Thiết lập quy trình tính toán kéo xe tải

LƯƠNG DUYÊN THIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

THIẾT LẬP QUY TRÌNH TÍNH TOÁN KÉO XE TẢI

LƯƠNG DUYÊN THIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật Cơ khí động lực

KHÓA 2012A

Hà Nội – Năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LƯƠNG DUYÊN THIỆN

THIẾT LẬP QUY TRÌNH TÍNH TOÁN KÉO XE TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật Cơ khí động lực

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS VÕ VĂN HƯỜNG

Hà Nội – Năm 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tôi 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.
Tác giả luận văn

Lương Duyên Thiện


1

MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................. 1
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................................ 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................... 7
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 9
Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................... 10
1.1.Tổng quan hệ thống truyền lực ô tô ........................................................... 10
1.2. Các bài toán tính kéo ô tô ......................................................................... 14
1.2.1. Tính toán thiết kế ................................................................................ 15
1.2.2. Tính toán kiểm nghiệm ....................................................................... 16
1.3. Nội dung đề tài ....................................................................................... 17
Chương 2 TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ....................... 19
2.1. Cơ sở lý luận ............................................................................................. 19

2.1.1. Phương pháp Jazar .............................................................................. 20
2.1.2. Tính theo Le-đec-man ......................................................................... 23
2.1.3. Tính theo Le-đec-man hiệu chỉnh ....................................................... 23
2.2. Tính toán đặc tính động cơ xe tải.............................................................. 26
2.2.1. Tính toán và kiểm nghiệm .................................................................. 27
2.2.2. Tính toán thiết kế ................................................................................... 29
Chương 3 PHÂN CHIA TỶ SỐ TRUYỀN VÀ TÍNH TOÁN SỨC KÉO XE
TẢI ...................................................................................................................... 32
3.1. Cơ sở lý luận ............................................................................................. 32


2

3.1.1. Đặc tính kéo lý tưởng ......................................................................... 32
3.1.2. Phân chia tỷ số truyền theo Jante ........................................................ 37
3.2. Đặc điểm một số phương pháp phân chia tỷ số truyền ............................. 44
3.2.1. Cấp số nhân ......................................................................................... 44
3.2.2. Cấp số điều hòa ................................................................................... 45
3.3. Tính toán kéo hệ truyền lực ...................................................................... 50
3.4. Thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống truyền lực .......................................... 51
3.4.1. Kiểm nghiệm hệ thống truyền lực xe LIFAN LF3070 ....................... 51
3.4.2. Tính toán hệ truyền lực xe thiết kế ..................................................... 54
Chương 4 THIẾT KẾ CÁC HỆ TRUYỀN LỰC XE TẢI .................................. 60
4.1. Kết cấu hộp số chính ................................................................................. 62
4.2. Một số kết cấu hộp số xe tải đặc trưng ..................................................... 67
4.2.1. Hộp số cơ khí ..................................................................................... 67
4.2.2. Hộp số tự động AMT xe tải ................................................................ 83
4.2.3. Hộp số thủy cơ xe tải (TCCT) ............................................................ 88
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 95

3

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ hệ truyền lực ô tô ...................................................................... 10
Hình 1.2. Một số loại động cơ hiện nay .............................................................. 11
Hình 1.3. Các hộp số cơ khí có cấp (z) ............................................................... 11
Hình 1.4. Hộp số thủy cơ .................................................................................... 12
Hình 1.5. Hộp số vô cấp ...................................................................................... 13
Hình 1.6. Hệ truyền lực lai .................................................................................. 13
Hình 2.1. Đặc tính động cơ ................................................................................. 19
Hình 2.2. Đặc tính động cơ xe LIFAN LF3070 tính theo Jazar ......................... 27
Hình 2.3. Đặc tính động cơ xe LIFAN LF3070 tính theo Lây đec man ............. 28
Hình 2.4. Đặc tính động cơ xe thiết kế tính theo Jazar ....................................... 30
Hình 2.5. Đặc tính động cơ xe thiết kế tính theo Lây đec man .......................... 31
Hình 3.1. Đường đặc tính kéo lý tưởng và thực tế.............................................. 33
Hình 3.2. Đặc tính kéo thực tế (4 số) và đặt tính kéo lý tưởng........................... 33
Hình 3.3. Đặc tính động cơ và đặc tính kéo của xe ............................................ 38
Hình 3.4. Đặc tính động và các điểm là việc lý tưởng ........................................ 38
Hình 3.5. Sơ đồ xác định số tay số ...................................................................... 40
Hình 3.6. Đặc tính công suất ............................................................................... 46
Hình 3.7. Biểu đồ vận tốc và lực kéo .................................................................. 47
Hình 3.8. Đặc tính kéo ........................................................................................ 47
Hình 3.9. Quan hệ vận tốc-số vòng quay động cơ với tỷ số truyền.................... 48
Hình 3.10. Quan hệ công suất khi chọn tỷ số truyền lực cuối ............................ 49


