Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................4
ĐÀ NẴNG, ngày 24 tháng 12 năm 2016...................................................................5
Sinh Viên Thực Hiện..................................................................................................5
1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ X740413.............................................................................................................................6
1.1. Xây dựng đồ thị công......................................................................................6
1.1. Xây dựng đồ thị công..................................................................................6
1.1.1. Các thông số xây dựng đồ thị...................................................................6
1.1.1. Các thông số xây dựng đồ thị.......................................................................6
1.1.1.1. Các thông số cho trước..........................................................................6
1.1.1.2. Các thông số tính chọn..................................................................
1.1.1.2. Các thông số tính chọn..........................................................................6
1.1.2. Xây dựng đường nén................................................................................7
1.1.2. Xây dựng đường nén....................................................................................7
1.1.3. Xây dựng đường giãn nở..........................................................................8
1.1.3. Xây dựng đường giãn nở..............................................................................8
1.1.4. Biểu diễn các thông số..............................................................................9
1.1.4. Biểu diễn các thông số..................................................................................9
1.1.5. Xác định các điểm đặc biệt.....................................................................10
1.1.5. Xác định các điểm đặc biệt.........................................................................10
Bảng 1-3: Giá trị biểu diễn các điểm áp suất trên đường nén và đường giãn nở 12
1.1.6 Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công...................................................................13
1.1.6 Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công.......................................................................13
1.2. Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ......................................15
1.2. Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ..................................15
1.2.1. Xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng phương pháp đồ thị Brick.......15
1.2.1. Xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng phương pháp đồ thị Brick...........15
1.2.2. Xây dựng đồ thị vận tốc.........................................................................16
1.2.2. Xây dựng đồ thị vận tốc.............................................................................16

1


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
1.2.3. Xây dựng đồ thị gia tốc bằng phương pháp đồ thị Tôlê........................18
1.2.3. Xây dựng đồ thị gia tốc bằng phương pháp đồ thị Tôlê............................18
1.3. ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN ĐỘNG
CƠ.........................................................................................................................20
1.3. ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN ĐỘNG
CƠ.....................................................................................................................20
1.3.1. Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến............................20
1.3.1. Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến................................20
1.3.2. Xây dựng đồ thị lực quán tính –PJ – V..................................................21
1.3.2. Xây dựng đồ thị lực quán tính –PJ – V......................................................21
1.3.3. Vẽ đồ thị khai triển Pkt - α.....................................................................22
1.3.3. Vẽ đồ thị khai triển Pkt - α.........................................................................22
1.3.4. Vẽ đồ thị khai triển PJ - α......................................................................23
1.3.4. Vẽ đồ thị khai triển PJ - α..........................................................................23
1.3.5. Vẽ đồ thị P1 - α......................................................................................23
1.3.5. Vẽ đồ thị P1 - α..........................................................................................23
1.3.6. Xây dựng đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N theo α
...........................................................................................................................26
1.3.6. Xây dựng đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N theo α.26
...............................................................................................................................28
Hình 1-7: Đồ thị T - ; Z - ; N - ............................................................... 28
1.3.7. Xây dựng đồ thị ΣT - α..........................................................................29
1.3.7. Xây dựng đồ thị ΣT - α..............................................................................29
1.3.8. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu..................................................32
1.3.8. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu......................................................32
1.3.9. Khai triển đồ thị Q - α............................................................................33

1.3.9. Khai triển đồ thị Q - α................................................................................33
1.3.10. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền...................................36
1.3.10. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền.......................................36
...............................................................................................................................39

2


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
Hình 1-11: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền................................39
1.3.11. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu..................................................................39
1.3.11. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu......................................................................39
...................................................................................................................................43
Hình 1-12: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu...................................................................43
2. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢ.....43
2.1 Thông số kỹ thuật động cơ chọn tham khảo MERCEDES GL500...............43
2.1 Thông số kỹ thuật động cơ chọn tham khảo MERCEDES GL500...........43
2.2. Phân tích một số đặc điểm kết cấu của động cơ MERCEDES-GL500........44
2.2. Phân tích một số đặc điểm kết cấu của động cơ MERCEDES-GL500....44
Hình 2-1 Động cơ MERCEDES GL500..........................................................45
2.2.1. Nhóm piston, thanh truyền, trục khuỷu..................................................45
2.2.1. Nhóm piston, thanh truyền, trục khuỷu......................................................45
2.2.1.1. Piston...........................................................................................
2.2.1.1. Piston...................................................................................................45
2.2.1.2. Thanh truyền................................................................................
2.2.1.2. Thanh truyền........................................................................................46
2.2.1.3. Trục khuỷu..................................................................................
2.2.1.3. Trục khuỷu...........................................................................................47
2.2.2. Cơ cấu phân phối khí..............................................................................47
2.2.2. Cơ cấu phân phối khí..................................................................................47

