Thiết kế Động Cơ Đốt Trong

Lời nói đầu
Thiết kế Động Cơ Đốt Trong là môn học quan trọng đối với sinh viên
chuyên ngành động lực. Môn học này giúp sinh viên nắm vững hơn về kiến
thức môn học:
‘’
Nguyên lý Động Cơ Đốt Trong
’’
và bổ sung thêm kiến thức
thực tế về động cơ đốt trong. Và là bước tập dược cho quá trình làm tốt nghiệp
sau này.
Cuốn báo cáo gồm ba phần:
Phần 1: Lựa chọn thông số và phương án.
Phần 2: Tính chu trình nhiệt động.
Phần3: Thiết kế kỹ thuật hệ thống truyền lực.
Trong quá trình làm thiết kế do phải lựa chọn nhiều thông số, chưa có
nhiều kinh nghiệm cũng như kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi
những sai sót. Rất mong những nhận xét và giúp đỡ của thầy.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, tháng 6 năm 2011.

Sinh viên: ĐỖ VĂN ĐẮC.
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 1
MỤC LỤC
Trang
Phần 1: LỰA CHỌN THÔNG SỐ VÀ PHƯƠNG ÁN
1.1. Cấu trúc tổng quát của động cơ 2
1.2. Tổ chức quá trình cháy 2
1.3. Hệ thống nạp xả 4
1.4. Hệ thống làm mát 5
1.5. Hệ thống bôi trơn 6
1.6. Hệ thống khởi động 8

1.7. Động cơ mẫu 9
1.8 Tổng hợp thông số cơ bản 9
Phần 2: TÍNH CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
2.1. Tính môi chất công tác 12
2.2. Quá trình nạp xả 16
2.3. Quá trình nén 17
2.4. Quá trình cháy 17
2.5. Quá trình dãn nở 18
2.6. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của động cơ 18
2.7. Cân bằng nhiệt 19
2.8. Đồ thị công chỉ thị 23
Phần 3: THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
3.1. Lựa chọn phương án cơ cấu truyền lực 26
3.2. Các kích thước cơ bản 29
3.3. Các khối lượng chuyển động tịnh tiến và quay 35
3.4. Động học cơ cấu truyền lực 37
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 2
Phần 1:
LỰA CHỌN THÔNG SỐ VÀ PHƯƠNG ÁN
1.1. CẤU TRÚC TỔNG QUÁT CỦA ĐỘNG CƠ
- Số xylanh và cách bố trí xylanh: Động cơ được thiết kế có 4 xylanh, bố
trí thẳng hàng.
+ Công suất danh nghĩa: N
e
= 114 [kw]
+ Số vòng quay danh nghĩa: n
n
=6091 [rpm]
- Động cơ này được dùng trang bị trên ôtô con.
1.2. TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH CHÁY

1.2.1. Loại nhiên liệu.
- Nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng
- Các thành phần có trong nhiên liệu:
C = 85,5 % ; H = 14,5% ; O = 0 %; S = 0 %
1.2.2. Buồng đốt.
- Sử dụng buồng cháy thống nhất, đỉnh piston được khoét lõm.
- Bố trí cửa nạp theo phương tiếp tuyến để tạo nên vận tốc rối mạnh của
khí mới trong xylanh nhằm nâng cao chất lượng của quá trình cháy.
1.2.3. Hệ thống nhiên liệu.
- Trong hệ thống nhiên liệu ta sử dụng hệ thống phun xăng điện tử bởi vì
hệ thống làm việc với độ chính xác cao và có thể làm việc trong những điều
kiện khác nhau, giúp động cơ hoạt động tốt ở mọi chế độ.
- Xăng được phun vào cửa nạp của các xylanh động cơ theo từng thời điểm
chứ không liên tục. Quá trình phun xăng và định lượng nhiên liệu được thực
hiện theo hai tín hiệu gốc: Tín hiệu về khối lượng không khí đang nạp vào và
tín hiệu về vận tốc trục khuỷu của động cơ.
- Sơ đồ cấu tạo.
1 - Bình chứa xăng 15 - Cảm biến vị trí bướm ga
2 - Bơm xăng điện 16 - Lưu lượng kế không khí
3 - Bộ lọc xăng 17 - Cảm biến nhiệt độ khí nạp
4 - Dàn phân phối 18 - Cảm biến lambda
5 - Bộ điều chỉnh áp suất xăng 19 - Công tắc nhiệt khởi động
6 - Bộ giảm dao động áp suất 20 - Cảm biến nhiệt độ động cơ
7 - Bộ điều chỉnh trung tâm 21 - Thiết bị bổ sung không khí khi
chạy ấm máy
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 3
8 - Bôbin đánh lửa 22 - Vít điều chỉnh hỗn hợp khi
chạy
không tải
Hình 1.1. Hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm

