CHƯƠNG 2 động cơ ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT
CƠ SỞ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN

BÀI GIẢNG
CẤU TẠO ÔTÔ
Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
NỘI DUNG

2.1. Những vấn đề chung về động cơ ôtô
2.2. Thân máy – Xi lanh, Nắp máy
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.4. Cơ cấu phân phối khí
2.5. Hệ thống cung cấp nhiên liệu
2.6. Hệ thống làm mát động cơ
Th.S: Vũ Thế Truyền


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.1. Những vấn đề chung về động cơ ô tô
2.1.1. Phân loại động cơ
a. Theo phương pháp thực hiện chu trình cơng tác
- Động cơ 4 kỳ:
Để hồn thành một chu trình cơng tác thì piston thực hiện 4 hành trình hoặc trục
khuỷu phải quay 2 vịng.
- Động cơ 2 kỳ:
Để hồn thành một chu trình cơng tác thì piston thực hiện 2 hành trình hoặc trục
khuỷu phải quay 1 vòng.

d.Theo cách phân bố xylanh :

b. Theo nhiên liệu sử dụng

- Động cơ có xylanh thẳng đứng.
- Động cơ có xylanh nằm ngang.

- Động cơ chạy nhiên liệu lỏng(xăng, dầu diesel).
- Động cơ chạy nhiên liệu lỏng+điện (lai hay Hybrid)

- Động cơ có xylanh hai hàng
song song hay chữ V.

- Động cơ lai chạy bằng tế bào nhiên liệu

c. Theo phương pháp nạp của chu trình cơng tác
- Động cơ khơng tăng áp.
- Động cơ tăng áp.


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.1. Những vấn đề chung về động cơ ô tô
2.1.2. Một số khái niệm của động cơ đốt trong
a. Cấu tạo chung
1. Lọc khơng khí

8. Xylanh

2. Ống nạp

9. Piston

3- Xupap nạp

10. Xecmang

4- Xupap xả

11. Thanh truyền

5- Ống xả

12. Trục khuỷu

6- Bình giảm thanh

13. Cacte

7- Nắp xylanh

14. Vòi phun nhiên liệu


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.1. Những vấn đề chung về động cơ ô tô
2.1.2. Một số khái niệm của động cơ đốt trong
b. Điểm chết, Điểm chết trên, điểm chết dưới
- Điểm chết:
Vị trí vận tốc piston bằng 0 và đổi chiều chuyển động piston.
- Điểm chết trên (ĐCT):
Vị trí của cơ cấu truyền lực, tại đó piston cách xa trục khuỷu
nhất (đồng thời khi đó piston đổi chiều chuyển động từ dưới
lên thành chuyển động từ trên xuống).

- Điểm chết dưới (ĐCD):
Vị trí của cơ cấu truyền lực, tại đó piston ở gần trục khuỷu
nhất(đồng thời khi đó piston đổi chiều chuyển động từ trên
xuống thành chuyển động từ dưới lên).

c. Hành trình của piston ( S ):
Khoảng cách giữa ĐCT và ĐCD.


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.1. Những vấn đề chung về động cơ ô tô
2.1.2. Một số khái niệm của động cơ đốt trong
d. Thể tích cơng tác của xylanh (Va):
Khoảng không gian bên trong xylanh giới hạn bởi: Đỉnh piston,
nắp xylanh và thành xylanh, thay đổi khi piston chuyển động.

e. Buồng đốt (VC):
Phần không gian công tác của xylanh khi piston ở ĐCT.

f. Dung tích cơng tác của xylanh (VS ):
Thể tích phần khơng gian cơng
của xylanh
giới
hạn bởi hai
D:tác
Đường
kính của
xylanh.
mặt phẳng vng góc với đường
tâmtrình

củacủa
xylanh
và đi qua
S : Hành
piston
ĐCT, ĐCD:

g. Tỷ số nén(ε):

V
V  VC
V
ε a  S
 1 S
Tỷ số giữa thể tích lớn nhất khơng gian
của xylanh
VC cơngVtác
VC
C
(Va) và thể tích của buồng đốt (Vc).


