Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

MỤC LỤC
Phần 1: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU
KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN................................................................................3
Phần 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ 5VZ-FE......................35
Phần 3: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA
CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ...........................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................60

LỜI NÓI ĐẦU
SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 1


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

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 phải nói đến ngành động lực và
sản xuất ôtô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiến trên thế giới cùng
sản xuất và lắp ráp ôtô. 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 ôtô

Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

Phần 1: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG, ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ
CẤU KHUỶU TRỤC THANH TRUYỀN
1.1 Xây dựng đồ thị công
1.1.1 Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén
- Phương trình đường nén đa biến:
pV n1 = const.

Do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì:
p cVc

Đặt:

n1

n1

= p nxVnx ⇒

p nx = pc

1
 Vnx

 Vc

n2 = (1,23 ÷ 1,34). Chọn n2 = 1,31.
Do đó, nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì:
p zVz

Ta có: ρ =

n2

= p gnxVgnx

n2

⇒ p gnx = p z

1
n2
 Vgnx  .


 Vz 

VZ
- hệ số giãn nở khi cháy. Chọn ρ = 1.
VC

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 3








n2

.

= i.

Vc

Do đó: p gnx =

p z .ρ n2
i n2

1.1.3 Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở
Cho i tăng từ 1 → ε = 9,4 từ đó ta lập bảng xác định các điểm trên đường nén
và đường giãn nỡ.

Vx

i

1Vc

Đường nén


9.400

2Vc

2

2.585

0.387

0.749

2.479

0.403

3.792

3Vc

3

4.505

0.222

0.430

4.217


8.235

0.121

1.141

6Vc

6

11.643

0.086

0.166

10.456

0.095

0.899

7Vc

7

14.381

0.070


0.049

0.095

17.785

0.056

0.528

9.4Vc

9.4

21.537

0.046

0.089

18.827

0.053

0.499

1.1.4 Xác định các điểm đặc biệt
Ta có: Va = Vc + Vh ; Vc =
Mà: Vh =


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong
Áp suất cuối quá trình giãn nở

:

Pb =

Pz
ε 
 
ρ

=

n2

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ
6,3
1, 31

 9,4 


 1 

= 0,335( MN / m 2 ).

Áp suất khí sót: chọn pr = 0,115[MN/m2]
Vậy các điểm đặc biệt đó là:
r(Vc,pr) : r(0,068; 0.115)

1

0.068

20

1

1.938

67.76

1

6.3

220

2

0.136

40

2.584

0.749

26.21


6.680

0.290

10.14

6.147

1.024

35.83

5

0.340 100

9.069

0.213

7.47

8.234

0.765

26.75

6


0.112

3.92

15.242

0.413

14.45

9

0.612 180 20.291

0.095

3.33

17.785

0.354

12.38

9.4 0.639 188 21.537

0.089

3.14


các tọa độ điểm bằng các đường cong thích hợp được đường cong nén và đường cong
giãn nở.
+ Vẽ đường biểu diễn quá trình nạp và quá trình thải bằng hai đường thẳng song
song với trục hoành đi qua hai điểm Pa và Pr. Ta có được đồ thị công lý thuyết.
Vẽ đồ thị brick phía trên đồ thị công. Lấy bán kính cung tròn R bằng ½ khoảng
SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 5


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

cách từ Va đến Vc.
sth
82
=
= 0,488( mm / mm ) .
sbd 188 − 20

-

Tỉ lệ xích đồ thị brick: µ s =

-

Lấy về phía phải điểm O’ một khoảng : OO’ =

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

toán :
pz’ = 0,85.pz = 0,85.6,3 = 5,355 (MN/m2)
Vẽ đường đẳng áp pz’ = 5,355 (MN/m2).
Từ đồ thị Brick xác định góc 120 gióng xuống cắt đoạn đẳng áp tại z’.
-

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

Áp suất cuối quá trình nén thực tế thường lớn hơn áp suất cuối quá trình nén lý
thuyết do sự đánh lửa sớm.
pc’’ = pc +

1
.( pz’ -pc )
3

pc’’ = 1,938 +

1
.( 5,355 - 1,938) = 3,077 (MN/m2)
3

Nối các điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục và dính vào đường giãn nở.
-

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

Áp suất cuối quá trình giãn nở thực tế thường thấp hơn áp suất cuối quá trình giãn

[ΜΝ/m2]

10,5

O

0

O'

18

10°

17

42°

1
z

6,3

46°

16

2

15

µ

0,0286[ΜΝ/m.mm]

µ

0,0034[dm3/mm]

ĐỒ THỊ CÔNG

c''

ĐỒ THỊ CÔNG
C
c
c'

1'
2'
3'
4'

r'
A r''

Po

1Vc

b'


