Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh công nghiệp hóa nông nghiệp và cơ giới hóa nông thôn, động cơ đốt trong cỡ nhỏ và trung bình đóng vai trò huyết mạch trong việc cung cấp nguồn động lực cho máy kéo, tàu thuyền cỡ nhỏ, máy bơm nước và máy phát điện. Theo các khảo sát ngành cơ khí động lực, hơn 75% phương tiện cơ giới nông nghiệp tại Việt Nam vẫn dựa vào các dòng động cơ diesel 1 xi lanh nhờ tính bền bỉ, tiết kiệm nhiên liệu và dễ bảo dưỡng. Đồ án môn học "Tính toán Động cơ Đốt trong – Khảo sát và Kiểm nghiệm Động cơ Diesel D12" do sinh viên Phạm Trung Kiên thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Đại tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh, tập trung giải quyết bài toán cốt lõi: mô hình hóa chính xác chu trình nhiệt công tác, phân tích động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, và kiểm nghiệm độ bền tĩnh - mỏi của trục khuỷu động cơ D12.

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                    KIẾN TRÚC TÍNH TOÁN & THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ D12                  |
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  1. THÔNG SỐ ĐẦU VÀO:                                                         |
|     Ne = 8.83 kW (12 HP) | n = 2200 v/ph | D/S = 95/115 mm | ε = 16 | i = 1   |
+-------------------------------------------------------------------------------+
                                      │
                                      ▼
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  2. CHU TRÌNH NHIỆT CÔNG TÁC (Phương pháp Vi-bê / Sabathé):                    |
|     - Quá trình nạp:   pa = 0.088 MPa, Ta = 318.5 K, ηv = 0.81                |
|     - Quá trình nén:   pc = 3.9037 MPa, Tc = 892.4 K (n1 = 1.3685)             |
|     - Quá trình cháy:  pz = 7.027 MPa, Tz = 2032.7 K (λ = 1.8, ρ = 1.2344)    |
|     - Quá trình giãn:  pb = 0.2903 MPa, Tb = 1045 K (n2 = 1.2438)             |
+-------------------------------------------------------------------------------+
                                      │
                                      ▼
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  3. ĐỘNG HỌC & ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN:                |
|     - Đồ thị công P-V (Hiệu đính phương pháp Bri-ck)                          |
|     - Động học Piston: Khảo sát x(α), v(α), j(α) (Phương pháp Tô-lê)          |
|     - Động lực học: Khai triển Pkt(α), Pj(α) ➔ Lực tổng PΣ(α)                 |
|     - Phân tích lực tiếp tuyến T(α), lực pháp tuyến Z(α), Moment xoắn ΣT(α)   |
+-------------------------------------------------------------------------------+
                                      │
                                      ▼
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  4. TÍNH NGHIỆM BỀN TRỤC KHUỶU (Vật liệu: Gang/Thép dập, ρ = 7800 kg/m³):     |
|     - Chế độ tải cực đại Pz_max (Ứng suất uốn - nén má khuỷu, chốt khuỷu)     |
|     - Chế độ Moment xoắn cực đại T_max (Ứng suất xoắn - uốn tổng hợp)         |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Vấn đề kỹ thuật (Problem Statement)

Động cơ diesel D12 là loại động cơ 4 kỳ, 1 xi lanh nằm ngang/đứng, không tăng áp, có công suất định mức $N_e = 8.83\text{ kW}$ ($12\text{ mã lực}$) tại số vòng quay $n = 2200\text{ vòng/phút}$. Các thách thức kỹ thuật lớn bao gồm:

  • Tải trọng cơ học và nhiệt lượng cao: Với tỷ số nén $\varepsilon = 16$ và áp suất cháy cực đại $p_z = 7.027\text{ MPa}$, các chi tiết nhóm bao kín buồng cháy và trục khuỷu thanh truyền phải chịu dao động ứng suất chu kỳ lớn.
  • Rung động và mất cân bằng động lực học: Động cơ 1 xi lanh có xung lực tiếp tuyến $T(\alpha)$ và lực quán tính tịnh tiến $P_j$ biến thiên biên độ lớn, gây áp lực lên bạc lót và má khuỷu.
  • Tối ưu hóa tiêu hao nhiên liệu: Yêu cầu đảm bảo suất tiêu hao nhiên liệu có ích $g_e \le 180\text{ g/ml.h}$ gắn liền với việc hiệu chuẩn chính xác góc phối khí và góc phun sớm ($\theta = 17^\circ\text{ CA}$).

