THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ĐHBK TPHCM

Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1......................................................................................................................6
PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG
SINH HỌC........................................................................................................................ 6
CHƯƠNG 2......................................................................................................................7
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHO TỪNG HỆ THỐNG.....................................7
2.1.

Chọn phương án thiết kế cho cụm cố định.......................................................7

2.1.1.

Thân máy......................................................................................................7

a) Loại thân máy kiểu thân xi-lanh – hộp trục khuỷu.........................................7
b) Kiểu chịu lực của thân máy.............................................................................8
c) Phương án ổ trục – bạc lót...............................................................................8
d) Phương án lót xi-lanh......................................................................................9
2.1.2.

Nắp xi-lanh.................................................................................................10

a) Phương án chọn nắp xi-lanh.........................................................................10
b) Phương án chọn gioăng nắp xi-lanh.............................................................11
2.2.

Chọn phương án thiết kế cho hệ thống phát lực.............................................11

2.1.1.

Pit-tông........................................................................................................11

a) Phương án đỉnh pit-tông................................................................................11
b) Phương án đầu pit-tông.................................................................................12
c) Phương án thân và chân pit-tông..................................................................12
2.1.2.

Chốt pit-tông...............................................................................................12

a) Phương án vật liệu.........................................................................................12
b) Phương án kết cấu chốt pit-tông....................................................................13
c) Phương án lắp chốt pit-tông...........................................................................13
2.1.3.

Xéc-măng....................................................................................................13

2.1.4.

Thanh truyền..............................................................................................14

a) Phương án vật liệu.........................................................................................14
b) Phương án đầu nhỏ thanh truyền..................................................................14
c) Phương án thân thanh truyền........................................................................15
Trang 1


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

d) Đầu to thanh truyền.......................................................................................15
2.1.5.

Trục khuỷu..................................................................................................15

2.1.6.

Bánh đà.......................................................................................................17

a) Phương án vật liệu.........................................................................................17
b) Phương án kết cấu bánh đà...........................................................................17
2.3.

Chọn phương án thiết kế hệ thống bôi trơn....................................................18

Nguyên lý làm việc...................................................................................................19
2.4.

Chọn phương án cho thiết kế hệ thống làm mát.............................................20

2.5.

Chọn phương án thiết kế hệ thống đánh lửa..................................................20

2.5.1.

Sơ đồ............................................................................................................21

2.5.2.

Nguyên lý....................................................................................................21

2.6.

Chọn phương án thiết kế cho hệ thống nhiên liệu..........................................22

2.6.1.

Phương án bộ chế hoà khí..........................................................................22

2.6.2.

Phương án phao xăng................................................................................23

2.6.3.

Phương án buồng phao..............................................................................23

2.6.4.

Phương án bình lọc không khí...................................................................24

2.6.5. Sơ đồ khối hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí:......................25
2.6.6.

Nguyên lý hoạt động...................................................................................25

CHƯƠNG 3....................................................................................................................26
TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.........................................................26
3.1.

Các thông số cho trước của động cơ tham khảo.............................................26

3.2.

Chọn các thông số cho tính toán nhiệt.............................................................26

3.2.1.

Áp suất không khí nạp (p0).........................................................................26

3.2.2.

Nhiệt độ không khí nạp mới (T0)................................................................26

3.2.3.

Áp suất khí nạp trước xú-pap nạp (pk).......................................................26

3.2.4.

Nhiệt độ khí nạp trước xú-pap nạp (Tk).....................................................26

3.2.5.

Áp suất cuối quá trình nạp (pa)..................................................................26

3.2.6.

Chọn áp suất khí sót (pr).............................................................................27

3.2.7.

Nhiệt độ khí sót (Tr)....................................................................................27

3.2.8.

Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (T ) ..........................................................27

3.2.9.

Chọn hệ số nạp thêm 1 ..............................................................................27
Trang 2


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

3.2.10. Chọn hệ số quét buồng cháy 2 .................................................................27
3.2.11. Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t ................................................................28
3.2.12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (  z )...........................................................28
3.2.13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ( b )...........................................................28
3.2.14. Chọn hệ số dư lượng không khí α..............................................................28
3.2.15. Chọn hệ số điền đầy đồ thị công

 d  .........................................................28

3.2.16. Tỷ số tăng áp...............................................................................................29
3.3.

