thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu sạch

Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
LỜI NÓI ĐẦU
Nhu cầu sử dụng năng lượng nói chung và nhiên liệu nói riêng của con người tăng theo
sự phát triển của xã hội. Các nguồn nhiên liệu hoá thạch (xăng, dầu, khí đốt ) dần cạn kiệt
đang là vấn đề nóng bỏng của cả thế giới. Với mức tiêu thụ như hiện nay nếu không có giải
pháp sử dụng năng lượng thay thế thì xăng dầu sẽ hết trong khoảng 40, 50 năm nữa. Bên
cạnh đó, ô nhiễm môi trường đang là mối quan tâm hàng đầu của nhân loại đặc biệt giao
thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm đáng kể do khí xả của động cơ. Sử dụng cồn làm nhiên
liệu cho động cơ đốt trong là hướng đi của nhiều nước trên thế giới trong thời gian gần đây.
Việc sử dụng cồn với tỷ lệ ngày càng cao.
Với đề tài “Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ DAEWOO 1.6L
DOHC lắp trên xe DAEWOO Nubira 1.6. Dựa trên động cơ cơ sở là DAEWOO 1.6L
DOHC chúng em đã thiết kế lại động cơ phù hợp cho việc sử dụng xăng sinh học E20.
Cùng với việc áp dụng các phần mềm công nghệ vào trong quá trình tính toán, cụ thể
chúng em dùng ở đây là phần mềm CATIA. Nhờ một số công cụ trên phần mềm này giúp
cho chúng em có thể tối ưu hóa được mọi tính toán cho kết quả tương đối chính xác.
Sau khi hoàn thành đề tài này đã giúp chúng em hệ thống lại được những kiến thức
được tích lũy trong thời gian học tập ở trường và có cái nhìn thực tế hơn về ngành Cơ khí
Động lực. Ngoài ra cũng qua đề tài này giúp chúng em hoàn thiện được nhiều kĩ năng về
word, excel, autocad, và một số hiểu biết về cách sử dụng phần mềm thiết kế trong ngành.
Xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Trung đã hướng
dẫn chúng em rất tận tình cùng với các thầy cô trong khoa Cơ khí Giao thông đã tạo mọi
điều kiện tốt nhất cho chúng em hoàn thành đề tài này.
Đà Nẵng, ngày 04 tháng 06 năm 2015
Sinh viên thực hiện
PHAN HOÀNG PHƯỜNG
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC
1.1. TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU HIỆN NAY
1.1.1 Tình hình sử dụng năng lượng trên thế giới
Nhu cầu về năng lượng của Thế giới tiếp tục tăng lên đều đặn trong hơn hai thập kỷ

qua. Nguồn năng lượng hóa thạch vẫn chiếm 90% tổng nhu cầu về năng lượng cho đến
năm 2025. Nhu cầu đòi hỏi về năng lượng của từng khu vực trên Thế giới cũng không
giống nhau.
Tài liệu của Cơ quan Thông tin Năng lượng 2004 đã dự báo rằng nhu cầu tiêu thụ tất cả
các nguồn năng lượng đang có xu hướng tăng nhanh. Giá của các năng lượng hóa thạch
dùng cũng vẫn rẻ hơn so với các nguồn năng lượng hạt nhân, năng lượng tái tạo hay năng
lượng các dạng năng lượng hoàn nguyên khác.
1.1.2. Ảnh hưởng
Các nguồn năng lượng hóa thạch trên Thế giới đang dần cạn kiệt, thêm nữa là những
vấn đề môi trường nảy sinh trong quá trình khai thác đã dẫn đến việc khuyến khích sử
dụng năng lượng hoàn nguyên để giảm bớt sự ô nhiễm môi trường tránh gây cạn kiệt
nguồn năng lượng hóa thạch. Nhưng do chưa có những điều luật cụ thể về vấn đề này, nên
dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên vẫn được coi là nguồn nhiên liệu chủ yếu để nhằm thỏa
1
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
mãn những đòi hỏi về năng lượng và chính điều đó sẽ dẫn đến sựcạn kiệt nguồn năng
lượng hóa thạch trong một thời gian không xa.
Khi đề cập về tình hình dự trữ, khai thác hay sử dụng các nguồn năng lượng nhất là
nguồn năng lượng hóa thạch trên Thế giới, chúng ta không thể bỏ qua những tác động trực
tiếp cũng như gián tiếp của các hoạt động đó đối với môi trường. Hiện nay cũng như trong
các thập kỷ sắp tới đây, việc làm sao để giảm thiểu khí nhà kính sinh ra trong quá trình sử
dụng và đốt cháy năng lượng là một vấn đề vô cùng cấp thiết vì sự gia tăng lượng khí nhà
kính sẽ gây ra sự thay đổi khí hậu toàn cầu do trái đất nóng lên và làm cho không khí trở
nên ô nhiễm nặng nề. Chúng ta sẽ đề cập đến các yếu tố do việc tiêu thụ năng lượng tác
động lên môi trường, khí quyển do đó làm tăng các chất gây ô nhiễm cho không khí như
chì, sulfur oxides, nitrogen oxides, các vật chất hữu cơ không ổn định. Ở nhiều quốc gia
còn quan tâm đến cả việc giảm lượng thủy ngân tạo ra trong quá trình sản xuất điện năng
để tránh gây ô nhiễm đất, sông ngòi, ao hồ và đại dương.
Tổng quan năng lượng năm 2004 (IEO2004) đã dự đoán về sự phát sinh khí thải CO

2
có
liên quan tới năng lượng mà như đã nêu trên chủ yếu là khí thải carbon dioxide do con
người gây ra trên toàn cầu. Căn cứ vào những kỳ vọng về tăng trưởng kinh tế khu vực và
sự lệ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch, trong IEO2004 đã cho thấy sự thải khí carbon
dioxide trên toàn cầu sẽ tăng nhanh hơn rất nhiều trong cùng một chu kỳ so với những năm
1990. Sự tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch tăng cao đặc biệt là ở những nước đang phát triển
phải có trách nhiệm rất lớn đối với việc tăng rất nhanh lượng khí thải carbon dioxide bởi vì
mức tăng trưởng kinh tế và sự gia tăng dân số cao hơn nhiều lần so với ở các nước công
nghiệp hóa, mà cùng với nó sẽ là việc nâng cao mức sống, cũng như nhu cầu về năng
lượng sử dụng trong quá trình công nghiệp hóa. Về lượng khí thải CO
2
trên toàn cầu,
chúng ta có thể thấy rằng các nước đang phát triển sẽ chiếm đa phần trong việc sử dụng
năng lượng trên Thế giới. Thải khí nhà kính nhiều nhất trong số những nước này chính là
Trung Quốc, quốc gia có tốc độ tăng trưởng thu nhập bình quân đầu người cũng như sử
dụng nhiên liệu hóa thạch cao nhất.
Năm 2001, lượng khí thải CO
2
từ các nước công nghiệp hóa chiếm tới 49% toàn cầu,
tiếp theo sau đó là các nước đang phát triển chiếm 38%, các nước Đông Âu và Liên Xô cũ
chiếm 13%. Tới năm 2025, các nước công nghiệp hóa được dự đoán là sẽ thải ra một lượng
khí CO
2
chiếm 42% của lượng khí thải toàn cầu, trong khi đó lượng CO
2
thải ra ở các nước
đang phát triển là 46%, Đông Âu và Liên Xô cũ vào khoảng 12%. (Trong Thế giới công
nghiệp hóa, hơn một nửa lượng khí thải CO
2

