Tính toán và thiết kế hệ thống làm mát của động cơ theo các thông số kĩ thuật

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
LỜI NÓI ĐẦU
Môn học “Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong” chiếm vị trí quan
trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành cơ khí động lực. Môn học này
cung cấp cho mỗi sinh viên những kiến thức kết cấu tổng quát và phương
pháp tính toán thiết kế các chi tiết, hệ thống chính của động cơ ô tô. Để thiết
kế các cơ cấu như khuỷu trục thành truyền, xinh lanh, pít tông hay các hệ
thống như hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn, hệ thống nhiên liệu trên động
cơ vận hành tốt, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đòi hỏi người thiết kế phải có sự
hiểu biết nhất định về “Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong”.
Đồ án môn học “Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong” giúp cho sinh
viên bước đầu tìm hiểu và thiết kế một hệ thống cụ thể trên động cơ ô tô.
Trong đồ án môn học này, em được bộ môn Máy động lực giao nhiệm
vụ tính toán và thiết kế hệ thống làm mát của động cơ theo các thông số kĩ
thuật. Đây là một hệ thống không thể thiếu trong động cơ đốt trong. Giảm
nhiệt độ của động cơ thực hiện chu trình công tác sinh công. Nhiệm vụ của đồ
án này là phải tính toán thành lập được các bản vẽ đồ thị công, động học và
động lực học, bản vẽ hệ thống làm mát và các cụm chi tiết của hệ thống làm
mát, phân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát,
chọn động cơ mẫu phù hợp.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các
tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt
nhất. Tuy nhiên, thời gian thực hiện đồ án có hạn, bản thân còn ít kinh nghiệm
cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể tránh khỏi còn nhiều thiếu
sót.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận
tình truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em. Đặc biệt, em xin gửi lời
cảm ơn đến thầy NGUYỄN QUANG TRUNG đã quan tâm cung cấp các tài
liệu, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án. Em rất mong muốn nhận
được sự xem xét và chỉ dẫn của quý thầy để em ngày càng hoàn thiện kiến
thức của mình.

Đà nẵng, ngày tháng năm 2012.
Sinh viên thực hiện

Lưu Viết Giang
1
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
  
Số xilanh/cách bố trí i 4/thẳng hàng
Thứ tự làm việc 1-3-4-2
Loại nhiên liệu diezel
Công suất cực đại/số vòng quay
(KW/vg/ph) Ne/n 33,1 / 1950
Tỷ số nén ε 20
Số kỳ τ 4
Đường kính /hành trình piston(mm) D / S 92 / 100
Tham số kết cấu λ 0,27
Áp suất cực đại (MN/m
2
) Pzmax 7,5
Khối lượng nhóm piston(kg) mpt 0,9
Khối lượng nhóm thanh truyền (kg) mtt 1,2
Góc phun sớm (độ) θs 15
Góc phối khí (độ)
α1 23
α2 65
α3 67
α4 18
Hệ thống nhiên liệu Bocsh PE inline pump
Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cácte ướt
Hệ thống làm mát Cưỡng bức cacte ướt

Hệ thống nạp Không tăng áp
Hệ thống phối khí 8valve - OHV
  !"#$
!%"
&'()*+,-./012*+
&'()*+,34*+15*+6789:..;<*,34*+*=*
Ta có : phương trình đường nén đa biến : p.V
n1
= conts, do đó nếu gọi x
là điểm bất kỳ trên đường nén thì :

11

n
nxnx
n
cc
VpVp
=
Từ đó rút ra :
2
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612

1
1
.
n
c
nx
cnx

V
V
pp








=
Đặt:
c
nx
V
V
i =
Khi đó, áp suất tại điểm bất kỳ x:

1
n
c
nx
i
p
p
=
[MN/m
2

]
Ở đây:
1
.
n
ac
pp
ε
=
- áp suất cuối quá trình nén.
Trong đó:
p
a
- áp suất đầu quá trình nén
- Động cơ không tăng áp p
a
= (0,8 ÷ 0,9)p
k

Chọn p
a
= 0,9 p
k
Trong đó:
p
k
- áp suất trước xu páp nạp
Đối với động cơ không tăng áp
p
k

≈
p
o
[MN/m
2
]
Chọn p
k
= 0,1 [MN/m
2
]
Vậy:
0,90.0,1 0,09
a
p = =
[MN/m
2
]
ε- tỷ số nén, ε = 20
n
1
- chỉ số nén đa biến trung bình
- Động cơ điêzel: n
1
= (1,32÷ 1,39).
Chọn n
1
= 1,34
⇒ p
c

= 0,09.20
1,34
= 4.9845 [MN/m
2
].
>&'()*+,34*+15*+6789:..;<*,34*++?@**A
Phương trình của đường giãn nở đa biến là : p.V
n2
= conts, do đó nếu gọi
x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì :

22

n
gnxgnx
n
zz
VpVp
=
3
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Từ đó rút ra :
2
1
.
n
z
gnx
zgnx
V

V
pp








=
Ở đây:
p
z
- áp suất cực đại p
z
= 7,5 [MN/m
2
]
V
z
= ρ.V
c
(động cơ điêzel)
Trong đó:
ρ- tỷ số giãn nở sớm ρ = 1.2
÷
1,5 (chọn ρ=1,5)
n
2

-chỉ số giãn nở đa biến trung bình
-Đối với động cơ diêzen: n
2
BC1,14÷ 1,23D.
Chọn n
2
= 1,14
Ta đặt :
i
V
V
c
gnx
=
Suy ra:
2
2
.
n
n
zgnx
i
pp
ρ
=
[MN/m
2
]
Lập bảng tính :
Vẽ hệ trục tọa độ (V, p) với các tỷ lệ xích:

µ
p
=
7,5
200
= 0.0375 (MN/m
2
.mm)
µ
v
=
0.0350
9
=0.0039 (lit/mm),
Bảng 1.1. Các điểm áp suất trên đường nén và đường giản nở.
4
Đường nén Đườngng giãn nở
V
x
i
i
n1
1/i
n1
p
c
*1/i
n1
i
n2

1/i
n2
p
z
.
ρ
n2
\i
n2
0.0350 1.0000 1.0000 1.0000 4.9845 1.0000 1.0000 7.5000
0.0525 1.5000 1.7217 0.5808 2.8951 1.5876 0.6299 7.5000
0.0700 2.0000 2.5315 0.3950 1.9690 2.2038 0.4538 5.4030
0.1050 3.0000 4.3586 0.2294 1.1436 3.4988 0.2858 3.4032
0.1399 4.0000 6.4086 0.1560 0.7778 4.8568 0.2059 2.4516
0.1749 5.0000 8.6421 0.1157 0.5768 6.2636 0.1597 1.9010
0.2099 6.0000 11.0337 0.0906 0.4518 7.7107 0.1297 1.5442
0.2449 7.0000 13.5654 0.0737 0.3674 9.1920 0.1088 1.2954
0.2799 8.0000 16.2234 0.0616 0.3072 10.7034 0.0934 1.1125
0.3149 9.0000 18.9970 0.0526 0.2624 12.2416 0.0817 0.9727
0.3499 10.000 21.8776 0.0457 0.2278 13.8038 0.0724 0.8626
0.3849 11.000 24.8580 0.0402 0.2005 15.3882 0.0650 0.7738
0.4198 12.000 27.9321 0.0358 0.1785 16.9929 0.0588 0.7007
0.4548 13.000 31.0945 0.0322 0.1603 18.6164 0.0537 0.6396
0.4898 14.000 34.3409 0.0291 0.1451 20.2575 0.0494 0.5878
0.5248 15.000 37.6671 0.0265 0.1323 21.9151 0.0456 0.5433
0.5598 16.000 41.0696 0.0243 0.1214 23.5883 0.0424 0.5048
0.5948 17.000 44.5453 0.0224 0.1119 25.2762 0.0396 0.4711
0.6298 18.000 48.0911 0.0208 0.1036 26.9781 0.0371 0.4414
0.6648 19.0000 51.7047 0.0193 0.0964 28.6932 0.0349 0.4150
0.6997

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công.
Pr ( Vc, Pr).
Vc; Thể tích buồng cháy.

1
−
=
ε
h
c
V
V

V
h
- thể tích công tác:

2 2
. .0,092
. .0,09 0.6648
4 4
h
D
V S
π π
= = =
[dm
3
]

= 0.6648 [l]
Khi đó:
0.6648
0.035
1 20 1
h
c
V
V
ε
= = =
− −
[l]
- p
r
- áp suất khí sót, phụ thuộc vào loại động cơ
5
20.0000 55.3835 0.0181 0.0900 30.4210 0.0329 0.3914
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Tốc độ trung bình của piston:

. 0,1*1950
30 30
M
S n
C
= =
=6,5 [m/s]
Như vậy động cơ đang khảo sát là động cơ tốc độ trung bình, do đó áp suất
khí sót p

r
được xác định:
p
r
= (1,03÷1,06).p
th
: đối với động cơ diêzen không tăng áp
Trong đó: p
th
- áp suất khí thải
p
th
= (1,02 - 1,04)p
0
Vậy: P
r
= 1,05.p
0
= 0,105[MN/m
2
].
Vậy: r (0,035[l]; 0,105 [MN/m
2
] )
- Điểm a ( V
a
,p
a
)
Trong đó : V

a
= V
h
+ V
c
= 0,6648+0.035 =0,6997 [l].
⇒ a (0.6997 [l] ;0,09 [MN/m
2
] )
- Điểm b (V
b
, p
b
)
Ở đây:
p
b
- áp suất cuối quá trình giãn nở.

2
max
n
Pz
Pb
δ
=
δ: tỉ số giản nở sau.
Đối với động cơ điênzen :
20
13,333

1,5
ε
δ
ρ
= = =

 n
2
= 1,25 p
zmax
=7,5 (MN/m
2
)

1,25
7,5
0,3914
13,333
b
P⇒ = =
(MN/m
2
)
V
a
=V
b
= 0,6997
⇒ b (0,6997 [l]; 0,3914 [MN/m
2

]).
- Điểm c (V
c
, p
c
)
⇒ c (0,035 [l];4,985 [MN/m
2
]).
- Điểm y (V
c
, p
z
)
⇒ y (0,0350 [l]; 7,5 [MN/m
2
])
- Điểm z (V
z
, p
z
)
Với V
z
= ρ.V
c
= 1,5. 0,0350 = 0,0525 [l].
⇒ z (0,0525 [l]; 7,5[MN/m
2
])

6
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Bảng 1.2 Giá trị biểu diễn các điểm
V P
a 180 2,4
b 180 10,438
c 9 132,92
y 9 200
z 13,5 200
r 9 2,8
Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm
đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết.
Dùng đồ thị Brick xác định các điểm:
- Góc phun sớm c
- Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải.
- Mở sớm (r’), đóng muộn (a’’) xupáp nạp.
Hiệu chỉnh đồ thị công :.
Đối với động cơ điêzen áp suất cực đại cuối quá trình cháy, điểm z có
toạ độ (V
z
,P
z
) , điểm y có toạ độ (V
c ,
P
z
)
Điểm z” là trung điểm của đoạn thẳng yz’, song song với trục hoành và
căt đường cong giản nở
Điểm c” trên đoạn cy với cc”=cy/3.

