Đồ án tính toán thiết kế động cơ đốt trong_ toyota 1NZFE

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh. Bên cạnh đó kỹ
thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ. Trong đó phải nói đến ngành động lực và
sản xuất ô tô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ô tô nổi tiếng trên thế giới
như Nissan, Honda, Toyota, cùng sản xuất và lắp ráp ô tô. 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 một yêu cầu
cấp thiết. Có như vậy ngành sản xuất ô tô của ta mới có thể phát triển được.
Đây là lần đầu tiên em vận dụng lý thuyết đã học, tính toán thiết kế hệ động cơ
theo số liệu kỹ thuật. Trong quá trình tính toán mặc dù em đã được sự giúp đỡ và
hướng dẫn rất tận tình của thầy Th.S Dương Đình Nghĩa cùng các thầy trong bộ môn
động lực, nhưng vì mới lần đầu làm đồ án về môn học này nên gặp rất nhiều khó khăn
và không tránh khỏi sự sai sót, vì vậy em rất mong được sự xem xét và giúp đỡ chỉ bảo
của các thầy để bản thân ngày càng được hoàn thiện hơn về kiến thức kỹ thuật.
Qua lần này em đã tự xây dựng cho mình phương pháp nghiên cứu. Rất mong
được sự giúp đỡ hơn nữa của các thầy. Em xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện

Phạm Phúc Nhật

1


MỤC LỤC

2


DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1 Mặt cắt dọc động cơ 1NZ-FE [4]
Hình 2. 2 Mặt cắt ngang động cơ 1NZ-FE [4]
Hình 2. 3 Nắp máy [7]
Hình 2. 4 Thân máy [7]
Hình 2. 5 Trục khuỷu [7]
Hình 2. 6 Sơ đồ bố trí cơ cấu phân phối khí [7]
Hình 2. 7 sơ đồ dẫn động xupap [7]
Hình 2. 8 Sơ đồ hệ thống bôi trơn [7]
Hình 2. 9 Hệ thống làm mát trên động cơ 1NZ-FE [7]
Hình 2. 10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát [7]
Hình 2. 11 Sơ đồ hệ thống đánh lửa [7]
Hình 2. 12 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu [7]
Hình 2. 13 Sơ đồ điều khiển máy khởi động [4]

3


4


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

MỞ ĐẦU
Thiết kế Động Cơ Đốt Trong là môn học quan trọng đối với sinh viên chuyên
ngành động lực. Môn học này giúp sinh viên nắm vững hơn về kiến thức môn học:
‘’
Nguyên lý Động Cơ Đốt Trong’’ và bổ sung thêm kiến thức thực tế về động cơ đốt
trong. Và là bước tập dược cho quá trình làm tốt nghiệp sau này.

Đồ án gồm hai phần:
 Phần 1: Phần thuyết minh
- Xây dựng đồ thị công, động học và động lực học động cơ X14-0118
- Phân tích đặc điểm chung của động cơ tham khảo
- Thiết kế nhóm piston- thanh truyền động cơ X14-0118
 Phần 2: Phần bản vẽ
- Bản vẽ đồ thị công, động lực học động cơ X14-0118
- Bản vẽ lắp các cụm chi tiết: Nhóm piston-thanh truyền động cơ X14-0118
- Bản vẽ chi tiết: Piston động cơ X14-0118
Trong quá trình làm thiết kế do phải lựa chọn nhiều thông số, chưa có nhiều kinh
nghiệm cũng như kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót. Rất mong
những nhận xét và giúp đỡ của thầy.
Em xin chân thành cảm ơn!

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

5


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

Chương 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ

1.1.

