Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Động cơ đốt trong giữ vị trí then chốt trong nền kinh tế quốc dân và mạng lưới giao thông vận tải, đóng vai trò là nguồn động lực chính cho các phương tiện cơ giới đường bộ, máy kéo nông nghiệp, phương tiện đường sắt, tàu thủy, máy bay và các hệ thống máy công tác như máy phát điện, máy bơm nước. Theo số liệu tác giả trích dẫn trong lời nói đầu, động cơ đốt trong cung cấp khoảng 80% tổng năng lượng sử dụng trên phạm vi toàn cầu. Đối với chương trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành động cơ đốt trong và cơ khí ô tô, việc thực hiện đồ án tính toán thiết kế động cơ là nhiệm vụ học thuật mang tính bắt buộc, đòi hỏi người thực hiện phải tổng hợp và vận dụng đồng bộ các khối kiến thức cơ sở kỹ thuật nhiệt động lực học, nguyên lý máy, chi tiết máy và lý thuyết chuyên ngành động cơ. Đồ án đóng vai trò là bước tập dượt kỹ thuật trực tiếp trước khi sinh viên thực hiện đồ án tốt nghiệp kỹ sư.

Mục tiêu tổng quát của đồ án là tính toán chu trình nhiệt động học và phân tích động học, động lực học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền của một kiểu động cơ đốt trong cụ thể theo số liệu thiết kế được giao. Các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể được triển khai theo trình tự sau:

  1. Tính toán các thông số nhiệt động của chu trình công tác (quá trình nạp, nén, cháy, giãn nở và thải).
  2. Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật (chỉ số chỉ thị, chỉ số có ích, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất) và kiểm nghiệm kích thước xilanh.
  3. Xây dựng và hiệu đính đồ thị công chỉ thị ($P-V$) trên cơ sở đồ thị hành trình piston (đồ thị Brick) và các pha phối khí thực tế.
  4. Tính toán và biểu diễn các quy luật động học của piston (hành trình $x$, vận tốc $v$, gia tốc $j$).
  5. Xác định các đại lượng động lực học cơ cấu (khối lượng tịnh tiến quy đổi, lực quán tính chuyển động tịnh tiến $P_j$) và vẽ đường biểu diễn lực quán tính quy dẫn theo hành trình piston.
  6. Khai triển đồ thị công chỉ thị sang hệ tọa độ góc quay trục khuỷu ($p_{kt} - \alpha$).

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là động cơ xăng ZIL-130 (chữ V 8 xilanh, góc nghiêng $90^\circ$, 4 kỳ, không tăng áp). Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc tính toán giải tích chu trình nhiệt tĩnh tại chế độ công suất danh định và giải đồ thị động học, động lực học đối với một cụm xilanh đại diện theo phương án số 1 được giao cho sinh viên Nông Minh Toàn (lớp K51) dưới sự hướng dẫn của cán bộ giảng dạy Hoàng Đình Long thuộc Bộ môn Động Cơ Đốt Trong.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên lý thuyết chu trình công tác thực tế của động cơ xăng 4 kỳ không tăng áp, áp dụng hệ phương pháp tính nhiệt do Bộ môn Động cơ Đốt trong giảng dạy. Chu trình công tác được mô hình hóa qua các phương trình nhiệt động giải tích bao gồm: phương trình cân bằng năng lượng môi chất, phương trình trạng thái khí lý tưởng, các phương trình biến đổi đa biến của quá trình nén và giãn nở, cùng hệ thức hóa nghiệm xác định sản vật cháy của nhiên liệu lỏng gốc hydrocacbon.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tính toán giải tích các biểu thức toán học - nhiệt động và phương pháp giải tích đồ giải kỹ thuật:

