Xây dựng bài giảng điện tử môn cấu tạo động cơ đốt trong

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN























Hưng Yên, ngày tháng Năm 2010.
Giảng viên hướng dẫn 1 Giảng viên hướng dẫn 2
( Ký, ghi rõ họ tên) ( Ký, ghi rõ họ tên)
1
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Hưng Yên, ngày tháng Năm 2010.
Giảng viên phản biện
( Ký, ghi rõ họ tên)
2
MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 1
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2
MỤC LỤC 3
LỜI NÓI ĐẦU 5
PHẦN I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 6

1. Lý do chọn đề tài. 6
2. Mục tiêu đề tài 6
3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu 6
4. Giả thuyết khoa học. 7
5. Nhiệm vụ nghiên cứu 7
6. Phân tích chương trình môn học 7
PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI 10
Chương I: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU 10
1.1. Động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm 10
1.2. Động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm 11
Chương II: ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN 14
2.1. Khối lượng các chi tiết chuyển động cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 14
2.2. Lực và mô menn tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 16
2.3. Hệ lực và mô men tác dụng trên trục khuỷu của động cơ một hàng xy lanh 20
2.4. Cân bằng động cơ 21
Chương III: CƠ CẤU SINH LỰC 28
3.1. Giới thiệu chung 28
3.2. Thân máy, nắp máy, xy lanh và các te 28
3.3. Cụm piston 32
3.4. Cụm thanh truyền 39
3.5. Nhóm trục truỷu – bánh đà 43
Chương IV: HỆ THỐNG PHỐI KHÍ 51
4.1. Chức năng, yêu cầu và phân loại 51
4.2. Pha phối khí động cơ đốt trong (động cơ xăng và diezel) 51
4.3. Kết cấu và hoạt động của hệ thống phối khí 53
CHƯƠNG VI: HỆ THỐNG BÔI TRƠN 72
5.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại 72
5.2. Các phương án bôi trơn 73
5.2.1. Bôi trơn bằng phương pháp vung té 73
5.3. Các chi tiết chính trong hệ thống bôi trơn 76

3
5.4. Dầu bôi trơn 81
Chương VI: HỆ THỐNG LÀM MÁT 84
6.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại 84
6.2. Kết cấu và hoạt động của hệ thống làm mát 85
86
CHƯƠNG VII: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU 94
7.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng 94
7.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diezel 108
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 136
1. Kết luận 136
2. Khuyến nghị 137
TÀI LIỆU THAM KHẢO 138
4
LỜI NÓI ĐẦU
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, ngành
công nghiệp nói chung và đặc biệt là công nghiệp ôtô nói riêng đã có những bước phát
triển nhảy vọt. Ôtô là một trong những phương tiện giao thông không thể thiếu đối với
sự phát triển của nền kinh tế – xã hội hiện nay.
Môn “Cấu tạo động cơ đốt trong” là một trong những môn học đóng vai trò quan
trọng trong việc thiết lập những cơ sở khoa học để thiết kế, kiểm định chất lượng ôtô.
Môn “Cấu tạo động cơ đốt trong” đã đề ra được những phương hướng nghiên cứu,
vạch ra những định hướng khoa học cho sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô.
Môn học này làm nền tảng cơ bản của ngành kỹ thuật ôtô, nó biểu hiện rõ hơn về
lý thuyết tổng quát của động cơ ôtô.
Để phục vụ cho công tác giảng dạy của giáo viên, học tập của sinh viên trường
ĐHSPKT Hưng Yên, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho các bạn sinh viên chuyên
ngành. Môn “Cấu tạo động cơ đốt trong” này xây dựng nhằm hai nhiệm vụ chính:
+ Nghiên cứu các vấn đề về động học và động lực học của động cơ ôtô, nghiên
cứu kết cấu, nguyên lý hoạt động của các cơ cấu, hệ thống trên động cơ.

+ Xây dựng các cơ sở khoa học để hoàn thiện dần kết cấu của ôtô và tăng hiệu
quả trong khai thác và sử dụng.
Xuất phát từ các điều kiện trên, em đã được nhà trường và khoa giao cho hoàn
thành đề tài: “Xây dựng bài giảng điện tử môn Cấu tạo động cơ đốt trong””.
Trong quá trình thực hiện đề tài, được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong
khoa, đặc biệt là thầy Đỗ Văn Cường và thầy Khổng Văn Nguyên đến nay đề tài của
chúng em đã hoàn thành. Tuy vậy, với kiến thức và tài liệu còn hạn chế nên không
tránh khỏi thiếu sót, em rất mong được sự giúp đỡ của các thầy cô và sự đóng góp ý
kiến của bạn bè đồng nghiệp để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Chúng em chân thành cảm ơn!
Hưng yên, ngày tháng năm 2010.
Nhóm viên thực hiện.

