Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V40316, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ X1V40316

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.2 MB, 121 trang )

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316

MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................... 1
..................................................................................................................................... 21
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................... 1
I. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ
X1V4-0316....................................................................................................................2
1.1. Xây dựng đồ thị công......................................................................................2
1.1.1. Các thông số xây dựng đồ thị...........................................................................2
1.1.1.1. Các thông số cho trước..............................................................................2
1.1.2. Xây dựng đường nén........................................................................................4
1.1.3. Xây dựng đường giãn nở..................................................................................4
1.1.4. Biểu diễn các thông số.....................................................................................5
1.1.5. Xác định các điểm đặc biệt..............................................................................6
1.1.6 Vẽ và hiệu chỉnh đồ thị công.............................................................................8
1.2.1. Xây dựng đồ thị chuyển vị piston bằng phương pháp đồ thị Brick................10
1.2.2. Xây dựng đồ thị vận tốc.................................................................................11
1.2.3. Xây dựng đồ thị gia tốc bằng phương pháp đồ thị Tôlê.................................13
1.3. ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ
............................................................................................................................. 15
1.3.1. Xác định khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến.....................................15
1.3.2. Xây dựng đồ thị lực quán tính –PJ – V..........................................................16
1.3.4. Vẽ đồ thị khai triển PJ - α..............................................................................17
1.3.5. Vẽ đồ thị P1 - α..............................................................................................17
1.3.6. Xây dựng đồ thị lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z, lực ngang N theo α.......21
................................................................................................................................. 24
Hình 1-7: Đồ thị T - ; Z - ; N - ......................................................................... 24
1.3.7. Xây dựng đồ thị ΣT - α..................................................................................24
1.3.8. Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu...........................................................26
1.3.9. Khai triển đồ thị Q - α....................................................................................28

1.3.10. Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền............................................32

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
................................................................................................................................. 36
Hình 1-11: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền......................................36
1.3.11. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu..........................................................................36
..................................................................................................................................... 41
Hình 1-12: Đồ thị mài mòn chốt khuỷu.......................................................................41
II. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ 1NZ-FE:.............................42
2.1 Thông số kỹ thuật động cơ chọn tham khảo 1NZ-FE.....................................42
2.2. Phân tích một số đặc điểm kết cấu của động cơ 1NZ-FE:.............................42
2.2.1. Nhóm piston, thanh truyền, trục khuỷu..........................................................45
2.2.2. Cơ cấu phân phối khí.....................................................................................51
2.2.3. Hệ thống bôi trơn, làm mát............................................................................55
2.2.3.1. Hệ thống bôi trơn....................................................................................55
2.2.3.2. Hệ thống làm mát....................................................................................56
2.2.4. Hệ thống nhiên liệu........................................................................................57
III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ X1V4-0316....................59
3.3. Hệ thống thay đổi góc phân phối khí:...................................................................71
3.3.1. Pha phân phối khí trong động cơ:.......................................................................71
Để thải sạch sản vật cháy ra khỏi xilanh, xupáp xả không đóng tại vị trí ĐCT mà đóng
chậm hơn một chút (khi trục khuỷu đã quay quá ĐCT vào khoảng 5-30 góc quay trục
khuỷu, nghĩa là khi bắt đầu kỳ một).............................................................................71
Để giảm cản cho quá trình nạp, có nghĩa là đảm bảo cho đường thông qua xupáp nạp
đã được mở rộng dần trong khi piston đi xuống trong kỳ một, xupáp nạp cũng được
mở sớm hơn một chút (trước khi piston đến ĐCT khoảng 10 400 góc quay trục khuỷu).
Như vậy vào cuối kỳ bốn và đầu kỳ một cả xupáp nạp và xả đều mở. Giai đoạn cùng
mở của các xupáp nạp và xả được gọi là thời kỳ trùng điệp của các xupáp. Thời kỳ này
có tác dụng tốt đến việc thải sạch khí xả và nạp đầy môi chất mới vào xilanh nhờ tác

dụng hút của dòng khí xả trên đường ống thải.............................................................71
Giai đoạn tính từ lúc mở đến lúc đóng các xupáp (tính bằng góc quay trục khuỷu)
được gọi là pha phân phối khí......................................................................................72
Ảnh hưởng của pha phân phối khí đến quá trình nạp và thải của động cơ bốn kỳ được
thể hiện qua hệ số nạp thêm và hệ số quét buồng cháy . Các hệ số này làm cho giá trị

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
của hệ số khí nạp và hệ số khí sót tính theo pha phân phối khí lý thuyết được sát với
giá trị thực trong động cơ thực tế.................................................................................72
Hiện nay chưa có một phương pháp giải tích chặt chẽ để xác định và theo thời điểm
mở và đóng các xupáp nạp và xupáp xả, và được chọn dựa vào số liệu thực nghiệm. Vì
vậy cần phải tìm hiểu kỹ các pha phân phối của những động cơ đã chế tạo và ảnh
hưởng của chúng đến diễn biến quá trình nạp và thải của động cơ..............................72
..................................................................................................................................... 72
Hình 3-11 Pha phân phối khí........................................................................................72
1. Vị trí mở xupáp nạp; 2. Vị trí đóng xupáp nạp.3. Vị trí mở xupáp xả; 4. Vị trí đóng
xupáp xả....................................................................................................................... 72
3.4. Đặc điểm,kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí:.................................72
3.4.1. Chức năng của hệ thống:....................................................................................72
Hệ thống làm thay đổi góc phân phối khí sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của
động cơ. Hệ thống sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay trục
cam nạp và thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu . Hệ
thống này có thể xoay trục cam một góc tính theo góc quay trục khuỷu để đạt thời
điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu nhận
được từ các cảm biến và được điều khiển bằng ECU động cơ. Do đó hệ thống này
được đánh giá rất cao vì nó cải thiện quá trình nạp và thải, tăng công suất động cơ,
tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường.............................................................73
* Cấu tạo:..................................................................................................................... 73
Cấu tạo hệ thống gồm: Bộ điều khiển phối khí, van điều khiển phối khí, ECU động

cơ, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến lưu lượng khí nạp và cảm biến vị trí bướm ga,
cảm biến vị trí trục cam, cảm biến nhiệt độ nước làm mát. Trong đó hai bộ phận quan
trọng nhất của hệ thống là van điều khiển phối khí và bộ điều khiển...........................73
..................................................................................................................................... 73
Bộ phận chấp hành của hệ thống bao gồm bộ điều khiển dùng để xoay trục cam nạp,
áp suất dầu dùng làm xoay bộ điều khiển, và van điều khiển dầu phối khí trục cam để
điều khiển đường đi của dầu........................................................................................73
3.4.2. Bộ điều khiển của hệ thống:...............................................................................74
Bộ điều khiển làm nhiệm vụ quay trục cam nạp theo sự điều khiển của ECU động cơ.
..................................................................................................................................... 74

