Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong kỹ thuật cơ khí động lực và chế tạo động cơ đốt trong, việc tính toán chu trình nhiệt, động học và động lực học của cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền là nội dung nền tảng nhằm xác định quy luật chuyển động, sự biến thiên của áp suất khí thể và các tải trọng tác dụng lên từng chi tiết máy. Đồ án "Thiết kế động cơ đốt trong" của tác giả Nguyễn Văn Tường thực hiện nhiệm vụ thiết kế, tính toán động lực học cho động cơ ký hiệu D1 V4-0415, đồng thời phân tích đối sánh kết cấu dựa trên mẫu động cơ tham khảo thương mại Yanmar 4JH-DTE.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu trong văn bản được xác định gồm bốn nội dung kỹ thuật chính:
- Xây dựng đồ thị công ($p-V$) dựa trên các thông số nhiệt động học cho trước và lựa chọn thông qua chu trình công tác của động cơ diesel bốn kỳ.
- Xây dựng hệ thống đồ thị động học cơ cấu piston - trục khuỷu - thanh truyền, bao gồm đồ thị chuyển vị piston $S = f(\alpha)$, đồ thị vận tốc piston $v = f(\alpha)$, $v = f(S)$ và đồ thị gia tốc piston $j = f(x)$.
- Xây dựng hệ thống đồ thị động lực học, bao gồm đồ thị lực quán tính chuyển động tịnh tiến $P_j$, đồ thị khai triển áp suất khí thể $p_{kt} - \alpha$, đồ thị tổng lực tác dụng lên chốt piston $P_1 - \alpha$, đồ thị các thành phần lực tiếp tuyến $T$, lực pháp tuyến $Z$, lực ngang $N$, đồ thị tổng lực tiếp tuyến $\Sigma T - \alpha$, đồ thị véc-tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền và đồ thị mài mòn chốt khuỷu.
- Phân tích chi tiết đặc điểm kết cấu, nguyên lý vận hành của các cụm chi tiết chính thuộc cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston, cơ cấu phân phối khí, hệ thống bôi trơn và hệ thống làm mát từ động cơ tham khảo thực tế.
Đối tượng nghiên cứu trọng tâm là động cơ diesel D1 V4-0415 (4 kỳ, 4 xi lanh thẳng hàng, công suất cực đại 64,7 kW tại 3890 vòng/phút). Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở bài toán động học phẳng và động lực học giải tích kết hợp đồ giải đối với xi lanh đơn và toàn bộ động cơ, cùng việc khảo sát cấu tạo cơ khí thực nghiệm trên mẫu động cơ Yanmar 4JH-DTE.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết của đồ án dựa trên nguyên lý nhiệt động lực học động cơ đốt trong và cơ học máy ứng dụng cho cơ cấu biến đổi chuyển động biến đổi tịnh tiến - quay. Các quá trình nhiệt động gồm quá trình nạp, nén đa biến ($p \cdot V^{n_1} = \text{const}$), cháy giãn nở đa biến ($p \cdot V^{n_2} = \text{const}$) và thải khí.
Các phương pháp nghiên cứu và tính toán cụ thể được tác giả sử dụng bao gồm:
- Phương pháp đồ giải vòng tròn Brick: Ứng dụng để dựng đồ thị công $p-V$, xác định các góc pha phân phối khí và góc phun sớm; dựng đồ thị chuyển vị piston $S = f(\alpha)$ từ hành trình $S = 2R$ và hệ số kết cấu $\lambda = 0,8$.
- Phương pháp đồ giải vòng tròn đồng tâm: Ứng dụng hai nửa đường tròn có bán kính tỷ lệ để xác định quan hệ vận tốc piston $v = f(\alpha)$ và chuyển đổi sang hàm hành trình $v = f(S)$.
- Phương pháp đồ giải Tô-lê (Tollet): Dùng để xác lập quy luật gia tốc piston $j = f(x)$ qua các đoạn thẳng giới hạn $j_{\max}$, $j_{\min}$ và điểm trung gian $EF$, từ đó suy ra đồ thị lực quán tính chuyển động tịnh tiến đối xứng $-P_j = f(x)$.