VŨ THẠCH BÁ
ĐỒNG VIỆT GIANG
5
PHẦN I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1. Lý do chọn đề tài.
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.
Trong mục tiêu phát triển nền kinh tế quốc dân của nhà nước ta thì ngành cơ khí
ôtô đã được nhà nước quan tâm vì nó là một trong những ngành tham ra vào quá trình
công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước cũng như xây dựng và củng cố nền an ninh
quốc phòng cho đất nước.
Những năm gần đây cùng với sự phát triển chung của xã hội, ngành giáo dục đào
tạo đã có những nỗ lực đáng kể trong việc thực hiện mục tiêu nâng cao chất lượng dạy
và học. Đó là việc xây dựng chương trình đào tạo và bồi dưỡng giáo viên cải tiến
phương pháp dạy học, với nội dung môn học phù hợp với mức độ nhận thức của sinh
viên cũng như yêu cầu của xã hội, để có một chất lượng đào tạo toàn diện.
Qua cái nhìn đó, chúng em đã thực hiện đề tài “Xây dựng bài giảng điện tử
môn“Cấu tạo động cơ””.

1.2. Ý nghĩa của đề tài.
Đề tài cung cấp cho sinh viên ngành cơ khí động lực những nội dung kiến thức
hết sức cần thiết vừa cụ thể căn bản và hiện đại hiên nay. Ngoài ra giúp cho sinh viên
năm cuối củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cấp những kiến thức chuyên ngành
cũng như những kiến thức sư phạm đã được nhà trường trang bị. Làm quen với các
phương pháp tư duy như khả năng thu thập thông tin, khả năng tổng hợp, phân tích,
đánh giá… tạo điều kiện cho sinh viên đi sâu tìm hiểu, nghiên cứu những vấn đề cụ
thể mà chuyên môn đặt ra khi còn trong trường cũng như khi ra ngoài thực tế.
Dựa vào mục tiêu đào tạo của học phần hoặc từng môn học, bài giảng chúng em
có thể đem lại chất lượng và hiệu quả cao của quá trình đào tạo.
2. Mục tiêu đề tài.
- Nghiên cứu chương trình đào tạo của môn học “Cấu tạo động cơ đốt trong”, rồi
từ đó tiến hành thiết lập nội dung môn học “Cấu tạo động cơ đốt trong” nhằm cung
cấp những kiến thức căn bản và hiện đại nhất trên ô tô hiện nay cho sinh viên cơ khí
động lực.
- Xây dựng hệ thống bài giảng điện tử môn “Cấu tạo động cơ đốt trong”.
3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu: Bài giảng “Cấu tạo động cơ đốt trong”.
- Khách thể nghiên cứu: Môn học “Cấu tạo động cơ đốt trong”.
6
4. Giả thuyết khoa học.
- Nội dung môn học “Cấu tạo động cơ đốt trong” còn một số hạn chế về kiến
thức.
- Người học cần có hệ thống các tài liệu đầy đủ môn học “Cấu tạo động cơ đốt
trong” để đáp ứng mục đích học tập và nghiên cứu.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu.
- Xây dựng bài giảng điện tử môn học “Cấu tạo động cơ đốt trong”.
- Đề xuất phương pháp nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập học phần “Cấu
tạo động cơ đốt trong” cho sinh viên.
- Tổng hợp tài liệu trong nước và ngoài nước để xây dựng đề cương học tập học

phần “Cấu tạo động cơ đốt trong”.
6. Phân tích chương trình môn học.
6.1. Mục tiêu môn học.
- Khi xây dựng nội dung chương trình cho môn học ta cần phải dựa vào mục tiêu
của môn học, mục tiêu hiểu là cái đích đạt đến sau mỗi môn học. Gồm có ba mục tiêu
cơ bản như sau:
+ Mục tiêu kiến thức.
+ Mục tiêu kỹ năng.
+ Mục tiêu thái độ.
- Đối với học phần “Cấu tạo động cơ đốt trong” sau khi học xong học phần này
người học cần phải:
+ Phân tích được kết cấu, nguyên lý làm việc của các cơ cấu, hệ thống trong
động cơ đốt trong.
+ Mô tả được cấu tạo, mối liên quan lắp ghép của các chi tiết cụm chi tiết trong
động cơ.
+ Hình thành khả năng quan sát, tư duy, tính nhanh nhẹn của nguời học.
+ Vận dụng các kiến thức của học phần vào công tác nghiên cứu tính toán thiết
kế động cơ cũng như công tác bảo dưỡng, sửa chữa động cơ.
+ Tiếp cận công nghệ mới về công nghệ cải tiến động cơ đốt trong, những ứng
dụng trong việc tối ưu hoá hoạt động của động cơ.
+ Mục tiêu đào tạo trên cũng nằm trong mục tiêu chung về đào tạo kỹ sư, cử
nhân ô tô của ngành cơ khí động lực đó là đào tạo nguồn nhân lực khả năng quan sát,
tư duy biết vận dụng những kiến thức đã học vào công tác nghiên cứu tính toán thiết
kế trên ô tô và nắm bắt những công nghệ kỹ thuật mới.
6.2. Nội dung chính của môn học
Chương I: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN
(LT: 03 tiết, KT:0)
7
1.1. Động học cơ cấu TKTT giao tâm.
1.2. Động học cơ cấu TKTT lệch tâm.