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.1. Những vấn đề chung về động cơ ô tô
2.1.2. Một số khái niệm của động cơ đốt trong
h. Mơi chất cơng tác (MCCT):
- Khí mới(khí nạp):
Được nạp vào khơng gian cơng tác của xylanh qua cửa nạp. Ở động cơ diesel, khí
mới là khơng khí; động cơ xăng là hỗn hợp khơng khí xăng.
- Sản phẩm cháy:

Những chất được tạo thành trong quá trình đốt cháy nhiên liệu trong không gian
công tác của xylanh, ví dụ : CO2 , H2O , CO , SO2 , NOx ,...
- Khí thải:
Hỗn hợp các chất được thải ra khỏi không gian công tác của xylanh sau khi đã dãn
nở để sinh ra cơ năng. Khí thải của động cơ đốt trong gồm có: Sản phẩm cháy, nitơ
(N2) và oxy (O2) cịn dư.
- Khí sót:
Phần sản phẩm cháy cịn sót lại trong khơng gian cơng tác của xylanh sau khi cơ
cấu xả đã đóng hồn tồn.


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.1. Những vấn đề chung về động cơ ô tô
2.1.3. Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ xăng và diesel
a. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ xăng

- Kỳ hút:
Piston đi từ điểm chết trên ( ĐCT ) xuống điểm chết dưới ( ĐCD ). Xupáp hút mở, xupáp
xả đóng, tạo sự giảm áp trong xi lanh ( p = 0,75  0,85 at ) hút khí hỗn hợp ( xăng +
khơng khí) vào xi lanh, nhiệt độ buồng đốt t  90 0 C  125 0 C

- Kỳ nén:
Hai xupáp đều đóng, piston đi từ ĐCD lên ĐCT, nén hỗn hợp khí. Cuối kỳ nén áp suất và
nhiệt của khí hỗn hợp tăng cao ( p  7 15 at ; t  350 0 C )


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.1. Những vấn đề chung về động cơ ô tô
2.1.3. Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ xăng và diesel
a. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ xăng

- Kỳ nổ: ( cháy – giãn nở – sinh công ):
Khi piston lên đến gần ĐCT, hai xupáp vẫn đóng, lúc này bugi đánh lửa, khí hỗn hợp nén
bị đốt cháy giãn nở làm áp suất tăng cao (p  35  40 at) đẩy piston đi xuống làm quay
trục khuỷu. Nhiệt độ buồng đốt tăng cao t  2200 2500 0 C

- Kỳ xả:
Xupáp hút đóng, xupáp xả mở. Piston đi từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí thải ra ngoài. Áp suất
buồng đốt p  1,1 at ; t  300  400 0 C.


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.1. Những vấn đề chung về động cơ ô tô
2.1.3. Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ xăng và diesel
b. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ diesel
- Kỳ hút:
p  0,8  0,9 at ;
t0  100 0C

- Kỳ nén:
p  30  40 at ;
t0  550  750 0C

- Kỳ nổ ( cháy, giãn nở, sinh công):
Gần cuối kỳ nén cả hai xupáp đều đóng, nhiên liệu được phun vào buồng đốt với p cao
(  150  250 at), tơi, sương hoà trộn với khơng khí tạo thành khí hỗn hợp và tự bốc
cháy.
=>Buồng đốt có p, t0 tăng cao ( p  650  750 at; t0  2000  2200 0C ).

- Kỳ xả:

Xupáp xả mở, xupáp hút đóng. Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên đẩy khí
thải ra ngồi. Cuối kỳ xả, áp suất buồng đốt p  1,1 at ; t  300  400 0C.
Tiếp theo quá trình làm việc được lặp lại.


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.2. Thân máy – Xi lanh, Nắp máy
2.2.1. Khái quát chung
a.

Thân máy-xilanh:

- Bố trí xylanh, trục khuỷu, các bộ phận truyền động, dẫn động các cơ cấu và hệ thống
khác của động cơ như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm dầu, bơm nước, quạt gió …
- Có kích thước và khối lượng lớn nhất trong động cơ.

b. Nắp máy:
Đậy

kín

một

đầu

xylanh, cùng với piston
và xylanh tạo thành
buồng cháy.
Để lắp các chi tiết,
cụm chi tiết như bugi,

vòi phun, cụm xupap,
cơ cấu giảm áp hỗ trợ
khởi động …


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.2. Thân máy – Xi lanh, Nắp máy
2.2.2. Cấu tạo các bộ phận
a.

Thân máy – Xylanh

- Thân xilanh: có xylanh đúc liền với thân
- Thân vỏ: có xylanh làm riêng thành ống lót rồi lắp vào thân
- Động cơ làm mát bằng nước, khoảng không gian bao quanh xylanh để chứa nước gọi
là áo nước.