4

Hình 3.11. Đặc tính mô men của ô tô ................................................................. 50
Hình 3.12. Đồ thị đặc tính kéo xe LIFAN LF3070 ............................................. 52
Hình 3.13. Đồ thị nhân tố động lực học xe LIFAN LF3070 .............................. 53
Hình 3.14. Đồ thị gia tốc xe LIFAN LF3070 ..................................................... 54
Hình 3.15. Đồ thị đặc tính lý tưởng xác định nk ................................................. 55
Hình 3.16. Đồ thị đặc tính kéo ............................................................................ 57
Hình 3.17. Đồ thị nhân tố động lực học .............................................................. 58
Hình 3.18. Đồ thị gia tốc xe ................................................................................ 59
Hình 4.1. Hệ truyền lực xe tải ............................................................................. 61
Hình 4.2. Hệ truyền lực xe tải nhiều trục ............................................................ 61
Hình 4.3. Sơ đồ cơ bản hộp số trục cố định ........................................................ 62
Hình 4.4. Hộp số có trục cố định và hộp số hành tinh ........................................ 63
Hình 4.5. Hộp số hành tinh và tỷ số truyền......................................................... 64
Hình 4.6. Hộp số Wilson(a) và Simpson (b) ....................................................... 64
Hình 4.7. Hộp số Thủy cơ ZF Revigneaux ......................................................... 65
Hình 4.8. Sơ đồ lực các số của HS Ravigneaux.................................................. 65
Hình 4.9. Phương án thiết kế số lùi ..................................................................... 67
Hình 4.10. Sơ đồ hộp số đơn 4 và 6 số ............................................................... 68
Hình 4.11. Hộp số 6(12) số ZF S 6-66 ................................................................ 68
Hình 4.12. Hộp số có số truyền tăng ................................................................... 69
Hình 4.13. Sơ đồ hộp số có số truyền tăng đặt sau ............................................. 69
Hình 4.14. Phương án bố trí hộp số kép ............................................................ 70


5

Hình 4.15. Phương án bố trí hộp số kép ............................................................. 70
Hình 4.16. Sơ đồ hộp số kép 9 số ZF 9S 109 ..................................................... 71
Hình 4.17. Kết cấu hộp số ZF 9S 109 ................................................................. 72
Hình 4.18. Sơ đồ hộp số 16 số ZF 16S221 ......................................................... 73

Hình 4.19. Kết cấu hộp số ZF16S221 ................................................................ 73
Hình 4.20. Cơ cấu điều khiển Hộp số ZF 16S221 ............................................ 74
Hình 4.21. Hộp số Eaton Twin Splitter TSO-1162 ............................................. 74
Hình 4.22. Sơ đồ chuyển số hộp số Eaton Twin Splitter .................................... 75
Hình 4.23. Sơ đồ chuyển số hộp số Eaton RTSO-17316A ................................. 76
Hình 4.24. Đặc tính của động cơ theo tốc độ ôtô................................................ 77
Hình 4.25. Hộp số phụ số truyền tăng................................................................. 80
Hình 4.26. Hộp số truyền tăng bánh răng hành tinh ........................................... 82
Hình 4.27. Cấu trúc chung hệ truyền lực hộp số tự động xe tải ......................... 83
Hình 4.28. Sơ đồ hộp số xe tải nhẹ ..................................................................... 84
Hình 4.29. Hộp số xe tải nhẹ 6 số 6AMT ZF eTronic 6AS 380 VO .................. 84
Hình 4.30. Sơ đồ chuyển số hộp số Mercedes-Benz 16 số ................................. 85
Hình 4.31. Hộp số 16 Mercedes-Benz PowerShift ............................................. 86
Hình 4.32. Sơ đồ chuyển số hộp số ZF AS-Tronic 16 AS 2230 TD .................. 86
Hình 4.33. Hộp số ZF AS-Tronic 16 AS 2230 TD ............................................. 87
Hình 4.34. Cơ cấu gài số HS ZF AS-Tronic 16 AS 2230 TD ........................... 87
Hình 4.35. Nguyên lý ly hợp thủy lực và Biến mô thủy thực ............................. 88
Hình 4.36. Nguyên lý biến mô thủy lực .............................................................. 89


