Tóm tắt Luận án Nghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trong

GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 
1. Tính cấp thiết của luận án nghiên cứu 
Thanh truyền là một trong các bộ phận quan trọng của động cơ, trong đó đầu to thanh truyền 
(ổ đầu to thanh truyền: được tạo bởi thân thanh truyền, nắp thanh truyền và trục khuỷu) làm việc 
trong điều kiện khắc nghiệt (tải trọng lớn và thay đổi liên tục, vận tốc lớn, nhiệt độ cao, ). Do vậy 
các nghiên cứu theo hướng giảm ma sát, mài mòn và bôi trơn ổ đầu to thanh truyền trên thế giới đã 
có những kết quả đáng kể và ngày càng được hoàn thiện. Tuy nhiên tại Việt Nam vấn đề này chưa 
được quan tâm đúng mức. 
Việc tính toán các đặc tính bôi trơn ổ đầu to thanh truyền là rất phức tạp vì phải giải quyết 
đồng thời phương trình Reynolds (là phương trình vi phân cấp 2 đạo hàm riêng) và phương trình 
cân bằng tải. Hơn nữa trong quá trình làm việc, ổ đầu to thanh truyền phải chịu tác dụng đồng thời 
của các lực khí thể, lực quán tính, nhiệt độ cao, biến dạng đàn hồi, hiện tượng xâm thực trong màng 
dầu. 
Khi chế độ bôi trơn ổ đầu to thanh truyền không đảm bảo dẫn đến các dạng hư hỏng rất 
nguy hiểm như mòn, dính bạc lót gây kẹt cứng thanh truyền phá hủy động cơ. 
Kết cấu của ổ đầu to thanh truyền đảm bảo cho ổ làm việc ở chế độ bôi trơn thủy động với 
các hiệu ứng như đàn hồi (thủy động đàn hồi) hoặc hiệu ứng nhiệt (nhiệt thủy động đàn hồi) tùy 
thuộc vào tải trọng tác dụng và tốc độ của trục khuỷu. Để xây dựng một chương trình tính toán mô 
phỏng với đầy đủ các yếu tố trong chế độ bôi trơn như trên, mà ở Việt Nam ta chưa có nghiên cứu 
mô phỏng số về bôi trơn ổ đầu to thanh truyền. Do đó NCS bắt đầu nghiên cứu ổ ở chế độ bôi trơn 
thủy động. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tính tới các hiệu ứng đàn hồi, hiệu ứng nhiệt, hiệu ứng quán 
tính...Điều này là phù hợp với sự phát triển của các nghiên cứu về vấn đề này trên thế giới. 
Để góp phần trong việc làm chủ được các nghiên cứu về vấn đề bôi trơn ổ đầu to thanh 
truyền tại Việt Nam, trước hết cần phải làm chủ được các tính toán bôi trơn ổ đầu to thanh truyền ở 
chế độ bôi trơn thủy động. 
Đó là các lý do dẫn tới luận án chọn hướng nghiên cứu “Nghiên cứu mô phỏng số bôi trơn 
thủy động ổ đầu to thanh truyền của động đốt trong”. Nhằm góp phần từng bước làm chủ các 
nghiên cứu về bôi trơn ổ đầu to thanh truyền tại Việt Nam. Qua đó đưa ra các lưu ý khi bảo trì, bảo 
dưỡng, lắp ráp ổ đầu to thanh truyền động cơ đối với các doanh nghiệp sửa chữa, lắp ráp động cơ 
đốt trong nói chung, ô tô nói riêng tại Việt Nam. 
2. Mục đích đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
a) Mục đích nghiên cứu của luận án 
- Mô phỏng số các đặc tính bôi trơn của ổ đầu to thanh truyền (phân bố áp suất, chiều dày 
màng dầu và độ lệch tâm của tâm bạc và tâm trục) ở chế độ bôi trơn thủy động với điều kiện biên 
Reynolds có tính đến hiện tượng gián đoạn màng dầu trong một chu kỳ làm việc của động cơ 5S-FE 
với một chế độ 30% tải. 
- Xác định sự thay đổi đường kính ổ đầu to thanh truyền động cơ 5S-FE khi thay đổi lực siết 
bu lông thanh truyền từ 25Nm đến 25Nm+900. 
- Xác định đặc tính bôi trơn ổ đầu to thanh truyền trên phần mềm thương mại ACCEL của 
cộng hòa Pháp ở các lực siết bu lông thanh truyền khác nhau. 
b) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
- Ổ đầu to thanh truyền của động cơ 5S-FE lắp trên xe ô tô Toyota Camry 2.5. 
 1 
- Việc nghiên cứu được giới hạn ở các chế độ làm việc ổn định của động cơ (30% tải, n = 
3000 vòng/phút). 
- Giả thiết động cơ được bôi trơn ở chế độ bôi trơn thủy động có tính đến hiện tượng gián 
đoạn màng dầu. 
3. Phương pháp nghiên cứu 
- Tổng kết các nghiên cứu đã có liên quan đến bôi trơn ổ đầu to thanh truyền. 
- Xây dựng bài toán, mô hình hóa hệ trục bạc của ổ đầu to thanh truyền; Giải phương trình 
Reynolds ở chế độ bôi trơn thủy động có tính tới hiện tượng gián đoạn màng dầu. 
