ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TÀU THỦY

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời kì kinh tế hội nhập hiện nay, nền kinh tế Việt Nam đang phát
triển mạnh mẽ, cùng với nền khoa học, kỹ thuật ngày càng tiến bộ. Trong
đó, ngành Cơ khí động lực đóng vai trò lớn trong định hướng phát triển
của đất nước. Chúng ta đã liên doanh với nhiều hãng xe nổi tiếng trên thế
giới cùng sản xuất và lắp rắp ô tô với mục tiêu nội địa hóa cao sản phẩm
ô tô Việt Nam. Chính vì vậy việc học tập, nghiên cứu để nâng cao trình độ
chuyên môn là yêu cầu cần thiết nhằm đáp ứng yêu cầu kĩ thuật của các
hãng xe thì ngành ô tô trong nước mới đi đúng hướng và phát triển được.
Sau khi học xong các học phần về động cơ: nguyên lý động cơ, kết cấu và
tính toán động cơ đốt trong, anh văn chuyên ngành; và các học phần cơ sở:
thủy khí và máy thủy khí, sức bền vật liệu, vật liệu kĩ thuật, ... thì sinh
viên được giao nhiệm vụ thực hiện đồ án môn học tính toán thiết kế
động cơ đốt trong. Đây là một phần quan trong trong quá trình học tập
khi yêu cầu tổng hợp kiến thức, tìm hiểu kết cấu, nghiên cứu thêm tài
liệu, …để thiết kế một hệ thống, cơ cấu của động cơ đốt trong. Trong đồ
án này, em được giao nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống nhiên liệu
động cơ diesel, là hệ thống quan trọng của động cơ đốt trong, nó dùng để
cung cấp nhiên liệu cho động cơ trong quá trình hoạt đ ộng.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng sử dụng những kiến thức
đã học cũng như tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu với mong muốn hoàn
thành đồ án tốt nhất. Tuy nhiên, trong quá trình thực hi ện không th ể
không tránh khỏi những thiếu sót bởi bản thân còn ít kinh nghiệm.
Cuối cùng, em xin cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô đã tận tình truy ền đạt
những kiến thức quý báu. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy
Huỳnh Tất Tiến đã quan tâm, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình trong quá trình
hoàn thành đồ án. Em rất mong muốn nhận được sự xem xét, chỉ dẫn của
các thầy cô để tập đồ án này được hoàn chỉnh, và kiến thức của em được
củng cố, hoàn thiện hơn.
Đà Nẵng, ngày 02/03/2018

1


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
Sinh viên thực hiện
Đào Trung Kiên

2


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218

MỤC LỤC:

3


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG LỰC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỘNG
CƠ DDV6-0218.
1. Tính toán xây dựng bản vẽ đồ thị:
1.1.

Các thông số động cơ:

Số xilanh
Số kỳ
Cách bố trí
Tỷ số nén
Thứ tự làm việc

Đường kính piston
Hành trình piston
Công suất cực đại/ số vòng
quay
Tham số kết cấu
Áp suất cực đại
Khối lượng nhóm piston
Khối lượng nhóm thanh
truyền
Góc phun sớm
Góc phân phối khí
Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống bôi trơn
Hệ thống làm mát
Hệ thống nạp
Hệ thống phân phối khí
1.2.

i
τ
In-line
ε
1-5-3-6-2-4
D
S
Ne
n
λ
pz
mpt

6
4

111,0
138,5
165,0
2330
0,26
10,7
5,0

mm
mm
kW
v/ph

mtt

6,0

kg

18,3

MN/m2
kg

φs
4

độ
α1
12
độ
α2
53
độ
α3
42
độ
α4
7
độ
Bocsh VE - type pump
Cưỡng bức cascte ướt
Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng
Turbo Charger Intercooler
12 valve, OHV

Các thông số tính:

Các thông số cần tính toán:
+ Xác định tốc độ trung bình của động cơ: [m/s]
Trong đó:
S [m]: hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh.
n [vòng/ phút]: tốc độ quay của động cơ.
Khi đó: [m/s]
4