6

Hình 4.37. Sơ đồ hộp số ZF 16S 221 ................................................................. 90
Hình 4.38. Hộp số “ZF-Transmatic” ................................................................... 90
Hình 4.39. Sơ đồ chuyển số hộp số 12 số “12 AS 2740 TO” ............................. 91


7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

a, b, c, a’, b’, c’: Các hệ số đặc tính động cơ
Fk,id

: Đặc tính kéo lý tưởng

Fke

: Đặc tính động cơ sinh ra

Η

: Hiệu suất

i0

: Tỷ số truyền lực chính

iv

: Tỷ số truyền biến mô

ip

: Tỷ số truyền hộp số phụ

ij

: Tỷ số truyền hộp số chính

m

: khối lượng ô tô

fr

: Hệ số cản lăn

αft

: Góc dốc

ρn

: Mật độ không khí

Cn

: Hệ số khí động

A

: Diện tích cản không khí

BM

: Biến mô

H

: Số cao

Me

: Mô men động cơ

Pe

: Công suất động cơ


8

ne

: Công suất động cơ

Ka

: Hệ số thích ứng của mô men

Ke

: Hệ số số vòng quay

nn

: Số vòng quay tại công suất max

λ

: Hệ số ảnh hưởng của các chi tiết quay đến khối lượng

γPe

: Hệ số sử dụng công suất

αchung

: Hệ số toàn miền

αi

: Tỷ số truyền trong

αhs

: Tỷ số truyền hộp số

z

: Số tay số

α1, α2, α3

: Các bước nhảy

Fk(v)

: Đặc tính kéo

D(v)

: Nhân tố động lực học

a(v)

: Đặc tính gia tốc

MT

: Mô men tua bin

MB

: Mô men bơm

ZF

: Tên hãng


9

LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống động lực ô tô là hệ thống tạo ra lực kéo và công suất cho các bánh
xe chủ động, bảo đảm lực kéo đủ lớn để khởi động, lên dốc, tăng tốc trong các
điều kiện vận hành khác nhau. Hệ thống truyền lực là hệ thống quan trọng; nó đa
dạng nên rất phức tạp. Đề tài “Thiết lập quy trình tính toán kéo xe tải” có mục
tiêu nghiên cứu lựa chọn phương pháp xác định tối ưu tỷ số truyền hệ truyền lực
và đề xuất tiến trình thiết kế (Algoritmus) nhằm giúp học viên, kỹ sư trẻ nắm

được quy trình thiết kế. Thiết kế hệ thống truyền lực có ba vấn đề cơ bản:
(1) Thiết kế động lực học và tính toán chọn động cơ, xây dựng tỷ số truyền hệ
truyền lực;
(2) Xác định tỷ số truyền hệ truyền lực;
(3) Tính toán sức kéo bằng Matlab.
Đề tài “Thiết lập quy trình tính toán kéo xe tải” được thực hiện tại Bộ môn Ô tô
của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Trong khi làm đồ án, được sự giúp đỡ
của PGS.TS Võ Văn Hường, tác giả đã có nhiều cố gắng để hoàn thành các
nhiệm vụ đề ra. Tuy vậy, do năng lực hạn chế và chưa có kinh nghiệm nên luận
văn có thể còn hạn chế. Tác giả mong được sự đóng góp của các thầy để bản
luận văn hoàn chỉnh hơn.
Tác giả

