ĐỒ ÁN TK ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG - 2017

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay, động cơ đốt trong xuất hiện trong
nhiều lĩnh vực quan trọng của xã hội như: sản xuất công nghiệp, nông nghiệp đặc biệt là
giao thông vận tải. Ở các cường quốc công nghiệp đều có một nền công nghiệp sản xuất,
chế tạo động cơ tiên tiến, không những để đáp ứng nhu cầu trong nước mà còn để xuất
khẩu.
Việt Nam có nền khoa học công nghệ chưa mạnh bằng các quốc gia tiên tiến,
chưa thể tự sản xuất được những động cơ tốt, công suất lớn nhưng không vì thế mà chúng
ta xem nhẹ việc nghiên cứu, chế tạo động cơ đốt trong. Hiện nay, nhờ sự tập trung nghiên
cứu cũng như chuyển giao công nghệ, chúng ta đã có thể sản xuất được các động cơ
diesel cỡ nhỏ và trong tương lai sẽ ngày càng hoàn thiện hơn.
Trong chương trình đào tạo kỹ sư ô tô của khoa Kỹ Thuật Giao Thông, trường Đại
học Bách Khoa TP HCM, đồ án môn học Thiết kế động cơ đốt trong là một môn học đặc
biệt quan trọng, nhằm trang bị cho sinh viên về phương pháp luận để thiết kế động cơ đốt
trong cũng như những hiểu biết sâu sắc về kết cấu và tính toán thiết kế động cơ. Để giúp
sinh viên vận dụng những lý thuyết đã học cũng như để làm quen với trình tự thiết kế
động cơ theo như thực tế ở bên ngoài, qua đó hoàn thiện được kiến thức chuyên ngành và
kỹ năng của mình.
Vì đây là lần đầu tiên thực hiện một đồ án chuyên ngành về động cơ đốt trong nên
chắc chắn chúng em không tránh khỏi những sai xót, chúng em kính mong Thầy Đinh
Quốc Trí và các thầy trong bộ môn Ô tô – Máy động lực Trường ĐH Bách Khoa TP Hồ
Chí Minh góp ý và chỉ ra những thiếu xót, khuyết điểm của chúng em trong Đồ án này,
để chúng em rút kinh nghiệm và hoàn thiện tốt hơn kiến thức chuyên ngành của mình.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của Thầy Đinh Quốc Trí cũng
như các thầy trong bộ môn Ô tô – Máy động lực và các bạn cùng khóa học đã giúp đỡ
chúng em hoàn thành đề tài đồ án môn học Thiết kế động cơ đốt trong!
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thiện Tâm

1
Trang 1


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

MỤC LỤC

2
Trang 2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

PHẦN 1: NHIỆM VỤ - ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC – YÊU CẦU CỦA
HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ
1.1 NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ
-Nhiệm vụ của cơ cấu phân phối khí là điều khiển quá trình thay đổi môi chất công
tác: bắt đầu từ việc thải sạch khí cháy trong các xylanh ra ngoài ở kỳ xả và nạp đầy
hỗn hợp khí nạp (động cơ xăng) hay không khí sạch (động cơ diesel) vào các xylanh ở
kỳ nạp để động cơ làm việc được liên tục.
- Ngoài ra, trong những hệ thống phân phối khí sử dụng trục cam, trục cam còn có
thể có nhiệm vụ truyền moment quay đến bộ chia điện, đảm bảo truyền tín hiệu đánh
lửa đúng cho từng xylanh (động cơ xăng).
-Nhiệm vụ cụ thể hơn của từng chi tiết như sau:
 Xupap: Đóng vai trò như là một cái van, có nhiệm vụ đóng mở để hút hòa khí vào
xy lanh trong quá trình nạp và mở ra để thải sản phẩm cháy ra ngoài xy lanh. Kết cấu
xupap gồm:
+Thân xupap: Có nhiệm vụ dẫn hướng xupap.