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
Cm= 10,757 m/s > 9 m/s: động cơ tốc độ cao hay động cơ cao tốc
+ n1 = 1,32 ÷ 1,39; n2 = 1,25 ÷ 1,29.
Chọn trước: n1 = 1,34; n2 =1,25.
+ Áp suất khí cuối kì nạp:
Động cơ bốn kì tăng áp: pa = (0,9 ÷ 0,96) ×pk.
Áp suất đường nạp lớn hơn áp suất đường thải: pk > pth > p0.
Đối với động cơ tăng áp tuabin khí: pk = 0,14 ÷ 0,4.
Chọn pk = 0,2 [MN/m2].
Khi đó: pa = 0,9 × 0,2= 0,18 [MN/m2]
+ Áp suất cuối kì nén: pc = pa = 0,18 × 18,31,34 = 8,85 [MN/m2]
+ Chọn tỷ số dãn nở sớm: động cơ diesel ρ = 1,2 ÷ 1,5.
Chọn ρ = 1,24.
+ Áp suất cuối quá trình giãn nở:
pb = = [MN/m2]
+ Thể tích công tác:
Vh= [dm3]
+ Thể tích buồng cháy:
Vc= [dm3]
+ Vận tốc tục khuỷu: [rad/s]
+ Áp suất khí sót: động cơ cao tốc: pr = (1,05 ÷ 1,10) ×pth.
Hầu hết các động cơ thực tế đều phải qua bình tiêu âm, khi đó:
pth = (1,02 ÷ 1,04) ×p0.
Đối với động cơ tăng áp: pth là áp suất trước tuabin:
pth = (0,9 ÷ 1,0)×pk =0,96×0,2 =0,192 [MN/m2].(theo giáo trình tăng áp
động cơ)
Khi đó: pr= 1,07× 0,192 = 0,205 [MN/m2]
1.3.

Đồ thị công :

1.3.1. Các thông số xây dựng đồ thị :
Các thông số cho trước :
+ Áp suất cực đại : pz = 10,7 [Mn/m2] :
+ Góc phun sớm ϕs = 40 .
+ Góc phân phối khí (độ):
α1 = 120

α2 = 530
5


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
α3 = 420

α4 = 70

Các thông số chọn:
Áp suất khí nạp: pk = 0,2 [MN/m2]
Xây dựng đường nén:
Gọi Pnx, Vnx là áp suất, thể tích biến thiên theo quá trình nén của
động cơ. Vì quá tình nén của động cơ là quá trình nén đa bi ến nên:

Đặt: . Khi đó:
Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành ε khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, …ε.
Xây dựng đường giãn nở:
Gọi Pgnx , Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn n ở của
động cơ.Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:

PZ

Ta có : VZ = ρ×VC
i=

Đặt

⇒ Pgnx =

Vgnx
VC

, ta có :

 V gnx 


V
 Z 

n2

=

PZ
 Vgnx

 ρ .VC






n2

PZ .ρ n2
Pgnx = n21
i

Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành ε khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, …ε.
Biểu diễn các thông số:
+ Biểu diễn thể tích buồng cháy: Vcbd = 10 mm
[dm3/mm]
Giá trị biểu diễn của Vhbd = [mm]
+ Biểu diễn áp suất cực đại: pzbd = 170mm
[MN/m2.mm]
+ Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị
biểu diễn của Vh , nghĩa là giá trị biểu diễn của AB = Vhbd [mm]
6


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
[mm/mm]
,
OObd
=

+ Giá trị biểu diễn của OO’:

OO ,
µS

[mm]

Bảng 1.1: Bảng giá trị đồ thị công động cơ diesel:
Vx

i

0,077
0,096
0,155
0,232
0,310
0,387
0,465
0,542
0,620
0,697
0,775
0,852
0,930
1,007
1,085
1,162
1,240
1,317
1,394
1,418

1

1,24
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
18,3

Đường nén
1
1,334
2,532
4,359
6,409
8,642
11,034
13,565
16,223

18,997
21,878
24,858
27,932
31,095
34,341
37,667
41,070
44,545
48,091
49,168

1
0,750
0,395
0,229
0,156
0,116
0,091
0,074
0,062
0,053
0,046
0,040
0,036
0,032
0,029
0,027
0,024
0,022

0,021
0,020

Đường dãn nở
8,850
6,634
3,496
2,031
1,381
1,024
0,802
0,652
0,546
0,466
0,405
0,356
0,317
0,285
0,258
0,235
0,215
0,199
0,184
0,180

1
1,55
2,5
3,75
5

6,25
7,5
8,75
10
11,25
12,5
13,75
15
16,25
17,5
18,75
20
21,25
22,5
22,875

1
0,645
0,400
0,267
0,200
0,160
0,133
0,114
0,100
0,089
0,080
0,073
0,067
0,062

0,057
0,053
0,050
0,047
0,044
0,044

14,001
9,033
5,600
3,734
2,800
2,240
1,867
1,600
1,400
1,245
1,120
1,018
0,933
0,862
0,800
0,747
0,700
0,659
0,622
0,612

CÁCH VẼ ĐỒ THỊ:
a. Cách vẽ đồ thị công của động cơ diesel:

Đồ thị công động cơ diesel 4 kỳ tăng áp
+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở.
+ Vẽ vòng tròn của đồ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:
- Điểm a (Va ; pa)
Va = Vc + Vh = 0,077 + 1,340 = 1,418 [dm3]
=> Vabd = [mm]
pa = 0,18 [MN/m2] => pabd = [mm]
abd (184 ; 2,86)
7


