Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh phương tiện giao thông vận tải và cơ giới hóa ngày càng phát triển, nhu cầu đào tạo kỹ sư chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô và Cơ khí Động lực có năng lực tính toán, thiết kế và tối ưu hóa hệ thống động lực là một yêu cầu cấp thiết. Đồ án môn học Động cơ đốt trong của sinh viên Trần Văn Công (Lớp ĐHCNOTOCK15A4, Khoa Cơ khí Động lực, hoàn thành tháng 10 năm 2021 dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Văn Đại và duyệt bộ môn bởi thầy Nguyễn Ngọc Tú) tập trung giải quyết bài toán tính toán nhiệt, phân tích động học, động lực học và kiểm nghiệm bền các chi tiết cơ bản trên đối tượng cụ thể là động cơ Diesel 3D6.

Mục tiêu cốt lõi của đồ án là xác lập các thông số chu trình nhiệt động thực tế, đánh giá trạng thái tải trọng tác động lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền, từ đó kiểm nghiệm độ bền của trục khuỷu nhằm đảm bảo điều kiện làm việc an toàn của động cơ.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân định thành hai hợp phần chính theo đề bài giao:

  1. Phần thuyết minh tính toán:
    • Nhiệm vụ 1: Tính toán các quá trình nhiệt động trong chu trình công tác của động cơ đốt trong và dựng đồ thị công chỉ thị ($P-V$).
    • Nhiệm vụ 2: Tính toán các quy luật động học (chuyển vị, vận tốc, gia tốc piston) và động lực học (lực khí nén, lực quán tính, lực tiếp tuyến, lực pháp tuyến, mômen tổng và phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, đầu to thanh truyền).
    • Nhiệm vụ 3: Tính nghiệm bền các chi tiết chính gồm chốt khuỷu và má khuỷu theo các trường hợp chịu lực nguy hiểm.
  2. Phần bản vẽ kỹ thuật:
    • Nhiệm vụ 1: Thể hiện hệ thống đồ thị động học và động lực học hoàn chỉnh trên giấy kẻ ly khổ A0.
    • Nhiệm vụ 2: Thiết lập bản vẽ kết cấu chi tiết cơ khí trên giấy khổ A1, A2 hoặc A3 theo tỷ lệ quy chuẩn (1:1 hoặc 1:2).

Đối tượng nghiên cứu là động cơ Diesel 3D6 (động cơ tĩnh tại/công nghiệp 4 kỳ, 6 xilanh thẳng hàng, không tăng áp, buồng cháy thống nhất). Thời gian thực hiện đồ án kéo dài trong 8 tuần.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng hệ thống lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật nhiệt và cơ khí động lực:

  • Khung lý thuyết nhiệt động học động cơ đốt trong: Dựa trên phương pháp tính toán nhiệt chu trình công tác thực tế của động cơ đốt trong piston, xác định các biến thiên áp suất và nhiệt độ tại từng giai đoạn nạp, nén, cháy, giãn nở và thải; hiệu chỉnh các thông số lý thuyết sang thực tế thông qua các hệ số điền đầy, quét buồng cháy, lợi dụng nhiệt ($\xi_z, \xi_b$) và hệ số hiệu đính đồ thị công ($\phi_d$).
  • Phương pháp động học và động lực học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền: Ứng dụng giải tích kết hợp phương pháp đồ giải để khảo sát chuyển động và lực tác dụng:
    • Đồ thị vòng Brick: Sử dụng để xác định quy luật chuyển vị của piston $x = f(\alpha)$ và hiệu đính các điểm thực tế trên đồ thị công chỉ thị ($a, c', c'', z, b', b''$).
    • Phương pháp đồ thị vòng (Polar diagram): Xác định quy luật biến thiên vận tốc piston $v = f(\alpha)$ trên hệ tọa độ cực.
    • Phương pháp đồ giải Toolê (Tôlê): Dựng đường biểu diễn gia tốc piston $j = f(x)$ và đường biểu diễn lực quán tính chuyển động tịnh tiến $P_j = f(x)$.
    • Phương pháp màng phim/giấy bóng xoay (Overlay method): Chiếu đổi hệ tọa độ cực để chuyển tiếp đồ thị véctơ phụ tải từ chốt khuỷu sang đầu to thanh truyền dựa trên độ lệch góc lắc thanh truyền $(\alpha + \beta)$.
  • Khung lý thuyết sức bền vật liệu và nghiệm bền dầm: Mô hình hóa trục khuỷu từ hệ dầm siêu tĩnh phức tạp thành các phân đoạn dầm tĩnh định tương đương để phân tích ứng suất uốn và xoắn trong các chế độ chịu tải nguy hiểm nhất.
  • Nguồn dữ liệu: Bộ thông số danh định ban đầu của động cơ 3D6 do bộ môn cung cấp kết hợp hệ thống công thức, bảng tra hệ số nhiệt động thực nghiệm trong giáo trình Động cơ đốt trong.
Thông số ban đầu của động cơ 3D6 Giá trị danh định Đơn vị
Kiểu động cơ Diesel 1 hàng, không tăng áp, buồng cháy thống nhất —
Số kỳ ($\tau$) 4 kỳ
Số xilanh ($i$) 6 xilanh
Thứ tự làm việc của xilanh 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4 —
Đường kính xilanh ($D$) 150 mm
Hành trình piston ($S$) 180 mm
Chiều dài thanh truyền ($l_{tt}$) 320 mm
Tỷ số nén ($\varepsilon$) 14,5 —
Công suất định mức ($N_e$) 150 mã lực (HP)
Số vòng quay định mức ($n$) 1500 vòng/phút
Suất tiêu hao nhiên liệu danh định ($g_e$) 190 g/ml.h
Khối lượng nhóm piston ($m_{pt}$) 2,37 kg
Khối lượng thanh truyền ($m_{tt}$) 5,62 (tính toán dùng 5,26) kg
Góc mở sớm / đóng muộn xupáp nạp ($\alpha_1 / \alpha_2$) 20 / 48 độ quay trục khuỷu
Góc mở sớm / đóng muộn xupáp xả ($\beta_1 / \beta_2$) 48 / 20 độ quay trục khuỷu
Góc phun sớm ($\varphi_i$) 30 độ quay trục khuỷu

Thiết kế và triển khai

Hệ thống tính toán kỹ thuật trong đồ án được triển khai tuần tự qua 3 giai đoạn kỹ thuật chính:

[Tính toán nhiệt chu trình công tác] 
[Xác lập mô hình động học & động lực học cơ cấu]
[Kiểm nghiệm bền chi tiết trục khuỷu - chốt khuỷu]
  1. Giai đoạn tính toán chu trình nhiệt động: Lựa chọn các thông số khí quyển và môi chất ($p_k = 0,1\text{ MPa}$, $T_k = 297\text{ K}$, $p_a = 0,085\text{ MPa}$, $p_r = 0,11\text{ MPa}$, $\Delta T = 38^\circ\text{C}$, $T_r = 800\text{ K}$, $\lambda_1 = 1,02$, $\lambda_2 = 1$, $\xi_z = 0,78$, $\xi_b = 0,9$). Tiến hành cân bằng nhiệt động từng quá trình, xác định lượng không khí lý thuyết $M_0$, lượng khí nạp mới $M_1$, hệ số dư lượng không khí $\alpha = 1,3873$, các chỉ số nén đa biến $n_1 = 1,3678$, giãn nở đa biến $n_2 = 1,2438$, từ đó xác định áp suất và nhiệt độ tại các điểm nút chu trình.
  2. Giai đoạn mô hình hóa động học và động lực học:
    • Thiết lập thông số kết cấu $\lambda = R / l_{tt} = 90 / 320 = 0,28125$. Tính toán tốc độ góc $\omega = 157\text{ rad/s}$ và vận tốc trung bình của piston $v_{tb} = 9\text{ m/s}$.
    • Quy đổi khối lượng nhóm piston ($m_{pt} = 2,37\text{ kg}$) và khối lượng thanh truyền phân bố về tâm chốt piston ($m_1 = 1,5254\text{ kg}$) tạo thành khối lượng chuyển động tịnh tiến $m = 3,8954\text{ kg}$.
    • Xác định khối lượng quay quy dẫn về tâm chốt khuỷu $m_2 = 3,7346\text{ kg}$, khối lượng chốt khuỷu $m_{ch} = 0,72\text{ kg}$ (kích thước chốt: $d_{ch} = 85\text{ mm}, d_{tr} = 44\text{ mm}, l_{ch} = 70\text{ mm}$, khối lượng riêng $\rho = 7800\text{ kg/m}^3$) và khối lượng má khuỷu quy dẫn $m_{0m}$.
    • Tính toán áp suất khí nén $p_{kt}$, lực quán tính tịnh tiến $p_j$ để xác định áp suất tổng $p_\Sigma = p_{kt} + p_j$, phân tích thành lực tiếp tuyến $T$ và lực pháp tuyến $Z$.
    • Tổng hợp lực tiếp tuyến $\sum T$ cho 6 xilanh với chu kỳ công tác lệch nhau $\delta_{ct} = 120^\circ$ theo thứ tự nổ 1-5-3-6-2-4.
    • Xác định lực quán tính ly tâm $P_{ko} = 1,27\text{ MPa}$ ($m_2 = 4,0464\text{ kg}, R = 90\text{ mm}, \omega = 157\text{ rad/s}$) để lập đồ thị véctơ phụ tải chốt khuỷu $\vec{Q} = \vec{P}_{ko} + \vec{T} + \vec{Z}$.
  3. Giai đoạn kiểm nghiệm độ bền cơ học: Đưa kết cấu trục khuỷu về dạng dầm tĩnh định đặt trên hai gối đỡ, khảo sát trường hợp khởi động (tại ĐCT, $n = 0, T = 0, Z = 0,09\text{ MN}$) và trường hợp làm việc tải trọng cực trị để tính mômen uốn và mômen xoắn tác dụng lên chốt khuỷu, má khuỷu.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Chương I tập trung thiết lập bảng thông số nhiệt động của toàn bộ chu trình công tác trên động cơ Diesel 3D6 qua từng giai đoạn vận hành:

  • Quá trình nạp: Xác định hệ số khí sót $\gamma_r$ với chỉ số giãn nở đa biến $m = 1,5$, nhiệt độ cuối nạp $T_a$, hệ số nạp $\eta_v = 0,4146$, lượng khí nạp mới $M_1 = 0,6862\text{ kmol/kg nl}$, lượng không khí lý thuyết $M_0 = 0,4946\text{ kmol/kg nl}$ (thành phần nhiên liệu Diesel: $C = 0,87; H = 0,126; O = 0,004$), hệ số dư lượng không khí đạt $\alpha = 1,3873$.
  • Quá trình nén: Xác định tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí và sản phẩm cháy ($a_v'' = 20$), phương trình tỉ nhiệt hỗn hợp $mc_v' = 19,836 + 0,00211T$. Xác định chỉ số nén đa biến trung bình $n_1 = 1,3678$ (sai số kiểm tra giữa 2 vế phương trình là $0,1483% < 0,2%$). Áp suất cuối nén đạt $p_c = 3,4895\text{ MPa}$, nhiệt độ cuối nén $T_c = 620,7\text{ K}$, lượng môi chất nén $M_c = 0,7331\text{ kmol/kg nl}$.
  • Quá trình cháy: Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết $\beta_0 = 1,0460$, hệ số biến đổi phân tử thực tế $\beta = 1,0430$, tại điểm $z$ đạt $\beta_z = 1,0373$ (với $\chi_z = 0,8666$). Nhiệt trị nhiên liệu $Q_H = 42,5 \cdot 10^3\text{ kJ/kg}$. Giải phương trình cháy tìm được nhiệt độ tại điểm $z$ là $T_z = 1925,9\text{ K}$, áp suất cháy cực đại $p_z = 6,874\text{ MPa}$, hệ số tăng áp $\lambda = 1,97$.
  • Quá trình giãn nở: Hệ số giãn nở sớm $\rho = 1,00$, hệ số giãn nở sau $\delta = 14,5$. Chỉ số giãn nở đa biến $n_2 = 1,2438$ (sai số nghiệm phương trình $0,1599% < 0,2%$). Nhiệt độ cuối giãn nở $T_b = 1003,4\text{ K}$, áp suất cuối giãn nở $p_b = 0,2662\text{ MPa}$. Nhiệt độ khí thải tính toán $T_{rt} = 759,22\text{ K}$ (thỏa mãn điều kiện sai lệch $\Delta T < 15%$ so với nhiệt độ khí thải chọn trước $T_r = 800\text{ K}$).
  • Các thông số chỉ thị và có ích: Áp suất chỉ thị trung bình thực tế $p_i = 0,6180\text{ MPa}$ (sau khi nhân hệ số hiệu đính đồ thị công $\phi_d = 0,97$); áp suất tổn thất cơ giới $p_m = 0,1554\text{ MPa}$ (với động cơ Diesel cao tốc $v_{tb} = 9\text{ m/s}$); áp suất có ích trung bình $p_e = 0,46264\text{ MPa}$; hiệu suất cơ giới $\eta_m = 0,7468$; suất tiêu hao nhiên liệu tính toán $g_e = 258\text{ g/ml.h}$.
  • Kiểm nghiệm đường kính xilanh: Dung tích công tác tính toán từ công suất định mức đạt $V_h = 3,18068\text{ lít}$, tính ra đường kính xilanh $D_{kn} = 150,00394\text{ mm}$, độ sai lệch $\Delta D = |150,00394 - 150| = 0,00394\text{ mm} \le 0,1\text{ mm}$, đạt yêu cầu kỹ thuật.
  • Vẽ và hiệu đính đồ thị công ($P-V$): Thể tích buồng cháy $V_c = 0,23562\text{ dm}^3$. Chọn tỷ lệ xích thể tích $\mu_V = 0,0145\text{ dm}^3/\text{mm}$ và tỷ lệ xích áp suất $\mu_P = 0,02750\text{ MPa/mm}$. Sử dụng đồ thị Brick bán kính $R = 90\text{ mm}$, độ lệch tâm $OO' = 12,7\text{ mm}$ để hiệu đính: điểm nén thực tế $c'$ ($p_c' = 4,6177\text{ MPa}$, tung độ $y_{c'} = 167,936\text{ mm}$), điểm bắt đầu phun sớm $c''$, điểm áp suất cực đại $z$ ($375^\circ$), điểm mở sớm xupáp xả $b'$ và điểm thải thực tế $b''$ ($p_b'' = 0,18662\text{ MPa}$, tung độ $y_{b''} = 6,78705\text{ mm}$).