Mục tiêu dự án

  1. Xác lập bảng thông số nhiệt chu trình công tác của động cơ D12 dựa trên phương pháp nhiệt động lực học lý thuyết kết hợp hiệu đính thực nghiệm.
  2. Xây dựng đồ thị công chỉ thị $P-V$, khai triển thành đồ thị $P_{kt}(\alpha)$ trên hệ trục toạ độ góc quay trục khuỷu $0^\circ - 720^\circ\text{ CA}$.
  3. Tính toán các quy luật động học piston ($x, v, j$) bằng phương pháp giải tích đồ thị Bri-ck và Tô-lê (Tolle).
  4. Phân tích lực tiếp tuyến $T$, lực pháp tuyến $Z$, lực tổng hợp tác dụng lên chốt khuỷu $Q$ và xác định moment xoắn tổng $\sum T$.
  5. Kiểm nghiệm độ bền tĩnh và mỏi của trục khuỷu tại hai trạng thái giới hạn nguy hiểm: chế độ chịu lực cháy cực đại ($P_{z\max}$) và chế độ chịu moment tiếp tuyến cực đại ($T_{\max}$).

Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

  • Phạm vi: Động cơ Diesel D12 tiêu chuẩn, nhiên liệu Diesel DO thông thường ($C=0.87, H=0.126, O=0.004$), buồng cháy trực tiếp/ngăn cách, làm mát bằng nước/gió.
  • Giới hạn: Phân tích ứng suất được thực hiện theo phương pháp cơ học kết cấu giải tích truyền thống; không mô phỏng dòng chảy 3D CFD đa pha hay mô phỏng trường nhiệt độ chuyển tiếp động của buồng cháy.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Trong thiết kế và kiểm nghiệm động cơ đốt trong, việc kết hợp giữa giải tích cổ điển và công cụ tính toán số là bắt buộc để tối ưu hóa thời gian tính toán và đảm bảo hệ số an toàn.

Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm Độ chính xác áp dụng cho D12
Giải tích thuần túy (Empirical Hand-Calculation) Nhanh, đơn giản, nắm rõ bản chất vật lý của chu trình Sabathé. Sai số tích lũy lớn khi tích phân đồ thị; khó khảo sát tương tác phi tuyến. Phù hợp tính toán sơ bộ (Sai số $5 - 8%$).
Giải tích đồ thị kết hợp Bri-ck & Tô-lê Trực quan hóa hành trình, vận tốc, gia tốc và áp suất; dễ hiệu đính điểm phun sớm, xả sớm. Yêu cầu kỹ năng dựng hình kẻ ly A0 chuẩn xác; mất nhiều thời gian chia bước góc quay. Rất cao cho đồ án cơ sở thiết kế (Sai số $< 5%$).
Mô phỏng 1D/3D CAE (AVL Boost, ANSYS Mechanical) Độ chính xác chi tiết cao, mô phỏng được ứng suất cục bộ và mỏi nhiệt. Yêu cầu bản quyền phần mềm đắt đỏ, mô hình lưới phức tạp, cấu hình máy trạm cao. Thích hợp cho giai đoạn R&D chuyên sâu.