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
- Điểm b (Vb ; pb)
Vb = Va = 1,418 [dm3]

=> Vbbd = [mm]

pb = 0,37 [MN/m2] => pbbd = [mm]
bbd (184; 5,72)
- Điểm phun sớm: c’ xác định từ đồ thị Brick ứng với ϕs;

Hình 1.1: Các điểm đặc biệt cần xác định trên đồ thị công động cơ diesel.
- Điểm c( Vc ; Pc)
Vc = 0,077 [dm3] => Vcbd = 10 [mm]
pc = 8,85 [MN/m2] => pcbd = [mm]
=> cbd (10; 140,612)
- Điểm bắt đầu quá trình nạp: r( Vc; Pr) = (0,077; 0,205) => rbd (10; 3,264)
- Điểm mở sớm của xupáp 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 đò thị Brick ứng với α3
- Điểm y (Vc ; 0,85.Pz) = (0,077; 9,095)
=> ybd (10; 144,5)
- Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (ρVc ; Pz) = (0,095; 10,7)
- Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’(ρ/2.Vc ; Pz) = (0,048 ; 10,7)
- Điểm c’’: cc”=1/3cy
- Điểm b’’: bb’’=1/2ba
Bảng 1.2: Các điểm đặc biệt:
8


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
Điểm

Giá trị thật
V[dm ]
P[MN/m2]
1,418
0,18

Giá trị vẽ [mm]
V
P
184
2,862

0,077
0,096
1,418
0,077

0,077
0,077
1,418
0,048

10
12.468
184
10
10
10
184
6,234

3

a (Va, pa)
c (Vc, pc)
z (Vz, pz)
b (Vb, pb)
r (Vr, pr)
y(Vc, pz)
c’’
b’’
z''(ρ/2Vc;pz

8,85
10,7
0,37
0,205

10,7
9,467
0,275
10,7

140,612
170
5,882
3,264
170
150,509
4,372
170

)
Bảng 1.3: Các giá trị biểu diễn trên đường nén và đường dãn nở
Giá trị vẽ
Vx
pn
pgn
10
140,612
222,447
12.4
105,399
170,000
20
55,545
93,527
30

32,261
56,341
40
21,941
39,323
50
16,271
29,752
60
12,744
23,688
70
10,366
19,537
80
8,667
16,533
90
7,402
14,270
100
6,427
12,509
110
5,657
11,104
120
5,034
9,960
130

4,522
9,011
140
4,095
8,214
150
3,733
7,535
160
3,424
6,951
170
3,157
6,444
180
2,924
6
183
2,860
5,877
+ Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường

p0
1,559
1,559
1,559
1,559
1,559
1,559
1,559

1,559
1,559
1,559
1,559
1,559
1,559
1,559
1,559
1,559
1,559
1,559
1,559
1,559
th ải và đ ường nạp,

tiến hành hiệu chỉnh bo tròn ở hai điểm z’’ và b’’.
1.4.

Đồ thị Brick

1.4.1. Phương pháp
9


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218

Hình 1.2.Phương pháp vẽ đồ thị Brick
+ Vẽ vòng tròn tâm O, bán kính R .Do đó AD = 2R = S =138,5 [mm]
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).

Chọn tỷ lệ xích đồ thị Brick:
+ Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía ĐCD như Hình 1.2 , với :
OO’ = [mm]
Giá trị biểu diễn : [mm]
+ Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khu ỷu OB , h ạ M’C
thẳng góc với AD . Theo Brick đoạn AC = x . Điều đó được chứng minh như
sau:

+ Ta có : AC=AO - OC= AO - (CO’ - OO’) = R- MO’cosα +

+ Coi : MO’ ≈ R +

Rλ
2

Rλ
2

cosα

⇒ AC = x
1.4.2. Đồ thị chuyển vị
+ Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khu ỷu là α
=100, 200, 300, ... ta làm như sau : từ O’ kẻ đoạn O’M song song v ới đ ường
10


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
tâm má khuỷu OB. 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.
+ 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 Brick ta
kẻ các đường thẳng song song với trục O α. 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 bi ểu
diễn độ dịch chuyển x của piston theo α.
Bảng 1.3: Bảng giá trị đồ thị chuyển vị S = f(α)
α(độ
)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