2.2.3. Hệ thống bôi trơn, làm mát.....................................................................49
2.2.3. Hệ thống bôi trơn, làm mát.........................................................................49
2.2.3.1. Hệ thống bôi trơn........................................................................
2.2.3.1. Hệ thống bôi trơn.................................................................................49
2.2.3.1. Hệ thống làm mát........................................................................
2.2.3.1. Hệ thống làm mát................................................................................49
2.2.4. Hệ thống nhiên liệu.................................................................................50
2.2.4. Hệ thống nhiên liệu.....................................................................................50
2.2.5. Hệ thống đánh lửa...................................................................................51
2.2.5. Hệ thống đánh lửa.......................................................................................51

3


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
KẾT LUẬN...............................................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................66
[1] Nguyễn Đức Phú , Hồ Tấn Chuẩn , Trần Văn Tế , Nguyễn Tất Tiến - Kết cấu và tính
toán động cơ đốt trong tập I, II, III...........................................................................66
[2] GS.TS. Nguyễn Tất Tiến – Nguyên lý động cơ đốt trong – Nhà xuất bản giáo dục ,
năm 2000 ..................................................................................................................66
[3] Trần Thanh Hải Tùng – Kết cấu tính toán động cơ đốt trong – Trường đại học Bách
khoa Đà nẵng............................................................................................................66
[4] Nguyễn Văn Yến - Giáo trình chi tiết máy – Nhà xuất bản giao thông vận tải.66
Ngoài ra còn có tham khảo một số tài liệu: Giáo trình giảng dạy của các thầy trong bộ
môn động cơ đốt trong - Khoa cơ khí giao thông - ĐHBK – Đai Học Đà Nẵng và một số
tài liệu lấy từ trên mạng internet...............................................................................66
LỜI NÓI ĐẦU
Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh. Bên cạnh
đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ,trong đó có ngành cơ khí động lực

nói chung. Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải
tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết. Có như vậy ngành cơ khí động
lực của ta mới phát triển được.
Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý
động cơ đốt trong và Kết cấu động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức
bền vật liệu, cơ lý thuyết,... ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học
“Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong”. Đây là một phần quan trọng trong nội dung học
tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến
thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành.
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, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không
thể không có những thiếu sót, mong quý thầy cô góp ý giúp đỡ thêm để em hoàn
thành tốt nhiệm vụ.

4


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
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 DƯƠNG VIỆT DŨNG đã quan tâm, nhiệt tình hướng dẫn trong quá
trình làm đồ án. Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy
để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình.
ĐÀ NẴNG, ngày 24 tháng 12 năm 2016
Sinh Viên Thực Hiện

5

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG
CƠ X74-0413
1.1. Xây dựng đồ thị công
1.1.1. Các thông số xây dựng đồ thị
1.1.1.1. Các thông số cho trước
- Nhiên liệu: Gasoline
-

Số

xilanh

/

số

kỳ

/

số

kỳ

:

8/4/kiểu

chữ

V

- Thứ tự làm việc: 1-5-4-2-6-3-7-8
- Tỷ số nén ε: 10.6
- Đường kính D / hành trình piston S [mm] : 94 / 91
- Công suất cực đại Ne[KW]: 285
- Số vòng quay n [v/ph]: 5020
- Tham số kết cấu λ: 0,25
- Áp suất cực đại pz [MN/m2]: 5.1
- Góc đánh lửa sơm αs [độ]: 15
- Góc phân phối khí [độ]:
+ α1: 8
+ α2: 54
+ α3: 59
+ α4: 13
1.1.1.2. Các thông số tính chọn
- Tốc độ trung bình của piston
=91*5020*10^-3/30=15.227 (m/s)

