đồ án thiết kế động cơ đốt trong

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu 2
Chương I: PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC, NHIỆM VỤ
VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG PHÁT LỰC 3
1.1 Nhiệm vụ của hệ thống phát lực 3
1.2 Điều kiện làm việc, yêu cầu và phân loại
của từng bộ phận trong hệ thống 3
Chương II: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 7
2.1 Chọn phương án thiết kế các chi tiết trong hệ thống 7
2.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phát lực đã chọn 9
2.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống phát lực đã chọn 10

Chương III: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 12
3.1 Giới thiệu tính toán nhiệt 12
3.2 Các thông số cho trước của động cơ 12
3.3 Chọn các thông số cho tính toán nhiệt 13
3.4 Tính toán nhiệt 15
Chương IV: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU - THANH
TRUYỂN 26
4.1 Phân tích động học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 26
4.2 Động học của piston 27
Chương V: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU –
THANH TRUYỂN 32
5.1 Phân tích động lực học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 32
5.2 Sơ đồ lực, moment tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền
1 xylanh 32
5.3 Lực khí thể 34
5.4 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động 35
5.5 Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 39

Chương VI: THIẾT KẾ KỸ THUẬT VÀ TÍNH BỀN CÁC NHÓM
VÀ CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG 48
6.1 Nhóm piston 48
6.2 Nhóm thanh truyền 58
6.3 Nhóm trục khuỷu 69
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 1
1
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
Chương VII: QUY TRÌNH THÁO, LẮP, ĐIỀU CHỈNH,
BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG 91
7.1 Tháo lắp nhóm piston, xéc măng, thanh truyền 91
7.2 Kiểm tra tình trạng kỹ thuật nhóm piston, xéc măng, thanh truyền 95
7.3 Sửa chữa nhóm piston, xéc măng, thanh truyền 99
7.4 Tháo lắp nhóm trục khuỷu, bánh đà 102
7.5 Kiểm tra – Sửa chữa nhóm nhóm trục khuỷu, bánh đà 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 2
2
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án môn học Động cơ đốt trong là một khâu quan trọng trong khối kiến thức của
ngành Ô tô – Máy động lực, là một kỹ sư thiết kế phải biết và có khả năng thiết kế. Hơn
nữa, đất nước ta là một đất nước đang phát triển rất cần phát triển các ngành công nghiệp
mà trong đó công nghiệp ô tô giữ một vai trò hết sức quan trọng. Trong khi đó, bộ phận
quan trọng nhất của một chiếc ô tô là cái sinh ra nguồn động lực cho ô tô – chính là động
cơ ô tô. Vậy thiết kế động cơ là khâu hết sức quan trọng để có thể phát triển ngành công
nghiệp ô tô.
Sau ba năm học tại ngành Ô tô – Máy động lực, chúng em đã được trang bị nhiều
kiến thức về các môn học cơ sở như Nguyên lý máy, Sức bền vật liệu, Vật liệu học và

Nhiệt động lực học cũng như nhiều môn học chuyên ngành khác, Đồ án Thiết kế Động cơ
chính là cơ hội cho chúng em tổng hợp và áp dụng những kiến thức mình đã học.
Trong quá trình thực hiện đồ án em gặp rất nhiều khó khăn trong phương pháp
thiết kế và tính toán cũng như việc hoàn thành các bản vẽ của mình, nhờ sự hướng dẫn tận
tình của Thầy hướng dẫn cùng sự góp ý của các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Sau một thời gian làm việc với nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ từ tất cả mọi
người, em đã hoàn thành Đồ án Thiết kế Động cơ đốt trong này. Nay em xin gửi lời cảm
ơn chân thành tới giáo viên hướng dẫn Thầy Vũ Việt Thắng, các thầy trong bộ môn Ô tô
– Máy động lực cùng các bạn trong lớp Ô tô K10.
Mặc dù em đã cố gắng hết sức nhưng trong quá trình thực hiện khó tránh khỏi
thiếu sót, rất mong được sự góp ý chân thành từ phía các thầy và các bạn. Em xin chân
thành cảm ơn.
NGUYỄN VĂN PHÚ
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 3
3
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
Chương I
PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC, NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU
CỦA HỆ THỐNG PHÁT LỰC
1.1. NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG PHÁT LỰC:
• Tiếp nhận năng lượng khí cháy, tạo thành chuyển động tịnh tiến của piston
(trong xy – lanh) và biến nó thành cơ năng làm quay trục khuỷu, tạo mô –
men có ích cho động cơ làm việc.
• Bảo đảm bao kín buồng cháy, giữ không cho khí cháy trong buồng cháy lọt
xuống
• Các- te (hay hộp trục khuỷu) và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục
khuỷu sục lên buồng cháy.
• Làm nhiệm vụ nén trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy
trong quá trình nạp.
1.2. ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI CỦA TỪNG BỘ