- Lót xylanh khơ:
+ Bằng vật liệu chất lượng cao được ép vào lỗ xylanh, có gờ nhơ lên để khi lắp với đệm
nắp máy sẽ kín khít hơn.
+ Khơng lãng phí vật liệu, thân máy có độ cứng vững cao, nhưng truyền nhiệt ra mơi
chất làm mát khó khăn hơn.

- Lót xylanh ướt:
+ Được chế tạo rời rồi lắp vào thân máy. gờ vai xylanh cũng được lắp nhô lên trên để
bảo đảm kín khít, nước làm mát bao quanh xylanh nên hiệu quả làm mát tốt
+ Có dạng hộp rỗng nên thân máy dễ đúc nhưng độ cứng vững thân máy khơng cao.
+ Phải giải quyết bao kín xylanh để tránh lọt nước làm mát xuống cacte dầu.

Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.2. Thân máy – Xi lanh, Nắp máy
2.2.2. Cấu tạo các bộ phận
b. Nắp máy
* Nắp động cơ diesel
- Làm mát bằng nước
đúc bằng gang hợp
kim, dùng khn cát
- Làm mát bằng gió
thường chế tạo bằng
hợp kim nhôm dùng
phương pháp đúc hoặc
phương pháp rèn dập

* Nắp xylanh động cơ xăng
- Dùng hợp kim nhơm, có ưu điểm là nhẹ, tản nhiệt tốt, giảm được khả năng kích nổ.
- Sức bền cơ và nhiệt thấp hơn so với nắp xylanh bằng gang.


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT
CƠ SỞ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN

BÀI GIẢNG
CẤU TẠO ÔTÔ
Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
NỘI DUNG

2.1. Những vấn đề chung về động cơ ôtô
2.2. Thân máy – Xi lanh, Nắp máy

Th.S: Vũ Thế Truyền


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.1. Nhiệm vụ và cấu tạo chung
a. Nhiệm vụ
- Nhận và truyền áp lực của khí hỗn hợp
ở thời kỳ sinh công, biến chuyển động
thẳng tịnh tiến của piston thành chuyển
động quay của trục khuỷu đưa công suất
ra ngoài.
- Dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác
của động cơ.

b. Cấu tạo chung
+ Nhóm trục khuỷu: Trục khuỷu, bánh đà,
bạc lót.
+ Nhóm thanh truyền: Piston, xecmang
(vịng găng), chốt piston, vòng hãm, thanh
truyền.


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.2. Piston
a. Nhiệm vụ
- Tiếp nhận và truyền áp lực khí
cháy ở kỳ cháy giãn nở cho thanh
truyền làm trục khuỷu quay.

- Nhận lực đẩy và lực kéo của trục
khuỷu - thanh truyền để thực hiện
các kỳ hút, nén, xả.
- Cùng với vòng găng, xi lanh, nắp máy làm kín buồng đốt.
- Đóng, mở các cửa hút, nạp, xả ở động cơ xăng 2 kỳ và đóng, mở cửa nạp ở động cơ
diesel 2 kỳ.

b. Điều kiện làm việc- Vật liệu chế tạo
- Chịu áp lực, t0 và lực quán tính lớn, biến đổi theo chu kỳ của khí cháy trong xi lanh.
- Bị va đập do chịu lực biến đổi lớn.
- Bị ăn mịn hố học, bị mài mòn do ma sát với vòng găng, chốt piston, xi lanh.
-Thường làm bằng hợp kim nhôm silic, động cơ diesel một số được chế tạo bằng gang


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.2. Piston
c. Cấu tạo
Piston gồm 3 phần: đỉnh (A), đầu(B) và thân (C)
* Đỉnh piston: Hình dáng của đỉnh piston phù hợp với hình dáng buồng cháy. Có bốn
dạng thường dùng:
- Đỉnh bằng (a):
+ Dùng cho đ/cơ có buồng
cháy trước và buồng cháy
xoáy lốc
+ Đơn giản, dễ chế tạo,
diện tích truyền nhiệt bé,
phải có gân tăng cường
chịu lực dưới đỉnh.
- Đỉnh lồi ( hình b,c):

+ Dùng trong động cơ xăng 4 kỳ và 2 kỳ xupap treo, buồng cháy chỏm cầu.
+ Độ cứng vững cao, không cần gân tăng cường. Tạo ra xoáy lốc nhẹ ở kỳ nạp, bề
mặt chịu nhiệt lớn, chế tạo khó.
- Đỉnh lõm (hình d):
Lắp trên động cơ diesel. Buồng đốt trên đỉnh piston có dạng omega, chỏm cầu … Có
tác dụng tạo xốy lốc khi pitton đi lên nén khơng khí trong buồng đốt.
- Đỉnh chứa buồng cháy(e,f,g,h):


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.2. Piston
c. Cấu tạo
* Đầu piston.