Lương Duyên Thiện


10

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Tổng quan hệ thống truyền lực ô tô
Hệ truyền lực xe tải có yêu cầu lớn về khoảng biến thiên lực kéo lớn và
khả năng tăng tốc lớn. Vì vậy hộp số xe tải phải có nhiều số; để hộp có tỷ số
truyền lớn mà hộp số không cồng kềnh và thuận tiện sang số, ta phải phân cấp
cho hệ thống truyền lực: Hộp số phụ đặt trước, Hộp số chính, Hộp số phụ sau,
Truyền lực cuối và Truyền lực cạnh. Như vậy ta đã tạo ra các miền số khác nhau
hay còn gọi là miền lực kéo hay miền vận tốc. Với cách đó, việc sang số thường
trực chỉ có 4 đến 6 số, các hộp số phụ chọn một lần trong một miền nhất định.

Hình 1.1. Sơ đồ hệ truyền lực ô tô

Trên hình là sơ đồ truyền lực trên ô tô. Hệ thống trên bao gồm các thành
phần cơ bản như sau:
Động cơ: là bộ phận tạo ra nguồn động lực cho ô tô


11

Hình 1.2. Một số loại động cơ hiện nay
Ly hợp ma sát hoặc biến mô thủy lực BM: bảo đảm điều kiện khởi động vì
động cơ không làm việc ở số vòng quay thấp. Nó còn là khớp mềm bảo đảm cho
hệ thống truyền lực an toàn. Đồng thời là cơ cấu gài số.
Hộp số chính (trục cố định hoặc trục quay hành tinh), là cơ quan sang số
thường xuyên trong miền số cao và miền số thấp, có nhiệm vụ thay đổi mô men
và số vòng quay của động cơ cho phù hợp yêu cầu sử dụng;

Hình 1.3. Các hộp số cơ khí có cấp (z)
Hình 1.4 là các hộp số thủy cơ, gồm biến mô thủy lực và hộp số cơ khí,
thường là hộp số hành tinh. Biến mô thủy lực một cấp có thể tăng mô men lên


12

2,1 lần; tạo ra đặc tính gần giống đặc tính của ô tô. Hộp số hành tinh là hộp số
có cấp, trục quay, bánh răng luôn ăn khớp, có chiều dài ngắn nên có độ cứng
vững cao, dễ bố trí, dễ điều khiển vào số thông qua các phanh giải và các ly hợp.
Sự kết hợp biến mô với hốp số hành tinh, gọi là hộp số thủy cơ, tạo ra hộp số tự
động với tỷ số truyền thay đổi.

Hình 1.4. Hộp số thủy cơ
Hình 1.5 là hộp số thủy cơ vô cấp, gồm một biến mô thủy lực đặt trước, sau

đó là hộp số hành tinh có cấp và một bộ truyền đai (hình 1.5 j). Hộp số này có ba
bộ phận, phần đầu (biến mô) và sau (truyền đai) tạo ra tỷ số vô cấp, còn phần
giữa (hành tinh) tạo các cấp để tăng tỷ số truyền cho cả hệ vì biến mô và truyền
đai có tỷ số truyền hạn chế. Hình (1.5 i) là sự kết hợp giữa một bộ truyền hành
tinh và bơm pít tông để tạo ra đặc tính gần lý tưởng cho xe. Loại này thường
thấy cho các xe chuyên dụng có bánh xe truyền lực độc lập. Hình (1.5 k) là một
bộ truyền bánh răng quay, tựa như truyền đai.


13

Hình 1.5. Hộp số vô cấp
Hình 1.6. là hộp số lai (Hybrid transmission system); hỗn hợp. Hộp số (l)
gồm một động cơ điện, sau đó là hộp số hành tinh đến một hộp số cơ khí thông
thường. Hình (1.6 m) sử dụng một máy phát, sau đó là bộ hành tinh và một động
cơ điện.

Hình 1.6. Hệ truyền lực lai
Hộp số phụ: Trong nhiều trường hợp miền lực kéo lớn, không thể thiết kế
nhiều tay số làm cho hộp số chính làm cho hộp số cồng kềnh, khó sang số và tổn
hao công suất, người ta thiết kế hộp số phụ sau và trước cho xe tải, thường là 2
số, có một số truyền thẳng nhằm tăng gấp đôi số tay số mà hộp số vẫn gọn gàng.