Yêu cầu kỹ thuật và ràng buộc

  • Ràng buộc kết cấu: Đường kính xi lanh $D = 95\text{ mm}$, hành trình piston $S = 115\text{ mm}$, chiều dài thanh truyền $l_{tt} = 205\text{ mm}$, thông số kết cấu $\lambda_s = R/l_{tt} = 57.5 / 205 = 0.2805$.
  • Ràng buộc nhiệt động: Áp suất nén $p_c = 3.9037\text{ MPa}$, áp suất cháy $p_z = 7.027\text{ MPa}$, nhiệt độ cháy $T_z = 2032.7\text{ K}$, nhiệt độ khí xả lý thuyết $T_r \le 787.65\text{ K}$ (sai số kiểm tra nhiệt độ khí thải $\le 15%$).

Thiết kế hệ thống tính toán

Thông số vật lý và vật liệu chế tạo

  • Nhóm Piston - Chốt: Piston bằng hợp kim Gang xám chuyên dụng, chiều dày đỉnh piston $\delta = 12\text{ mm}$, diện tích tiết diện suy yếu $F_{I-I} = 2630\text{ mm}^2$, khối lượng nhóm piston $m_{pt} = 1.15\text{ kg}$. Chốt piston dạng trụ rỗng thép carbon hợp kim: đường kính ngoài $d_{cp} = 35\text{ mm}$, đường kính trong $d_0 = 22\text{ mm}$, chiều dài $l_{cp} = 80\text{ mm}$.
  • Nhóm Thanh truyền: Thép dập hợp kim $45\text{Mn}$, khối lượng thanh truyền $m_{tt} = 2.262\text{ kg}$, chiều dài giữa 2 tâm đầu $l_{tt} = 205\text{ mm}$, bulông thanh truyền 2 chiếc cỡ ren hệ Mét M12 (đường kính chân ren $d_1 = 10.5\text{ mm}$).
  • Trục khuỷu: Thép hợp kim đúc/dập ($\rho = 7800\text{ kg/m}^3$), đường kính cổ trục $d_{ck} = 70\text{ mm}$, đường kính chốt khuỷu $d_{ch} = 65\text{ mm}$ (lỗ rỗng trong $26\text{ mm}$), kích thước má khuỷu dày $b = 31\text{ mm}$, rộng $h = 90\text{ mm}$, khối lượng đối trọng $M_{đt} = 1.044\text{ kg}$ đặt tại bán kính trọng tâm $r_d = 75\text{ mm}$.
  • Bánh đà: Dạng vành đĩa bằng gang, đường kính ngoài $D_{bd} = 425\text{ mm}$, đường kính trong $d_{bd} = 355\text{ mm}$, chiều dày vành $B = 62\text{ mm}$.

Implementation và kết quả

Development Process & Computational Algorithms

Quy trình tính toán chu trình nhiệt động lực học và động lực học động cơ D12 được xây dựng qua 4 giai đoạn logic chặt chẽ:

[Khởi tạo thông số nén/nạp] 
       │
       ▼
[Giải hệ phương trình nhiệt dung & cân bằng cháy Sabathé]
       │
       ▼
[Thiết lập bảng biến thiên P-V (Nén n1=1.3685, Giãn nở n2=1.2438)]
       │
       ▼
[Khai triển động học Tô-lê & Cân bằng lực quán tính Pj, Pkt, PΣ]
       │
       ▼
[Kiểm nghiệm bền trục khuỷu tại Pz_max & T_max]

Thuật toán tính toán chu trình công tác nhiệt

Dưới đây là đoạn mã tự động hóa quy trình giải chu trình nhiệt và vẽ đường cong nén - giãn nở đa biến viết bằng Python (sử dụng NumPy, SciPy):

import numpy as np

class EngineD12Cycle:
    def __init__(self):
        # Thông số cấu tạo cơ bản động cơ D12
        self.D = 0.095       # Đường kính xi lanh (m)
        self.S = 0.115       # Hành trình piston (m)
        self.epsilon = 16.0  # Tỷ số nén
        self.n_rpm = 2200    # Số vòng quay (v/ph)
        self.lambda_mec = 57.5 / 205.0 # R/l_tt = 0.2805
        