Điểm b” là trung điểm của đoạn ab.
Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại
ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu
chỉnh.
7
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
o
o'
0
b
b"
b'
a
a'
r
r'
r"
c'
c
c"
y
z
z'
1v
c
3v
c
5v
c
7v

c
9v
c
11v
c
13v
c
15v
c
17v
c
19v
c
20v
c
p=f(v)
A
B
C
D
E
F
1
2
3
4
1'
2'
3'
4'

P (MN/m
2
)
V(dm
3
)
7,5
4,985
0,3914
Hình 1.1 Đồ thị công
>&'()*+,-./01/9'E*F07?8.5*GH*+7/3I*+7/67,-./0J
Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính 2R = S =100 [mm].
⇒
R=
100
50
2
=
(mm)
Chọn tỷ lệ xích sao cho S=V
h
Chọn tỷ lệ xích: µ
s
=
. 100.0,039
0,5848
0,6848
v
h
S

V
µ
= =
[mm/mm].
Giá trị biểu diễn của R là :
8
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612

50
85,49
0,5848
bd
S
R
R
µ
= = =
[mm].
Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía điểm chết dưới một đoạn :

2
.
'
λ
R
OO
=
Ở đây: λ- thông số kết cấu, λ = 0,27. Giá trị biểu diễn là :
⇒
. 50.0,27

' 11,5425
2 2.
bd
s
R
OO
λ
µ
= = =
[mm].
Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α ta
làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB như
hình 1.2. Hạ MC vuông góc với AD. Theo Brick đoạn AC = x.
Thật vậy, ta có thể chứng minh điều này rất dễ dàng.
Từ hình 1.1 ta có :
AC = AO - OC = AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.Cosα + R.λ/2
Coi:
α
λ
Cos
R
RMO
.2
.
' +≈

Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có :
( )
( )
( ) ( )

xCosCosRCosCosRAC
=






−+−=






−+−=
α
λ
αα
λ
α
21.
4
1.1.
2
1.
2
Từ điểm O kẻ các tia OB ứng với các góc 10
o
, 20

o
, 30
o
,
Từ điểm O’ kẻ các tia O’B’ song song với OB cắt vòng tròn tại B’. Kẻ B’C
vuọng góc với AD. Theo Brich thì đoạn AC = x (độ dịch chuyển).
Vẽ hệ trục vuông góc Oxα ở dưới vòng tròn Brich, trục Oα biểu diễn giá trị
góc còn trục Ox biễu diễn khoảng dịch chuyển của Piston. Tùy theo các góc α
ta vẽ được tương ứng khoảng dịch chuyển của piston. Từ các điểm trên vòng
chia Brich ta kẻ các đường thẳng song song với trục Oα. Và từ các điểm chia
(có góc tương ứng) trên trục Oα ta vẽ các đường nằm ngang. Các đường này
sẽ cắt nhau tại các điểm
1, 2, 3, 18. Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch
chuyển x của piston theo α.
Chọn tỷ lệ xích µ
R
= µ
S
=0,5848 [mm/mm].
9
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Hình 1.2: Đồ thị Brick
K&'()*+,-./0FL*.M1
Tỷ lệ xích : µ
v
= ω.µ
s
Ở đây:
ω- tốc độ góc của trục khuỷu,
. 3,14.1950

204,2035
30 30
n
π
ω
= = =
(rad/s)
⇒
. 204,2035.0,5848 119,4173
v S
µ ω µ
= = =
[mm/s.mm]
Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1:
R
1
= R.ω = 50.204,2035= 10210,176 [mm/s].
Giá trị biểu diễn của R1 là :
1
1
10210,176
85,5
119,4173
v
R
R
µ
= = =
[mm]
Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R

2
:
2
. . 50.0,27.204,2035
1378,3738
2 2
R
R
λ ω
= = =
[mm/s].
Giá trị biểu diễn của R
2
là:
2
2
1378,3738
11,5425
119,4173
bd
v
R
R
µ
= = =
[mm].s
10
1
2
3

4
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
0
5
20
40
60
80
100
120
140
160
180
s=f(α)
v=f(s)
α(độ)
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Chia nữa vòng tròn R

1
và vòng tròn R
2
thành n phần đánh số 1, 2, 3, ,
n và 1’, 2’, 3’, , n’ theo chiều như hình 1.3
_Từ các điểm 0, 1, 2, 3, kẻ các đường thẳng góc với AB cắt các
đường song song AB kẻ từ 0, 1’, 2’, 3’, tại các điểm O, a, b, c, Nối O, a,
b, c, bằng đường cong ta được đường biểu diễn trị số tốc độ.
_Các đoạn thẳng a1, b2, c3, nằm giữa đường cong O, a, b, c với nữa
đường tròn R
1
biểu diễn trị số tốc độ ở các góc α tương ứng; điều đó có thể
chứng minh dễ dàng.
_Từ hình1.3, ở một góc α bất kỳ ta có : bb’ = R
2
.sin2α và b’2 = R
1
.sinα.
Do đó :






+=+=+=
α
λ
αωαα
2.