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh quay được
gắn cố định trên trục cam nạp bằng bulông và chốt định vị. Trong cánh quay có các
đường dẫn dầu thông với trục cam để dẫn dầu vào các khoang bên trong bộ điều khiển.
Áp suất dầu được gửi từ phía làm sớm hay phía làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các
cánh gạt của bộ điều khiển hệ thống theo hướng tương ứng để thay đổi thời điểm phối
khí của xupáp...............................................................................................................74
..................................................................................................................................... 74
Ngoài ra trên cánh quay còn có lắp chốt hãm, cố định cánh quay với đĩa xích khi động
cơ chưa làm việc. Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn
nhất để duy trì khả năng khởi động. Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển hệ thống
ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ
điều khiển hệ thống xoay cam nạp để tránh tiếng gõ...................................................74
3.4.3. Van điều khiển phối khí:.....................................................................................74
Van điều khiển phối khí làm nhiệm vụ điều khiển đường dầu đến bộ điều khiển theo
tín hiệu điều khiển của ECU........................................................................................75
Khi nhận tín hiệu từ ECU động cơ qua giắc nối điều khiển van điện từ đóng mở các
đường đến bộ điều khiển về phía mở sớm hay muộn tuỳ theo tín hiệu điều khiển phụ

thuộc vào chế độ làm việc của động cơ........................................................................75
Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển tương ứng
với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển quay trục cam nạp tương ứng với
các vị trí đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí.
..................................................................................................................................... 75
ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupáp tối ưu dưới các điều kiện hoạt động
khác nhau theo tốc độ của động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước
làm mát để điều khiển van phối khí trục cam. Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ các
cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí
thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn..........75
Khi nhận tín hiệu từ ECU động cơ qua giắc nối điều khiển van điện từ đóng mở các
đường đến bộ điều khiển về phía mở sớm hay muộn tuỳ theo tín hiệu điều khiển phụ
thuộc vào chế độ làm việc của động cơ........................................................................75
..................................................................................................................................... 75
Hình 3-15 Cấu tạo của van điều khiển phối khí...........................................................76

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
1 - Vỏ van ; 2 - Lò xo ; 3 - Đường dầu về; 4 - Đường dầu đi;5 – Đường dầu về; 6 Phớt chắn dầu; 7 - Cuộn dây điện từ; 8 – Piston; 9 – Dắt cắm; 10 – Đến bộ điều khiển
(phía mở muộn); 11 – Đến bộ điều khiển (phía mở sớm).............................................76
..................................................................................................................................... 76
Hình 3-18 Cảm biến vị trí trục cam..............................................................................76
1 - Cuộn dây; 2 - Thân cảm biến ; 3 - Lớp cách điện; 4 - Giắc cắm.............................76
* Nguyên lý làm việc: Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín
hiệu G có 3 răng. Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục
cam và cảm biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn
nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G này được
truyền đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp
nó với tín hiệu NE từ trục khuỷu để xác định điểm chết trên kì nén của mỗi xy lanh để
đánh lửa và phát hiện góc quay trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin này để xác

định thời gian phun và thời điểm đánh lửa...................................................................76
..................................................................................................................................... 77
Hình 3-19 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam...................................................77
1 - Rôto tín hiệu ; 2 - Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam.............................................77
4. Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu phân phối khí:........................................77
4.1. Xác định kích thước của tiết diện lưu thông:.........................................................77
Tiết diện lưu thông của xupáp ảnh hưởng đến chất lượng nạp thải của động cơ. Vì vậy
khi thiết kế cần tăng đường kính xupáp càng lớn càng tốt nhưng bị hạn chế bởi đường
kính xilanh, Diện tích mặt nấm xupáp của các động cơ hiện nay thường chiếm khoảng
25-40% diện tích đỉnh pittông, tuy vậy trong động cơ xăng dùng buồng cháy bán cầu
hoặc chõm cầu, xupáp bố trí nghiêng hai bên nên diện tích xupáp lớn đến 35% diện
tích đỉnh pittông. Ở động cơ dùng nhiều xupáp cho một xilanh (4 xupáp) thì diện tích
này mới tăng được 40% so với diện tích đỉnh pittông. Diện tích xupáp nạp thường lớn
hơn diện tích xupáp thải khoảng 10 15% và thường bằng 15 35% diện tích đỉnh
pittông.......................................................................................................................... 77
Khi tính toán tiết diện lưu thông của xupáp phải dựa vào giả thiết lưu động ổn định
của dòng khí khi đi qua họng đế xupáp. Ta coi dòng khí nạp hoặc thải có tốc độ bình
quân và tốc độ của piston không đổi............................................................................77
Căn cứ vào điều kiện lưu động ổn định và liên tục của dòng khí, ta............................77

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
(4 – 1).......................................................................................................................... 78
etTrong đó: - Tốc độ trung bình của dòng khí qua họng đế xupáp (m/s)......................78
- Tiết diện lưu thông của họng đế xupáp (cm2)...........................................................78
..................................................................................................................................... 78
- Đường kính họng đế xupáp.......................................................................................78
- Số xupáp................................................................................................................... 78
và - mật độ của dòng khí ở họng xupáp và ở trong xilanh, coi= ................................78
- Tốc độ bình quân của pittông....................................................................................78

Từ công thức (4 – 1) ta có:...........................................................................................78
(4 – 2).......................................................................................................................... 78
Với (m/s)..................................................................................................................... 78
Và (cm2)..................................................................................................................... 78
S – Hành trình pittông. S = 87(mm)............................................................................78
n – Số vòng quay trục khuỷu. n = 5260 (vòng/phút)...................................................78
D – Đường kính xilanh. D = 74 (mm).........................................................................78
Từ (4 – 2) ta rút ra tốc độ bình quân của dòng khí qua họng đế xupáp........................78
(4 – 3).......................................................................................................................... 78
Đường kính họng đế xupáp: (4– 4).............................................................................78
Tốc độ bình quân của dòng khí thải thường lớn hơn dòng khí nạp khoảng 20 50%. Do
đó xupáp thải làm nhỏ hơn xupáp nạp. Vì vậy mặt nấm của xupáp thải có độ cứng
vững lớn, khó biến dạng và diện tích chịu nhiệt nhỏ hơn.............................................79
..................................................................................................................................... 79
Hình 4-1 Tiết diện lưu thông qua xupáp.......................................................................79
Tiết diện lưu thông fkx qua xupáp (tiết diện vành khăn) được xác định theo công thức:
..................................................................................................................................... 79
(4 – 5).......................................................................................................................... 79
Với: d1 = dh + 2.e ; h’ = h.cos ; e = h’.sin...................................................................79
Thay vào (4 – 5) ta được:.............................................................................................79
fkx = .h.(dh.cos + h.sin.cos2). (4 – 6).........................................................................79
Rõ ràng fkx phụ thuộc vào và h, khi càng nhỏ tiết diện lưu thông càng lớn. Hành trình
h càng lớn fkx càng lớn. Tuy vậy hành trình h bị hạn chế bởi tiết diện của họng đế
xupáp, tiết diện lưu thông không thể lớn hơn tiết diện họng đế xupáp.........................79