năm 2001 là do sử dụng dầu mỏ, tiếp theo đó
31% lượng khí thải là do sử dụng than. Theo dự báo qua từng giai đoạn thì dầu mỏ vẫn là
nguồn nhiên liệu chủ yếu gây ra khí thải CO
2
ở các quốc gia công nghiệp hóa vì nó vẫn là
một phần quan trọng được sử dụng trong ngành vận tải. Sử dụng khí tự nhiên và lượng khí
thải sinh ra trong quá trình sử dụng cũng được dự đoán là sẽ tăng lên, đặc biệt trong ngành
công nghiệp điện và có thể lượng khí thải sinh ra trong quá trình sử dụng khí tự nhiên sẽ
lên tới 24% vào năm 2025.
Dầu mỏ và than đã và đang được coi là năng lượng chính gây ra phần lớn lượng khí thải
CO
2
ở các nước đang phát triển. Trung Quốc và Ấn Độ vẫn được cho là hai nước sử dụng
nguồn than nội địa để dùng trong việc phát điện và các hoạt động công nghiệp. Hầu hết các
khu vực đang phát triển vẫn sẽ tiếp tục sử dụng chủ yếu là dầu mỏ để đáp ứng các nhu cầu
về năng lượng đặc biệt là năng lượng sử dụng trong lĩnh vực vận tải.
1.2. CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI
1.2.1.Pin nhiên liệu.
Đây là kỹ thuật có thể cung cấp năng lượng cho con người mà không hề phát ra khí thải
CO
2
(các bon điôxít) hoặc những chất thải độc hại khác. Một pin nhiên liệu tiêu biểu có thể
sản sinh ra điện năng trực tiếp bởi phản ứng giữa hydro và ôxy. Hydro có thể lấy từ nhiều
2
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
nguồn như khí thiên nhiên, khí mêtan lấy từ chất thải sinh vật và do không bị đốt cháy nên
chúng không có khí thải độc hại. Đi đầu trong lĩnh vực này là Nhật Bản. Quốc gia này sản
xuất được nhiều nguồn pin nhiên liệu khác nhau, dùng cho xe phương tiện giao thông, cho
ôtô hoặc cho cả các thiết bị dân dụng như điện thoại di động.

1.2.2.Năng lượng mặt trời
Nhật Bản, Mỹ và một số quốc gia Tây Âu là những nơi đi đầu trong việc sử dụng nguồn
năng lượng mặt trời rất sớm (từ những năm 50 ở thế kỷ trước). Tính đến năm 2002, Nhật
Bản đã sản xuất được khoảng 520.000 kW điện bằng pin mặt trời, với giá trung bình
800.000 Yên/kW, thấp hơn 10 lần so với cách đây trên một thập kỷ. Nếu một gia đình
người Nhật 4 người tiêu thụ từ 3 đến 4 kW điện/mỗi giờ, thì họ cần phải có diện tích từ 30-
40 m2 mái nhà để lắp pin. Nhật Bản phấn đấu đến năm 2010 sẽ sản xuất được hơn 8,2 triệu
kW điện tử năng lượng mặt trời.
1.2.3. Năng lượng từ đại dương.
Đây là nguồn năng lượng vô cùng phong phú, nhất là quốc gia có diện tích biển lớn.
Sóng và thủy triều được sử dụng để quay các turbin phát điện. Nguồn điện sản xuất ra có
thể dùng trực tiếp cho các thiết bị đang vận hành trên biển như hải đăng, phao, cầu cảng,
hệ thống hoa tiêu dẫn đường v.v…
1.2.4.Năng lượng gió.
Năng lượng gió được coi là nguồn năng lượng xanh vô cùng dồi dào, phong phú và có ở
mọi nơi. Người ta có thể sử dụng sức gió để quay các turbin phát điện. Ví dụ như ở Hà Lan
hay ở Anh, Mỹ. Riêng tại Nhật mới đây người ta còn sản xuất thành công một turbin gió
siêu nhỏ, sản phẩm của hãng North Powen. Turbin này có tên là NP 103, sử dụng một bình
phát điện dùng cho đèn xe đạp thắp sáng hoặc giải trí có chiều dài cánh quạt là 20 cm,
công suất điện là 3 W, đủ để thắp sáng một bóng đèn nhỏ.
1.2.5. Dầu thực vật phế thải dùng để chạy xe.
Dầu thực vật khi thải bỏ, nếu không được tận dụng sẽ gây lãng phí lớn và gây ô nhiễm
môi trường. Để khắc phục tình trạng này, tại Nhật có một công ty tên là Someya Shoten
Group ở quận Sumida Tokyo đã tái chế các loại dầu này dùng làm xà phòng, phân bón và
dầu VDF (nhiên liệu diezel thực vật). VDF không có các chất thải ôxít lưu huỳnh, còn
lượng khỏi đen thải ra chỉ bằng 1/3 so với các loại dầu truyền thống.
1.2.6. Năng lượng từ tuyết.
Hiệp hội nghiên cứu năng lượng thiên nhiên ở Bihai của Nhật đã thành công trong việc
ứng dụng tuyết để làm lạnh các kho hàng và điều hòa không khí ở những tòa nhà khi thời
tiết nóng bức. Theo dự án này, tuyết được chứa trong các nhà kho để giữ nhiệt độ kho từ

0oC đến 4oC. Đây là mức nhiệt độ lý tưởng dùng để bảo quản nông sản vì vậy mà giảm
được chi phí sản xuất và giảm giá thành sản phẩm.
1.2.7. Năng lượng từ sự lên men sinh học.
Nguồn năng lượng này được tạo bởi sự lên men sinh học các đồ phế thải sinh hoạt.
Theo đó, người ta sẽ phân loại và đưa chúng vào những bể chứa để cho lên men nhằm tạo
ra khí metan. Khí đốt này sẽ làm cho động cơ hoạt động từ đó sản sinh ra điện năng. Sau
khi quá trình phân hủy hoàn tất, phần còn lại được sử dụng để làm phân bón.
1.2.8. Nguồn năng lượng địa nhiệt.
Đây là nguồn năng lượng nằm sâu dưới lòng những hòn đảo, núi lửa. Nguồn năng lượng
này có thể thu được bằng cách hút nước nóng từ hàng nghìn mét sâu dưới lòng đất để chạy
turbin điện. Tại Nhật Bản hiện nay có tới 17 nhà máy kiểu này, lớn nhất có nhà máy địa
nhiệt Hatchobaru ở Oita Kyushu, công suất 110.000 kW đủ điện năng cho 3.700 hộ gia
đình.
3
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
1.2.9. Khí Mêtan hydrate.
Khí Mêtan hydrate được coi là nguồn năng lượng tiềm ẩn nằm sâu dưới lòng đất, có
màu trắng dạng như nước đá, là thủ phạm gây tắc đường ống dẫn khí và được người ta gọi
là “nước đá có thể bốc cháy”. Metan hydrate là một chất kết tinh bao gồm phân tử nước và
metan, nó ổn định ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất cao, phần lớn được tìm thấy bên
dưới lớp băng vĩnh cửu và những tầng địa chất sâu bên dưới lòng đại dương và là nguồn
nguyên liệu thay thế cho dầu lửa và than đá rất tốt.
1.3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC TRONG ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG
1.3.1. Nguồn gốc và phân loại nhiên liệu sinh học
Theo dự tính lượng dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm nữa, đồng thời nhu cầu sử
dụng năng lượng ngày càng tăng. Giá dầu mỏ thường xuyên biến động và xu hướng chung
là tăng nhanh là nguyên nhân làm giá cả trên thị trường tang theo. Việc tìm ra nhiên liệu
mới thay thế dầu mỏ và ứng dụng nó đã trở thành mục tiêu của nhiều nghiên cứu. Nhiên

liệu có nguồn gốc sinh học (các sản phẩm của nông nghiệp) là một giải pháp tốt nhất khi
nó không chỉ giải quyết vấn đề năng lượng mà còn giải quyết vấn đề môi trường. Những
nhiên liệu có nguồn gốc sinh học bao gồm: cồn (ethanol, methanol), biodiesel, biogas,…
1.3.2. Vai trò và xu thế phát triển của nhiên liệu sinh học
Những ưu điểm của nhiên liệu sinh học:
• Là nhiên liệu có thể tái sinh.
• Thay thế được cho diesel, xăng.
• Có thể sử dụng cho tất cả các phương tiện vận tải.
• Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính.
• Giảm chất thải của ống bô, bao gồm các khí độc.
• Không độc, dễ bị phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường.
• Sản xuất từ các sản phẩm nông nghiệp, hoặc từ các nguồn năng lượng tái sinh.
• Dễ sử dụng nếu nắm được các qui định.
Vì vậy mà việc sản xuất, ứng dụng nhiên liệu sinh học làm nhiên liệu thay thế cho các
nhiên liệu truyền thống là vấn đề vô cùng quan trọng, là mục tiêu mà rất nhiều quốc gia đặt
ra.
1.3.3. Cồn Ethanol
Đặc tính của cồn có gốc OH, gốc này ảnh hưởng quyết định tới tính chất vật lý, hóa học
của cồn.Cồn là hợp chất có gốc OH với gốc cacbua-hydro. Công thức hóa học chung là R-
OH,trong đó Rà gốc H-C.
Cồn ethanol (C
2
H
5
OH) và methanol (CH
3
OH) là hợp chất giữa etan (CH
4
) và metan
(C