Các thông số tính toán
Bảng 1. 1 Các thông số cho trước
Số xilanh

Số kỳ
Cách bố trí
Tỷ số nén
Đường kính piston
Hành trình piston
Công suất cực đại
ứng với 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

i
τ
In-line
ε
D
S
Ne
n
λ
pz

mpt

4
4

mtt

0.8

10.5
77
85.5
86.8
5700
0,24
5.1
0.7

mm
mm
Kw
v/p
MN/m2
kg
kg

φs
α1
α2
α3

α4

12
độ
10
độ
63
độ
40
độ
3
độ
EFI
Cưỡng bức cascte ướt
Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng
Không tăng áp
16 valve, DOHC

 Các thông số cần tính toán
Xác định tốc độ trung bình của động cơ:
S × n 85.5 ×10−3 × 6200
Cm =
=
= 17.67(m / s)
30
30
[1, tr 12]

(1-1)
Trong đó:

S (m)
: Hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh.
N (vòng/phút) : Tốc độ quay của động cơ.
Do Cm > 9 m/s nên động cơ là động cơ tốc độ cao hay động cơ cao tốc [1, tr 12].
Chọn trước: n1 = 1,35
n2 = 1,25
+ Áp suất khí cuối kỳ nạp:
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

6


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

Chọn áp suất đường nạp (tăng áp tuabin khí): pk = 0,1 [MN/m2]
Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp ta chọn:
pa = (0,8 - 0,9)pk
Vậy chọn:
pa = 0,9pk = 0,09 [MN/m2]
+ Áp suất cuối kì nén:
pc = pa.εn1 = 0.09 × 10.51.35 = 2.15 [MN/m2] [2, tr 12]
(1-2)
+ Chọn tỷ số giãn nở sớm(động cơ Gasoline): ρ = 1 [2, tr 12].
+ Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm:
Pz
5.1
=
ε

10.5 1.25
( )n 2 (
)
ρ
1
Pb=
= 0.27 [MN/m2] [2, tr 12]
(1-3)
+ Thể tích công tác:
π.D 2
π  × 0.77 2
Vh = S.
=0.855 ×
  = 0.398
[dm3 ] [2, tr 13]
4
4
(1-4)
+ Thể tích buồng cháy:
 Vh
0.398
=
= 0.0419
Vc = ε − 1 10.5 − 1
(dm3) [2, tr 13]

+ Vận tốc góc của trục khuỷu:
ω=

π.n π ×5700

=
= 596.9
30
30
[rad/s] [2, tr 13]

(1-5)

(1-6)

+ Áp suất khí sót:
Động cơ cao tốc:

pr = (1.05 ÷ 1.10) × pth [2, tr 13]
→ chọn pr = 1.05 × pth = 1.05 × 1 ×

với pth bằng (1.02 ÷ 1.04) ×

pk

suy ra: chọn pth = 1.03 ×

pk

pk

Suy ra: pr = 1.5 × 1.03 × 0.1 = 0.108 [MN/m2] [2, tr 13].
1.2. Đồ thị công
1.2.1. Các thông số xây dựng đồ thị
1.2.1.1. Các thông số cho trước

 Áp suất cực đại:
pz = 5.1 [MN/m2]
 Góc phun sớm:
θS = 12 o
o
 Góc phân phối khí: α1 = 10
α2 = 63 o
α3 = 40 o
α4 = 3 o
1.2.1.2. Xây dựng đường nén

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

7


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)


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:

Pnx .Vnxn1 = const
[2, tr 14]
⇒

Pnx .Vnxn1 = PC .VCn1
V 

PC  C 
V
Pnx=  nx 

⇒

n1

(1-7)
i=

V nx
P
Pnx = nC
VC , ta có :
i1



Đặt

[2, tr 14]



Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành ε khoảng , khi đó i = 1, 1.5, 2, …,10.5 [2, tr 14].