- Áp suất khí nạp pk: Đối với động cơ xăng bốn kỳ không tăng áp, p k được
chọn:
Chọn pk = p0 = 0,1[MN/m2]
- Áp suất khí cuối kỳ nạp pa: Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp, pa được tính
chọn trong khoảng:

6


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500

pa = (0,8 ÷ 0,9).pk [MN/m2] ta chọn là 0,80
vậy pa = 0,80.0,1 = 0,08 [MN/m2]
- Áp suất khí sót pr: Đối với động cơ xăng bốn kỳ không tăng áp được chọn:
pr = (1.05-1.1)pk ta chọn là 1,07
pr = 1,07 . pk = 1,07.0,1 = 0,107 [MN/m2]
- Chỉ số nén đa biến trung bình n1: thường chọn trong khoảng
n1 = 1,32÷ 1,39; Chọn n1 = 1,32
- Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2: thường chọn trong khoảng
n2 = 1,25÷ 1.29; Chọn n2 = 1,27
- Tỷ số giãn nở sớm ρ: Đối với động cơ Xăng được chọn:
ρ=1
- Áp suất cuối quá trình giãn nở pb:
pb =

pz
pz
=
= 5.1 / 10.6^1.27 = 0.25435[MN/m2]
n2
δ n2
ε 

ρ 

 

(1.2)[1]

- Thể tích công tác Vh
π.D 2

Vh = S.
[dm 3 ]
4
= 91.

(1.3)[1]

π.94 2
= 0,6312[dm 3 ]
4

- Thể tích buồng cháy Vc
Vc =

=

3
Vh
[dm ]
ε −1

(1.4)[1]

0.6312
= 0,065625[ dm 3 ]
10.6 − 1

- Tốc độ góc của trục khuỷu ω:
ω=

π.n π ⋅ 5020
=
= 525.4267 [rad/s]
30
30

(1.5)[1]

1.1.2. Xây dựng đường nén
Gọi pnx, Vnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động cơ.Vì
quá trình nén là quá trình đa biến nên:
7


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
n1

(1.6)[1]

p nx ⋅ Vnx = const
n1

n1

⇒

p nx ⋅ Vnx = p c ⋅ Vc

⇒

 Vc 
p nx = p c 

 Vnx 

Đặt: i =

n1

Vnx
Vc

Khi đó ta có áp suất nén tại điểm bất kỳ x :
p nx =

pc
i

n1

[MN/m2]

(1.7)[1]

Trong đó:
- pc [MN/m2]: áp suất cuối kỳ nén
pc = pa ⋅ ε

n1

(1.8)[1]

= 0.08 ⋅10.61,32

=1.605018673[MN/m2]
1.1.3. Xây dựng đường giãn nở
Gọi pgnx, Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở của động
cơ.Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:
n2

(1.9)[1]

p nx ⋅ Vnx = const
n2

n2

⇒ p gnx ⋅ Vgnx = p z ⋅ Vz
⇒ p gnx

 Vz
= p z 
 Vgnx





n2

Ta có: Vz = ρ.Vc
⇒

p gnx =

Đặt: i =

pz
 Vgnx 


 Vz 

n2

=

pz
 Vgnx 


 ρ ⋅ Vc 

n2

Vgnx
Vc

Khi đó ta có áp suất giãn nở tại điểm bất kỳ x:

8


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500

p gnx =

pz ⋅ρ
i

n2

(1.10)[1]

n2

1.1.4. Biểu diễn các thông số
- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd = 10 [mm]
⇒

μV =

=

Vc
[dm3/mm]
Vcbd

(1.11)[1]

0,065625
= 0,0065625 [dm3/mm]
10

- Biểu diễn thể tích công tác:
Vhbd =
=

Vh
[mm]
μV

(1.12)[1]

0,44081
= 85,0441 [mm]
0,00518331

- Biểu diễn áp suất cực đại:: pzbd = 160 - 220 [mm] Chọn pzbd = 180 [mm]
⇒

μp =

pz
[MN/(m2.mm)]
p zbd

μp =

5.5

= 0,028333 [MN/(m2.mm)]
180

(1.13)[1]

Bảng 1-1: Bảng giá trị đồ thị công
Vx

i

Đường nén

Đường giản nở

9


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500

in1

1/in1

pc.(1/in1)

in2

1/in2

pz.ρn2.(1/in2)