  • Tính toán nhiệt giải tích: Thiết lập và giải lặp các phương trình cân bằng nhiệt và phương trình số mũ đa biến (chỉ số nén $n_1$ và chỉ số giãn nở $n_2$) nhằm đảm bảo độ hội tụ sai số dưới $0{,}2%$; tính toán các thông số trạng thái tại các điểm nút đặc trưng của chu trình ($a, c, z, b, r$).
  • Phương pháp đồ thị Brick: Dựng nửa đường tròn và tâm lệch để xác định quan hệ hình học giữa góc quay trục khuỷu $\alpha$ và chuyển vị piston $x$, làm cơ sở hiệu đính các pha phối khí và góc đánh lửa sớm lên đồ thị công $P-V$.
  • Phương pháp đồ thị vòng: Xác định quy luật biến thiên vận tốc piston $v = f(\alpha)$ thông qua hệ vòng tròn bán kính $R$ và $\frac{\lambda R}{2}$.
  • Phương pháp đồ thị Tô-lê (Tôlê): Dựng đường cong biểu diễn gia tốc piston $j = f(x)$ và đường biểu diễn lực quán tính tịnh tiến quy dẫn $p_j = f(x)$ theo hành trình piston $S$.
  • Phương pháp khai triển tọa độ: Chuyển đổi đồ thị áp suất - thể tích $P-V$ sang tọa độ áp suất - góc quay trục khuỷu $p_{kt} = f(\alpha)$ phục vụ tính toán tải trọng tác dụng lên cơ cấu phát lực.

Nguồn dữ liệu ban đầu gồm các thông số kết cấu và vận hành của động cơ ZIL-130 do bộ môn cung cấp theo Đề số 1, kết hợp các hệ số kinh nghiệm và tính chất vật lý của nhiên liệu xăng tiêu chuẩn ($C = 0{,}855$; $H = 0{,}145$; nhiệt trị thấp $Q_H = 44000\text{ kJ/kg}$).

Đại lượng ban đầu Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Kiểu động cơ - ZIL 130 chữ V, góc $90^\circ$ -
Chu trình công tác - Động cơ xăng 4 kỳ, không tăng áp -
Số xilanh / Thứ tự nổ $i$ 8 / 1-5-4-2-6-3-7-8 -
Hành trình piston / Đường kính xilanh $S$ / $D$ 95 / 100 mm
Chiều dài thanh truyền $l_{tt}$ 185 mm
Công suất định mức $N_e$ 152 ml (111,796 kW) mã lực / kW
Số vòng quay định mức $n$ 3250 vòng/phút
Tỷ số nén $\varepsilon$ 6,5 -
Pha phối khí: Mở sớm - Đóng muộn xupáp nạp $\alpha_1$ - $\alpha_2$ 31 - 83 độ
Pha phối khí: Mở sớm - Đóng muộn xupáp xả $\beta_1$ - $\beta_2$ 67 - 47 độ
Góc đánh lửa sớm (phun sớm) $\varphi_i$ 15 độ
Khối lượng nhóm thanh truyền / piston $m_{tt}$ / $m_{pt}$ 1,272 / 1,187 kg

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Tính Nhiệt

Phần này thực hiện toàn bộ quy trình lựa chọn thông số tính toán, thiết lập các đại lượng trạng thái cho từng quá trình nhiệt động, tính toán chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và dựng đồ thị công chỉ thị.

Tác giả lựa chọn các thông số nhiệt động đầu vào: áp suất khí quyển $p_0 = 0{,}1\text{ MPa}$; nhiệt độ môi trường $T_0 = 24^\circ\text{C} = 297\text{ K}$; áp suất cuối nạp $p_a = 0{,}115\text{ MPa}$ (tương ứng đoạn chọn $0{,}8 - 0{,}9 p_0$); nhiệt độ khí sót $T_r = 1000\text{ K}$; hệ số hiệu đính tỉ nhiệt $\lambda_t = 1{,}16$; hệ số nạp thêm $\lambda_1 = 1{,}03$; hệ số quét buồng cháy $\lambda_2 = 1$; hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm $z$ là $\xi_z = 0{,}88$; hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm $b$ là $\xi_b = 0{,}90$; hệ số hiệu đính đồ thị công $\varphi_d = 0{,}97$; chỉ số giãn nở đa biến trung bình khí sót $m = 1{,}47$.

