bài giảng động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG





BÀI GIẢNG









ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
TS. Phùng Minh Lộc
Lưu hành nội bộ

Nha Trang – Năm 2015
1
CHƯƠNG 1
T
ỔNG QUAN
, NGUYÊN LÝ HO
ẠT ĐỘNG
VÀ C
ẤU TẠO
Đ
ỘNG CƠ ĐỐT TRONG
I-T
ỔNG QUAN
1.1. Khái niệm, phân loại và lịch sử phát triển
Đ
ộng cơ đốt trong là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay
ở t
ất cả các
l
ĩnh vực: giao thông vận tải (đườn
g b
ộ, đường thuỷ, đường sắt, hàng không ), nông
nghi
ệp, xây dựng, công nghiệp, quốc phòng Tổng công suất của nó chiếm khoảng 90%
toàn b

ộ công suất mọi nguồn năng l
ượng tạo ra trên thế giới.
Căn c
ứ vào vị trí đốt nhiên liệu, người ta phân chia đ
ộng c
ơ nhiệt thành hai: động
cơ đ
ốt trong v
à động cơ đốt ngoài. Ở động cơ đốt trong, nhiên liệu được đốt cháy bên
trong không gian công tác đ
ộng c
ơ. Ở động cơ đốt ngoài, nhiên liệu được đốt cháy trong
lò
đốt riêng biệt để cấp nhiệt cho môi chất công tác (M
CCT), sau đó MCTC đư
ợc dẫn vào
không gian công tác c
ủa động cơ, tại đó MCCT dãn nở để chuyển hóa nhiệt năng thành cơ
năng.
Theo cách phân lo
ại như trên thì các loại động cơ có tên thường gọi như: động cơ
xăng, động cơ diesel, động cơ piston quay, động cơ piston tự do, động cơ phản lực, tuabin
khí… đ
ều có thể xếp v
ào nhóm động cơ đốt trong. Tuy nhiên theo quy ước, thuật ngữ
“đ
ộng cơ đốt trong” (internal combustion Engine) thường được dùng chỉ loại động cơ có
cơ c
ấu truyền lực kiểu piston
- thanh truy

ền
- trục khuỷu, trong đó piston chuyển động tịnh
ti
ến qua lại trong xylanh động c
ơ. Các loại động cơ khác thường được gọi bằng các tên
riêng, ví d
ụ: động cơ piston quay (rotary engine), động cơ phản lực (jet engine), tuabin khí
(gas tuabin).
Đ
ộng cơ đốt trong đư
ợc phân loại theo các ti
êu chí khác nhau như bảng 1.1.
Đ
ộng c
ơ đốt cháy bằng tia lửa
– lo
ại động c
ơ đốt trong hoạt động theo nguyên lý:
nhiên li
ệu được đốt cháy bằng tia lửa được sinh ra từ nguồn nhiệt bên ngoài không gian
công tác c
ủa xylanh.
Có th
ể gặp n
h
ững kiểu động cơ đốt cháy bằng tia lửa với các tên gọi
khác như: động cơ Otto, động cơ carburetor, động cơ phun xăng, động cơ đốt trong cưỡng
b
ức, động c
ơ hình hành hỗn hợp cháy từ bên ngoài, động cơ xăng, động cơ gas .v.v. Nhiên

2
li
ệu dùng cho động cơ đốt
cháy b
ằng tia lửa thường là nhiên liệu lỏng dễ bay hơi như:
xăng, c
ồn, benzol, khí hóa lỏng… Trong các loại nhi
ên liệu kể trên thì nhiên liệu xăng là
s
ử dụng phổ biến nhất từ thời kỳ đầu phát triển động c
ơ cho đến nay.
Đ
ộng cơ diesel
– là lo
ại động cơ đốt
trong ho
ạt động theo nguyên lý: nhiên liệu tự
đ
ốt cháy khi được phun vào buồng đốt chứa khí nén có áp suất và nhiệt độ cao.
Đ
ộng c
ơ 4 kỳ
- lo
ại động c
ơ đốt trong có chu trình công tác được hoàn thành sau 4
hành trình c
ủa piston.
Đ
ộng cơ 2 kỳ
- lo

ại động
cơ đ
ốt trong có chu trình công tác được hoàn
thành sau 2
hành trình c
ủa piston.
B
ảng
1.1: Phân lo
ại động c
ơ đốt trong
Tiêu chí
Phân lo
ại
Lo
ại nhiên liệu
- Đ
ộng cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng dễ bay hơi như:
xăng, cồn, benzol…
- Đ
ộng cơ chạy bằng nhiên liệu l
ỏng khó bay h
ơi như:
gas oil, mazout…
- Đ
ộng cơ chạy bằng khí đốt.
Phương pháp
đ
ốt cháy
- Đ