9 - Bộ phân phối đánh lửa 23 - Cảm biến vị trí trục khuỷu
10 - Buji 24 - Cảm biến tốc độ động cơ
11 - Vòi phun chính ` 25 - Ắc quy
12 - Vòi phun khởi động lạnh 26 - Công tắc khởi động
13 - Vít điều chỉnh không tải 27 - Rơle chính
14 - Bướm ga 28 - Rơle bơm xăng
- Nguyên lý hoạt động: Khi động cơ làm việc, xăng trong bình chứa (1)
được bơm xăng điện (2) hút qua bộ lọc xăng (3) rồi theo đường ống dẫn xăng
đến dàn phân phối xăng (4) tại đây xăng được phân phối tới các vòi phun, ở
đầu cuối dàn phân phối có nắp thông với bộ điều chỉnh áp suất xăng (5) để ổn
định áp suất xăng trong dàn ống phân phối. Tất cả các thông tin nhận được từ
các bộ cảm biến sẽ được ECU tiếp nhận và xử lý. Sau khi xử lý các thông tin
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 4
nhận từ cá cảm biến thì ECU sẽ ra tín hiệu cho các vòi phun phun xăng đúng
thời điểm và đúng lượng cần thiết. Xăng được phun vào với kích rất nhỏ cỡ
100μm, các hạt nhiên liệu này hóa hơi ngay và hòa trộn với không khí tạo
thành hỗn hợp cháy. Hỗn hợp cháy được hút vào trong buồng đốt theo trình tự
làm việc của động cơ.
1.3. HỆ THỐNG NẠP - XẢ
Dùng cơ cấu phân phối khí kiểu xupáp treo và được nắp trên nắp xylanh.
- Sơ đồ cấu tạo:
Hình 1.2. Hệ thống phân phối khí kiểu xupáp treo
1 - Trục cam; 2 - Con đội; 3 - Đũa đẩy; 4 - Đòn gánh; 5 – Lò xo; 6 - Xupáp
- Nguyên lý hoạt động: Khi trục cam (1) quay, cam truyền chuyển động
tịnh tiến cho con đội (2) và đũa đẩy (3) làm đòn gánh (4) quay quanh trục đòn
gánh, đầu đòn gánh đè xupáp (6) xuống mở cửa xylanh, khi vấu cam ở vị trí
cao nhất thì xupáp mở hoàn toàn. Trục cam tiếp tục quay làm vấu cam đi
xuống, lúc này cam không còn đội con đội nữa, dưới tác dụng của lò xo (5)
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 5
giãn ra làm xupáp đậy kín bệ xupáp, đồng thời đũa đẩy đi xuống theo chiều