14

Hộp số phụ tạo ra hai miền vận tốc là miền vận tốc cao (H) và thấp (L). Hộp số
phụ thường sang số một lần trong một miền làm việc.
Các đăng: Nối các cụm trong hệ truyền lực với nhau;
Cầu xe: Truyền lực chính và vi sai, thay đổi hướng truyền mô men. Trong

các ô tô cơ điện tử, vi sai có điều khiển có nhiệm vụ phân phối mô men ra các
cầu,các bánh xe một cách hợp lý theo điều kiện chuyển động.
Hộp phân phối: chia mô men ra các cầu chủ động, vi sai giữa. Vi sai giữa
có nhiệm vụ phân phối mô men theo tỷ lệ nhất định giữa 2 cầu.
Các bán trục: Là phần trung gian truyền lực đến các bánh xe.
Tùy theo dạng ô tô, yêu cầu làm việc, và kết cấu mà ô tô có thể có hộp
phân phối, hộp số phụ. Việc lựa chọn các thành phần trên hệ thống truyền lực ô
tô là một việc rất quan trọng hiện nay.
1.2. Các bài toán tính kéo ô tô
Mục tiêu của việc tính toán sức kéo ô tô là thiết lập mối quan hệ định lượng
giữa các thông số chất lượng kéo, thông số vận tốc với các thông số kết cấu của
toàn xe và các cụm của nó. Hay nói cách khác tính toán sức kéo là xác định
những thông số cơ bản của động cơ, hệ thống truyền lực để đảm bảo cho xe có
vận tốc lớn nhất trên đường tốt và có khả năng chuyển động trên các loại đường
có hệ số cản lớn. Hiện nay có hai dạng tính toán kéo cơ bản:
- Tính toán thiết kế;
- Tính toán kiểm nghiệm.


15

1.2.1. Tính toán thiết kế
a.

Phạm vi ứng dụng: Dùng cho việc thiết kế một loại xe mới. Dạng

tính toán này thường dùng cho việc đưa ra các ý tưởng về kết cấu của một loại
xe theo một yêu cầu cụ thể cho trước. Ví dụ như xe tải nhỏ, di chuyển trong
phạm vi nhỏ, hay xe tải lớn có mooc kéo để vận chuyển hàng hóa lớn, hành trình
dài...

b.

Mục đích: Xác định các thông số cơ bản của xe nhằm đáp ứng chất

lượng vận tốc, chất lượng kéo theo yêu cầu.
c.

Thông số đầu vào: Các số liệu ban đầu cần thiết cho tính toán kéo

thiết kế nằm trong yêu cầu kỹ thuật của xe thiết kế.
- Trọng tải xe: là giá trị trọng tải xe mong muốn, bao gồm thông số
toàn tải, nửa tải, không tải. Hoặc có thể cả dạng hàng hóa mà xe thiết kế
cần vận chuyển.
- Vận tốc chuyển động lớn nhất: đây cũng là thông số quan trọng khi
thiết kế mới một loại xe. Đối với xe tải, vận tốc xe sẽ ảnh hưởng rất lớn
đến tính kinh tế của xe.
- Khả năng vượt chướng ngại vật: Đây là các thông số liên quan đến
việc xe có thể vượt được các dốc có góc lớn nhất, khoảng sáng gầm xe để
vượt qua các đoạn đường có mấp mô lớn....
d.

Nhiệm vụ
- Xác định số cầu xe và số cầu chủ động;
- Xác định công suất động cơ;


16

- Xác định khoảng động học và động lực học của xe;
- Xác định số tay số, tỷ số truyền từng tay số;

- Tính toán kiểm nghiệm với các thông số đã thiết kế.
1.2.2. Tính toán kiểm nghiệm
a.

Phạm vi ứng dụng: đối với một xe hiện có, các thông số kết cấu cơ

bản của xe đã biết.
b.

Mục đích: Xác định các thông số đánh giá chất lượng kéo, chất

lượng vận tốc và tìm ra khả năng hoạt động của xe.
c.