2
H
5
)với OH, công thức rượu có thể viết như sau C
n
H
2n+1
OH. Phân tử methanol và ethanol
có gốc R nên nó thuộc rượu bậc 1. Với số nguyên tử các bon như nhau, so sánh cồn với
cacbua-hydro khác thì cồn có đặc điểm : phân tử lượng, trọng lượng,điểm sôi nhiệt độ bay
hơi, điểm sôi, ở áp suất thường đều cao với lý do như sau :
-Phân tử lượng và tỷ trọng cao hơn là do phân tử cồn có thêm nguyên tử Oxy.
-Điểm sôi và nhiệt độ bay hơi cao hơn là do mối liên kết giữa Oxy và Hydro. Loại liên
kết giữa Oxy và Hydro là loại liên kết hydro hoặc loại liên kết phân tử cực, bởi vậy giữa
các phân tử tồn tại liên kết ngược. Quá trình liên kết có cực sẽ bị yếu khi tang nhiệt độ. Vì
thế muốn bay hơi cồn thì chúng ta phải cung cấp một nhiệt lượng làm yếu mối liên kết này.
-Cồn ở dạng lỏng thì hàm lượng cácbon ít, cho nên có thể hòa tan hoàn toàn trong nước.
Sở dĩ như vậy là phân tử cồn và phân tử nước có tồn tại liên kết phân tử có cực.Nếu hàm
4
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
lượng cacbon nhiều thì gốc R tang lên nó sẽ làm cản trở liên kết phân tử có cực giữa cồn
và nước. Việc này dẫn đến việc cồn có số lượng nguyên tử cacbon trong phân tử càng lớn
thì khả năng hòa tan vào nước giảm đi. Do vậy khả năng hòa tan vào nước của methanol
trong nước lớn hơn ethanol. Ngược lại nế lượng OH trong hân tử cồn càng nhiều thì ái lực
liên kết giữa cồn và nước tăng lên nên có thể càng hòa tan vào nước. Về mặt này thì
methanol va ethanol giống nhau vì có cùng một gốc OH. Những đặc tính lý hóa làm cho
cồn có khả năng thay thế xăng và dầu diesel.
Bảng 1-1 Thông số lý hóa của nhiên liệu [9]
Đặc tính lý hóa Diesel Xăng Ethanol 95%

Methanol
95%
Khối lượng riêng 0,83 0,75 0,78 0,79
Nhiệt bay hơi (KJ/Kg) ở 1 at, 25oC 230 350 840 1103
Nhiệt trị (KJ/Kg) 43800 44000 26900 21400
Khối lượng không khí cần thiết để
đốt cháy lượng nhiên liệu (g không khí/g
nhiên liệu)
14,40 14,46 8,96 6,44
Lượng nhiên liệu cần thiết ứng với 1
đơn vị không khí
(g không khí/g nhiên liệu)
0,069 0,068 0,111 0,155
Chỉ số Octan (theo RON) 20 98 106 110
Chỉ số cetan 50 15 5 0
Tỷ số nguyên tử H/C 1,842 2,035 2,975 3,968
Tỷ số khối lượng H/C 0,155 0,171 0,250 0,333
Tỷ số nhiệt trị H/ nhiệt trị nhiên liệu 0,353 0,376 0,468 0,540
Tỷ số nhiệt trị HH/HC 0,546 0,603 0,881 1,175
Thành phần hóa học
% H 13,4 14,6 13,04 12,5
% C 86,6 85,4 52,18 37,5
% O 0,00 0,00 34,78 50
1.3.4. Khả năng dùng cồn thay thế xăng.
Nhiệt trị khối lượng của Ethanol nhỏ hơn xăng và dầu diesel khoảng 1,64 lần. Nhưng
nhiệt trị của hỗn hợp Ethanol + xăng + không khí chỉ nhỏ hơn nhiệt trị của hỗn hợp xăng +
không khí khoảng 5% ( do lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kg Ethanol ít hơn xăng
khoảng 38%). Vậy xét khi hệ số dư lượng không khí như nhau thì khi dùng Ethanol làm
nhiên liệu động cơ giảm công suất rất ít. Thực ra thì dùng cồn bằng cách đặt bộ chế hòa khí
trên đường ống nạp thì nhiệt ẩn bay hơi của cồn lớn hơn xăng 1,67 lần nên nhiệt độ dòng

khí nạp thấp hơn so với khi dùng xăng cho nên ta nạp vào xylanh một lượng nạp nhiều hơn
so với khi dùng xăng, điều này có thể làm cho công suất động cơ dùng cồn lớn hơn xăng.
Chỉ số RON của Ethanol là 106, lớn hơn xăng A92, A95 rất nhiều. Rõ ràng cồn là loại
nhiên liệu có tính chất chống kích nổ tốt hơn động cơ xăng.
Trong thành phần cồn ethanol chỉ có 53,8% các bon và có đến 34,75% oxy. Còn trong
xăng có tới 86,6% cacbon và không có oxy.Do vậy khi đốt cháy trong buồng cháy động cơ
đốt trong thì lượng CO của hàm lượng khí thải khi dùng cồn sẽ ít hơn so với khi dùng
xăng, khí thải hầu như không có bồ hóng. Khi dùng cồn lượng HC có tăng lên do không
khí và thành xylanh bị thu nhiệt cục bộ do cồn bay hơi, tại những nơi không cháy lượng
5
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
HC tăng lên. Lượng NOX giảm 5-10%, chủ yếu do nhiệt độ cháy thấp và thời gian đỉnh
ngọn lửa ngắn.
Lượng oxy trong cồn khá nhiều ảnh hưởng tốt đến sự đốt cháy nhiên liệu vì phân tử cồn
đã có phân tử oxy “tại chỗ “ để đốt cháy C và H.
Với những đặc trưng trên cồn có thể thay thế xăng là hoàn toàn có thể.
Nhưng việc thay thế hoàn toàn cồn cho xăng thì lại nảy sinh vấn đề mới : theo các nhà
chuyên môn ngành xăng dầu cho rằng việc tồn trữ lâu ngày sẽ sinh ra hiện tượng đóng
nhựa trong bồn xăng. Do vậy cần phải có những cải tiến phù hợp với hệ thống nhiên liệu
hoặc ở kết cấu động cơ.
1.4. KHẢ NĂNG PHỐI HỢP CỒN XĂNG
Trước đây người ta dùng xăng pha chì để tăng tính chống kích nổ cho động cơ, nhưng
công nghệ này gây độc hại rất lớn đối với môi trường…Gần đây, người ta đã chuyển sang
dùng loại xăng không pha chì có tính chống kích nổ cao, nhưng lại gặp rắc rối mới là phải
dùng công nghệ cao phức tạp và đắt tiền hơn để sản xuất xăng hoặc phải sử dụng thành
phần mới trong xăng cũng gây độc hại không kém gì chì. Mà ta được biết chỉ số RON của
Ethanol là 106, lớn hơn xăng A92, A95 rất nhiều cho nên cồn là loại nhiên liệu có tính chất
chống kích nổ tốt hơn động cơ xăng. Như vậy khả năng chống kích nổ khi sử dụng hỗn
hợp xăng-cồn là một ưu điểm nổi bật khi sử dụng hỗn hợp này. Người ta đã làm thí nghiệm