F

1

2

3

4

5

6

7

D

Hình 1.1 : Đồ thị công

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 7


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong





l – Chiều dài của thanh truyền (m)

ÂCD

B

B - Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCD
R – Bán kính quay của trục khuỷu (m)

ÂCT

β

chốt khuỷu
A – Vị trí chốt piston khi piston ở ĐCT

x

C
α R

O
Hình1.2: Sơ đồ kết cấu TKTT giao tâm
x – Độ dịch chuyển của piston tính từ ĐCT ứng với
S – Hành trình của piston (m)

góc quay trục khuỷu α (m)
β - Góc lắc của thanh truyền ứng với góc α (độ)
1.2.1.2 Xác định độ dịch chuyển (x) của piston bằng phương pháp đồ thị Brick

82
=
=
= 168[mm]
+ V na vũng trũn (0; R/ à S ), ng kớnh AB =
àS
àS
0,488

+ Chn t l xớch à s =

+ T tõm O, ly v phớa CD mt on OO sao cho:
OO ' =

R.
S . 82.0,25
=
=
= 10,5[mm]
2.à S 4.à S 4.0,488

+ T O ' k cỏc tia ng vi cỏc gúc t 0 ,10 ,20 ,......,180 , cỏc tia ny ct na
vũng trũn Brick tng ng ti cỏc im t 0,1,2,......,18 .
+ V h trc to vuụng gúc S - phớa di na vũng trũn (O; R/àS), trc O
thng ng dúng t A xung biu din giỏ tr t 0 ữ 180 vi t l xớch:
à = 2 / mm , trc OS nm ngang biu din giỏ tr S vi t l xớch: àS = 0,488

[mm/mm].
+ T cỏc im chia 0,1,2,......,18 trờn na vũng trũn Brick, ta dúng cỏc ng
thng song song vi trc O. V t cỏc im chia trờn trc O ng vi cỏc giỏ


S = 2R

O'
B
CD
x

Hỗnh 1.3 Phổồng phaùp õọử thở Brick vaỡ caùch khai trióứn trón toỹa õọỹ x -
SVTH: Lng Vn Cụng Lp: 09C4LT

Trang 9


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

1.2.1.3 Giải vận tốc v của piston bằng phương pháp đồ thị
- Theo phương pháp giải tích ta tính gần đúng vận tốc của piston là:
λ


v = R.ω.. sin α + . sin 2α  .
2




2µ v

S 82
=
= 41[mm].
2 2

λ = 0,25 .
R.ω 41.507,63
⇒ bán kính: r1 = µ = 247,72 = 84[mm].
v
r2 =

+

R.ω.λ 41.507,63.0,25
=
= 10,5[mm].
2.µ v
2.247,72

Chia đều nửa vòng tròn bán kính r1 , và vòng tròn bán kính r2 ra 18 phần

bằng nhau. Như vậy, ứng với góc α ở nửa vòng tròn bán kính r1 thì ở vòng tròn
bán kính r2 sẽ là 2α , 18 điểm trên nửa vòng tròn bán kính r 1 mỗi điểm cách
nhau 10  và trên vòng tròn bán kính r2 mỗi điểm cách nhau là 20  .
+ Trên nửa vòng tròn r1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, ..., 18 theo chiều ngược
kim đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính r2 ta đánh số 0’,1’,2’,..., 18’ theo
chiều kim đồng hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA.
+

Trang 11




Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

ĐỒ THỊ CHUYỂN VỊ, VẬN TỐC
µ =2[ /mm]
µ =0,488[mm/mm]
µ =0,0034[mm/(s.mm)]
0

α

s

v

α [mm]

V[mm]
s=f(α)

V=f(s)

180
160

2'
8'
1'
0'
9'
17'
10'
16'
11'
15'14'13'12'

0A

1

B18

17

2

16
15

3
14

4
13



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

Các bước tiến hành xây dựng đồ thị như sau :

2
2
−3
+ Ta có: J max = R.ω .(1 + λ ) = 41.507,63 .(1 + 0,25).10 = 13206,52 [m/s2].

J min = − R.ω 2 .(1 − λ ) = −41.507,632.(1 − 0,25).10−3 = −7923,91 [m/s2].
2
2
−3
+ Chọn tỷ lệ xích : µ j = µs .ω = 0,488.507,63 .10 = 125,75 (mm/(s2mm)).