+ Đuôi xupap: có hình dạng đặc biệt để lắp ghép với đĩa lò xo.
+ Nấm xupap: tạo tiết diện lưu thông cho dòng khí nạp thải
 Lò xo xupap: Lò xo xupap có tác dụng giữ cho xupap ép kín với mặt đế, đảm bảo
xupap chuyển động theo đúng quy luật của cam phân phối khí, đảm bảo trong quá
trình đóng mở xupap không có hiện tượng va đập trên mặt cam.
 Ống dẫn hướng: Dùng để dẫn hướng cho thân xupap chuyển động lên xuống và
tạo điều kiện bôi trơn cho thân xupap.
 Con đội: Là chi tiết máy truyền lực trung gian, đồng thời chịu lực nghiêng cho
xupap do cam gây ra trong quá trình dẫn động.
 Cò mổ: Là chi tiết truyền lực trung gian, một đầu tiếp xúc với đũa đẩy (hoặc tiếp
xúc với trục cam) còn một đầu tiếp xúc với đuôi xupap
 Trục cam: Có nhiệm vụ dẫn động xupap đóng mở theo quy luật.

1.2 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC
- Chịu va đập..
- Chịu tải trọng động và thay đổi đột ngột.
3
Trang 3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT
- Chịu tải trọng nhiệt lớn (xupap thải).
- Chịu ma sát, mài mòn lớn và bị ăn mòn hóa học.
- Truyền động thông qua nhiều chi tiết trung gian.
- Bôi trơn khó khăn.
 Nấm xupap:
-Mặt nấm xupap chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn.
-Chịu tác động của lực khí thể.
-Chịu va đập mạnh với đế xupap
-Chịu tải trọng nhiệt

-Chịu nhiệt độ cao và ăn mòn hóa học
 Đế xupap:
-Chịu nhiệt độ cao và lực va đập của xupap.
 Lò xo xupap:
-Chịu tải trong thay đổi rất đột ngột và chịu va đập trên mặt cam
 Trục cam:
-Trong quá trình làm việc, trục cam chịu tác dụng của ứng suất uốn dưới tác dụng
phản lực từ con đội khi cam quay đóng mở xupap; chịu ứng suất xoắn khi con đội
trượt trên cam.
 Con đội:
- Chịu lực nghiêng do cam gây ra trong quá trình dẫn động xupap. Mặt trên con đội
chịu ma sát với bề mặt cam khi đóng mở xupap.
Cò mổ: chịu lực quán tính lớn và áp lực cao từ lò xo, xupap.

1.3 YÊU CẦU
 Yêu cầu chung: nhỏ gọn; dễ bảo trì bảo dưỡng; phụ tùng thay thế đa dạng; có
tính thẩm mỹ; độ bền, độ ổn định cao; giá thành rẻ;......
 Yêu cầu của hệ thống:
- Đảm bảo đóng mở đúng thời gian quy định để thải sạch nạp đầy
- Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông.
4
Trang 4


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT
- Đảm bảo đóng kín buồng cháy của động cơ trong các kỳ nén, nổ và xupap thải
không mở trong quá trình nạp.
- Trong quá trình làm việc ít gây ra tiếng ồn do va chạm.
- Hệ thống phải được bôi trơn và làm mát tốt
- Tất cả các chi tiết phải đủ bền, chịu được mài mòn, va đập.

- Dễ hiệu chỉnh và sửa chữa.
- Đảm bảo giải nhiệt tốt cho xupap (đặc biệt là xupap thải).
Ngoài ra các chi tiết cũng phải đảm bảo yêu cầu của nó:
 Xupap: Tạo ra được tiết diện lưu thông lớn cho phép dòng khí dễ dàng di
chuyển qua, chịu nhiệt độ tốt, sức bền cơ học cao, chống ăn mòn hóa học
 Nấm xupap: Chịu được nhiệt độ cao, chịu va đập tốt.
 Thân xupap: Dẫn hướng chính xác, chịu nhiệt độ cao, chịu lực nghiêng khi
xupap đóng mở.
 Đế xupap: Phải tạo được sự kín khít cho buồng cháy, chịu va đập tốt, chịu
được nhiệt độ cao.
 Ống dẫn hướng: Dẫn hướng chính xác, có khả năng thoát nhiệt tốt.
 Lò xo xupap: Dập tắt được hiện tượng va đập trên bề mặt cam, độ cứng và độ
bền va đập cao, độ bền mỏi tốt, chịu nhiệt và chống gỉ tốt.
 Trục cam:Chịu xoắn, chịu uốn tốt, bề mặt vấu cam phải có khả năng chống
mài mòn cao.
Cò mổ:thiết kế cánh tay đòn nhỏ để giảm lực quán tính,chọn vật liệu có độ bền
mỏi tốt