- Phương pháp khai triển và cộng đồ thị: Khai triển áp suất khí thể $p_{kt} = p - p_0$ và lực quán tính $P_j$ theo góc quay trục khuỷu $\alpha$ từ $0^\circ$ đến $720^\circ$; cộng đại số đồ thị để tìm lực tổng hợp $P_1 = p_{kt} + P_j$; phân tích lượng giác các véc-tơ lực thành phần $P_{tt}$, $N$, $T$, $Z$.
- Phương pháp tổng hợp góc lệch công tác: Tính toán tổng mô-men/lực tiếp tuyến $\Sigma T$ của 4 xi lanh dựa trên góc lệch công tác $\delta = 180^\circ$ và thứ tự làm việc 1-3-4-2.
- Phương pháp chiếu phụ tải bằng giấy bóng xoay: Dựng đồ thị véc-tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu trên hệ trục $TO'Z$ kết hợp lực quán tính ly tâm đầu to thanh truyền $m_2$, sau đó dùng phương pháp xoay hệ trục theo góc $\alpha + \beta$ để suy ra phụ tải tác dụng lên bề mặt làm việc của đầu to thanh truyền.
- Phương pháp giải tích mài mòn cung $120^\circ$: Chia chu vi chốt khuỷu thành 24 phần bằng nhau, tính tổng hình chiếu véc-tơ lực tác dụng trong góc tác động $120^\circ$ ($60^\circ$ mỗi phía) để tìm điểm chịu lực cực tiểu.
Nguồn dữ liệu tính toán xuất phát từ bảng thông số kỹ thuật cho trước của động cơ D1 V4-0415, hệ số thực nghiệm tra cứu từ tài liệu chuyên ngành [1], và số liệu kết cấu thực tế của động cơ Yanmar 4JH-DTE.
Nội dung chính theo từng phần
Phần I: Xây dựng đồ thị công, động học và động lực học động cơ D1 V4-0415
Chương này tập trung toàn bộ quy trình tính toán số liệu và vẽ hệ thống đồ thị đặc tính của động cơ D1 V4-0415.
1. Xây dựng đồ thị công
Các thông số kỹ thuật xuất phát ban đầu và thông số lựa chọn được tác giả tổng hợp phục vụ việc tính toán chu trình công tác:
| Thông số kỹ thuật | Ký hiệu | Giá trị / Đơn vị |
|---|---|---|
| Loại nhiên liệu | - | Diesel |
| Số xi lanh / Số kỳ / Cách bố trí | $i$ / $\tau$ / - | 4 / 4 / In-line (thẳng hàng) |
| Thứ tự làm việc | - | 1-3-4-2 |
| Tỷ số nén | $\varepsilon$ | 17,4 |
| Đường kính xi lanh x Hành trình piston | $D \times S$ | 75,0 mm x (S = 2R = 77 mm) |
| Công suất cực đại / Số vòng quay | $N_e / n_e$ | 64,7 kW / 3890 vg/ph |
| Thông số kết cấu | $\lambda$ | 0,8 |
| Góc phun sớm | $\varphi_s$ | $14^\circ$ |
| Góc mở sớm xupap nạp | $\alpha_1$ | $12^\circ$ |
| Góc đóng muộn xupap nạp | $\alpha_2$ | $53^\circ$ |
| Góc mở sớm xupap thải | $\alpha_3$ | $42^\circ$ |
| Góc đóng muộn xupap thải | $\alpha_4$ | $13^\circ$ |
| Hệ thống nhiên liệu | - | Bơm Bosch PE inline pump |
| Hệ thống bôi trơn | - | Cưỡng bức các-te ướt |
| Hệ thống làm mát | - | Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng |
| Hệ thống nạp | - | Không tăng áp |
| Hệ thống phân phối khí | - | 8 Valve, SOHC |
Dựa trên tốc độ vòng quay $n_e = 3890$ vg/ph và hành trình piston, tác giả xác định tốc độ trung bình của piston thuộc nhóm động cơ cao tốc. Từ các thông số nhiệt động chọn trước (áp suất khí nạp $p_k$, chỉ số nén đa biến trung bình $n_1$, chỉ số giãn nở đa biến $n_2$, áp suất cuối nạp $p_a$, tỷ số giãn nở sớm $\rho$, áp suất khí thải $p_r$), tác giả tính toán được áp suất cuối kỳ nén, áp suất cuối kỳ giãn nở, thể tích buồng cháy $V_c$, thể tích công tác $V_h$ và thể tích toàn phần $V_a$.