1.2.1.3. 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:

Pnx .V nxn = const
⇒

n2
Pgnx .V gnx
= PZ .VZn2

V 
PZ  Z 
V 
⇒ Pgnx=  gnx 

PZ
 Vgnx 


V
VZ = ρ.VC ⇒ Pgnx =  Z 

Ta có :



=

PZ
 Vgnx


 ρ .VC





n2

(1-8)

PZ .ρ n2
Pgnx = n21
VC , ta có :
i
Đặt
Để dể vẽ ta tiến hành chia Vh thành ε khoảng , khi đó i = 1, 1.5, 2, …,10.5 [2, tr 14].
i=



n2

n2

V gnx

1.2.1.4. Biểu diễn các thông số
+ Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd = 20 [mm] [2, tr 15]
⇒

 dm3 
Vc
0.0419 
µV =
=
= 0.002095 

Vcbd
20
 mm 

[2, tr 15]

(1-9)

+ Biểu diễn thể tích công tác:
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

8


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

Vh
0.398
=
= 190

μ V [mm] 0.002095
[mm] [2, tr 15]
+ Biểu diễn áp suất cực đại:
pzbd = 160 - 220 [mm] Chọn pzbd = 200 [mm]
Vhbd =

⇒

μp =

(1-10)

pz
5.1
p zbd [MN/(m2.mm) => μ p = 200 = 0, 0255 [MN/(m2.mm)]

+ Về giá trị biểu diễn ta có đường kính của vòng tròn Brick AB bằng giá trị biểu diễn
Vh, nghĩa là giá trị biểu diễn cửa AB = Vhbd
⇒

µS =

S  mm 
Vhbd  mm  =0.45 [mm/mm] [2, tr 15]

+ Giá trị biểu diễn của oo’:

SVTH: Phạm Phúc Nhật

,

oobd
=

oo ,
µ S [mm] [2, tr 15]

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

(1-11)
(1-12)

9


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

Bảng 1. 2 Bảng giá trị Đồ thị công động cơ Gasoline
V

i

V
(dm3)

V
(mm)

1Vc

1

0.04

1.5Vc

1.5

2Vc

Đường nén

Đường giản nở

in1

1/in1

Pc/in1

20

1.00

1.00

2.15

0.06

30

1.73

0.58

1.24

2

0.08

40

2.55

0.39

0.84

2.5Vc

2.5

0.10

50

3.45

0.29

0.62

3Vc

3

0.13

60

4.41

0.23

0.49

3.5Vc

3.5

0.15

70

5.43

0.18

0.40

4Vc

4

0.17

80

6.50

0.15

0.33

4.5Vc
5Vc
5.5Vc
6Vc

4.5
5
5.5
6

0.19
0.21
0.23
0.25

90
100
110
120

0.13
0.11
0.10
0.09

0.28
0.25
0.22
0.19

6.5Vc

6.5

0.27

130

0.08

0.17

6.75

7Vc

7

0.29

140

0.07

0.16

6.10

7.5Vc

7.5

0.31

150

0.07

0.14

5.56

8Vc

8

0.34

160

0.06

0.13

5.09

8.5Vc

8.5

0.36

170

0.06

0.12

4.69

9Vc

9

0.38

180

0.05

0.11

4.35

9.5Vc

9.5

0.40

190

0.05

0.10

4.04

10Vc

10

0.42

200

0.04

0.10

3.77

10.5Vc 10.5 0.44

210

7.62
8.78
9.99
11.23
12.5
2
13.8
3
15.1
8
16.5
6
17.9
8
19.4
2
20.8
9
22.3

9
23.9
1

Pn
(mm)
84.3
9
48.8
2
33.11
24.4
9
19.1
5
15.5
5
12.9
9
11.08
9.61
8.45
7.51

0.04

0.09

3.53

SVTH: Phạm Phúc Nhật

1/in2

1.00

1.00 5.10

200.00

1.66

0.60 3.07

120.48

2.38

0.42 2.14

84.10

3.14

0.32 1.62

63.62

3.95

0.25 1.29

50.66

4.79

0.21 1.07

41.78

5.66

0.18 0.90

35.36

6.55
7.48
8.42
9.39
10.3
8

0.15
0.13
0.12
0.11

0.78
0.68

0.61
0.54

30.52
26.74
23.74
21.30

0.10 0.49

19.28

11.39 0.09 0.45

17.56

12.4
1
13.4
5
14.5
1
15.5
9
16.6
8
17.7
8
18.9
0

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

Pz/in2

Pgn
(mm)