        # Thông số nhiệt động lựa chọn
        self.p0 = 0.1        # Áp suất môi trường (MPa)
        self.T0 = 297.0      # Nhiệt độ môi trường (K)
        self.pa = 0.088      # Áp suất cuối nạp (MPa)
        self.Ta = 318.5      # Nhiệt độ cuối nạp (K)
        self.gamma_r = 0.045 # Hệ số khí sót
        
        # Chỉ số đa biến
        self.n1 = 1.3685     # Chỉ số nén đa biến trung bình
        self.n2 = 1.2438     # Chỉ số giãn nở đa biến trung bình
        self.lambda_p = 1.8  # Hệ số tăng áp pz/pc
        self.rho = 1.2344    # Hệ số giãn nở sớm

    def calculate_cycle(self):
        # 1. Tính toán quá trình nén
        # pc = pa * (epsilon ^ n1)
        self.pc = self.pa * (self.epsilon ** self.n1)
        self.Tc = self.Ta * (self.epsilon ** (self.n1 - 1.0))
        
        # 2. Tính toán quá trình cháy
        self.pz = self.lambda_p * self.pc
        # Nhiệt độ Tz tính từ phương trình cháy: Tz = 2032.7 K
        self.Tz = 2032.7 
        
        # 3. Tính toán quá trình giãn nở
        # delta = epsilon / rho
        self.delta = self.epsilon / self.rho
        self.pb = self.pz / (self.delta ** self.n2)
        self.Tb = self.Tz / (self.delta ** (self.n2 - 1.0))
        
        # 4. Dung tích công tác và buồng cháy
        self.Vh = (np.pi * (self.D**2) / 4.0) * self.S * 1000 # dm3
        self.Vc = self.Vh / (self.epsilon - 1.0)
        
        return {
            "Vh (dm3)": round(self.Vh, 5),
            "Vc (dm3)": round(self.Vc, 5),
            "pc (MPa)": round(self.pc, 4),
            "pz (MPa)": round(self.pz, 4),
            "pb (MPa)": round(self.pb, 4),
            "Tc (K)": round(self.Tc, 1),
            "Tz (K)": round(self.Tz, 1),
            "Tb (K)": round(self.Tb, 1)
        }

    def generate_pv_curve(self, steps=18):
        """Tạo bảng dữ liệu đường nén và giãn nở đa biến"""
        vx_range = np.linspace(self.Vc, self.Vc + self.Vh, steps)
        p_comp = self.pc * ((self.Vc / vx_range) ** self.n1)
        
        # Quá trình giãn nở bắt đầu từ Vz = rho * Vc
        Vz = self.rho * self.Vc
        vx_exp_range = np.linspace(Vz, self.Vc + self.Vh, steps)
        p_exp = self.pz * ((Vz / vx_exp_range) ** self.n2)
        
        return vx_range, p_comp, vx_exp_range, p_exp

# Thực thi tính toán kiểm tra
engine = EngineD12Cycle()
results = engine.calculate_cycle()
print("Kết quả tính toán chu trình nhiệt D12:", results)

Kết quả tính toán nhiệt và động lực học

Bảng thông số chu trình công tác hoàn chỉnh

Đại lượng / Thông số Ký hiệu Giá trị tính toán Đơn vị Tiêu chuẩn đánh giá
Áp suất cuối nén $p_c$ 3.9037 MPa Phù hợp Diesel không tăng áp ($\varepsilon = 16$)
Nhiệt độ cuối nén $T_c$ 892.4 K Đảm bảo tự bốc cháy dầu Diesel ($> 750\text{ K}$)
Áp suất cháy cực đại $p_z$ 7.0270 MPa Hệ số tăng áp $\lambda_p = 1.8$ chuẩn hóa
Nhiệt độ cháy cực đại $T_z$ 2032.7 K Nằm trong ngưỡng an toàn bền nhiệt ($< 2300\text{ K}$)
Áp suất cuối giãn nở $p_b$ 0.2903 MPa Đảm bảo áp năng xả quét sạch buồng cháy
Nhiệt độ cuối giãn nở $T_b$ 1045.0 K Thỏa mãn điều kiện trao đổi nhiệt
Nhiệt độ khí xả lý thuyết $T_{rt}$ 787.65 K Sai số so với chọn sơ bộ $< 15%$ (Đạt)
Áp suất chỉ thị trung bình $p_i$ 0.7364 MPa Đã hiệu đính hệ số đồ thị $\phi_d = 0.967$
Áp suất có ích trung bình $p_e$ 0.6736 MPa Sai số giữa 2 cách tính $0.47% < 1%$
Hiệu suất có ích $\eta_e$ 0.372 - Mức cao đối với động cơ 1 xi lanh
Suất tiêu hao nhiên liệu $g_e$ 180.0 g/ml.h Đúng yêu cầu thiết kế ban đầu

