cứu là tìm ra nguyên nhân và biện pháp xử lý chúng.
Vì vậy vấn đề nghiên cứu trường ứng suất nhiệt trên thành xilanh là rất cần thiết
nhằm giải quyết ngày càng chính xác hơn bài toán trạng thái ứng suất và biến dạng của
xilanh để tăng tuổi thọ cho động cơ.
Mặc dù đã có nhiều phương pháp tính ứng suất và biến dạng của xilanh, các
phương pháp này trong nhiều trường hợp không đáp ứng được các yêu cầu đặt ra về
mức độ chính xác do sử dụng các mô hình tính khá xa với thực tế. Vì vậy tôi chọn đề
tài: “Nghiên cứu sự phân bố ứng suất nhiệt trên thành xylanh động cơ 4 kỳ bằng
phương pháp phần tử hữu hạn”.
1.2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n

g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D

F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k

.
c
o
m
18
 Tình hình nghiên cứu trong nước
Theo tôi được biết, hiện tại trong nước chưa có công trình nghiên cứu về đề tài
luận văn mà chỉ có một số công trình nghiên cứu các chi tiết chịu nhiệt khác của
ĐCĐT như trong Luận văn thạc sỹ kỹ thuật của Trần An Xuân, với mục đích tính ứng
suất và biến dạng của piston ĐCĐT bằng PP PTHH. [13]
 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Hiện nay trên thế giới có rất ít công trình nghiên cứu tính ứng suất nhiệt trên
thành xylanh của ĐCĐT, như nghiên cứu của K. S. Lee and D. N. Assanis, được tiến
hành trên đối tượng là xylanh được chế tạo bằng vật liệu thạch anh và tính toán ở hai
chế độ hoạt động của động cơ (chế độ ổn định và chế độ tức thời) để tìm ra điều kiện
biên tối ưu. Tác giả ứng dụng PP PTHH để xác định phân bố nhiệt độ và ứng suất. Kết
quả nghiên cứu này đã được đối chiếu với kết quả đo đạt và các số liệu được nghiên
cứu trước đó. Theo nghiên cứu này, để giảm giá trị ứng suất, có 3 cách thức làm mát
cho xylanh: đối lưu tự nhiên, đối lưu cưỡng bức mức độ bình thường và đối lưu cưỡng
bức mạnh. Lực ma sát, áp suất buồng đốt được xét đến khi tính ứng suất cơ. Chiều dày
thành xylanh được thay đổi để tìm ra chiều dày tối ưu. Theo kết quả nghiên cứu, giá trị
lớn nhất đạt tại mép trong xylanh tiếp giáp với nắp quy lát, làm mát bên ngoài xylanh
bằng đối lưu cưỡng bức là phương pháp rất hiệu quả để giảm ứng suất nhiệt lớn nhất
trên thành xylanh. Tuy nhiên, nhiệt độ lớn nhất gần bằng nhiệt độ cho phép của thạch
anh. Mặt khác, xylanh thạch anh được làm mát bằng đối lưu cưỡng bức mạnh có thể
hoạt động với hệ số an toàn khoảng 2.7. [14]
Ngoài ra có rất nhiều công trình nghiên cứu các chi tiết chịu nhiệt khác của
động cơ như:
- Nghiên cứu của Pramote Dechaumphai và Wiroj Lim thuộc Đại học
Chulalongkorn (Thái Lan): Tính ứng suất nhiệt của piston ĐCĐT bằng PP PTHH. [15]