2
2.2''
12
SinSinRSinRSinRbbbV
a
Hình 1.3: Đồ thị vận tốc
N&'()*+,-./0+?O.M1./P57/3I*+7/67%Q
Chọn tỷ lệ xích µ
J
=
2 2
. 0,5848.204,2035 44131,5248
s
µ ω
= =
[m/s
2
.mm].
Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R = 100 (mm).
11
0
1
2
4
3
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17
17'
18
0'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'
8'
9'
10'
11'
12'
13'
14'
15'
16'
v=f(α)
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Giá trị biểu diễn là:

100
170,998
0,5848
S
S
AB
µ
= = =
[mm].
Tính j
max
, j
min
:
+
( ) ( )
2 2
max
. . 1 50.2042035 . 1 0,27 2647891,4908j R
ω λ
= + = + =
[mm/s
2
]
+
( ) ( )
2 2
min
. . 1 50.204,2035 . 1 0,27 1522016,3687j R

ω λ
= − − = − − = −
[mm/s
2
].
Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện j
max

Giá trị biểu diễn của j
max
là:
max
2647891,4908
60
44131,5248
j
j
AC
µ
= = =
[mm].
Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện j
min

Giá trị biểu diễn của j
min
là :
min
1522016,3687
-34,4882

44131,5248
j
j
BD
µ
−
= = =
[mm].
Nối CD cắt AB ở E

2 2
3. . . 3.0,27.50.204,2035 1688812,6831
EF
j R
λ ω
= − = − = −
[mm/s
2
].
Giá trị biểu diễn của EF là :

1688812,6831
38,2677
44131,5248
EF
j
j
EF
µ
−

= = = −
[mm].
Nối CF và DF. Phân các đoạn CF và DF thành các đoạn nhỏ bằng nhau
ghi các số 1, 2, 3, 4, và 1’, 2’, 3’, 4’, như hình 1.4.
Nối 11’, 22’, 33’, v.v Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan
hệ của hàm số j=f(x). Diện tích F
1
= F
2
.
12
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
1
2
3
4
1'
2'
3'
4'
A
B
E
F
D
C
Hình 1.4: Đồ thị gia tốc
R&'()*+,-./0S)1T96*.U*/
V
S)1W/U./E

W/
S)1.X*+


R-./0S)1T96*.U*/
V
Cách xây dựng hoàn toàn giống đồ thị gia tốc, ta chỉ thay các giá trị J
max
,
J
min
và -3λRω
2
bằng các giá trị P
max
, P
min
, (-3λRω
2
).m.
Khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền.
m’ = m
npt
+ m
1
.
Trong đó:
m
npt
= 0,9(kg) :khối lượng nhóm piston

m
1
- khối lượng tập trung tại đầu nhỏ thanh truyền.
m
1
có thể xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau đây :
m
1
= (0,275÷0,35)m
tt

Chọn m
1
= 0,33. m
tt
=0,3.1,2 =0,36 (kg)
m
tt
= 1,2 (kg) :khối lượng nhóm thanh truyền.
⇒ m’ = 0,9+0,36 = 1,26 [kg].
Để đơn giản hơn trong tính toán và vẽ đồ thị, ta lấy khối lượng trên một
đơn vị thể tích của một đỉnh piston:
m=
2
' 1,26.4
189,5418
3,416.0,092
m
Fpt
= =

[kg/m
2
]
Lực quán tính P
jmax
:
-P
jmax
= -m.j
max
= -189,5418.2647891,4908 =-0,5019 [MN/m
2
]
13
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
-P
minj
= -m.j
min
= - 189,5418.(-1522016,3687)= 0,2885 [MN/m
2
]
- Pj
EF
= -m.j
EF
= - 189,5418. (-1688812,6831)= 0,3201[MN/m
2
]
Từ A dựng đoạn thẳng AC thể hiện P

jmax

Chọn tỷ lệ xích
j
p
µ
=
p
µ
= 0,0375
Giá trị biểu diễn của P
jmax
là:
max
0,5019
13,4
0,0375
j
P
P
AC
µ
= = =
[mm].
Từ B dựng đoạn thẳng BD thể hiện P
jmin

Giá trị biểu diễn của P
jmin
là :

min
0,2885
7,7
0,0375
j
P
P
BD
µ
= = =
[mm].
Nối CD cắt AB ở E. Từ E hạ vuông góc AB lấy điểm F
Giá trị biểu diễn của EF là:

EF
Pj 0,3201
8,5
0,0375
P
EF
µ
= = =
[mm].
Nối CF và DF. Phân các đoạn CF và DF thành các đoạn nhỏ bằng nhau
ghi các số 1, 2, 3, 4, và 1’, 2’, 3’, 4’, như hình 1.5.
Nối 11’, 22’, 33’, 44’. Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan
hệ của hàm số -Pj=f(x). Diện tích F
1
= F
2

.
R>-./0S)1W/U./E
kt
Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên ta có cách vẽ như
sau :
Từ các góc 0, 10
0
, 20
0
, 30
0
, , 180
0
tương ứng với kỳ nạp của động cơ
190
0
, 200
0
, 210
0
, , 360
0
tương ứng với kỳ nén của động cơ
370
0
, 380
0
, 390
0
, , 540

0
tương ứng với kỳ cháy - giãn nở
của động cơ
550
0
, 560
0
, 570
0
, , 720
0
tương ứng với kỳ thải của động cơ,
trên đồ thị Brick ta dóng các đoạn thẳng song song với trục P của đồ thị công
sẽ cắt đường biểu diễn đồ thị công tương ứng các kỳ nạp, nén, cháy - giãn nở,
thải của động cơ và lần lượt đo các giá trị được tính từ điểm cắt đó đến đường
thẳng song song với trục V và có tung độ bằng p
0
, ta đặt sang bên phải bản vẽ
14
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
các giá trị vừa đo ta sẽ được các điểm tương ứng các góc 0, 10
0
, 20
0
, 30
0
, ,
710
0
, 720