Chương II: ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN
(LT: 08 tiết, KT:0)
2.1 Khối lượng các chi tiết chuyển động cơ cấu TKTT
2.1.1 Khối lượng chuyển động tịnh tiến.
2.1.2 Khối lượng chuyển động chuyển động quay.
2.2 Lực và mô men tác dụng trên cơ cấu TKTT.
2.2.1 Các loại lực tác dụng:
2.2.1.1. Lực khí thể.
2.2.1.2. Lực quán tính.
2.2.2. Hệ lực tác dụng lên cơ cấu TKTT giao tâm.
2.2.3. Hệ lực tác dụng lên cơ cấu TKTT lệch tâm
2.3 Lực và mô men tác dụng trên trục khuỷu động cơ một hàng xilanh
2.3.1 Thứ tự làm việc và góc lệch công tác.
2.3.2 Lực và mô men tác dụng trên trục khuỷu động cơ một hàng xilanh.
2.4. Cân bằng động cơ
Chương III: CƠ CẤU SINH LỰC
(LT: 13 tiết, KT:01 )
3.1. Giới thiệu chung
2.1.1 Chức năng:
3.1.2 Yêu cầu:
3.2. Thân máy, xilanh, nắp máy và cacte ( đáy hứng dầu )
3.2.1. Thân máy ( Chức năng;Yêu cầu; Phân loại: Đặc điểm cấu tạo )
3.2.2. Nắp máy ( Chức năng;Yêu cầu; Phân loại: Đặc điểm cấu tạo )
3.2.3. Xy lanh ( Chức năng;Yêu cầu; Phân loại: Đặc điểm cấu tạo )
3.2.4. Các te ( Chức năng;Yêu cầu; Phân loại: Đặc điểm cấu tạo )
3.3. Cụm Píttông. ( Píttông, chốt Píttông, vòng găng )
3.4. Cụm thanh truyền ( Thanh truyền, nắp đầu to thanh truyền, bạc lót )
3.5. Cụm trục khuỷu, bánh đà
Chương IV: HỆ THỐNG PHỐI KHÍ
(LT: 06 tiết, KT:01 )

4.1. Chức năng, yêu cầu, phân loại.
4.2. Pha phối khí động cơ đốt trong (ĐC xăng và ĐC Diesel)
4.3. Kết cấu và hoạt động của hệ thống phối pkhí
4.3.1. Cơ cấu phối khí cơ bản
4.3.2. Cơ cấu điều khiển pha phối khí
4.3.3. Cơ cấu điều khiển hành trình xuppáp
4.3.4. Đường nạp và xả khí của động cơ
Chương V: HỆ THỐNG BÔI TRƠN
(LT: 06 tiết, KT: 0)
5.1. Chức năng, yêu cầu và phân loại
5.2. Các phương pháp bôi trơn
5.3. Kết cấu và hoạt động của các cụm trong hệ thống bôi trơn:
5.3.1 Bơm dầu
5.3.2 Bầu lọc dầu (tinh, thô)
5.4. Dầu bôi trơn
8
Chương VI: HỆ THỐNG LÀM MÁT
(LT: 06 tiết, KT: 0)
6.1. Chức năng, yêu cầu, phân loại
6.2. Kết cấu và hoạt động của hệ thống làm mát
6.2.1. Hệ thống làm mát bằng nước.
6.2.2 Kết cấu và hoạt của các cụm trong hệ thống làm mát
6.2.2.1. Két nước
6.2.2.2. Bơm nước
6.2.2.3. Van hằng nhiệt.
6.2.3 Hệ thống làm mát bằng không khí
Chương VII: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
(LT: 18 tiết, KT: 02)
7.1. Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng
7.1.1. Chức năng, yêu cầu và phân loại

7.1.2. Hệ thống nhiên liệu dùng chế hoà khí
7.1.3. Hệ thống phun xăng
7.1.3.1. Phân loại và đặc điểm
7.1.3.2. Hệ thống phun xăng điện tử gián tiếp
7.1.3.3. Hệ thống phun xăng trực tiếp
7.2. Hệ thống nhiên liệu động cơ điêzen
7.2.1. Chức năng, yêu cầu và phân loại
7.2.2. Hệ thống nhiên liệu với bơm cao áp thông thường
7.2.2.1. HTNL với bơm dãy
7.2.2.2. HTNL với bơm phân phối ( Bơm VE)
7.2.3. Hệ thống nhiên liệu với bơm cao áp điều khiển điện tử
7.2.3.1. HTNL với bơm dãy điều khiển điện tử
7.2.3.2. HTNL với bơm VE điều khiển điện tử
7.2.4. HTNL với ống phân phối ( commonRail – CRS - i)
7.2.5. HTNL với bơm – vòi phun kết hợp điều khiển điện tử ( EUI và HEUI )
9
PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Chương I: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU
THANH TRUYỀN
1.1. Động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm.
1.1.1. Chuyển vị của piston.
Hình 1.1. Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm.
Chuyển vị x tính từ điểm chết trên của piston phụ thuộc vào góc quay
α

của trục khuỷu.