- Nghiên cứu của R. Tichánek, M. Španiel, M. Diviš: Phân tích ứng suất kết cấu
đầu xylanh động cơ C/28, bài toán được tính bằng PP PTHH với sự hỗ trợ của phần
mềm ABAQUS. [16]
- Nghiên cứu của Miroslav Španiel, Radek Tichánek: tác giả sử dụng PP PTHH
để phân tích ứng suất cơ và nhiệt ở chế độ nhiệt ổn định của động cơ diesel hoạt động
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o

c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e

r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
19
ở Mecca. [17]
1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết tính toán phân bố ứng suất nhiệt trong kết cấu chịu tải
nhiệt nói chung và kết cấu xylanh động cơ 4 kỳ nói riêng theo phương pháp phần tử
hữu hạn.
- Nghiên cứu sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn (sử dụng cho mục đích chung)
để xác định sự phân bố nhiệt độ và ứng suất trong kết cấu xylanh động cơ 4 kỳ.
- Đưa ra một số đề xuất cho nhà chế tạo động cơ và người sử dụng.
1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài được nghiên cứu trên xylanh động cơ 4 kỳ. Thực tế trong quá trình làm

việc động cơ hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau: chế độ khởi động, chế độ hoạt động
ổn định, chế độ ngừng đột ngột động cơ, chế độ thay đổi tải, chế độ quá tải. Trong đó
chế độ hoạt động ổn định chiếm nhiều thời gian làm việc nhất của động cơ. Trong các
quá trình hoạt động của động cơ (nạp, nén, cháy - giãn nở, xả) thì quá trình cháy - giãn
nở gây ra hư hỏng lớn nhất cho động cơ, đây là quá trình làm việc nguy hiểm nhất. Do
thời gian có hạn nên trong đề tài này tôi chỉ nghiên cứu quá trình cháy - giãn nở trong
trường hợp động cơ hoạt động ở chế độ ổn định.
1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Từ các thông số kỹ thuật và kết cấu của động cơ 4 kỳ, tính toán các quá trình
nhiệt động, vẽ các đồ thị nhiệt độ và áp suất của chu trình công tác của động cơ, từ đó
tính nhiệt độ trung bình của hỗn hợp khí tại các vị trí được chọn thông qua các đồ thị
nhiệt độ của hỗn hợp khí tại vị trí xét. Áp dụng công thức Haizenbek tính hệ số trao
đổi nhiệt từ khí đến vách xylanh tại các vị trí được chọn tính trong từng thời điểm khác
nhau và tính hệ số trao đổi nhiệt giữa vách xylanh với nước làm mát. Sau khi tính toán
đầy đủ các thông số đầu vào, ta xây dựng mô hình tính trên cơ sở áp dụng PPPTHH
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i

e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h

a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
20

(sử dụng phần mềm ANSYS) để xác định trường nhiệt độ và ứng suất nhiệt trên thành
xylanh.
1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
 Ý nghĩa khoa học
- Hoàn thiện phương pháp tính cho bài toán xác định trường nhiệt độ, ứng suất
nhiệt và biến dạng nhiệt của xylanh động cơ 4 kỳ nói riêng và ĐCĐT nói chung.
- Tạo tiền đề ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn giải quyết các bài toán tính
ứng suất và biến dạng của các chi tiết chịu nhiệt của ĐCĐT.
 Ý nghĩa thực tiễn
- Xác định chính xác hơn phân bố nhiệt độ và ứng suất nhiệt trên thành xylanh
động cơ D12 (loại 195S), từ đó đưa ra các khuyến cáo đến nhà chế tạo và người sử
dụng.
- Các kết quả tính toán mô phỏng mang tính trực quan sinh cung cấp tư liệu cho
giảng dạy chuyên ngành ĐCĐT.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e