và thấy rằng : cứ pha thêm mỗi 7% cồn vào xăng thì tăng tỉ số RON lên 1,2 đơn vị hoặc
tăng chỉ số MON lên 1,7 đơn vị. Việc pha cồn vào xăng là giải pháp mà các nhà khoa học
ủng hộ vì đây là một giải pháp “sạch “ không gây ô nhiễm môi trường. Chỉ số octan cao
của ethanol còn cho phép tăng tỷ số nén của động cơ dùng hỗn hợp ngoài lên tới 13.
1.5. YÊU CẦU KHI SỬ DỤNG E20 TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.
Khi sử dụng xăng E20 trong động cơ đốt trong do tính chất của etanol có tính ôxy hóa
do hàm lượng oxy trong cồn cao nên chúng ta cần chú ý đến đường ống dẫn nhiên liệu, các
đệm, các roăng làm kín Nó sẽ dễ bị phá hỏng làm giảm công suất động cơ, thậm chí có
thể động cơ không hoạt động được.
Đặc điểm động cơ khi dùng hỗn hợp nhiên liệu xăng pha cồn :
1.5.1. Tỷ số nén của động cơ.
Động cơ sử dụng hỗn hợp cồn xăng cho phép tăng tỷ số nén của động cơ, mức độ tăng
tỷ số nén phụ thuộc vào tỷ lệ cồn trong hỗn hợp. Biện pháp tăng tỷ số nén động cơ có thể
là : giảm chiều dày đệm quy lát, sử dụng xupap lồi, sử dụng piston lồi và biện pháp hỗn
hợp.
1.5.2. Ăn mòn và làm hư hại chi tiết.
Khi sử dụng hỗn hợp cồn xăng cho động cơ, sự hình thành axit hữu cơ : Axít Axetic làm
ăn mòn kim loại và làm hư hại các chi tiết phi kim loại trong hệ thống nhiên liệu. Động cơ
cần sử dụng biện pháp giảm ăn mòn và làm hư hại chi tiết. Có thể sử dụng phụ gia vào
nhiên liệu để giảm ăn mòn. Một số chất để khống chế sự ăn mòn trong động cơ như : Octel
DCI-11, Petrolite 3222 và 3224, Nalco 5403, Endcor FE-9730, MidContiental MCC5011E,
…
1.5.3. Đặc điểm đường ống nạp.
Do nhiệt ẩn của cồn lớn, nên khi sử dụn hỗn hợp với tỷ lệ cồn cao nhiệt độ đường ống
nạp rất thấp, điều này làm ảnh hưởng đến tính bay hơi của nhiên liệu.Vì vậy đường ống
nạp động cơ sử dụng hỗn hợp xăng cồn cần phải được sấy nóng.
1.5.4. Tính bay hơi của hỗn hợp
Tính bay hơi hỗn hợp phụ thuộc vào tỷ lệ cồn trong hỗn hợp, kết quả phân tích tại
phòng thí nghiệm Hóa dầu, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đường cong bay hơi của
6

Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
E10 đến E50 có điểm bay hơi là 10% gần giống vứi xăng. Điều này có nghĩa là hỗn hợp
E10 đến E50 có thể làm hỗn hợp khởi động. Điểm bay hơi 50% đến 100% của hỗn hợp
đều thấp hơn xăng, do vậy khả năng tăng tốc và tính cháy của hỗn hợp tốt hơn xăng.
1.5.5. Tỷ trọng và độ nhớt hỗn hợp
Tỷ trọng của hỗn hợp cồn xăng cao hơn xăng nên tính lưu động của hỗn hợp cồn xăng
sẽ kém hơn xăng.
-Khởi động : đường cong bay hơi của E10 đến E50 có điểm bay hơi 10% gần giống với
xăng. Tuy nhiên khả năng làm lạnh của cồn khi bay hơi rất lớn nên hỗn hợp khởi động phải
nhỏ hơn 20%.
-Công suất và tăng tốc : do nhiệt trị thấp, độ nhớt cao, khối lượng riêng lớn nên để đảm
bảo công suất và tăng tốc tốt cần phải làm gíc lơ khi sử dụng hỗn hợp lớn hơn.
-Tiêu hao : do nhiệt trị của cồn thấp nên tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng hỗn hợp cồn
xăng là cao hơn so với dùng xăng.
-Ô nhiễm : các chất ô nhiễm thải ra do đốt cồn là thấp hơn xăng.
-Ăn mòn : ăn mòn kim loại (thùng chứa) xảy ra đối với kỹ thuật do có axit. Đối với cồn
thông dụng ăn mòn kim loại là rất ít, do cồn thông dụng đã khử axit. Như vậy mòn kim
loại có thể được giải quyết triệt để nếu trung hòa được nồng độ axit trong hỗn hợp. Theo
phân tích trên thì chọn hỗn hợp khởi động có tỷ lệ cồn nhỏ 15%.
1.5.6. Vấn đề ô nhiễm khí thải khi sử dụng hỗn hợp cồn xăng.
Khi dùng hỗn hợp cồn xăng thì việc thải CO và HC là rất thấp và NOx là gần như
không đổi so với dùng xăng. Trong cồn có chứa oxy, do vậy khi cháy nó sẽ tự cung cấp
oxy cho nhiên liệu làm sản phẩm cháy trung gian CO chuyển thanh CO
2
nhiều hơn. Đồng
thời, trong nhiên liệu có chứa nhiều Hydro thì lượng tương đối C sẽ giảm. Động cơ sử
dụng hỗn hợp có tỷ số nén cao nên trạng thái nhiệt động cơ cao. Điều này làm cho sự
chuyển hóa CO thành CO
2

và H2C thành H2O dễ dàng hơn.
7
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Chương 2. KHẢO SÁT ĐỘNG CƠ DAEWOO 1.6L DOHC.
2.1.ĐẶC ĐIỂM VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DAEWOO
1.6L DOHC.
2.1.1. Các thông số kỹ thuật của động cơ DAEWOO 1.6 DOHC
Hình 2-1 Tổng thể động cơ DAEWOO 1.6L DOHC
Động cơ Dual Overhead Cam L- 4 1.6L DOHC được lắp trên ôtô NUBIRA do hãng
DAEWOO, Hàn Quốc sản xuất năm 2001 : là loại động cơ ôtô khá thông dụng được sử
dụng ở Việt Nam hiện nay. Đây là động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng hệ thống phun xăng
điện tử, động cơ 4 xylanh thẳng hàng, thứ tự làm việc 1-3-4-2. Mỗi xylanh có 4 xupap hai
xupap nạp và hai xupap thải, được điều khiển bởi hai trục cam và các bộ phận phân phối
khí. Bơm nhiên liệu dùng loại động cơ điện một chiều và bình chứa nhiên liệu có dung tích
62 lít.
Bảng 2-1 Các thông số động cơ DAEWOO 1.6L DOHC
Thông số Đơn vị Giá trị
Công suất cực đại động
cơ
KW 79
Số vòng quay Vg/ph 6000
Tỷ số nén 9,5
Đường kính xilanh mm 79
Hành trình piston mm 81,5
Tham số kết cấu 0,24
Áp suất cực đại MN/m2 7,1
Thứ tự làm việc 1-3-4-2
Hệ thống nhiên liệu Phun đa điểm
Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cacte ướt

Dung tích của động cơ cm3 1,598
8
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Hệ thống nạp Không tăng áp
Hệ thống phân phối khí DOHC
Loại nhiên liệu Xăng
2.1.2.Đặc điểm của động cơ DAEWWOO 1.6L DOHC
2.1.2.1. Thân máy
Thân máy cùng với nắp xy lanh là nơi nắp đặt và bố trí hầu hết các cụm, các chi tiết của
động cơ. Cụ thể trên thân máy bố trí xy lanh, hệ trục khuỷu, và các bộ phận truyền động để
dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm
nước, bơm dầu, quạt gió…
Hình 2-2 Thân máy 1.6L DOHC DAEWOO
Thân máy của động cơ là loại thân xy lanh - hộp trục khuỷu. Khối thân xy lanh của
động cơ được chế tạo liền với nửa trên hộp trục khuỷu theo hình thức vỏ thân xy lanh chịu
lực.
Thân máy của động cơ được chế tạo bằng gang đúc, có tính dẫn nhiệt tốt.
2.1.2.2.Nắp máy
Nắp xy lanh của động cơ DAEWOO 1.6L DOHC là một dạng nắp chung một khối cho
4 xy lanh. Nó được chế tạo bằng hợp kim nhôm, có ưu điểm là nhẹ, tản nhiệt tốt, giảm
được khả năng kích nổ. Nắp được lắp với thân máy qua đệm nắp máy bằng các bu lông.
9
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Hình 2-3 Nắp máy DAEWOO 1.6L DOHC
Nắp xy lanh cùng với pít tông và xy lanh tạo thành buồng cháy, buồng cháy động cơ
DAEWOO 1.6L DOHC có dạng đỉnh lõm. Nhiều bộ phận của động cơ được nắp trên nắp
xy lanh như vòi phun, cụm xu páp… Ngoài ra trên nắp xy lanh còn bố trí các đường nạp,
đường thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn… Do đó kết cấu của nắp xy lanh rất