λ

cosα

cos2α

0,26

0,26
0,26
0,26
0,26
0,26
0,26
0,26
0,26
0,26
0,26

1
0,9848
0,9397
0,8660
0,7660
0,6428
0,5
0,3420
0,1736
∞
-0,1736

1
0,9397
0,7660
0,5
0,1736
-0,1736
-0,5

-0,7660
-0,9397
-1
-0,9397

110

0,26

-0,3420

-0,766

120

0,26

-0,5

-0,5

130
140
150

0,26
0,26
0,26

-0,6428

-0,7660
-0,8660

x=R×[(1-cosα)+λ/4×(1-

xbd

cos2α)] [mm]
0
1,324
5,229
11,528
19,921
30,020
41,377
53,515
65,956
78,253

[mm]
0
1,653
6,532
14,400
24,883
37,498
51,684
66,845
82,385
97,745

112,42

90,006

6
126,01

100,884

4
138,18

110,627

4
148,70

119,046

0
157,40

126,018
131,473

9
164,22

-0,1736
0,1736

0,5

11


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218

160

0,26

170

0,26

180

0,26

-0,9397
-0,9848
-1

2
169,09

0,766
135,377

9

172,02

137,719

5
173,00

138,500

0

0,9397
1

1.5. Xây dựng đồ thị vận tốc
1.5.1. Phương pháp`
+ Chọn tỷ lệ xích µV = µS×ω = 0,796× 244 = 194,224 [mm/s.mm].
+ Vẽ nửa đường tròn tâm O có bán kính R1:
R1= R×ω = 69,25×244 = 16896,794[mm]
+ Giá trị biểu diễn của R1 là :
[mm]
+ Vẽ đường tròn tâm O bán kính đồng tâm với nửa đường tròn có bán kính
R1[mm]

[mm]
+ Chia đều nửa đường tròn bán kính R1, và đường tròn bán kính R2
ra 18 phần bằng nhau. Như vậy, ứng với góc α ở nửa đường tròn bán kính
R1 thì ở đường tròn bán kính R2 sẽ là 2α, 18 điểm trên nửa đường tròn bán
kính R1 mỗi điểm cách nhau 100 và trên đường tròn bán kính R2 mỗi điểm
cách nhau là 200 .

+ Trên nửa đường tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, ..., 18 theo
chiều ngược kim đồng hồ, còn trên đường tròn bán kính R 2 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 đi ểm chia trên vòng
tròn bán kính R2 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 đi ểm
12


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
lần lượt là 0, a, b, c, ... Nối các đi ểm này l ại bằng m ột đường cong và cùng
với nửa vòng tròn bán kính R1 biểu diễn trị số vận tốc v bằng các đoạn
A0, 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 O αS , trục thẳng
đứng Ov song song với trục O α. 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 th ẳng A0, 1a, 2b, 3c, ... song song
với trục Ov và có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn A0, 1a, 2b, 3c , ...,
0. Nối các điểm A, a ,b c, ... lại với nhau ta có đường cong bi ểu di ễn vận t ốc
của piston v=f(S).
1.5.2. Đồ thị vận tốc V(S):
v=f(α)

Hình 1.5. Đồ thị vận tốc V = f(α)
+ Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ OαS, trục thẳng đứng
Ov trùng với trục Oα. Từ các đi ểm chia trên đ ồ th ị Brick, ta k ẻ các đ ường
thẳng song song với trục O v và cắt trục OS tại các điểm 0,1,2,3,..,18, từ các
điểm này ta đặt các đoạn thẳng A0, 1a, 2b, 3c, ... , song song v ới tr ục O v có

13


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn tương ứng nằm gi ữa đường
cong với nữa đường tròn bán kính R 1 mà nó biểu diễn tốc độ ở các góc α
tương ứng. Nối các điểm A ,a ,b,... lại với nhau ta có đường cong bi ểu di ễn
vận tốc piston v=f(S).
1.6. Đồ thị gia tốc:
1.6.1. Phương pháp
+ Giải gia tốc của Piston bằng phương pháp đồ thị thường dùng phương
pháp TôLê. Cách tiến hành cụ thể như sau:
Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R = 183,5 [mm] .
Từ A dựng đoạn thẳng : AC = Jmax = R×ω2×(1+λ).
Từ B dựng đoạn thẳng: BD = Jmin = - R×ω2×(1-λ).
Nối CD cắt AB tại E.
Lấy EF = -3λRω2. Nối CF và DF . Phân đoạn CF và DF thành những đo ạn
nhỏ bằng nhau ghi các số 1 , 2 , 3 , 4 và 1’ , 2’ , 3’ , 4’ như trên hình 1.6.
Nối 11’ , 22’ , 33’ , 44’. Đường bao của các đoạn thẳng này bi ểu th ị quan h ệ
của hàm số : j = f(x).
1.6.2. Đồ thị gia tốc j = f(x)
+ Ta có :
Jmax = R×ω2×(1+λ) = 69,25×10-3×2442×(1+0,26) = 5194,687 [m/s2]
Jmin = -R×ω2×(1-λ) = - 69,25×10-3×2442×(1 – 0,26) = - 3050,848
[m/s2]
EF = -3×λ×R×ω2 =-69,25×10-3×3×0,26×2442 = - 3215,759
+ Chọn giá trị biểu diễn của Jmax là Jmaxbd= 100 [mm]
⇒ [m/s2.mm]
+ Do đó :Giá trị biểu diễn [mm]
+ Vẽ hệ trục J - S.