)'(' DBDOAOABx
−−==
)coscos()(

βα
lRRl
+−+=
(1-1)
Trong đó :
l: Chiều dài của thanh truyền.
R: Bán kính quay của trục khuỷu.

α
: Góc quay của trục khuỷu tương ứng với x tính từ điểm chết trên.

β
: Góc lệch giữa tâm thanh truyền và đường tâm xylanh.
Gọi
l
R
=
λ
là tham số kết cấu.
Công thức chính xác: (1-2)
Công thức gần đúng:

⇒
)]2cos1(
4
)cos1[(
α
λ
α
−+−≈

Rx

(1-3)
10
Rx )]cos
1
(cos)
1
1[(
β
λ
α
λ
+−+=
1.1.2. Vận tốc của piston.
Lấy đạo hàm của chuyển vị (x) ta có:
ω
: Tốc độ góc của trục khuỷu.
(1-4)
- Tốc độ trung bình của động cơ:
Trong đó:
S: Hành trình của piston S = 2R (m)
n: Số vòng quay của động cơ (vòng/phút).
- Động cơ tốc độ thấp tốc:
- Động cơ tốc độ trung bình:
- Động cơ tốc độ cao:
1.1.3. Gia tốc góc của piston.
Lấy đạo hàm của vận tốc góc theo thời gian

(1-5)

Gia tốc đạt cực đại khi đạo hàm:
(1-6)
Vậy ta có gia tốc cực trị:
1.2. Động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm.
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm có tác dụng:
- Giảm lực ngang N tác dụng lên xylanh.
- Tăng được dung tích công tác của xylanh.
1.2.1. Quy luật động học của piston.
1.2.1.1 Vị trí điểm chết.
11
)2sin
2
(sin
α
λ
αω
+=
Rv
0)2sin2(sin
2
=+−=
αλαω
α
R
d
dj
)1(
2
0
λω

α
+=
=
Rj
)1(
2
180
0
λω
α
−−=
=
Rj
)
8
1
1(
2
'
λ
ω
α
+−= Rj
ω
α
α
α
d
dx
dt

d
d
dx
dt
dx
v
===
)/(
30
.
sm
nS
v
tb
=
)/(5,65,3 smv
tb
−=
)/(95,6 smv
tb
−=
)/(9 smv
tb
>
ω
α
α
α
.
d

dv
dt
d
d
dv
dt
dv
j
===
)2cos(cos
2
αλαω
+= Rj
- Xác định ĐCT và ĐCD qua
1
α
,
2
α
.
Từ các tam giác A’OE và A’’OE ta rút ra:


(1-7)
Trong đó:
α: Độ lệch tâm.
l: Chiều dài thanh truyền.
R: Bán kính quay của trục khuỷu.
Gọi:
: Hệ số lệch tâm.

: Tham số kết cấu.
Ta có: (1-8)
Do đó:
)
1
arcsin(
1
+
=
λ
λ
α
k
và
)
1
arcsin(
2
−
−=
λ
λ
α
k
. (1-9)
1.2.1.2. Hành trình của piston.
Gọi khoảng cách: - Từ ĐCT đến O: S
1
- Từ ĐCD đến O: S
2

12
Rl
a
OA
OE
+
==
'
sin
1
α
Rl
a
OA
OE
−
==
''
sin
2
α
1
sin
1
+
=
λ
λ
α
k

1
sin
2
−
−=
λ
λ
α
k
k
R
a
=
l
R
=
λ
Hình 1.2. Sơ đồ cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm.
Hành trình piston:
(1-10)
Do dó độ lệch tâm tồn tại khi: k > 2R.
1.2.2. Chuyển vị, vận tốc và gia tốc của piston.
a. Chuyển vị của piston.
Khi trục khuỷu quay đi một góc, chuyển vị của piston tính từ ĐCT có thể xác
định theo công thức sau:
Trong đó :
Vì vậy:
(1-11)
Thay tất cả vào (1-8):
(1-12)