Vc

1.0

1

1

1.8

1

1

5.1

1.5Vc

1.5

1.707

0.585

10.539

1.673

0.597

3.047

2Vc

2

2.496

0.400

7.209

2.411

0.414

2.114

2.5Vc

2.5

3.351

0.298

5.370

3.201

0.312

1.592

3.0Vc

3.0

4.263

0.234

4.22

4.035

0.247

1.263

3.5Vc

3.5

5.226

0.191

3.444

4.908

0.203

1.038

4.0Vc

4.0

6.233

0.160

2.887

5.815

0.171

0.876

4.5Vc

4.5

7.281

0.137

2.471

6.754

0.148

0.755

5.0Vc

5.0

8.368

0.119

2.150

7.721

0.129

0.660

5.5Vc

5.5

9.490

0.105

1.896

8.714

0.114

0.585

6.0Vc

6.0

10.645

0.009

1.690

9.733

0.102

0.523

6.5Vc

6.5

11.831

0.082

1.521

10.774

0.0928

0.473

7.0Vc

7.0

13.047

0.076

1.379

11.837

0.0844

0.430

7.5Vc

7.5

14.291

0.069

1.259

12.921

0.077

0.394

8.0Vc

8.0

15.562

0.064

1.156

14.025

0.071

0.363

8.5Vc

8.5

16.859

0.059

1.067

15.148

0.066

0.336

9.0Vc

9.0

18.180

0.055

0.990

16.288

0.061

0.313

9.5Vc

9.5

19.525

0.051

0.921

17.446

0.057

0.292

10Vc

10.0

20.892

0.047

0.861

18.620

0.053

0.273

10.5Vc

10.5

22.282

0.0448

0.807

19.811

0.0504

0.257

10.6Vc

10.6

22.563

0.044

0.797

20.051

0.0498

0.254

1.1.5. Xác định các điểm đặc biệt
- Điểm a (Va ; pa):
Va = 0,696825 [dm3] ⇒ Vabd = 106.1828571 [mm]
pa = 0.08 [MN/m2] ⇒ pabd = 2.823529[mm]
⇒a (106.1828571 ; 2.823529)
- Điểm b (Vb; pb):
Vb = Va = 0,69685 [dm3] ⇒ Vbbd = 106.1828571 [mm]

10


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
pb = 0.2543 [MN/m2] ⇒ pbbd = 8.97705 [mm]
⇒b (106.1828571 ; 8.97705)
- Điểm phun sớm c’: xác định từ đồ thị Brick ứng với góc phun sớm ϕs;
- Điểm c(Vc ;Pc):
Vc = 0,065625 [dm3] ⇒ Vcbd = 10 [mm]
pc = 1.80506 [MN/m2] ⇒ pcbd = 63.703 [mm]
⇒c (1.80506; 63.703)
- Điểm bắt đầu quá trình nạp r(Vc;Pr):
Vc =0,065625 [dm3] ⇒ Vcbd = 10 [mm]
pr = 0.10815 [MN/m2] p rbd =

pr
= 3.817 [mm]
μp

⇒r (10; 3.817)
- Điểm mở sớm của xu páp nạp r’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α1
- Điểm đóng muộn của xupáp thải r’’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α4
- Điểm đóng muộn của xupáp nạp a’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α2
- Điểm mở sớm của xupáp thải b’: xác định từ đồ thị Brick ứng với α3
- Điểm y (Vc ; Pz):
Vc = 0,065625 [dm3] ⇒ Vcbd = 10[mm]
pz = 5.1 [MN/m2] ⇒ pzbd = 180 [mm]
⇒y (10 ; 180)
- Điểm áp suất cực đại lý thuyết z (ρVc, Pz):
ρVc = 0.065625 [dm3] ⇒ρVcbd = 180 [mm]
pz = 5.1 [MN/m2] ⇒ pzbd = 180 [mm]
⇒ z4 (10 ; 180)
- Điểm áp suất cực đại thực tế z”: z” trung điểm của yz
- Điểm c’’: cc”=1/3cy = 28,7182 [mm]
nên pbdc’’ =66,845 + 28,7182= 95,5636[mm]
⇒c’’ (10; 102.4722)
- Điểm b’’: bb’’=1/2ba = 5.9 [mm]

11

(1.14)[1]


