Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đề tài "Tính toán động cơ đốt trong – Động cơ 4JJ1-TC 3.0L trên Isuzu D-Max 2012" là công trình bài tập lớn học thuật chuyên ngành thuộc Bộ môn Động cơ, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Lý Vĩnh Đạt vào tháng 12 năm 2020.
Bối cảnh thực tiễn của nghiên cứu xuất phát từ yêu cầu đào tạo chuyên sâu ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực và Kỹ thuật Ô tô, đòi hỏi người học phải nắm vững phương pháp giải tích chu trình nhiệt động học và quy luật cơ học của cụm cơ cấu chuyển động trong động cơ đốt trong. Đối tượng được lựa chọn khảo sát là động cơ diesel 4 kỳ tăng áp 4JJ1-TC dung tích 3.0 lít (2999 cc) trang bị trên dòng xe bán tải Isuzu D-Max phiên bản năm 2012. Đây là dòng động cơ diesel hiện đại sử dụng hệ thống tăng áp khí nạp có két làm mát trung gian và buồng đốt thống nhất, đóng vai trò điển hình trong phân khúc xe thương mại và bán tải tại Việt Nam.
Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu được tác giả xác định cụ thể theo các nội dung đánh số trong văn bản:
- Tính toán nhiệt chu trình công tác của động cơ và xây dựng giản đồ công chỉ thị P – V.
- Tính toán động học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền, xác định quy luật chuyển vị ($S_p$), vận tốc ($V_p$), gia tốc ($J_p$) của piston theo góc quay trục khuỷu.
- Tính toán động lực học cơ cấu, xác định áp suất khí nén ($P_{kt}$), lực quán tính ($P_j$), áp suất tổng hợp ($P_1$), lực ngang ($N$), lực tiếp tuyến ($T$) và lực pháp tuyến ($Z$).
- Xác định mô-men quay tổng cộng ($\sum M$) của động cơ nhiều xilanh dựa trên thứ tự nổ và góc lệch công tác.
- Xác định phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ($T - Z$) và xây dựng đồ thị vệt mài mòn chốt khuỷu.
- Tính toán và vẽ đường đặc tính ngoài của động cơ; ứng dụng phần mềm MATLAB để số hóa và tự động hóa quá trình tính toán, xuất dữ liệu sang Microsoft Excel.
Phạm vi nghiên cứu tập trung vào toàn bộ chu trình công tác 4 kỳ (tương ứng với góc quay trục khuỷu từ $0^\circ$ đến $720^\circ$) của động cơ 4JJ1-TC ở chế độ công tác toàn tải định danh (công suất cực đại 177 HP tại tốc độ vòng quay $n = 3600$ vòng/phút), trong điều kiện khí hậu nhiệt đới tiêu chuẩn của môi trường vận hành tại Việt Nam.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và mô hình tính toán
Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết nhiệt động lực học động cơ đốt trong để tính toán chu trình công tác thực tế của động cơ diesel tăng áp có làm mát khí trung gian, kết hợp lý thuyết động lực học cơ cấu cơ khí biến đổi chuyển động tịnh tiến sang chuyển động quay (cơ cấu thanh truyền – trục khuỷu – piston giao tâm).
Các mối quan hệ giải tích cốt lõi được tác giả thiết lập gồm:
- Phương trình trạng thái và cân bằng nhiệt: Xác định lượng không khí lý thuyết ($L_0$), lượng môi chất công tác thực tế ($M_1, M_2$), tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất theo thành phần hóa học của nhiên liệu diesel (C, H, O). Quá trình nén và giãn nở được mô hình hóa theo các quá trình đa biến với chỉ số nén đa biến trung bình ($n_1$) và chỉ số giãn nở đa biến trung bình ($n_2$).
- Mô hình động học piston:
- Chuyển vị: $S_p = R \left[ (1 - \cos\alpha) + \frac{\lambda}{4}(1 - \cos 2\alpha) \right]$
- Vận tốc: $V_p = R\omega \left( \sin\alpha + \frac{\lambda}{2}\sin 2\alpha \right)$
- Gia tốc: $J_p = R\omega^2 (\cos\alpha + \lambda \cos 2\alpha)$
- Trong đó: $R$ là bán kính quay trục khuỷu ($R = S/2$), $\omega$ là tốc độ góc ($\omega = 2\pi n / 60$), $\lambda$ là thông số kết cấu thanh truyền ($\lambda = R/L$).