phức tạp.
Điều kiện làm việc của nắp xy lanh rất khắc nhiệt như nhiệt độ cao, áp suất khí thể rất
lớn và bị ăn mòn hoá học bởỉ các chất ăn mòn trong sản phẩm cháy.
Nắp che đậy quy lát bằng nhôm trọng lượng nhẹ. Có một nơi mở rộngđể đổ dầu được
chế tạo trên dãy bên trái nắp đậy quy lát được sử dụng để đổ đầy dầu động cơ nhằm cải
thiện bảo trì động cơ.
Gioăng nắp máy (quy lát) là những lá thép mỏng được sử dụng để nâng cao độ kín khít,
hiệu suất và độ bền.
Nắp máy được làm bằng nhôm. Bugi được đặt ở trung tâm của buồng cháy cốt để cải
thiện hiệu suất và chống va chạm với động cơ. Các cửa nạp nằm ở bên trong và các cửa
thải nằm bên ngoài của dãy xi lanh bên trái và phải một cáchtương ứng. Cửa nạp thẳng
đứng được sử dụng để cải thiện hiệu quả (khả năng) nạp.
2.2. MỘT SỐ CHI TIẾT, CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ DAEWOO
1.6L DOHC
2.2.1. Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền
2.2.1.1. Nhóm piston
Các chi tiết của piston bao gồm : Piston, các xéc măng khí, xéc măng dầu, chốt
piston và các chi tiết khác.
* Piston
10
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Hình 2-3 Piston động cơ
- Vai trò : vai trò chủ yếu của piston là cùng với các chi tiết khác như xi lanh, nắp máy
bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực khí thể cho thanh truyền cũng như nhận
lực từ thanh truyền để nén khí.
- Điều kiện làm việc : Điều kiện làm việc của piston rất khắc nhiệt. Trong quá trình
làm việc, piston phải chịu tải trọng cơ học lớn có chu kỳ, nhiệt độ cao.
- Piston của động cơ được chế tạo bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt.
- Trên phần đầu piston có xẻ 3 rãnh để lắp các xéc măng khí và xéc măng dầu. Khe hở

giữa phần đầu piston và thành xy lanh nằm trong khoảng 0,4
÷
0,6 mm.
- Thân piston có dạng hình côn tiết diện ngang hình ôvan và có hai bệ để đỡ chốt
piston, trên thân có phay rãnh phòng nở để tránh bó kẹt piston. Thân piston có nhiệm vụ
dẫn hướng cho piston chuyển động trong xy lanh.
* Xéc măng
Trên piston có 2 loại xéc măng là xéc măng khí và xéc măng dầu.
Hình 2-4 Xéc măng động cơ
- Xéc măng khí : có nhiệm vụ bao kín buồng cháy của động cơ và dẫn nhiệt từ đỉnh
piston ra thành xy lanh và tới nước làm mát. Mỗi piston được lắp 2 xéc măng khí vào hai
rãnh trên cùng của đầu piston. Để xéc măng rà khít với thành xy lanh nó được mạ một lớp
11
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
thiếc. Xéc măng khí phía trên được mạ crôm để giảm mài mòn. Khi lắp đặt miệng xéc
măng phải lệch nhau 1800. Vật liệu chế tạo xéc măng khí là thép hợp kim cứng.
- Xéc măng dầu được làm từ thép chống gỉ. Xéc măng dầu có nhiệm vụ san đều lớp
dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu bôi trơn thừa từ thành xy lanh về cácte. Xéc măng dầu
có các lỗ dầu và được lắp vào rãnh dưới cùng của piston. Trong rãnh có lỗ nhỏ ăn thông
với khoang trống phía trong piston.
* Chốt piston
- Chốt piston là chi tiết nối piston và đầu nhỏ thanh truyền. Tuy có kết cấu đơn giản
nhưng chốt piston có vai trò rất quan trọng để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của
động cơ. Trong quá trình làm việc của mình chốt piston chịu lực va đập tuần hoàn, nhiệt độ
cao và điều kiện bôi trơn khó khăn.
Hình 2-5 Chốt piston động cơ
1.Vòng hãm, 2.Chốt piston
- Chốt piston được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần hợp kim như crôm,
măng gang với thành phần cacbon thấp. Chốt piston được xử lý tăng cứng và được mài

bóng.
- Chốt piston có dạng hình trụ rỗng. Chốt piston được lắp tự do ở cả hai mối ghép.
Khi lắp ráp mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, còn mối
ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dôi.
-Khối xy lanh được làm bằng hợp kim nhôm. Một lối dẫn nước được cung cấp giữa các
vách xy lanh. Bằng cách cho phép nước làm mát chảy giữa các vách xy lanh, cấu trúc này
cho phép nhiệt độ của thành xy lanh được giữ thống nhất.
Ống lót xy lanh là một loại có gai (ngạnh), đã được chế tạo có hình dạng bên ngoài của
chúng tạo thành một bề mặt không đều lớn để tăng cường độ bám dính giữa các ống lót và
khối xy lanh nhôm. Độ bám dính tăng cường giúp cải thiện tản nhiệt, dẫn đến nhiệt độ tổng
thể thấp hơn và làm giảm biến dạng nhiệt các vách xy lanh.
* Thanh truyền
12
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Hình 2.6 Thanh truyền của động cơ
- Thanh truyền là chi tiết nối giữa piston và trục khuỷu. Trong quá trình làm việc thanh
truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh
truyền. Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập.
- Trong quá trình làm việc của động cơ, thanh truyền thực hiện hai chuyển động phức
tạp : Chuyển động tịnh tiến dọc theo thân xy lanh và chuyển động lắc tương đối so với trục
của chốt piston. Thanh truyền được chế tạo bằng thép hợp kim, trong thân thanh truyền có
khoan rãnh dẫn dầu bôi trơn lên bề mặt bạc đầu nhỏ và chốt piston.
- Đầu to thanh truyền được chia làm hai nửa với mặt phẳng phân chia vuông góc với
đường tâm thanh truyền. Dấu ở nửa trên đầu to thanh truyền và nửa dưới đầu to thanh
truyền, cùng với dấu ở piston khi lắp các dấu này phải cùng phía và quay về phía đầu động
cơ.
2.2.1.2. Trục khủyu.
- Vai trò của trục khuỷu: trục khuỷu nhận lực tác dụng từ piston tạo mômen 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 xy lanh.
Hình 2-7 Cấu tạo trục khuỷu động cơ DAEWOO 1.6L DOHC
13
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
- Trục khuỷu của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần măng
gan, vômphram….
- Trên đầu trục có then để lắp puli dẫn động quạt gió, bơm nước cho hệ thống làm mát,
có bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam, bơm dầu.
- Cổ trục khuỷu được gia công và xử lý bề mặt đạt độ cứng và độ bóng cao. Các cổ
trục đều có chung một đường kính. Cổ khuỷu được làm rỗng để làm rãnh dẫn dầu bôi trơn
đến các cổ và chốt khác của trục khuỷu.
- Chốt khuỷu cũng được gia công và xử lý bề mặt để đạt độ cứng và độ bóng cao.
Đường kính chốt nhỏ hơn đường kính cổ. Chốt khuỷu cũng được làm rỗng để giảm trọng
lượng và chứa dầu bôi trơn.
- Các đối trọng được làm liền với má khuỷu. Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh
đà và được làm rỗng để lắp vòng bi đỡ trục sơ cấp của hộp số.
2.2.1.3. Bánh đà
Hình 2-10 Bánh đà của động cơ DAEWOO 1.6L DOHC
Bánh đà giữ cho độ chuyển động không đồng đều của trục khuỷu động nằm trong
giới hạn cho phép và dự trữ động năng cho quá trình nén và thải, là nơi lắp các chi tiết của
cơ cấu khởi động như vành răng khởi động và là nơi đánh dấu tương ứng với điểm chết và
khắc vạch chia độ góc quay trục khuỷu. Bánh đà được chế tạo từ gang xám và được cân
bằng động cùng với trục khuỷu.
2.2.2. Cơ cấu phân phối khí
Cơ cấu phối khí được dùng là cơ cấu phối khí dùng xu páp treo, 2 trục cam
14
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Hình 2-11 Trục cam đôi cơ cấu phân phối khí động cơ DAEWOO 1.6L DOHC

