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

1.2.1. 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

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:

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

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
Các thông số cho trước và lựa chọn
1. Công suất danh nghĩa(Ne):
Ne=114 (KW)
2. Tốc độ danh nghĩa (n
n
)
Động cơ xăng: n
max
=(1,05-1,1)n
n

[trang 64.nguyên lý DCDT1-PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá Khang]
Chọn n
max
=1,1n
n

10.Hàm lượng H
2
trong nhiên liệu: h=0,145
[tr51. nguyên lý ĐCĐT-Nguyễn Tất Tiến]

11.Hàm lượng S trong nhiên liệu: s=0
[tr51. nguyên lý ĐCĐT- Nguyễn Tất Tiến]
12.Hàm lượng O
2
trong nhiên liệu: o
2
=0
[tr51. nguyên lý ĐCĐT- Nguyễn Tất Tiến]]
13.Phân tử lượng của nhiên liệu:
µ
f
=(110-120) Kg/kmol
[tr51. nguyên lý ĐCĐT- Nguyễn Tất Tiến]
Chọn µ
f
=120 Kg/kmol
14.Nhiệt trị của nhiên liệu:
H=43960 (KJ/kg)
[tr51. nguyên lý ĐCĐT- Nguyễn Tất Tiến]

SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 11
15.Hệ số dư lượng không khí(λ)
[nguyên lý DCDT1-PGS Nguyễn Văn Nhận-TS Lê Bá Khang]
ở chế độ toàn tải λ=(0,85-0.9)
chọn λ=0,9

20.Hệ số (K
pr
) K
pr
=1,05
21.Nhiệt độ khí sót (T
r
)
Đối với động cơ xăng:
T
r
=900-1000K [tr.101-NLDCDT-Nguyễn Tất Tiến]
ChọnT
r
=950K
22. Mức độ sấy nóng khí mới(∆T
k
)
Đối với động cơ xăng ∆T
k
=(20-30)
K
0

[tr50-hướng dẫn DACDT-học viện quân sự 1999]
Chọn ∆T
k
=20
K
0

27. Chỉ số dãn nở đa biến trung bình(n
2
)
Đối với động cơ xăng:n
2
=(1,15-1,25)
[187-NLDCDT-Nguyễn Tất Tiến]
Chọn n
2
=1,25
28. Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z
ξ
z
=(0,85-0,93)
[179-NLDCDT-Nguyễn Tất Tiến]
Chọn ξ
z
=0,87
29. Hệ số điền đầy đồ thị(K
pi
)
K
pi
=0,92-0,97
[194-NLDCDT-Nguyễn Tất Tiến]
Chọn K
pi
= 0,92
30 Hiệu suất cơ học(η
m






−++=
f
oshcL 8
3
8
23,0
1
0







−++=
00145,0.8855,0.
3
8
23,0
1

96,14956,14
≈=
[kg/kg]

.
21,0
1
=






+=
[kmol/kg]
• Số kg không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (L).
L =
0
.L
λ
= 0,9.14,956 = 13,460
[kg/kg]
• Số kmol không khí thực tế cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (M).

=
M
0
.M
λ
= 0,9.0,511 = 0,460
[kmol/kg]
2.1.2. Lượng hỗn hợp khí công tác.
• Số kg hỗn hợp cháy ứng với 1 kg nhiên liệu (L

MMMM
γ
+=+=

478,0)02,01.(469,0
=+=
[kmol/kg]
• Số kmol MCCT tại thời điểm cuối quá trình nén (M
c
).
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 14
478,0)1.(
1
==+=
M
a
rc
MM
γ
[kmol/kg]
2.1.3. Lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn.
Ta có:
17,0
855,0
145,0
2
===
CO
H
M

145,0
==
[kmol/kg]
• Hàm lượng SO
2
trong sản phẩm cháy.
32
2
S
M
SO
=

0
32
0
==
[kmol/kg]
• Hàm lượng N
2
trong sản phẩm cháy.
0
79,0
2
MM
N
λ
=

363,0511,0.9,0.79,0

OH
CO
CO
o
M
M
M
M
+⋅⋅=++
λ
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 15
3232412
ff
oo
hc
+








−+⋅=
λ
= 0,9.