- Đo đường kính trung bình của ổ đầu to thanh truyền của động cơ 5S-FE ở các lực siết bu 
lông thanh truyền khác nhau. 
- Tính toán mô phỏng các đặc tính bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của động cơ 5S-FE trên 
phần mềm ACCEL 
- So sánh kết quả thu được của chương trình mô phỏng số của luận án với kết quả mô phỏng 
thu được từ phần mềm ACCEL. 
4. Bố cục của luận án 
Nội dung chính của luận án được trình bày trong 4 chương 
- Chương 1: Tổng quan 
- Chương 2: Lý thuyết bôi trơn ổ đầu to thanh truyền 
- Chương 3: Mô phỏng số bôi trơn ổ đầu to thanh truyền động cơ 5S-FE 
- Chương 4: So sánh với kết quả tính toán bằng phần mềm ACCEL 
- Kết luận chung và kiến nghị 
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 
a) Ý nghĩa khoa học 
- Các tính toán mô phỏng số bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền động cơ đốt trong góp 
phần giải quyết bài toán bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của động cơ tương ứng với tải tác dụng theo 
chu kỳ làm việc. Góp phần từng bước làm chủ nghiên cứu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền tại Việt 
Nam. 
- Là cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo về bôi trơn cho ổ đầu to thanh truyền của 
động cơ đốt trong tại Việt Nam. 
b) Ý nghĩa thực tiễn 
- Xây dựng được phần mềm tính toán mô phỏng bôi trơn thủy động cho ổ đầu to thanh 
truyền động cơ đốt trong. Ứng dụng phần mềm để tính toán mô phỏng áp suất, chiều dày màng dầu 
bôi trơn và quỹ đạo tâm trục ổ đầu to thanh truyền động cơ 5S-FE theo chu kỳ làm việc. 
- Đưa ra khuyến cáo với các cơ sở bảo dưỡng, sửa chữa ô tô về lực siết bu lông thanh truyền 
phù hợp khi thay thế, sửa chữa, bảo dưỡng ổ đầu to thanh truyền để đảm bảo ổ làm việc ở chế độ 
bôi trơn tốt nhất. 
6. Các đóng góp mới của luận án 
- Xây dựng được chương trình tính toán các đặc tính bôi trơn (trường áp suất, chiều dày 
màng dầu và quỹ đạo tâm trục) ổ đầu to thanh truyền động cơ đốt trong với điều kiện biên Reynolds 
và có xét tới sự gián đoạn của màng dầu. Góp phần làm chủ việc nghiên cứu trong nước về vấn đề 
bôi trơn ổ đầu to thanh truyền động cơ, tiến tới phục vụ ngành công nghiệp bảo dưỡng, sửa chữa, 
chế tạo phụ tùng và công nghiệp sản xuất ô tô nội địa. 
 2 
- Đưa ra ảnh hưởng của lực siết bu lông thanh truyền tới đặc tính bôi trơn ổ đầu to thanh 
truyền động cơ 5S-FE từ đó đưa ra khuyến cáo với cơ sở bảo dưỡng, sửa chữa ô tô về lực siết phù 
hợp khi thực hiện bảo dưỡng, sửa chữa, lắp ráp cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. 
NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 
1.1. Ổ đầu to thanh truyền 
1.1.1. Khái niệm 
Liên kết trục khuỷu - thanh truyền, còn được gọi là "ổ đầu to thanh truyền" là liên kết giữa 
đầu to thanh truyền và trục khuỷu. Ổ đầu to thanh truyền là bộ phận quan trọng, có ảnh hưởng rất 
lớn đến độ tin cậy và tuổi thọ của động cơ. Đã có nhiều nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết về liên 
kết này, giúp tối ưu hóa các thông số hình học, kiểm soát tốt hơn các chất bôi trơn cũng như vật liệu 
của các chi tiết tạo thành ổ đầu to thanh truyền. 
1.1.2. Các Hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng 
- Bạc lót bị mòn rộng, mòn ô van: Do lực tác dụng không đều nhau, do điều kiện bôi trơn 
kém. Sẽ làm tăng khe hở lắp ghép, giảm áp suất dầu bôi trơn, gây ra va chạm khi động cơ làm việc. 
- Lớp hợp kim chống ma sát bị cháy, bong tróc, biến dạng dẻo do thiếu dầu bôi trơn, sửa 
chữa không đúng yêu cầu kỹ thuật. 
 - Bề mặt bạc lót có nhiều vết sước, lõm, rỗ do tạp chất cơ học, hóa học, hiện tượng mỏi gây 
ra. 
- Cổ biên bị mòn. 
1.1.3. Khe hở bán kính 
Để thanh truyền chuyển động được trên trục khuỷu, thì ổ đầu to thanh truyền phải tồn tại 
khe hở bán kính. 
Khe hở bán kính là hiệu số hai kích thước giữa đường kính trong của bạc lót đầu to và 
đường kính ngoài của trục khuỷu. Khe hở này rất quan trọng, nó rất nhỏ để đảm bảo hình thành 
được màng dầu trong quá trình động cơ làm việc. 