+ Lấy đoạn thẳng AB trên trục OS, với:
[mm]
+ Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với:
14


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
AC = Jmaxbd = 100 [mm]
+ Tại B, dựng đoạn thẳng BD thẳng góc với AB về phía dưới, với:
BD = Jminbd = - 58,730 [mm]
+ Nối C với D cắt AB tại E, dựng EF thẳng góc với AB v ề phía d ưới m ột
đoạn:
Giá trị biểu diễn EFbd = [mm]
+ Nối đoạn CF và DF, ta phân chia các đoạn CF và DF thành 8 đo ạn nh ỏ
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 đi ểm chia 11 ,22 ,33 ,... Đường
bao của các đoạn này là đường cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(x).
Dùng phương pháp TôLê ta có đồ thị như hình 1.6:
C

J max

1
F1

J =f(s)
2
S
E

B
ÂCD
F2

4

F

1'

2'

3'

J min

3
-3λRω2

A
ÂCT

4' D

Hình 1.6. Đồ thị gia tốc j = f(x)
1.7. Vẽ đồ thị lực quán tính
1.7.1. Phương pháp
+ Ta có lực quán tính : Pj = -m × j ⇒ -Pj = m × j . Do đó thay vì vẽ P j ta vẽ -Pj
lấy trục hoành đi qua po của đồ thị công vì đồ thị -P j là đồ thị j = f(x) có tỷ
lệ xích khác mà thôi. Vì vậy ta có thể áp dụng phương pháp TôLê đ ể vẽ đ ồ
thị -Pj = f(x).

15


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
+ Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -P j với đồ thị công thì -Pj phải
có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá tr ị th ực c ủa
nó ta vẽ -Pj = f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh piston . Tức là tha y:
[kg/m2]
m’ = m1 + mpt [kg]
Đối với động cơ ô tô máy kéo:
m1 = (0,275÷0,350)×mtt
m2 = (0,650÷0,725)×mtt
+ Trong đó:
m’: khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến
mpt = 5,0 [kg]: khối lượng nhóm Piston
mtt = 6,0 [kg]: khối lượng nhóm thanh truyền
chọn khối lượng nhóm thanh truyền qui về đầu nhỏ:
m1 = 0,3 × mtt = 0,3×6 = 1,8 [kg]
chọn khối lượng nhóm thanh truyền qui về đầu to:
m2 = 0,7 × mtt = 0,7× 6 = 4,2 [kg]
khi đó: m’ = 1,8+5,0 = 6,8 [kg]
[kg/m2]

+ Để có thể cộng đồ thị lấy trục P0 làm trục hoành cho đồ thị -Pj
1.8.2. Đồ thị lực quán tính:
- Pjmax = m×Jmax = 702,705 × 5194,687 = 3,650 [MN/m2]
- Pjmin = m×Jmin = ×(- 3050,848) = -2,144 [MN/m2]
EF = -3×m×λ×R×ω2
= - ×0,26×69,25×10-9×2442 = -2,2597 [MN/m2]
+ Tỷ lệ xích của -Pj : µpj = µp = 0,0629 [MN/m2.mm]
+ Giá trị biểu diễn của : -Pjmax = [mm]
-Pjmin = [mm]
EF =

[mm]

16


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218

o
P [MN/m2 ]

α1≡α4

5,8

y

4,35

c''

o'

θs

α2≡α3

z''z

c

2,9

p =f(V)
c'

1,45

-Pj =f (x)
b'
r

P0
0

b

r'

r''

1Vc 2Vc

4Vc

6Vc

8Vc

10Vc

12Vc

a'
14Vc

b''
a
16Vc

V[dm3]

Hình 1.7. Đồ thị lực quán tính
1.8. Đồ thị khai triển: Pkt , Pj , P1 -α
1.8.1. Vẽ Pkt - α
+ Đồ thị Pkt-α được vẽ bằng cách khai triển p theo α từ đồ thị công trong 1
chu trình của động cơ (động cơ 4 kỳ: α= 0, 10, 20, ..., 7200).
+ Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OPα, trục hoành Oα nằm ngang với trục p0.
Để được đồ thị Pkt - α ta đặt trục hoành của đồ thị mới ngang với trục
chứa giá trị p0 ở đồ thị công . Làm như vậy bởi vì áp suất khí thể : p kt = p p0 .
+ Trên trục Oα ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích µα = 2 [0/mm].