in2

0.08 0.41

16.12

0.07 0.38

14.86

0.07 0.35

13.78

0.06 0.33

12.82

0.06 0.31

12.00

0.06 0.29

11.24

0.05 0.27

10.58

10


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

1.2.2. Cách vẽ đồ thị
+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở.
+ Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:
+ Điểm a (Va ; pa):
Va = Vc+ Vh = 0.398 + 0.0419= 0.44 [dm3] ⇒ V = 210 [mm]
pa = 0,09 [MN/m2] ⇒ pabd = 3.53 [mm]

⇒ a(210, 3.53)

+ Điểm b (Vb; pb):
Vb = Va = 0.44 [dm3] ⇒ V = 210 [mm]
pb = 0.270 [MN/m2] ⇒ pb = 10.58 [mm]
⇒ b(210, 10.58)
• Điểm phun sớm : c’ xác định từ Brick ứng với ϕs;
• Điểm c(Vc;Pc) = c(20, 84.39)
• Điểm bắt đầu quá trình nạp : r(Vc;Pr) => r(20, 4.24)
• Điểm mở sớm của xu páp nạp :

r’ xác định từ Brick ứng với α1

• Điểm đóng muộn của xupáp thải :

r’’ xác định từ Brick ứng với α4

• Điểm đóng muộn của xupáp nạp :

a’ xác định từ Brick ứng với α2

• Điểm mở sớm của xupáp thải :

b’ xác định từ Brick ứng với α3

• Điểm y (Vc, Pz) => y(20; 170)
• Điểm áp suất cực đại lý thuyết: z (ρVc, Pz) => z(20; 200)
• Điểm áp suất cực đại thực tế: z’’(ρ/2Vc, Pz) => z’’(10; 200)
• Điểm c’’ : cc” = 1/3cy

• Điểm b’’ : bb’’=1/2ba

[2, tr 19].

Bảng 1. 3 Các điểm đặc biệt
Giá trị thật
V (dm3)
0.44
0.042
0.042

0.440
0.042
0.042

Giá trị vẽ
Điểm
p (MN/m )
V (mm)
p (mm)
a (Va, pa)
0.09
210
3.53
c (Vc, pc)
2.152
20
84.39
z (Vz, pz)
5.100
20
200
b (Vb, pb)
0.270
210
10.58
r (Vr, pr)
0.108
20
4.24
y(Vc, pz)

4.335
20
170
c’’
20
112.93
b’’
210
7.06
z''(ρ/2vc;pz)
0.021
5.100
10
200
Bảng 1. 4 Các giá trị biểu diễn trên đường nén và đường giãn nở
SVTH: Phạm Phúc Nhật

2

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

11


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

Giá trị vẽ
Vx
pnén
pgiản nở

p0
20
84.39
200.00
3.92
30
48.82
120.48
3.92
40
33.11
84.10
3.92
50
24.49
63.62
3.92
60
19.15
50.66
3.92
70
15.55
41.78
3.92
80
12.99
35.36
3.92
90

11.08
30.52
3.92
100
9.61
26.74
3.92
110
8.45
23.74
3.92
120
7.51
21.30
3.92
130
6.75
19.28
3.92
140
6.10
17.56
3.92
150
5.56
16.12
3.92
160
5.09
14.86

3.92
170
4.69
13.78
3.92
180
4.35
12.82
3.92
190
4.04
12.00
3.92
200
3.77
11.24
3.92
210
3.53
10.58
3.92
+ Sau khi có các điểm đặc biệt tiến hành vẽ đường thải và đường nạp , tiến hành hiệu
chỉnh bo tròn ở hai điểm z’’ và b’’.