- Mô hình động lực học tác lực:
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến: $P_j = -m_t R\omega^2 (\cos\alpha + \lambda \cos 2\alpha) \cdot 10^{-6}$ (MN/m²), với $m_t$ là khối lượng nhóm chuyển động tịnh tiến quy dẫn.
- Áp suất tổng hợp tác dụng lên đỉnh piston: $P_1 = P_{kt} + P_j$.
- Phân rã lực lên cơ cấu: Lực ngang $N = P_1 \tan\beta$; Lực tiếp tuyến $T = P_1 \frac{\sin(\alpha+\beta)}{\cos\beta}$; Lực pháp tuyến $Z = P_1 \frac{\cos(\alpha+\beta)}{\cos\beta}$ (với $\sin\beta = \lambda \sin\alpha$).
- Phụ tải tổng hợp tác dụng lên chốt khuỷu: $Q_{ch} = \sqrt{T^2 + (Z + P_{k0})^2}$, trong đó $P_{k0}$ là lực quán tính ly tâm của khối lượng quay lệch tâm.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu kết hợp hai phương pháp chính:
- Phương pháp phân tích giải tích nhiệt – cơ học truyền thống: Thiết lập và giải hệ phương trình cân bằng nhiệt qua từng giai đoạn nạp, nén, cháy, dãn nở, thải nhằm xác định các thông số trạng thái ($P, V, T$) tại các điểm nút chu trình ($a, c, z, b, r$).
- Phương pháp số trị và tự động hóa tính toán: Lập trình mã lệnh trên môi trường MATLAB để rời rạc hóa chu trình $720^\circ$ theo bước góc quay trục khuỷu $\Delta\alpha$. Tác giả sử dụng hàm nội suy spline đa thức bậc ba (
interp1(..., 'spline')) để làm mịn và khớp các đoạn chuyển tiếp thực tế của đồ thị công chỉ thị (giai đoạn phun sớm từ $346^\circ$ đến $360^\circ$, giai đoạn cháy hỗn hợp từ $360^\circ$ đến $376,85^\circ$, và giai đoạn mở sớm xupap xả). Toàn bộ ma trận số liệu tính toán động lực học được tự động ghi xuất ra định dạng bảng tính qua lệnh xlswrite.
Nguồn dữ liệu
Số liệu đầu vào phục vụ tính toán được trích xuất từ tài liệu kỹ thuật nguyên bản của động cơ Isuzu 4JJ1-TC 3.0L trên xe D-Max 2012 cùng các hệ số nhiệt động thực nghiệm quy chuẩn:
| STT |
Thông số kỹ thuật |
Ký hiệu |
Giá trị |
Đơn vị |
| 1 |
Kiểu động cơ |
- |
Diesel, tăng áp, có intercooler |
- |
| 2 |
Số kỳ |
$\tau$ |
4 |
kỳ |
| 3 |
Số xilanh |
$i$ |
4 |
xilanh |
| 4 |
Thể tích công tác |
$V_h$ |
2999 |
cm³ |
| 5 |
Hành trình piston |
$S$ |
104,9 |
mm |
| 6 |
Đường kính xilanh |
$B$ |
95,4 |
mm |
| 7 |
Công suất cực đại |
$N_e$ |
177 |
HP (ở 3600 vg/ph) |
| 8 |
Mô-men xoắn cực đại |
$M_{emax}$ |
380 |
N·m (ở 1800 vg/ph) |
| 9 |
Tỷ số nén |
$\varepsilon$ |
17,5 (17,4 trong code) |
- |
| 10 |
Góc phun nhiên liệu sớm |
$\theta_{phun}$ |
14 |
độ trước ĐCT |
| 11 |
Áp suất không khí nạp |
$p_0$ |
0,1 |
MN/m² |
| 12 |
Nhiệt độ môi trường nạp |
$T_0$ |
302 |
K |
| 13 |
Áp suất khí nạp sau máy nén |
$p_k$ |
0,22 |
MN/m² |
| 14 |
Nhiệt độ khí nạp sau làm mát |
$T_k$ |
352,78 |
K |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tính toán nhiệt và xây dựng đồ thị công chỉ thị P – V
Chương này thực hiện toàn bộ các bước chọn lựa thông số nhiệt động đầu vào, giải hệ phương trình chu trình công tác thực tế và xây dựng hệ tọa độ áp suất – thể tích ($P - V$).