5
Trang 5


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

PHẦN 2: NÊU PHƯƠNG ÁN – CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU
THEO YÊU CẦU
BỐ TRÍ
TRỤC CAM

SOHC

DẪN ĐỘNG TRỤC CAM

BỐ TRÍ
XUPAP

BÁNH RĂNG

DOHC

XÍCH

XUPAP TREO

ĐAI RĂNG

XUPAP ĐẶT

ÁC PHƯƠNG ÁN CỦA HT PHÂN PHỐI KHÍ DÙNG XUPAP
DẪN ĐỘNG XUPAP

KẾT CẤU NẤM XUPAP

KẾT CẤU
CON ĐỘI

TRỰC TIẾP

BẰNG

GIÁN TIẾP

LỒI

LÕM

CON ĐỘI HÌNH TRỤCON ĐỘI CON LĂNCON ĐỘI THỦY LỰC

LỒI

BIÊN DẠNG CAM

6
Trang 6

LÕM

TIẾP TUYẾN


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

2.1 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TRỤC CAM
Phương án

Ưu điểm

Nhược điểm

- Kết cấu đơn giản, nắp máy nhỏ gọn

hơn.

- Kết cấu động cơ sẽ rất phức
tạp nếu nhiều xupap trên một
xy lanh

- Dễ bảo trì ,sửa chữa.
SOHC
(Single
overhead
camshaft )

- Ở tốc độ thấp tạo Moment cao hơn
DOHC.
-Giá thành thấp hơn

-Moment và công suất ở tốc
độ cao thấp.
- Khó thay đổi, điểu chỉnh pha
phối khí tối ưu.

- Tăng hệ số nạp, thải.
- Tăng hiệu suất nhiệt.
- Tăng công suất.
DOHC
(Double
overhead
camshaft )

-Tiêu tốn xăng hơn.

- Thay đổi pha phối khí dễ dàng nên
dễ ứng dụng công nghệ van biến
thiên.
-Xupap không bị quá nóng và tăng
sức bền.
-Giảm ô nhiễm khí xả.
-Tiết kiệm nhiên liệu

7
Trang 7

-Moment và công suất thấp
hơn SOHC khi ở tốc độ thấp
- Tăng khối lượng động cơ và
cồng kềnh hơn.
-Khó sửa chữa.
- Giá thành cao.


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

Hình 1: Cách bố trí trục cam kiểu SOHC và DOHC

2.2 PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG TRỤC CAM
Phương án

Ưu điểm

Nhược điểm

- Kết cấu đơn giản khi khoảng cách trục - Tăng khối lượng động cơ.
ngắn.
- Độ ồn lớn khi làm việc.
BÁNH RĂNG - Đảm bảo liên kết chính xác giữa trục
- Giới hạn khoảng cách
khuỷu và trục cam, hiệu suất cao.
trục ngắn.

XÍCH

- Độ bền và tuổi thọ cao

- Phải bôi trơn

- Kết cấu đơn giản , gọn nhẹ.

- Giá thành chế tạo cao
-Ồn khi làm việc
- Phải có cơ cấu căng xích.
- Phải bôi trơn
- Bảo dưỡng thường xuyên

- Khoảng cách trục có thể lớn.
- Hiệu suất khá cao

8
Trang 8

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

ĐAI RĂNG

- Làm việc êm, không bị trượt, không
cần bôi trơn và phù hợp hơn với
khoảng cách trục lớn.
- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ

- Tuổi thọ thấp hơn
- Cần có cơ cấu căng đai

- Nhẹ nên giảm lực quán tính giúp tăng
tuổi thọ của các chi tiết kết cấu.