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
Khi = 00 , thì fkx = và hành trình xupáp hmax = dh /4...............................................79
Khi = 450 thì hành trình xupáp phải lớn hơn mới có thể đạt được điều kiện tiết diện
lưu thông bằng tiết diện họng đế xupáp. Trong động cơ ngày nay, hành trình xupáp

nằm trong phạm vi: h = (0,18 0,3) dh...........................................................................80
* Tiết diện lưu thông qua xupáp nạp:...........................................................................80
Theo thực nghiệm và tính toán nhiệt tốc độ của dòng khí nạp được chọn:..................80
vkn = (40 115) (m/s) chọn vkn = 60 (m/s)..................................................................80
Số xupáp nạp i = 2......................................................................................................80
Từ (4 – 4) suy ra đường kính họng nạp:.......................................................................80
dhn = (mm).................................................................................................................80
Chọn h = 0,27 dhn = 0,27.26,38 = 7,12 (mm)..............................................................80
Góc côn của nấm xupáp nạp: = 450.............................................................................80
Từ (4 – 6) ta có:...........................................................................................................80
fkx = .7,12.(26,38.cos450 + 7,12.sin450.cos2450) = 473,3 (mm2).............................80
Kiểm nghiệm lại tiết diện lưu thông thực của xupáp nạp theo (4 – 2)..........................80
vkn = vp. = 15,25.69,24 (m/s).....................................................................................80
vkn (70 90) (m/s). Vậy vkn thỏa mãn điều kiện..........................................................80
* Tiết diện lưu thông qua xupáp thải:...........................................................................80
Theo thực nghiệm và tính toán nhiệt tốc độ của dòng khí thải được chọn:..................80
vkt = (1,2 1,5) vkn = 1,2.69,24= 83,064 (m/s)............................................................80
Số xupáp thải i = 2......................................................................................................80
Từ (4 – 4) suy ra đường kính họng thải:.......................................................................80
dht = (mm)..................................................................................................................80
Chọn h = 0,3 dht = 0,3.24,5 = 7,35 (mm).....................................................................80
Góc côn của nấm xupáp thải: = 450.............................................................................80
Từ (4– 6) ta có:............................................................................................................80
fkx = .7,35.(22,42.cos450 + 7,35.sin450.cos2450) = 425,85 (mm2)...........................80
Kiểm nghiệm lại tiết diện lưu thông thực của xupáp thải theo (4 – 2).........................80
vkt = vp. = 15,25.5,04 (m/s)........................................................................................81
vkt < (70 90) (m/s). Vậy vkt thỏa mãn điều kiện........................................................81
4.2. Phân tích chọn dạng cam:.....................................................................................81
4.2.1. Yêu cầu:.............................................................................................................81

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
Khi chọn dạng cam, cần phải xét các điểm sau:...........................................................81
* Dạng cam phải đảm bảo cơ cấu phối khí có trị số “thời gian – tiết diện” lớn nhất
nghĩa là khả năng lưu thông dòng khí lớn nhất. Vì vậy cam phải mở xupáp thật nhanh,
giữ cho xupáp mở ở vị trí lớn nhất thật lâu và khi đóng thì đóng thật nhanh xupáp.....81
* Dạng cam phải thích hợp để giai đoạn mở và đóng xupáp có gia tốc và vận tốc nhỏ
nhất. Do đó cơ cấu phân phối khí làm việc êm, ít va đập và hao mòn.........................81
* Dạng cam phải đơn giản, dễ chế tạo..........................................................................81
Trên cơ sở đảm bảo 3 yêu cầu trên, động cơ ta thiết kế dùng loại cam lồi...................81
4.2.2. Phương pháp thiết kế cam:.................................................................................81
Cam của động cơ được ta chọn là loại cam thiết kế trên cơ sở định sẵn dạng cam. Với
phương pháp này, mặt cam là tập hợp của những cung tròn, cung parabol hoặc đường
thẳng.v.v. để dễ gia công. Sau đó căn cứ vào quy luật nâng đã định, đạo hàm hai lần
với góc quay của trục cam để tìm quy luật gia tốc rồi kiểm tra xem có phù hợp với yêu
cầu về gia tốc của cơ cấu phân phối khí hay không.....................................................81
Theo phương pháp này có ưu điểm là đảm bảo tính công nghệ gia công trục cam được
đơn giản. Ngoài ra khi thiết kế theo phương pháp này sẽ phù hợp cho động cơ có tốc
độ thấp và trung bình...................................................................................................81
Loại cam lồi cung tròn có trị số thời gian – tiết diện lớn nhất. Tuy vậy loại cam lồi này
có gia tốc dương lớn nhất do đó cơ cấu phối khí khi làm việc va đập rất mạnh. Trong
giai đoạn đóng mở xupáp, lực quán tính tác dụng lên mặt cam có trị số rất lớn. Vì vậy
trị số cho phép của gia tốc dương phụ thuộc vào độ cứng của bề mặt tiếp xúc của cam
với con đội và độ cứng vững của trục cam cũng như khả năng chịu tải của ổ trục cam.
Trị số cho phép của gia tốc âm, phụ thuộc vào khả năng làm việc của lò xo. Để giảm
kích thước của lò xo và giảm phụ tải tác dụng lên lò xo, thường phải khống chế trị số
tuyệt đối của gia tốc âm ở phạm vi nhỏ nhất................................................................81
Từ quan điểm trên ta thấy dạng cam lồi có trị số tuyệt đối của gia tốc âm nhỏ nhất nên
kích thước của lò xo xupáp nhỏ nhất. Để khắc phục nhược điểm gia tốc dương quá lớn
của dạng cam lồi có thể dùng các biện pháp công nghệ và thiết kế để tăng độ cứng bề

mặt và độ cứng vững của trục cam...............................................................................82
4.3. Dựng hình cam lồi:...............................................................................................82
* Cam nạp: Góc công tác của cam nạp . (4 – 7)...........................................................82
Trong đó:...................................................................................................................... 82