- Giai đoạn nạp: Xác định hệ số nạp $\eta_v = 0,866$, hệ số khí sót $\gamma_r = 0,032$, nhiệt độ cuối quá trình nạp $T_a = 328,5 \text{ K}$, áp suất cuối quá trình nạp $p_a = 0,198 \text{ MN/m}^2$.
- Giai đoạn nén: Xác định tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất nén, tính toán chỉ số nén đa biến trung bình $n_1 = 1,36$ (trong code chi tiết khảo sát ở mức 1,29), áp suất cuối quá trình nén lý thuyết đạt $p_c = 9,71 \text{ MN/m}^2$, nhiệt độ cuối nén đạt $T_c = 1067 \text{ K}$.
- Giai đoạn cháy: Tính toán lượng không khí lý thuyết $L_0 = 0,426 \text{ kmol/kg nl}$, hệ số dư lượng không khí $\alpha = 1,69$, hệ số biến đổi phân tử khí thực tế $\beta = 1,0358$. Áp suất cực đại của chu trình cháy lý thuyết đạt $p_z = 16,49 \text{ MN/m}^2$ (áp suất hiệu chỉnh thực tế $p_{z2} = 16 \text{ MN/m}^2$), nhiệt độ cuối quá trình cháy đạt $T_z = 2240 \text{ K}$.
- Giai đoạn dãn nở: Tỷ số dãn nở đầu $\rho = 1,267$, tỷ số dãn nở sau $\delta = 13,46$, chỉ số dãn nở đa biến trung bình $n_2 = 1,267$. Áp suất cuối dãn nở đạt $p_b = 0,612 \text{ MN/m}^2$, nhiệt độ cuối dãn nở $T_b = 1205 \text{ K}$. Sai số kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót đạt yêu cầu kỹ thuật.
- Thông số đặc trưng chu trình: Áp suất chỉ thị trung bình tính toán $p_i = 1,85 \text{ MN/m}^2$, áp suất tổn thất cơ khí $p_m = 0,145 \text{ MN/m}^2$, áp suất có ích trung bình $p_e = 1,705 \text{ MN/m}^2$, hiệu suất cơ giới $\eta_m = 0,90$, hiệu suất có ích $\eta_e = 0,38$.
- Xây dựng đồ thị công: Tác giả lập bảng biến thiên thể tích từ thể tích buồng cháy $V_c = 45,45 \text{ cm}^3$ đến thể tích toàn bộ $V_a = 640 \text{ cm}^3$, xác định đường cong nén và đường cong dãn nở đa biến:
| Thể tích $V$ (cm³) |
Áp suất nén $P_{nen}$ (MN/m²) |
Áp suất dãn nở $P_{no}$ (MN/m²) |
| 45,45 ($V_c$) |
9,7107 |
22,9999 |
| 100 |
3,3228 |
8,4688 |
| 200 |
1,2945 |
3,5190 |
| 300 |
0,7458 |
2,1053 |
| 400 |
0,5043 |
1,4622 |
| 500 |
0,3723 |
1,1021 |
| 640 ($V_a$) |
0,2661 |
0,8061 |
Chương 2: Tính toán động học và động lực học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền
Nội dung chương 2 tập trung vào việc mô hình hóa các đại lượng chuyển động và phân tích hệ thống lực tác động lên các chi tiết máy chuyển động trong một xilanh:
- Động học: Với thông số bán kính quay $R = 52,45 \text{ mm}$ ($0,05245 \text{ m}$), khối lượng nhóm piston $m_{np} = 238,5 \text{ kg/m}^2$, khối lượng thanh truyền $m_{tt} = 318 \text{ kg/m}^2$, tốc độ góc tương ứng $\omega = 376,99 \text{ rad/s}$. Đồ thị chuyển vị $S_p$ biến thiên từ $0$ đến $104,9 \text{ mm}$; đồ thị vận tốc $V_p$ đạt giá trị triệt tiêu tại hai điểm chết ($\alpha = 0^\circ, 180^\circ, 360^\circ, 540^\circ, 720^\circ$) và đạt cực đại tại lân cận góc $\alpha = 75^\circ - 80^\circ$; đồ thị gia tốc $J_p$ đạt giá trị đại số lớn nhất tại điểm chết trên.