- Với cơ cấu phối khí xu páp treo bảo đảm cho buồng cháy nhỏ gọn, chống cháy kích
nổ tốt nên có thể tăng được tỉ số nén và làm cho dạng đường thải, nạp thanh thoát, khiến
sức cản khí động giảm nhỏ, đồng thời do có thể bố trí xu páp hợp lí hơn nên có thể tăng
được tiết diện lưu thông của dòng khí khiến hệ số nạp tăng. Cấu tạo cơ cấu phối khí gồm
các chi tiết chính sau : trục cam, xupáp.
a. Trục cam
Các trục cam nạp được điều khiển bởi trục khuỷu thông qua truyền đông xích chính.
Trục cam nạp của hàng xi lanh tương ứng kéo theo trục cam thải thông qua truyền động
xích thứ hai. Các xu páp được mở và đóng trực tiếp bởi 2 trục cam.
b. Xupáp
- Trên động cơ Nubira 1.6L gồm 8 xupáp nạp và 8 xupáp xả. Các xupáp được dẫn
động trực tiếp từ trục cam. Các xupáp làm việc trong điều kiện khắc nghiệt; chịu tải động
và phụ tải nhiệt rất lớn nhất là đối với xupáp thải.
Hình 2-12 Kết cấu của xu páp
* Xupáp nạp :
15
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Xupáp nạp làm bằng thép. Giữa thân và tán nấm có bán kính góc lượn lớn để cải
thiện tình trạng lưu thông của dòng khí nạp vào xi lanh, đồng thời tăng độ cứng vững cho
xu páp, giảm được trọng lượng. Phần đuôi được tôi cứng.
* Xupáp thải :
Xupáp thải làm bằng thép chịu nhiệt. Phần đuôi được tôi cứng để tránh mòn và có
rãnh để lắp móng hãm giữa đuôi xupáp và lò xo xupáp. Móng hãm hình côn gồm 2 nửa
với kiểu lắp này có kết cấu đơn giản, độ an toàn cao, và không gây nên ứng suất tập trung
trên đuôi xupáp. Để dễ sửa và tránh hao mòn cho nắp xi lanh ở chỗ lắp xupáp người ta lắp
ống dẫn hướng.ống dẫn hướng có dạng hình trụ rỗng được đóng ép vào nắp xi lanh đến
một khoảng cách nhất định.
+ Đế xupáp hình ống, mặt trong được vát góc theo góc vát của tán nấm và được đóng
trên nắp máy

+ Lò xo xupáp hình trụ hai đầu được quấn sít với nhau và mài phẳng.
2.3. CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN ĐỘNG CƠ DAEWOO 1.6L DOHC.
2.3.1. Hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát có tác dụng tản nhiệt khỏi các chi tiết, giữ cho nhiệt độ của các chi
tiết không vượt quá giới hạn cho phép và do đó bảo đảm điều kiện làm việc của động cơ.
Trên động cơ Nubira 1.6DOHC sử dụng hệ thống làm mát bằng nước, kiểu kín tuần hoàn
cưỡng bức nhờ bơm nước.
2.3.1.1. Bơm nước và quạt gió
- Bơm nước trên hệ thống làm mát của động cơ là bơm ly tâm. Được dẫn động bằng
đai từ trục khuỷ động cơ.
- Quạt gió được lắp trên đầu phía trước của trục bơm nước. Các cánh quạt được chế
tạo bằng thép lá. Để nâng cao năng suất và tạo hướng cho dòng khí vành quạt gió có hom
khí.
2.3.1.2. Két nước làm mát
- Két nước làm mát bao gồm các ống dẫn bằng đồng đỏ. Các ống này được hàn với các
cánh tản nhiệt hình gợn sóng nhằm tăng tiết diện tiếp xúc với không khí để tăng khả năng
toả nhiệt của két làm mát. Ngăn trên có miệng đổ nước và được đậy bằng nắp.
- Nắp két nước có hai van, van xả có tác dụng giảm áp khi áp suất trong hệ thống cao
(khoảng 1,15
÷
1.25 kG/cm2) do bọt hơi sinh ra trong hệ thống, nhất là khi động cơ quá
nóng. Còn van hút sẽ mở để bổ sung không khí khi áp suất chân không trong hệ thống lớn
hơn giá trị cho phép (khoảng 0,05
÷
0,1 kG/cm2).
2.3.2. Hệ thống bôi trơn
Động cơ Nubira 1.6DOHC sử dụng phương pháp bôi trơn cưỡng bức. Dầu trong hệ
thống bôi trơn được bơm đẩy đến các bề mặt ma sát với áp suất nhất định, do đó hoàn toàn
có thể đủ lưu lượng để bảo đảm bôi trơn làm mát và tẩy rửa các bề mặt ma sát.
Hệ thống bôi trơn của động cơ sử dụng kiểu bơm bánh răng ăn khớp trong.

16
Thit k ng c s dng xng sinh hc trờn c s ng c
Daewoo 1.6l DOHC lp trờn xe Daewoo Nubira 1.6.
Hỡnh 2-14 Bm bỏnh rng n khp trong
Kiu bu lc c dựng l kiu bu lc c khớ loi bu lc thm dựng tm kim loi.
ch nhit lm vic n nh ca ng c, nhit ca du bụi trn cn nm trong
gii hn 80 ữ 900C. Nhng trong s dng do nhit ca mụi trng tng i cao, do
ng c thng phi lm vic nhng ch ph ti cao trong thi gian di, nhit ca
du bụi trn s vt quỏ gii hn cho phộp v do ú cn c lm mỏt trong kột lm mỏt
du. Trờn h thng bụi trn ca ng c s dng kột lm mỏt du kiu ng c lm mỏt
bng khụng khớ, b trớ trc kột nc ca ng c.
Mỏy bm du hỳt du ng c t tc te di ỏp lc n cỏc b phn khỏc nhau ca
ng c du. B lc c gn vo trc khi du vo ca bm du loi b cỏc tp cht
cú th lm tc nghn hoc hng bm du hoc cỏc thnh phn ng c khỏc. Khi trc bỏnh
rng quay, cỏc thit b iu khin quay. iu ny lm cho khụng gian gia cỏc bỏnh rng
khụng ngng thay i, kộo du t tc te khi khụng gian m tng lờn v bm du ra cho
ng c khi nú thu nh khụng gian li. tc ng c cao, cỏc mỏy bm du cung cp
mt lng du cao hn nhiu lng du so vi yờu cu bụi trn ng c.
iu chnh ỏp sut du ngn nga quỏ nhiu du t vo ng c bụi trn. Trong thi
gian bỡnh thng cung cp du, lũ xo cun v van gi úng ca, iu khin tt c cỏc du
c bm vo ng c. Khi lng du c bm tng, ỏp lc tr nờn cao vt qua
cỏc lc cn v ma sỏt trong ng c.
2.3.3.H thng ỏnh la
ng c Daewoo Nubira c trang b h thng ỏnh la in t ESA( Electronic
Spark Advance) khụng s dng b chia in( ỏnh la trc tip) v dựng Bụbin ụi. ECU
s nhn tớn hiu u vo t cỏc cm bin v x lý thụng tin mt cỏch chớnh xỏc t ú xỏc
nh thi gian v xut tớn hiu ỏnh la ti u cho cỏc quỏ trỡnh hot ng ca ng c.
Maỷch ọứn aùp
Bọỹ vi
xổớ lyù

M
a
ỷ
c
h

v
a
ỡo
Ne
G2
G1
Caùc
caớm
bióỳn
IGDA
IGT
IGDB
Maỷch
vaỡo
Maỷch õióửu
khióứn goùc
Dwell
Maỷch
nhỏỷn
bióỳt
xylanh
Maỷch kờch
thờch
Bugi