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
= 100 góc mở sớm của xupáp nạp...............................................................................82
= 630 Góc đóng muộn của xupáp nạp.........................................................................82
..................................................................................................................................... 82
Đường kính trục cam: dc = 26 (mm)............................................................................82
Độ nâng lớn nhất của con đội: h = 7,9.(mm)................................................................82
Bán kính lưng cam: R1 = (1,52,5) h = 2,35.7,9 = 18,6 (mm).......................................82
Để thõa mãn dạng cam lồi của xupáp ta phải có điều kiện chọn h > r > h/2 7,9> r
>3,95. Ta chọn bán kính cung đỉnh cam nạp: r = 5 (mm).............................................82
Cách dựng: Đối với cam nạp .......................................................................................82
+ Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R1 = 18,6 (mm), xác định góc AOA’ = .....................82
+ Trên đường phân giác của góc AOA’ ta lấy EC = h (E thuộc vòng tròn bán kính R1).
..................................................................................................................................... 82
+ Vẽ vòng tròn đỉnh cam có tâm O1 bán kính r = 5(mm) nằm trên đường phân giác đó.
Vòng tròn này đi qua điểm C.......................................................................................82
+ Vẽ cung tròn có bán kính tiếp tuyến với hai vòng tròn trên có tâm O2 nằm trên
đường kéo dài của OA.................................................................................................82
+ Sau khi đã xác định được R1, hmax, , và r1 bán kính cung tiếp tuyến ngoài có thể
xác định từ quan hệ tam giác vuông O1MO2 như sau:................................................82
..................................................................................................................................... 83
Hình 4-2 Dựng hình cam lồi của cam nạp...................................................................83
Kẻ O1M vuông góc với OA. Xét tam giác vuông O1MO2 có:....................................83
(O1O2)2 = (O1M)2 + (O2M)2....................................................................................83
Đặt D = R1 + hmax – r = 18,6 + 7,9 – 5= 21,5(mm)....................................................83

Mặt khác ta có: ............................................................................................................83
Từ đó ta xác định :.......................................................................................................83
=.................................................................................................................................. 83
= ................................................................................................................................. 84
..................................................................................................................................... 84
Hình 4-3 Xác định bán kính của cam nạp...................................................................84
Bán kính R của nấm con đội. Để con đội không bị kẹt, bán kính R phải lớn hơn OK. 84
OK = ( - R1).sin..........................................................................................................84
Từ tam giác O1MO2 ta có:..........................................................................................84

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
.................................................................................................................................... 84
.................................................................................................................................... 84
Nếu muốn cho con đội không bị kẹt, phải đảm bảo điều kiện:.....................................84
..................................................................................................................................... 84
(mm)...........................................................................................................................84
Chọn R = 15 (mm)......................................................................................................84
* Cam thải: Góc công tác của cam thải........................................................................84
Trong đó....................................................................................................................... 84
= 400 Góc mở sớm của xupáp thải..............................................................................85
= 30 Góc đóng muộn của xupáp thải...........................................................................85
..................................................................................................................................... 85
Đường kính trục cam: dc = 26 (mm)............................................................................85
Độ nâng lớn nhất của con đội: h = 7,7 (mm)................................................................85
Bán kính cung đỉnh cam thải: r = 4 (mm)....................................................................85
Bán kính lưng cam: R1 = 18,6 (mm)...........................................................................85
Cách dựng: Đối với cam thải ......................................................................................85
+ Vẽ vòng tròn tâm O bán kính R1 = 18,6 (mm), xác định góc AOA’ = .....................85
+ Trên đường phân giác của góc AOA’ ta lấy EC = h (E thuộc vòng tròn bán kính R1).

..................................................................................................................................... 85
+ Vẽ vòng tròn đỉnh cam có tâm O1 bán kính r = 4 nằm trên đường phân giác đó.
Vòng tròn này đi qua điểm C.......................................................................................85
+ Vẽ cung tròn có bán kính tiếp tuyến với hai vòng tròn trên có tâm O2 nằm trên
đường kéo dài của OA.................................................................................................85
+ Sau khi đã xác định được R1, hmax, , và r1 bán kính cung tiếp tuyến ngoài có thể
xác định từ quan hệ tam giác vuông O1MO2 như sau:................................................85
..................................................................................................................................... 85
Hình 4-4 Dựng hình cam lồi của cam thải...................................................................85
Kẻ O1M vuông góc với OA. Xét tam giác vuông O1MO2 có:....................................85
(O1O2)2 = (O1M)2 + (O2M)2....................................................................................85
Đặt D = R1 + hmax – r = 18,6 + 7,7 – 4 = 22,3 (mm)..................................................85
Mặt khác ta có: ............................................................................................................86
Từ đó ta xác định :.......................................................................................................86

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
=.................................................................................................................................. 86
= (mm)........................................................................................................................ 86
..................................................................................................................................... 86
Hình 4-5 Xác định bán kính của cam thải....................................................................86
Bán kính R của nấm con đội. Để con đội không bị kẹt, bán kính R phải lớn hơn OK. 86
OK = ( - R1).sin..........................................................................................................86
Từ tam giác O1MO2 ta có:..........................................................................................86
.................................................................................................................................... 86
.................................................................................................................................... 86
Nếu muốn cho con đội không bị kẹt, phải đảm bảo điều kiện:.....................................86
.................................................................................................................................... 86
(mm)........................................................................................................................... 87
Chọn R = 15 (mm).......................................................................................................87

4.4. Động học con đội đáy bằng:..................................................................................87
Nguyên cứu quy luật động học con đội, mặt làm việc của cam lồi gồm 2 phần: Phần
cung AB với bán kính và phần cung BC bán kính r. Quy luật động học của con đội trên
hai phần này khác nhau................................................................................................87
4.4.1. Động học con đội đáy bằng trong giai đoạn I (cung AB):..................................87
..................................................................................................................................... 87
Hình 4-6 Động học con đội đáy bằng trong giai đoạn I...............................................87
a) Chuyển vị của con đội:............................................................................................87
Khi con đội trượt đến một vị trí bất kì tương ứng với cam quay một góc , con đội tiếp
xúc với cam tại M thì chuyển vị của con đội có thể xác định theo quan hệ sau:..........87
.................................................................................................................................... 87
. (4 – 8)........................................................................................................................ 87
Trong đó: (mm); R1 = 18,6 (mm)................................................................................87
Vậy: = (53,94 – 18,6).(1 - cos) = 35,34.(1 - cos). (4 – 9).............................................87
Khi ta có: 1,28 (mm)....................................................................................................87
b) Vận tốc con đội:.......................................................................................................88
Ta có công thức tính vận tốc con đội............................................................................88
.................................................................................................................................... 88
Vận tốc trục cam:........................................................................................................88