PHÂN TRONG HỆ THỐNG:
1.2.1 Piston:
• Nhiệm vụ: Nhiệm vụ chủ yếu của piston là cùng với các chi tiết khác như
xy-lanh, nắp xy-lanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực
của khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí.
• Điều kiện làm việc:
 Tải trọng cơ học lớn và có chu kỳ, áp suất lớn có thể đạt tới 120
kG/cm
2
, lực quán tính lớn đặc biệt nếu là động cơ cao tốc.
 Tải trọng nhiệt cao vì piston tiếp xúc trực tiếp với khí cháy nên có
thể đạt nhiệt độ cao từ 500 – 800
0
K. Nhiệt độ cao khiến piston chịu
ứng suất nhiệt lớn gây bó kẹt, nứt, giảm sức bền, gây kích nổ vv…
 Ma sát lớn và ăn mòn hóa học. Ma sát gây nên do lực ngang nên có
giá trị lớn với điều kiện bôi trơn khó khăn nên khó đảm bảo bôi trơn
tốt. Ăn mòn hóa học do piston thường xuyên tiếp xúc với sản vật
cháy.
• Yêu cầu:
 Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất.
 Có độ bền và độ cứng đủ để tránh biến dạng quá lớn và chịu mài
mòn.
 Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ không bị giảm
sút do hiện tượng lọt khí từ buồng cháy xuống cacte.
 Tản nhiệt tốt để tránh dãn nở nhiệt quá mức khi động cơ đang làm
việc, ngoài ra tránh được hư hỏng piston do ứng suất nhiệt.
• Phân loại: Theo dạng đỉnh piston
 Đỉnh bằng: diện tích chịu nhiệt nhỏ, kết cấu đơn giản
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 4

4
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
 Đỉnh lõm: có thể tạo xoáy lốc nhẹ, tạo thuận lợi cho quá trình hình
thành hỗn hợp và đốt cháy. Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chịu
nhiệt lớn hơn so với đỉnh bằng.
 Đỉnh chứa buồng cháy: thường gặp ở động cơ Diesel.
1.2.2 Chốt Piston: Là chi tiết nối Piston với thanh truyền.
• Nhiệm vụ: Truyền lực tác dụng của khí thể từ piston xuống thanh truyền.
Chốt piston thường có cấu tạo rỗng và được lắp lỏng với bệ chốt piston và
đầu nhỏ thanh truyền.
• Điều kiện làm việc: Chốt piston chịu lực va đập, tuần hoàn, nhiệt độ cao và
điều kiện bôi trơn khó khăn. Chốt piston còn chịu ma sát dạng nửa ướt, chốt
piston dễ bị mòn.
• Yêu cầu:
 Chốt piston phải được chế tạo bằng vật liệu tốt để đảm bảo sức bền
và độ cứng vững. Bề mặt làm việc của piston cần tôi theo công nghệ
đặc biệt để đảm bảo chốt có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt.
 Ruột chốt phải dẻo để chống mỏi tốt. Mặt chốt phải mài bóng để
chống ứng suất tập trung và khi lắp ghép với piston và thanh truyền
khe hở phải nhỏ.
• Phân loại:
 Theo kiểu lắp ghép chốt:
+ Cố định chốt piston trên bệ chốt piston.
+ Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền.
+ Chốt piston lắp tự do.
 Theo hình dạng: bề mặt bên trong chốt có dạng hình trụ hoặc côn
1.2.3 Xec – măng:
• Nhiệm vụ: Đảm bảo piston di động dễ dàng trong xylanh. Xec – măng có 2
loại là xec – măng khí và xec – măng dầu. Xec – măng khí làm nhiệm vụ
bao kín buồng cháy tránh lọt khí còn xec – măng dầu ngăn dầu bôi trơn từ

hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy.
• Điều kiện làm việc: Xec – măng chịu tải trọng cơ học lớn (áp lực khí cháy),
chịu lực quán tính lớn, có chu kỳ và va đập. Ngoài ra xec – măng còn chịu
nhiệt độ cao, ma sát lớn, ăn mòn hóa học và ứng suất lắp ghép ban đầu.
• Yêu cầu:
 Chịu nhiệt cao: đặc biệt với xec – măng khí tiếp xúc trực tiếp với khí
cháy.
 Chịu lực va đập: vì khi làm việc lực khí thể và lực quán tính tác dụng
lên xec – măng.
 Chịu mài mòn: khi làm việc xec – măng ma sát với các xylanh rất
lớn.
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 5
5
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
• Phân loại: có hai loại xec – măng là xec – măng khí và xec – măng dầu.
1.2.4 Nhóm thanh truyền:
• Nhiệm vụ: Thanh truyền là chi tiết trung gian, trong đó đầu nhỏ lắp ghép
với piston, đầu lớn liên kết với chốt khuỷu. Thanh truyền có nhiệm vụ
truyền lực tác dụng từ piston đến trục khuỷu.
• Điều kiện làm việc: Thanh truyền có chuyển động phức tạp bao gồm: đầu
nhỏ chuyển động tịnh tiến cùng piston, thân thanh truyền chuyển động lắc,
đầu to chuyển động quay cùng với trục khuỷu. Vậy thanh truyền chịu lực
va đập tuần hoàn như lực khí thể, lực quán tính của nhóm piston và của
chính bản thân thanh truyền.
• Yêu cầu: Lựa chọn kích thước và vật liệu chế tạo hợp lý để thanh truyền
chịu được các lực va đập tuần hoàn như trên.
• Phân loại: Theo tiết diện thân thanh truyền.
 Tiết diện hình chữ I: có sức bền đều theo hai phương, được dùng rất
phổ biến từ động cơ cỡ nhỏ đến động cơ cỡ lớn.
 Tiết diện hình chữ nhật, ô van: có ưu điểm là dễ chế tạo, thường