Tính toán nhiệt..................................................................................................29

3.3.1.

Quá trình nạp..............................................................................................29

3.3.2.

Quá trình nén..............................................................................................29

3.3.3.

Quá trình cháy............................................................................................30

3.3.4.

Quá trình giãn nở.......................................................................................31

3.3.5.

Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình........................................32

3.3.6.

Tính thông số kết cấu của động cơ.............................................................33

3.3.7.

Vẽ đồ thị công chỉ thị..................................................................................35

3.3.8.

Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công...............................................35

CHƯƠNG 4....................................................................................................................39
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC............................................................................................39
CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN..........................................................39
4.1.

Phân tích động học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền...........................39

4.2.

Động học của pit-tông.......................................................................................39

4.2.1.

Chuyển vị của pit-tông................................................................................39

4.2.2.

Vận tốc của pit-tông....................................................................................41

4.2.3.

Gia tốc của pit-tông.....................................................................................43

CHƯƠNG 5....................................................................................................................46
TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU..................................................................46
TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN...........................................................................46
5.4.1.

Khối lượng các chi tiết chuyển động..........................................................54
Trang 3


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

5.4.2.

Lực và moment tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền.............57

5.4.3.

Lực khí thể trong xi-lanh Pkh......................................................................57

5.4.4.

Lực quán tính.............................................................................................58

5.4.5.

Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền:............................59

5.4.6.

Moment tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền...........................67

5.4.7.

Hệ lực và moment tác dụng trên trục khuỷu..............................................69

5.4.8.

Cân bằng động cơ.......................................................................................74

CHƯƠNG 6....................................................................................................................76
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM CÁC HỆ THỐNG.....................................................76
6.1.

HỆ THỐNG CỐ ĐỊNH....................................................................................76

6.1.1.

Tính bền lót xi-lanh....................................................................................76

6.1.2.

Tính bền bu-lông ghép thân với nắp xi-lanh.............................................76

6.1.3.

Tính sức bền của gujong chịu lực..............................................................77

6.1.4.

Tính bền nắp xi-lanh..................................................................................78

6.2.

HỆ THỐNG BÔI TRƠN..................................................................................80

6.2.1.

Xác định những thông số cơ bản của hệ thống.........................................80

6.2.2.

Tính toán ổ trượt.........................................................................................80

6.3.

HỆ THỐNG PHÁT LỰC.................................................................................89

6.3.1.

Thiết kế phác thảo.......................................................................................89

6.3.2.

Kết cấu động cơ...........................................................................................91

6.3.3.

Thiết kế cơ cấu phát lực.............................................................................92

6.3.4.

Thiết kế kỹ thuật cơ cấu phát lực...............................................................96

6.4. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU XĂNG DÙNG BỘ CHẾ HÒA KHÍ (tính toán
các bộ phận chính của bộ chế hóa khí)....................................................................119
6.4.1.

Xác định kích thước họng........................................................................121

6.4.2.

Tính gíc-lơ và vòi phun.............................................................................123

6.4.3.

Đặc tính của bộ chế hòa khí.....................................................................126

6.4.4.

Buồng phao...............................................................................................126

6.4.5.

Thùng xăng...............................................................................................127

Trang 4

Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20
BẢNG PHÂN CÔNG
STT
Họ và tên

MSSV

1

Dương Phan Vạn Lộc

G1201996

2

Nguyễn Đinh Minh
Khánh

3

Nguyễn Hoàng Duy

G1200548

4

Bùi Thành Lam

G1201816

5

Tô Quốc Phú

GVHD: Huỳnh Thanh Công

Nhiệm vụ
– Phân tích điều kiện làm việc và yêu cầu.
– Chọn phương án thiết kế hệ thống đánh lửa.
– Chọn phương án thiết kế, tính toán kiểm
nghiệm hệ thống cố định.
– Chọn phương án thiết kế, tính toán kiểm
nghiệm hệ thống nhiên liệu.
– Tính toán nhiệt.
– Chọn phương án thiết kế, tính toán kiểm
nghiệm hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát.
– Tính toán Động học.
– Chọn phương án thiết kế, tính toán kiểm
nghiệm hệ thống phát lực.
– Tính toán Động lực học.