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
275,27 (rad/s)..............................................................................................................88
Nên: (4 – 10)............................................................................................................... 88
Khi thì = 2,517 (m/s)...................................................................................................88
c) Gia tốc của con đội:.................................................................................................88
Ta có công thức tính gia tốc của con đội:....................................................................88
== c....................................................................................................................88
Do đó: = c2.( − R1).cos...........................................................................................88
= 275,272.(53,94 – 18,6).10-3.cos = 2677,83.cos (m/s2). (4 – 11).............................88

Khi con đội tiếp xúc tại điểm A của cam thì = 00. Khi con đội tiếp xúc tại điểm B của
cam thì =......................................................................................................................88
Nhận xét: Khi = 00 thì gia tốc đại cực đại:...................................................................88
(m/s2).......................................................................................................................... 88
4.4.2. Động học con đội đáy bằng trong giai đoạn II (cung BC):.................................88
a) Chuyển vị của con đội:............................................................................................88
Khi con đội trượt đến vị trí bất kì nào đó tại điểm M trên cung BC ứng với góc quay
nào đó thì chuyển vị của con đội được tính như sau:...................................................88
..................................................................................................................................... 88
. (4 – 12)...................................................................................................................... 88
.................................................................................................................................... 89
b) Vận tốc con đội:.......................................................................................................89
Ta có công thức tính vận tốc con đội như sau:............................................................89
(4 – 13)........................................................................................................................ 89
Tại điểm C có = 0 và tại điểm B có = như vậy góc tính ngược lại với chiều quay của
trục cam nên:................................................................................................................ 89
.................................................................................................................................... 89
Do đó:.........................................................................................................................89
..................................................................................................................................... 89
(4– 14)......................................................................................................................... 89
. (4 – 15)...................................................................................................................... 89
c) Gia tốc con đội:........................................................................................................89
Ta có công thức tính gia tốc của con đội:....................................................................89

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
..................................................................................................................................... 89
. (4– 16)........................................................................................................................ 89
Hinh 4-7 Động học của con đội trong giai đoạn II.......................................................90
Vậy ta được động học của con đội trong giai đoạn I và II của xupáp nạp:..................90

* Chuyển vị của con đội:..............................................................................................90
Với (4– 17)..................................................................................................................90
* Vận tốc của con đội:..................................................................................................90
Với (4 – 18)................................................................................................................. 90
* Gia tốc của con đội:..................................................................................................90
Với (4– 19)..................................................................................................................90
Trong đó là góc quay của trục cam.............................................................................90
với là góc quay của trục cam trong giai đoạn I............................................................90
với .............................................................................................................................. 90
5. Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ X1V4-0316:....90
5. 1. Quy dẫn khối lượng các chi tiết máy trong cơ cấu phối khí:................................90
Để xác định được lực quán tính của cơ cấu phân phối khí, cần phải quy dẫn toàn bộ
khối lượng của các chi tiết máy trong cơ cấu phân phối khí về đường tâm xupáp. Do
đó lực quán tính tác dụng lên cơ cấu phân phối khí có thể tính theo công thức sau:....91
Pjk= - mok .jk.............................................................................................................91
Trong đó:...................................................................................................................... 91
- jk - gia tốc của xupáp.................................................................................................91
- mok - khối lượng của cơ cấu phối khí quy dẫn về đường tâm xupáp.........................91
Trong động cơ , cơ cấu phân phối khí dẫn động trực tiếp xupáp vì vậy khối lượng mok
bằng tổng các khối lượng của xupáp, con đội, móng hãm và khối lượng quy dẫn của lò
xo................................................................................................................................. 91
Do khối lượng quy dẫn của lò xo molx = ....................................................................91
Nên ta có:..................................................................................................................... 91
mok = mxpn+mđl +mmh+mlx + mcđ..........................................................................91
Trong đó: mxpn - Khối lượng của xupáp nạp; mxp = 97,5 (g).....................................91
mđl - Khối lượng của đĩa lò xo; mđl = 30 (g).............................................................91
mmh - Khối lượng của móng hãm; mmh=10 (g)........................................................91
mlx - Khối lượng của lò xo xupáp; mlx = 67,5 (g)......................................................91

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
mcđ - Khối lượng của con đội; mcđ=86 (g)................................................................91
mok = 97,5 + 30 + 10 +67,5 + 86 = 291 (g)................................................................91
Trong cơ cấu phân phối khí dẫn động trực tiếp. Khối lượng của cơ cấu quy dẫn về
đường tâm xupáp cũng chính là khối lượng của cơ cấu quy dẫn về đường tâm con đội.
..................................................................................................................................... 91
Vậy: mot = mok = 291 (g) = 0,291 (kg)......................................................................91
Trong đó: mot là khối lượng của cơ cấu phối khí quy dẫn về đường tâm con đội........91
Lực quán tính tác dụng lên cơ cấu phối khí quy dẫn về đường tâm xupáp được xác
định theo công thức:.....................................................................................................91
Với (5– 1).................................................................................................................... 92
Lực quán tính tác dụng lên cơ cấu phối khí quy dẫn về đường tâm con đội được xác
định theo công thức:.....................................................................................................92
Pjt = mot.jt..................................................................................................................92
Pjt – Lực quán tính tác dụng lên cơ cấu.......................................................................92
jt – Gia tốc con đội.......................................................................................................92
5.2. Tính toán lò xo xupáp:..........................................................................................92
Ta tính cho trường hợp con đội và xupáp ở phía cam nạp vì tại đó khối lượng quy dẫn
sẽ lớn hơn khối lượng quy dẫn về tâm con đội ở cam thải do khối lượng xupap thải
nhỏ hơn xupap nạp mà khối lượng các chi tiết khác của cơ cấu thì như nhau..............92
Lò xo xupáp có nhiệm vụ đóng kín xupáp trên đế và đảm bảo cho xupáp đóng mở theo
đúng quy luật của cam, nhất là trong giai đoạn chuyển động của con đội có gia tốc âm
..................................................................................................................................... 92
Giai đoạn mà con đội có gia tốc âm (giai đoạn 2), xupáp và các chi tiết khác trong cơ
cấu phối khí có xu hướng rời khỏi mặt cam. Do đó lực lò xo phải lớn hơn lực quán tính
Pik ở mọi chế độ tốc độ...............................................................................................92
Vì vậy: Plx = k.Pjk.......................................................................................................92
Trong đó: k – Hệ số an toàn (1,25 1,6).........................................................................92
Chọn k = 1,5 Plx = 1,5.Pjk..........................................................................................92
Xupáp thải phải đảm bảo luôn đóng kín trong quá trình nạp (nhất là đối với động cơ

xăng trong quá trình chạy không tải, bướm ga đóng nhỏ, độ chân không trong xilanh
lớn, áp suất cuối quá trình nạp pa có thể giảm đến 0,015 MN/m2 trong khi đó áp suất
trên đường thải pr = 0,102 0,11 MN/m2 cao hơn áp suất khí trời). Do vậy độ chênh áp