dùng ở động cơ mô – tô, xuồng máy cỡ nhỏ.
1.2.5 Trục khuỷu:
• Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực tác dụng từ piston tạo moment quay kéo các máy
công tác và nhận năng lượng của bánh đà. Sau đó, truyền cho thanh truyền
và piston thực hiện quá trình nén cũng như trao đổi khí trong xylanh.
• Điều kiện làm việc: Trục khuỷu chịu lực T, Z do lực khí thể và lực quán tính
của nhóm piston – thanh truyền gây ra. Ngoài ra trục khuỷu còn chịu lực
quán tính ly tâm của các khối lượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu
và của thanh truyền. Những lực này gây uốn, xoắn, dao động xoắn và dao
động ngang của trục khuỷu lên các ổ đỡ.
• Yêu cầu: Kết cấu trục khuỷu cần đảm bảo các yêu cầu:
 Đảm bảo động cơ làm việc đồng đều, biên độ dao động của moment
xoắn tương đối nhỏ.
 Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ.
 Động cơ làm việc cân bằng ít rung động.
 Công nghệ chế tạo đơn giản.
• Phân loại: có hai loại là trục khuỷu nguyên là trục khuỷu ghép.
1.2.6 Bánh đà:
• Nhiệm vụ: Giữ cho độ không đồng đều của động cơ nằm trong giới hạn cho
phép. Ngoài ra bánh đà còn là nơi lắp vành răng khởi động và khắc vạch
chia độ góc quay trục khuỷu.
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 6
6
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
• Yêu cầu: Trong quá trình làm việc, bánh đà tích trữ năng lượng dư sinh ra
trong quá trình sinh công (lúc này moment chính của động cơ có giá trị lớn
hơn moment cản nên nó làm cho trục khuỷu quay nhanh) để bù đắp phần
năng lương hao hụt trong các hành trình tiêu hao công (lúc này moment cản
có giá trị lớn hơn moment chính của động cơ) khiến cho trục khuỷu quay
đều hơn, giảm được biên độ dao động của tốc độ góc trục khuỷu.

• Phân loại: Theo kết cấu:
 Bánh đà dạng đĩa: là bánh đà mỏng có moment quán tính nhỏ nên chỉ
dùng cho động cơ tốc độ cao.
 Bánh đà dạng vành: là bánh đà có moment quán tính lớn.
 Bánh đà dạng chậu: là bánh đà có dạng trung gian của hai loại bánh
đà trên, có moment quán tính và sức bền lớn.
 Bánh đà dạng vành có nan hoa: để tăng moment quán tính của bánh
đà, phần lớn khối lượng bánh đà ở dạng vành xa tâm quay và nối với
mayơ bằng các gân kiểu nan hoa.
Chương II
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG:
2.1.1. Piston:
Đối với động cơ xăng để thỏa mãn các yêu cầu sau đây:
 Phù hợp với hình dạng buồng cháy và hướng của chùm tia nhiên liệu
phun vào buồng cháy để tổ chức tạo thành hỗn hợp tốt nhất.
 Tận dụng được xoáy lốc của không khí trong quá trình nén.
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 7
7
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
 Dựa trên mẫu động cơ tham khảo là 2AR-FE có 16 van với 4 xylanh,
vậy có 4 van là 2 van xả, 2 van nạp cho một xylanh làm việc, đảm
bảo hiệu suất nạp tốt nhất.
Vậy piston có đỉnh chứa buồng cháy có dạng đỉnh lõm như sau được chọn:
Hình2.1. Đỉnh piston
2.1.2. Chốt piston
Để có kết cấu đơn giản dễ chế tạo và vì tỷ số nén động cơ xăng được thiết
kế không lớn lắm nên chọn chốt piston có dạng mà bề mặt bên trong là hình
trụ.
2.1.3. Nhóm thanh truyền