Sau khi rút gọn ta có dạng đơn giản:
(1-13)
b. Vận tốc của piston.
Lấy đạo hàm 2 vế phương trình (1-13) đối với thời gian t:
(1-14)
c. Gia tốc của piston.
Ta có công thức tính gia tốc piston:
(1-15)
13
x
SSx
−=
1
)cos
1
(coscoscos
β
λ
αβα
+=+= RlRS
x
)cos
1
(cos)1
1
([
22
β
λ
α

λ
+−−+= kRx
)cos2sin
2
(sin
αλα
λ
αω
α
α
kR
dt
d
d
dx
dt
dx
v −+===
)sin2cos(cos
2
αλαλαω
α
α
kR
dt
d
d
dv
dt
dv

j −+===
22
1
)1
1
([ kRS −+=
λ
1
sin
1
+
=
λ
λ
α
k
1
sin
2
−
=
λ
λ
α
k
]sin)2cos1(
4
)cos1[(
αλα
λ

α
kRx −−+−=
2222
21
)()( aRlaRlSSS
−−−−+=−=
])1
1
()1
1
([
2222
kkR
−−−−+=
λλ
Chương II: ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH
TRUYỀN
2.1. Khối lượng các chi tiết chuyển động cơ cấu trục khuỷu thanh truyền.
Khối lượng của các chi tiết của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền đựơc chia làm 2
loại:
- Khối lượng chuyển động tịnh tiến.
- Khối lượng chuyển động quay.
2.1.1. Khối lượng chuyển động tịnh tiến
2.1.1.1. Khối lượng của nhóm piston.
Khối lượng của nhóm piston bao gồm khối lượng của piston, xéc măng, móng
hãm:
m
np
= m
p

+ m
x
+ m
c
+ m
mh
+ …… (kg)
Khối lượng nhóm piston là khối lượng chuyển động tịnh tiến.
2.1.1.2. Khối lượng của thanh truyền.
Các phương án qui dẫn khối lượng của thanh truyền giới thiệu trên hình dưới
đây.

Hình 2.1. Các phương án qui dẫn khối lượng của thanh truyền
a). Phương án (a) thay thế khối lượng thanh truyền bằng hệ tương đương một khối
lượng tập trung ở trọng tâm G.
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền sẽ chịu tác dụng của một khối lượng chuyển
động tịnh tiến:
m
1
= m
tt
( ) đặt tại tâm đầu nhỏ.

m
2
= m
tt
( ) đặt tại tâm đầu to.
Ngoài ra cơ cấu còn chịu một mômen: Mc = m
tt

ε
tt

1
l
( l – l
1
).
14
l
ll
1
−
l
l
1
b). Phương án (b) thay thế thanh truyền bằng hệ tương đương hai khối lượng tập
trung ở tâm đầu nhỏ và tâm đầu to.
Phương án chỉ thoả mãn 2 điều kiện:
m
A
+ m
B
= m
tt

m
A
.l
1

– m
B
.(l – l
1
)= 0 (2-1)
Từ đó rút ra: (2-2)
Mômen quán tính của hệ thay thế:
Khối lượng phân bố càng xa trọng tâm thì IO càng lớn hơn IG – mômen quán
tính thanh truyền thực.
c). Phương án(c) phân bố thanh truyền thành 2 khối lượng: Một đặt ở tâm nhỏ và
một đặt ở tâm dao động con lắc K.
Nghĩa là:
m
A
+ m
K
= m
tt
m
A
l
1
+ m
K
l
0
=0
m
A
l

12
+m
K
l
02
= IG (2-3)
Mômen thanh truyền của hệ thay thế thường có trị số Mt = IG.…
d). Phương án(d) phân khối lượng thanh truyền thành hai khối lượng và một
mômen thanh truyền.
Mômen thanh truyền của hệ thay thế thường có trị số
Mt = IG.ε
tt
e). Phương án (e) phân bố thnah truyền thành 3 khối lượng để thoả mãn điều kiện
động năng và thế năng không đổi.
Nghĩa là:
(2-4)
Ngày nay thanh truyền ở các loại động cơ ô tô thường có:
m
1
= (0,275 – 0,350)m
tt
m
2
= (0,650 – 0,725)m
tt
(2-5)
m
1
: Khối lượng chuyển động tịnh tiến
m

2
: Khối lượng chuyển động quay
2.1.1.3. Khối lượng của trục khuỷu.
Để xác định khối lượng của trục khuỷu, ta chia trục khuỷu thành các phần như
trên hình vẽ.
15
)(
1
l
ll
mm
ttA
−
=
GttttttO
Illlmll
l
l
ml
l
ll
mI ≠−=−+
−
=
11
2
1
1
12
1

)())(()
)(
(
0)(
11
=−− llmlm
BA
GBA
Illmlm =−+
2
112
)(
Hình 2.2. Xác định khối lượng của trục khuỷu.
Trong đó :
m
ok
: Đó phần khối lượng chuyển động quay theo bán kính R.
m
m
: Phần khối lượng chuyển động theo bán kính.
Nếu đem m
m
qui dẫn về tâm chốt trục khuỷu bằng khối lượng m
mr
thì :
(2-6)
Do đó khối lượng chuyển động quay của trục khuỷu là:
(2-7)
Khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là :
(2-8)