Thông số đầu vào:
- Trong lượng toàn bộ xe, trọng lượng không tải;
- Đặc tính ngoài của động cơ;
- Bán kính bánh xe;
- Tỷ số truyền các hệ thống truyền lực;
- Các thông số khí động;
- Điều kiện đường...

d.

Nhiệm vụ
- Xác định khoảng vận tốc làm việc;
- Xác định khả năng tăng tốc của xe;
- Xác định lực cản lớn nhất mà xe có thể khắc phục được;

17

- Xác định các thông số đánh giá chất lượng phanh.
e.

Kết quả
- Đặc tính kéo của ô tô;
- Đặc tính động lực học;
- Đặc tính tăng tốc.
Qua các đặc tính trên, đánh giá được chất lượng chuyển động của ô tô

kiểm nghiệm.
1.3.

Nội dung đề tài
Qua hai dạng tính toán cơ bản như trên và căn cứ vào mục tiêu của đề tài ta

có thể chia thành 3 phần cơ bản cho quy trình tính toán kéo xe tải như sau:
- Tính toán đặc tính động cơ đốt trong: Thực chất là việc tính toán hai
thông số cơ bản là đường đặc tính mô men và đặc tính công suất của động cơ.
Việc tính toán đặc tính động cơ đốt trong trước đây chủ yếu dựa vào các công
thức lý thuyết có các giả định đơn giản phép tính. Bài toán này chỉ có trong dạng
tính toán thiết kế xe mới. Còn đối với bài toán kiểm nghiệm do đã có đường đặc
tính ngoài động cơ nên không có phần này.
- Bài toán phân chia tỷ số truyền hệ truyền lực: Đối với dạng tính toán kiểm
nghiệm thì ta cũng đã có tỷ số truyền của từng bộ phận, từng tay số. Ta chỉ cần
áp dụng các công thức tính toán để đánh giá khả năng động lực học của xe đã
có. Còn đối với bài toán thiết kế thì ta cần phải lựa chọn phương pháp phân chia
tỷ số truyền, từ đó đưa ra tỷ số truyền phù hợp rồi tính toán kiểm nghiệm.

18

- Lựa chọn các cấu trúc truyền lực: Đây là bài toán dành riêng cho việc
thiết kế mới. Có nghĩa là khi đã có các thông số thiết kế cơ bản thì ta có thể lựa
chọn cấu trúc hệ truyền lực phù hợp với yêu cầu của loại xe thiết kế dựa vào các
hệ thống đã có trước đây.
Nội dung đề tài được trình bày gồm:
Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu;
Chương 2: Tính toán đặc tính động cơ đốt trong;
Chương 3: Phân chia tỷ số truyền và tính toán sức kéo xe tải;
Chương 4: Thiết kế các hệ truyền lực xe tải.


19

Chương 2
TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
2.1. Cơ sở lý luận
Trong chương này chúng ta tìm hiểu cơ sở lý luận và một số kết quả tính
toán đặc tính động cơ. Như đã trình bày trong chương 1 có hai dạng tính toán
động cơ đốt trong.
- Tính toán kiểm nghiệm: Trong trường hợp này chúng ta đã có đặc tính
động cơ đốt trong M e (ne ) dạng như hình 2.1. Đường đặc tính này có thể được
xây dựng bằng thực nghiệm hoặc từ nhà sản xuất động cơ.

Hình 2.1. Đặc tính động cơ
- Tính toán thiết kế: Trong trường hợp này chúng ta không có đặc
tính M e (ne ) . Do vậy, từ các điều kiện của thực tế đặt ra như vận tốc cực đại, góc
dốc cực đại theo yêu cầu và tham khảo các thông số của các động cơ tương tự

các thông số như số vòng quay tối thiểu và cực đại, mô men cực đại và số vòng
quay tương ứng của động cơ đốt trong. Các thông số này có khả năng tham khảo
từ các tài liệu của hãng.