Quá trình dựng đồ thị công $p-V$ được thực hiện bằng cách vẽ đường nén ($p_{nx} V_{nx}^{n_1} = \text{const}$) và đường giãn nở ($p_{gnx} V_{gnx}^{n_2} = \text{const}$) với biến số thể tích $V_i$ chạy từ 1, $\rho$, 2, ..., $\varepsilon$. Đường kính vòng tròn Brick được xác lập tương ứng với giá trị biểu diễn thể tích công tác $AB = V_h \cdot b_d = 164,35$ mm. Các điểm pha thực tế được hiệu chỉnh chính xác trên đồ thị: điểm phun sớm $c'$ ($\varphi_s = 14^\circ$), điểm xupap nạp mở sớm $r'$ ($\alpha_1 = 12^\circ$), nạp đóng muộn $a'$ ($\alpha_2 = 53^\circ$), xupap thải mở sớm $b'$ ($\alpha_3 = 42^\circ$), thải đóng muộn $r''$ ($\alpha_4 = 13^\circ$), cùng các điểm hiệu chỉnh quá trình cháy thực tế $c''$, $b''$ và điểm áp suất cháy cực đại thực tế $z''$.
2. Xây dựng đồ thị động học và động lực học
Nội dung tính toán chuyển vị, vận tốc, gia tốc và các hệ lực tác dụng bao gồm:
- Đồ thị chuyển vị $S = f(\alpha)$: Dựng vòng tròn Brick tâm $O$, bán kính $R = 38,5$ mm, dời tâm $O'$ một khoảng $OO' = R \cdot \lambda / 2$ về phía điểm chết dưới. Giống các tia từ $0^\circ$ đến $180^\circ$ để tìm tung độ chuyển vị của piston tương ứng với góc quay trục khuỷu.
- Đồ thị vận tốc $v = f(\alpha)$ và $v = f(S)$: Sử dụng hai đường tròn đồng tâm bán kính $R_1$ và $R_2$, chia 18 phần bằng nhau, gióng hệ đường vuông góc và song song với đường kính chuẩn $AB$ để xác định quỹ đạo vận tốc $v = f(\alpha)$, sau đó chuyển đổi tương quan sang hệ trục hành trình $v = f(S)$.
- Đồ thị gia tốc $j = f(x)$: Ứng dụng phương pháp Tô-lê trên đoạn hành trình $AB = S = 2R$, dựng các đoạn vuông góc $AC = j_{\max} \cdot b_d$ và $BD = j_{\min} \cdot b_d$, dựng đoạn trung gian $EF$, chia các đoạn nối thành các phần bằng nhau để tạo đường bao gia tốc.
- Đồ thị lực quán tính $-P_j$ và tổng lực $P_1$: Tính toán khối lượng chuyển động tịnh tiến $m = m_{npt} + m'1$ (nhóm piston và đầu nhỏ thanh truyền). Đồ thị lực quán tính $-P_j = m \cdot j$ được vẽ trên cùng tỷ lệ xích với trục hoành đặt tại đường áp suất khí quyển $p_0$. Khai triển lực khí thể $p{kt} = p - p_0$ và cộng hợp để nhận được lực tác dụng lên chốt piston: $$P_1 = p_{kt} + P_j$$
- Phân tích lực $T, Z, N$ và tổng lực tiếp tuyến $\Sigma T$: Phân tích lực tác dụng dọc đường tâm thanh truyền $P_{tt} = P_1 / \cos\beta$ và lực ngang vuông góc vách xi lanh $N = P_1 \cdot \tan\beta$. Phân tích tiếp $P_{tt}$ thành lực tiếp tuyến $T = P_1 \cdot \sin(\alpha+\beta) / \cos\beta$ và lực pháp tuyến hướng tâm $Z = P_1 \cdot \cos(\alpha+\beta) / \cos\beta$. Từ góc lệch pha sinh công $180^\circ$ giữa 4 xi lanh, tác giả lập bảng và vẽ đồ thị tổng lực tiếp tuyến $\Sigma T = f(\alpha)$, xác định đường giá trị trung bình $S_{Ttb}$.