1.1.4. Khe hở dọc 
Ngoài khe hở bán kính thì ổ đầu to thanh truyền còn phải tồn tại khe hở dọc. Khe hở dọc là 
khe hở giữa mép đầu to thanh truyền và má khuỷu, trị số khe hở này rất nhỏ, nó vào khoảng 0,08 – 
0,14mm, vừa đủ cho thanh truyền chuyển động. Nếu khe hở lớn, thanh truyền dễ bị dịch chuyển 
lệch sang một bên, lúc này đầu nhỏ thanh truyền không nằm giữa trục piston, nên piston bị lệch làm 
tăng ma sát và điều kiện bôi trơn trục piston giảm. 
1.2. Những vấn đề về công nghệ thiết kế sơ bộ ổ đỡ bôi trơn thủy động 
1.2.1. Xác định chiều dày màng dầu 
Chiều dày màng dầu rất mỏng là nguyên nhân dẫn đến sự tiếp xúc giữa trục và ổ, có thể dẫn 
tới mòn và phá hủy ổ. Chiều dày màng dầu phải lớn hơn tổng nhấp nhô bề mặt để tạo ra cơ chế bôi 
trơn thủy động. [10] 
1.2.2. Chọn ổ theo khe hở bán kính 
Khe hở bán kính là một thông số rất quan trọng. Đối với các điều kiện vận hành cho trước, 
khe hở bán kính lớn sẽ dẫn đến làm tăng rò rỉ và giảm chiều dày chất bôi trơn. Ngược lại, khe hở 
bán kính nhỏ hơn cho thấy ma sát tăng lên, có thể dẫn đến hoàn toàn mất khe hở do thay đổi về sự 
giãn nở. [10] 
 3 
1.2.3. Xác định chế độ bôi trơn 
Dựa vào độ nhám bề mặt ổ, đưa ra hệ số Λ để xác định chế độ bôi trơn cho ổ. [53] 
Λ = hmin
�Rqa + Rqb 
Trong đó: hmin chiều dày màng dầu nhỏ nhất 
 Rqa sai lệch hình học trung bình của bề mặt a Rqb sai lệch hình học trung bình của bề mặt b 
(Giá trị sai lệch hình học trung bình Rq lớn hơn sai lệch số học trung bình Ra khoảng 1,25 lần) 
Dựa vào giá trị Λ ta xác định được chế độ bôi trơn hiện tại của cặp ma sát: 
- Chế độ bôi trơn thủy động: 5 ≤ Λ ≤ 100 
- Chế độ bôi trơn thủy động đàn hồi: 3 ≤ Λ ≤ 10 
- Chế độ bôi trơn hỗn hợp: 1 ≤ Λ < 3 
- Chế độ bôi trơn giới hạn: Λ < 1 
1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 
Nghiên cứu bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của động đốt trong là vấn đề đã được nhiều nhà 
khoa học trên thế giới quan tâm. Tuy nhiên ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu này chưa được quan tâm 
nghiên cứu nhiều. Để có cái nhìn tổng quan, tiếp theo luận án trình bày về tình hình nghiên cứu 
trong và ngoài nước về vấn đề nghiên cứu của đề tài. 
1.3.1. Trên thế giới 
Từ đầu những năm 1980 đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về 
vấn đề này. 
Tác giả trình bày bày ngắn gọn những nghiên cứu chính về bôi trơn ổ đầu to thanh truyền 
bắt đầu từ các nghiên cứu được thực hiện cho điều kiện tĩnh bằng cách đặt giả thiết độ lệch tâm 
không đổi hoặc tải cố định. Tiếp đó là các nghiên cứu cho ổ chịu tải động. 
Ổ đầu to thanh truyền của động cơ đốt trong là ổ chịu tải trọng động. Trong trường hợp này 
tải tác dụng thay đổi theo modul và theo thời gian. Quỹ đạo của trục trong bạc được xác định tại 
từng thời điểm để nhận được chiều dày màng dầu và trường áp suất thủy động của ổ. 
Các nghiên cứu mô phỏng số được tiến hành ở chế độ bôi trơn thủy động hoặc bôi trơn thủy 
động đàn hồi là sự kết hợp giữa lý thuyết bôi trơn và pháp pháp số như phương pháp phần tử hữu 
hạn hay phương pháp sai phân hữu hạn. 
Để kiểm chứng các tính toán mô phỏng số, cách tốt nhất là so sánh kết quả mô phỏng số và kết quả 
thực nghiệm. Có hai phương pháp thực nghiệm 
- Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng thanh truyền thật trong động cơ: Cách này cho ta nhận được các 
kết quả tương ứng với bôi trơn trong điều kiện làm việc thực tế của thanh truyền. Các khó khăn gặp 
phải là động cơ có thể làm việc ở tốc độ rất cao, nên đòi hỏi thiết bị phải có độ cứng vững và chính 
xác rất cao để xác định được áp suất màng dầu rất cao và chiều dày màng dầu rất nhỏ. 
- Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng thanh truyền mô phỏng: Mô hình thực nghiệm làm việc theo 
nguyên lý hệ biên khuỷu, hệ thống động học của thiết bị bớt phức tạp hơn và điều kiện làm việc của 
ổ cũng kém khắc nghiệt hơn so với thanh truyền thật. Phương pháp này có lợi thế là có thể được 
thực hiện ngay trong phòng thí nghiệm mà vẫn kiểm chứng được các tính toán số. 