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

12

Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

Hình 1. 1 Đồ thị công, đồ thị Brich, đồ thị lực quán tính của động cơ sử dụng nhiên
liệu Gasoline 4 kỳ không tăng áp

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

13


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

1.3. Đồ thị brick
1.3.1. Phương pháp

Hình 1. 2 Phương pháp vẽ đồ thì Brick



Vẽ vòng tròn tâm O , bán kính R .Do đó AD = 2R = S =85.5 [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:



S
85.5
Vhbd = 190 = 0.45 = μ [mm/mm] [2, tr 23]
(1-13)
R
Từ O lấy đoạn OO’ dịch về phía ĐCD như Hình 1.2 ,với giá trị biểu diễn :



µS =

OO 'bd =



OO '
λ
S .λ
= R.
=
= 11.4 [ mm ]
µS
2.µ S 4.µ S
[2, tr 23]

(1-14)
Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB , hạ M’C thẳng góc với
AD . Theo Brich đoạn AC = x . Điều đó được chứng minh như sau:




Rλ
Ta có : AC=AO - OC= AO - (CO’ - OO’) = R- MO’.cosα + 2
Rλ
Coi : MO’ ≈ R + 2 cosα

λ

R (1 − cos α ) + 1 − cos 2 α
2
⇒ AC = 

(

) = R (1 − cos α ) + λ4 (1 − cos 2α )  = x






[3, tr 14].

1.3.2. Đồ thị chuyển vị
 Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là:

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

14


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

α =10o, 20o, 30o, ... ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường 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 Brich ta kẻ các đường thẳng song song với trục
Oα. Và từ các điểm chia (có góc tương ứng) trên trục Oα ta vẽ các đường song song
với OS. Các đường này sẽ cắt nhau tại các điểm. Nối các điểm này lại ta được đường
cong biểu diễn độ dịch chuyển x của piston theo α.
Bảng 1. 5 Bảng giá trị đồ thị chuyển vị S = f(α)

1
0.94
0.77
0.5
0.17
-0.2
-0.5
-0.8
-0.9

-1

x=R[(1-cosα)
+λ/4(1-cos2α)]
0
0.795
3.165
7.011
12.122
18.273
25.223
32.659
40.288
47.88

0
1.8
7
15.6
26.9
40.6
56.1
72.6
89.5
106.4

-0.174

-0.9

55.165

122.6

-0.342
-0.5
-0.643
-0.766
-0.866
-0.94
-0.985
-1

-0.8
-0.5
-0.2
0.17
0.5
0.77
0.94
1

61.9
67.973
73.25
77.615
81.054
83.535
85.013
85.5

137.6
151.1
162.8
172.5
180.1
185.6
188.9
190

α(độ)

λ

cosα

cos2α

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90

0.24

0.24
0.24
0.24
0.24
0.24
0.24
0.24
0.24
0.24

1
0.985
0.94
0.866
0.766
0.643
0.5
0.342
0.174
0

100

0.24

110
120
130
140
150

160
170
180

0.24
0.24
0.24
0.24
0.24
0.24
0.24
0.24

xbd

Hình 1. 3 Đồ thị chuyển vị S = f(α)
1.4.

Xây dựng đồ thị vận tốc v(α)
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

15


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

1.4.1. Phương pháp
 Chọn tỷ lệ xích:

µv= ω.µs= 0.45. 596.9= 268.61[mm/(s.mm)]


Vẽ nữa vòng tròn tâm O có bán kính R1:
R2 =

Rω
×
2

=

85.5 × 596.9
=
2
25517.59[mm/s]



Giá trị biểu diễn của R1 là :
R 25517.59
R1bd = 1 =
= 95
μv
0.2686
[mm]
Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R2:



λ ×Rω
×
85.5 × 596.9 × 0.24
=
= 6124.221
2
2
[mm/s]
Giá trị biểu diễn của R2 là:



R2 =

R 2bd =



(1-15)

(1-16)

(1-17)

(1-18)

R2
= 11.4
μv
[mm]

(1-19)
Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1, và vòng tròn bán kính R 2 ra 18 phần bằng nhau.
Như vậy, ứng với góc α ở nửa vòng tròn bán kính R1 thì ở vòng tròn bán kính R2 sẽ là

2α, 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính R1 mỗi điểm cách nhau 10 và trên vòng tròn




bán kính R2 mỗi điểm cách nhau là 20 [3, tr 15].
Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, ..., 18 theo chiều ngược kim đồng



hồ, còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’,1’,2’,..., 18’ theo chiều kim đồng hồ,
cả hai đều xuất phát từ tia OA [3, tr 15].
Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R 1, ta dóng các đường thẳng vuông góc
với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R 2 ta kẻ các đường
thẳng song song với AB. Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tương ứng theo từng cặp 00’;1-1’;...;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, ..., 18. Nối các điểm này lại bằng
một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kính R 1 biểu diễn trị số vận tốc v bằng
các đoạn 0, 1a, 2b, 3c , ..., 0 ứng với các góc 0, α1,α2, α3...α18. Phần giới hạn của đường



cong này và nửa vòng tròn lớn gọi là giới hạn vận tốc của piston [3, tr 15].
Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ OαS , trục thẳng đứng Ov trùng với
trục Oα. Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường thẳng song song với trục
Ov cắt trục Os tại các điểm 0, 1, 2, 3, .., 18. Từ các điểm này, ta đặt các đoạn thẳng 00,
1a, 2b, 3c, ..., 1818 song song với trục Ov và có khoảng cách bằng khoảng cách các

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

16


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

đoạn 0, 1a, 2b, 3c , ..., 0. Nối các điểm 0, a ,b c, ..., 18 lại với nhau ta có đường cong
biểu diễn vận tốc của piston v=f(S) [3, tr 15].


SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

17


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

1.4.2. Đồ thị vận tốc V(α)

Hình 1. 4 Đồ thị vận tốc V = f(α)


Vẽ hệ toạ độ vuông góc v - s trùng với hệ toạ độ trục thẳng đứng 0v trùng với trục
0α Từ các điểm chia trên đồ thị Brich, ta kẻ các đường thẳng song song với trục 0v và
cắt trục 0s tại các điểm 0,1,2,3,..,18, từ các điểm này ta đặt các đoạn thẳng 00’’, 11’’,

22’’, 33’’, ... ,1818’’ song song với trục 0v có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn
tương ứng nằm giữa đường cong với nữa đường tròn bán kính r 1 mà nó biểu diển tốc
độ ở các góc α tương ứng. Nối các điểm 0’’,1’’,2’’,...,18’’ lại với nhau ta có đường

cong biểu diễn vận tốc piston v=f(s).
1.5. Đồ thị gia tốc
1.5.1. Phương pháp
 Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thị Tôlê vì phương


pháp này đơn giản và có độ chính xác cao.Cách tiến hành cụ thể như sau:
Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R . Từ A dựng đoạn thẳng AC = J max = Rω2(1+λ). Từ B



dựng đoạn thẳng BD = Jmin = -Rω2(1-λ) , nối CD cắt AB tại E [3, tr 15].
Lấy EF = -3λRω2 . Nối CF và DF . Phân đoạn CF và DF thành những đoạn nhỏ bằng



nhau ghi các số 1 , 2 , 3 , 4 , … và 1’ , 2’ , 3’ , 4’ ,… (hình 1.6) [3, tr 15].
Nối 11’ , 22’ , 33’ , 44’ , … Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thị quan hệ của
hàm số : j = f(x)

SVTH: Phạm Phúc Nhật

[3, tr 15].