0
và lần lượt nối các điểm đó ta sẽ được đồ thị lực khí thể P
kh
cần
biểu diễn.
Chọn tỷ lệ xích μ
α
=2(độ/mm)
μ
p
=0,0375[MN/m
2
/mm]
μ
v
=0,0039[lít/mm]
RK-./0S)1V
Đồ thị
( )
xfp
J
=−
biểu diễn đồ thị công có ý nghĩa kiểm tra tính năng
tốc độ của động cơ.
Khai triển đường
( )
xfp
J
=

thành
( )
α
fp
J
=
cũng thông qua đồ thị brick để
chuyển tọa độ. Việc khai triển đồ thị tương tự khai triển P-V thành P=f(α).
Nhưng lưu ý ở tọa độ p-α phải đặt đúng trị số dương của p
j
.
RN-./0S)1.61(Y*+S<*1/M.7?8.5*
Theo công thức
jkt
ppp
+=
1
. Ta đã có p
kt
=f (α) và
( )
α
fp
J
=
. Vì vậy
việc xây dựng đồ thị p
1
= f(α) được tiến hành bằng cách cộng đại số các toạ
độ điểm của 2 đồ thị p

kt
=f(α) và p
j
=f(α) lại với nhau ta được tọa độ điểm của
đồ thị p
1
=f(α) Dùng một đường công thích hợp nối các toạ độ điểm lại với
nhau ta được đồ thị p
1
=f(α).
Để có thể tiến hành cộng đò thị P
kt
và P
j
phải cùng thứ nguyên và cùng tỷ lệ
xích
Từ đó ta lập được bảng sau:
Bảng 1.3 Giá trị biểu diễn các lực P
kt
, P
j
, P
1
ứng với các góc α
α P
kt
(mm) P
j
(mm) P
1

(mm) α P
kt
(mm) Pj (mm) P1(mm)
0 -0.07 -13.4 -13.47 360 130.25 -13.4 116.85
10 -0.19 -13.1 -13.27 370 196.81 -13.4 183.41
20 -0.27 -10.7 -10.93 380 168.09 -13.08 155
30 -0.27 -8.7 -8.962 390 103.3 -10.66 92.643
40 -0.27 -6.39 -6.66 400 67.058 -8.696 58.363
50 -0.27 -3.91 -4.176 410 46.037 -6.393 39.644
60 -0.27 -1.42 -1.682 420 33.373 -3.909 29.464
70 -0.27 0.93 0.659 430 25.358 -1.415 23.942
80 -0.27 2.6 2.329 440 20.054 0.926 20.979
15
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
90 -0.27 4.58 4.313 450 16.413 2.596 19.009
100 -0.27 5.74 5.477 460 13.84 4.579 18.419
110 -0.27 6.49 6.226 470 11.983 5.744 17.726
120 -0.27 6.96 6.696 480 10.416 6.493 16.909
130 -0.27 7.26 6.998 490 8.9683 6.963 15.931
140 -0.27 7.47 7.198 500 7.6736 7.265 14.939
150 -0.27 7.6 7.33 510 6.52 7.465 13.985
160 -0.27 7.68 7.411 520 5.5 7.597 13.097
170 -0.27 7.7 7.433 530 4.563 7.677 12.24
180 -0.27 7.7 7.433 540 3.7521 7.7 11.452
190 -0.25 7.68 7.427 550 3.1884 7.7 10.888
200 -0.19 7.6 7.403 560 2.5353 7.677 10.213
210 -0.09 7.47 7.372 570 1.963 7.597 9.5601
220 0.038 7.26 7.303 580 1.427 7.465 8.892
230 0.254 6.96 7.217 590 0.9142 7.265 8.1791
240 0.525 6.49 7.018 600 0.4004 6.963 7.3635

250 0.776 5.74 6.519 610 0.1333 6.493 6.6263
260 1.443 4.57 6.018 620 0.1333 5.744 5.8768
270 2.212 2.96 5.172 630 0.1333 4.575 4.7082
280 3.326 0.93 4.252 640 0.1333 2.96 3.0929
290 5.995 -1.42 4.58 650 0.1333 0.926 1.0591
300 7.635 -3.91 3.726 660 0.1333 -1.415 -1.2818
310 12.01 -6.39 5.614 670 0.1333 -3.909 -3.776
320 19.72 -8.7 11.03 680 0.1333 -6.393 -6.2595
330 33.97 -10.7 23.31 690 0.1333 -8.696 -8.5622
340 60.95 -13.1 47.87 700 0.1333 -10.66 -10.525
350 103.3 -13.4 89.92 710 0.1333 -13.08 -12.95
360 130.3 -13.4 116.9 720 0.1333 -13.4 -13.267
16
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Hình 1.5 Đồ thị khai triển
RR-./0S)1.?Z7.9'Z* S)17/67.9'Z*[ S)1*+O*+
Các công thức để tính toán T, Z, N được chứng minh như sau :
Pkh
N
P1
Ptt
l
Pk
T
Ptt
P1
Ptt
N
Z
Ptt

O
β
α
α+β

Ở đây:
p
1
= p
kh
+ p
J
[MN/m
2
]
p
1
= P
1
/F
p
[MN/m
2
]
p
J
= P
J
/F
p

[MN/m
2
]
17
Hình 1.6. Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm.
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Phân p
1
thành hai thành phần lực:
Npp
tt


+=
1
Trong đó: p
tt
-lực tác dụng trên đường tâm thanh truyền.
N- lực ngang tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm
xy lanh.
Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của p
tt
và N.

β
Cos
pp
tt
1
.