- Động lực học một xilanh: Lực quán tính tịnh tiến $P_j$ biến thiên tuần hoàn theo góc quay trục khuỷu, có giá trị cực tiểu âm tại ĐCT (đạt xấp xỉ $-3,313 \text{ MN/m}^2$ tại $\alpha = 0^\circ, 360^\circ, 720^\circ$) và đạt giá trị dương tại ĐCD ($+1,823 \text{ MN/m}^2$ tại $\alpha = 180^\circ, 540^\circ$). Khi cộng hợp với áp suất khí nén $P_{kt}$, áp suất tổng hợp $P_1 = P_{kt} + P_j$ có đỉnh nhọn vượt trội ở đầu hành trình sinh công ($\alpha = 360^\circ - 375^\circ$), đạt đỉnh trên $13,27 \text{ MN/m}^2$.
- Lực thành phần: Tính toán chi tiết sự biến thiên của lực ngang $N$, lực tiếp tuyến $T$ và lực pháp tuyến $Z$. Lực tiếp tuyến $T$ của xilanh đơn biến đổi dấu liên tục qua các kỳ nạp, nén, nổ, thải, đóng vai trò tạo ra mô-men quay cho trục khuỷu.
Chương 3: Mô-men quay động cơ nhiều xi lanh và lực tác dụng lên chốt khuỷu
Chương này mở rộng bài toán từ một xilanh sang toàn bộ động cơ 4 xilanh thẳng hàng:
- Góc lệch công tác và pha làm việc: Động cơ 4 kỳ 4 xilanh có góc lệch công tác $\delta_k = 720^\circ / 4 = 180^\circ$. Thứ tự làm việc của các xilanh được xác lập chuẩn xác là 1 – 3 – 4 – 2. Khi xilanh 1 ở vị trí $\alpha_1 = 0^\circ$ (hoặc $720^\circ$), pha công tác của các xilanh tương ứng là: xilanh 3 ở $\alpha_3 = 540^\circ$, xilanh 4 ở $\alpha_4 = 360^\circ$, và xilanh 2 ở $\alpha_2 = 180^\circ$.