Kết quả tính toán chi tiết từng quá trình:

  • Quá trình nạp: Xác định hệ số khí sót $\gamma_r = 0{,}07507$ (số liệu công thức trung gian ghi nhận $\gamma_r \approx 0{,}09$); nhiệt độ cuối quá trình nạp $T_a = 369{,}762\text{ K}$; hệ số nạp $\eta_v = 0{,}8163$. Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy $1\text{ kg}$ nhiên liệu đạt $M_0 = 0{,}512\text{ kmol/kg.nl}$; lượng khí nạp mới $M_1 = 0{,}5152\text{ kmol/kg.nl}$; hệ số dư lượng không khí đạt $\alpha = 0{,}9891$ (với khối lượng mol nhiên liệu $\mu = 114$).
  • Quá trình nén: Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp có các hệ số $a'_v = 19{,}9217$ và $b'_v = 0{,}004314$. Phương trình xác định chỉ số nén đa biến trung bình cho nghiệm $n_1 = 1{,}375$ với sai số giữa hai vế phương trình là $0{,}193% \le 0{,}2%$. Áp suất cuối quá trình nén đạt $p_c = 1{,}18\text{ MPa}$; nhiệt độ cuối nén đạt $T_c = 746{,}04\text{ K}$; lượng môi chất công tác nén $M_c = 0{,}5152 \times (1 + \gamma_r)$.
  • Quá trình cháy: Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết $\beta_0 = 1{,}05562$; hệ số thay đổi phân tử thực tế $\beta = 1{,}05173$; hệ số thay đổi phân tử tại điểm $z$ đạt $\beta_z = 1{,}05058$. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn khi $\alpha < 1$ là $\Delta Q = 120\text{ kJ/kg.nl}$. Phương trình cháy cho kết quả nhiệt độ cháy lý thuyết tại điểm $z$ là $T_z = 2725{,}85\text{ K}$; hệ số tăng áp $\lambda = 3{,}8386$; áp suất cháy tính toán đạt $p_z = 4{,}531\text{ MPa}$.
  • Quá trình giãn nở: Hệ số giãn nở sớm $\rho = 1$ (do đặc thù động cơ xăng cháy đẳng tích); hệ số giãn nở sau $\delta = \varepsilon = 6{,}5$. Chỉ số giãn nở đa biến xác định từ phương trình cân bằng cho nghiệm $n_2 = 1{,}225$ với sai số $0{,}112% \le 0{,}2%$. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở đạt $T_b = 1788{,}943\text{ K}$; áp suất cuối giãn nở $p_b = 0{,}45745\text{ MPa}$. Nhiệt độ khí thải tính toán kiểm tra đạt $T_{rt} = 1150{,}5\text{ K}$, thỏa mãn điều kiện sai số tương đối so với giá trị giả định ban đầu ($< 15%$).
  • Thông số chu trình công tác và kiểm nghiệm: Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết $p'i = 0{,}8817\text{ MPa}$; áp suất chỉ thị trung bình thực tế $p_i = p'i \cdot \varphi_d = 0{,}85526\text{ MPa}$. Tốc độ trung bình của piston $v{tb} = 10{,}2917\text{ m/s}$; áp suất tổn thất cơ giới tính theo công thức tuyến tính $p_m = 0{,}04 + 0{,}0120 \cdot v{tb} = 0{,}16350\text{ MPa}$. Áp suất có ích trung bình $p_e = p_i - p_m = 0{,}69176\text{ MPa}$. Hiệu suất cơ giới $\eta_m = 0{,}809$. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích $g_e = 333{,}174\text{ g/kWh}$; hiệu suất có ích $\eta_e = 0{,}2456$. Thể tích công tác tính toán kiểm nghiệm cho đường kính xilanh $D_{kn} = 100{,}0094\text{ mm}$, sai lệch so với thiết kế ban đầu $\Delta D = 0{,}0094\text{ mm} \le 0{,}1\text{ mm}$, đạt yêu cầu thiết kế.
Điểm tính toán $i$ Thể tích $i \cdot V_c$ (l) Biểu diễn hoành độ (mm) Áp suất nén $p_x$ (MPa) Tung độ nén (mm) Áp suất giãn nở $p_x$ (MPa) Tung độ giãn nở (mm)
1,00 0,1356 36,36 1,1800 52,09 4,5310 200,00
2,00 0,2712 72,73 0,4550 20,08 1,9384 85,56
3,00 0,4068 109,09 0,2605 11,50 1,1796 52,07
4,00 0,5425 145,45 0,1754 7,74 0,8292 36,60
5,00 0,6780 181,82 0,1291 5,70 0,6309 27,85
6,00 0,8136 218,18 0,1004 4,43 0,5046 22,27
6,50 0,8814 236,36 0,0900 3,97 0,4575 20,19