Kết quả động học và động lực học cơ cấu khuỷu - thanh truyền

  • Gia tốc piston cực đại tại ĐCT: $j_{\max} = R\omega^2(1 + \lambda_s) = 57.5 \cdot 10^{-3} \cdot (230.38)^2 \cdot (1 + 0.2805) = 3904.5\text{ m/s}^2$.
  • Gia tốc piston cực tiểu tại ĐCD: $j_{\min} = -R\omega^2(1 - \lambda_s) = -2193.8\text{ m/s}^2$.
  • Lực quán tính chuyển động tịnh tiến quy dẫn:
    • Cực đại tại ĐCT: $P_{j\max} = -0.983\text{ MPa}$ (tính trên $1\text{ cm}^2$ diện tích đỉnh piston).
    • Cực tiểu tại ĐCD: $P_{j\min} = 0.552\text{ MPa}$.
  • Tổng moment quay $\sum T$: Moment trung bình tính toán $T_{tb} = 1.895\text{ kN.m}$, kiểm nghiệm công suất $N_e = 8.83\text{ kW}$ cho sai số chỉ $4.75% < 5%$ (Đạt yêu cầu chuẩn xác của phương pháp đồ thị gạch).

Đổi mới và đóng góp

  1. Hiệu chuẩn hóa đồ thị công bằng giải tích hình học Bri-ck: Đồ án đã áp dụng phương pháp dựng vòng tròn Bri-ck bán kính $R = 57.5\text{ mm}$ kết hợp độ dịch chuyển tâm $OO' = \frac{R\lambda_s}{2} = 8.06\text{ mm}$ để xác định chính xác các điểm vật lý thực tế: góc mở sớm xupap nạp ($\alpha_1=10^\circ$), đóng muộn nạp ($\alpha_2=29^\circ$), mở sớm xả ($\beta_1=32^\circ$), đóng muộn xả ($\beta_2=7^\circ$), và góc phun sớm ($\theta=17^\circ$).
  2. Thuật toán kiểm soát sai số kép (Dual-Verification Metric): Thực hiện so sánh chéo giữa hai phương pháp:
    • Áp suất có ích quá trình nạp ($p_{e,\text{nạp}} = 0.6768\text{ MPa}$) và $p_e$ công tác ($0.6736\text{ MPa}$), đạt độ lệch $0.47%$.
    • Moment tiếp tuyến trung bình hình học ($T_{tb}$) và moment quy đổi từ công suất động cơ ($T_{tb,d}$), đạt sai số $4.75% \le 5.0%$.
  3. Mô hình hóa hoàn chỉnh 2 chế độ ứng suất tới hạn trên trục khuỷu:
    • Chế độ 1 ($P_{z\max}$ tại $\alpha = 375^\circ\text{ CA}$): Khảo sát ứng suất uốn thuần túy và nén má khuỷu khi áp suất khí thể đạt đỉnh $7.027\text{ MPa}$.
    • Chế độ 2 ($T_{\max}$ tại vùng $\alpha = 390^\circ - 400^\circ\text{ CA}$): Đánh giá ứng suất xoắn kết hợp uốn phức tạp trên cổ trục và chốt khuỷu.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Khả năng ứng dụng thực tế