Hình 2: Dẫn động bằng bánh răng

Hình 3: Dẫn động bằng xích

9
Trang 9

Hình 4: Dẫn động bằng đai răng


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

2.3 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ XUPAP
Phương án

XUPAP
TREO

Ưu điểm

Nhược điểm

- Buồng cháy nhỏ gọn

- Dẫn động xupap phức tạp.

- Giảm tổn thất nhiệt.

- Tăng chiều cao động cơ.

- Dễ tăng tỷ số nén

- Kết cấu nắp xylanh phức
tạp, khó chế tạo.

-Tăng khả năng chống kích nổ
-Tăng tiết diện lưu thông dòng khí
- Dễ kiểm tra,điều chỉnh khe hở nhiệt
của các xupap.
- Kết cấu nắp xylanh đơn giản
- Dẫn động xupap dễ dàng.

XUPAP ĐẶT

- Rút ngắn chiều cao động cơ.

-Có khả năng xupap va
chạm với đỉnh piston.

- Buồng cháy không gọn.
- Diện tích truyền nhiệt lớn
- Hiệu suất nhiệt giảm, tăng
tổn thất khí động.
- Tiêu hao nhiên liệu nhiều
- Khó tăng tỷ số nén

Hình 5: Phương án bố trí xupap treo và xupap đặt

10
Trang 10


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

2.4 PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG XUPAP
Phương án

Ưu điểm

Nhược điểm

TRỰC TIẾP

- Không cần các chi tiết máy trung
gian như : con đội, đũa đẩy,....

- Dẫn động xupap đơn giản,chính
xác hơn

GIÁN TIẾP

-Kết cấu của động cơ gọn

- Cơ cấu dẫn động trục cam
rất phức tạp
- Dẫn động xupap phức tạp
- Cần nhiều chi tiết trung
gian như:con đội, đũa đẩy,....

Hình 6: Dẫn đông xupap trực Hình
tiếp 7: Dẫn động xupap gián tiếp

11
Trang 11


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

2.5 PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU NẤM XUPAP
Phương án

NẤM BẰNG

Ưu điểm

Nhược điểm

- Chế tạo đơn giản

- Khả năng lưu thông của
dòng khí nạp và thải không
tốt lắm.

- Có thể dùng cho cả xupap nạp và
xupap thải
- Cải thiện khả năng lưu thông của
dòng khí nạp vào xylanh

NẤM LÕM

NẤM LỒI

- Tăng độ cứng vững cho nấm
xupap.
- Cải thiện khả năng lưu thông của
dòng khí thải.

- Khó chế tạo và bề mặt
chịu nhiệt lớn, dễ bị quá
nóng

- Khó chế tạo và bề mặt
chịu nhiệt lớn.
- Tản nhiệt cho xupap rất
khó khăn

Hình 8: Kết cấu nấm xupap

12
Trang 12


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

2.6 PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CON ĐỘI
Phương án

Ưu điểm

Nhược điểm

CON ĐỘI
HÌNH TRỤ

- Kết cấu đơn giản, nhẹ, dễ chế tạo.

- Chỉ dùng cho dạng cam lồi.
- Dễ bị mài mòn hơn.

CON ĐỘI
CON LĂN

- Có thể dùng cho tất cả các biên
dạng cam.
- Ma sát nhỏ, phản ánh chính xác
quy luật chuyển động nâng hạ của

cam.
- Khắc phục khe hở nhiệt.

CON ĐỘI
THỦY LỰC

- Có thể tự động thay đổi trị số thời
gian tiết diện của cơ cấu phân phối
khí.

- Kết cấu phức tạp.
- Có thể xảy ra hiện tượng kẹt
con lăn.

- Kết cấu phức tạp.
- Khả năng làm việc phụ
thuộc rất nhiều vào chất lượng
dầu nhờn.
-Giá thành cao.