- Tổng hợp lực tiếp tuyến và mô-men quay: Mô-men tổng cộng $\sum M$ tác dụng lên đầu trục ra được tính bằng $\sum M = \sum T \cdot R \cdot F_p$. Dưới đây là trích xuất bảng giá trị phân bố lực tiếp tuyến của từng xilanh và lực tiếp tuyến tổng hợp $\sum T$:
| Góc quay $\alpha_1$ (độ) |
$T_1$ (MN/m²) |
Góc quay $\alpha_2$ (độ) |
$T_2$ (MN/m²) |
Góc quay $\alpha_3$ (độ) |
$T_3$ (MN/m²) |
Góc quay $\alpha_4$ (độ) |
$T_4$ (MN/m²) |
Tổng lực $\sum T$ (MN/m²) |
| 0 |
0 |
180 |
0 |
540 |
0 |
360 |
0 |
0 |
| 2,07 |
-0,00107 |
190,44 |
-0,00188 |
549,05 |
-0,00155 |
364,00 |
0,00817 |
0,00367 |
| 4,14 |
-0,00211 |
200,88 |
-0,00380 |
558,09 |
-0,00312 |
370,76 |
0,02278 |
0,01375 |
| 6,00 |
-0,00297 |
210,28 |
-0,00555 |
566,23 |
-0,00456 |
376,85 |
0,03423 |
0,02115 |
| 10,12 |
-0,00489 |
215,50 |
-0,00652 |
570,75 |
-0,00535 |
380,59 |
0,02271 |
0,00595 |
| 20,41 |
-0,00880 |
225,94 |
-0,00832 |
579,80 |
-0,00688 |
389,93 |
0,01693 |
-0,00707 |
| 45,12 |
-0,00986 |
250,99 |
-0,01048 |
601,51 |
-0,00934 |
412,35 |
0,00778 |
-0,02191 |
| 90,43 |
0,00686 |
296,93 |
-0,00031 |
641,31 |
-0,00215 |
453,46 |
0,01280 |
0,01720 |
| 180 |
0 |
360 |
0 |
720 |
0 |
540 |
0 |
0 |
- Phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu: Xác định lực tiếp tuyến $T$, lực pháp tuyến $Z$ và lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu. Hợp lực $Q_{ch} = \sqrt{T^2 + (Z + P_{k0})^2}$ được lập bảng và vẽ đồ thị véc-tơ phụ tải chốt khuỷu (đồ thị véc-tơ $T - Z$ hay đồ thị "lưới mèo"). Từ quy luật biến thiên véc-tơ lực, đồ thị mài mòn chốt khuỷu được xây dựng theo hệ trục tọa độ cực để dự báo vùng chịu lực ma sát và hao mòn cơ học lớn nhất trên bề mặt cổ biên.
- Đường đặc tính ngoài: Tác giả xây dựng công thức hàm số thực nghiệm biểu diễn công suất có ích ($P_e$), mô-men xoắn ($M_e$) và suất tiêu hao nhiên liệu ($g_e$) trong dải tốc độ vòng quay từ $600$ đến $6100$ vòng/phút.
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính
- Xác lập đầy đủ bộ thông số nhiệt động của động cơ Isuzu 4JJ1-TC: Áp suất nén cuối $p_c = 9,71 \text{ MN/m}^2$, áp suất cháy cực đại $p_z = 16,49 \text{ MN/m}^2$, nhiệt độ khí cháy $T_z = 2240 \text{ K}$, chỉ số giãn nở đa biến $n_2 = 1,267$, hiệu suất có ích đạt $38%$ ($\eta_e = 0,38$), áp suất có ích trung bình $p_e = 1,705 \text{ MN/m}^2$.
- Dựng thành công giản đồ công chỉ thị P – V thực tế có hiệu chỉnh góc phun sớm ($14^\circ$), quét sạch và nạp đầy buồng đốt thông qua giải thuật nội suy spline.
- Xác định quy luật động học và động lực học chi tiết cho từng cơ cấu: Lực quán tính tịnh tiến $P_j$ biến thiên cực trị từ $-3,313 \text{ MN/m}^2$ đến $+1,823 \text{ MN/m}^2$. Áp suất cực đại tác dụng lên đỉnh piston $P_1$ đạt trên $13,27 \text{ MN/m}^2$ ở giai đoạn góc quay trục khuỷu $368^\circ - 372^\circ$.
- Lập bảng tổng hợp mô-men xoắn toàn phần của động cơ 4 xilanh trên toàn bộ dải góc quay $0^\circ - 720^\circ$, phản ánh rõ nét sự bù trừ dao động lực tiếp tuyến giữa các xilanh theo chu kỳ $180^\circ$ góc quay trục khuỷu.
- Xây dựng hoàn chỉnh đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ($T - Z$) và đồ thị biểu diễn quy luật mài mòn xung quanh chu vi chốt khuỷu.
Đóng góp thực tế của đồ án
- Xây dựng thành công thuật toán và tập mã lệnh (script) MATLAB tự động hóa hoàn toàn quy trình tính toán nhiệt động và cơ cấu thanh truyền – trục khuỷu. Thay vì phương pháp giải tích vẽ tay bằng đồ thị đồ họa truyền thống tốn nhiều thời gian và sai số lớn, công cụ lập trình giúp tính toán với bước góc quay nhỏ, độ chính xác cao và tự động kết xuất dữ liệu sang Microsoft Excel (
KQTTDLH11.xlsx, LucT11.xlsx).