ộng cơ đốt cháy bằng tia lửa
- Đ
ộng cơ diesel
- Đ
ộng c
ơ semidiesel
Cách th
ực hiện
CTCT
- Đ
ộng c
ơ 4 kỳ
- Đ
ộng cơ 2 kỳ
Phương pháp
n
ạp khí mới
- Đ
ộng cơ không tăng áp
- Đ
ộng cơ tă
ng áp
Đ
ặc điểm kết
c
ấu
- Đ
ộng cơ một hàng xylanh
- Đ
ộng c

ơ Hình sao, Hình chữ V, W, H…
- Đ
ộng cơ có một hàng xylanh thẳng đứng, ngang,
nghiêng.
Theo tính năng
- Đ
ộng cơ thấp tốc, trung tốc và cao tốc
- Đ
ộng c
ơ công suất nhỏ, vừa và lớn
Theo công
d
ụng
- Đ
ộng c
ơ cơ g
i
ới đ
ường bộ
- Đ
ộng cơ thủy
- Đ
ộng cơ máy bay
- Đ
ộng c
ơ tĩnh tại
Tóm t
ắt về lịch sử động cơ đốt trong bao gồm những sự kiện đáng chú ý như sau:
Những động cơ đốt trong đầu tiên không có kỳ nén, hỗn hợp không khí/nhiên liệu được
th

ổi vào động cơ đầu kỳ nạp. Kh
ác bi
ệt chủ yếu giữa động cơ hiện đại và động cơ nguyên
th
ủy l
à thêm kỳ nén hỗn hợp trong xi lanh.
 1206: Al-Jazari gi
ới thiệu cơ cấu chuyển đổi chuyển động quay sang chuyển động
t
ịnh tiến.
 1509: Leonardo da Vinci mô t
ả động c
ơ không có kỳ nén.
3
 1673: Christiaan Huygens th
ực hiện
đ
ộng cơ không có kỳ nén.
 17th century: Nhà phát minh ngư
ời Anh Samuel Morland sử dụng thuốc súng để
ch
ạy b
ơm nước, phôi thai của động cơ đốt trong.
 1780: Alessandro Volta ch
ế tạo một súng điện đồ chơi trong đó một tia lửa điện đ
ốt
cháy h
ỗn hợp hydrogen không khí.
 1794: Robert Street ch
ế tạo động c

ơ không kỳ nén mà nguyên lý hoạt động cử nó
th
ống trị gần một thế kỷ.
 1806: K
ỹ sư người Thụy Sĩ François Isaac de Rivaz chế tạo một động cơ đốt trong
ch
ạy bằng hỗn hợp hydrogen và oxyg
en.
 1823: Samuel Brown đư
ợc cấp bằng sáng chế về động c
ơ đốt trong đầu tiên dùng
trong công nghi
ệp. Đó là động cơ không kỳ nén mà Hardenberg gọi là "chu trình
Leonardo".
 1824: Nhà vật lý người Pháp Sadi Carnot thiết lập lý thuyết nhiệt động học của
đ
ộng
cơ nhi
ệt lý t
ưởng. Lý thuyết này cho thấy cần bổ sung kỳ nén để tăng mức
chênh l
ệch giữa nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp của môi chất công tác.
 1826: Samuel Morey ngư
ời Mỹ được cấp bằng sáng chế về động cơ "ga hay hơi"
không k
ỳ nén.
 1838: William Barnet ngư
ời Anh được cấp bằng sáng chế về động cơ đầu tiên có
k
ỳ nén trong xi lanh.

 1854: Hai ngư
ời Ý Eugenio Barsanti và Felice Matteucci được cấp bằng phát minh
v
ề động c
ơ đốt trong làm việc hiệu quả đầu tiên nhưng không đưa ra sản xuất.
 1856: Pietro Benini thực hiện một mẫu động c
ơ Barsanti
-Matteucci 5HP. Sau đó
thực hiện tiếp những động cơ khác có công suất lớn hơn với 1 hay 2 xi lanh được
s
ử dụng thay cho động cơ hơi nước.
 1860: Jean Joseph Etienne Lenoir (1822–1900) ngư
ời Bỉ chế tạo động c
ơ đốt trong
ch
ạy
b
ằng ga tương tự như động cơ hơi nước nằm ngang tác động kép có xy lanh,
piston, thanh truy
ền, bánh đà và ga
s thay th
ế cho hơi nước. Đây là động có đốt
trong đ
ầu ti
ên được sản xuất với số lượng lớn.
 1862: Nhà phát minh ngư
ời Đức Nikolaus Otto thiết kế độn
g cơ không k
ỳ nén với
piston t