- Phụ tải chốt khuỷu và đầu to thanh truyền: Thiết lập đồ thị phụ tải chốt khuỷu trên hệ trục $TO'Z$, tính toán lực ly tâm do khối lượng đầu to thanh truyền $m_2$ quay quanh tâm trục khuỷu gây ra, dời gốc tọa độ một đoạn tương ứng. Sau đó dùng phương pháp giấy bóng xoay ngược chiều kim đồng hồ góc $\alpha + \beta$ theo chu kỳ làm việc để nhận được đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền.
- Đồ thị mài mòn chốt khuỷu: Chia bề mặt chốt khuỷu thành 24 điểm hướng tâm ($15^\circ$/điểm). Giả thiết tải trọng tác dụng tại mỗi điểm gây ảnh hưởng lên cung tiếp xúc lân cận $120^\circ$ ($60^\circ$ mỗi bên). Tiến hành cộng hợp véc-tơ lực để xác định phân bố độ mài mòn lý thuyết, qua đó xác định chính xác vùng chịu lực bé nhất nhằm bố trí lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn.
Phần II: Phân tích đặc điểm chung của động cơ chọn tham khảo Yanmar 4JH-DTE
Phần này phân tích kết cấu thực tế của động cơ đối chứng thương mại nhằm làm rõ tính khả thi cho phương án thiết kế.
1. Chọn động cơ tham khảo
Động cơ Yanmar 4JH-DTE được lựa chọn do có sự tương đồng lớn về cấu hình kỹ thuật so với động cơ yêu cầu D1 V4-0415:
| Thông số kỹ thuật | Động cơ tham khảo Yanmar 4JH-DTE | Động cơ thiết kế D1 V4-0415 |
|---|---|---|
| Loại nhiên liệu | Diesel | Diesel |
| Số xi lanh - Bố trí | 4 - Inline (thẳng hàng) | 4 - Inline (thẳng hàng) |
| Số kỳ | 4 kỳ | 4 kỳ |
| Đường kính x Hành trình | $78,0\text{ mm} \times \dots$ | $75,0\text{ mm} \times 77,0\text{ mm}$ |
| Công suất cực đại / Số vòng quay | $56,4\text{ kW} / \dots$ | $64,7\text{ kW} / 3890\text{ vg/ph}$ |
| Cơ cấu phân phối khí | SOHC, 8 van (4 nạp, 4 xả) | SOHC, 8 van (4 nạp, 4 xả) |
2. Đặc điểm kết cấu các cụm cơ cấu và hệ thống
- Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền - piston:
- Nhóm piston: Chế tạo bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt nhằm giảm tải trọng quán tính. Đỉnh piston có xẻ rãnh chứa 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu. Khe hở giữa phần đầu piston và thành xi lanh chế tạo trong khoảng 0,4 - 0,6 mm. Thân piston có dạng hình côn, tiết diện ngang hình oval và phay rãnh phòng nở nhiệt để tránh hiện tượng bó kẹt khi nhiệt độ làm việc tăng cao.
- Xéc măng: Xéc măng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy và truyền nhiệt từ đỉnh piston ra thành xi lanh. Mặt ngoài xéc măng khí được mạ một lớp thiếc để nhanh rà khít; riêng xéc măng khí trên cùng được mạ crôm chống mài mòn, vật liệu bằng thép hợp kim cứng. Xéc măng dầu làm bằng thép chống gỉ có kết cấu tổ hợp, thực hiện chức năng san đều màng dầu bôi trơn và gạt dầu thừa về các-te.