- Cung cấp tập dữ liệu số liệu tính toán chi tiết, có giá trị đối sánh cho dòng động cơ diesel thương mại Isuzu 4JJ1-TC 3.0L.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế
- Mô hình tính toán động lực học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền giả định hệ thanh là vật rắn tuyệt đối, chưa tính đến biến dạng đàn hồi, dao động xoắn và dao động uốn của trục khuỷu dưới tác dụng của phụ tải va đập tuần hoàn.
- Các hệ số nhiệt động (hệ số quét buồng cháy, hệ số lợi dụng nhiệt $\xi_z, \xi_b$, áp suất khí sót $p_r$) chủ yếu dựa trên các khoảng trị số thực nghiệm kinh điển của động cơ diesel buồng đốt thống nhất, chưa được hiệu chỉnh trực tiếp theo dữ liệu đo cảm biến thực tế trên xe.
- Toàn bộ đồ thị đặc tính ngoài và giản đồ công chỉ thị dừng lại ở mức mô hình hóa tính toán lý thuyết, chưa có dữ liệu thử nghiệm đối chứng trên băng thử công suất động cơ (Dynamometer test bench).
Hướng nghiên cứu tiếp
- Mở rộng bài toán tính toán sang khảo sát dao động xoắn trục khuỷu và tính toán bền mỏi chi tiết (trục khuỷu, thanh truyền, piston, chốt piston) bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM).
- Bổ sung mô hình mô phỏng dòng chảy khí động 3D trong xilanh và quá trình hòa trộn nhiên liệu cháy (sử dụng phần mềm chuyên dụng như AVL Boost hoặc ANSYS Forte).
- Thu thập dữ liệu vận hành thực tế qua cổng chẩn đoán OBD-II trên xe Isuzu D-Max để hiệu chỉnh các tham số đầu vào của mô hình số.
Giá trị tham khảo
Báo cáo bài tập lớn này là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Làm mẫu chuẩn về phương pháp luận, trình tự tính toán nhiệt, tính toán động học và động lực học cơ cấu động cơ đốt trong phục vụ học phần Tính toán Động cơ Đốt trong hoặc Đồ án Tốt nghiệp.
- Giảng viên và người nghiên cứu: Cung cấp cấu trúc bài toán hoàn chỉnh kết hợp giữa lý thuyết động cơ và công cụ lập trình tính toán MATLAB để ứng dụng vào công tác giảng dạy, hướng dẫn đồ án.
- Kỹ sư thiết kế, chẩn đoán ô tô: Phần tính toán phụ tải chốt khuỷu ($T - Z$) và đồ thị mài mòn cung cấp cơ sở lý thuyết rõ ràng để phân tích hư hỏng bạc lót, hiện tượng mài mòn không đều của trục khuỷu động cơ diesel 4JJ1-TC trong thực tế bảo dưỡng, đại tu.
Câu hỏi thường gặp
1. Động cơ Isuzu 4JJ1-TC 3.0L khảo sát trong tài liệu có các thông số kết cấu chính là bao nhiêu?
Theo thuyết minh, động cơ 4JJ1-TC là loại diesel 4 kỳ tăng áp, 4 xilanh thẳng hàng, dung tích công tác 2999 cm³, đường kính xilanh $B = 95,4 \text{ mm}$, hành trình piston $S = 104,9 \text{ mm}$, tỷ số nén $\varepsilon = 17,5$ (trong mã nguồn MATLAB sử dụng 17,4), công suất cực đại 177 HP tại số vòng quay $n = 3600 \text{ vòng/phút}$, mô-men xoắn cực đại đạt 380 N·m tại 1800 vòng/phút, và góc phun nhiên liệu sớm là $14^\circ$.