+ Vẽ hệ trục J - s.
+ Lấy đoạn thẳng AB trên trục Os, với AB = S/ µ S =

82
= 168 [mm].
0,488

+ Tại A, dựng đoạn thẳng AC thẳng góc với AB về phía trên, với:
AC =

J max 13206,52
=

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 13




Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

ĐỒ THỊ TÔLÊ

µ j =125,75[mm/(s 2 .mm)]

C

1'

Jmax

J=f(s)

2'

3'

4'
B


xác định các lực tác dụng lên các chi tiết trong cơ cấu ở mỗi vị trí của khuỷu
SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 14


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

trục để phục vụ cho việc tính toán sức bền, nghiên cứu trạng thái mài mòn của
các chi tiết máy và tính toán cân bằng động cơ.
Trong quá trình làm việc của động cơ, cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
chịu tác dụng của các lực sau: Lực quán tính của các chi tiết có khối lượng
chuyển động; lực khí thể; trọng lực; lực ma sát. Trừ trọng lực ra, chiều và trị số
của các lực khác đều thay đổi theo vị trí của piston trong các chu kỳ công tác
của động cơ. Trong các lực nói trên lực quán tính và lực khí thể có trị số lớn
hơn cả, nên trong quá trình tính toán ta chỉ xét đến hai loại lực này.
1.2.2.1 Xây dựng đồ thị lực quán tính Pj, lực khí thể Pkt, lực tổng P1
1.2.2.1.1 Xác định khối lượng
a. Khối lượng tham gia chuyển động tịnh tiến:
Các chi tiết máy trong cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tham gia vào chuyển
động tịnh tiến bao gồm các chi tiết trong nhóm piston và khối lượng của thanh
truyền quy dẫn về đầu nhỏ thanh truyền.
m' = m pt + m1.

Ta có:
Trong đó:


mk - khối lượng của khuỷu trục.

Khuỷu trục có kết cấu 2 má khuỷu như nhau:
mk = mck + 2mmr

Trong quá trình tính toán, thiết kế và để xây dựng các đồ thị được tiên lợi
thì người ta thường tính toán khối lượng chuyển động tịnh tiến và khối lượng
chuyển động quay của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền thường tính trên đơn vị
diện tích đỉnh piston.
- Diện tích đỉnh piston :
FP =

πD 2 3,14.94,52
=
= 7010,25[ mm 2 ] = 0,00701025[m 2 ] .
4
4

- Khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến tính trên đơn vị
diện tích đỉnh piston là:
m=

m'
1,13
=
= 161,2[kg/m 2 ]
FP 0,00701025

1.2.2.1.2 Xác định lực quán tính các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến

0,0286

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 16


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong
− PJ min

+ BD = µ
P

j

+ EF =

=



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

− 1,277
= −44,66[mm] .
0,0286

− 3mRλω 2 − 3.161,2.41.0,25.507,632.10 −3.10 −6
=
= −44.66[mm]

điểm này lại ta có đường cong khai triển đồ thị p - α với tỷ lệ xích :
µ P = 0,0286[ MN /(m 2 .mm)] .

µα = 2[ 0 / mm] .

b. Khai triễn đồ thị P j - V thành Pj - a: Cách khai triễn đồ thị này giống như
cách khai triễn đồ thị P -V thành P - α. Tuy nhiên, trên đồ thị P - V thì giá trị
của lực quán tình là - Pj nên khi chuyển sang đồ thị P - α ta phải đổi dấu.
1.2.2.1.5 Cộng đồ thị P - α và Pj - α, ta được đồ thị P1 - α
Cộng các giá trị pkt với pj ở các trị số góc α tương ứng, ta vẽ được đường biểu diễn
hợp lực của lực quán tính và lực khí thể P1:
P1 = Pkt + Pj , [MN/m2].

Baín g tênh P J , P kt , P 1 :
Φ
0
10
20
30
40
50

Pj
-74.44
-72.65
-67.37
-58.62
-48
-35.43


150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440

-48
-58.62
-67.37
-72.65
-74.44
-72.65
-67.37
-58.62
-48
-35.43
-22.1
-8.79
3.74
14.89
24.26
31.65

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT



-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35
-0.35

18.91
15.73
13.43

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ
-22.45
-9.14
3.39
14.54
23.91
31.30
36.77
40.50
42.62
43.57
44.02
44.24
44.31
44.26
44.11
43.78
43.01
40.88
37.77
32.78
26.05
17.60
7.74
-2.91
-13.48

570
580
590
600
610
620
630
640
650
660
670
680
690
700
710
720

37.12
40.58
42.97
43.92
44.37
44.59
44.66
44.59
44.37
43.92
42.97
40.58
37.12

0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52

GVHD: TS Phùng Xuân Thọ
48.87
51.08
52.47
52.16
51.25
50.13
49.02
47.76
46.47
45.13
43.59
41.10
37.64
32.17
24.78
15.41
4.26
-8.27


0

20

40

60

80

100 120

140

160 180

200

220

240 260 280

300 320

340

360 380

400

P1
β
Ptt

l α+β
Pk

α Z
O
P1

T

N

Ptt
Ptt

Hình 1.6: Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục thanh truyền giao tâm.
- Ta có :
T = P1

sin (α + β )
, [MN/m2]
cos β

+Lực pháp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu: Z = P1

cos( α + β )
, [MN/m2]

µT = µ Z = µ N = µ P = 0,0286[ MN /( m 2 .mm)] .
µ α = 2 [độ/mm].