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
= pr pa = 0,09 MN/m2. Dưới tác dụng của xupáp thải có thể bị hút mở ra nếu lò xo
yếu, vì vậy lực nén ban đầu của lò xo plxo phải đảm bảo lớn hơn lực khí thể tác dụng
lên xupáp thải............................................................................................................... 92
plxo > pkxp = ; Plxo > (N)..........................................................................................93
Với dht: Đường kính họng đế xupáp thải....................................................................93
* Xây dựng đồ thị xác định đường đặc tính lò xo:.......................................................93
Từ các công thức (4 – 17), (4 – 19) và (5 – 1) bằng cách cho biến thiên từ (0 ) ta lập
được bảng các giá trị của h; Pjx và Plx theo ................................................................93
- Trước tiên ta vẽ đường cong biểu diễn hành trình nâng của xupáp hk = f(αk). Vẽ
đường biểu diễn lực quán tính Pjk = f’(αk). Sau khi lựa chọn hệ số k, vẽ đường biểu
diễn lực tác dụng lên lò xo Plx= k.Pjk. Bên phải của đồ thị vẽ đường cong biểu diễn
đường đặc tính của lò xo (tung độ biểu thị độ biến dạng, hoành độ biểu thị lực lò xo).
Ta thực hiện cách dựng như sau:..................................................................................93
- Từ các điểm C’, B’, A’ trên đồ thị hk = f(αk) kẻ các đường song song với tung độ cắt
đường biểu diễn Plx tại các điểm C, B, A. Vì vậy ta xác định được lực lò xo trên các
điểm này. Đem trị số các lực này đặt trên các đường song song với hoành độ qua các
điểm C’’, B’’, A’’nối các điểm này với nhau bằng một đường thẳng kéo dài cắt tung độ
của hệ trục fOPlx ở O ta có đặt tính biến dạng của lò xo như hình..............................93
- Lực Plxmax ứng với biến dạng fmax, lực plx0 ứng với biến dạng ban đầu f0 khi lắp
ghép (lúc này hành trình xupáp hk = 0)........................................................................93
- Biết đựợc đặc tính của lò xo, ta xác định được độ cứng C của lò xo.........................93
(5 – 2).......................................................................................................................... 93
Trong đó:...................................................................................................................... 93
Plxmax – Lực lò xo ứng với độ biến dạng lớn nhất (fmax).........................................93

Plxmax = 876 (N).......................................................................................................93
Plxmin – Lực lò xo nhỏ nhất khi xupáp đóng kín.......................................................93
Từ đặc tính của lò xo ta xác định được Plxmin = 614 (N)...........................................94
hmax – Độ mở cực đại của lò xo (hmax = 7,86 (mm))...............................................94
.................................................................................................................................... 94
- Mômen xoắn lò xo: Nếu lực lò xo Plx tác dụng trên phương đường tâm của lò xo thì
mômen xoắn của lò xo được tính theo công thức:........................................................94

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
(5– 3)........................................................................................................................... 94
Trong đó: Dtb – Đường kính trung bình của lò xo.......................................................94
Dtb = ( 0,8 0,9) dhn= 0,85.28 = 23,8 (mm)..................................................................94
Ta tính trong trường hợp lực lò xo khi xupáp mở lớn nhất, vì vậy Plx = 876(N).........94
Từ công thức (5 -3) ta có:............................................................................................94
(N.m)........................................................................................................................... 94
Chiều dài của lò xo khi xupáp mở lớn nhất được xác định theo công thức:.................94
Lmin = i.d + ict. (5 – 4)................................................................................................94
Trong đó:...................................................................................................................... 94
i – Số vòng của lò xo; i = ict + (2 3) = 8 (vòng)...........................................................94
ict – Số vòng công tác của lò xo (5 12) (vòng); chọn ict = 6 (vòng)...........................94
- Khe hở giữa các vòng lò xo khi biến dạng lớn nhất (0,50,9) (mm)...........................94
ta chọn: = 0,5 (mm).....................................................................................................94
d – Đường kính dây quấn lò xo (2 5) (mm); chọn d = 2 (mm)....................................94
Thay vào công thức (5 – 4) ta có:.................................................................................94
Lmin = 8.2 + 6.0,5 =19 (mm).....................................................................................94
Chiều dài lò xo khi xupáp đóng kín:............................................................................94
L0 = Lmin + hmax = 19 + 7,9 = 26,9 (mm)................................................................94
Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do: Llx = L0 + f0 27,4 (mm).................................94
5. 3. Tính toán kiểm nghiệm trục cam:........................................................................94

Khi tính toán ta giả thuyết rằng như một dầm có tiết diện đồng đều được đặt tự do trên
2 gối tựa.......................................................................................................................95
Nếu bỏ qua ma sát và trọng lực (vì các lực này rất nhỏ so với các lực khác) thì lực tác
dụng lên trục cam sẽ là:...............................................................................................95
PTmax = Plxo + Pjt + Pkt (5 – 5)................................................................................95
Trong đó:...................................................................................................................... 95
Plxo - lực nén ban đầu của lò xo xupáp. (Trạng thái xupáp đóng kín).........................95
Plxo = Plxmin = 614 (N)..............................................................................................95
Pjt - Lực quán tính của cơ cấu phối khí khi bắt đầu mở xupáp quy dẫn về đường tâm
con đội.........................................................................................................................95
Pjt = - mot.jx................................................................................................................ 95

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
Với mot = 0,291 (kg) – Khối lượng của cơ cấu phối khí qui dẫn về đường tâm con đội.
..................................................................................................................................... 95
jx = 2677,83 (m/s2) - Gia tốc của cơ cấu phối khí khi bắt đầu mở xupáp qui dẫn về
đường tâm con đội.......................................................................................................95
= = 779,24 (N)............................................................................................................95
Pkt - Lực khí thể tác dụng lên mặt nấm xupáp thải qui dẫn về đường tâm con đội......95
..................................................................................................................................... 95
Với: - Diện tích mặt nấm xupáp nạp............................................................................95
0,73.10-3 (m2)............................................................................................................95
pkt – Áp suất khí thể trong buồng cháy khi bắt đầu mở xupáp...................................95
Chọn pkt = 1,1 (MN/m2).............................................................................................95
0,803.10-3 (MN).........................................................................................................95
Thay vào công thức (5 – 5) ta có:.................................................................................95
PTmax = Plxo + Pjt + Pkt =614 +1497,7 + 671 = 2782,7 (N).....................................95
Do vậy mômen uốn lớn nhất trên trục cam được tính theo công thức:.........................95
..................................................................................................................................... 95