2. Tại sao tác giả sử dụng phép nội suy Spline trong mã nguồn MATLAB khi xây dựng đồ thị công P – V?
Trong chu trình thực tế của động cơ diesel, các quá trình cháy và quét thải không diễn ra theo các đường đẳng tích hay đẳng áp thuần túy mà là quá trình biến thiên liên tục, có góc phun sớm ($14^\circ$ trước ĐCT) và các góc mở sớm/đóng muộn của xupap. Thuật toán interp1(..., 'spline') được tác giả sử dụng để làm mịn đường cong áp suất tại các điểm chuyển tiếp ($346^\circ - 360^\circ$ cho quá trình nén chuyển sang cháy, $360^\circ - 376,85^\circ$ cho quá trình cháy hỗn hợp, và $460^\circ - 540^\circ$ cho quá trình xả tự do), giúp đồ thị công tính toán tiệm cận chính xác với đồ thị chỉ thị đo thực tế.
3. Động cơ 4JJ1-TC có thứ tự làm việc như thế nào và góc lệch công tác giữa các xilanh là bao nhiêu?
Động cơ 4 kỳ 4 xilanh có góc lệch công tác được tính theo công thức $\delta_k = \frac{180^\circ \cdot \tau}{i} = \frac{180^\circ \cdot 4}{4} = 180^\circ$. Thứ tự làm việc được xác định là 1 – 3 – 4 – 2. Khi khuỷu trục của xilanh 1 ở vị trí $0^\circ$ (hoặc $720^\circ$), vị trí tương ứng của các xilanh còn lại lần lượt là: xilanh 3 ở góc $540^\circ$, xilanh 4 ở góc $360^\circ$, và xilanh 2 ở góc $180^\circ$.
4. Hợp lực tác dụng lên chốt khuỷu $Q_{ch}$ được xác định bằng công thức nào và có ý nghĩa gì?
Hợp lực tác dụng lên chốt khuỷu được tính theo phương trình véc-tơ: $Q_{ch} = \sqrt{T^2 + (Z + P_{k0})^2}$, trong đó $T$ là lực tiếp tuyến, $Z$ là lực pháp tuyến dọc theo má khuỷu, và $P_{k0}$ là lực quán tính ly tâm của khối lượng quay lệch tâm chốt khuỷu. Việc xác định đại lượng này giúp xây dựng đồ thị véc-tơ phụ tải ($T - Z$) và đồ thị mài mòn, làm căn cứ tính bền mỏi cổ trục và thiết kế khe hở bôi trơn bạc lót biên.
5. Tiến độ và bảng phân công thực hiện nhiệm vụ bài tập lớn được tổ chức như thế nào?
Theo nhiệm vụ bài tập lớn, tiến độ thực hiện diễn ra trong 15 tuần (từ tuần 2 ngày 08/09/2020 đến tuần 15 ngày 10/12/2020). Công việc được phân công đồng đều giữa ba sinh viên: Nguyễn Văn Dũ đảm nhận tính toán phần nhiệt, vẽ đồ thị MATLAB và tìm kiếm thông số; Huỳnh Quốc Huy đảm nhận tính toán cụm thanh truyền – trục khuỷu và vẽ đồ thị MATLAB; Nguyễn Văn Thanh Phúc đảm nhận tìm kiếm thông số, tính toán phần nhiệt và cụm thanh truyền – trục khuỷu. Tất cả thành viên đều được ghi nhận mức độ hoàn thành đạt 100%.
Kết luận
Bài tập lớn "Tính toán động cơ đốt trong – Động cơ 4JJ1-TC 3.0L trên Isuzu D-Max 2012" là công trình học thuật chuyên ngành cơ khí động lực được triển khai mạch lạc, khoa học và chuẩn xác về mặt giải tích nhiệt – động lực học động cơ đốt trong. Công trình đã lượng hóa thành công các thông số chu trình công tác thực tế, quy luật động học piston, phân bố lực và mô-men quay tổng thể của động cơ diesel 4 xilanh thẳng hàng. Việc kết hợp chặt chẽ giữa hệ thống công thức giải tích nhiệt cơ truyền thống và giải thuật số hóa trên phần mềm MATLAB đã chứng minh tính chuẩn mực, mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho công tác học tập, nghiên cứu và thiết kế động cơ đốt trong hiện đại.