Trang 5


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

CHƯƠNG 1

PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ YÊU CẦU
CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG SINH HỌC
Nhiên liệu sinh học được sử dụng tại nhiều quốc gia trên thế giới từ nhiều năm
nay. Đây được coi là giải pháp bảo vệ môi trường, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa
thạch. Một mặt, nhiên liệu sinh học góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng
trong tương lai do tốc độ khai thác và sử dụng dầu thô ngày càng lớn dẫn tới nguy cơ ô
nhiễm môi trường, trái đất nóng lên và biến đổi khí hậu. Mặt khác, nhiên liệu sinh học
góp phần phát triển kinh tế nông thôn, tăng thu nhập cho người dân ở vùng sâu, vùng xa,
những nơi có tiềm năng lớn đối với lĩnh vực nông, lâm nghiệp.
Việc sử dụng xăng sinh học giúp cải thiện tính năng động cơ, giảm phát thải, tăng
chỉ số octan (tăng khả năng chống kích nổ của nhiên liệu), quá trình cháy trong động cơ
diễn ra triệt để hơn do hàm lượng oxy cao hơn xăng thông thường. Vì thế, nhóm chúng
em chọn xăng sinh học E20-RON95 (20% ethanol, 80% xăng RON95) và thiết kế động
cơ sử dụng xăng này theo mẫu động cơ tham khảo Kohler Command PRO CH270.
Do hàm lượng cồn trong nhiên liệu khá cao nên có thể dẫn tới hiện tượng tách lớp,
ảnh hưởng tới quá trình cung cấp nhiên liệu và chất lượng làm việc của động cơ khiến
cho tỉ lệ xăng/không khí trở nên không chính xác.
Cồn cũng sẽ ăn mòn các bình xăng cấu thành từ vật liệu sợi thuỷ tinh, ống cao su
và đường dẫn bằng plastic. Nó cũng tiềm ẩn nguy cơ gây rỉ sét do làm đọng nước trong
nhiều chi tiết kim loại
Ngoài ra, cồn ethanol có tính hút ẩm mạnh hơn xăng rất nhiều. Điều này có thể
gây ra hiện tượng đọng nước bên trong bình xăng, và các bộ phận khác như chế hoà khí,
xi-lanh, đường ống dẫn – hay bất cứ bộ phận nào có khoảng trống không khí. Việc xuất
hiện nước trong hệ thống dẫn xăng sẽ làm giấy bên trong lọc xăng thông thường bị phồng
lên và chẹn đường chảy của nhiên liệu tới động cơ.
Do đó, động cơ thiết kế cần phải chú ý yêu cầu về tính bền, chống sự ăn mòn của
nhiên liệu nhưng vẫn đảm bảo về hiệu quả khi sử dụng.
Động cơ thiết kế lại là động cơ tĩnh tại 4 kỳ, một xi-lanh, hoạt động với công suất
tối đa là 5,2 KW, tốc độ vòng quay tối đa cần đạt được là 4000 vòng/phút tuy không nhỏ
gọn bằng động cơ 2 kỳ nhưng có tính kinh tế cao hơn.

Trang 6


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

CHƯƠNG 2
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHO TỪNG HỆ THỐNG
2.1.
2.1.1.