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC , ĐỘNG LỰC HỌC

Chương II giải quyết bài toán xác định các quy luật chuyển động và tải trọng tác dụng lên cơ cấu biên - khuỷu:

  • Quy luật động học piston:
    • Dựng đường hành trình $x = f(\alpha)$ từ cung chia của đồ thị Brick trên tỷ lệ xích góc $(0,6 \div 0,7)\text{ mm/độ}$.
    • Dựng đường vận tốc $v = f(\alpha)$ theo phương pháp đồ thị vòng trên bán kính $R$ và $R\lambda/2$.
    • Dựng đường gia tốc $j = f(x)$ theo phương pháp Toolê: Tốc độ góc $\omega = 157\text{ rad/s}$; gia tốc cực đại tại ĐCT $j_{max} = 2842,34\text{ m/s}^2$ (biểu diễn $45\text{ mm}$); gia tốc cực tiểu tại ĐCD $j_{min} = -1594,48\text{ m/s}^2$ (biểu diễn $-35\text{ mm}$); khoảng dịch chuyển $EF = -3\text{ mm}$.
  • Tính toán động lực học cơ cấu:
    • Phân tích khối lượng tịnh tiến: $m = m_{npt} + m_1 = 2,37 + 1,5254 = 3,8954\text{ kg}$.
    • Khối lượng chuyển động quay: $m_2 = 3,7346\text{ kg}$; khối lượng chốt khuỷu $m_{ch} = 0,72\text{ kg}$.
    • Lực quán tính tịnh tiến $P_j = -m \cdot j$: Áp suất quán tính quy đổi trên đỉnh piston ($F_p = 0,0176625\text{ m}^2$) có giá trị cực đại $p_{jmax} = 0,6269\text{ MPa}$ ($23\text{ mm}$) và cực tiểu $p_{jmin} = -0,3517\text{ MPa}$ ($-13\text{ mm}$). Khai triển đồ thị $-p_j = f(x)$ và $p_j = f(\alpha)$.
    • Khai triển áp suất khí thể $p_{kt} = f(\alpha)$ trên chu trình $720^\circ$ tương ứng chiều dài $360\text{ mm}$ (tỷ lệ $\mu_\alpha = 2^\circ/\text{mm}$), xác định áp suất tổng $p_\Sigma = p_{kt} + p_j$.
    • Xác định lực tiếp tuyến $T = p_\Sigma \frac{\sin(\alpha+\beta)}{\cos\beta}$ và lực pháp tuyến $Z = p_\Sigma \frac{\cos(\alpha+\beta)}{\cos\beta}$ (với $\sin\beta = \lambda\sin\alpha$).
  • Động cơ nhiều xilanh và tổng hợp mômen:
    • Xác định góc công tác chu kỳ của động cơ 6 xilanh: $\delta_{ct} = 180^\circ \cdot \tau / i = 180^\circ \cdot 4 / 6 = 120^\circ$.
    • Lập bảng góc công tác của 6 xilanh theo thứ tự làm việc 1-5-3-6-2-4 ($\alpha_1 = 0^\circ, \alpha_2 = 240^\circ, \alpha_3 = 480^\circ, \alpha_4 = 120^\circ, \alpha_5 = 600^\circ, \alpha_6 = 360^\circ$).
    • Dựng đường biểu diễn mômen tổng $\sum T = f(\alpha)$. Xác định lực tiếp tuyến trung bình bằng phương pháp đếm diện tích: $T_{tb} = 0,44\text{ MPa}$; so sánh với lực tiếp tuyến tính theo công suất có ích $T_{tbt} = 0,42\text{ MPa}$, sai lệch $\Delta T = |0,44 - 0,42| = 0,02\text{ MPa} < 5%$, đạt độ chính xác tính toán.
  • Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu và đầu to thanh truyền:
    • Xác định lực quán tính ly tâm của khối lượng quay đầu to thanh truyền $P_{ko} = 1,27\text{ MPa}$ đặt tại gốc tọa độ $O'$ trên hệ trục $T-Z$.
    • Xác định véctơ hợp lực phụ tải chốt khuỷu $\vec{Q} = \vec{P}{ko} + \vec{T} + \vec{Z}$. Dựng đường biến thiên $Q = f(\alpha)$, tìm được giá trị $Q{tb} = 22,4\text{ mm}$ và hệ số va đập $\chi = 5,85$. Vùng phụ tải cực tiểu $Q_{min}$ tại góc $\alpha = 340^\circ \div 350^\circ$ là căn cứ định vị lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn trên chốt khuỷu.
    • Ứng dụng phương pháp đặt chồng giấy bóng và xoay một góc ngược chiều $(\alpha + \beta)$ để thu được đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền.