2.7

Hình 9: Con đội hình trụ, con đội thủy lực và con đội con lăn ( theo thứ tự từ trái qua)

PHƯƠNG ÁN BIÊN DẠNG CAM
13
Trang 13


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

Phương án

Ưu điểm

CAM LỒI

- Có trị số thời gian-tiết diện
lớn nhất nên khả năng nạp
thải tốt hơn.

CAM TIẾP
TUYẾN

Nhược điểm

- Chế tạo đơn giản , làm việc
êm dịu.

- Có gia tốc dương lớn nhất nên
gây ra va đập nhiều hơn.

- Có trị số tuyệt đối gia tốc âm
lớn nhất nên lò xo chịu tải lớn.
- Khả năng nạp và thải kém
hơn

2.8 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
 Ta thiết kế trục cam nằm trên nắp máy: một trục cam nạp và một trục cam xả.
 Trục cam dẫn động từ trục khuỷu qua bộ truyền đai răng.
 Xupap treo, có 4 xupap cho 1 xylanh (2 nạp, 2 thải); hệ thống gồm 16 xupap chia

thành 2 dãy nạp thải độc lập nhau, đường góp nạp thải nằm về 2 phía của động cơ.
 Xupap loại nấm bằng.
 Xupap được dẫn động gián tiếp qua con đội hình trụ ( còn gọi là chén đội).
 Biên dạng cam lồi.
 Trục cam đúc liền khối, bánh đai trục cam được gắn vào đầu trục cam bằng then
bằng.
 Bôi trơn hệ thống bằng áp lực dầu được đẩy lên nhờ bơm dầu (bơm dầu dẫn động
từ trục khuỷu) , một số chi tiết phải có đường dẫn dầu để bôi trơn cưỡng bức đối với
cổ trục cam và bôi trơn nhỏ giọt lên bề mặt vấu cam.

14
Trang 14


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

PHẦN 3: TÍNH TOÁN NHIỆT
3.1. GIỚI THIỆU TÍNH TOÁN NHIỆT
3.1.1 Mục đích tính toán
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 + giãn nở
+ Quá trình thải
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
pe

Ni

áp suất có ích trung bình
, công suất chỉ thị
ηe
và suất tiêu hao nhiên liệu ge của động cơ, …

, công suất có ích

Ne

pi

,

, hiệu suất

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 Hướng dẫn đồ án môn học Động
Cơ Đốt Trong[1]
15
Trang 15


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

3.1.2 Chế độ tính toán
Chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bằng các thông số cơ bản như công
suất có ích, momen xoắn có ích, tốc độ quay và nhiều thông số khác. Các thông số
ấy có thể ổn định hoặc thay đổi trong một phạm vi rộng tùy theo công dụng của
động cơ.
Chế độ được chọn để tính toán gọi là chế độ tính toán. Chế độ tính toán phải là
nhứng chế độ có ảnh hưởng nhiều đến sức bền, tuổi thọ của các chi tiết đối với từng
loại động cơ cụ thể và chế độ phụ tải.
Đối với động cơ cao tốc, chế độ tính là chế độ công suất lớn nhất thường được
chọn để tính, vì ở đó các lực khí thể và quán tính đều lớn. Các chế độ tính toán phải
tiến hành đối với phụ tải toàn phần ứng với lượng cung cấp nhiên liệu lớn nhất, vì ở
đó trạng thái nhiệt của động cơ và phụ tải cơ học cao nhất.
Những chế độ tính toán khác như: chế độ tải cục bộ, khi thay đổi thành phần hỗn
hợp cháy, thay đổi góc đánh lửa hoặc góc phun sớm nhiên liệu chỉ tiến hành khi cần
khảo sát riêng biệt.
Giá trị của áp suất lớn nhất và áp suất trung bình có thể chênh lệch nhau khoảng
5÷10%. Điều này do các yếu tố như điều kiện khí động của quá trình nạp, sự biến
động của quá trình cung cấp nhiên liệu, tạo hỗn hợp và cháy… chi phối.