17


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
+ Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta ti ến hành khai
triển như sau:
Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song v ới
OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường bi ểu di ễn các quá trình
nạp, nén, cháy - giãn nở và thải. Qua các giao đi ểm này ta k ẻ các đ ường
ngang song song với trục hoành sang hệ trục toạ độ OPα.
Từ các điểm chia trên trục Oα, kẻ các đường song song v ới tr ục OP, nh ững
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. N ối các
giao điểm này lại ta có đường cong khai tri ển đồ th ị P kt - α với tỷ lệ xích :
µp = 0,0629 [MN/(m2.mm)]; µα = 2 [0/mm]
o
P

P
α

α

o'

Pkt

α
P0

0

V

α

0
α

Hình 1.8. Cách khai triển pkt
1.8.2. Vẽ Pj - α
+ Cách vẽ giống cách khai tri ển đồ thị công nhưng giá trị của đi ểm tìm
được ứng với α chọn trước lại được lấy đối xứng qua trục O α , bởi vì đồ
thị trên cùng trục tọa độ với đồ thị công là đồ thị -Pj .
+ Sở dĩ khai triển như vậy bởi vì trên cùng trục toạ độ v ới đồ th ị công
nhưng -Pj được vẽ trên trục có áp suất p0 .
1.8.3. Vẽ P1 - α
+ P1 được xác định : P1 = Pkt + Pj
18


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
+ Do đó P1 được vẽ bằng phương pháp cộng đồ thị
+ Để có thể tiến hành cộng đồ thị thì P 1 , Pkt và Pj phải cùng thứ nguyên và
cùng tỷ lệ xích.
1.8.4. Đồ thị khai triển Pkt , Pj , P1 - α
Bảng 1.4. Bảng giá trị Pkt , Pj , P1 - α
Giá trị đo [mm]
α
0

10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300

310

Pkt
1,705
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,301
1,5
2,5
3
3,5
4

4,5
6,5
7,5
10,5
15,5

Pj
57,996
56,5
52,5
43
33,5
24,5
14,5
5,2
-5
-13,5
-21,5
-27,5
-31,5
-32,5
-33,5
-34
-34,3
-34,2
-34,061
-34,2
-34,3
-34
-33,5

-32,5
-31,5
-27,5
-21,5
-13,5
-5
5,2
14,5
24,5

Giá trị vẽ

Giá trị thật

[ mm]
P1=Pkt+Pj
-56,291
-55,199
-51,199
-41,699
-32,199
-23,199
-13,199
-3,899
6,301
14,801
22,801
28,801
32,801
33,801

34,801
35,301
35,601
35,501
35,362
35,501
35,601
35,500
35,500
35,00
34,500
31,000
25,500
18,000
11,500
2,300
-4,000
-9,000

[MN/m2]
P1
-3,543
-3,474
-3,223
-2,625
-2,027
-1,460
-0,831
-0,245
0,397

0,932
1,435
1,813
2,065
2,127
2,190
2,222
2,241
2,234
2,226
2,234
2,241
2,234
2,234
2,203
2,171
1,951
1,605
1,133
0,724
0,145
-0,252
-0,566
19


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
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
610
620
630
640

650
660
670
680
690
700
710
720

23,5
42
73,5
113,5
165
167,5
118,5
72
43,5
30
21
16
12,5
10,5
8,5
7,5
6,5
5,5
5
4,5
4

3,5
2,8
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705
1,705

33,5
43
52,5
56,5
57,996
56,5
52,5
43
33,5

24,5
14,5
5,2
-5
-13,5
-21,5
-27,5
-31,5
-32,5
-33,5
-34
-34,3
-34,2
-34,061
-34,2
-34,3
-34
-33,5
-32,5
-31,5
-27,5
-21,5
-13,5
-5
5,2
14,5
24,5
33,5
43
52,5

56,5
57,996

-10,000
-1,000
21,000
57,000
107,004
111,000
66,000
29,000
10,000
5,500
6,500
10,800
17,500
24,000
30,000
35,000
38,000
38,000
38,500
38,500
38,300
37,700
36,861
35,905
36,005
35,705
35,205

34,205
33,205
29,205
23,205
15,205
6,705
-3,495
-12,795
-22,795
-31,795
-41,295
-50,795
-54,795
-56,291

-0,629
-0,063
1,322
3,588
6,735
6,986
4,154
1,825
0,629
0,346
0,409
0,680
1,101
1,511
1,888

2,203
2,392
2,392
2,423
2,423
2,411
2,373
2,320
2,260
2,266
2,247
2,216
2,153
2,090
1,838
1,461
0,957
0,454
-0,616
-0,805
-1,435
-2,001
-2,599
-3,197
-3,449
-3,543