Cuọỹn õaùnh lổớa
Khoùa
õióỷn
IC
õaùnh lổớa
ECU
Maỷch kờch
thờch
17
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Hình 2-15 Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử ESA trên động cơ DAEWOO Nubira 1.6L
DOHC.
Ở hệ thống đánh lửa của động cơ này IC đánh lửa được tích hợp trong ECU.
Nguyên lý hoạt động chung:
ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến đưa vào bộ vi xử lý. Các tín hiệu đầu vào này
là các đại lượng thông số khác nhau nhưng đều được biến thành điện áp hoặc các xung
điện áp trước khi đưa vào bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý trung tâm sẽ dựa vào các tín hiệu ngỏ
vào và tính toán thời điểm đánh lửa và đưa đến igniter ba xung IGT, IGDA, IGDB. Xung
IGT là xung quyết định góc đánh lửa sớm được đưa vào mạch hiệu chỉnh góc ngậm điện để
xén xung và sau đó đi qua mạch xác định xylanh. Xung IGDA và IGDB có dạng như trên
hình 2-15 được đưa vào mạch vào của igniter. Tại đây tùy theo trạng thái của hai xung
(mức cao hay thấp) mà igniter sẽ xác định xylanh cần đánh lửa theo đúng thứ tự nổ.
Để bảo đảm đánh lửa theo đúng thứ tự nổ 1-3-4-2 mạch vào sẽ xác định xylanh cần
đánh lửa theo bảng mã sau:
Xung IGDA Xung IGDB Xylanh
0 1 1 và 4
1 0 3 và 2
720

o
o
360

IGT
Ne
1 3 4 2
IGDA
IGDB
Hình 2-16 Dạng xung điều khiển đánh lửa trực tiếp.
Trong trường hợp xung IGDA ở mức thấp (0), xung IGDB ở mức cao (1) mạch xác định
xylanh sẽ phân phối xung IGT đóng ngắt transitor T1. Khi T1 ngắt thì sức điện động cảm
ứng trên cuộn thứ cấp sẽ tạo tia lửa cho bugi số 1 hoặc 4 và hoạt động như vậy tương tự
đối với các xylanh 2&3.
2.3.3.1. Bôbin.
Động cơ sử dụng bôbin đôi tức là cuộn đánh lửa kép DCP(Dual coil Pack) được dựa
trên nguyên lý hoạt động của cuộn đánh lửa trực tiếp DIS và không có bộ chia điện, Vì vậy
từng bugi sẽ được cấp hiệu điện thế cao áp từ cuộn đánh lửa. Cuộn đánh lửa kép chỉ có các
cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, không có IC đánh lửa. IC đánh lửa được tích hợp trong ECU
vì vậy quá trình đóng ngắt cuộn sơ cấp đều do ECU điều khiển.
18
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
E
C
U
T
1
T
2

1
2
3
4
Hình 2-17 Sơ đồ mạch của bôbin đôi.
Các bôbin đôi phải được gắn vào bugi của các xylanh song hành. Với động cơ này có
thứ tự nổ là 1-3-4-2 thì ta sử dụng hai bobin. Bobin thứ nhất có hai đầu của cuộn thứ cấp
được nối với bugi số 1& 4, bobin thứ hai nối với bugi thứ 2&3.
Phân phối điện áp cao được phân phối như sau:
Giả sử điện áp thứ cấp được cấp xuất hiện ở bugi số 1 và 4 ta có
Utc = U1 + U4
U1 = Utc
41
1
RR
R
+
U4 = Utc
41
4
RR
R
+
Trong đó : Utc : hiệu điện áp của cuộn thứ cấp.
U1& U4 : hiệu điện áp đặt vào khe hở của bugi số 1&4.
R1& R4 : điện trở của khe hở bugi số 1&4.
Ở thời điểm đánh lửa, piston của xylanh số 1&4 đều ở vị trí gần điểm chết trên chỉ
khác là một là cuối kỳ nén và một là cuối kỳ thải cho nên điện trở khe hở của các bugi
cũng khác nhau.
Giả sử Piston máy số 1 ở cuối quá trình nén thì máy số 4 cuối quá trình thải lúc này

R1 rất lớn và R4 rất nhỏ do sự xuất hiện nhiều ion nhờ phản ứng cháy và nhiệt độ cao. Do
đó R1>> R4 nghĩa là U1
≈
Utc, U4
≈
0 và tương tự cho các bugi còn lại và các chu trình
còn lại. Như vậy nó sẽ bảo đảm cho thứ tự nổ của động cơ.
19
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Hình 2-18 Kết cấu Bôbin đôi của động cơ DAEWOO 1.6L DOHC.
2.3.3.2. Bugi.
Bugi đánh lửa có nhiệm vụ nhận các xung điện cao thế từ bộ chia điện truyền đến và bật
tia lử điện cao thế để đốt cháy hỗn hợp khí -nhiên liệu trong xilanh. Do tiếp xúc với buồng
đốt nên trong quá trình làm việc bugi chịu tác động của 3 tải trọng :
-Tải trọng cơ khí : Phát sinh do áp suất khí cháy dưới dạng xung áp suất, áp suất cực đại
tác động lên bugi có thể đến 50÷60 kG/cm2, đồng thời bugi cũng phải thường xuyên chịu
sự rung động do xe gây ra.
-Tải trọng nhiệt : Phát sinh do sự thay đổi tải trọng nhiệt trong mỗi xilanh sau một chu
kì làm việc. Khi hỗn hợp khí-nhiên liệu cháy nhiệt độ khoảng 18000 ÷22000C, còn trong
kì hút nhiệt độ khoảng 50÷800C.
-Tải trọng điện : Do các xung điện truyền đến trong thời điểm đánh lửa, xung áp điện
khoảng 15÷ 20 kV hoặc cao hơn nữa.
Do phải chịu các loại tải trọng trên nên về mặt kết cấu và vật liệu cũng có những yêu
cầu đặc biệt. Kết cấu của một bugi gồm những phần cơ bản như sau :
20
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Hình 2-19 Kết cấu của bugi đánh lửa.
1.Sứ cách điện; 2.hanh kim loại điện cực giữa; 3.Thân bugi; 4.Vòng đệm;

5.Chất làm kín; 6.Mũ bắt dây.
Sứ cách điện 1 trong đó có thanh kim loại 2 làm điện cực giữa của bugi đánh lửa, các
chi tiết 1,2,6 được đặt trong vỏ thép 3 là thân của bugi đánh lửa, trên thân của bugi đánh
lửa có phần vát 6 cạnh và phần ren để bắt vào thân máy, đuôi bugi có điện cực để tạo tia
lửa. Giữa thân 3 và sứ 1 có đệm đồng 4 để làm kín và để truyền nhiệt.
- Vật liệu cách điện được làm từ hợp kim Ni-Mn chịu được tác động hoá học do các
chất khí cháy gây nên và không han gỉ trong điều kiện nhiệt độ cao.
- Khe hở bugi khoảng 1,0 ÷1,1 mm giúp khả năng bén hỗn hợp nghèo tốt.
Đặc tính nhiệt của bugi : Muốn cho bugi làm việc bình thường thì nhiệt độ phần sứ dưới
của nó (phần nằm trong thân 3 hình 2-19) không đươc thấp hơn 500÷5800C. Vì như vậy
khi dầu vung toé vào thì sẽ bị đốt cháy ngay, không tạo muội than ở dưới bugi. Nhiệt độ
này người ta gọi là nhiệt độ tự tẩy muội. Nếu nhiệt độ của sứ thấp hơn nhiệt độ tự tẩy
muội thì khi dầu vung vào sẽ không cháy hết sẽ tạo thành lớp muội và gây nên điện trở rò
làm bugi bỏ lửa. Nhưng nhiệt độ này cũng không được quá cao (không quá 800÷9000C) để
tránh hiện tượng tự bén lửa làm sai thời điểm đánh lửa (tức là hỗn hợp khí -nhiên liệu khi
hút vào xilanh động cơ sẽ được bốc cháy không phải do tia lửa điện mà do tiếp xúc với
phần sứ nóng và điện cực nóng đỏ) khi áp suất khí trong xilanh đạt giá trị lớn nhất. Đặc
tính nhiệt của bugi được tính theo trị số bén lửa có giá trị từ 100÷500. Đó là khoảng thời
gian của bugi đánh lửa trên động cơ thử nghiệm đặc biệt, làm việc ở một chế độ nhất định
tính đến khi bắt đầu có hiện tượng tự bén lửa. Chính vì vậy mà :
+ Động cơ có tỉ số nén thấp và ứng suất nhiệt thấp thường sử dụng loại bugi có phần
sứ dưới dài, đường kính trong của bugi đánh lửa lớn để truyền lượng nhiệt ra môi trường
ngoài chậm hơn do đường truyền nhiệt dài. Loại bugi này gọi là bugi nóng. Trị số bén lửa
của bugi này thường từ 100 ÷ 200.
+ Động cơ có tỉ số nén cao, số vòng quay lớn thì phải dùng bugi có phần sứ dưới ngắn,
nằm gọn trong thân bugi với khe hở giữa sứ và bugi nhỏ. Loại bugi này gọi là bugi lạnh, trị
số bén lửa loại này từ 200 ÷ 500. Trị số bén lửa càng lớn thì bugi thoát nhiệt càng tốt.
21
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.