Baín g tênh N, T, Z:

α  P1[mm]
(1)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220

32.78

tgβ

N[mm]

sin (α + β )
cos β

T[mm]

cos( α + β )
cos β

Z[mm]

(3)
0
0.0434
0.0858
0.126
0.1628
0.1951
0.2217
0.2416
0.2541
0.2582
0.2541
0.2416
0.2217

5.4898
3.7769
1.92
0
-1.921
-3.785
-5.516
-7.002
-7.976
-8.374
-7.92

(5)
0
0.2164
0.4227
0.6091
0.7675
0.8915
0.9769
1.0224
1.0289
1
0.9407
0.857
0.7551
0.6406
0.5181
0.3909
0.2614

-5.7936
-11.5303
-17.1136
-22.2834
-26.1877
-28.5201
-28.0924

(7)
1
0.9773
0.9103
0.803
0.6614
0.4933
0.308
0.1149
-0.0766
-0.2582
-0.4239
-0.5691
-0.692
-0.7923
-0.8707
-0.929
-0.969
-0.9923
-1
-0.9923
-0.969

-32.3892
-26.1368
-18.6550

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT

Trang 22


Đồ án môn học: KCTT-Động Cơ Đốt Trong
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450

-2.91
-13.48
-22.45
-28.22
-29.55
-23.22
-14.04
26.65
111.08
74
44.53
26.73
17.73
17.02
20.93
27.1
33.8
39.99
45.08
48.87
51.08
52.47
52.16
51.25
50.13
49.02
47.76
46.47
45.13
43.59

0.2217
0.2416
0.2541
0.2582
0.2541
0.2416
0.2217
0.1951
0.1628
0.126
0.0858
0.0434
0
-0.0434
-0.0858
-0.126
-0.1628
-0.1951
-0.2217
-0.2416
-0.2541
-0.2582
-0.2541
-0.2416
-0.2217
-0.1951
-0.1628
-0.126
-0.0858
-0.0434

-2.073
-3.987
-5.686
-7.096
-8.019
-8.345
-7.772
-6.297
-3.979
-1.082
1.998
4.7843
6.8109
7.7297
7.3206
5.7357
3.1304

-0.9407
-1
-1.0289
-1.0224
-0.9769
-0.8915
-0.7675
-0.6091
-0.4227
-0.2164
0
0.2164

-0.7675
-0.6091
-0.4227
-0.2164

SVTH: Lương Văn Công – Lớp: 09C4LT



GVHD: TS Phùng Xuân Thọ

-24.5052
-17.6
-7.9636
2.9751
13.1686
20.0141
21.6588
17.9989
9.8150
3.0382
0
24.0377
31.2798
27.1232
20.5152
15.8062
16.6268
21.3988
27.8831

-0.0766
0.1149
0.308
0.4933
0.6614
0.803
0.9103
0.9773
1
0.9773
0.9103
0.803
0.6614
0.4933
0.308
0.115
-0.0765
-0.2582
-0.4238
-0.5691
-0.692
-0.7923
-0.8707
-0.929
-0.969
-0.9923
-1
-0.9923
-0.969
-0.929

8.7462
5.2421
2.4069
-2.0731
-8.7271
-16.9477
-25.6550
-33.8180
-40.4706
-45.6856
-48.4566
-49.6612
-49.7439
-49.02
-47.3922
-45.0294
-41.9257
-37.9538
-32.5635
-26.0468
-18.3079
-10.5042
-3.9788
-0.3263
-0.9502
-6.6466
-17.2211
-31.4032
-46.6543
-60.8535

Z

[MN/m2]

T
N

0 20 40 60

80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720

α

1.2.2.3 Xây dựng đồ thị tổng T: ∑ T
Thứ tự làm việc của động cơ : 1 - 4 - 5 - 2 - 3 - 6.
Góc lệch công tác δ ct =

180.τ 180.4
=
= 120 0 .
i
6

Bảng thứ tự làm việc của động cơ là:
00
1800

3600

5400

∑ Ttb =

30.N i .10 3
( N / m 2 ).
π .R.FP .ϕ .n

Trong đó : - N i : công suất chỉ thị của động cơ; N i =

Ne
[KW ]
ηm

Với η m = (0,7 ÷ 0,95) ; chọn η m = 0,9 ⇒ N i =

142
= 157,77 [KW ]
0,9

- n: là số vòng quay của động cơ
- ω=

π .n 3,14.4850
=
= 507,63( Rad / s )
30
30

- FP :là diện tích đỉnh piston
- FP =