3.2. CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ
S Thông
số

1 - Loại
động
cơ
:
Toyota
1NZFE
2 - Công
suất :
Ne/nN =
79
Kw /
6000
vòng/
phút
3Số
vòng
quay :
16
Trang 16


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

nmax =
6000
vòng/
phút
4 - Chọn
số xy
lanh : 4

xy lanh
thẳng
hàng
5 - Tỷ số
nén :
ε
=
10,5:1
6 - Tỷ số
S x D
=84.7 x
75
7Momen
t động
cơ
:
Me/n
=
139Nm
/ 4200
vòng/
phút
3.2.1. Loại động cơ
Trong quá trình thiết kế mới động cơ, người thiết kế phải chú ý đến phạm vi ứng
dụng của động cơ thiết kế. Đó là cơ sở để xác định phương án và lựa chọn các
thông số tham khảo trong quá trình thiết kế do đặc điểm của mỗi loại động cơ chỉ
đáp ứng tốt nhất cho một phạm vi ứng dụng nhất định.
Động cơ bốn kỳ thường có công suất trung bình, ứng dụng rộng rãi trong giao thông
vận tải đường bộ vì chúng có tính tiết kiệm và tuổi thọ cao, các quá trình công tác
hoàn thiện hơn động cơ hai kỳ

17
Trang 17


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT
3.2.1 Công suất (Ne)
Cần lựa chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu của máy công tác. Tuy nhiên,
công suất thiết kế của động cơ còn phải phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước quy định
về dãy công suất của động cơ.
Chú ý: đối với động cơ xăng là công suất có ích lớn nhất Nemax
3.2.2 Số vòng quay (n)
Công suất của động cơ tỷ lệ thuận với số vòng quay. Động cơ có số vòng quay lớn
sinh ra công suất lớn, trong khi kích thước và trọng lượng không tăng
Số vòng quay còn tùy thuộc và công nghệ và vật liệu chế tạo động cơ, công nghệ
ngày càng tiên tiến cho phép chế tạo động cơ có tốc độ ngày càng cao.
3.2.3. Chọn số xylanh (i)
Chọn số xylanh cần căn cứ vào điều kiện sau:
- Điều kiện cân bằng của động cơ và khả năng dùng đối trọng đơn giản để cân bằng
các lực quán tính và moomen quá tính.
- Độ đồng đều tốc độ quay trục khuỷu.
- Yêu cầu về kích thước bên ngoài, điều kiện lắp ghép ở nơi sử dụng động cơ.
- Đảm bảo động cơ gọn nhẹ, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo nhưng thân máy và hộp
trục khuỷu phải có độ cứng vững lớn nhất để giảm hao mòn cho các xylanh, piston,
trục khuỷu và ổ trục khuỷu
3.2.4. Tỷ số nén (ε)
Đối với động cơ xăng, ε được quy định bởi tính chống kích nổ của nhiên liệu được
đặc trưng bởi chỉ số octan. Tỷ số nén càng lớn đòi hỏi chỉ số octan của nhiên liệu
càng lớn. Khi giảm phụ tải, khí sót tăng, nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới giảm, tính
chống kích nổ tăng. Do đó, động cơ làm việc ở chế độ phụ tải nhỏ thường được

thiết kế với ε cao hơn so với động cơ làm việc ở chế độ toàn tải.
3.2.5 Các thông số kết cấu
Chọn tỷ số S/D: ảnh hưởng đến kích thước khuôn khổ, trọng lượng và các tính năng
kinh tế- kỹ thuật của ĐCĐT.
Chọn thông số kết cấu λ=R/L: là tỷ số giữa bán kính quay trục khuỷu R (khoảng
cách từ tâm cổ trục khuỷu đến đường tâm của chốt khuỷu và bẳng S/2) và chiều dài
thanh truyền L.

18
Trang 18


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT

3.3 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO TÍNH TOÁN NHIỆT

p0

3.3.1 Áp suất không khí nạp ( )
- Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển :
po = 0,1013 MN/m2

[1]

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=29oC.
- Do đó: To = (tkk + 273)K = 29+273 = 302 K

[1]

pk

3.3.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp ( )
- Động cơ bốn kỳ không tăng áp: pk = po = 0,1013 MN/m2

[1]

(Do kết cấu của đường ống nạp đơn giản, trở lực và tổn thất do ma sát nhỏ nên xem
như bằng 0).
Tk

3.3.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp ( )
- Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp Tk = To = 302 K

[1]

(Trong quá trình làm việc xylanh nóng nên truyền nhiệt ra bên ngoài họng nạp là gia
nhiệt cho không khí ngoài họng nạp nóng lên một lượng) .