- Chốt piston: Có dạng hình trụ rỗng để giảm khối lượng, lắp tự do ở cả hai mối ghép khi động cơ hoạt động ở trạng thái nhiệt ổn định. Khi nguội, mối ghép giữa chốt với bạc đầu nhỏ thanh truyền là lắp lỏng, còn mối ghép với bệ chốt piston là lắp trung gian có độ dôi.
- Thanh truyền: Chế tạo bằng thép hợp kim, thân có tiết diện chữ I tăng dần kích thước từ đầu nhỏ đến đầu to. Đầu to thanh truyền chia làm hai nửa ghép nối bằng bu lông chuyên dụng, bên trong đặt bạc lót hai nửa.
- Trục khuỷu: Kết cấu nguyên khối bằng thép hợp kim, gồm 5 cổ trục chính để đảm bảo độ cứng vững khi làm việc ở tốc độ cao. Dọc thân trục và cổ khuỷu có khoan các đường dầu bôi trơn dẫn đến bề mặt ma sát.
- Cơ cấu phân phối khí:
- Sử dụng cơ cấu xupap treo, trục cam đặt trên đỉnh (SOHC), dẫn động từ trục khuỷu thông qua bộ truyền đai. Trục cam bằng thép hợp kim thấp, gồm 4 cam nạp và 4 cam xả chế tạo liền trục, tác động qua con đội và đũa đẩy.
- Xupap nạp có bán kính góc lượn lớn nối giữa thân và tán nấm để giảm sức cản dòng nạp khí. Xupap xả làm bằng thép chịu nhiệt độ cao, đuôi tôi cứng có rãnh lắp móng hãm côn hai nửa, chuyển động tịnh tiến trong ống dẫn hướng bằng gang hợp kim hoặc gang dẻo nhiệt luyện đóng ép vào nắp máy. Lò xo xupap hình trụ, hai đầu mài phẳng để chống xoắn lệch tâm.
- Hệ thống bôi trơn và làm mát:
- Hệ thống bôi trơn: Sử dụng phương pháp bôi trơn cưỡng bức các-te ướt. Dầu bôi trơn được hút qua phao hút có lưới chắn, cấp bởi bơm dầu kiểu bánh răng ăn khớp trong, đi qua két làm mát dầu kiểu ống (bố trí trước két nước), lọc qua bầu lọc cơ khí thấm dùng tấm lọc kim loại, rồi vào đường dầu chính cấp cho 5 cổ trục khuỷu, đầu to thanh truyền, chốt piston và trục cam. Hệ thống trang bị van an toàn chống quá áp. Nhiệt độ dầu làm việc ổn định duy trì trong giới hạn 80 - 90°C.
- Hệ thống làm mát: Sử dụng hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức kiểu kín nhờ bơm nước cánh guồng dẫn động đai từ trục khuỷu và quạt gió. Van hằng nhiệt có ngưỡng tác động nhiệt rõ rệt: khi nhiệt độ nước dưới 70°C, van đóng đường dẫn ra két làm mát (nước tuần hoàn kín qua các khoang nắp máy); khi nhiệt độ nước vượt quá 80°C, van mở hoàn toàn cho nước nóng đi qua két tản nhiệt tản nhiệt ra môi trường. Trên bảng điều khiển trang bị đồng hồ chỉ thị nhiệt độ và cảm biến cảnh báo quá nhiệt tại buồng lái.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã lượng hóa toàn diện các thông số làm việc của động cơ diesel D1 V4-0415:
- Hoàn thành đầy đủ bộ hồ sơ đồ thị động học và động lực học: đường cong công tác $p-V$ trên cơ sở bán kính chuẩn vòng tròn Brick $AB = 164,35$ mm; đồ thị chuyển vị $S = f(\alpha)$ với bán kính quay trục khuỷu $R = 38,5$ mm; đồ thị quy luật gia tốc piston theo phương pháp Tô-lê; đồ thị phân tích lực $T, Z, N$ và đường tổng lực tiếp tuyến $\Sigma T$ đặc trưng cho động cơ 4 xi lanh lệch pha $180^\circ$.