2.3.4. Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu có sự điều khiển cắt nhiên liệu được sử dụng để ngăn chặn bơm
nhiên liệu khi các túi khí SRS được triển khai trong khi có va chạm phía trước hoặc phía
bên của xe. Kim phun nhiên liệu loại 12 lỗ nhỏ gọn được sử dụng để cải thiện việc làm tơi
nhiên liệu. Đường ống cung cấp nhiên liệu làm bằng nhựa được sử dụng để thực hiện tiết
kiệm trọng lượng. Việc kết nối nhanh chóng được sử dụng để kết nối các đường nhiên liệu
cho dễ bảo trì. Một bình nhiên liệu nhiều lớp bằng nhựa được sử dụng để giải quyết vấn đề
môi trường.
Chương 3. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM CATIA VÀ PHƯƠNG
PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN CƠ
HỌC
3.1. LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ CÁC TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀM CATIA
3.1.1. Lịch sử ra đời Catia
CATIA bắt đầu được hãng sản xuất máy bay Pháp Avions Marcel Dassault phát triển,
vào thời điểm đó là khách hàng của các phần mềm CADAM CAD. Lúc đầu phần mềm tên
là CATI (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive - tiếng Pháp nghĩa là Thiết kế
ba chiều được máy tính hỗ trợ và có tương tác). Nó đã được đổi tên thành CATIA năm
1981, khi Dassault tạo ra một chi nhánh để phát triển và bán các phần mềm và ký hợp đồng
không độc quyền phân phối với IBM.
Năm 1984, Công ty Boeing đã chọn CATIA là công cụ chính để thiết kế 3D, và trở
thành khách hàng lớn nhất.
Năm 1988, CATIA phiên bản 3 đã được chuyển từ các máy tính Mainframe sang UNIX.
Năm 1990, General Dynamics/Electric Boat Corp đã chọn CATIA như là công cụ chính
thiết kế 3D, thiết kế các tàu ngầm hạt nhân của Hải quân Hoa Kỳ.
Năm 1992, CADAM đã được mua từ IBM và các năm tiếp theo CADAM CATIA V4 đã
được công bố. Năm 1996, nó đã được chuyển từ một đến bốn hệ điều hành Unix, bao gồm
IBM AIX, Silicon Graphics IRIX, Sun Microsystems SunOS và Hewlett-Packard HP-UX.
Năm 1998, một phiên bản viết lại hoàn toàn CATIA, CATIA V5 đã được phát hành, với
sự hỗ trợ cho UNIX, Windows NT và Windows XP từ 2001.
Năm 2008, Dassault công bố CATIA V6, hỗ trợ cho các hệ điều hành Windows, các hệ

điều hành không phải Windows không được hỗ trợ nữa
3.1.2. Tính năng của phần mềm Catia
Phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhất hiện
nay, do hãng Dassault Systems phát triển, phiên bản mới nhất hiện nay là CATIA V5R19 ,
là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực
khác nhau như: xây dựng, cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, tàu thủy và cao hơn là
công nghiệp hàng không. Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâu thiết kế mô
hình CAD (Computer Aided Design), đến khâu sản xuất dựa trên cơ sở CAM (Computer
Aided Manufacturing, khả năng phân tích tính toán, tối ưu hóa lời giải dựa trên chức năng
CAE(Computer Aid Engineering) của phần mềm CATIA. Các Môdun chính của CATIA
như sau:
22
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Hình 3-1 Mô hình sản phẩm Catia
- Mechanical Design :
Cho phép xây dựng các chi tiết, các sản phẩm lắp ghép trong cơ khí. Vẽ và thiết kế các
chi tiết 2D, 3D. Xuất bản vẻ 2D, lắp ráp các chi tiết, mô phỏng quá trình lắp ráp các chi
tiết. Tạo mô hình khung dây và mặt ngoài. Ghi, chú thích và sai số kích thước trong không
gian 3D.
Hình 3-2 Mô hình tạo bằng Mechanical Design
- Shape design and styling :
Modul này cho phép thiết kế các bề mặt có biên dạng, kiểu dáng phức tạp trong lĩnh vực
thiết kế võ ô tô, tàu biển, máy bay…Thiết lập bản vẽ nhanh, vẽ các biên dạng phức tạp. Tối
ưu các biên dạng bề mặt, xây dựng các hình dạng chi tiết bằng số hóa tọa độ các điểm. Tạo
những hình ảnh tương tác bắt mắt qua việc thay đổi camera, gán vật liệu, cũng như tạo
chuyển động, diễn tả kết quả ở không gian phối cảnh qua chức năng Photo Studio. Nó có
thể tái lập nhanh cấu trúc bề mặt một chi tiết.
Hình 3-3 Mô hình tạo bằng Shape Design and Styling
- Catia solids geometry :

Mô hình hóa thể tích để tạo hình, hiệu chỉnh và phân tích vật thể. Nó cho phép các toán
tử logic giữa các vật thể (hợp, giao, trừ). Vật thể được tạo từ các đối tượng đơn giản bằng
việc dịch chuyển hoặc quay Profile.(hình 3.4)
Hình 3-4 Mô hình hóa vật thể Hình 3-5 Mô phỏng động học
23
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
- Catia kinematics :
Giúp xác định cấu trúc động học của cơ cấu, mô phỏng và phân tích chuyển động, xác
định vận tốc và gia tốc của các chi tiết, cơ cấu, đường chuyển động và giải quyết các bài
toán va chạm (hình 3-5).
- Catia image design :
Tạo sự biểu diễn thực với phần khuất hoàn toàn, xác định điều kiện chiếu sáng và các
thông số bề mặt của đối tượng.
- Catia finite element modeler :
Tạo mô hình tổng thể, mô tả tính chất vật lý và vật liệu, điều kiện biên và tải trọng đối
tượng (hình 3-6).
-Catia nc – lathe :
Tạo chương trình chứa phần nguyên công tiện dưới dạng đầu ra APT
Hình 3-7 Thể hiện modul tiện trong Catia

- Catia nc - mill:
Tạo chương trình chứa phần nguyên công phay (hình 3-8).
24
Hình 3-6 Thể hiện sự mô tả tính chất vật lý của vật liệu
Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ
Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6.
Hình 3-8 Thể hiện Modul phay trong Catia
- Catia robotic:Thiết kế và mô phỏng robot với các lệnh chuẩn, định nghĩa cấu trúc
robot, đặc trưng hình học, động học, đồng bộ hóa nhiều robot…(hình 3-9).

Hình 3-9 Mô phỏng hoạt động trong Catia
- Catia building design and facilities layout:
Tạo thiết kế các bản vẽ xây dựng, sắp đặt các đối tượng và định nghĩa mối quan hệ giữa
chúng………………………………………………………………………
- Catia shematics: Công cụ để sắp đặt vị trí những phần tử cơ bản, vẽ các sơ đồ, thiết lập
các liên kết logic giữa các phần tử và điều khiển chúng.
- Catia piping and tubing:
Hình 3-10 Mô hình thể hiện khả năng thiết kế đường ống
Thiết kế những tuyến ống dẫn phức tạp, toán tử logic với vật thể, thăm dò va chạm…
(hình 3-10).
25