+
−
= 0,0148
≈
0,015 [kmol/kg]
056,0015,0071,0
12
2
=−=−=
COCO
M
c
M
[kmol/kg]
0
1
1
42,0
2
M
K
KM
H
⋅
+
−
⋅⋅=
λ
=
511,0.

hc
MMM
µ
λλ
λ
1
79,0
212
001
1
2

( )
f
f
o
h
M
µ
λ
1
4
8
121,0
0
−
+
+⋅−⋅=
= 0,21.(1-0,9).0,511+
0368,0

0
0
0
+
−
+
+−
+=
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 16
082,1
120
1
511,0.9,0
120
1
4
8
0
145,0
511,0).9,01.(21,0
1
=
+
−
+
+−
+=
• Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại điểm z (β
z
) :

s
).
kmks
pppp
=∆+=

1
=
[bar]
• Nhiệt độ khí nạp (T
k
).
293.
0
1
0
0
==∆−








=
−
TT
P

293.67,286
10.1,0
6
==⇒
k
ρ
[kg/m
3
]
• Áp suất cuối quá trình nạp (p
a
).
kpaa
pKp .
=

8,01.8,0 ==
[bar]
• Áp suất khí sót (p
r
).
0
.pKp
prr
=
05,11.05,1
==
[bar]
• Nhiệt độ cuối quá trình nạp (T
a

a
r
v
T
T
p
p

1
.
1
1
.
2
−+
=
ε
ε
γ
λη
0,793
328,471
293
.
1
8,0
.
110
10
.

ac
TT
ε
354,73510.471,283
135,1
==
−
[K]
• Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí.
2
.19,4
19806)(
c
cv
T
C +=
µ
567,21346
2
354,735.19,4
19806 =+=
[J/kmol.deg]
• Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót.
( )
( ) ( )
c
c
v
TC .10 4,25234,360
2

.
''
'
21385,0792
02,01
23310,703.02,0864,26012
=
+
+
=
[J/kmol.deg]
2.4. QUÁ TRÌNH CHÁY.
• Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn (∆H).
0
6
).1.(10. MH
u
f
λ
−=∆
511,0).9,01.(10.120
6
−=
6142857,14
=

SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 18
[J/kg]
• Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy tại điểm z.
( )

r
z
TCTC
M
HH

1.
.
'''
1
µβµ
γ
ξ
=+
+
∆−
( )
( )
735,354.079,21385
02,01.0,469
36142857,1443960000.87,0
+
+
−
⇔
z
z TT ) 9375,26,21150.(08,1
+=
pp 85,0
ψ
=

60,20417,909.3,955.85,0
==
[bar]
2.5. QUÁ TRÌNH DÃN NỞ
• Áp suất cuối quá trình dãn nở (p
b
).
2
n
z
b
p
p
ε
=

3,386
10
60,204
25,1
==
[bar
]
• Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở (T
b
), [K].











−
−
−






−
−−
=
−−
1
1
1
2
12
1
1







−
−
−






−
−−
=
−−
135,1125,1
35,1
10
1
1.
135,1
1
10
1
1.
125,1

.1.
.10
0
2
+
=
( )
0,341
190,1.79,0.43960
781,9.1956,14.9,0
.10
2
=
+
=
• Hiệu suất có ích (η
e
).
ime
ηηη
.
=

0,307341,0.9,0
==
• Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị (g
i
).
if
i

==
[g/kW.h]
• Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ (G
e
).
eee
NgG 10
3
−
=
30,432114.266,952.10
3
==
−
[kg/h]
2.7. CÂN BẰNG NHIỆT.
• Tổng lưu lượng nhiệt cấp cho động cơ
( )
T
Q
.
Q
T
=
HG
e