2.1.3.a. Đầu nhỏ thanh truyền: Có hai dạng.
 Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng. Khi ấy chốt piston lắp
tự do.
 Đầu nhỏ thanh truyền của các động cơ dùng kiểu lắp chốt piston cố
định trên đầu nhỏ thanh truyền.
Động cơ được thiết kế công suất không lớn nên chọn phương án đầu nhỏ
thanh truyền có dạng trụ rỗng và có khoan lỗ hứng dầu.
2.1.3.b. Thân thanh truyền:
Thân thanh truyền có tiết diện hình chữ I được sử dụng phổ biến vì
đảm bảo sức bền theo hai phương. Vậy chọn phương án thân thanh truyền
có tiết diện chữ I.
2.1.3.c. Đầu to thanh truyền: Có các loại sau:
 Phương án phổ biến nhất là một phần của đầu to thanh truyền được
gắn liền với thân thanh truyền, phần còn lại được ghép với phần trên
nhờ hai bulông.
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 8
8
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
 Phương án tương tự trên nhưng dùng nhiều bu lông hơn (4 hoặc 6
bulông) để lắp ghép với đầu to thanh truyền. Như vậy đường kính
bulông sẽ nhỏ hơn so với phương án trên. Tuy nhiên nhược điểm là
các bu lông chịu lực không đều có thể dẫn đến hiện tượng mài mòn
không đều và đứt gãy bulông.
 Tương tư phương án đầu tiên nhưng cắt chia đầu to thanh truyền theo
mặt nghiêng 30
0
đến 60
0
so với đường tâm thanh truyền.
 Dùng chốt côn để lắp ghép đầu to thanh truyền theo kiểu khớp bản

lề.
Do tính đơn giản và phổ biến nên chọn phương án đầu tiên.
Hình 2.2.Thanh truyền
2.1.4. Trục khuỷu:
Theo phân loại có hai loại là trục khuỷu nguyên và trục khuỷu ghép. Do
động cơ xăng 4 xylanh phổ biến là dùng trục khuỷu nguyên nên chọn phương án
thiết kế là trục khuỷu nguyên.
2.2. SƠ ĐỒ CẤU TẠO:
Sau khi đã chọn tất cả các phương án như trên, ta có được cấu tạo hệ thống như sau
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 9
9
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
Hình 2.3. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phát lực
2.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC:
Sơ đồ nguyên lý hệ thống phát lực như sau:
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 10
10
N THIT K NG C T TRONG GVHD: V VIT THNG
1
2
3
4
P
J
N
P
kt

M
L

M
q
Z
T

P
k
P
S
Piston 1
Piston 4
Piston 3
Piston 2
Huựt
Noồ
Xaỷ
Noồ
Noồ
Noồ
Neựn
Neựn
Neựn
Neựn
Xaỷ
Xaỷ
Xaỷ
Huựt
Huựt
Huựt
TTN: 1 - 3 - 4 - 2

0 180
360
540
720
GQTK


0
0
0
0
0
Hỡnh 2.4. S nguyờn lý h thng phỏt lc
Trong ng c t trong kiu pit-tụng cm chi tit chuyn ng chớnh (pit-tụng,
thanh truyn, trc khuu) lm vic trờn nguyờn tc sau:
- Nhúm pit-tụng chuyn ng tnh tin lờn xung truyn lc khớ th cho
thanh truyn
- Nhúm thanh truyn l chi tit chuyn ng trung gian, cú chuyn ng
phc tp bin chuyn ng tnh tin ca pit-tụng thnh chuyn ng
quay ca trc khuu
- Trc khuu l chi tit mỏy quan trng nht, cú chuyn ng quay v
truyn cụng sut ca ng c ra ngoi dn ng mỏy cụng tỏc khỏc.
SVTH: NGUYN VN PH MSSV: G1002430 11
11
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
Hinh 2.5. Các kỳ của động cơ
Theo chu kỳ lý thuyết, mỗi kỳ khởi sự ngay tại một điểm chết mà cũng chấm dứt
ngay tại một điểm chết. Trong động cơ bốn kỳ thì mỗi kỳ sẽ thực hiện một quá
trình và có:
- Kỳ nạp/hút: pit-tông nhận năng lượng từ bánh đà thông qua kết cấu trục

khuỷu và thanh truyền dịch chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm
chết dưới (ĐCD) thực hiện quá trình nạp môi chất công tác.
- Kỳ nén: pit-tông cũng nhận năng lượng từ bánh đà thông qua kết cấu
trục khuỷu và thanh truyền dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, thực hiện quá
trình nén, thể tích xylanh nhỏ lại từ V
a
đến V
c
.
- Kỳ sinh công: xảy ra quá trình cháy – giãn nở và sinh công. Pit-tông
nhận áp lực từ khí cháy sinh ra trong xylanh động cơ dịch chuyển từ
ĐCT xuống ĐCD và truyền ra ngoài cho thiết bị công tác thông qua cơ
cấu trục khuỷu – thanh truyền.
- Kỳ thải/xả/thoát: pit-tông tiếp tục nhận năng lượng từ bánh đà thông qua
cơ cấu truc khuỷu – thanh truyền, dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT thực
hiện quá trình thải sản vật cháy ra ngoài.
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 12
12
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
Chương III
TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
3.1. GIỚI THIỆU TÍNH TOÁN NHIỆT:
Tính toán nhiệt động cơ đốt trong (ĐCĐT) chủ yếu là xây dựng trên lý thuyết đồ
thị công chỉ thị của một động cơ cần thiết kế thông qua việc tính toán các thông số nhiệt
động lực học của chu trình công tác trong động cơ gồm các quá trình:
+ Quá trình nạp
+ Quá trình nén
+ Quá trình cháy
+ Quá trình giãn nở
- Mỗi quá trình trên được đặc trưng bởi các thông số trạng thái là nhiệt độ, áp suất, thể