1
=

Phân p
tt
thành hai phân lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z (sau khi đã
rời xuống tâm chốt khuỷu ) ta cũng có thể xác định trị số của T và Z bằng các
quan hệ sau:

( )
β
βα
βα
Cos
Sin
pSinpT
tt
+
=+= .)(.
1
( )
( )
β
βα
βα
Cos
Cos
pCospZ
tt
+

=+=
1
Lập bảng tính T, N, Z tương ứng với các góc quay trục khuỷu α = 0
0
, 10
0
,
20
0
, , 720
0
và β = arcsin(λ.sinα).
Chọn tỷ lệ xích µ
T
=µ
Z
= µ
N
= 0,0037 (MN/m
2
.mm), µ
α
= 2 (độ/mm).
Ta tính được các giá trị T, Z, N ứng với các góc α.
Bảng 1.3. Bảng giá trị T, Z, N ứng với các góc α.
α(độ
) α(rad) β(độ) β(rad) sin(α+β)/cosβ Cos(α+β)/cosβ P1 Z T tangβ N
0 0.00 0 0 0 1 -13.465 -13.47 0 0 0
10 0.1745 2.6873
0.046

9 0.2198717 0.977 -13.275 -12.97 -2.9188
0.04693
7 -0.6231
20 0.35 5.2986 0.0925 0.4291689 0.908 -10.925 -9.92 -4.6888 0.092742 -1.0132
30 0.52 7.7586
0.135
4 0.6179936 0.798 -8.9622 -7.151 -5.5386
0.13624
7 -1.2211
40 0.70
9.994
4
0.174
4 0.7777853 0.653 -6.6595 -4.347 -5.1797 0.176227 -1.1736
50 0.87
11.93
7 0.2083 0.9019319 0.481 -4.176 -2.008 -3.7665
0.21140
3 -0.8828
60 1.05 13.522 0.236 0.9862723 0.292 -1.6818 -0.491 -1.6587
0.24049
4 -0.4045
70 1.22
14.69
8 0.2565 1.0294045 0.096 0.6591 0.063
0.6784
8 0.2623 0.17288
80 1.40 15.42 0.2691 1.0327047 -0.1 2.32926 -0.228
2.4054
4 0.275828 0.64247

90 1.57
15.66
4
0.273
4 1 -0.28 4.3127 -1.209 4.3127 0.280415 1.20934
100 1.75 15.42 0.2691 0.9369108 -0.45 5.4768 -2.439 5.13127 0.275828 1.51065
110 1.92 14.69 0.2565 0.8499808 -0.59 6.2263 -3.664 5.29224 0.2623 1.63316
18
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
8
120 2.09 13.522 0.236 0.7457785 -0.71 6.6964 -4.743
4.9940
3
0.24049
4 1.61044
130 2.27
11.93
7 0.2083 0.630157 -0.8 6.9982 -5.632
4.4099
6
0.21140
3 1.47944
140 2.44
9.994
4
0.174
4 0.5077899 -0.88 7.1983 -6.33 3.65522 0.176227 1.26853
150 2.62 7.7586
0.135
4 0.3820064 -0.93 7.3304 -6.848 2.80026

0.13624
7 0.99875
160 2.79 5.2986 0.0925 0.2548714 -0.97 7.4105 -7.199 1.88872 0.092742 0.68726
170 2.97 2.6873
0.046
9 0.1274246 -0.99 7.4333 -7.381
0.9471
9
0.04693
7 0.34889
180 3,14 0 0 0 -1 7.4333 -7.433 0 0 0
190 3.32 -2.687 -0.047 -0.1274246 -0.99 7.4267 -7.374 -0.9463 -0.04694 -0.3486
200 3.49 -5.299 -0.092 -0.2548714 -0.97 7.4031 -7.191 -1.8868 -0.09274 -0.6866
210 3.67 -7.759 -0.135 -0.3820064 -0.93 7.3717 -6.886 -2.816 -0.13625 -1.0044
220 3.84 -9.994 -0.174 -0.5077899 -0.88 7.3027 -6.421 -3.7082 -0.17623 -1.2869
230 4.01 -11.94 -0.208 -0.630157 -0.8 7.2166 -5.807 -4.5476 -0.2114 -1.5256
240 4.19 -13.52 -0.236 -0.7457785 -0.71 7.0175 -4.97 -5.2335 -0.24049 -1.6877
250 4.36 -14.7 -0.257 -0.8499808 -0.59 6.5193 -3.837 -5.5413 -0.2623 -1.71
260 4.54 -15.42 -0.269 -0.9369108 -0.45 6.0176 -2.68 -5.638 -0.27583 -1.6598
270 4.71 -15.66 -0.273 -1 -0.28 5.1718 -1.45 -5.1718 -0.28041 -1.4502
280 4.89 -15.42 -0.269 -1.0327047 -0.1 4.2515 -0.417 -4.3905 -0.27583 -1.1727
290 5.06 -14.7 -0.257 -1.0294045 0.096 4.5798 0.4375 -4.7145 -0.2623 -1.2013
300 5.24 -13.52 -0.236 -0.9862723 0.292 3.7255 1.0868 -3.6744 -0.24049 -0.896
310 5.41 -11.94 -0.208 -0.9019319 0.481 5.6135 2.6992 -5.063 -0.2114 -1.1867
320 5.59 -9.994 -0.174 -0.7777853 0.653 11.0282 7.1989 -8.5776 -0.17623 -1.9435
330 5.76 -7.759 -0.135 -0.6179936 0.798 23.3125 18.601 -14.407 -0.13625 -3.1763
340 5.93 -5.299 -0.092 -0.4291689 0.908 47.8672 43.462 -20.543 -0.09274 -4.4393
350 6.11 -2.687 -0.047 -0.2198717 0.977 89.9227 87.824 -19.771 -0.04694 -4.2207
360 6.28 0 0 0 1 116.853 116.85 0 0 0
370 6.46 2.6873