Bộ số liệu và phương pháp tính toán trong đồ án cung cấp tài liệu kỹ thuật hoàn chỉnh cho:

  • Chế tạo và nội địa hóa phụ tùng: Cung cấp thông số hình học và điều kiện bền biên cho các nhà máy đúc trục khuỷu, gia công piston, xéc-măng (như Nhà máy Phụ tùng ô tô số 1, Cơ khí Trần Hưng Đạo).
  • Cải tiến và nâng cấp công suất: Làm cơ sở để nghiên cứu lắp thêm turbo tăng áp áp suất thấp hoặc chuyển đổi sang hệ thống phun dầu điện tử Common Rail (CRDi) cỡ nhỏ.
[Bản vẽ thiết kế D12] ──► [Phân tích nhiệt/động lực] ──► [Gia công phôi dập má khuỷu]
                                                                  │
[Thử nghiệm bàn thử Dyno 8.83kW] ◄── [Lắp ráp động cơ hoàn chỉnh] ◄┘

Yêu cầu triển khai hệ thống

  • Dung sai chế tạo khuyến nghị: Cổ trục và chốt khuỷu đạt cấp chính xác IT6, độ nhám bề mặt $Ra \le 0.32\ \mu\text{m}$.
  • Vật liệu chế tạo: Thép $40\text{Cr}$ hoặc $45\text{Mn}$ tôi cải thiện, độ cứng bề mặt chốt/cổ trục đạt $HRC\ 52 - 58$ qua tôi cao tần nhằm chống mài mòn bạc lót.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Phương pháp tính toán chu trình nhiệt giả định quá trình cháy Sabathé diễn ra đẳng tích kết hợp đẳng áp với các hệ số chọn tĩnh ($\lambda_p = 1.8, \rho = 1.2344$), chưa mô tả được chi tiết động học tạo tia phun và biến thiên nồng độ cục bộ.
  • Tính toán trục khuỷu giả định ngàm tĩnh tại 2 gối đỡ, chưa tính đến độ mềm đàn hồi của thân máy và dao động xoắn cộng hưởng ở dải vòng quay cao ($n > 2500\text{ vòng/phút}$).

Hướng phát triển đề xuất

  1. Ứng dụng mô phỏng 3D CFD Buồng cháy: Sử dụng ANSYS Forte hoặc CONVERGE CFD để mô phỏng quá trình phun sương, bốc hơi và phát thải muội than ($Soot$), $NO_x$.
  2. Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) và Dao động xoắn: Mô hình hóa 3D trục khuỷu trong ABAQUS/ANSYS Workbench để khảo sát tập trung ứng suất tại các góc lượn bán kính chuyển tiếp $R_{gl} = 4\text{ mm}$ và đánh giá tuổi thọ mỏi động (High Cycle Fatigue).

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Ô tô / Cơ khí Động lực: Tài liệu tham khảo chuẩn mực về cấu trúc đồ án môn học, phương pháp lập bảng tính và dựng đồ thị công Bri-ck, đồ thị Tô-lê trên giấy A0.
  • Kỹ sư thiết kế động cơ (Engine R&D Engineers): Nắm vững chuỗi công thức phân tích động lực học lực quán tính, lực tiếp tuyến và quy chuẩn nghiệm bền trục khuỷu cho động cơ một xi lanh.
  • Doanh nghiệp sửa chữa, đại tu cơ giới: Hiểu rõ giới hạn tải trọng, các chế độ nguy hiểm của trục khuỷu để chẩn đoán nguyên nhân nứt gãy má khuỷu, cháy bạc lót.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao động cơ D12 lại sử dụng chu trình cháy hỗn hợp (Sabathé) mà không dùng chu trình đẳng tích Otto?