tích của môi chất công tác (MCCT) ở đầu và cuối của quá trình. Trên cơ sở lý thuyết của
nhiệt động lực học kỹ thuật, nhiệt động hóa học, lý thuyết động cơ đốt trong xác định giá
trị của các thông số nêu trên.
- Tiếp theo ta tính các thông số đánh giá tính năng của chu trình gồm các thông số chỉ thị
và các thông số có ích của chu trình công tác như: áp suất chỉ thị trung bình p
i
, áp suất có
ích trung bình p
e
, công suất chỉ thị N
i
, công suất có ích N
e
, hiệu suất η
e
và suất tiêu hao
nhiên liệu g
e
của động cơ, …
- Cuối cùng, bằng kết quả các quá trình tính toán nói trên ta xây dựng giản đồ công chỉ thị
của động cơ và đây là các số liệu cơ bản cho các bước tính toán động lực học và thiết kế
sơ bộ cũng như thiết kế kỹ thuật toàn bộ động cơ.
- Trong tính toán kiểm nghiệm động cơ cho trước, việc tính toán nhiệt có thể được thay
thế bằng cách đo đồ thị công thực tế trên động cơ đang hoạt động nhờ các phương tiện,
các dụng cụ đo ghi kỹ thuật hiện đại. Tuy nhiên với phương pháp tính toán dựa trên cơ sở
lý thuyết nhiệt động hóa học trong động cơ đốt trong, người ta cũng có thể tiến hành khảo
sát những chỉ tiêu động lực và chỉ tiêu kinh tế của các động cơ đã có sẵn này với kết quả
đáng tin cậy.
-Toàn bộ quá trình tính toán nhiệt tuân theo tài liệu [1].
3.2. CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ :

Trường hợp thiết kế mới động cơ :
3.2.1. Loại động cơ :
Động cơ xăng 4 kỳ,4 xy lanh thẳng hàng,làm mát bằng nước
3.2.2. Công suất :
N
e
/n
N
=52 Kw / 5600v/ph
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 13
13
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
3.2.3. Số vòng quay :
n
max
= 3800 v/ph
3.2.4. Chọn số xy lanh :
4 xy lanh thẳng hàng
3.2.5. Tỷ số nén :
ε = 9
3.2.6. Các thông số kết cấu :
Tỷ số D x S = 77,5 x 77 mm
3.2.7. Động cơ tham khảo :
Động cơ 3A của TOYOTA
3.3. CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TÍNH TOÁN NHIỆT:
3.3.1. Áp suất không khí nạp (p
o
):
Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển :
p

o
= 0,1013 MN/m
2
3.3.2. Nhiệt độ không khí nạp mới:
Nước ta khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t
kk
= 29
o
C
Do đó: T
o
= (t
kk
+ 273)
o
K = 29+273 = 302
o
K
3.3.3. Áp suất khí nạp trước xupap nạp (p
k
):
Động cơ bốn kỳ không tăng áp: p
k
= p
o
= 0,1013 MN/m
2
3.3.4. Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (T
k
):

Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp T
k
= T
o
= 302
o
K
3.3.5. Áp suất cuối quá trình nạp (p
a
):
Đối với động cơ không tăng áp, áp suất cuối quá trình nạp thường nhỏ hơn áp suất
khí quyển, do có tổn thất trên ống nạp và bầu lọc gây nên
p
a
= 0,85.p
o
= 0.086105 MN/m
2
3.3.6. Chọn áp suất khí sót (p
r
):
Đối với động cơ xăng chọn p
r
= 0,12 MN/m
2
3.3.7. Nhiệt độ khí sót (T
r
):
Động cơ xăng chọn: T
r