Phần hiệu đính đồ thị công: tác giả xác định thông số kết cấu $\lambda_{ck} = \frac{R}{l_{tt}} = \frac{47{,}5}{185} = 0{,}2568$; khoảng cách dời tâm đồ thị Brick $OO' = \frac{\lambda_{ck} R}{2} = 6{,}099\text{ mm}$ (giá trị biểu diễn $12{,}84\text{ mm}$). Tiến hành hiệu đính 4 điểm nút thực tế:

  • Điểm chuyển tiếp nạp ($a$): căn cứ góc đóng muộn xupáp xả $\beta_2 = 47^\circ$ trên vòng tròn Brick.
  • Điểm cuối nén thực tế ($c'$): xác định theo công thức kinh nghiệm $p_{c'} = p_c + \frac{1}{3}(0{,}85 p_z - p_c) = 2{,}07045\text{ MPa}$ (tung độ $91{,}39\text{ mm}$); điểm tách nén lý thuyết ($c''$) xác định theo góc đánh lửa sớm $\varphi_i = 15^\circ$.
  • Điểm áp suất cực đại thực tế ($z$): cắt đường đẳng áp $0{,}85 p_z$ ứng với góc $12^\circ$ trên đồ thị Brick.
  • Điểm bắt đầu xả ($b'$ và $b''$): căn cứ góc mở sớm xupáp xả $\beta_1 = 67^\circ$; áp suất cuối giãn nở thực tế $p_{b''} = p_r + \frac{1}{2}(p_b - p_r) = 0{,}286225\text{ MPa}$ (tung độ biểu diễn $12{,}63\text{ mm}$).

Phần 2: Tính toán động học, động lực học

Chương này tập trung xác định quy luật chuyển động của cơ cấu phát lực và các lực quán tính phát sinh trong quá trình vận hành của động cơ ZIL-130.

Nội dung xây dựng các đường biểu diễn động học:

  • Đường biểu diễn hành trình piston $x = f(\alpha)$: Thực hiện gióng từ tâm $O'$ của đồ thị Brick với các cung góc chia từ $0^\circ$ đến $180^\circ$ (bước chia $10^\circ, 20^\circ\dots$) xuống trục hoành theo tỉ lệ xích $0{,}7\text{ mm/độ}$.
  • Đường biểu diễn vận tốc piston $v = f(\alpha)$ và $v = f(x)$: Ứng dụng phương pháp đồ thị vòng bằng cách kết hợp vòng tròn bán kính $R = 47{,}5\text{ mm}$ và vòng tròn phụ $\frac{\lambda_{ck} R}{2}$, chia thành 18 phần ngược chiều nhau để xác định tung độ vận tốc tại từng vị trí góc quay, sau đó chuyển dịch tọa độ để vẽ đường cong quan hệ $v = f(x)$.
  • Đường biểu diễn gia tốc piston $j = f(x)$ theo phương pháp Tô-lê: Tốc độ góc trục khuỷu đạt $\omega = \frac{\pi n}{30} = 340{,}167\text{ rad/s}$. Tỉ lệ xích gia tốc chọn $\mu_j = 46{,}05\text{ (m/s}^2\text{)/mm}$. Gia tốc cực đại tại điểm chết trên $j_{max} = R \omega^2 (1 + \lambda_{ck}) = 6907{,}87\text{ m/s}^2$ (tung độ biểu diễn $150\text{ mm}$). Gia tốc cực tiểu tại điểm chết dưới $j_{min} = R \omega^2 (1 - \lambda_{ck}) = 4084{,}92\text{ m/s}^2$ (tung độ biểu diễn $88{,}7\text{ mm}$). Đoạn dịch chuyển $EF = 3 R \omega^2 \lambda_{ck}^2 = 4234{,}42\text{ m/s}^2$ (tung độ biểu diễn $92\text{ mm}$). Dựng đường bao tiếp tuyến từ các đoạn chia để thu được đường cong gia tốc hoàn chỉnh.