w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a

n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
21
CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT TRONG
XYLANH ĐỘNG CƠ 4 KỲ
2.1. KẾT CẤU VÀ VẬT LIỆU CỦA XYLANH ĐỘNG CƠ 4 KỲ
Lót xylanh là chi tiết tròn xoay được lắp trong lòng khối xylanh của động cơ và
tiếp xúc với khối xylanh và nắp xylanh. Do đó ứng suất nhiệt sinh ra ở lót xylanh cũng
phần nào chịu ảnh hưởng của kết cấu cũng như vật liệu của khối xylanh và nắp xylanh.
Nên ngoài việc nghiên cứu cấu trúc và vật liệu của lót xylanh thì ta cũng phải xét đến
cấu trúc và vật liệu của khối xylanh và nắp xylanh.
2.1.1. Lót xylanh
Lót xylanh là một chi tiết máy có dạng ống, được lắp vào thân máy nhằm mục
đích kéo dài tuổi thọ của thân máy. Kết cấu của thân máy phụ thuộc rất nhiều vào kiểu
lót xylanh. Trong quá trình làm việc lót xylanh chịu tác dụng của tải trọng cơ, nhiệt
lớn và bị mài mòn. Lót xylanh cũng cần phải đảm bảo khả năng giãn nở nhiệt theo
hướng trục cũng như theo hướng kính.
Dựa vào kết cấu của xylanh người ta chia xylanh thành các loại sau:
• Lót xylanh khô: Là loại ống lót lắp vào trong lỗ xylanh, mặt ngoài của ống lót
tiếp xúc với mặt lỗ xylanh, không tiếp xúc với nước làm mát (hình 2.1a): Lót xylanh
khô có thể lắp trên suốt chiều dài xylanh nhưng cũng có thể chỉ đóng lót ngắn ở đoạn
gần ĐCT, chỗ bị mòn nhiều nhất.
Từ đặc điểm lắp ghép trên, lót xylanh khô có độ cứng vững lớn, nên có thể làm
mỏng và do đó tốn ít vật liệu quý; lót xylanh khô không tiếp xúc với nước làm mát do
đó không sợ rò rỉ nước và lọt khí.
• Lót xylanh ướt: Đây là loại được dùng phổ biến hiện nay. Lót được lắp vào vỏ
thân, mặt ngoài của lót xylanh tiếp xúc với nước làm mát (hình 2.1b). Khi thiết kế lót
xylanh ướt cần phải xét đến các vấn đề sau:
Click to buy NOW!
P
D
F
-

X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c

o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-

t
r
a
c
k
.
c
o
m
22
a) Lót xylanh khô b) Lót xylanh ướt c) Lót xylanh liền thân
Hình 2.1: Các loại lót xylanh
+ Khi làm việc không được xoay nhưng có thể giãn nở tự do theo chiều
trục. Để đảm bảo vấn đề này, lót xylanh ướt cũng có vai tựa như lót xylanh khô. Mặt
vai lót cao hơn mặt thân máy chừng 0,05 ÷ 0,15 mm, để khi lắp ráp nắp xylanh và
gioăng ép chặt với vai do đó có thể tránh lọt khí (hình 2.2a). Vai tựa của lót xylanh có
thể để ở các vị trí khác nhau trên lót (hình 2.2). Các mặt A, B của vai tựa là các mặt
định vị, bảo đảm đường tâm lót xylanh thẳng góc với đường tâm trục khuỷu. Mặt B
phải tương đối lớn để khi siết bulông hay gujông lót xylanh không bị biến dạng. Hạ
thấp vị trí vành vai tựa của lót xylanh có thể tránh được hiện tượng biến dạng của ống
lót khi chịu nhiệt độ cao và hiện tượng bó piston.
Ngoài ra hạ thấp vị trí vành vai tựa của lót xylanh còn giúp cho việc làm mát
phần trên của lót xylanh rất tốt. Để tránh vai tựa không bị uốn và biến dạng khi lắp
ráp, đường kính D
1
ở phía trên (hình 2.2a) và phía dưới vành vai tựa phải bằng nhau.
Tuy vậy, phần lớn lót xylanh ướt đều làm vai tựa ở phía trên lớn hơn phía dưới vì như
thế ống lót ít bị biến dạng khi lắp ghép hơn. Do lót chỉ được cố định một đầu nên có
thể giãn nở tự do theo hướng trục.
Click to buy NOW!