2.1.2. Khối lượng chuyển động quay
Vậy khối lượng chuyển động quay của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền là:
(2-9)
CT (2-8) và (2-9) sẽ có dạng:
(2-10)
2.2. Lực và mô menn tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
2.2.1. Các loại lực tác dụng
Trong quá trình làm việc, cơ cấu trục khuỷu thanh truyền chịu tác dụng của các
lực sau:
- Lực quán tính của các chi tiết chuyển động.
- Lực của môi chất khí bị nén và khí cháy giãn nở tác dụng trên đỉnh piston.
- Trọng lực.
- Lực ma sát.
2.2.1.1. Lực quán tính.
16
R
mm
mmr
ρ
.=
mrokk
mmm +=
1
mmM
np
+=
2
mmM
kr
+=

p
np
p
F
l
mm
F
M
m )(
1
+==
p
k
p
r
r
F
l
mm
F
M
m )(
2
+==
Hình 2.3. Vòng xét dấu lực quán tính cấp 1 và cấp 2.
Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến:
(2-11)
Lực quán tính cấp 1:
Lực quán tính cấp 2:
Thì lực quán tính chuyển động quay:

(2-12)
2.2.1.2. Lực khí thể.
Hình 2.4. Biến thiên của lực khí thể theo góc của động cơ 4 kỳ.
Lực khí thể của động cơ 4 kỳ biến thiên theo góc quay của trục khuỷu giới thiệu
trên hình sau.
17
)2cos(cos
2
1
αλαω
+−== mRmP
jj
αω
cos
2
1
mRP
j
−=
αλω
2cos
2
2
mRP
j
−=
constRmP
rk
=−=
2

ω
Lực khí thể tác dụng trên đỉnh piston:
Trong đó :
: Diện tích đỉnh piston (m²).
P: Áp suất trong xilanh của động cơ
D: Đường kính xilanh (m)
2.2.2. Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm.
Lực tác dụng trên chốt piston là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể:
(MN) (2-13)
: Lực tác dụng trên chốt piston và đẩy thanh truyền.
Phân lực thành 2 lực: (2-14)
P
tt
: Lực tác dụng theo đường tâm thanh truyền.
N: Lực ngang.
Ta có : và (2-15)
Phân P
tt
thành 2 phân lực lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z tác dụng trên tâm
chốt khuỷu.
(2-16)
(2-17)
Lực quán tính chuyển động quay P
k
tác dụng lên chốt khuỷu.
Lực tiếp tuyến T tạo ra mômen:
Lực ngang N tạo thành mômen lật:
18
)(
4

2
MN
D
PP
kt
π
=
4
2
D
F
P
π
=
jkt
PPP +=
∑
∑
P
∑
P
tt
PNP +=
∑
β
tgPN
∑
=
β
cos

1
∑
= PP
tt
)sin(
βα
+=
tt
PT
β
βα
cos
)sin( +
=
∑
P
)cos(
βα
+=
tt
PZ
β
βα
cos
)cos( +
=
∑
P
constRMP
rk

==
2
ω
RTM .=
)coscos(.
αβ
RlNANM
N
+==
Hình 2.5. Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm
(2-18)
Trong đó:
A: Khoảng cách từ lực N đến tâm trục khuỷu.
M
N
: Mômen ngược chiều với M.
M
C
: Mômen cản (2-19)
: Mômen quán tính khi gia tốc các chi tiết quay.
2.2.3. Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm.
Từ hệ lực trên hình 2.6 ta cũng có :
Do:
Nên: và
(2-20)
Cũng phân Ptt thành lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z ta có:
(2-21)
Và :
(2-22)
19

)coscos(
αββ
RltgP +=
∑
MRP =
+
=
∑
.
cos
)sin(
β
βα
ε
oC
JMM +=
ε
o
J
jkt
PPP
+=
∑
tt
PNP
+=
∑
β
cos
l

PP
tt ∑
=
β
tgPN
∑
=
β
βα
cos
)sin( +
=
∑
PT
αλα
λ
α
cos2sin
2
sin kP −+=
∑
β
βα
cos
)cos( +
=
∑
PZ
22
)(sin1

)(sin
)sin(cos
k
k
P
−−
−
−=
∑
αλ
αλ
αα
Hình 2.6. Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch
tâm
Nếu coi:
Thì: (2-23)
Mômen lật:
(2-24)
Do độ lệch tâm:
Do đó:
Thay quan hệ trên vào (2-24):
N
M
Ta có:

(2-25)
MN ra còn sinh một mômen lật khác, do lực gây ra:
(2-26)
Thân máy chịu một tổng mômen lật là:
Do