= 1060
o
K
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 14
14
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
3.3.8. Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (∆T):
Chọn ∆T = 20
o
C
3.3.9. Chọn hệ số nạp thêm λ
1
Hệ số nạp thêm λ
1
biểu thị sự tương quan năng lượng tương đối của hỗn hợp khí
công tác sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ thể tích V
a
.
Chọn : λ
1
= 1,04
3.3.10. Chọn hệ số quét buồng cháy λ
2
Động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn λ
2
= 1
3.3.11. Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ
t
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ
t

phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ
khí sót T
r
Đối với động cơ xăng ta chọn λ
t
=1,168
3.3.12. Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm Z (ξ
Z
):
Là thông số số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỷ lệ lượng
nhiên liệu đã cháy tại điểm Z.
Động cơ xăng chọn ξ
Z
= 0,85
3.3.13. Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm b (ξ
b
):
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ
b
phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Khi tốc độ động cơ
càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến nhỏ.
Động cơ xăng chọn ξ
b
= 0,85
3.3.14. Chọn hệ số dư lượng không khí α:
Lượng không khí đi vào xy lanh M
1
có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn M
o
α = M

1
/M
o
trong đó: M
1
- lương không khí thực tế nạp vào xylanh
M
o
- lượng không khí lý thuyết cần thiết đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên
liệu
Theo đề bài α = 0,99
3.3.15. Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (ϕ
d
):
Hệ số điền đây đồ thị công đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực
tế so với đồ thị công tính toán
Động cơ xăng chọn ϕ
d
= 0,94
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 15
15
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
3.3.16. Chọn tỷ số tăng áp:
Là tỷ số giữa áp suất hỗn hợp khí trong xylanh ở cuối quá trình cháy và quá trình
nén:
z
c
p
p
p

λ
=
Trong đó: p
z
- áp suất cuối quá trình cháy
p
c
- áp suất cuối quá trình nén
Động cơ xăng tính
z
c
3,91= =
p z
T
T
λ β
3.4. TÍNH TOÁN NHIỆT :
3.4.1. Quá trình nạp :
- Hệ số nạp (
η
v
) :

1
m
a
k r
v 1 t 2
K k a
1

1,5
0.
p
T p1
η ελ λ λ
ε 1 T T p p
1 302 0,12
. . . 9.1,04 1,168.1 0,7875
9 1 302 20 0,1
086105
0.086101 053
 
 
 
= −
 ÷
 
− + ∆
 
 
 
 
 
 
= − =
 ÷
 
− +
 
 

trong đó: m = 1,5 - là chỉ số đa biến trung bình của không khí
- Hệ số khí sót (
γ
r
) :
( )
2
1
1 2
1
1,5
( )
1
. .
1. 302 20
0,12 1
. . 0,0536
1060
0,12
9.1,04 1,168.1.
0,086105
0,086105
+ ∆
=
 
−
 ÷
 
+
= =

 
−
 ÷
 
k
r
r
r a
m
r
t
a
T T
P
T P
P
P
λ
γ
ελ λ λ
- Nhiệt độ cuối quá trình nạp ( T
a
) :
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 16
16
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
m 1
m
a
k t r r

r
a
r
1,5 1
1,5
p
TΔT λ γ T
p
T
1γ
0,086105
302 20 1,168.0,0536.1060.
0,12
362
1 0,0536
−
−
 
+ +
 ÷
 
=
+
 
+ +
 ÷
 
= =
+
K

3.4.2. Q trình nén :
+Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:
19,806 0,002095 ( / )
2
o
v v
b
mc a T T KJ Kmol K= + = +
(1.4)
+ Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

( )
'' 5
3
0,00419 1
19,806 360,34 252,4 .10
2 2
19,806 5,1461.10
v
T
mc T
T
α
−
−
= + + +
= +
(1.5)
+ Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén:
( )

( )
3
3
"
'
1
19,806 0,002095 0,0536. 19,806 5,1461.10
1 0,0536
19,806 2,25.10 ( / )
−
−
+
=
+
+ + +
=
+
= +
v r v
v
r
mc mc
mc
T T
T KJ KmolK
γ
γ
(1.6)

3

' 19,806
' '
2
2,25.10
2
−
=


= + ⇒

=


v
v v
a
b
mc a
b
+ Chỉ số nén đa biến trung bình:
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 17
17
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
1
1
1
1
1
1

3
8,314
1
' ( 1)
2
8,314
1
19,806 2,25.10 .362.(9 1)
−
−
−
− =
+ +
⇔ − =
+ +
n
v a
n
n
b
a T
n
ε
(1.7)
Ta thay dần các giá trò của n
1
thuộc đoạn [ 1,32 ; 1,38 ] vào hai vế của phương trình
trên, cho đến khi nào thu được kết quả ở hai vế bằng nhau.
Ta có n
1

= 1,3731
+ Áp suất cuối quá trình nén:
1 1,3731 2
. 0,086105.9 1,759( / )= = =
n
c a
p p MN m
ε
(1.8)
+ Nhiệt độ cuối quá trình nén:

1 1 1,3731 1 2
. 362.9 821,7( / )
− −
= = =
n
c a
T T MN m
ε
3.4.3. Q trình cháy :
+ Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu:
M
0
= 0,512
( / )KmolKK Kgnl
(1.10)
+ Lượng khí nạp mới vào xylanh:
1 0
1
0,5157( / )