Chọn phương án thiết kế cho cụm cố định.
Thân máy

a) Loại thân máy kiểu thân xi-lanh – hộp trục khuỷu

Hình 2-1 Thân máy kiểu thân xi-lanh – hộp trục khuỷu
 Ưu điểm
+ Nhẹ, tốn ít kim loạt và có độ cứng vững tương đối lớn, bảo đảm độ khít giữa thân xilanh và khoang làm mát.
+ Giảm bớt được mặt lắp ghép, gia công đơn giản.
+ Thân máy vẫn đủ độ bền dù vách ngăn tương đối mỏng.
 Nhược điểm
+ Chế tạo rất khó, nhất là các loại động cơ có đường kính xilanh lớn.
+ Khó khăn trong quá trình sửa chữa.
Thân máy - nắp xi-lanh thường chế tạo theo phương pháp đúc.
Thân xi-lanh được đúc bằng nhôm để giảm khối lương nhưng vẫn đảm bảo được độ
cứng vững.
Trang 7

Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

b) Kiểu chịu lực của thân máy
Dựa vào tình trạng chịu lực của thân máy kiểu thân xi-lanh – hộp trục khuỷu của
ta chọn phương án thân xi-lanh chịu lực.
Lực khí thể tác dụng trên nắp máy sẽ truyền cho thân xi-lanh qua các gujông nắp
máy, lực tác dụng sẽ gây ra ứng suất kéo trên các tiết diện thẳng góc với đường tâm xilanh của thân máy. Thường dùng ở động cơ xăng.
 Ưu điểm
+ Độ cứng vững lớn.
+ Gân chịu lực.
+ Giảm bớt được mặt lắp ghép, đỡ tốn kim loại.
 Nhược điểm
+ Chế tạo rất khó, nhất là các loại động cơ có đường kính xi-lanh lớn.
c) Phương án ổ trục – bạc lót.
Ổ trục được dùng để đỡ các trục quay hoặc đỡ chi tiết máy quay trên trục. Nhờ có ổ
mà trục hoặc chi tiết quay trên trục có vị trí xác định và quay quanh đường tâm định sẵn.
Theo tính ma sát trong ổ, có hai loại: ổ trượt và ổ lăn.
Dựa vào kết cấu của động cơ ta chọn ổ lăn.
Ổ lăn có cấu tạo gồm vòng trong; vòng ngoài, các con bi và vòng cách.
 Ưu điểm
+ Hệ số ma sát nhỏ.
+ Bôi trơn đơn giản.
+ Ít tốn vật liệu bôi trơn.
+ Được tiêu chuẩn hóa và tính lắp lẫn rất tốt.
 Nhược điểm
+ Tuổi thọ thấp.
Trang 8

Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

+ Kích thước lớn.
+ Khó lắp ghép.
d) Phương án lót xi-lanh.

Hình 2-2 Lót xi-lanh liền thân máy
Động cơ có lót xi-lanh khô làm bằng gang, được gắn liền trên suốt chiều dài của xilanh.
 Ưu điểm
+ Lót xi-lanh khô có độ cứng vững lớn, có thể làm mỏng và do đó tốn ít vật liệu quý.
+ Lót xi-lanh khô không sợ bị lọt khí.
 Nhược điểm
+ Khó gia công.
+ Khả năng làm mát kém.

Trang 9


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

2.1.2.
Nắp xi-lanh
a) Phương án chọn nắp xi-lanh
Chọn kiểu làm mát trên nắp máy động cơ là làm mát bằng gió có cánh tản nhiệt.

Vật liệu: Hợp kim nhôm – silic A356
 Ưu điểm
+ Dễ chế tạo, thích hợp hoạt động ở các nơi thiếu nước.
 Nhược điểm
+ Tải nhiệt kém hiệu quả hơn, to và cồng kềnh.
Nắp xi-lanh động cơ xăng có kết cấu tuỳ thuộc vào kiểu buồng cháy, số xu-páp,
cách bố trí xu-páp và bu-gi, kiểu làm mát động cơ cũng như cách bố trí đường thải nạp
trên nắp xi-lanh.
Do đó các phương án chọn nắp xi-lanh phụ thuộc vào kiểu buồng cháy trên động
cơ. Ta chọn nắp máy có buồng cháy bán cầu.
-