CHƯƠNG III: TÍNH NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT CHÍNH

Chương III thiết lập bài toán kiểm nghiệm bền trục khuỷu:

  • Mô hình hóa trục khuỷu: Phân rã kết cấu dầm siêu tĩnh nhiều gối đỡ của động cơ 6 xilanh thành các hệ dầm tĩnh định riêng biệt chịu các thành phần lực $T, Z$, lực quán tính ly tâm chốt khuỷu, má khuỷu, đối trọng và các phản lực liên kết gối đỡ $T', T'', Z', Z''$.
  • Xác lập 4 trường hợp chịu lực giả định nguy hiểm và quy về 2 chế độ cốt lõi:
    • Trường hợp 1: Chịu lực khi khởi động (chế độ tải trọng tĩnh tác dụng lớn nhất).
    • Trường hợp 3: Chịu lực khi làm việc ở chế độ công suất cực đại (vị trí góc quay nguy hiểm có hợp lực $T, Z$ lớn nhất).
  • Tính toán chi tiết cho trường hợp khởi động (Trường hợp 1):
    • Động cơ Diesel khi khởi động xét tại vị trí điểm chết trên (ĐCT), các thông số vận tốc và quán tính bằng 0 ($n = 0, T = 0, p_j = 0$).
    • Lực pháp tuyến tổng tác dụng lên chốt khuỷu: $Z = 5,27296 \cdot 0,0176625 = 0,09\text{ MN}$.
    • Phản lực tại các gối đỡ cổ trục hai bên: $Z' = Z'' = Z / 2 = 0,045\text{ MN}$.
    • Thiết lập công thức tính ứng suất uốn của chốt khuỷu: $\sigma_u = M_u / W_u$, trong đó môđun chống uốn của tiết diện ngang chốt rỗng ($d_{ch} = 85\text{ mm}, d_{tr} = 44\text{ mm}$) được xác định qua công thức $W_u = \frac{\pi d_{ch}^3}{32} \left[1 - \left(\frac{d_{tr}}{d_{ch}}\right)^4\right]$.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán nhiệt, cơ học và nghiệm bền cho động cơ Diesel 3D6 với các kết quả định lượng cụ thể:

Hạng mục thông số Đại lượng tính toán Đơn vị
Áp suất cuối quá trình nén ($p_c$) 3,4895 MPa
Áp suất cháy cực đại lý thuyết ($p_z$) 6,874 MPa
Áp suất nén thực tế hiệu đính ($p_c'$) 4,6177 MPa
Áp suất giãn nở thực tế hiệu đính ($p_b''$) 0,18662 MPa
Áp suất có ích trung bình ($p_e$) 0,46264 MPa
Áp suất tổn thất cơ giới ($p_m$) 0,1554 MPa
Hiệu suất cơ giới ($\eta_m$) 0,7468 (74,68%) —
Gia tốc piston cực đại / cực tiểu ($j_{max} / j_{min}$) 2842,34 / -1594,48 $\text{m/s}^2$
Lực quán tính ly tâm chốt khuỷu ($P_{ko}$) 1,27 MPa
Lực tiếp tuyến trung bình đồ thị ($\sum T_{tb}$) 0,44 MPa
Lực tiếp tuyến tính theo công suất ($T_{tbt}$) 0,42 MPa
Hệ số va đập phụ tải chốt khuỷu ($\chi$) 5,85 —
Phụ tải pháp tuyến khi khởi động ($Z$) 0,09 MN
Phản lực gối đỡ khi khởi động ($Z', Z''$) 0,045 MN

Đóng góp kỹ thuật chính của đồ án gồm:

  • Thiết lập quy trình tính toán nhiệt động học chính xác cho động cơ Diesel tĩnh tại 6 xilanh, kiểm nghiệm đường kính xilanh đạt sai số $0,00394\text{ mm}$ (dưới ngưỡng quy chuẩn $0,1\text{ mm}$).
  • Xây dựng bản đồ lực tiếp tuyến và mômen xoắn tổng $\sum T$ cho động cơ 6 xilanh theo góc lệch công tác $120^\circ$, kiểm chứng sai số mômen giữa phương pháp tích phân đồ giải và công thức giải tích đạt mức $0,02\text{ MPa}$ ($< 5%$).
  • Xác lập đồ thị véctơ phụ tải chốt khuỷu $Q = f(\alpha)$ và đầu to thanh truyền, chỉ ra vùng chịu tải nhỏ nhất ($\alpha = 340^\circ \div 350^\circ$) làm cơ sở bố trí vị trí khoan lỗ cấp dầu bôi trơn chốt khuỷu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Việc tính toán nghiệm bền trục khuỷu trong đồ án dựa trên giả thiết chia nhỏ hệ dầm siêu tĩnh thành các đoạn dầm tĩnh định riêng lẻ, chưa phản ánh đầy đủ sự tương tác liên tục giữa các cổ trục trên toàn bộ chiều dài trục khuỷu 6 xilanh.
    • Các hệ số tổn thất cơ giới ($p_m$) và hệ số nhiệt động ($\Delta T, \xi_z, \xi_b$) được lựa chọn theo công thức kinh nghiệm thay vì đo kiểm thực nghiệm trực tiếp trên băng thử động cơ.
    • Phần tính toán nghiệm bền ở Chương III trong thuyết minh mới dừng lại ở việc thiết lập điều kiện chịu lực và công thức cho trường hợp khởi động, chưa hoàn thiện toàn bộ các bước tính số liệu cụ thể cho má khuỷu và trường hợp làm việc ở phụ tải cực đại.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng mô hình tính toán cơ học trục khuỷu bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) trên các phần mềm mô phỏng chuyên ngành để khảo sát ứng suất tập trung tại các góc lượn chuyển tiếp giữa cổ trục, má khuỷu và chốt khuỷu.
    • Phân tích dao động xoắn của hệ trục khuỷu động cơ 6 xilanh nhằm tính toán bánh đà và bộ giảm chấn dao động xoắn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho sinh viên, giảng viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực và Kỹ thuật Giao thông trong quá trình thực hiện đồ án môn học Động cơ đốt trong và đồ án tốt nghiệp thiết kế/tính toán động cơ đốt trong.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng cao gồm:

  • Trình tự dựng và hiệu đính đồ thị công chỉ thị $P-V$ thông qua đồ thị vòng Brick.
  • Phương pháp đồ giải Toolê vẽ đường gia tốc và quy trình khai triển áp suất tổng $p_\Sigma$ sang hệ lực $T - Z$.
  • Quy trình tổng hợp mômen tiếp tuyến cho động cơ nhiều xilanh (6 xilanh) và kỹ thuật xoay màng phim/giấy bóng xác định phụ tải đầu to thanh truyền.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ 3D6 trong đồ án có các thông số kết cấu và vận hành cơ bản là bao nhiêu?
Động cơ 3D6 là loại động cơ Diesel 4 kỳ, 6 xilanh thẳng hàng, không tăng áp, buồng cháy thống nhất; đường kính xilanh $D = 150\text{ mm}$, hành trình piston $S = 180\text{ mm}$, chiều dài thanh truyền $l_{tt} = 320\text{ mm}$, tỷ số nén $\varepsilon = 14,5$, công suất định mức $N_e = 150\text{ mã lực}$ tại số vòng quay $n = 1500\text{ vòng/phút}$, thứ tự nổ 1-5-3-6-2-4.