0.046
9 0.2198717 0.977 183.414 179.13
40.327
5
0.04693
7 8.60882
380 6.63 5.2986 0.0925 0.4291689 0.908 155.003 140.74 66.5223 0.092742 14.3752
390 6.81 7.7586
0.135
4 0.6179936 0.798 92.6425 73.92 57.2525
0.13624
7 12.6223
400 6.98
9.994
4
0.174
4 0.7777853 0.653 58.3626 38.097
45.393
6 0.176227 10.2851
410 7.16
11.93
7 0.2083 0.9019319 0.481 39.644 19.063 35.7562
0.21140
3 8.38087
420 7.33 13.522 0.236 0.9862723 0.292 29.4637 8.5953 29.0592
0.24049
4 7.08584
430 7.50
14.69
8 0.2565 1.0294045 0.096 23.9424 2.2874

24.646
4 0.2623 6.28009
440 7.68 15.42 0.2691 1.0327047 -0.1 20.9794 -2.056 21.6655 0.275828 5.7867
450 7.85
15.66
4
0.273
4 1 -0.28 19.0086 -5.33 19.0086 0.280415 5.33028
460 8.03 15.42 0.2691 0.9369108 -0.45 18.4193 -8.202 17.2572 0.275828 5.08055
470 8.20
14.69
8 0.2565 0.8499808 -0.59 17.7264 -10.43 15.0671 0.2623 4.64963
480 8.38 13.522 0.236 0.7457785 -0.71 16.9087 -11.98 12.6101
0.24049
4 4.06644
490 8.55
11.93
7 0.2083 0.630157 -0.8 15.9314 -12.82
10.039
3
0.21140
3 3.36795
500 8.73
9.994
4
0.174
4 0.5077899 -0.88 14.9385 -13.14 7.58562 0.176227 2.63257
510 8.90 7.7586
0.135
4 0.3820064 -0.93 13.985 -13.06

5.3423
6
0.13624
7 1.90542
19
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
520 9.08 5.2986 0.0925 0.2548714 -0.97 13.0971 -12.72
3.3380
8 0.092742 1.21465
530 9.25 2.6873
0.046
9 0.1274246 -0.99 12.2402 -12.15 1.5597
0.04693
7 0.57451
540 9.42 0 0 0 -1 11.4521 -11.45 0 0 0
550 9.60 -2.687 -0.047 -0.1274246 -0.99 10.8884 -10.81 -1.3875 -0.04694 -0.5111
560 9.77 -5.299 -0.092 -0.2548714 -0.97 10.2125 -9.921 -2.6029 -0.09274 -0.9471
570 9.95 -7.759 -0.135 -0.3820064 -0.93 9.5601 -8.931 -3.652 -0.13625 -1.3025
580 10.12 -9.994 -0.174 -0.5077899 -0.88 8.892 -7.819 -4.5153 -0.17623 -1.567
590 10.30 -11.94 -0.208 -0.630157 -0.8 8.1791 -6.582 -5.1541 -0.2114 -1.7291
600 10.47 -13.52 -0.236 -0.7457785 -0.71 7.3635 -5.215 -5.4915 -0.24049 -1.7709
610 10.65 -14.7 -0.257 -0.8499808 -0.59 6.6263 -3.9 -5.6322 -0.2623 -1.7381
620 10.82 -15.42 -0.269 -0.9369108 -0.45 5.8768 -2.617 -5.506 -0.27583 -1.621
630 11.00 -15.66 -0.273 -1 -0.28 4.7082 -1.32 -4.7082 -0.28041 -1.3202
640 11.17 -15.42 -0.269 -1.0327047 -0.1 3.0929 -0.303 -3.1941 -0.27583 -0.8531
650 11.34 -14.7 -0.257 -1.0294045 0.096 1.0591 0.1012 -1.0902 -0.2623 -0.2778
660 11.52 -13.52 -0.236 -0.9862723 0.292 -1.2818 -0.374 1.2642 -0.24049 0.30826
670 11.69 -11.94 -0.208 -0.9019319 0.481 -3.776 -1.816
3.4056
9 -0.2114 0.79826

680 11.87 -9.994 -0.174 -0.7777853 0.653 -6.2595 -4.086
4.8685
5 -0.17623 1.10309
690 12.04 -7.759 -0.135 -0.6179936 0.798 -8.5622 -6.832 5.29138 -0.13625 1.16658
700 12.22 -5.299 -0.092 -0.4291689 0.908 -10.525 -9.557
4.5170
9 -0.09274 0.97613
710 12.39 -2.687 -0.047 -0.2198717 0.977 -12.95 -12.65
2.8474
3 -0.04694 0.60785
720 12.57 0 0 0 1 -13.267 -13.27 0 0 0
20
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Hình 1.7 Đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N
R\]U*/^2^P*.X*+Σ
 - Thứ tự làm việc của động cơ : 1 - 3 -4 - 2.
- Góc công tác
0
180
4
4.180.180
===
i
ct
τ
δ
.
Bảng 1.4 Bảng thứ tự làm việc của động cơ
1 NẠP NÉN NỔ XẢ
2 NÉN NỔ XẢ NẠP

3 XẢ NẠP NÉN NỔ
4 NỔ XẢ NẠP NÉN
+ Khi trục khuỷu của xylanh thứ nhất nằm ở vị trí α
1
=0
o
.
Thì khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí α
2
=180
o
.
Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí α
3
=540
o
.
Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí α
4
=360
o
.
Tính mômen tổng ΣT = T
1
+ T
2
+ T
3
+ T
4

.
21
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Tính mômen tổng trung bình: ΣT
tb
=
287,83
15,990
18 18
T
= =
∑
(mm).
+ Nhận thấy tổng T lặp lại theo chu kỳ 180
0
vì vậy chỉ cần tính tổng T từ 0
0
đến 180
0
sau đó suy ra cho các chu kỳ còn lại.
+ Vẽ đồ thị tổng T bằng cách nối các tọa độ điểm
( )
i
ii
Ta
∑
= ;
α
bằng một
đường công thích hợp cho ta đường cong biểu diễn đồ thị tổng T.