Thường được dùng trong các động cơ xăng có cơ cấu xupap treo, động cơ xăng cỡ
nhỏ như động cơ mô tô, xuồng máy.
- Dùng xu-páp treo, có xu-páp nạp lớn hơn xu-páp thải, có bu-gi đặt trên nắp xilanh, khoảng cách từ bu-gi đến điểm xa nhất của buồng cháy gần bằng đường kính
xi-lanh.
- Trên nắp máy có các lỗ nước, lỗ bắt gujông, và lỗ để luồng đũa đẩy...
- Vách buồng cháy được làm mát tốt để tránh kích nổ.
 Ưu điểm
+ Nắp máy ở buồng đốt này có kết cấu nhỏ gọn.
+ Xu-páp thải và xu-páp đóng bố trí ở 2 phía khác nhau.
 Nhược điểm
+ Nếu đỉnh pit-tông được làm lồi lên để tăng tỷ số nén và tạo xoáy lốc thì trong buồng
đốt sẽ cháy dữ dội khó làm mát ở đỉnh pit-tông.

Trang 10


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

b) Phương án chọn gioăng nắp xi-lanh
Gioăng được làm bằng cao su silicone.
 Ưu điểm:
+ Có khả năng bao kín tốt, bền dai, mềm dẻo, chịu nhiệt tốt.
+ Khi siết bu-lông thì gioăng bị biến dạng tương đối nhiều do đó tiếp xúc tốt với những
mặt tiếp xúc không phẳng.
+ Chiều dày càng lớn thì lắp ghép càng dễ ăn khít.
 Nhược điểm: khi sữa chữa thay thế thì không được tùy tiện thay đổi chiều dày vì
sẽ ảnh hưởng đến tỉ số nén.

2.2.

Chọn phương án thiết kế cho hệ thống phát lực

2.1.1.

Pit-tông

Vật liệu: Hợp kim nhôm – silic A13S
 Ưu điểm
+ Khối lượng nhẹ, trọng lương riêng bé, nên lực quán tính nhỏ.
+ Có độ bền cao.
+ Dẫn nhiệt tốt.
 Nhược điểm
+ Ở nhiệt độ cao nhiệt độ giảm nhiều.
+ Chịu mòn kém hơn gang.
+ Đắt tiền.
a) Phương án đỉnh pit-tông

Ta thiết kế đỉnh pit-tông theo dạng lõm.
 Ưu điểm: Tạo xoáy lốc nhẹ trong quá trình nén.
 Nhược điểm: Diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng.

Trang 11


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

b) Phương án đầu pit-tông
Chọn phương án thân pit-tông có 3 rãnh xéc-măng bao gồm 2 xéc-măng khí và 1 xécmăng dầu.

Hình 2-3. Phương án đỉnh và rãnh xéc-măng của pit-tông
c) Phương án thân và chân pit-tông
Cắt bỏ một phần chân pit-tông để giảm trọng lượng thân pit-tông.

Hình 2-4. Phương án thân pit-tông và chân pit-tông
2.1.2.
Chốt pit-tông
a) Phương án vật liệu
Sử dụng vật liệu là thép cac-bon 45 có thành phần cac-bon trung bình
Trang 12


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

b) Phương án kết cấu chốt pit-tông
 Ưu điểm
+ Đơn giản, dễ chế tạo.
+ Khối lượng nhẹ
 Nhược điểm
+ Chốt mài mòn không đều

Hình 2-5 Kết cấu chốt pit-tông
c) Phương án lắp chốt pit-tông

Hình 2-6 Phương án lắp chốt pit-tông
Ta chọn phương án chốt pit-tông lắp tự do, đây là phương pháp được dùng thông dụng
vì có những ưu điểm sau:
+ Do chốt quay tự do quanh thân nên mòn đều và mặt chịu lực luôn thay đổi khiến chốt ít
bị mỏi.
+ Nếu bị bụi lọt vào thì vẫn có khả năng làm việc.
2.1.3.

Xéc-măng

Sử dụng xéc-măng có tiết diện hình chữ nhật.
Trang 13


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

Vật liệu chế tạo xéc-măng: sử dụng gang xám hợp kim XM.