Nội dung tính toán động lực học cơ cấu:

  • Xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến: Khối lượng nhóm piston $m_{pt} = 1{,}187\text{ kg}$. Khối lượng nhóm thanh truyền quy đổi về tâm chốt piston tính theo kinh nghiệm ô tô: $m_1 = 0{,}35\text{ kg}$ (từ tổng khối lượng $m_{tt} = 1{,}272\text{ kg}$). Tổng khối lượng chuyển động tịnh tiến được tác giả xác định là $m = m_{pt} + m_1 = 1{,}622\text{ kg}$.
  • Đường biểu diễn lực quán tính tịnh tiến $p_j = f(x)$: Tác giả quy đổi lực quán tính tịnh tiến $P_j = -m \cdot j$ thành áp lực quán tính đơn vị tác dụng lên đỉnh piston $p_j = \frac{P_j}{F_{pt}}$ với diện tích đỉnh piston $F_{pt} = \frac{\pi D^2}{4} = 7{,}854 \cdot 10^{-3}\text{ m}^2$. Phương pháp Tô-lê được áp dụng với tỉ lệ xích áp lực $\mu_p = 0{,}021175\text{ MPa/mm}$:
    • Lực quán tính cực đại tại điểm chết trên: $p_{jmax} = 1{,}3837\text{ MPa}$ (chiều dài biểu diễn $65\text{ mm}$).
    • Lực quán tính cực tiểu tại điểm chết dưới: $p_{jmin} = 0{,}818271\text{ MPa}$ (chiều dài biểu diễn $38{,}64\text{ mm}$).
    • Giá trị tung độ đoạn dời tâm: $EF_{pj} = 0{,}848218\text{ MPa}$ (chiều dài biểu diễn $40\text{ mm}$).
  • Khai triển đồ thị công $P-V$ thành $p_{kt} = f(\alpha)$: Tác giả sử dụng đường gióng tọa độ dịch chuyển hành trình piston từ đồ thị Brick để chuyển đổi từng điểm áp suất khí nén trong xilanh từ hệ trục hoành theo thể tích ($V$) sang hệ trục hoành theo góc quay trục khuỷu ($\alpha$ từ $0^\circ$ đến $720^\circ$), thiết lập cơ sở dữ liệu tính toán lực tổng hợp tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu tính toán thiết kế của đồ án đã hoàn thành hệ thống số liệu định lượng cho động cơ ZIL-130 tại chế độ định mức:

Thông số kỹ thuật - nhiệt động Ký hiệu Giá trị tính toán Đơn vị
Áp suất nén cuối / Nhiệt độ nén cuối $p_c$ / $T_c$ 1,18 / 746,04 MPa / K
Áp suất cháy cực đại lý thuyết / Nhiệt độ cháy $p_z$ / $T_z$ 4,531 / 2725,85 MPa / K
Áp suất cuối quá trình giãn nở / Nhiệt độ cuối $p_b$ / $T_b$ 0,45745 / 1788,943 MPa / K
Áp suất chỉ thị trung bình thực tế $p_i$ 0,85526 MPa
Áp suất có ích trung bình $p_e$ 0,69176 MPa
Hiệu suất cơ giới $\eta_m$ 0,809 -
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích $g_e$ 333,174 g/kWh
Hiệu suất có ích $\eta_e$ 0,2456 -
Vận tốc góc trục khuỷu $\omega$ 340,167 rad/s
Gia tốc piston cực đại / cực tiểu $j_{max}$ / $j_{min}$ 6907,87 / 4084,92 m/s$^2$
Áp lực quán tính tịnh tiến cực đại / cực tiểu $p_{jmax}$ / $p_{jmin}$ 1,3837 / 0,818271 MPa