Trong đó: l – Koảng cách giữa 2 tâm gối đỡ; l = 88 (mm)...........................................96
l1 và l2 – Khoảng cách từ 2 gối đỡ đến cam chịu lực PTmax.....................................96
l1 = 18 (mm); l2 = 70(mm).........................................................................................96
=39,84 (N.m) = 39,84.10-6 (MN.m)...........................................................................96
Ứng suất uốn của trục cam được tính theo công thức:.................................................96
(5 – 6).......................................................................................................................... 96
23,11 (MN/m2)...........................................................................................................96
Với d và d0 là đường kính ngoài và đường kính trong của trục cam............................96
dc = 26 (mm); d0 = 4 (mm).........................................................................................96
* Mômen xoắn:............................................................................................................96
Mômen xoắn đạt cực đại khi lực PT ở xa tâm trục cam nhất, con đội lúc này trượt hết
phần cung có bán kính ................................................................................................96
Mômen xoắn trục cam do lực lò xo và lực quán tính gây ra trên mặt cam được xác
định theo công thức:.....................................................................................................96
(5 – 7).......................................................................................................................... 96
Trong đó: là lực lò xo và lực quán tính khi cam quay đến điểm B...............................96

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
A – Cánh tay đòn lớn nhất của lực PT0:......................................................................96
(5 – 8).......................................................................................................................... 96
= 14,21 (mm)..............................................................................................................96
(N)............................................................................................................................... 96
(N)............................................................................................................................... 96
Vậy Mx = 14,21.10-3.(2170 + 1447) = 51,39 (N.m)...................................................96
* Độ võng cho phép:....................................................................................................97
Nếu trên đoạn trục tính toán có hai cam cùng tên thì độ võng cho phép của trục cam
được tính theo công thức:.............................................................................................97
f = 3,4.PTmax. (5 – 9)..................................................................................................97
Trong đó:...................................................................................................................... 97

E - Môđuyn đàn hồi của vật liệu chế tạo trục cam.......................................................97
E = (2 2,2).105 (MN/m2); Ta chọn E = 2,1.105 (MN/m2)...........................................97
f = 3,4.2782,7.10 -6 ..103 = 0,075 (mm).....................................................................97
Độ võng cho phép của trục cam nằm trong phạm vi [f] = (0,05 0,1) mm....................97
Vậy trục cam thỏa mãn về độ võng..............................................................................97
* Ứng suất tiếp xúc trên mặt cam:................................................................................97
Trong quá trình làm việc, trên mặt cam và con đội xuất hiện ứng suất tiếp xúc. Ứng
suất tiếp xúc được tính theo công thức:........................................................................97
(5 – 10)........................................................................................................................ 97
Trong đó:...................................................................................................................... 97
b – Chiều rộng cam; b = 11 (mm)...............................................................................97
- Bán kính cung ngoại tiếp của cam; = 53,89 (mm)....................................................97
E – Môđuyn đàn hồi; E = 2,1.105 (MN/m2)...............................................................97
PTmax – Lực tác dụng lên cam; PTmax = 2782,7.10 -6 (MN)...................................97
4,15.102 (MN/m2)......................................................................................................97
5. 4. Tính toán sức bền con đội:...................................................................................97
Thông thường kiểm nghiệm áp suất tiếp xúc trên thân con đội. Khi cam tiếp xúc với
con đội ở điểm B mômen xoắn trục cam Mx có giá trị lớn nhất. Mômen này làm cho
con đội bị nghiêng và tiếp xúc không đều....................................................................97
Áp suất tiếp xúc được xác định theo công thức:..........................................................97
(5 – 11)........................................................................................................................ 98

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
Trong đó: d và l – Đường kính và chiều dài tiếp xúc của thân con đội.......................98
d = 31 (mm) và l = 25,5 (mm).....................................................................................98
15,39.106 (N/m2)........................................................................................................98
5. 5. Tính toán sức bền xupáp:.....................................................................................98
Tính sức bền của nấm xupáp có thể dùng công thức Back, giả thuyết nấm xupáp như
đĩa tròn đặt trên đế tựa hình trụ:...................................................................................98

Ứng suất uồn mặt nấm được xác định theo công thức:................................................98
(5 – 12)........................................................................................................................ 98
Với: pz – Áp suất khí thể lớn nhất. Chọn pz = 5,8 (MN/m2)......................................98
d – Đường kính trung bình của nấm xupáp; d = dnn = 28 (mm).................................98
- Chiều dày mặt nấm; = 2 (mm)..................................................................................98
284,2 (MN/m2)...........................................................................................................98
Vì cơ cấu phối khí động cơ Z6 xupáp được dẫn động trực tiếp vì vậy ta cần xác định
áp suất tiếp xúc nén trên thân. Áp suất nén tiếp xúc được tính theo công thức:...........98
(5 – 13)........................................................................................................................ 98
Với d và l – đường kính và chiều dài thân xupáp.........................................................98
dtn = 5,5 (mm) và ltn = 93,7(mm)..............................................................................98
6,42.106 (MN/m2)......................................................................................................98
6. Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra, sửa chữa các chi tiết trong cơ cấu phân
phối khí:.......................................................................................................................98
6.1. Những hư hỏng:....................................................................................................99
Cơ cấu phân phối khí được dẫn động từ trục cam đến xupáp làm việc trong điều kiện
chịu nhiệt độ cao, chịu lực ma sát lớn khi làm việc và chịu nhiều va đập nên thường bị
mòn. Sự mài mòn của bất kỳ chi tiết nào trong cơ cấu đều có thể dẫn đến hiện tượng
xupáp đóng mở không đúng yêu cầu, gây ảnh hưởng xấu đến quá trình làm việc của
động cơ........................................................................................................................ 99
Do điều kiện làm việc của cơ cấu phối khí như vậy nên các chi tiết của cơ cấu thường
xảy ra các hư hỏng chính sau:......................................................................................99
Xupáp và đế xupáp là các chi tiết làm việc trong điều kiện khắc nghiệt nhất vừa chịu
lực ma sát lại vừa chịu va đập. Thường xuyên tiếp xúc với nhiệt độ cao đặt biệt là
xupáp thải. Do đó bề mặt làm việc của xupáp và đế xupáp không những bị mòn mà