ự do tác động gián tiếp và hiệu suất cao hơn của nó chiếm lĩnh phần lớn thị
trư
ờng động cơ tĩnh tại cỡ nhỏ chạy bằng khí thắp.
 1870: T
ại Vienna, Siegfried Marcus lắp động c
ơ chạy xăng đầu tiên lên xe.
 1876: Nikolaus Otto, cùng v
ới Gottlieb Daimler và Wilhelm Maybach, đã phát
tri
ển động cơ 4 kỳ theo chu trình Otto. Tuy nhiên tòa án Đức không công nhận phát
minh c
ủa ông bao trùm mọi động cơ nén trong xi lanh ngay cả đối với động cơ 4
k
ỳ, v
à sau phán quyết đó, động cơ nén trong
xi lanh tr
ở th
ành phổ biến.
4
 1879: Karl Benz, đư
ợc cấp bằng phát minh về chiếc động cơ đốt trong của ông,
đ
ộng c
ơ 2 kỳ chạy bằng ga, dựa trên ý tưởng của Nikolaus Otto về động cơ 4 kỳ.
Sau đó Benz đ
ã thi
ết kế động cơ 4 kỳ riêng của ông và được lắp đặt trên
ô tô và ô tô
này đ
ã trở thành chiếc ô tô đầu tiên chạy bằng động cơ đốt trong.

 1882: James Atkinson phát minh đ
ộng cơ làm việc theo chu trình Atkinson. Động
cơ Atkinson có m
ột kỳ sinh công đối với mỗi v
òng quay với thể tích nạp và giãn nở
khác nhau nh
ờ v
ậy hiệu suất động c
ơ cao hơn hiệu suất chu trình Otto.
 1891: Herbert Akroyd Stuart phát tri
ển động cơ chạy bằng dầu và giao quyền chế
t
ạo cho công ty Anh Hornsby. Đó là động cơ đầu tiên khởi động nguội nén và đánh
l
ửa. Năm 1892, họ lắp đặt những chiếc độn
g cơ đ
ầu ti
ên ở trạm bơm. Trong cùng
năm đó, ki
ểu động cơ thử nghiệm tự cháy do nén đã được tiến hành nghiên cứu. .
 1892: Rudolf Diesel phát tri
ển động cơ nhiệt làm việc theo chu trình Carnot sử
dụng bột than làm nhiên liệu.
 1893 ngày 23 tháng 2: Rudolf Diesel đư
ợc cấp bằng phát minh cho chiếc động c
ơ
Diesel c
ủa mình.
 1896: Karl Benz phát minh đ
ộng cơ kiểu "boxer", đó là động cơ đối xứng nằm

ngang trong đó các piston đ
ến điể chết tr
ên cùng lúc vì vậy tính cân bằng được đảm
b
ảo.
 1900: Rudolf Diesel gi
ới
thi
ệu động cơ Diesel sử dụng dầu đậu phộng (
l
ạc
).
 1900: Wilhelm Maybach thi
ết kế một động cơ ô tô ở Hãng Daimler Motoren
Nh
ững cải tiến lịch sử của động c
ơ đốt trong
:
Đ
ộng cơ 4 kỳ
Chu trình ho
ạt động diễn ra trong 2 vòng quay trục khuỷu, trải qua 4 giai
đo
ạn: hút,
nén, n
ổ, xả. So với động cơ 2 kỳ, loại 4 kỳ cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu, độ bền, công
su
ất, mô
-men và đ
ặc biệt là khí thải. Tuy nhiên nó đắt và phức tạp hơn