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
Nên pbdb’’= 5.90002[mm]

⇒b’’ (106.182; 5.9002)
Bảng 1-2: Giá trị các điểm đặc biệt
điểm
a(Va,Pa)
b( Va,Pb)
c(Vc,Pc)
r(Vc,Pr)
y(vc.pz)
z(ρVc,Pz)
z''(ρ/2Vc,Pz)
c''
b''

giá trị thật
giá trị vẽ
V(dm^3)
P(MN/m^2)
V(mm)
P(mm)
0,696825
0,08
106,1828571
2,823529412
0,696825
0,254349991
106,1828571
8,977058519
0,065625
1,805068673
10

63,70830611
0,065625
0,10815
10
3,817058824
0,065625
5,1
10
180
0,065625
5,1
10
180
0,0328125
5,1
5
180
10
102,4722041
106,1828571
5,900293965

Bảng 1-3: Giá trị biểu diễn các điểm áp suất trên đường nén và đường giãn nở
giá trị vẽ đường
nén
V(mm)
10
15
20
25

30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
106

P(mm)
636,04240
3
372,430815
254,757205
189,760256
149,171554
121,707194
102,039161
87,3465089
76,0056126
67,0204469

59,7484192
53,7576702
48,747983
6
44,504630
7
40,8702493
37,7270708
34,9853286
32,5754865
30,4429034
28,5440895
28,1891725

giá trị vẽ đường giãn
nở
P(mm)
180,2120141
107,6831724
74,72667286
56,2859408
44,65187981
36,71278443
30,9861452
26,68110722
23,33951543
20,67869487
18,51533834
16,72567977
15,22331486

13,94620151
12,84870793
11,89656837
11,06358186
10,32939206
9,677958168
9,096479199
8,987632203

Po=3.5 mm
12


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
1.1.6 Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công
Để vẽ đồ thị công ta thực hiện theo các bước như sau:
+ Chọn tỉ lệ xích: Biểu diễn áp suất cực đại Pzbd = 160 220 mm
μp =

pz
[MN/(m2.mm)]
p zbd
μp =

5.1
= 0.028333 [MN/(m2.mm)]
180

Biểu diễn thể tích buồng cháy Vcbd = 10mm
μV =

Vc
[dm3/mm]
Vcbd

=

0,062625
= 0,0065625 [dm3/mm]
10

+ Vẽ hệ trục tọa độ trong đó: trục hoành biểu diễn thể tích xi lanh, trục tung
biểu diễn áp suất khí thể.
+ Từ các số liệu đã cho ta xác định được các tọa độ điểm trên hệ trục tọa độ.
Nối các tọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và
đường cong giãn nở.
+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng
song song với trục hoành đi qua hai điểm Pa và Pr. Ta có được đồ thị công lý
thuyết.
Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng
cách từ Va đến Vc.
-

Tỉ lệ xích đồ thị brick:

-

0.94611
Lấy=về phía
phải(mm/mm)

điểm O’ một khoảng :

-

Giá trị biểu diễn :

=

0.25*45.5/(2*0.94611)

13


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
-

-

Dùng đồ thị Brick để xác định các điểm:
•

Đánh lửa sớm (c’).

•

Mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải.

•

Mở sớm (r’) đóng muộn (a’) xupap hút.

Áp suất cực đại của chu trình thực tế thường nhỏ hơn áp suất cực đại trong

tính toán :
pz’ = 0,85.pz = 0,85.5,1 = 4.335 (MN/m2)
Vẽ đường đẳng áp pz’ = 4.335(MN/m2).
Từ đồ thị Brick xác định góc 100 gióng xuống cắt đoạn đẳng áp tại z’.
-

Áp suất cuối quá trình nén thực tế pc’’:

Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý
thuyết do sự đánh lửa sớm.
Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn
nở.
-

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế pb’’:

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quá trình
giãn nở lý thuyết do mở sớm xupap thải.
Nối các điểm b’, b’’ và tiếp dính với đường thải prx.
- Sau khi hiệu chỉnh ta nối các điểm lại thì được đồ thị công thực tế.