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
còn bị cháy rỗ dẫn đến đóng không kín gây lọt khí làm giảm công suất, tăng lượng tiêu
hao nhiên liệu của động cơ...........................................................................................99

Ống dẫn hướng xupáp nếu mòn nhiều sẽ gây va đập xupáp làm tăng mài mòn thân
xupáp đồng thời sẽ gây lọt dầu vào trong xilanh động cơ do đó làm tăng tiêu hao dầu
bôi trơn và kết muội than trong buồng đốt...................................................................99
Các chi tiết dẫn động xupáp như đòn bấy, con lăn, lò xo và các chi tiết lắp ghép chúng
đều bị mòn hoặc biến dạng cũng ảnh hưởng đến sự làm việc của xupáp.....................99
Đối với trục cam các vấu cam phân phối khí luôn tiếp xúc và tỳ vào đế con đội nên bị
mòn nhiều hoặc bị biến dạng do ma sát. Nếu vấu cam bị mòn nhiều sẽ làm giảm hành
trình của con đội do đó làm giảm độ mở của xupáp.....................................................99
Con đội sẽ bị mòn nhiều ở phần thân và đáy. Nếu là bôi trơn cưỡng bức khe hở phần
thân và phần dẫn hướng sẽ làm giảm áp lực dầu bôi trơn. Nếu là con đội cơ khí sự mài
mòn bề mặt tiếp xúc sẽ làm giảm khe hở miệng xupáp................................................99
Bộ phận dẫn động trục cam: Các gân bánh răng, bánh xích, dây đai bị mài mòn cũng
làm sai lệch pha phân phối khí của động cơ tức là thời điểm đóng mở xupáp không
đúng yêu cầu đồng thời gây nên tiếng ồn và gõ trong quá trình làm việc....................99
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................100
[1] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết Cấu Và
Tính Toán Động Cơ Đốt Trong”. Hà Nội: NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp;
1979........................................................................................................................... 100
[2] Trần Thanh Hải Tùng. “Bài giảng phun xăng điện tử ”. Đà Nẵng: Đại học Bách
khoa Đà Nẵng............................................................................................................100
[3] Trần Thanh Hải Tùng. “Bài giảng môn hoc tính toán thiết kế động cơ đốt trong ”.
Đà Nẵng: Đại học bách khoa Đà Nẵng......................................................................100
[4] Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong ”. Hà Nội: NXB Giáo dục;
2000........................................................................................................................... 100
[5] “Z6 Engine Mechanical”. 2004............................................................................100
[6] “Focus-Vietnam Workshop manual”. 2004..........................................................100
[7] ................................................................................100
[8] ........................................................................................100
[9] ....................................................................................100
[10] Nguyễn Văn Yến - Giáo trình chi tiết máy – Nhà xuất bản giao thông vận tải.. .100

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V4-0316
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 intern...............................................................................100
................................................................................................................................... 100

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (X1V4-0316)
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.
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.
Sinh Viên Thực Hiện
Trần Minh
Hải

1

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (X1V4-0316)
I. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ
X1V4-0316
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
Thông Số kỹ Thuật
Nhiên liệu
Số xilanh/ Số kỳ/ Cách bố trí
Thứ tự làm việc
Tỷ số nén
Đường kính x 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 đánh lửa sớm

Ký Hiệu

DxS

Ne / n
λ
pz
mpt
mtt
θs
α1
α2
α3
α4

74.0 x 87.0
86.8 / 5260
0.24
4.9
0.6
0.8
12
10
63
40
3

I/τ/

(mm x mm)
(Kw/ vg/ph)
(MN/ m2)
( kg)
( kg)

(độ)

Góc phân phối khí

(độ)

Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống bôi trơn
Hệ thống làm mát
Hệ thống nạp
Hệ thống phân phối khí
- Tốc độ trung bình của pisto
v tb =

ε

Giá Trị
Gasoline
4 / 4 / In- line
1-3-4-2
10.2

EFI
Cưỡng bức cácte ướt
Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng
Không tăng áp
16 Valve, DOHC

S.n
30

(1.1)[1]

0,087.5260
= 15.254
30
[m/s]
=

- Áp suất khí nạp pk: Đối với động cơ xăng bốn kỳ không tăng áp, pk được chọn:
Chọn pk = p0 = 0,1[MN/m2]
- Áp suất khí cuối kỳ nạp pa: Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp, pa được tính
chọn trong khoảng:
2

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (X1V4-0316)
pa = (0,8 ÷ 0,9).pk [MN/m2] ta chọn pa = 0,80.Pk

[1]

vậy pa = 0,80.0,1 = 0,08 [MN/m2]
- Áp suất khí thải pth
Pth=(1,02 – 1,04)po=1,03.po =1,03.0.1=0.103
- Áp suất khí sót pr: Đối với động cơ xăng bốn kỳ không tăng áp được chọn:
pr = (1.05-1.1)pth ta chọn là 1,08
pr = 1,08. Pth = 1,08.0.103 = 0,11 [MN/m2]

[1]

- Chỉ số nén đa biến trung bình n1: thường chọn trong khoảng
n1 = 1,32÷ 1,39; Chọn n1 = 1,34

[1]

- Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2: thường chọn trong khoảng
n2 = 1,25÷ 1.29; Chọn n2 = 1,25

[1]

- Tỷ số giãn nở sớm ρ: Đối với động cơ Xăng được chọn:
ρ=1

[1]

- Áp suất cuối quá trình giãn nở pb:
pb =

=

pz
δ

n2

=

pz
ε
 

ρ

4,9
1,25

 10,2 


 1 

n2

= 0,268

(1.2)[1]

[MN/m2]

- Thể tích công tác Vh
2

3
π.D
Vh = S.
[dm ]
4

= 0,87.

(1.3)[1]

π.0,742
= 0,3739[dm3 ]
4

- Thể tích buồng cháy Vc
Vc =

=

Vh
[dm 3 ]
ε −1

(1.4)[1]

0,3739
= 0,04[dm3 ]
10,2 − 1

- Tốc độ góc của trục khuỷu ω:
3

Đồ án môn học: Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (X1V4-0316)
ω=

π.n π ⋅ 5260
=
= 550,55 [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:
n1

(1.6)[1]

p nx ⋅ Vnx = const

⇒
⇒

n1

n1

p nx ⋅ Vnx = p c ⋅ Vc
p nx

Đặt: i =

 Vc 
= pc 

 Vnx 

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⋅10,21,34
2

=1,797[MN/m ]

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

4

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong X1V40316, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ ĐỘNG CƠ X1V40316

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về