2. Áp suất cháy cực đại lý thuyết ($p_z$) và áp suất nén hiệu đính thực tế ($p_c'$) của động cơ đạt bao nhiêu?
Qua tính toán nhiệt, áp suất cháy cực đại lý thuyết tại điểm $z$ đạt $p_z = 6,874\text{ MPa}$ (nhiệt độ $T_z = 1925,9\text{ K}$). Áp suất cuối quá trình nén lý thuyết là $p_c = 3,4895\text{ MPa}$, sau khi hiệu đính do hiện tượng phun sớm ($\varphi_i = 30^\circ$) áp suất nén thực tế đạt $p_c' = 4,6177\text{ MPa}$.

3. Chu kỳ làm việc và góc lệch công tác giữa các xilanh của động cơ 3D6 được xác định như thế nào?
Động cơ 4 kỳ ($\tau = 4$), 6 xilanh ($i = 6$) có chu kỳ góc công tác đồng đều $\delta_{ct} = 180^\circ \cdot \tau / i = 180^\circ \cdot 4 / 6 = 120^\circ$. Các xilanh làm việc theo thứ tự 1-5-3-6-2-4 tương ứng với góc lệch pha trục khuỷu lần lượt là $\alpha_1 = 0^\circ, \alpha_2 = 240^\circ, \alpha_3 = 480^\circ, \alpha_4 = 120^\circ, \alpha_5 = 600^\circ, \alpha_6 = 360^\circ$.

4. Giá trị lực quán tính ly tâm $P_{ko}$ và hệ số va đập $\chi$ trên chốt khuỷu đạt bao nhiêu và có ý nghĩa gì?
Lực quán tính ly tâm của khối lượng quay tác dụng lên chốt khuỷu quy đổi trên diện tích đỉnh piston đạt $P_{ko} = 1,27\text{ MPa}$. Hệ số va đập phụ tải tính được là $\chi = 5,85$ với giá trị phụ tải trung bình $Q_{tb} = 22,4\text{ mm}$. Đồ thị phụ tải chỉ ra vùng chịu lực nhỏ nhất ở khoảng góc quay $\alpha = 340^\circ \div 350^\circ$, đây là vị trí tối ưu để bố trí lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn chốt khuỷu.

5. Vì sao trường hợp khởi động được chọn làm một trong những trạng thái nguy hiểm để tính nghiệm bền trục khuỷu?
Khi khởi động, động cơ ở trạng thái tĩnh ($n = 0$), piston ở vị trí điểm chết trên chịu áp suất khí cháy cực đại mà không có lực quán tính ngược chiều triệt tiêu bớt ($p_j = 0$). Toàn bộ tải trọng pháp tuyến $Z = 0,09\text{ MN}$ truyền trực tiếp xuống chốt khuỷu và gối đỡ ($Z' = Z'' = 0,045\text{ MN}$), tạo ra ứng suất uốn thuần túy rất lớn lên kết cấu chốt và má khuỷu.

Kết luận

Đồ án môn học Động cơ đốt trong của sinh viên Trần Văn Công đã thực hiện trọn vẹn và chuẩn xác khối lượng tính toán nhiệt động học, động học và động lực học cho động cơ Diesel 3D6 công suất 150 mã lực. Các kết quả tính toán chu trình công tác được kiểm chứng qua sai số đường kính xilanh ($0,00394\text{ mm}$) và sai số cân bằng mômen tiếp tuyến ($0,02\text{ MPa}$), đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn dung sai kỹ thuật. Công trình là tài liệu tổng hợp có tính phương pháp luận rõ ràng, minh họa trực quan các bước chuyển tiếp từ lý thuyết nhiệt cơ khí sang đồ giải động lực học và kiểm nghiệm bền kết cấu động cơ đốt trong nhiều xilanh.