2

1

3

4

- Đường kính nhỏ hơn đường kính thân vì thân là
phần dẫn hướng của piston.
- Kết cấu bảo đảm bao kín tốt cho buồng cháy nhằm
ngăn khí cháy lọt xuống cacte dầu và dầu bôi trơn từ
cacte sục lên buồng cháy
- Dùng xéc măng để bao kín.
+ Xecmăng khí để bao kín buồng cháy

+ Xecmăng dầu ngăn dầu sục lên buồng cháy
Số xéc măng tùy thuộc vào loại động cơ:
Động cơ xăng:
2->4 xecmăng khí, 1->2 xecmăng dầu.
Động cơ diesel cao tốc:
3 -> 6 xecmăng khí, 1-> 3 xecmăng dầu.
Động cơ diesel tốc độ thấp:
5 –>7 xecmăng khí, 1-> 4 xecmăng dầu.

1. Đầu piston
2. Rãnh xécmăng khí
3. Lỗ thốt dầu
4. Rãnh xécmăng dầu


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.2. Piston
c. Cấu tạo

Cấu tạo xéc măng

* Thân piston
Dẫn hướng cho piston
chuyển động trong xylanh.

Kết cấu thân piston
1. Thân piston
2. Vị trí lắp chốt hãm piston
3. Bệ chốt

Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.3. Chốt Piston
a. Vai trò
- Nối piston và thanh truyền
- Đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ.

b. Điều kiện làm việc- Vật liệu chế tạo
- Chịu lực va đập, tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bơi
trơn khó khăn.
- Được chế tạo từ thép ít cacbon và thép hợp kim có: crơm,
măng gan với thành phần cacbon thấp
c. Kết cấu và các kiểu lắp ghép
* Kết cấu đơn giản dạng trụ rỗng.
* Các mối ghép giữa chốt piston, piston, thanh truyền theo
hệ trục để bảo đảm lắp ghép dễ dàng.
* Có ba kiểu lắp ghép sau:
- Cố định chốt trên đầu nhỏ thanh truyền(a):
+ Chốt piston phải được lắp tự do trên bệ chốt.
+ Do không phải bôi trơn mối ghép với thanh truyền lên thu hẹp đc bề rộng đầu thanh
truyền -> tăng được chiều dài của bệ chốt, giảm được áp suất tiếp xúc và mòn tại đây.
+ Mặt phẳng chịu lực của chốt ít thay đổi nên tính chịu mỏi kém.


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.3. Chốt Piston
c. Kết cấu và các kiểu lắp ghép

- Cố định chốt piston trên bệ chốt (b).
+ Chốt được lắp tự do trên thanh truyền.
+ Không phải bôi trơn cho bệ chốt nên rút ngắn chiều
dài của bệ, tăng chiều rộng đầu nhỏ thanh truyền,
giảm được áp suất tiếp xúc
+ Mặt phẳng chịu lực của chốt piston khơng thay đổi nên tính chịu mỏi của chốt kém.

- Lắp tự do ở cả hai mối ghép:
+ Hai mối ghép đều khơng có kết cấu hãm.
+ Khi lắp ráp, mối ghép giữa chốt và bạc
đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, mối
ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có
độ dơi (0,01  0,02) mm


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.4. Thanh truyền
a. Vai trò
- Nối giữa piston và trục khuỷu hoặc guốc trượt
- Biến chuyển động tịnh tiến của pittong thành chuyển động quay của trục khuỷu.

b. Điều kiện làm việc.
Chịu lực khí thể, lực quán tính của
nhóm piston và của bản thân thanh
truyền (các lực tuần hồn, và đập)

c. Vật liệu chế tạo
-Thép cacbon trung bình như C40,
C45 , thép hợp kim crôm, niken.

- Với động cơ cao tốc và cường
hóa như động cơ ơ tơ du lịch, xe
đua ... dùng thép hợp kim đặc biệt
có nhiều thành phần hợp kim như
măng gan, niken, vônphram ...