Hình 2-7 Kết cấu và miệng của xécmăng

Hình 2-8 Sơ đồ bố trí xécmăng
2.1.4.
Thanh truyền
a) Phương án vật liệu
Sử dụng thép hợp kim thép carbon C45 vì giá thành rẻ và dễ gia công chế tạo.
b) Phương án đầu nhỏ thanh truyền

Hình 2-9 Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền
Trang 14


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

c) Phương án thân thanh truyền
Ta chọn thân thanh truyền có tiết diện như sau

Hình 2-10 Kết cấu thân thanh truyền
d) Đầu to thanh truyền
Ngoài việc đảm bảo bền cho thanh truyền, đầu to còn gắn thêm một gàu dùng để
tạt dầu bôi trơn.

Hình 2-10 Kết cấu đầu to thanh truyền
2.1.5.

Trục khuỷu

Ta dùng thép cacbon 1050
 Ưu điểm
+ Hệ số ma sát trong cao, thép cacbon có khả năng giảm dao động xoắn.
+ Giá thành thấp.

Trang 15


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

 Khuyết điểm
+ Sức bền kém hơn thép hợp kim => khắc phục bằng biện pháp gia công. Tại các bề mặt
làm việc có lắp bạc lót hợp kim để chống mòn và dễ thay thế.
Sử dụng phương pháp bôi trơn cưỡng bức bằng các mạch dầu.
Sử dụng trục khuỷu có chốt khuỷu rỗng.
2.1.6.
Bánh đà
a) Phương án vật liệu
Chọn thiết kế bánh đà từ gang xám GX80.
• Ưu điểm:
– Sức bền cơ học cao
– Dễ đúc, gia công cơ tương đối tốt
– Rẻ tiền
• Nhược điểm: do thể tích bánh đà khá lớn nên khi đúc dễ rạn nứt
b) Phương án kết cấu bánh đà
- Bánh đà dạng vành: loại này có momen quán tính lớn. Thường đc lắp với đuôi
trục khuỷu hình côn, có then định vị. Có kích thước lớn nên thường dùng ở các động cơ
tĩnh tại.

Do động cơ đã chọn là động cơ tĩnh tại và có đuôi trục khuỷ hình côn nên ta chọn
thiết kế bánh đà dạng vành.
 Ưu điểm:
+ Phần lớn khối lượng được phân bố ở vành nên có thể làm giảm tối đa khối lượng
và vật liệu chế tạo bánh đà nhưng vẫn đảm bảo được moment quán tính lớn đủ cho động
cơ hoạt động êm dịu.
 Nhược điểm:
+ Kết cấu không được vững chắc như các loại kết cấu khác bởi phần lớn khối
lượng được tập trung bên ngoài vành.

Trang 16


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

Nguyên lí làm việc
Trong động cơ đốt trong kiểu pit-tông, thanh truyền, trục khuỷu các cụm chi tiết
làm việc trên nguyên tắc sau
-

Nhóm pit-tông chuyển động tịnh tiến truyền lực khí thể cho thanh truyền

-

Nhóm thanh truyền là chi tiết chuyển động trung gian, có chuyển động phức
tạp ( chuyển động song phẳng) để biến chuyển động tịnh tiến của pit-tông
thành chuyển động quay của trục khuỷu

-

Trục khuỷu có chuyển động quay và truyền công suất của động cơ ra ngoài để
dẫn động máy công tác.

Động cơ bốn kì hoạt động theo nguyên lí sau
-

Kỳ nạp: 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 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.

-

Kỳ giãn nở sinh công: xảy ra quá trình cháy – giãn nở và sinh công. Pit-tông
nhận áp lực từ khí cháy sinh ra trong xi-lanh 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: 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.

2.3.

Chọn phương án thiết kế hệ thống bôi trơn

Động cơ có một xi-lanh nằm nghiêng nên ta chọn phương án bôi trơn vung té. Trên
đầu to thanh truyền có lắp gàu tát dầu lên các vị trí cần được bôi trơn.
Trang 17


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

 Ưu điểm
+ Đơn giản, dễ bố trí.
 Nhược điểm
+ Không đảm bảo lưu lượng dầu bôi trơn của ổ trục.
+ Chỉ áp dụng cho các động cơ công suất nhỏ, tốc độ thấp.