Đóng góp của đồ án thể hiện ở các điểm cụ thể:

  • Kiểm nghiệm tính đúng đắn của kích thước kết cấu: Kết quả tính toán nhiệt động cho thấy kích thước xilanh kiểm nghiệm đạt $D_{kn} = 100{,}0094\text{ mm}$, chênh lệch $\Delta D = 0{,}0094\text{ mm}$ so với số liệu thiết kế thực tế ($D = 100\text{ mm}$). Sai số nằm trong giới hạn cho phép ($< 0{,}1\text{ mm}$), chứng minh tính phù hợp của các hệ số nhiệt động đã lựa chọn.
  • Tính toán hệ thống đồ thị kỹ thuật hoàn chỉnh: Xây dựng đầy đủ các đường cong động học ($x, v, j$) và động lực học ($p_j, p_{kt}$) đồng bộ trên cùng cơ sở tỉ lệ xích hình học, giúp mô tả trực quan trạng thái làm việc thực tế của cụm piston - trục khuỷu động cơ ZIL-130 có xét đến pha phối khí và góc đánh lửa sớm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án gắn liền với phạm vi của một đồ án môn học chuyên ngành kỹ thuật:

  • Văn bản mới dừng lại ở việc tính toán chu trình nhiệt động tĩnh tại một điểm làm việc danh định (công suất cực đại $152\text{ ml}$ tại $3250\text{ vòng/phút}$), chưa khảo sát các chế độ tải từng phần, chế độ không tải hoặc đặc tính ngoài của động cơ.
  • Các tính toán động lực học mới thực hiện trên một xilanh đơn lẻ; chưa mở rộng tính toán cân bằng lực quán tính và mômen quán tính cho toàn bộ hệ thống 8 xilanh bố trí góc chữ V $90^\circ$ theo thứ tự nổ 1-5-4-2-6-3-7-8.
  • Chưa bao gồm phần tính toán nghiệm bền chi tiết cho các cụm kết cấu chịu tải cao như nắp máy, piston, chốt piston, thanh truyền và trục khuỷu.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được xác định:

  • Triển khai tính toán cân bằng trục khuỷu cho động cơ chữ V 8 xilanh và tính toán tải trọng tác dụng lên các cổ trục, cổ biên.
  • Thực hiện tính toán kiểm nghiệm bền mỏi và độ cứng vững cho nhóm chi tiết thanh truyền - trục khuỷu theo các số liệu lực tác dụng đã khai triển ($p_{kt}$ và $p_j$).

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo trực tiếp cho sinh viên thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Ô tô, Máy tàu thủy và Máy công trình khi thực hiện đồ án môn học Động cơ đốt trong hoặc chuẩn bị chuyên đề tính toán nhiệt cho đồ án tốt nghiệp kỹ sư.

Nội dung có giá trị tham khảo nổi bật bao gồm:

  • Quy trình giải lặp phương trình nén và giãn nở đa biến ($n_1$ và $n_2$) với phương pháp khống chế sai số dưới $0{,}2%$.
  • Phương pháp phối hợp giữa đồ thị công giải tích và đồ thị chuyển vị Brick để hiệu đính các điểm áp suất thực tế ($c', c'', z, b', b''$) theo pha phối khí và góc đánh lửa sớm.
  • Các bước dựng đồ thị động học và áp lực quán tính theo phương pháp giải tích đồ giải Tô-lê và đồ thị vòng.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ tính toán trong đồ án là loại động cơ nào và có các thông số kết cấu chính ra sao?
Đồ án tính toán động cơ xăng ZIL-130, kiểu chữ V góc $90^\circ$, 8 xilanh, 4 kỳ, không tăng áp. Các thông số kết cấu gồm: hành trình piston $S = 95\text{ mm}$, đường kính xilanh $D = 100\text{ mm}$, tỷ số nén $\varepsilon = 6{,}5$, chiều dài thanh truyền $l_{tt} = 185\text{ mm}$, công suất cực đại $152\text{ ml}$ ($111{,}796\text{ kW}$) tại số vòng quay $3250\text{ vòng/phút}$.