 4 
1.3.2. Trong nước 
Ở Việt Nam có rất ít nghiên cứu về bôi trơn ổ đầu to thanh truyền, chủ yếu là các nghiên cứu 
về các ổ chặn, ổ trượt thông thường hoạt động ở chế độ bôi trơn thủy động, có rất ít nghiên cứu về 
bôi trơn ổ đầu to thanh truyền. 
1.4. Kêt luận 
Trong chương 1, luận án đã giới thiệu về ổ đầu to thanh truyền của động cơ đốt trong, các 
vấn đề về công nghệ thiết kế sơ bộ ổ đỡ bôi trơn thủy động. Tiếp đó luận án đã trình bày tổng quan 
về tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước về vấn đề liên quan. Từ các nghiên cứu đã trình 
bày, tác giả đưa ra một số kết luận sau đây: 
- Ổ đầu to thanh truyền là bộ phận quan trọng của động cơ đốt trong, nó làm việc trong điều 
kiện rất khắc nghiệt, dễ bị hư hỏng khi không được bôi trơn hợp lý. 
- Bài toán về bôi trơn ổ đầu to thanh truyền là một bài toán rất phức tạp và khó vì tải tác 
dụng lên ổ là tải thay đổi theo chu kỳ. 
- Trong một số nghiên cứu, ổ đầu to thanh truyền được coi là vật rắn tuyệt đối. Biến dạng 
không ảnh hưởng đến chiều dày màng dầu và áp suất trong màng dầu. Trong các nghiên cứu đã 
công bố, các nhà khoa học đã xem xét các ảnh hưởng của biến dạng đàn hồi ổ đầu to thanh truyền. 
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng. Chiều dày màng dầu và áp lực trong màng dầu bị ảnh hưởng bởi 
hiệu ứng thủy động, thủy động đàn hồi, hiệu ứng quán tính, hiệu ứng nhiệt, sự thay đổi độ nhớt của 
dầu bôi trơn cũng như hiện tượng gián đoạn và tái tạo màng dầu. 
- Trên thế giới đã nghiên cứu nhiều về vấn đề bôi trơn ổ đầu to thanh truyền. Tuy nhiên tại 
Việt Nam vấn đề này chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều. Do vậy nước ta rất cần phát triển các 
nghiên cứu về bôi trơn nói chung và bôi trơn ổ đầu to thanh truyền nói riêng để làm chủ về mặt 
khoa học công nghệ, tiến tới hỗ trợ cho ngành công nghiệp phụ trợ, ngành công nghiệp sản xuất chế 
tạo phụ tùng, và tiến xa hơn là ngành công nghiệp chế tạo ô tô tại Việt Nam. 
Chương 2: LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG 
2.1. Phương trình Reynolds tổng quát 
Trong bôi trơn thuỷ động [10], khi coi vận tốc tại bề mặt tiếp xúc luôn tiếp xúc với chính nó 
và bằng cách đặt gốc của hệ trục tọa độ trên một bề mặt tiếp xúc, tức là H1 = 0 và H2 = h. Xét trong 
hệ toạ độ Đề các Oxyz (Hình 2.1) 
Các giả thiết: 
- Môi trường liên tục. 
- Chất lỏng Newton. 
- Dòng chảy tầng. 
- Bỏ qua các lực khối. 
- Bỏ qua các lực quán tính của dòng chảy chất lỏng. 
- Không có sự trượt giữa chất lỏng và các bề mặt tiếp xúc với nó. 
- Bỏ qua độ cong của màng mỏng chất lỏng. 
- Chiều dày của màng chất lỏng rất nhỏ so với kích thước của bề mặt tiếp xúc. 
 5 
Hình 2.1 Hệ tọa độ 
Điều kiện biên được viết: 
Trên mặt 1, với y = 0 có u = U1; v = 0; w = W1, 
Trên mặt 2, với y = h có u = U2; v = V2; w = W2. 
Trong đó: u, v, w: vận tốc của chất lỏng theo phương x, y, z. 
U1, V1,W1,U2, V2,W2:vận tốc của bề mặt 1 và bề mặt 2 theo phương x, y, z. 
( ) ( )
( )[ ] ( )[ ]
t
phVWW
z
hUU
x
h
z
hWW
x
hUU
x
ph
zx
ph
x
∂
∂
+++
∂
∂
++
∂
∂
+
∂
∂
−+
∂
∂
−=





∂
∂
∂
∂
+





∂
∂
∂
∂
121266
66
22121
2121
33
ρρρ
ρρ
µ
ρ
µ
ρ
 (2.1) 
2.2. Phương trình Reynolds cho ổ đỡ thuỷ động 
2.2.1. Chiều dày màng dầu 
Hình 2.3 Hệ tọa độ xác định chiều dày màng dầu 
Xét trục và bạc trong hệ tọa độ xoy như hình 2.3 thì phương trình chiều dày màng dầu có 
dạng sau: 
 ( ) ( )' 1 cos ' sin 'x yh Cθ ε θ ε θ= − − 
(2.24) 
Trong đó εx và εy l ... .28 biểu diễn sự thay đổi của chiều dày màng dầu nhỏ nhất hmin và áp suất màng dầu 
lớn nhất pmax theo góc quay của trục khuỷu qua bốn kỳ hút-nén-nổ-xả khi khe hở bán kính C = 
24µm. Theo đó áp suất màng dầu lớn nhất và chiều dày màng dầu nhỏ nhất tại vị trí xảy ra sự nổ: 
pmax = 57.7 MPa, hmin = 3,334 µm. Tại vùng áp suất pmax tăng thì chiều dày màng dầu nhỏ nhất hmin 
giảm. Chiều dày màng dầu nhỏ nhất đạt giá trị lớn nhất hmin,max = 8,0431 µm tại góc 800 của trục 
khuỷu. 