Hình 2-11

(a)

(b)

Hình 2-12 (a) Đầu to thanh truyền; (b)
Nguyên lý làm việc
Khi động cơ làm việc (trục khủyu quay), dầu nhờn chứa trong cacte được thìa múc
dầu lắp trên đầu to thanh truyền (a) hắt tung lên. Mỗi vòng quay của trục khủyu thì thìa
hắt dầu múc dầu một lần làm cho các hạt dầu vung té khắp nơi bên trong động cơ và rơi

tự do xuống các mặt ma sát của ổ trục. Để bảo đảm cho các ổ trục không bị thiếu dầu,
trên các vách ngăn bên trên ổ trục thường có các gân hứng dầu.
Trang 18


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

2.4.

GVHD: Huỳnh Thanh Công

Chọn phương án cho thiết kế hệ thống làm mát

Do là động cơ tĩnh tại, thành thân máy không đủ dày làm hệ thống đường đi của
nước làm mát nên ta quyết định dùng phương án làm mát bằng không khí tự nhiên, có các
phiến tản nhiệt mặt ngoài của than xi-lanh.

Hình 2-13 Phương án bố trí cánh tản nhiệt trên thân xi-lanh
 Ưu điểm: đơn giản, dễ chế tạo.
 Nhược điểm: làm mát kém.

2.5.

Chọn phương án thiết kế hệ thống đánh lửa

Chọn phương án hệ thống đánh lửa cảm biến điện từ
 Ưu điểm
+ Không ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ
+ Không cần thiết phải bảo dưỡng hay cân chỉnh thời gian đánh lửa
+ Cấu tạo đơn giản, nhỏ gọn, dễ thay thế, sửa chữa

 Nhược điểm
+ Phần cơ khí dễ bị sai hoặc hư hỏng
+ Ở phần đánh lửa thường xuất hiện lỗi do kết nối kém
Trang 19


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20
2.5.1.

GVHD: Huỳnh Thanh Công

Sơ đồ

Hình 2-14 Sơ đồ hệ thống đánh lửa

2.5.2.

A

Cụm điều khiển đánh lửa

B

Nam châm

C

Khoảng hở (0,252 mm)

D

Công tắc

E

Bánh đà

F

Bobine

G

Bougie

I

Đầu cực gắn bougie

J

Lá thép
Nguyên lý

Với hệ thống đánh lửa này, khi bánh đà quay, năng lượng điện được tạo ra bằng sự
biến thiên dòng từ trường do sự thay đổi khoảng cách của nam châm gắn trên bánh đà
động với các lá thép ở cụm điều khiển đánh lửa A.

Trang 20

Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

Năng lượng này được chuyển qua các lá thép ở hai đầu bobine và sau đó được
chuyển đổi trong bobine và lưu trữ một dòng điện ở cuộn sơ cấp. Năng lượng tích trữ sẽ
được chuyển qua cuộn thứ cấp đúng thời điểm bằng cách kích hoạt bộ chuyển mạch bán
dẫn bên trong bobine, khuếch đại thành dòng điện thứ cấp.
Do số vòng của cuộn thứ cấp lớn gấp rất nhiều lần số vòng dây cuộn sơ cấp nên
dòng điện ở cuộn thứ cấp có điện áp rất lớn. Dòng điện cao áp này được đưa đến nến
bugi qua dây cao áp.

Trang 21


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

2.6.
2.6.1.

GVHD: Huỳnh Thanh Công

Chọn phương án thiết kế cho hệ thống nhiên liệu
Phương án bộ chế hoà khí

A+B+C: Van điều khiển nhiên liệu
D: Vít chỉnh chế độ không tải
E: Zíc-lơ
G+H: Vòi phun chính