14


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
1.2. Động học cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ
1.2.1. Xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng phương pháp đồ thị Brick

B
α

0

α

90

M

R

S=2R

O
R. λ/2

180

α

X=f(α)

α

S=2R
(S=Xmax)

C

ÂCT

x

x

A

O'

D ÂCD

Hình 1-1: Phương pháp xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng đồ thị Brick
- Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R =

S 91
=
= 45.5 [mm]
2 2

(1.15)

- Chọn tỷ lệ xích µssao cho S/µs= Vh /µv
μs =

S.µ v 91 * 0.0065625
=
= 0.94611 [mm/mm]

Vh
0.6312

(1.16)

- Giá trị biểu diễn của R là :
R bd =

R
45.5
=
= 48.0914 [mm]
μ S 0.94611

(1.17)

- Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía điểm chết dưới một đoạn :
OO' =
=

R ⋅λ
[mm]
2

(1.18)[1]

45.5 ⋅ 0,25
= 5.6875 [mm]
2

Trong đó:
+ λ: thông số kết cấu, λ = 0,25
- Giá trị biểu diễn của OO’
(1.19)
11 (mm)
- Muốn xác định chuyển= vị của piston
ứng với góc quay trục khuỷu là α =10 o,

20o, 30o, ... ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má
15


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
khuỷu OB (hình 1.2). Hạ MC vuông góc với AD. Điểm A ứng với góc quay
α=00(vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi α=1800 (vị trí điểm chết
dưới).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 : MO' ≈ R +

R ⋅λ
.cosα
2

- Thay quan hệ trên vào công thức tính AC, sau khi chỉnh lý ta có :
2
λ
λ





AC = R (1 − cosα ) + 1 − cos α  = R (1 − cosα ) + (1 − cos2α )  = x


2
4





(1.20)[1]

- Vẽ hệ trục vuông góc OSα, trục Oα biểu diễn giá trị góc còn trục OS 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 song song với OS. Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm. Nối
các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo α.
1.2.2. Xây dựng đồ thị vận tốc
- Chọn tỷ lệ xích:
µv= ω.µs= 525.4267*0.946115 = 497.114[mm/(s.mm)]

(1.21)[1]

- Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1:
R1= R.ω = 45.5 . 525.4267 = 23906.9133 [mm/s]

(1.22)[1]

- Giá trị biểu diễn của R1 là :
R1bd= 48.0914[mm]

(1.23)

- Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2:
R2=6.01256[mm/s]

(1.24)[1]

- Giá trị biểu diễn của R2 là:
R2bd=11.0114 (mm)

(1.25)

- Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1, và vòng tròn bán kính R2 ra 18 phần
bằng nhau. Như vậy, ứng với góc α ở nửa vòng tròn bán kính R1 thì ở vòng tròn

16


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
bán kính R2 sẽ là 2α, 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R 1 mỗi điểm cách nhau
10  và trên vòng tròn bán kính R2 mỗi điểm cách nhau là 20  .

- Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, ..., 18 theo chiều ngược
kim đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’,1’,2’,..., 18’ theo chiều
kim đồng hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA.

- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R 1, ta dóng các đường thẳng
vuông góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R 2 ta
kẻ các đường thẳng song song với AB. Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứng
theo từng cặp 0-0’;1-1’;...;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, ..., 18. Nối các
điểm này lại bằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính R 1 biểu
diễn trị số vận tốc v bằng các đoạn 0, 1a , 2b, 3c , ..., 0 ứng với các góc 0, α1,α2,
α3...α18. Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạn
vận tốc của piston.
- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ OαS , trục thẳng đứng Ov
trùng với trục Oα. Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường thẳng song
song với trục Ov cắt trục Os tại các điểm 0, 1, 2, 3, .., 18. Từ các điểm này, ta đặt
các đoạn thẳng 00, 1a, 2b, 3c, ..., 1818 song song với trục Ovvà có khoảng cách
bằng khoảng cách các đoạn 0, 1a , 2b, 3c , ..., 0. Nối các điểm 0, a ,b c, ..., 18 lại với
nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của piston v=f(S)

17


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500

Hình 1- 2: Đồ thị Vận tốc V = f(S) của động cơ X74-0413
1.2.3. Xây dựng đồ thị gia tốc bằng phương pháp đồ thị Tôlê
- Theo phương pháp giải tích lấy đạo hàm của vận tốc theo thời gian ta có công
thức để tính gia tốc của piston:
2

j = R ⋅ ω ⋅ (cosα + λ ⋅ cos2α )

- Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thị Tôlê vì
phương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao.