P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a

c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d

o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
23
Hình 2.2: Vị trí vai tựa của lót xylanh ướt
+ Bảo đảm không bị lọt khí và rò nước. Để tránh lọt khí thường dùng loại
đệm nắp máy (gioăng quy lát) làm bằng amiăng bọc bởi đồng lá hoặc nhôm lá.
Để tránh lọt nước xuống cacte thường dùng vòng gioăng cao su có tiết diện hình
vuông hoặc hình tròn lắp trong các rãnh ở phần dưới của lót xylanh (hình 2.3).
Hình 2.3: Các biện pháp tránh lọt khí xuống cacte
o Từ các đặc điểm cấu tạo và lắp ráp trên, lót xylanh ướt có các ưu điểm:
- Do lót xylanh tiếp xúc với nước làm mát nên được làm mát tốt, không xảy
ra hiện tượng bó nóng.
- Dùng lót xylanh ướt khiến cho công nghệ đúc thân máy trở nên dễ dàng,
đồng thời có thể đúc thân máy bằng vật liệu xấu hơn vật liệu làm lót xylanh.
- Gia công lót xylanh tương đối đơn giãn, khi sửa chữa gia công cũng dễ
dàng.
Click to buy NOW!
P
D

F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k

.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c

u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
24
o Tuy vậy lót xylanh ướt cũng tồn tại các khuyết điểm:
- Khó bao kín, dễ bị rò nước xuống cacte làm hỏng dầu nhờn
- Độ cứng vững của lót xylanh ướt kém hơn lót xylanh khô.
• Lót xylanh liền thân: Loại này được đúc liền với thân động cơ tạo thành một
khối (hình 2.1c). Loại thân máy này được dùng trên các động cơ cỡ nhỏ có áp suất và
nhiệt độ không cao
o Ưu điểm:
- Được làm mát tốt do tiếp xúc với nước hay không khí,
- Độ kín tốt do đó không sợ rò rỉ nước và lọt khí,
- Độ cứng vững tốt.
o Nhược điểm:
- Rất khó chế tạo, khó sửa chữa. Khi thay lót xylanh thì phải thay luôn cả
khối thân động cơ nên rất tốn kém,
- Toàn bộ thân máy đều dùng vật liệu tốt như vật liệu xylanh nên lãng phí.
Ngoài ra còn có các loại lót xylanh được chế tạo liền với nắp thành một khối
bằng cách rèn liền với nắp hay hàn (hình 2.4). Áo làm mát được chế tạo bằng các tấm
thép không rỉ, có ghép các gờ hình sóng lượng ở phía trên và được hàn liền vào lót
xylanh.

a) Đúc b) Hàn
Hình 2.4: Các loại lót xylanh liền với nắp
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-

t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w

w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
25
 Vật liệu chế tạo lót xylanh:
Những yêu cầu cơ bản đối với vật liệu chế tạo lót xylanh là:
- Không cho khí hoặc chất lỏng thấm qua,
- Có độ bền cần thiết,
- Có khả năng chống mòn cao,
- Có khả năng chống ăn mòn điện hóa,
- Có khả năng chống xâm thực,
- Có tính công nghệ (tính gia công) tốt.
Những vật liệu chính dùng để chế tạo lót xylanh có tốc độ quay thấp và trung
bình là: gang CЧ28-48, CЧ32-52 và các loại gang khác. Các loại gang này có kết cấu
peclit với lượng graphit đủ cao.
Để nâng cao độ đồng nhất của cấu trúc, nâng cao tính chất cơ học, tính chống
mòn, chống nở ngang, độ bền nhiệt…, người ta dùng gang biến tính cũng như các loại