- Xác định được tọa độ vị trí chịu lực cực tiểu trên đồ thị mài mòn chốt khuỷu (tổng hợp trên cung 24 điểm chia $120^\circ$), làm căn cứ kỹ thuật chính xác cho việc bố trí vị trí lỗ khoan dẫn dầu bôi trơn trục khuỷu nhằm tối ưu hóa khả năng cấp dầu vào khe hở bạc lót.
- Làm rõ giải pháp cấu tạo cơ khí chi tiết qua việc tham khảo hệ thống Yanmar 4JH-DTE: giải pháp vật liệu nhôm chịu nhiệt và kết cấu rãnh nở nhiệt cho piston; lớp mạ crôm cho xéc măng khí số 1; cơ cấu chốt piston lắp tự do; trục khuỷu 5 cổ chính nguyên khối; cùng hệ thống điều khiển nhiệt độ kép (van hằng nhiệt $70-80^\circ\text{C}$ và két làm mát dầu bôi trơn).
Đóng góp của tác giả nằm ở việc kết hợp chặt chẽ giữa tính toán giải tích lý thuyết, phương pháp đồ giải hình học kinh điển và khảo cứu kết cấu thực nghiệm, tạo ra một tài liệu thiết kế hoàn chỉnh cho loại động cơ diesel cỡ nhỏ tốc độ cao.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Văn bản đồ án bộc lộ một số hạn chế gắn liền với phạm vi nghiên cứu:
- Phương pháp tính toán chủ yếu dựa trên các quy ước đồ giải hình học truyền thống (Brick, Tô-lê, véc-tơ giấy bóng xoay), vốn phụ thuộc vào độ chính xác của tỷ lệ xích bản vẽ và mang tính gần đúng.
- Chưa có phần tính toán nghiệm bền chi tiết cho các cụm chi tiết chịu lực then chốt như trục khuỷu, thân thanh truyền, bu lông thanh truyền và bạc lót dưới tác dụng của tải trọng mỏi.
- Các thông số nhiệt động của chu trình công tác được giả định biến thiên theo chỉ số đa biến trung bình không đổi ($n_1, n_2$), chưa phản ánh đầy đủ sự biến thiên thực tế của thành phần khí và tổn thất nhiệt qua thành buồng cháy.
Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể mở rộng bao gồm: áp dụng phần mềm mô phỏng nhiệt động số và cơ học vật rắn biến dạng (CAD/CAE) để tính toán kiểm nghiệm bền 3D theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEA); mô phỏng động lực học dòng khí nạp - xả và dòng chất lỏng làm mát nhằm tối ưu hóa kết cấu buồng cháy và tăng hệ số nạp.
Giá trị tham khảo
Đồ án có giá trị tham khảo chuyên môn đối với:
- Sinh viên, học viên chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực, Kỹ thuật Ô tô, Máy tàu thủy thực hiện đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp về thiết kế tính toán động cơ đốt trong.
- Kỹ sư thiết kế động cơ cần tài liệu đối chiếu về trình tự xây dựng các đồ thị động học, động lực học bằng phương pháp đồ giải kết hợp.
- Phần đáng tham khảo nhất là quy trình từng bước xây dựng đồ thị phụ tải chốt khuỷu, phương pháp xoay phụ tải đầu to thanh truyền bằng giấy bóng và giải thuật xác định vị trí khoan lỗ dầu thông qua đồ thị mài mòn chốt khuỷu.
Câu hỏi thường gặp
1. Động cơ D1 V4-0415 có những thông số cơ bản nào về kích thước, công suất và chu trình làm việc?
Động cơ D1 V4-0415 là động cơ diesel 4 kỳ, 4 xi lanh thẳng hàng (In-line), thứ tự làm việc 1-3-4-2, không tăng áp. Động cơ có tỷ số nén $\varepsilon = 17,4$; đường kính xi lanh $D = 75,0$ mm; hành trình piston $S = 77,0$ mm (ứng với bán kính quay trục khuỷu $R = 38,5$ mm); thông số kết cấu $\lambda = 0,8$. Công suất cực đại đạt 64,7 kW tại số vòng quay định mức 3890 vòng/phút.