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

18


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

Hình 1. 5 Đồ thị gia tốc j = f(x)
1.5.2. Đồ thị gia tốc j = f(x)


J max = R ⋅ ω 2 .(1 + λ) = 42,75 ×10-3 ×596.92 ×(1 + 0,24) = 18887.1
2








S 85,5
=
= 190
μ s 0,45
[mm]

(1-22)

Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với:
J max 18887.10
=

= 60.00
μj
314.79

[mm]
Tại B, dựng đoạn thẳng BD thẳng góc với AB về phía dưới, với:
BD =



2

Suy ra Jminbd = -36.77[mm]
Vẽ hệ trục J - s.
Lấy đoạn thẳng AB trên trục Os, với:

AC =


(1-19)

J min = − R ⋅ ω ⋅ (1 − λ) = 42,75 ×10 ×596.9 ×(1-0,24) = −11575.96 [m/s2]
(1-20)
J
18887.1
μ J = max =
= 314.79
j
60
max

bd
Chọn tỷ lệ xích:
[m/(s2.mm)] [2, tr 27]
(1-21)
-3

AB =


[m/s2] [2, tr 27]

(1-23)

J min −11575.97
=
= −36.77
μj
314.79

[mm]
(1-24)
Nối C với D cắt AB tại E, dựng EF thẳng góc với AB về phía dưới một đoạn:
2



- 3 ⋅ λ ⋅ R ⋅ω
EF =
μj
[mm] = −34.84 [mm] [3, tr 15].

Nối đoạn CF và DF, ta phân chia các đoạn CF và DF thành 8 đoạn nhỏ bằng nhau và
ghi số thứ tự cùng chiều, chẳng hạn như trên đoạn CF: C, 1, 2, 3, 4, F; trên đoạn FD: F,

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

19


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)
'
'
'
1’, 2’, 3’,4’,D. Nối các điểm chia 11 ,22 ,33 ,... Đường bao của các đoạn này là đường
cong biểu diễn gia tốc của piston: J = f(x) .

Hình 1. 6 Đồ thị gia tốc J = f(x)

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

20


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

1.6. Vẽ đồ thị lực quán tính
1.6.1. Phương pháp

 Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển động tịnh
tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh truyền quy dẫn về
đầu nhỏ thanh truyền [2, tr 28].
m’ = mpt +m1 [kg]
Trong đó:
• mpt: Khối lượng nhóm piston. Theo đề ta có mpt = 0.7 [kg]
• m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền.
 Được chọn tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại. Vì động cơ đang
thiết kế có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m 1 trong
khoảng.
m1 = (0,275 ÷ 0,35).mtt

[2, tr 29]

Trong đó:
• mtt: Khối lượng nhóm thanh truyền. Theo đề ta có mtt = 0,8 [kg].
 Ta chọn:



m1 = 0,28.0,8 = 0,224[kg]
m2 = 0,7mtt = 0,56 [kg]
Vậy khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là:



m’ = m1 + mpt = 0,224 + 0,7 = 0.924 [kg] [2, tr 28]
(1-25)
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 trị thực của nó ta vẽ -P j= f(x) ứng

với một đơn vị diện tích đỉnh Piston [2, tr 28].
m'
m'
0.924
m=
=
=
= 198.43
2
π ×0, 077 2
Fpis πD
4
4
[kg/m2] [2, tr 28]
(1-25)

1.6.2. Đồ thị lực quán tính
 Lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến:

− PJ = m ⋅ J
[2, tr 28]


[MN/m2]

(1-26)

Từ công thức ta xác định được:

− PJmax = m ⋅ J max

−6
[MN/m2] = 198.43 ×10 ×18887.10 = 3.7478 [MN/m2]

(1-27)

−6



- PJmin = 198, 43.10 .(−11575,97) = −2, 297 [MN/m2] [2, tr 29] (1-28)
Đồ thị PJ này vẽ chung với đồ thị công P-V.
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

21


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)



Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:
Chọn tỷ lệ xích trùng với tỷ lệ xích đồ thị công