ngược lại.
Tùy loại xupáp nạp hay xả mà ta có thể điều chỉnh khe hở nhiệt của các
xupáp này. Cần phải có khe hở nhiệt vì khi động cơ hoạt động dưới tác dụng
của nhiệt độ và áp suất của môi chất công tác trong buồng đốt rất cao làm
xupáp bị giãn nở tăng chiều dài xupáp, buồng đốt bị hở dẫn đến động cơ hoạt
động với hiệu suất không cao. Ngoài ra còn có trục giảm áp dùng để đóng hoặc
mở hé xupáp thực hiện việc giảm áp cho xy lanh khi cần.
- Ưu điểm:
+ Buồng cháy rất gọn.
+ Dòng khí nạp ít bị ngoặt nên tổn thất nhỏ, tăng hiệu suất nạp từ:
(5 – 7)%.
+ Tạo điều kiện thải sạch và nạp đầy hơn.
- Nhược điểm:
+ Tăng chiều cao động cơ do có nhiều chi tiết được bố trí ở thân máy và
nắp xylanh.
+ Lực quán tính của các chi tiết tác dụng lên bề mặt cam và con đội lớn
hơn.
+ Nắp máy của động cơ phức tạp.
1.4. HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Trong quá trình cháy nhiệt độ của khí cháy lên đến 2000
0
C. Nếu việc
làm mát không tốt sẽ dẫn đến tình trạng khí mới vào buồng cháy không đầy, dễ
gây kích nổ, làm giảm công suất của động cơ. Độ nhớt của dầu bôi trơn giảm
làm giảm khả năng bôi trơn cho các chi tiết dẫn đến các chi tiết biến dạng.
- Đảm bảo cho các chi tiết của động cơ làm việc ổn định. Sự làm mát
giữa các vùng của động cơ phải đồng đều, tránh xảy ra ứng suất nhiệt làm hỏng
động cơ. Động cơ được làm mát bằng nước mềm tuần hoàn 1 vòng kín nhờ áp
lực bơm.
- Sơ đồ cấu tạo:

SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 6
Hình 1.3. Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức
• 1- Bình dãn nở; 2 - Bộ điều tiết nhiệt; 3 - Nhiệt kế; 4 - Đường nước đi làm
mát; 5 - Bơm đẩy.
- Nguyên lí hoạt động: Nước làm mát có nhiệt độ thấp được bơm đẩy (5) hút
từ bình chứa và dẫn vào làm mát động cơ nhờ đường nước đi làm mát (4). Sau
khi làm mát cho toàn bộ động cơ nó được dẫn ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao.
Ta biết được nhiệt độ của nước sau khi ra khỏi động cơ nhờ nhiệt kế (3), sau đó
nước đi đến bộ điều tiết nhiệt (2) và vào bình chứa của két nước. Nước tại đây
đi qua ống dẫn nước tới bơm đẩy (5), và được quạt gió thổi làm giảm nhiệt độ
cho nước đảm bảo khả năng làm mát. Và nước tiếp tục được bơm vào động cơ
thực hiện một chu trình làm mát kế tiếp và tạo thành một chu trình khép kín
tuần hoàn.
1.5. HỆ THỐNG BÔI TRƠN
- Khi đông cơ hoạt động thì các chi tiết máy chuyển động tương đối với
nhau và có sự cọ sát mài mòn. Vì vậy bôi trơn là cần thiết và quan trọng giúp
bề mặt tiếp xúc giữa các chi tiết máy có một lớp dầu bôi trơn, biến ma sát khô
thành ma sát ướt nhằm giảm hao mòn, tránh hư hỏng, giúp chi tiết chuyển động
êm và nhẹ nhàng. Ngoài ra còn có tác dụng hấp thụ nhiệt, làm sạch chi tiết, làm
kín các khe hở dầu, bảo vệ máy móc giảm han, gỉ.
- Sơ đồ cấu tạo:
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 7
Hình 1.4. Hệ thống bôi trơn cacte ướt
1 - Dầu bôi trơn 10 - Trục cam
2 - Bơm nhiên liệu 11 - Đồng hồ đo áp suất
3, 7, 9 - Van an toàn 12 - Đường dẫn dầu lên trên
4 - Que thăm dầu 13 - Đường dẫn dầu chính
5 - Van giảm áp 14 - Đường dẫn dầu vào trục
khuỷu
6 - Lọc ly tâm 15 - Đương hồi dầu