 17 
Hình 3.28 Chiều dầy màng dầu nhỏ nhất hmin, áp suất màng dầu lớn nhất pmax theo góc quay 
của trục khuỷu với C = 24µm 
3.4.3. Độ lệch tâm trục – bạc 
Hình 3.29 biểu diễn quỹ đạo của tâm trục khuỷu quanh tâm thanh truyền theo một chu kỳ 
tải. Quỹ đạo của tâm trục quanh tâm ổ đầu to thanh truyền theo một chu kỳ tải là một đường cong 
khép kín bắt đầu từ 00 của trục khuỷu, độ lệch tâm tương đối εx,0o = - 0.6656, εy,0o = - 0.3895 thuộc 
góc phần tư thứ I. Sau đó tâm trục dịch chuyển theo thứ tự các góc phần tư I-II-III-II-III-IV khi tải 
tác dụng thay đổi. 
Hình 3.29 Độ lệch tâm tương đối của thanh truyền và trục khi khe hở bán kính C = 24µm 
Hình 3.30 Độ lệch tâm tương đối của thanh truyền và trục khi thay đổi khe hở bán kính 
 18 
Hình 3.30 biểu diễn quỹ đạo của tâm trục quanh tâm thanh truyền tại các khe hở bán kính 
khác nhau. Khi tăng khe hở bán kính thì quỹ đạo tâm trục có dạng tương đồng nhau, tuy nhiên nó 
có xu hướng dịch chuyển về phía có ɛx≈1: εx,370o = 0.8200, εy,370o = 0.3304. 
3.5.Kết luận 
Trong chương 3 luận án đã nghiên cứu các vấn đề để tiến hành xây dựng thành công một 
chương trình tính toán số các đặc tính bôi trơn thủy động ổ đầu to thanh truyền. Bao gồm các vấn đề 
sau đây. 
- Xây dựng mô hình tính toán bôi trơn thủy động cho ổ đầu to thanh truyền cũng như thuật toán để 
giải bài toán. 
- Lập trình bằng ngôn ngữ Fortran 95. 
Các kết quả đã được trình bày bao gồm. Các kết quả thực nghiệm gồm khe hở bán kính của 
ổ đầu to thanh truyền và sơ đồ tải tác dụng lên thanh truyền của động cơ 5S-FE. Các kết quả này là 
các thông số đầu vào của tính toán mô phỏng áp suất, chiều dày màng dầu bôi trơn và độ lệch tâm 
giữa trục và bạc của ổ đầu to thanh truyền. 
Kết quả đo bán kính ổ đầu to thanh truyền cho thấy bán kính ổ tăng khi thay đổi lực vặn vít 
từ 25Nm tới 25Nm+30o, 25Nm+60o, 25Nm+90o, dẫn tới khe hở bán kính tăng tương ứng từ 
C = 24µm tới C = 38µm, C = 55µm, C = 69µm. 
Theo chu kỳ làm việc hút-nén-nổ-xả, phân bố áp suất màng dầu ổ đầu to thanh truyền dịch 
chuyển theo góc quay của trục khuỷu, chủ yếu tập trung phần phía sau của ổ theo chiều quay. Càng 
gần với kỳ nổ đỉnh phân bố càng nhọn, cao hơn so với các vùng khác. Phân bố đạt cực đại tại vị trí 
xảy ra kỳ nổ (khoảng 370o) với pmax,370o(nổ) = 57.7 MPa, pmax,350o(nén) = 26.6 MPa, pmax,20o(hút) = 11.4 
MPa. 
Khi tăng khe hở hướng kính đỉnh của phân bố áp suất tăng, phía chân của phân bố có xu 
hướng thu nhỏ lại: pmax,C=24µm, 370o = 57.7 MPa, pmax,C=38µm, 370o = 60.5 MPa, pmax,C=55µm, 370o = 63.6 
MPa, pmax,C=69µm, 370o = 68.7 MPa. Ta thấy khi khe hở hướng kính tăng từ C = 24µm tới C = 69µm 
tương ứng với các siết bu-lông thanh truyền 25Nm và 25Nm+90o thì áp suất lớn nhất của ổ tăng 
19,07%. 
Quỹ đạo của tâm trục quanh tâm ổ đầu to thanh truyền theo một chu kỳ tải là một đường 
cong khép kín bắt đầu từ 00 của trục khuỷu, độ lệch tâm tương đối εx,0o=-0.6656, εy,0o=-0.3895 thuộc 
góc phần tư thứ I. Sau đó tâm trục dịch chuyển theo thứ tự các góc phần tư I-II-III-II-III-IV khi tải 
tác dụng thay đổi. 