20

Trong trường hợp chưa có đặc tính động cơ đốt trong đầy đủ, dựa vào một
số thông số cơ bản ta có thể xây dựng đường đặc tính động cơ cho bài toán thiết
kế. Tất cả các phương pháp đều xuất phát từ nhận định theo kinh nghiệm là
đường đặc tính động cơ đốt trong có dạng là đường bậc 3. Sử dụng phương pháp
bình phương tối thiểu hoặc Spline, với một số điểm hữu hạn lấy từ thực nghiệm
ta có thể xây dựng đường đặc tính khá phù hợp cho các tính toán ban đầu. Sau
đây là các phương pháp xây dựng đặc tính động cơ cho bài toán thiết kế.
2.1.1. Phương pháp Jazar
Trong trường hợp này ta cần biết số vòng quay cực tiểu và cực đại, công
suất cực đại Pmax ứng với số vòng quay tại đó nPmax . Ta biểu diễn đường công
suất theo số vòng quay:
Pe  M e (2 ne );

e  2 ne ;

Pe :

Công suất động cơ (W)

ne :

Số vòng quay động cơ (1/s)

 M e  Pe / e ;

M e : Mô men động cơ (Nm)

e : Vận tốc góc ( e

 2 ne )

Jazar đưa ra công thức (2.1), công suất phụ thuốc vận tốc góc, là hàm bậc 3
với các hệ số P1, P2, P3

Pe  P1e  P2e2  P3e3

(2.1)

Với động cơ xăng, hệ số P1, P2, P3 được tính như sau:
P1 

Pe max
2 nmax

(2.2)


21

P2 

Pe max
(2 nmax ) 2

(2.3)

P3 

Pe max
(2 nmax )3

(2.4)

Với động cơ Diesel phun gián tiếp, P1 , P2 , P3 ta có thể tính theo:

P1 

0,6 Pe max
2 nmax

(2.5)

P2 

1,4 Pe max
(2 nmax ) 2

(2.6)

P3 

Pe max
(2 nmax )3

(2.7)

Với động cơ Diesel phun trực tiếp, P1 , P2 , P3 được tính theo công thức 2.82.10:

P1 

0,87 Pe max
(2 nmax )

(2.8)

P2 

1,13Pe max
(2 nmax ) 2

(2.9)

P3 

Pe max
(2 nmax )3

(2.10)

Để tổng quát, ta viết lại các công thức tính công suất:
(i)

P ( ne ) 

Động cơ xăng

Pe max
Pe max
Pe max
(2 n e ) 
(2 n e ) 2 
(2 n e ) 3
2
3
2 nmax
(2 nmax )
(2 nmax )

(2.11)


22

Động cơ Diesel phun gián tiếp

(ii)

P ( ne ) 
(iii)

0,6 Pe max
1,4 Pe max
Pe max

2
(2 n e ) 
(2

n
)

(2 n e ) 3
e
2
3
2 nmax
(2 nmax )
(2 nmax )

(2.12)

Động cơ Diesel phun trực tiếp

P ( ne ) 

0,87 Pe max
1,13Pe max
Pe max
(2 n e ) 
(2 n e ) 2 
(2 n e ) 3 (2.13)
2
3
2 nmax

(2 nmax )
(2 nmax )

Trong các công thức (2.11 - 2.13), ta có thể tham khảo số vòng quay lớn
nhất và công suất cực đại được xác định từ điều khiện chuyển động là vận tốc
cực đại yêu cầu.
Từ đặc tính công suất ta suy ra đặc tính mô men theo quan hệ:

Pe  M ee
M e  P1  P2e  P3e2
Từ đó ta viết lại công thức tính đặc tính mô men cho các loại động cơ:
(a)

Động cơ xăng

M e ( ne ) 
(b)

(2.14)

Động cơ Diesel phun gián tiếp

M e ( ne ) 
(c)

Pe max
Pe max
Pe max

(2 n e ) 

(2 n e ) 2
2
3
2 nmax (2 nmax )
(2 nmax )

0,6 Pe max 1,4 Pe max
Pe max

(2

n
)

(2 n e ) 2
e
2
3
2 nmax (2 nmax )
(2 nmax )

(2.15)

Động cơ Diesel phun trực tiếp

M e ( ne ) 

0,87 Pe max 1,13Pe max
Pe max


(2

n
)

(2 n e ) 2
e
2
3
2 nmax
(2 nmax )
(2 nmax )

(2.16)