Nên:
(2-27)
2.3. Hệ lực và mô men tác dụng trên trục khuỷu của động cơ một hàng xy
lanh.
2.3.1. Góc công tác .
- Góc công tác là góc quay của trục khuỷu ứng với khoảng thời gian giữa 2 lần
làm việc kế tiếp nhau của 2 xilanh.
- Khi lựa chọn thứ tự làm việc của các xilanh cần phải chú ý đến các vấn đề sau:
+ Đảm bảo các phụ tải tác dụng trên các ổ trục bé nhất.
+ Đảm bảo quá trình nạp thải có hiệu quả nhất.
+ Đảm bảo kết cấu của trục khuỷu có tính công nghệ tốt nhất.
+ Đảm bảo tính công bằng của hệ trục.
- Góc công tác của các khuỷu trục được tính theo công thức sau:
20
1)(sin1
22
≈−− k
αλ
)sin
2
2cos
2
(cos
αλ
λ
α
λ
α
kPZ +−+=
∑

ANM
N
.=
)cos
cos
(
α
λ
β
+= NR
βα
sinsin lRa
−=
β
α
λ
sin
)(sin1 k−
=
)cos
cos
(
α
λ
β
+= NR
]cos
sin
[.
α

β
α
+
−
=
tg
k
RNM
N
)cos(sin
αβα
tgkRPM
N
+−=
∑
)
sin
(sin,
λ
β
α
−==
∑∑
RPaPM
P
PNl
MMM +=
∑
)
sin

sincos
cos
sin
(sin
λ
β
αα
β
β
α
++−=
∑∑
kRPM
l
λ
β
α
sin
)(sin =− k
)sincos
cos
sin
(
αα
β
β
+=
∑∑
RPM
l

MRP =
+
∑
β
βα
cos
)sin(
(2-28)
Trong đó:
: Số kỳ của động cơ.
i: Số xilanh của động cơ.
2.3.2. Lực và mômen tác dụng lên trục khuỷu của động cơ một hàng xilanh.
Trên khuỷu thứ i có các lực sau đây tác dụng: Lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến
Z, lực quán tính quay
k
P
.
: Mômen của các khuỷu phía trước.

i
M
: Tác dụng trên khuỷu này.
: Tác dụng trên cổ trục phía sau của khuỷu.
Ta phải xác định góc quay tương ứng của các khuỷu bằng cách lập bảng.
Hình
2.7. Diễn
biến của
các hành
trình công
tác trong

động
cơ
4kỳ, 6 xilanh
2.4. Cân bằng động cơ.
- Để cân bằng thì hợp lực của lực quán tính chuyển động tịnh tiến các cấp đều
bằng 0.
(2-29)
- Các điều kiện để đảm bảo cân bằng động cơ:
+ Trọng lượng của các nhóm piston lắp trên xy lanh phải bằng nhau.
+ Trọng lượng các thanh truyền phải bằng nhau, trọng tâm như nhau.
+ Trọng lượng các thanh truyền phải bằng nhau, trọng tâm như nhau.
+ Dùng cân bằng tĩnh và cân bằng động để cân bằng trục khuỷu bánh đà.
21
i
ct
τ
δ
.180
0
=
τ
∑ ∑
+=
− ii
MMM
11
∑
−1i
M
∑

i
M
0
1
=
∑
j
p
0
2
=
∑
j
p
0=
∑
k
p
0
1
=
∑
j
M
0
2
=
∑
j
M

0=
∑
k
M
+ Đảm cân bằng tĩnh và cân bằng động để cân bằng trục khuỷu bánh đà.
+ Đảm bảo tỷ số nén đều nhau.
+ Góc đánh lửa sớm, phun sớm phải giống nhau.
2.4.1. Cân bằng động cơ 1 xilanh.
1. Trong động cơ 1 xi lanh trên hình 2.1 tồn tại các lực sau đây chưa được cân
bằng:
2. Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1:
1j
P
= mR ω
2
cosα
3. Lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2:
2j
P
= α mrω
2
cos2α
4. Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay:
k
P
= ω
2
m
x
R =const

5. Mômen lật M
N
=-M = T.R tác dụng lên thân máy theo chiều ngược với mômen
chính.
6. Mônmen thanh truyền (do quy dẫn về hai khối lượng).
M
t
=[ m
tt
( I-I
1
)(I
1
- IG)]ε
tt
2.4.1.1. Cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến:
Hình
2.8. Cân bằng lực quán tính chuyển động tịnh tiến
a: Sơ đồ động cơ một xi lanh có lắp đối tượng.
b: Sơ đồ động cơ cân bằng Lăngxetcherơ.
- Trên các cặp bánh răng 3 và 4 đều lắp đối trọng có khối lượng là m
4
. Lực ly tâm
trên mỗi bánh răng bằng: P
kđ
= 4m
đ
r
n
ω