Chương 4: SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM ACCEL 
4.1. Tính toán số bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của động cơ 5S-FE bằng phần mềm tính toán 
ACCEL 
Phần mềm tính toán ACCEL là phần mềm thương mại dùng để tính toán các đặc tính bôi 
trơn nhiệt thủy động đàn hồi cho ổ đầu to thanh truyền của các loại động cơ. Đây là phần mềm được 
các nhà khoa học của Viện PPRIME • UPR 3346, Trường Đại học Poitiers, Cộng hòa Pháp xây 
dựng và phát triển từ những năm 90 của thế kỷ trước cho đến nay. Hiện nay phần mềm này vẫn 
đang được các nhà khoa học nghiên cứu để phát triển sao kết quả ngày càng sát với thực tế hoạt 
động của động cơ. 
 19 
4.1.1. Mục đích tính toán 
- Xác định các đặc tính bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của động cơ 5S-FE 
- Là cơ sở để xác định tính đúng đắn của chương trình mô phỏng số của luận án 
4.1.2. Tiến trình tính toán 
- Đo và vẽ thiết kế thanh truyền của động cơ 5S-FE trên phần mềm Catia 
- Chia lưới cho thanh truyền tạo thành file có đuôi .DNS 
- Tạo ma trận tuân thủ cho thanh truyền 
- Nhập dữ liệu đầu vào trong màn hình tính toán. 
- Nhập file biểu đồ tải trọng tác dụng lên thanh truyền 
- Chạy chương trình tính toán 
- Mở kết quả trong thư mục chứa kết quả (có thể chuyển thành file EXCEL) 
4.2.1. Áp suất màng dầu 
Hình 4.2 biểu diễn mối tương quan giữa áp suất lớn nhất Pmax khi dùng phần mềm ACCEL và 
kết quả mô phỏng.Ta nhận thấy, khi khe hở hướng kính tăng dạng đường cong pmax của hai kết quả 
tương đồng nhau. Giá trị pmax từ kết quả tính, tại các góc quay khác nhau của trục khuỷu lớn hơn giá 
trị thu được từ phần mềm ACCEL. Giá trị sai lệch này lớn nhất tại điểm xảy ra sự nổ (Bảng 4.1). Sự 
sai lệch này là do áp suất thủy động gây biến dạng đàn hồi bề mặt ma sát, thay đổi hình dạng của 
tiếp xúc. Ngoài ra, phần mềm ACCEL còn tính đến hiệu ứng nhiệt và các hiệu ứng thực tế khác làm 
thay đổi chiều dầy màng dầu góp phần làm thay đổi áp suất. 
Bảng 4.1 Sai lệch áp suất lớn nhất pmax từ kết quả mô phỏng và từ phần mềm ACCEL 
C (µm) 24 38 55 69 
∆pmax(MPa) 15,18 18,69 14,76 17,92 
Hình 4.2 Áp suất lớn nhất pmax theo góc quay của trục khuỷu 
 20 
4.2.2. Chiều dày màng dầu 
Hình 4.3 biểu diễn chiều dày màng dầu nhỏ nhất theo góc quay của trục khuỷu với các khe hở 
bán kính khác nhau C = 24µm, C = 38µm, C = 55µm, C = 69µm từ kết quả tính toán và kết quả tính 
từ phần mềm ACCEL. Ta nhận thấy, các kết quả tính toán so với kết quả tính bằng phần mềm 
ACCEL có sự sai khác về hình dạng cũng như giá trị. Sự sai khác này là do trong phần mềm 
ACCEL đã tính đến ảnh hưởng của các biến dạng đàn hồi, biến dạng nhiệt, hiệu ứng quán tính, sự 
thay đổi độ nhớt theo nhiệt độtrong khi chương trình tính toán của tác giả chưa kể đến các yếu tố 
trên. Tại đầu kì hút, cuối kì xả, và sườn xuống của kỳ nén, các giá trị của chiều dày màng dầu nhỏ 
nhất hmin ở hai kết quả tương đối gần nhau do tải trọng tại các vùng này nhỏ. Bảng 4.2 chỉ ra chiều 
dày màng dầu nhỏ nhất và giá trị ʌ đánh giá chế độ bôi trơn từ kết quả mô phỏng và từ phần mềm 
ACCEL. Từ kết quả này ta nhận thấy khi khe hở bán kính C = 69 µm giá trị ʌ = 2.6079 < 3 là giá trị 
giới hạn cho chế độ bôi trơn thủy động và thủy động đàn hồi. 
Bảng 4.2 Sai lệch chiều dày màng dầu nhỏ nhất hmin từ kết quả mô phỏng và 
từ phần mềm ACCEL 
C(µm) 24 38 55 69 
hmin(µm) 3.3340 3.1974 2.9027 2.6925 
hminACCEL (µm) 5.5220 5.3106 5.0935 4.1556 
% sai lệch 39,62 39,79 43,01 35,21 
ʌ 3.4654 3.3327 3.1965 2.6079 
Hình 4.3 Chiều dày màng dầu nhỏ nhất hmin theo góc quay của trục khuỷu 
 21 
4.2.3. Độ lệch tâm trục – bạc 
Hình 4.4 So sánh độ lệch tâm tương đối 
khi tính toán và khi tính bằng ACCEL ở khe hở bán kính C = 24µm 
Hình 4.4 biểu diễn mối độ lệch tâm của ổ đầu to thanh truyền theo một chu kỳ làm việc từ 
kết quả tính toán và kết quả tính từ phần mềm ACELL. Theo đó, dạng đường cong biểu diễn độ 
lệch tâm của hai kết quả có sự tương đồng.Tuy nhiên đường cong độ lệch tâm trong ACCEL có xu 
hướng chuyển dịch sang bên trái và bị elip hóa. Độ lệch tâm trong trường hợp này có giá trị tương 
đối lớn hơn 1 do biến dạng đàn hồi, biến dạng nhiệt có xu hướng làm ovan ổ tạo ra những vị trí có 
khe hở lớn hơn khe hở bán kính. 