3600
1


31624,7033813423310,703
=+=
[J/Kmol.deg]
 Nhiệt dung riêng đẳng áp của môi chất mới
( )
p
C
µ
.
( )
8314
+=
vp
CC
µµ
29660,567831421346,567
=+=
[J/Kmol.deg]
 Nhiệt độ khí thải
( )
x
T
.
265,1501
==
bx
TT
[K]
 Tổn thất theo khí thải
( )

614,371
170.914
==
• Tổn thất theo môi chất làm mát
( )
m
Q
Ta có:
%100.
T
m
m
Q
Q
q
=
Trong đó: q
m
= 12 ÷ 27% ; ta chọn q
m
= 20%
74,323
100
20.614,371
100
.
===⇒
mT
m
qQ

100. ===
T
e
e
Q
Q
q
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 21
%992,45100.
614,371
170.914
100. ===
T
x
x
Q
Q
q
%221,3%100 ==
Q
Q
T
cl
cl
q

Bảng 2.1. Tổng hợp kết quả
tính.
TT Tên thông số Ký hiệu Đơn vị
1

kmol/kg
7
Số kmol MCCT tại thời điểm đầu
quá trình nén
M
a
kmol/kg
8
Số kmol MCCT tại thời điểm cuối
qua trình nén
M
c
kmol/kg
9
Hàm lượng CO
2
trong sản phẩm
cháy
M
CO2
kmol/kg
10
Hàm lượng H
2
O trong sản phẩm
cháy
M
H2O
kmol/kg
11

15 Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết
0
β
-
16
Hệ số biến đổi phân tử thực tế tại
điểm z
z
β
-
17 Nhiệt độ khí nạp T
k
o
K
18 Mật độ khí nạp
k
ρ
kg/m
3
19 Áp suất cuối quá trình nạp p
a
bar
20 Áp suất khí sót p
r
bar
21 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
0
K
22 Hệ số nạp

η
-
32 Hiệu suất có ích
e
η
-
33 Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị g
i
g/kW.h
34 Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích g
e
g/kW.h
35 Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ G
e
kg/h
36 Đường kính của xylanh D mm
37 Hành trình của piston S mm
38 Dung tích công tác của xylanh V
S
cm
3
39
Tổng nhiệt đưa vào động cơ trong
1đơn vị thời gian
Q
T
kJ/s
40
Phần nhiệt biến thành cơ năng có
ích

cm
Trong đó:
118,122
110
093,1063
110
=
−
=
−
=
s
c
V
V
][
3
cm

1181,215122,118093,1063 =+=⇒
a
V

][
3
cm

SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 24
• Điểm c: điểm cuối hành trình nén,
Có áp suất

và thể tích V
b
=V
a
][
3
cm
• Điểm r: điểm cuối hành trình xả,
Có áp suất khí sót
05,1
=
r
p
[bar]
2.8.3. Tính áp suất, thể tích khí tại điểm bất kì trên đường cong nén
(p
xn
;V
xn
) và đường cong giãn nở (p
xg
;V
xg
).
• Đối với đường cong nén.
n
V
V
pp
xn

đi từ
c
V
đến
a
V
; bước nhảy của
xn
V
là 30
][
3
cm
Kết quả tính toán ở bảng.
• Đối với đường cong giãn nở.
n
V
V
pp
xg
z
zxg
2








.
Kết quả tính toán được ghi ở bảng.

V [cm
3
]
Đường nén –P
xn
[bar]
Đường giãn nở - P
gn
[bar]
118,1215397 17,9098 60,2042
120 17,5323 59,0285
180 10,1418 35,5589
210 8,2364 29,3268
240 6,8778 24,8184
270 5,8667 21,4207
SVTH: Đỗ Văn Đắc Page 25