114
= + =M M KmolKK Kgnl
α
(1.11)
+ Lượng sản vật cháy:
2
0,79. .
12 2
0,5442( / )
o
C H
M M
KmolSVC Kgnl
α
= + +
=
(1.12)
+ Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết:
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 18
18
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
2
1
1,055
o
M
M
β
= =
(1.13)

+ Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế:
0
1
1 1,0525
1
−
= + ==
+
r
β
β
γ
(1.14)
+ Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm Z :

0
1
1 1,0525
1
−
= + × =
+
z
z
r b
β
ξ
β
γ ξ
(1.15)

Trong đó :
1= =
z
z
b
x
ξ
ξ
(1.16)
+ Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn:
3
120.10 (1 0,99). 614,4
H o
Q M∆ = − =
(1.17)
+ Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm Z: (1.18)
( )
( )
'
0
0
''
0
0
3
3
1
(1 )
0,0536
1,055. 1 19,81 2,25.10 (1 1)(19,81 0,002095 )

1,055
0,0536
1,055 1 (1 1)
1,055
19,806 2,25.10
−
−
 
+ + −
 ÷
 
=
 
+ + −
 ÷
 
 
+ + + − +
 ÷
 
=
 
+ + −
 ÷
 
= +
z
z v z v
vz
r

z z
z z
z
x mc x mc
mc
x x
T T
T
γ
β
β
γ
β
β
+ Nhiệt độ cuối q trình cháy:
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 19
19
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
1
3 3
3 2
( )
' . . '' .
(1 )
0,85.(43960 614,4)
(19,806 2,25.10 ).821,7 1,0525.(19,806 2,25.10 ).
0,5157.(1 0,0536)
2,368.10 20,846 85610,42 0
3050
− −

−
− ∆
+ =
+
−
⇔ + + = +
+
+ − =
⇔ =
z H H
vc c z vz z
r
z z z
z z
o
z
Q Q
mc T mc T
M
T T T
T T
T K
ζ
β
γ
+ AÙp suaát cuoái quaù trình chaùy:

2
. 3,91.1,759 6,87( / )= = =
z p c

p p MN m
λ
3.4.4. Tính toán quá trình giãn nở :
- Tỷ số giản nở đầu
đối với động cơ diesel
1
ρ
=
- Tỷ số giãn nở sau

9
δ ε
= =
- Xác định chỉ số dãn nở đa biến trung binh n
2
Tra đồ thị Hình 6.24 trang 176 sách lý thuyết động cơ đốt trong với các thông số đã có
ta được :
n
2
= 1,2732
- Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở
2
1
1673, 45
−
= =
z
b
n
T

T
ε
- Áp suất cuối quá trình dãn nở

2
0,419( )= =
z
b
n
P
P MPa
ε

- Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót T
r
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 20
20
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG

3
1103,1K= =
b
r
b
r
T
T
P
P
Sai số:

r
r
ΔT
3,91 5%
T
= <
Vậy nhiệt độ khí sót chọn lúc ban đầu là chấp nhận được.
3.4.5. Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình :
- Áp suất chỉ thị trung bình tính toán
i
p
′
2 1
n 1 n 1
2 1
λ
1 1 1
* * 1 1
ε 1 n 1 ε n 1 ε
p
c
i
P
P
− −
 
   
′
= − − −
 

 ÷  ÷
− − −
   
 
1,31 1 1,37 1
1,759 3,91 1 1 1
. 1 1
9 1 1, 2732 1 9 1,3731 1 9
1,0895
− −
 
   
= − − −
 ÷  ÷
 
− − −
   
 
= Mpa

- Áp suất chỉ thị trung bình thực tế p
i

* 0,94.1,0895 1,024
′
= = =
i d i
P P Mpa
ϕ

- Áp suất tổn thất cơ khí p
m
( )
. ( )
0,077.5600
0,039 0,0132. + 0,12 0,0861 =0,2626 ( )
30
= + + −
= + −
m p r a
p a bV p p
MPa
Áp suất có ích trung bình:

1,024 0,2626 0,76= − = − =
e i m
p p p Mpa
- Hieäu suaát cô giôùi:

SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 21
21
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
0,2626
1 1 74,36%
1,0241
= − = − =
m
m
i
p

p
η
- Hieäu suaát chæ thò:
1
. .
0,512.1,024.302
8,314. 8,314. 37,8%
. . 43960.0,1013.0,7875
= = =
i k
i
H k v
M p T
Q P
η
η
- Hieäu suaát coù ích:
1
. .
0,512.0,76.302
8314. 8,314. 28,11%
. . 43960.0,1013.0,7875
= = =
e k
e
H k v
M p T
Q P
η
η

- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g
i

3 3
3600 3600
*10 .10 216,59
* 43960.0,378
= = =
i
H i
g
Q
η
g/kW.h
- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g
e