4.3. Kết luận 
Khi khe hở bán kính tăng, dạng đường cong pmax từ kết mô phỏng và từ phần mềm ACCEL 
tương đồng nhau. Giá trị pmax từ kết quả mô phỏng, tại các góc quay khác nhau của trục khuỷu lớn 
hơn giá trị thu được từ phần mềm ACCEL: ∆pmax,C=24µmc = 15,18 MPa, ∆pmax,C=38µm = 18,69 MPa, 
∆pmax,C=55µm = 14,76 MPa, ∆pmax,C=69µm = 17,92 MPa. 
Chiều dày màng dầu nhỏ nhất theo góc quay của trục khuỷu với các khe hở bán kính khác 
nhau C = 24µm, C = 38µm, C = 55µm, C = 69µm từ kết quả tính toán của tác giả và kết quả tính 
từ phần mềm ACCEL có sự sai khác về hình dạng cũng như giá trị do phần mềm ACCEL có tính 
đến biến dạng đàn hồi, biến dạng nhiệt và một số điều kiện thực tế khác. Tuy nhiên, tại đầu kì hút, 
cuối kì xả, và sườn xuống của kỳ nén các giá trị của hmin ở hai kết quả tương đối gần nhau. 
Dạng đường cong biểu diễn độ lệch tâm từ kết quả tính toán của tác giả và kết quả tính từ phần 
mềm ACCEL có sự tương đồng. Tuy nhiên đường cong độ lệch tâm trong ACCEL có xu hướng 
chuyển dịch sang bên trái và bị elip hóa, độ lệch tâm trong trường hợp này có giá trị tương đối lớn 
hơn 1 do ổ bị biến dạng. 
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 
1. Kết luận chung 
Thông qua nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm các nội dung liên quan để hoàn thành luận 
án này, tác giả nhận thấy nghiên cứu về công nghệ bôi trơn trong kỹ thuật nói chung và động cơ đốt 
trong nói riêng là một vấn đề có ý nghĩa quan trọng quyết định độ tin cậy, tuổi thọ, hiệu suất vận 
hành của thiết bị. Từ các kết quả nghiên cứu cho phép nhà chế tạo đánh giá và hiệu chỉnh các thông 
số thiết kế cho các bề mặt ma sát phù hợp với điều kiện làm việc, môi trường cụ thể nhằm giảm tối 
đa các hỏng hóc, tổn hao công suất của các thiết bị máy móc. 
Trong khuôn khổ của luận án, tác giả đã giới thiệu về ổ đầu to thanh truyền của động cơ cũng như 
 22 
những vấn đề về công nghệ bôi trơn trong việc thiết kế các ổ đỡ nói chung và ổ đầu to thanh truyền 
nói riêng. Tiếp đến tác giả đã tổng kết các kết quả nghiên cứu, tính toán đã có cho ổ đầu to thanh 
truyền của động cơ đốt trong, sau đó xây dựng mô hình tính áp suất, chiều dày màng dầu, độ lệch 
tâm giữa trục và bạc từ các phương trình Reynolds tổng quát, phương trình chiều dày màng dầu, 
phương trình cân bằng tải, kết hợp với điều kiện biên Reynolds có tính đến hiện tượng gián đoạn 
màng dầu. Tiếp theo, tác giả tiến hành đo kiểm các thông số của ổ như đường kính trung bình của ổ 
đầu to thanh truyền, đo tải tác dụng lên thanh truyền của động cơ 5S-FE. Các thông số này được sử 
dụng đưa vào phần mềm tính toán ACCEL là phần mềm do nhóm nghiên cứu của Đại học Poiters, 
Cộng hòa Pháp viết cho các hãng xe hơi để giải quyết bài toán bôi trơn cho ổ thanh truyền và phần 
mềm tính toán tác giả đã xây dựng để mô phỏng một số thông số đặc tính bôi trơn của ổ đầu to 
thanh truyền động cơ 5S-FE. Các nội dung này đã được hệ thống, xây dựng cụ thể trong các phần 
của luận án. Luận án đã đạt được một số kết quả như sau: 
1. Đã đưa ra được ảnh hưởng của lực siết bu lông tới đặc tính bôi trơn ổ đầu to thanh truyền. 
Theo khuyến cáo của nhà sản xuất, khi lắp ráp thanh truyền vào trục khuỷu thì siết bu lông thanh 
truyền lần 1 là 25Nm sau đó xiết thêm góc 900. Kết quả cho thấy khi tăng lực siết bu lông thanh 
truyền trong khoảng 25Nm đên 25Nm+900 thì khe hở bán tăng dần từ C = 24µm tới C=69µm. 