20

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218

Hình 1.9: Đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1 – α
1.9. Xây dựng đồ thị T , Z , N - α
1.9.1. Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Pkt

N

β

P1

Ptt

A

α+β

PR0
α

Z

R

Ptt

T

Hình 1.10. Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
21


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
+ Lực tác dụng trên chốt piston P1 là hợp lực của lực quán tính và lực khí
thể . Nó tác dụng lên chốt piston và đẩy thanh truyền.
P1 = Pkt + Pj [MN]
+ Nhưng trong quá trình tính toán động lực học các lực này th ường tính
trên đơn vị diện tích đỉnh piston nên sau khi chia hai vế c ủa đẳng th ức
trên cho diện tích đỉnh piston Fpt ta có :
p1 = pkt + pj [MN/m2]
p1 = [MN/m2]
pj = [MN/m2]
+ Phân tích p1 ra làm hai thành phần lực:
ptt : tác dụng trên đường tâm thanh truyền
N: tác dụng trên phương thẳng góc với đường tâm xy lanh.

p1 = ptt + N
+ Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của p tt và N :
p1 

cos β 
N = p1 . tan β 
ptt =

+ Phân tích ptt làm hai thành phần lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuy ến
Z
sin(α + β ) 


cos β

cos(α + β ) 
Z = ptt . cos(α + β ) = p1 .
cos β 

T = ptt . sin(α + β ) = p1 .

1.9.2. Xây dựng đồ thị T , Z , N -α
+ Từ đồ thị P1 - α tiến hành đo giá trị biểu diễn của p1 theo α = 00, 100, 200,
300…, 7200. Sau đó xác định β theo quan hệ:
sinβ = λ×sinα
⇒β = arcsin(λ×sinα)
22


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
+ Do đó ứng với mổi giá trị của α ta có giá trị của β tương ứng . Từ quan
hệ ở các công thức ta lập được bảng giá trị của đồ thị T , Z , N - α như sau:
[MN/m2.mm]
[0/mm]
Bảng 1.5. Bảng giá trị T, N, Z-α

0

0,0

-3,543

Giá trị thật
T
Z
0,000 -3,543

10

2,6

-3.479

-0,759

-3,399

-0,157

12,058
-

-54,000 -2,498

20

5,1

-3.217

-1,370

-2,925

-0,287

21,772
-

-46,475 -4,564

30

7,5

-2.804

-1,720

-2,244

-0,368

27,330
-

-35,656 -5,840

40

9,6

-2.268

-1,752

-1,490

-0,384

27,843
-

-23,676 -6,109

50

11,5

-1.650

-1,479

-0,803

-0,335

23,500
-

-12,765 -5,326

60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200

13
14,1
14,8
15,1
14,8
14,1
13,0
11,5
9,6
7,5
5,1
2,6
0,0
-2,6

-5,1

-0.990
-0.332
0,287
0,835
1,293
1,650
1,907
2,075
2,170
2,214
2,227
2,227
2,226
2,227
2,227

-0,972
-0,341
0,295
0,835
1,214
1,408
1,431
1,318
1,113
0,856
0,575
0,288

0,000
-0,288
-0,575

-0,297
-0,035
-0,025
-0,225
-0,562
-0,955
-1,335
-1,657
-1,899
-2,063
-2,161
-2,211
-2,226
-2,211
-2,161

-0,229
-0,084
0,076
0,225
0,342
0,416
0,441
0,422
0,368
0,290

0,199
0,101
0,000
-0,101
-0,199

15,440
-5,410
4,694
13,269
19,283
22,372
22,739
20,947
17,688
13,595
9,134
4,570
0,000
-4,570
-9,134
-