Động cơ D12 là động cơ diesel tự cháy do nén có tỷ số nén cao ($\varepsilon = 16$). Ở động cơ diesel cao tốc ($n = 2200\text{ v/ph}$), nhiên liệu được phun vào cuối nén; một phần cháy nhanh khi piston ở gần ĐCT (coi như đẳng tích, tăng áp $\lambda_p = 1.8$), phần còn lại tiếp tục cháy khi piston bắt đầu đi xuống (coi như đẳng áp, giãn nở sớm $\rho = 1.2344$). Do đó, mô hình Sabathé phản ánh chính xác nhất diễn biến áp suất thực tế.

2. Ý nghĩa của việc vẽ vòng tròn Bri-ck trên đồ thị công P-V là gì?

Vòng tròn Bri-ck là công cụ giải tích đồ thị cho phép chuyển đổi tương quan hình học giữa chuyển vị piston $x$ và góc quay trục khuỷu $\alpha$ có tính đến độ xiên của thanh truyền ($\lambda_s = 0.2805$). Tâm vòng tròn được dịch một đoạn $OO' = \frac{R\lambda_s}{2} = 8.06\text{ mm}$, giúp gióng chuẩn xác các điểm mở sớm - đóng muộn xupap và điểm bắt đầu bốc cháy lên đường nén/giãn nở.

3. Tại sao lực quán tính tịnh tiến $P_j$ lại được quy đổi theo đơn vị áp suất (MPa)?

Để thuận tiện cho việc cộng đại số với lực khí thể $P_{kt}$ nhằm tìm ra lực tổng hợp tác dụng lên đỉnh piston $P_\Sigma = P_{kt} + P_j$, người ta chia trực tiếp lực quán tính cơ học cho diện tích đỉnh piston ($F_{pt} = \frac{\pi D^2}{4} \approx 7.088 \cdot 10^{-3}\text{ m}^2$), giúp đồng nhất thứ nguyên tính toán.

4. Vị trí nào trên trục khuỷu động cơ D12 chịu ứng suất nguy hiểm nhất?

Vùng góc lượn chuyển tiếp giữa chốt khuỷu với má khuỷu và giữa cổ trục với má khuỷu là nơi tập trung ứng suất lớn nhất. Khi ở chế độ $P_{z\max}$, má khuỷu chịu ứng suất uốn và nén lệch tâm cực đại; còn ở chế độ $T_{\max}$, góc lượn chịu ứng suất xoắn kết hợp uốn phức tạp.

5. Độ lệch sai số $4.75%$ giữa hai cách tính moment trung bình có ý nghĩa gì?

Đây là tiêu chuẩn nghiệm thu độ chính xác trong tính toán cơ học động cơ đốt trong. Sai số dưới $5%$ chứng minh rằng các bước tích phân diện tích đồ thị $\sum T$, chọn tỷ lệ xích bản vẽ và tính toán giải tích hoàn toàn hội tụ và đáng tin cậy.

Kết luận

Đồ án môn học "Tính toán Động cơ Đốt trong – Động cơ Diesel D12" của sinh viên Phạm Trung Kiên là một công trình nghiên cứu ứng dụng mẫu mực, kết hợp nhuần nhuyễn giữa nền tảng nhiệt động lực học lý thuyết và kỹ thuật đồ họa giải tích cơ khí. Thông qua việc tính toán chuẩn xác các thông số chu trình công tác ($p_c = 3.9037\text{ MPa}, p_z = 7.027\text{ MPa}, N_e = 8.83\text{ kW}$), dựng thành công hệ thống đồ thị động học $x-v-j$ và đồ thị động lực học $P_{kt}, P_j, T, Z, \sum T$, đề tài đã làm sáng tỏ bản chất làm việc khắc nghiệt của động cơ diesel 1 xi lanh. Kết quả kiểm nghiệm bền tĩnh và mỏi khẳng định kết cấu trục khuỷu động cơ D12 đáp ứng đầy đủ hệ số an toàn làm việc, tạo tiền đề khoa học vững chắc cho việc bảo trì, cải tiến và nội địa hóa các dòng động cơ đốt trong công tác phục vụ nông nghiệp và công nghiệp Việt Nam.