2. Xây dựng được chương trình tính toán mô phỏng các đặc tính bôi trơn thủy động gồm trường áp 
suất, chiều dày màng dầu và độ lệch tâm giữa trục và bạc của ổ đầu to thanh truyền của động cơ đốt 
trong. Áp dụng tính toán đặc tính bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của động cơ 5S-FE trên cơ sở biểu 
đồ tải tác dụng theo chu kỳ quay của trục khuỷu trên băng thử MEGAPASCALE. 
- Phân bố áp suất: 
Mô phỏng trường áp suất, chiều dày màng dầu, độ lệch tâm giữa trục và bạc của ổ đầu to 
thanh truyền của động cơ xăng 5S-FE theo chu kỳ làm việc hút, nén, nổ, xả. Theo chu kỳ làm việc 
hút-nén-nổ-xả, phân bố áp suất của ổ đầu to thanh truyền dịch chuyển theo góc quay của trục 
khuỷu, chủ yếu tập trung phần phía sau của ổ theo chiều quay.Trong vùng từ khoảng 1000 - 2100 
của thanh truyền liên tục có sự hình thành và phá hủy của các bọt khí do hiện tượng xâm thực màng 
dầu theo chu kỳ dẫn tới phá hủy lớp hợp kim chống mòn gây ra hiện tượng mòn xâm thực của bạc 
lót. 
Áp suất lớn nhất tăng khoảng 19,07% khi tăng lực siết bu lông thanh truyền từ 25Nm đên 
25Nm+900. 
- Chiều dày màng dầu 
Chiều dày màng dầu nhỏ nhất giảm khoảng 19,21% khi tăng lực siết bu lông thanh truyền từ 
25Nm đên 25Nm+900. 
-Độ lệch tâm trục khuỷu và bạc đâu to thanh truyền 
Quỹ đạo của tâm trục khuỷu quanh tâm thanh truyền theo một chu kỳ tải là một đường cong 
khép kín chuyển động theo thứ tự I-II-III-II-III-IV khi tải tác dụng thay đổi. Khi tăng khe hở bán 
kính, độ lệch tâm tương đối khi xảy ra sự nổ càng tiến gần tới 1. 
- So sánh kết quả tính toán với kết quả tính toán bằng phần mềm ACCEL. 
Dạng đường cong áp suất lớn nhất pmax và độ lệch tâm giữa trục và bạc từ kết quả mô phỏng 
và từ phần mềm ACCEL tương đồng, có sự sai khác về giá trị theo chu kỳ tải và lớn nhất tại điểm 
xảy ra kỳ nổ. Dạng đường cong chiều dầy màng dầu nhỏ nhất hmin giữa hai kết quả có sự sai khác, 
tuy nhiên tại đầu kì hút, cuối kì xả, và sườn xuống của kỳ nén các giá trị của hmin ở hai kết quả 
 23 
tương đối gần nhau. 
Các kết quả thu được của luận án cho thấy chương trình mô phỏng số bôi trơn ổ đầu to 
thanh truyền có độ tin cậy để đánh giá sự bôi trơn của ổ đầu to thanh truyền ở chế độ bôi trơn thủy 
động. 
-Thông số đánh giá chế độ bôi trơn 
Giá trị Λ giảm khi tăng siết bu-lông thanh truyền tại lực siết bu-lông thanh truyền 25 
Nm+600 giá trị Λ = 3,1965 > 3 tại siết bu-lông thanh truyền 25 Nm+900 thì Λ = 2,6079 < 3 (Λ = 3 
là giá trị giới hạn của chế độ bôi trơn thủy động và thủy động đàn hồi). 
-Khuyến cáo với nhà sản xuất và bảo dưỡng sửa chữa 
Từ các kết quả trên tác giả khuyến cáo trong quy trình lắp ráp ổ đầu to thanh truyền chỉ siết 
bu lông thanh truyền bằng một lực đến 25Nm+600. 
2. Kiến nghị 
Mô phỏng số các đặc tính bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của động cơ là việc rất khó khăn. 
Để kết quả mô phỏng gần với thực tế làm việc của động cơ cần phải tính tới nhiều hiệu ứng khác 
như hiệu ứng đàn hồi, hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng quán tính. 
Do vậy, hướng phát triển tiếp theo của luận án lần lượt theo các nghiên cứu sau đây: 
- Nghiên cứu mô phỏng số bôi trơn thủy động đàn hồi ổ đầu to thanh truyền của động đốt trong. 
- Nghiên cứu mô phỏng số bôi trơn nhiệt thủy động đàn hồi ổ đầu to thanh truyền của động cơ đốt 
trong. 
- Nghiên cứu mô phỏng số bôi trơn ổ đầu to thanh truyền của động cơ đốt trong có kể đến hiệu ứng 
quán tính. 
Để các nghiên cứu tiếp theo về bôi trơn ổ đầu to thanh truyền được thuận lợi và dễ ràng hơn, 
tác giả xin kiến nghị Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Bộ Khoa học công nghệ có hướng xây 
dựng phòng thí nghiệm bôi trơn với đội ngũ các nhà khoa học chuyên sâu, đam mê khoa học để có 
được các thiết bị thực nghiệm cũng như các phần mềm tính toán xứng tầm với các nước tiên tiến 
góp phần giúp ngành công nghệ chế tạo phụ tùng đón đầu xu thế ngành công nghệ ô tô đang phát 
triển ở nước ta. 
 24