-4,717
-0,555
-0,397
-3,573
-8,925
-15,171
-21,214

-26,323
-30,173
-32,772
-34,333
-35,125
-35,362
-35,125
-34,333

210
220

-7,5
-9,6

2,214
2,170

-0,856
-1,113

-2,063
-1,899

-0,290
-0,368

13,595
-

-32,772 -4,612
-30,173 -5,845

α

β

P1

N
0,000

Giá trị vẽ [mm]
Tbd
Zbd
Nbd
0,000
-56,291 0,000
-

-3,636
-1,329
1,206
3,573
5,441
6,604
7,002
6,700
5,845
4,612

3,159
1,599
0,000
-1,599
-3,159

23


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
17,688
230

-11,5

2,119

-1,346

-1,692

-0,431

21,391
-

-26,881 -6,842

240

-13,0

1,983

-1,488

-1,388

-0,458

23,638
-

-22,053 -7,279

250

-14,1

1,757

-1,499

-1,017

-0,443

23,822
-

-16,154 -7,032

260

-14,8

1,431

-1,344

-0,622

-0,379

21,347
-

-9,880

-6,023

270
280
290
300
310
320
330
340

-15,1
-14,8
-14,1
-13,0
-11,5
-9,6
-7,5
-5,1

1,036
0,582
0,090
-0,348
-0,661
-0,714
-0,179
1,012

-1,036
-0,600
-0,092
0,342
0,593
0,551
0,110
-0,431

-0,279
-0,051
0,009

-0,104
-0,322
-0,469
-0,143
0,920

-0,279
-0,154
-0,023
0,080
0,134
0,121
0,023
-0,090

16,467
-9,538
-1,462
5,429
9,423
8,760
1,746
-6,849
-

-4,434
-0,807
0,150
-1,658
-5,119

-7,450
-2,278
14,619

-4,434
-2,451
-0,359
1,278
2,136
1,922
0,373
-1,436

350
360

-2,6
0,0

3,961
5,696

-0,864
0,000

3,869
5,696

-0,179
0,000

13,727
0,000

61,475
90,504
109,28

-2,844
0,000

370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540

2,6
5,1
7,5
9,6
11,5
13,0
14,1
14,8
15,1
14,8
14,1
13,0
11,5
9,6
7,5
5,1
2,6
0,0

7,041
5,324
1,772
0,545
0,283
0,313
0,625
1,054
1,383
1,746
2,040

2,203
2,339
2,403
2,416
2,397
2,366
2,321

1,536
2,267
1,087
0,421
0,253
0,307
0,641
1,087
1,383
1,639
1,741
1,653
1,486
1,233
0,934
0,619
0,305
0,000

6,879
4,840
1,418

0,358
0,138
0,094
0,066
-0,092
-0,372
-0,759
-1,181
-1,542
-1,868
-2,103
-2,250
-2,326
-2,348
-2,321

0,318
0,475
0,232
0,092
0,057
0,072
0,157
0,279
0,372
0,462
0,514
0,509
0,475
0,407

0,317
0,214
0,107
0,000

24,404
36,024
17,274
6,693
4,028
4,878
10,182
17,269
21,967
26,041
27,663
26,265
23,615
19,585
14,831
9,831
4,854
0,000

9
76,896
22,537
5,692
2,188
1,490

1,045
-1,461
-5,915
-12,052
-18,758
-24,503
-29,675
-33,409
-35,752
-36,951
-37,308
-36,871

5,056
7,551
3,691
1,468
0,913
1,148
2,501
4,438
5,915
7,347
8,166
8,088
7,553
6,472
5,032
3,400
1,699

0,000
24


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong DDV6-0218
550
560

-2,6
-5,1

2,253
2,253

-0,291
-0,581

-2,236
-2,186

-0,102
-0,201

-4,622
-9,238
-

-35,526 -1,617
-34,752 -3,195

570

-7,5

2,240

-0,866

-2,086

-0,294

13,751
-

-33,149 -4,665

580

-9,6

2,196

-1,126

-1,921

-0,372

17,895

-

-30,526 -5,914

590

-11,5

2,100

-1,335

-1,677

-0,427

21,203
-

-26,645 -6,782

600

-13,0

1,933

-1,450

-1,353

-0,447

23,042
-

-21,497 -7,096

610

-14,1

1,675

-1,430

-0,970

-0,422

22,717
-

-15,405 -6,706

620

-14,8

1,318

-1,238

-0,573

-0,349

19,662
-

-9,100

-5,548

630
640
650
660
670
680
690
700
710
720

-15,1
-14,8
-14,1
-13,0
-11,5

-9,6
-7,5
-5,1
-2,6
0,0

0,861
0,312
-0,307
-0,965
-1,624
-2,243
-2,778
-3,192
-3,454
-3,543

-0,861
-0,322
0,314
0,974
1,456
1,733
1,705
1,360
0,753
0,000

-0,232
-0,027

-0,032
-0,289
-0,791
-1,474
-2,224
-2,902
-3,374
-3,543

-0,232
-0,083
0,077
0,223
0,330
0,380
0,364
0,285
0,156
0,000

13,673
-5,111
4,996
15,043
23,137
27,531
27,082
21,600
11,970
0,000

-3,682
-0,432
-0,513
-4,595
-12,569
-23,414
-35,333
-46,108
-53,605
-56,291

-3,682
-1,313
1,227
3,542
5,244
6,040
5,787
4,528
2,480
0,000

1.10. Đồ thị ∑T - α
+ Góc lệch công tác: δct =, i: số xi lanh, τ: số kỳ
+ Thứ tự làm việc của động cơ : 1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4
+ Góc lệch công tác:
δ ct =

180.τ 180.4

=
= 120 0
i
6

25