Bảng 1.5 .giá trị tổng T tương ứng với các góc α.
α1 T1 α2 T2 α3 T3 α4 T4 ΣT ΣTbd
0 0.00 180 0.00 540 0.00 360 0.00 0.00 0.00
10 -2.92 190 -0.95 550 -1.39 370 40.33 35.07 35.07
20 -4.69 200 -1.89 560 -2.60 380 66.52 57.34 57.34
30 -5.54 210 -2.82 570 -3.65 390 57.25 45.25 45.25
40 -5.18 220 -3.71 580 -4.52 400 45.39 31.99 31.99
50 -3.77 230 -4.55 590 -5.15 410 35.76 22.29 22.29
60 -1.66 240 -5.23 600 -5.49 420 29.06 16.68 16.68
70 0.68 250 -5.54 610 -5.63 430 24.65 14.15 14.15
80 2.41 260 -5.64 620 -5.51 440 21.67 12.93 12.93
90 4.31 270 -5.17 630 -4.71 450 19.01 13.44 13.44
100 5.13 280 -4.39 640 -3.19 460 17.26 14.80 14.80
110 5.29 290 -4.71 650 -1.09 470 15.07 14.55 14.55
120 4.99 300 -3.67 660 1.26 480 12.61 15.19 15.19
130 4.41 310 -5.06 670 3.41 490 10.04 12.79 12.79
140 3.66 320 -8.58 680 4.87 500 7.59 7.53 7.53
150 2.80 330 -14.41 690 5.29 510 5.34 -0.97 -0.97
160 1.89 340 -20.54 700 4.52 520 3.34 -10.80 -10.80
170 0.95 350 -19.77 710 2.85 530 1.56 -14.42 -14.42
180 0.00 360 0.00 720 0.00 540 0.00 0.00 0.00
Ttb= 15.99
22
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
Hình 1.8 Đồ thị tổng T
R_-./07/Y.`?.61(Y*+S<*1/M.W/9a9
Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên
chốt khuỷu ở mỗi vị trí của chốt khuỷu. Sau khi có đồ thị này ta tìm được trị
số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, cũng có thể dễ dàng tìm
được lực lớn nhất và bé nhất, dùng đồ thị phụ tải có thể xác định được khu

vực chịu tải ít nhất để xác định vị trí lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn và để xác định
phụ tải khi tính sức bền ổ trục.
Các bước tiến hành vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu được tiến
hành như sau:
+ Vẽ hệ trục toạ độ TO’Z trong đó trục hoành O’T có chiều dương từ tâm O’
về phía phải còn trục tung O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.
+ Chọn tỉ lệ xích:
0410,0
=
T
µ
(MN/m
2
)/mm.

0410,0=
Z
µ
(MN/m
2
)/mm.
+ Dựa vào bảng tính
( )
α
fT
=

( )
α
fZ

=
. Ta có được toạ độ các điểm
( )
iii
ZTa ;=
ứng với các góc α = 10
0
; 20
0
…720
0
. Cứ tuần tự như vậy ta xác
định được các điểm từ
( )
00
;0 ZT=
cho đến
( )
7272
;72 ZT=
.
+ Nối các điểm trên hệ trục toạ độ bằng một đường cong thích hợp, ta có đồ
thị biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
+ Trong quá trình vẽ để dễ dàng xác định các toạ độ điểm ta nên đánh dấu các
toạ độ điểm đồng thời ghi các số thứ tự tương ứng kèm theo.
23
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
+ Tính lực quán tính của khối lượng chuyển động quay của thanh truyền (tính
trên đơn vị diện tích của piston).
Từ công thức:

2
2

ω
RmP
ko
=
Với: m
2
: Khối lượng đơn vị của thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu.
Ta có khối lượng thanh truyền quy về tâm chốt khuỷu là:
m
2
’ = m
1
m
tt
−
Với m
tt
m)35,028,0(
1
÷=
. Chọn m
3,0
1
=
m
tt
= 0,36 (kg)

Vậy m’
2
= = 0,84(kg)
=>
2
2
2
2
' 0,84.4
126,361( / )
.0.092
pt
m
m kg m
F
π
= = =
Vậy:
3 2 2
126,361025.10 .0,050.204,2035 0,263457
ko
P MN m
−
= =
Từ gốc tọa độ O’của đồ thị lấy theo hướng dương của Z một khoảng:
O’O =
0,263457
7,02( )
0,0375
ko

p
P
mm
µ
= =
O là tâm chốt khuỷu, từ tâm chốt khuỷu ta kẻ đường tròn tượng trưng cho
chốt khuỷu, giá trị của lực tác dụng lên chốt khuỷu là vectơ có gốc O và ngọn
là một điểm bất kỳ nằm trên đường biểu diễn đồ thị phụ tải.
24
Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DA4-0612
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1719
20
21

22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51

52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
18
0
2
4
7
9
11
13
15
17

19
21
23
z
T
Hình 1.9 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
Rb;?E*W/O?,-./07/Y.`?.61(Y*+S<*1/M.W/9a9A.cO,d1)1
./e*/,-./0fg
α
Chọn tỷ lệ xích µ
Q
= 0,041 [MN/m
2
.mm] và µ
α
= 2 (độ/mm).
Lập bảng xác định giá trị của Q theo α bằng cách đo các khoảng cách từ
tâm O đến các điểm α
i
: α
1
=10
0
, α
2
= 20
0
, α
3

= 30
0
, , α
72
= 720
0
trên đồ thị
véctơ phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu.
25