8 - Bình làm mát
- Nguyên lý hoạt động: Dầu bôi trơn được hút lên bộ lọc ly tâm (6) nhờ
bơm nhiên liệu (2), tại đây nhiên liệu được lọc sạch các cặn bẩn, các tạp chất
cơ học có kích thước lớn, sau đó được đẩy đến đường dầu chính (13) để bôi
trơn cho trục cam, trục khuỷu, v.v. Sau đó dầu theo đường dẫn dầu (14) vào bôi
trơn cho trục khuỷu, piston, chốt piston. Trên đường dẫn dầu chính (13) có
đường dẫn dầu (12) đi lên trên bôi trơn cho các cơ cấu khác của đông cơ như
cơ cấu phân phối khí, v.v. Sau đó dầu được đưa về cacte nhờ đường hồi dầu
(15). Áp suất và nhiệt độ của dầu bôi trơn luôn luôn được báo nhờ đồng hồ đo
(11). Khi nhiệt độ của dầu nên quá 80
0
C thì độ nhớt giảm lúc này van (7) mở
để dầu qua két làm mát.
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 8
Khi bình lọc bị kẹt thì van (3) mở đưa dầu bôi trơn trực tiếp lên đường
dẫn dầu chính, van an toàn (9) đảm bảo áp suất của dầu bôi trơn trên toàn hệ
thống có trị số không đổi.
1.6. HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
- Hệ thống khởi động có nhiệm vụ đưa động cơ từ trạng thái đứng yên
sang trạng thái hoạt động. Muốn vậy thì máy khởi động phải thực hiện ít nhất
một chu trình làm việc trọn vẹn và công do chu trình sinh ra phải đủ để quay
trục khuỷu động cơ đến tốc độ quay cần thiết để cho động cơ nổ và làm việc.
- Vì vậy nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống khởi động là tạo ra số vòng
quay định mức và mômen quay đủ lớn.
- Sơ đồ cấu tạo:
Hình 1.5. Hệ thống khởi động

1- Khóa khởi động 5 - Phần ứng
2 - Cuộn kéo 6 - Ly hợp
3 - Cuộn giữ 7 - Bánh răng chủ động

SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 9
4 - Cuộn cảm 8 - Vành răng khởi động
- Nguyên lý hoạt động: Khi khóa điện được bật đến vị trí start dòng điện
chạy đến cuộn kéo (2) và cuộn giữ (3) sau đó bánh răng chủ động (7) trượt và
ăn khớp với vành răng (8). Cùng lúc đó dòng điện chạy đến cuộn cảm (4) làm
cho môtơ quay, chuyển động quay này được truyền đến bánh răng chủ động
(7), vành răng (8) và quay trục khuỷu động cơ thực hiện quá trình khởi động.
Khi khóa điện được nhả ra khỏi vị trí start, dòng điện chạy trong cuộn giữ bị
ngắt và bánh răng chủ động trở về vị trí ban đầu của nó nhờ cơ cấu ly hợp (6)
và kết thúc quá trình khởi động.
1.7.Động cơ mẫu
Bảng.1.1: Đặc điểm kỹ thuật của động cơ
mẫu
T
T
Đặc điểm kĩ thuật Động cơ mẫu
Gh
i
ch
1 Dung tích xilanh
(cm
3
)
2360 2360 1995
2 Số xilanh (cái) 4 4 4
3 Công suất cực đại
(mã lực/rpm)
170/6300 175/6000 170/6700
4 Mô men xoắn cực
đại (Nm/rpm)

220/4500 220/4400 210/4250
5 Sử dụng nhiên liệu xăng Xăng xăng
6 Tốc độ tối đa (km/h) 190 200 224
7 Tiêu thụ nhiên liệu
(city,L/100km)
12,3 12,3 8,7
8 Tiêu thụ nhiên liệu
(highway,L/100km)
6,9 6,9 4,8
9 Tiêu thụ nhiên liệu
(combined,L/100km)
8,9 8,9 6,4
1.8.Tổng hợp thông số cơ bản
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 10