19
Trang 19


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT
pa

3.3.5 Áp suất cuối quá trình nạp ( )
- 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 cụ thể là do tổng thất áp tỷ lệ thuận

với số vòng quay của trục khuỷu mà động cơ ta dùng có số vòng quay cao nên tổng
thất áp nhiều mà pa= po-∆pk=(0,8-0,95)po nên ta chọn:
pa = 0,9.po = 0,09117 MN/m2
3.3.6 Chọn áp suất khí sót (pr)
- Đối với động cơ xăng chọn pr = 0,12 MN/m2

[1]
[1]

(Pr Phụ thuộc vào tổn thất áp, tổn thất áp tỷ lệ thuận với số vòng quay trục khuỷu,
mà động cơ ta sử dụng là động cơ cao tốc vì thế tổng thất áp sẽ lớn do vậy ta chọn
pr=0,11 đối với động cơ xăng).
3.3.7 Nhiệt độ khí sót (Tr)
- Động cơ xăng chọn: Tr = 1050 K

[1]

(Do động cơ ta làm việc với tốc độ cao vì thế lượng khí cháy sẽ khó thải hết ra
ngoài trong thời gian ngắn  lượng khí sót còn tồn động lại  Nhiệt độ khí sót còn
lại sẽ cao Tr = (900-1100)K Nên ta chọn 1050K).
3.3.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (∆T)
- Chọn ∆T = 20 oC
(Là độ tăng nhiệt độ do thành xylanh tỏa ra gia nhiệt cho lượng hòa khí nạp vào bồn
cháy thông thường ∆T = 0-30 oC do động cơ ta dùng là cao tốc vì thế nhiệt do làm
việc buồng cháy khá cao do vậy ta chọn ∆T = 20 oC).
3.3.9 Chọn hệ số nạp thêm λ1
- Hệ số nạp thêm λ1 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 Va.
- Do động cơ ta sử dụng là động cơ cao tốc vì số vòng quay lớn cho nên lực quán
tính hút vì thế cũng lớn do vậy lớn khí nạp thêm cũng tăng theo thông thường trong

khoảng λ1=1,02-1,07)
Chọn :

λ1 = 1,05 [1]

3.3.10 Chọn hệ số quét buồng cháy λ2
- Động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn λ2 = 1
20
Trang 20

[1]


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT
3.3.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt
- Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt
độ khí sót Trd dựa vào thực nghiệm để tính toán nên ta chọn:
- Đối với động cơ xăng α = 0,92 ta chọn λt =1,15

[1]

3.3.12 Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm Z (ξZ)
- 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.
- Dựa trên phân tích tổng thể các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số lợi dụng nhiệt như
mức độ hòa trộn, hiện tượng cháy rớt… ta có giới hạn thực nghiệm ξZ = 0,75-0,92
do động cơ ta sử dụng là cao tốc vì thế khả năng hòa trộn không cao và hiện tượng
cháy rớt tăng vì thế ta chọn:
ξZ = 0,865

[1]

3.3.13 Hệ số lợi dung nhiệt tại điểm b (ξb)
- Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb phụ thuộc vào nhiều yếu tố, Khi tốc độ động cơ
càng cao, cháy rớt càng tăng, mà động cơ ta sử dụng là cao tốc sẽ dẫn đến ξb không
lớn nên:
Căn cứ theo bảng 1,8 chọn ξb = 0,95

[1]

3.3.14 Chọn hệ số dư lượng không khí α
- Lượng không khí đi vào xy lanh M1có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn Mo.
α = M1/Mo.