- Các bước tiến hành xây dựng đồ thị như sau:
Ta có:

18


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
2

2
J max = R ⋅ ω ⋅ (1 + λ) [m/s ]

(1.26)[1]

=45,5*(1+0,25)*525,4266667^2*10^-3=15701.662 [m/s2]
2

2
J min = −R ⋅ ω ⋅ (1 − λ) [m/s ]

(1.27)[1]

-45,5*(1-0,25)*525,4266667^2*10^-3=-9420.99734 [m/s2]
- Chọn tỷ lệ xích:
μJ =

J max
= 261.1969934 [m/(s2.mm)]
j max bd

(1.28)[1]

- Vẽ hệ trục J - s.
- Lấy đoạn thẳng AB trên trục Os, với:
AB=91/0.94611 =96.1828 [mm]

(1.29)

- Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với:
AC=jmaxbd=15701.662/261.1969934=60.114[mm]

(1.30)

- Tại B, dựng đoạn thẳng BD thẳng góc với AB về phía dưới, với:
BD =

J min - 9420.99734
=
= -36.068 [mm]
μj
261.197

(1.31)

- Nối C với D cắt AB tại E, dựng EF thẳng góc với AB về phía dưới một đoạn:
2

- 3 ⋅ λ ⋅ R ⋅ω
[mm]
EF =

μj

(1.32)[1]

- 3 ⋅ 0,25 ⋅ 45,5.10 -3.525.4266 2
=
= -36.068 [mm]
261.197

- Nối đoạn CF và DF, ta phân chia các đoạn CF và DF thành 8 đoạn nhỏ bằng
nhau và ghi số thứ tự cùng chiều, chẳng hạn như trên đoạn CF: C, 1, 2, 3, 4, F; trên
đoạn FD: F, 1’, 2’, 3’,4’,D. Nối các điểm chia 11' ,22 ' ,33' ,... Đường bao của các
đoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(s).

19


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500

C

Jmax =Rω2(1+λ)

1

2

ÂCT

E

3

ÂCD

A

Jmin = Rω (1−λ)

B
2

4

F

1'

2'

3'

4'

D

Hình 1- 3: Đồ thị gia tốc J=f(S) của động cơ X74-0413
1.3. ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN
ĐỘNG CƠ
1.3.1. Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến

- Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển
động tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh
truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền.
m’ = mpt +m1 [kg]

(1.33)[1]

Trong đó:
+ mpt: Khối lượng nhóm piston. Theo đề ta có mpt = 1 [kg]
+ m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền. Được chọn
tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại. Vì động cơ đang thiết kế
có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m1 trong khoảng.
m1 = (0,275 ÷ 0,35).mtt

(1.34)

Trong đó:
+ mtt: Khối lượng nhóm thanh truyền. Theo đề ta có mtt = 1.2 [kg].
- Ta chọn:

20


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
m1 = 0,3. 1.2 = 0.36 [kg]

(1.35)

- Vậy khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là:
m’ = 1+0.36 = 1.36 [kg]

(1.36)

- Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -P j với đồ thị công thì -P j phải có
cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó ta vẽ
-Pj= f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh Piston.
m=

m'
m'
1.36
=
=
= 196.071
2
Fpis πD
[kg/m2]
π ⋅ 0.0094 2
4
4

(1.37)[1]

1.3.2. Xây dựng đồ thị lực quán tính –PJ – V
- Lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến:
− PJ = m ⋅ J [MN/m2]

(1.38)

- Từ công thức (1.37) ta xác định được:

− PJmax = m ⋅ J max [MN/m2]

(1.39)

=196.071*15701.622*10^-6=3.0786[MN/m2]

(1.40)

- PJmin = 196.071 ⋅ 10 −6 ⋅ (−9420.997) = −1.847184 [MN/m2]
- Đồ thị PJ này vẽ chung với đồ thị công P-V
- Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với
- Chọn tỷ lệ xích trùng với tỷ lệ xích đồ thị công
μ PJ = μ p = 0,002833 [MN/(m2.mm)]

- Trục hoành trùng với trục Po của đồ thị công.
AC =

− PJmax
= 108.6579 [mm]
μ Pj

(1.41)