M: Phao
J: Họng khếch tán
K: Lò xo

Hình 2-16 Cấu tạo bộ chế hòa khí

Trang 22


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

Chọn phương án điều chỉnh tiết diện lưu thông của ziclo chính phối hợp với hệ
thống không tải
 Ưu điểm
+ Cơ cấu gọn nhẹ, thích hợp động cơ tĩnh tại.
+ Tốc độ dòng không khí còn tương đối cao, nhờ đó xăng ra vòi phun được xé
tơi tốt.
+ Làm cho xăng bị cản mạnh, tạo điều kiện đường đặc tính không tải tốt cho động cơ.
+ Giúp việc chuyển từ chế độ không tải sang chế độ tải êm hơn.
 Nhược điểm
+ Tiết diện lưu thông của gic-lơ 1 chỉ phụ thuộc vào vị trí của bướm gia
+ Việc xác định hình dạng kim và đặt kim rất khó.
+ Mối quan hệ giữa thành phần khí hỗn hợp và vị trí của bướm ga phụ thuộc vào mức độ
mài mòn của kim và lỗ zíclơ nên không thể dung biện pháp điều chỉnh để khắc phục sự
biến đổi này.
2.6.2.

Phương án phao xăng

Vật liệu: Chất dẻo
 Ưu điểm:
+ Giá thành thấp hơn đồng thanh.
+ Sức bền cơ học lớn.
 Nhược điểm:
+ Chịu nhiệt kém, dẫn nhiệt kém
2.6.3.

Phương án buồng phao

Ta chọn phương án dẫn xăng từ phía trên
 Ưu điểm:
+ Dẫn xăng tốt hơn phương án dẫn xăng từ phía dưới
Trang 23


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

+ Có lò xo lá làm cánh tay đòn truyền lực từ phao tới van kim, để giảm bớt
tác dụng xóc của ô tô và dao động đột ngột.
 Nhược điểm:
+ Van kim có thể bị kênh làm cho xăng vượt quá mức qui định.
2.6.4.

Phương án bình lọc không khí

Ta chọn phương án: Bình lọc liên hợp 3 tầng.

 Ưu điểm:
+ tầng thứ nhất là lọc ly tâm khô những hạt bụi lớn, tầng thứ hai là lọc quán tính ướt, tầng
thứ ba là lọc lưới ướt=> Chất lượng lọc tốt, thời gian lọc dài hơn.
 Nhược điểm: sức cản bình lọc lớn hơn sức cản bình lọc 2 tầng

Hình 2-17 Phương án bình lọc không khí
Trang 24


Thiết kế Động cơ 1 xi-lanh sử dụng xăng E20

GVHD: Huỳnh Thanh Công

2.6.5.

Sơ đồ khối hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí:

2.6.6.

Nguyên lý hoạt động

Khi động cơ làm việc, nhờ vào thùng chứa đặt bên trên cao hơn bộ chế hòa khí
nên có sự chênh lệch áp suất, dẫn đến việc xăng có thể tự chảy từ thùng chứa qua bầu lọc
xăng theo đường ống đi vào buồng phao của bộ chế hòa khí. Nếu mức xăng trong buồng
phao hạ thấp, phao sẽ đi xuống mở đường thông qua van kim, cho nhiên liệu đi vào
buồng phao, nhờ đó xăng trong buồng phao được giữ ở mức hầu như không đổi.
Khi động cơ hoạt động (bướm ga và bướm khí mở), không khí được hút qua bầu
lọc rồi qua họng khuếch tán của bộ chế hòa khí. Tại đây, do tiết diện lưu thông bị thu hẹp
lại, tốc độ của dòng khí tăng lên làm áp suất giảm xuống tạo độ chân không hút nhiên liệu
từ trong buồng phao qua đường xăng chính và phun ra dưới dạng tia.

Như vậy, xăng bị phun vào dòng khí có tốc độ cao, hoà trộn với không khí và bay
hơi để tạo thành hỗn hợp khí cháy. Lượng khí được hút vào phụ thuộc vào độ mở của
bướm ga: bướm ga mở càng lớn thì lượng khí đi qua càng nhiều, nghĩa là tốc độ dòng khí
ở họng khuếch tán càng tăng và lượng xăng bị hút vào càng lớn. Bướm ga cho phép điều
khiển hoạt động của động cơ ở các chế độ tải khác nhau tuỳ theo điều kiện làm việc. Ở kì
nạp, hòa khí được hút vào xi-lanh do sự giảm áp suất khí trong xilanh khi pit-tông đi
xuống.

Trang 25