2

r
n
: Khoảng cách từ tâm đối trọng m
đ
đến tâm bánh răng.
- Dùng 4 bánh răng lắp trên trục 5 và 6 nên hợp lực của tất cả các phân lực của
P
k4
nên phương thẳng đứng bằng:
22
R
j1
= 4m
d
. ω
2
r
n
cosα
- Khi trục khuỷu quay với vận tốc góc kl m sẽ sinh ra lực ly tâm:
P
đ
= mR
2
ω
2

- Phân lực của P

đ
trên đường tâm xi lanh:
P
đ1
= mR
2
ω
2
cos(180
0
+α ) = -mR
2
cosω
2

- Trên phương ngang xuất hiện một phân lực khác của P
đ
là:
P
đ2
= mR
2
ω
2
cos(180
0
+α ) = -mR
2
cosω
2

- Để cân bằng hoàn toàn lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1, thì R
j1
= P
j1
.
ra khối lượng mặt đặt trên các bánh răng 3 và 4 phải thảo mãn phương trình sau:
Vì vậy:
Trên cặp bánh răng 7 và 8 này ta cũng găn đối trọng sao cho hợp lực của chúng
sinh ra trên phương thẳng đứng thoả mản phương trình:
4 P
đ2
= P
j2

4m’
đ
r’
n
(2ω)
2
cos2α = λmRω
2
cosα
Ta có: m’
đ
=
n
r
mR

'16
λ
2.4.1.2. Cân bằng lực quán tính chuyển động quay.
Hình 2.9. Sơ đồ bố trí đối trọng cân bằng lực quán tính ly tâm Pk
- Quay trục khuỷu quay với vận tốc ω.
P
dk
= mRω
2
= P
k
chiều của P
dk
ngược với P
k

- Đối trọng m
rx
thường đặt ở một bán kính r
x
< R thoả mãn điều kiện cân băng
sau đây: P
dk
λ = P
k
và m
rx
.r
x
ω

2
= m
r
Rω
2
Do đó: m
rx
=
x
r
r
Rm
4

2.4.1.3. Cân bằng mômen lực và mômen thanh truyền.
23
αωαω
coscos.4
22
mRrm
nd
=
n
nd
đ
r
mR
rm
mR
m

4
cos4
cos

2
2
==
αω
αω
- Trong động cơ 1 xilanh, không cân bằng được mômen lật mà do bệ máy chịu
đựng. Mômen lật này sẽ cân bằng với mômen do lực siết bulông bệ máy tạo ra.
- Mômen thanh truyền do trị số nhỏ mà lại khó cân bằng nên cũng bỏ qua không
xét.
2.4.2. Cân bằng động cơ 2 xilanh.
Hình 2.10. Sơ đồ trục khuỷu của động cơ 2 xilanh có
Kết cấu của trục khuỷu của loại động cơ 2 xilanh bố trí theo 2 kiểu sau đây:
2.4.2.1. Hai khuỷu có góc công tác . Tâm của 2 chốt khuỷu cùng nằm trên 1
đường thẳng.
Mômen quán tính do các lực quán tính sinh ra đều tự cân bằng.
2.4.2.2. Hai khuỷu có góc lệch khuỷu =180º
Ở bất kì góc quay nào
ta đều có: Lực quán tính
chuyển động tịnh tiến cấp
1 của 2 xilanh luôn
ngược chiều nhau.
24
αω
cos22
2
11

mRPP
jj
==∑
αωλ
cos22
2
22
mRPP
jj
==∑
2
22
ω
RmPP
rkk
==∑

Hình 2.11. Sơ đồ trục khuỷu của động cơ 2 xilanh có
Vì vậy:
Do lực P
jt
ở 2 xilanh ngược chiều nhau nên tạo ra mômen quán tính cấp 1.
a: Khoảng cách của 2 đường tâm xilanh.
Chuyển động tịnh tiến Pj2 không được cân bằng.
- Hợp lực này tác dụng trong mặt phẳng chứa đường tâm xilanh và gây ra dao
động trên phương thẳng đứng. Các lực
2j
P
không gây ra mômen nên.
- Hợp lực của lực li tâm P

k
= 0 nên chúng sinh ra mômen:
M
k
= a.m
r
Rω
2

2.4.3. Cân bằng động cơ 4 xilanh.
Từ sơ đồ lực quán tính đặt trên các đường tâm xilanh và tâm chốt khuỷu ta có:
Hình 2.12. Sơ đồ trục khuỷu của động cơ 4 kỳ 4 xilan, thứ tự
làm việc 1-3-4-2 có góc công tác б
CT
=180
o

25
0
2
2
1
1
1
=+=∑
jj
j
PPP
αωλ
2cos22

2
22
mRPP
jj
==∑
αω
cos
2
1
RmaM
j
=
αωλ
2cos22
2
22
mRPP
jj
=∑=∑