2. Kết quả kiểm nghiệm đường kính xilanh có sai số bao nhiêu so với số liệu ban đầu?
Đường kính xilanh tính toán kiểm nghiệm từ thể tích công tác đạt giá trị $D_{kn} = 100{,}0094\text{ mm}$. Sai số tuyệt đối so với kích thước gốc ($100\text{ mm}$) là $\Delta D = 0{,}0094\text{ mm}$, nằm trong phạm vi sai số cho phép đối với tính toán thiết kế nhiệt ($\le 0{,}1\text{ mm}$).

3. Phương pháp nào được tác giả sử dụng để dựng đường biểu diễn gia tốc và lực quán tính piston?
Tác giả sử dụng phương pháp đồ thị Tô-lê (Tôlê). Trên đồ thị, các đoạn tung độ biểu diễn gia tốc cực đại $j_{max} = 6907{,}87\text{ m/s}^2$ ($150\text{ mm}$), gia tốc cực tiểu $j_{min} = 4084{,}92\text{ m/s}^2$ ($88{,}7\text{ mm}$) và đoạn lệch tâm $EF = 4234{,}42\text{ m/s}^2$ ($92\text{ mm}$) được nối và dựng tiếp tuyến để tạo thành đường cong quy luật chuyển động. Phương pháp tương tự được áp dụng cho áp lực quán tính $p_j$ với tỉ lệ xích $\mu_p = 0{,}021175\text{ MPa/mm}$.

4. Suất tiêu hao nhiên liệu và các chỉ số hiệu suất của động cơ ZIL-130 đạt giá trị bao nhiêu sau tính toán?
Kết quả tính toán chu trình công tác ghi nhận: suất tiêu hao nhiên liệu có ích $g_e = 333{,}174\text{ g/kWh}$, hiệu suất cơ giới $\eta_m = 0{,}809$, và hiệu suất có ích đạt $\eta_e = 0{,}2456$.

5. Khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền được xác định gồm những thành phần nào?
Khối lượng tịnh tiến $m$ bằng $1{,}622\text{ kg}$, được xác định bằng tổng khối lượng nhóm piston ($m_{pt} = 1{,}187\text{ kg}$) và phần khối lượng thanh truyền quy đổi phân bố về tâm chốt piston ($m_1 = 0{,}35\text{ kg}$, trích từ tổng khối lượng thanh truyền $m_{tt} = 1{,}272\text{ kg}$).

Kết luận

Đồ án môn học của sinh viên Nông Minh Toàn đã giải quyết hoàn chỉnh các nội dung tính toán nhiệt và phân tích động học, động lực học cho động cơ xăng ZIL-130 theo quy trình kỹ thuật tiêu chuẩn của ngành cơ khí động lực. Các thông số nhiệt động của chu trình công tác được xác lập chặt chẽ thông qua các phép giải lặp đa biến với sai số dưới $0{,}2%$, đồng thời kích thước xilanh kiểm nghiệm có độ sai lệch không đáng kể ($0{,}0094\text{ mm}$). Bản đồ án thiết lập thành công hệ thống các đồ thị kỹ thuật gồm đồ thị công chỉ thị đã hiệu đính pha phối khí, đồ thị động học piston và đồ thị lực quán tính tịnh tiến theo phương pháp Tô-lê, cung cấp tài liệu kỹ thuật có độ chính xác cao phục vụ công tác học tập và nghiên cứu chuyên ngành động cơ đốt trong.