μ PJ = μ p = 0,0255



[MN/(m2.mm)]
Trục hoành trùng với trục Po của đồ thị công.
AC =
BD =

EF =

−PJmax
= 146.97
μ Pj

[mm] [2, tr 29]

−PJmin
= −90.08
μ Pj

[mm] [2, tr 29]

- 3m ⋅ R ⋅ λ ⋅ ω
μ pj

SVTH: Phạm Phúc Nhật

2

[mm] = −85.34 [mm]

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

22


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

Hình 1. 7 Đồ thị lực quán tính

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

23


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

1.7. Đồ thị khai triển: pkt, pj, p1 – α
1.7.1. Vẽ Pkt – α
 Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OPα, trục hoành Oα nằm ngang với trục po.
o
o
 Trên trục Oα ta chia 10 một, ứng với tỷ lệ xích µα = 2 [ /mm].
 Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hành khai triển như sau:
 Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng song song với OP và cắt đồ
thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quá trình nạp, nén, cháy - giãn nở
và thải. Qua các giao điểm này ta kẻ các đường ngang song song với trục hoành sang


hệ trục toạ độ OPα [2, tr 30-31].
Từ các điểm chia trên trục Oα, kẻ các đường song song với trục OP, những đường này

cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các góc chia của đồ thị Brick và phù
hợp với quá trình làm việc của động cơ [2, tr 31]. Nối các giao điểm này lại ta có
đường cong khai triển đồ thị Pkt - α với tỷ lệ xích :
µp = 0,0255 [MN/(m2.mm)]
µα = 2 [0/mm]

1.7.2. Vẽ Pj – α
 Cách vẽ đồ thị khai triển này giống như cách vẽ đồ thị khai triển P kt - α. Tuy nhiên,
trên đồ thị p - V thì giá trị của lực quán tính là – P J nên khi chuyển sang đồ thị P-α ta
phải đổi dấu [2, tr 31].
1.7.3. Vẽ P1 – α
 Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc α tương ứng, ta vẽ được đường biểu diễn hợp
lực của lực quán tính và lực khí thể P1:
P1 = Pkt + PJ [MN/m2] [2, tr 31].

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

24


Tính toán thiết kế động cơ đốt trong (Động cơ X14-0118)

1.7.4. Đồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α
Bảng 1. 6 Giá trị đồ thị khai triển 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

320
330
340
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Pkt
0.32
-0.10
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
-0.39
0.00
1.00
1.50
1.70
2.00
2.50

3.00
3.50
3.80
4.00
5.00
6.50
9.00
16.00
25.50
38.00
53.00

Pj
-148
-141.5
-135
-111.25
-95
-66
-40
-12
6
28.5
50
67
78
83
85
88
89.25

90.5
90
90.5
89.25
88
85
83
78
67
50
28.5
6
-12
-40
-66
-95
-111.25
-135

Giá trị vẽ
(mm)
P1=Pkt+pj
-147.68
-141.60
-135.39
-111.64
-95.39
-66.39
-40.39
-12.39

5.61
28.11
49.61
66.61
77.61
82.61
84.61
87.61
88.86
90.11
90.00
91.50
90.75
89.70
87.00
85.50
81.00
70.50
53.80
32.50
11.00
-5.50
-31.00
-50.00
-69.50
-73.25
-82.00

Hướng dẫn: Th.s Dương Đình Nghĩa

Giá trị thật
(MN/m2)
P1
-4430.45
-4248.00
-4061.75
-3349.25
-2861.75
-1991.75
-1211.75
-371.75
168.25
843.25
1488.25
1998.25
2328.25
2478.25
2538.25
2628.25
2665.75
2703.25
2700.00
2745.00
2722.50
2691.00
2610.00
2565.00
2430.00
2115.00
1614.00

975.00
330.00
-165.00
-930.00
-1500.00
-2085.00
-2197.50
-2460.00
25