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.4. Thanh truyền
d. Kết cấu
Gồm 3 phần: đầu nhỏ, đầu to và thân thanh truyền

* Đầu nhỏ
+ Khi chốt piston lắp tự do với đầu nhỏ thanh truyền, trên đầu nhỏ thường phải có bạc
lót. Đối với động cơ ôtô cơ cao tốc đầu nhỏ thường mỏng để giảm trọng lượng.
+ Bơi trơn bạc lót
và chốt piston
Dùng rãnh hứng
hoặc cưỡng bức
dẫn dầu từ trục
khuỷu

dọc

theo

thân thanh truyền.

* Thân thanh truyền

Tiết diện thân thanh truyền thường thay đổi từ nhỏ đến lớn kể từ đầu nhỏ đến đầu to


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.4. Thanh truyền
d. Kết cấu
*) Đầu to thanh truyền
- Được cắt làm hai nửa và lắp ghép với nhau bằng bulơng hay vít cấy.
- Bạc lót đựơc chia làm hai nửa và phải cố định trong lỗ đầu to thanh truyền.
- Động cơ cỡ lớn chế tạo đầu to thanh truyền riêng rồi lắp với thân thanh truyền (hình
a). Bề mặt lắp ghép giữa thân và đầu to thanh truyền được lắp các tấm đệm thép dày
5 - 20 mm để có thể điều chỉnh tỷ số nén cho đồng đều giữa các xylanh.
Nếu đầu to quá lớn
thì được chia làm
hai nửa bằng mặt
phẳng chéo (hình b)
để đút lọt vào
xylanh khi lắp ráp.
Khi đó mối ghép sẽ
phải có kết cấu chịu
lực cắt thay cho
bulông thanh truyền
như vấu hoặc răng
khía.


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.4. Trục khuỷu

a. Vai trò
- Nhận lực tác dụng từ piston tạo mômen
quay kéo các máy công tác
- Nhận năng lượng của bánh đà truyền cho
thanh truyền và piston thực hiện q trình
nén cũng như trao đổi khí trong xylanh.

b. Điều kiện làm việc
- Chịu lực T, Z do lực khí thể và lực qn tính của nhóm piston thanh truyền gây ra.
- Chịu lực quán tính ly tâm của các khối lượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu
và của thanh truyền.
->Bị uốn, xoắn, dao động xoắn và dao động ngang trên các ổ đỡ .

c. Vật liệu và phương pháp chế tạo
* Thép:
- Động cơ tốc độ thấp chế tạo bằng thép cacbon trung bình như thép C35, C40, C45;
cao tốc dùng thép hợp kim Cr, Ni; cường hoá (xe đua, xe du lịch) chế tạo bằng thép
hợp kim có các thành phần Mn, vơmphram ...
- Phôi trục khuỷu bằng thép được rèn khuôn hoặc rèn tự do, sau đó ủ và thường hóa
trước khi gia công cơ. Tiếp theo gia công cơ thô, trục khuỷu được nhiệt luyện và xử lý
bề mặt rồi gia công lần cuối như mài các ổ trục.
* Gang graphit cầu: rất dễ đúc và rẻ, do có cacbon ở dạng graphit cầu nên ma sát
trong lớn, chịu mòn tốt và không nhạy cảm với ứng suất tập trung.
Đúc được phơi có hình dạng phức tạp bảo đảm sức bền đều trên toàn bộ trục khuỷu.


Chương 2. ĐỘNG CƠ Ô TÔ
2.3. Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
2.3.4. Trục khuỷu
d. Kết cấu

Gồm thành 5 phần: Đầu, cổ, chốt, má và
đuôi trục khuỷu.

* Đầu trục khuỷu
- Lắp vấu để quay trục khi cần thiết hoặc

1,6: Chốt khuỷu ; 2: Lỗ cân bằng đối trọng

để khởi động bằng tay quay.
3: Cổ trục ; 4: Đối trọng; 5: Má khuỷu
- Có then để lắp puli dẫn động quạt gió, bơm nước, đĩa giảm dao động xoắn (nếu có)
và lắp bánh răng trục khuỷu.

* Cổ khuỷu
- Được gia công và xử lý bề mặt đạt độ cứng và độ
bóng cao và có cùng một đường kính.
- Rỗng để làm rãnh dẫn dầu bôi trơn đến các cổ và
chốt khác của trục khuỷu.

* Chốt khuỷu
- Được gia công và xử lý bề mặt để đạt độ cứng và độ bóng cao.
- Đường kính chốt thường nhỏ hơn đường kính cổ