[1]

- Trong đó: M1- lương không khí thực tế nạp vào xylanh.
Mo- lượng không khí lý thuyết cần thiết đốt cháy 1kg nhiên liệu.
- Do động cơ ta dùng là động cơ xăng chọn hệ số α thông thường nằm trong khoảng
α = 0,85-0,95.
Ta chọn α = 0,92

[1]

3.3.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (ϕd)
- Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực
tế so với đồ thị công tính toán đươc lựa theo hệ số kinh nghiệm đối với động cơ
xăng ϕd = 0,93-0,97.
Ta chọn ϕd = 0,93

[1]

21
Trang 21


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT
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
λp =

nén:

pz
pc

- Trong đó: pz - áp suất cuối quá trình cháy.
pc - áp suất cuối quá trình nén.
- Đối với động cơ cao tốc thì tỷ số này nên tăng để đảm bảo mức độ đồng nhất của
hỗn hợp tuy nhiên do động cơ dùng với mức đích để cắt cỏ nên yêu cầu này không
thật sự cần thiết và để kết cấu của máy máy được bền hơn thông thường tỷ số λp =34 nên ta chọn:
- Động cơ xăng chọn λ = 3.7

[1]

3.4 TÍNH TOÁN NHIỆT
3.4.1 Quá trình nạp :
Hệ số nạp (η v ) :

p

pa 
Tk
1
ηv =
ελ1 − λ t λ 2  r

ε − 1 TK + ∆T p k
 pa


1

m 

 


[1]

1


1
302 0, 09117 
 0,12 1,5 
=
.
.
10,5.1, 05 − 1,15.1. 
÷

10.5 − 1 302 + 20 0,1013 
 0, 09117  


= 0,8569

-Trong đó : m = 1,5 - là chỉ số đa biến trung bình của không khí.
Hệ số khí sót (γr ) :
γr =

λ 2 (Tk + ∆T ) p r
. .
Tr
pa

1
1

 P m
ελ1 − λt .λ2 .  r ÷
 Pa 
1.(302 + 20) 0,12
1
=
.
.
= 0, 0419
1
1050
0.09117

 0,12 1,5
10,5.1, 05 − 1,15.1. 
÷
 0, 09117 

22
Trang 22

[1]


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT
Nhiệt độ cuối quá trình nạp ( Ta ) :
m −1

TΔT
λ+γ Tt
k +
Ta =

 pa  m
÷
r
 pr 

r

1γ+

r

1,5 −1

 0,09117  1,5
302 + 20 + 1,15.0,0419.1050. 
÷
 0,12 
=
= 353,3 oK
1 + 0, 00419

3.4.2 Quá trình nén : ( Đoạn 1-2)

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới.
mc v = 19,806 +

0,00419.302
= 20,34 kJ/kmol K
2

[1]

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy.
23
Trang 23

[1]


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT
"

mc v = (19,806 +

0, 00419.302 1
) + (360,34 + 252, 4 × 0,92) ×10 −4.302 = 21,33 kJ/kmol K
2
2

[1]

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén.
'

mc v =

"
v

mcγv +mcr
1γ+ r

= 20, 47 kJ/kmol K

[1]

Xác định chỉ số nén đa biến trung bình n1 :
n1 − 1 =

8,314
b

a 'v + Ta ε n1 −1 + 1
2

(

)
[1]

- Bằng cách thay dần các giá trị n1 vào hai vế của phương trình trên đến khi cân
bằng nhau ta được giá trị : n1 = 1,3724
Áp suất quá trình nén pc :
p c = pεa

n1

=0,09117.10,5 1,3724 =2, 298

MN/m2

[1]

Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc :
Tc = Ta .ε n1 −1 = 353,3.10,51,3724−1 = 848,22

24
Trang 24

K

[1]

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐCĐT
3.4.3 Quá trình cháy : (Đoạn 2-3)

Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu xăng.
Mo =

1  0,855 0,145 0 
+
− ÷ = 0,512

0,21  12
4
32 

kmol kk/kg nl

[1]

Lượng khí nạp mới thực tế vào xylanh.
Mα.M
1 =

o

+

1
0,92.0,512

=
μ n1

+

1
0,48
=
110

Lượng sản vật cháy.

25
Trang 25

kmol kk/kg nl

[1]