3 3
3600 3600
*10 .10 291,29
* 43960.0,2811
= = =
e
H e
g
Q
η
g/kW.h
3.4.6. Tính thông số kết cấu của động cơ :
- Tính thể tích công tác V

h
Thể tích công tác của một xylanh động cơ

30. .
30.4.52
0,3658
. . 0,7615.5600.4
= = =
e
h
e e
N
V
P n i
τ
lít
τ = 4 - số chu kỳ của động cơ
i = 4 - số xylanh của động cơ
n
e
=5600 v/p - số vòng quay của động cơ
N
e
=52 kW - công suất động cơ
p
e
= 0,7615 MN/m
2
- áp suất có ích trung bình
- Đường kính piston

SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 22
22
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG

3
4.
.
h
V
D
S
D
π
= =
 
 ÷
 
0,07768 m
- Hành trình piston

0,07718
 
= =
 ÷
 
S
S D
D
m
Bảng 3.1: Bảng kết quả tính toán nhiệt của động cơ xăng

TT Thông
số
Đơn
vị
α =
0,99
TT Thông
số
Đơn vị
α = 0,99
1 n
e
v/ph 5600 19 T
a
o
K 362
2 N
e
kW 52 20 T
c
o
K 821,65
3
ε
9 21 T
z
o
K 3050
4 D mm 77,68 22 T
b

o
K 1673,45
5 S mm 77,18 23 p
o
MN/m
2
0,1013
6 T
o
o
K 302 24 p
a
MN/m
2
0,086105
7
∆Τ
o
K 20 25 p
r
MN/m
2
0,12
8
λ
1
1,04 26 p
c
MN/m
2

1,759
9
λ
2
1 27 p
z
MN/m
2
6,8723
10
ϕ
d
0,94 28 p
b
MN/m
2
0,419
11
γ
r
0,0536 29 p
i
MN/m
2
1,0241
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 23
23
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
12
η

v
0,7875 30 p
m
MN/m
2
0,2626
13
ξz
0,85 31 p
e
MN/m
2
0,7615
14
ξb
0,85 32
η
m
0,7436
15
λ
0,25 33
η
i
0,378
16 n
1
1,3731 34
η
e

0,2811
17 n
2
1,2732 35 g
i
g/kW.h 261,59
18 T
r
o
K 1060 36 g
e
g/kW.h 291,29
3.4.7. Vẽ đồ thị công chỉ thị:
- Thể tích cuối hành trình nén

h
c
V
0,3658
V 0,0457( ) 45,7
ε 1 9 1
= = = =
− −
l
cm
3
- Thể tích cuối quá trình nạp

a h c c
V V V V *ε 45,7*9 411,5= + = = =

cm
3
- Dạng đường cong nén
1
n
xn
a
axn
V
V
pp








=
- Bằng cách thay giá trị V
xn
đi từ V
a
đến V
c
ta lần lượt xác định được các giá trị p
xn
- Dạng đường công giãn nở
2

n
xg
z
zxg
V
V
.pp








=
Bằng cách thay giá trị V
xg
đi từ V
z
đến V
b
ta lần lượt xác định được các giá trị p
xg
- Dựng và hiệu đính đồ thị công
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 24
24
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: VŨ VIỆT THẮNG
Nối liền các điểm đã xác định được nói trên bằng một đường cong đều ta có đồ thị
công tính toán của động cơ (đường cong nét đứt)

Để xây dựng được đồ thị công chỉ thị của động cơ cần phải thực hiện các bước hiệu
chỉnh dưới đây :
+ Dùng đồ thị Brich xác định điểm đánh lửa sớm c’ và các điểm phối khí (mở sớm
và đóng muộn của các xupap nạp, thải : r’, a’, b’, r”) trên đồ thị công.
+ Dựng phía dưới đồ thị công nữa vòng tròn có bán kính R, tâm O là trung điểm
của đoạn V
h
Góc đánh lửa sớm và góc phối khí
Bảng 3.2: Góc đánh lửa sớm hoặc phun nhiên liệu sớm và góc phối khí
Loại động cơ
Góc đánh
lửa sớm ϕ
s
Xupap nạp Xupap thải
Góc mở
ϕ
1
Góc đóng
ϕ
2
Góc mở
ϕ
3
Góc đóng
ϕ
4
Động cơ ô tô 15 20 55 60 25
+ Lấy từ tâm O một khoảng OO’ vẽ phía phải, với:
λ.R
OO'

4
=
trong đó λ là thông số kết cấu, đã được chọn trước.
+ Từ tâm O’ ta vẽ các tia hợp với đường kính nửa vòng tròn tâm O đã vẽ ở trên
những góc nói trên. Các góc này có thể chọn theo động cơ tham khảo.
+ Từ giao điểm các tia cắt nửa vòng tròn tâm O đã vẽ ở trên ta đóng các đường
song song với trục tung cắt đồ thị công và từ các điểm này ta xác định được các điểm (c’,
r’, a’, b’, r”) trên đồ thị công.
+ Hiệu đính phần đường cong của quá trình cháy trên đồ thị công.
SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚ MSSV: G1002430 25
25