gang hợp kim (với titan, vanadi, crôm, niken ) và chọn các phương pháp nhiệt luyện
thích hợp.
Đối với các động cơ diesel có tốc độ quay cao, ngoài gang người ta còn dùng các
loại thép rèn có pha crôm (thí dụ thép 45X), và các loại thép thấm nitơ (35XMЮA,
38XMЮA, ).
Để nâng cao tính chống mòn của lót xylanh ngoài cách hợp kim hóa, người ta
còn áp dụng việc mạ crôm “xốp” cho các lót xylanh bằng gang và thấm nitơ cho các
lót xylanh bằng thép. Độ cứng bề mặt của lớp mạ crôm khoảng 800 ÷ 1000HB. Độ
cứng này được bảo toàn ở các nhiệt độ cao.
Trong quá trình sử dụng (đặc biệt là đối với động cơ có tốc độ quay cao), người
ta thấy hiện tượng bề mặt ngoài của lót xylanh (bề mặt tiếp xúc với nước làm mát) bị
phá hoại. Để tránh cho bề mặt ngoài không bị ăn mòn điện hóa nảy sinh do tính không
đồng nhất của vật liệu, sự nung nóng không đều và các nguyên nhân khác, cần phải
phủ lên chúng một lớp sơn bakêlit, mạ cadimi, mạ thiếc, mạ crôm hoặc dùng các tấm
kẽm bảo vệ dương cực.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i

e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h

a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
26

2.1.2. Nắp xylanh
Nắp xylanh là chi tiết đậy kín không gian công tác của động cơ từ phía trên và là
nơi lắp đặt một số bộ phận khác của động cơ như: xupap, đòn gánh xupap, vòi phun
hoặc buji, các chi tiết của hệ thống làm mát, .Ngoài ra trên nắp còn bố trí đường thải,
đường nạp, buồng cháy phụ, đường nước làm mát, đường dẫn dầu bôi trơn,… do đó
làm cho kết cấu của nắp xylanh trở nên rất phức tạp.
Động cơ nhiều xylanh có thể có 1 nắp xylanh chung cho tất cả các xylanh hoặc
nhiều nắp xylanh riêng cho 1 hoặc 1 số xylanh (hình 2.5). Nắp xylanh riêng có ưu
điểm là dễ chế tạo, tháo lắp, sửa chữa và ít bị biến dạng hơn. Nhược điểm của nắp
xylanh riêng là khó bố trí các bulông để liên kết nắp xylanh với khối xylanh, khó bố trí
ống nạp và ống xả hơn so với nắp xylanh chung.
a) Nắp xylanh chung
b) Nắp xylanh riêng
Hình 2.5: Nắp xylanh
Vật liệu
Nắp xylanh thường được chế tạo từ gang hoặc hợp kim nhôm bằng phương pháp
đúc. Nắp xylanh bằng gang ít bị biến dạng hơn so với nắp xylanh bằng hợp kim nhôm,
nhưng nặng hơn và dẫn nhiệt kém hơn.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-

X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c

o
m
27
2.1.3. Khối xylanh
Phần chủ yếu nhất của bộ khung động cơ là khối xylanh, trong đó có lắp các lót
xylanh.
Khối xylanh của động cơ 4 kỳ có cấu tạo hình hộp đơn giản nhất, bao gồm hai
tấm trên và dưới có các lỗ để lắp các lót xylanh và với các vách ngăn thẳng đứng giữa
các lót xylanh. Trong các vách ngăn ấy có các lỗ khoan để cho nước làm mát lưu
thông (hình 2.6)
Để tăng cường độ cứng vững cho khối xylanh người ta làm thêm các thanh
ngang, các gân, gờ phụ.
Vật liệu
Khối xylanh thường được đúc bằng các loại gang CЧ18-36, CЧ21-40, CЧ24-
44, CЧ28-48 và các loại gang biến tính. Kết cấu hàn ít được dùng hơn, nó thường được
dùng trong trường hợp xylanh có kết cấu quá phức tạp.
Hình 2.6: Bộ khung động cơ
1: Nắp quy lát; 2: khối xylanh; 3: hộp trục khuỷu; 4: cacte
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-

X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c

o
m