2. Tác giả đã sử dụng những phương pháp đồ giải cụ thể nào để vẽ các đồ thị động học và động lực học?
Tác giả đã sử dụng phương pháp vòng tròn Brick để dựng đồ thị công $p-V$, xác định pha phân phối khí và đồ thị chuyển vị piston $S = f(\alpha)$; phương pháp hai nửa vòng tròn đồng tâm để xác định đồ thị vận tốc $v = f(\alpha)$ và $v = f(S)$; phương pháp Tô-lê (Tollet) để dựng đồ thị gia tốc $j = f(x)$ và đồ thị lực quán tính $-P_j$; phương pháp chiếu véc-tơ trên giấy bóng xoay theo góc $\alpha + \beta$ để vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền.
3. Đồ thị mài mòn chốt khuỷu được xây dựng dựa trên nguyên lý nào và nhằm mục đích kỹ thuật gì?
Đồ thị mài mòn chốt khuỷu được xây dựng dựa trên giả thiết: độ mài mòn tỷ lệ với lực tác dụng, và lực tác dụng tại một điểm trên bề mặt chốt khuỷu sẽ gây ảnh hưởng lan tỏa lên vùng lân cận trong phạm vi góc $120^\circ$ ($60^\circ$ về mỗi phía). Mục đích của đồ thị là xác định vùng chịu phụ tải nhỏ nhất trên chu vi chốt khuỷu để quyết định vị trí khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn, đảm bảo đưa dầu nhớt vào vị trí có áp lực bé và khe hở bôi trơn thuận lợi nhất.
4. Van hằng nhiệt trong hệ thống làm mát của động cơ tham khảo Yanmar 4JH-DTE hoạt động ở các ngưỡng nhiệt độ nào?
Van hằng nhiệt được thiết kế với hai ngưỡng nhiệt độ rõ rệt: khi nhiệt độ nước làm mát nhỏ hơn 70°C, van đóng đường dẫn nước về két làm mát, nước chỉ tuần hoàn cục bộ trong các khoang nắp máy để động cơ nhanh đạt nhiệt độ làm việc; khi nhiệt độ nước làm mát lớn hơn 80°C, van mở hoàn toàn cho nước lưu thông qua két làm mát tản nhiệt ra không khí trước khi quay lại bơm.
5. Nhóm piston của động cơ tham khảo Yanmar 4JH-DTE có những giải pháp kết cấu đặc thù nào để chống bó kẹt và tăng độ bền?
Piston được chế tạo bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt nhằm giảm khối lượng quán tính. Thân piston có tiết diện ngang hình oval và biên dạng hình côn, kết hợp phay các rãnh phòng nở nhiệt trên thân để triệt tiêu biến dạng giãn nở vì nhiệt gây bó kẹt xi lanh. Khe hở giữa phần đầu piston và thành xi lanh được khống chế ở mức 0,4 - 0,6 mm. Đỉnh piston bố trí 2 xéc măng khí (xéc măng trên cùng mạ crôm giảm mòn, có lớp mạ thiếc rà khít) và 1 xéc măng dầu thép chống gỉ dạng tổ hợp. Chốt piston dạng trụ rỗng lắp tự do khi động cơ hoạt động ở nhiệt độ ổn định.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Văn Tường đã thực hiện đầy đủ trình tự tính toán nhiệt động học, động học và động lực học cơ cấu chuyển động của động cơ diesel bốn kỳ D1 V4-0415 thông qua hệ thống phương pháp đồ giải chuẩn tắc. Các đồ thị công, đồ thị phụ tải tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền và đồ thị mài mòn chốt khuỷu cung cấp luận cứ tính toán rõ ràng cho việc xác lập vị trí bôi trơn và điều kiện chịu lực của chi tiết. Đồng thời, các phân tích cấu tạo đối chiếu từ mẫu động cơ thực tế Yanmar 4JH-DTE đã làm sáng tỏ các giải pháp kết cấu cơ khí về vật liệu, dung sai lắp ghép và nguyên lý điều tiết nhiệt độ của hệ thống bôi trơn và làm mát trong động cơ diesel cao tốc.