BD =

− PJmin
= 65.194742 [mm]
μ Pj

(1.42)

− 3⋅ m ⋅ R ⋅ λ ⋅ω
EF =
μ pj

=

2

[mm]

(1.43)

− 3 ⋅ 196.071 ⋅ 10 −6 ⋅ 45,5 ⋅ 10 −3 ⋅ 0,25 ⋅ 525.4267 2
= −65.194 [mm]
0,028333

21


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500

Hình 1- 4: Đồ thị Công P-V và đồ thị lực quán tính –PJ – V
1.3.3. Vẽ đồ thị khai triển Pkt - α
- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OPα, trục hoành Oα nằm ngang với trục po.
- Trên trục Oα ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích µα = 2 [o/mm].
- Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển
như sau:
+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với
OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nạp, nén,

22


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500
cháy - giãn nở và thải. Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song
với trục hoành sang hệ trục toạ độ OPα.
+Từ các điểm chia trên trục Oα, kẻ các đường song song với trục OP, những
đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thị
Brick và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ. Nối các giao điểm này lại ta
có đường cong khai triển đồ thị Pkt - α với tỷ lệ xích :
µp = 0.028333 [MN/(m2.mm)]
µα = 2 [0/mm]
1.3.4. Vẽ đồ thị khai triển PJ - α
- Cách vẽ đồ thị khai triển này giống như cách vẽ đồ thị khai triển P kt - α. Tuy
nhiên, trên đồ thị p - V thì giá trị của lực quán tính là – P J nên khi chuyển sang đồ
thị
P - α ta phải đổi dấu.
1.3.5. Vẽ đồ thị P1 - α
- Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc α tương ứng, ta vẽ được đường biểu
diễn hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P1:
P1 = Pkt + PJ [MN/m2]

(1.4)

Bảng 1-4: Bảng giá trị Pkt - α; Pj - α; P1 - α

α
0
10

20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120

giá trị đo
Pkt
Pj
0,65
-0,7
-0,7
-0,7
-0,7
-0,7
-0,7
-0,7
-0,7
-0,7
-0,7
-0,7
-0,7

giá trị vẽ

P1=Pkt+Pj
-105
-101
-91
-74,62
-56,1
-35,7
-15,75
0,5
17,3
31
43
50,7
56

23

-104,35
-101,7
-91,7
-75,32
-56,8
-36,4
-16,45
-0,2
16,6
30,3
42,3
50
55,3

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500

130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380

390
400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540
550
560
570
580
590
600

-0,7
-0,7
-0,7
-0,7
-0,7
-0,7
-0,65

-0,6
-0,5
-0,25
0,3
0,5
0,7
1,1
1,45
2,11
3,42
4,63
7,5
13,48
21
33,38
58,07
99
149,5
124,6
66,5
44,32
23,23
18
16,6
13,17
11,45
10,21
8
7
6,5

6,31
6
5,5
4,65
2,4
1,5
1,32
0,3
0,3
0,3
0,3

59,5
61,1
61,9
62,5
63
63,5
63
62,5
61,9
61,1
59,5
56
50,7
43
31
17
0,5
-15,75

-35,7
-56,1
-74,62
-91
-101
-105
-101
-91
-74,62
-56,1
-35,7
-15,75
0,5
17,3
31
43
50,7
56
59,5
61,1
61,9
62,5
63
63,5
63
62,5
61,9
61,1
59,5
56

24

58,8
60,4
61,2
61,8
62,3
62,8
62,35
61,9
61,4
60,85
59,8
56,5
51,4
44,1
32,45
19,11
3,92
-11,12
-28,2
-42,62
-53,62
-57,62
-42,93
-6
48,5
33,6
-8,12

-11,78
-12,47
2,25
17,1
30,47
42,45
53,21
58,7
63
66
67,41
67,9
68
67,65
65,9
64,5
63,82
62,2
61,4
59,8
56,3


Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong MERCEDES GL500

610
620
630
640
650

660
670
680
690
700
710
720

0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3

50,7
43
31
17
0,5
-15,75
-35,7
-56,1
-74,62

-91
-101
-105

Hình 1-5: Đồ thị lực khai triển Pkt - α; Pj - α; P1 - α

25

51
43,3
31,3
17,3
0,8
-15,45
-35,4
-55,8
-74,32
-90,7
-100,7
-104,7