N
ạp cưỡng bức bằng turbin tăng áp
Chúng giúp đ
ộng c
ơ nhỏ tạo ra công suất lớn. K
hông tăng kích thư
ớc động c
ơ mà
v
ẫn tạo công suất lớn đồng nghĩa với tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên
, như
ợc điểm là
khó
chế tạo và turbin chỉ phát huy công dụng khi cánh đạt tốc độ cao.
Phun xăng đi
ện tử
và phun xăng tr
ực tiếp trong động c
ơ xăng
B
ộ c
h
ế hòa
khí d
ần được thay bằng hệ thống phun xăng với ưu thế
: vi
ệc hòa trộn
nhiên li
ệu đạt hiệu quả h
ơn, động cơ dễ khởi động ngay cả trong thời tiết lạnh, phản ứng

nhanh v
ới những thay đổi ở chân ga.
H
ệ thống này
ph
ức tạp,
giá thành cao.
5
Phun xăng tr
ực tiếp
là sự k
ế thừa
c
ủa hệ thống phun xăng điện tử. Xăng được đưa
tr
ực tiếp v
ào buồng đốt để tăng hiệu suất và công suất.
Đưa trục cam lên nắp xi lanh và công nghệ van biến thiên
Đưa tr
ục cam lên
n
ắp
xi-lanh giúp cơ c
ấu phân phối khí nhỏ gọn
, t
ạo điều kiện cho
vi
ệc
b
ố trí thêm nhiều xu

-páp. Tăng ti
ết diện lưu thông, tức là khí
n
ạp và xả
t
ốt
hơn. Công
ngh
ệ van biến thi
ên,
th
ực chất
là thay đ
ổi thời gian
và hành trình đóng m
ở xu
-páp m
ột linh
ho
ạt theo tốc độ
, giúp đ
ộng c
ơ nạp
, x
ả
khí t
ối
ưu từ đó nâng cao khả năng vận
hành đ
ặc

bi
ệt khi ở tốc độ thấp.
Honda g
ọi đó là VTEC, Toyota là VVT, còn BMW là Valvetronic.
Phun d
ầu điện tử trong đ
ộng c
ơ
diesel
Công ngh
ệ
Hybird
Giá nhiên li
ệu tăng, ý thức môi tr
ường nâng cao, tiêu chuẩn khí thải siết chắt tạo nên
m
ột bước ngoặt l
ớn trong ng
ành là sự ra đời của xe hybrid.
Công ngh
ệ
hybrid là s
ự kết
hợp của động cơ đốt trong truyền thống và động cơ điện nhằm giảm mức tiêu thụ nhiên
li
ệu
và ô nhi
ễm môi trường.
Như
ợc điểm của xe Hybrid là có chi phí ban đầu lớn.

1.2. Ưu, như
ợc điểm
c
ủa động cơ đốt trong
:
- Ưu điểm:
+ Hi
ệu suất có ích

e
cao, đ
ộng cơ diesel tăng áp bằng tua bin khí hiện đại có hiệu
su
ất có ích đạt tới

e
= (0,4 0,52), trong khi đó c
ủa máy hơi nước

e
=(0,09 0,14), c
ủa
tuabin hơi nư
ớc

e
= (0,02  0,28) và c
ủa t
uabin khí 
e

không quá 0,3.
+ Kích thư
ớc nhỏ gọn, khối lượng nhẹ vì toàn bộ chu trình của động cơ đốt trong
đư
ợc thực hiện trong một thiết bị duy nhất.
+ Kh
ởi động, vận h
ành, chăm sóc dễ dàng.
- Như
ợc điểm:
+ Khó kh
ởi động khi có tải.
+ Kh
ả năng quá tả
i kém.
+ Công su
ất cực đại không cao.
+ Nhiên li
ệu đắt và cạn dần trong thiên nhiên.
+ Ô nhi
ễm môi trường vì
đ
ộ độc
khí x
ả và
ti
ếng
ồn.
M
ặc d

ù vậy, do những ưu điểm kể trên, nên động cơ đốt trong được sử dụng rộng
kh
ắp trên các lĩnh vực công nghiệp, n
ông lâm ngư nghi
ệp, giao thông vận tải Do đó,
trong vài ba th
ập niên tới, động cơ đốt trong vẫn là loại động cơ không thể thay thế, do
những động cơ khác tuy ưu việt hơn nhưng vì lý do kinh tế và kỹ thuật nên chưa được chế
t
ạo h
àng loạt.
1.3. C
ấu trúc t
ổng quát của động c
ơ đốt trong
(hình 1.1)
6
1-Cacte 2-Xilanh
3-N
ắp xilanh
4-Piston
5-Thanh truy
ề
n 6-Tr
ục khuỷu
7-Xupap 8-Bu
ồng cháy
Hình 1.1: Sơ đ
ồ cấu tạo động c
ơ đốt trong kiểu piston

Các b
ộ phận và hệ thống của ĐCĐT gồm:
1. B
ộ khung động cơ (các bộ phận cố định)
2. Cơ c
ấu truyền lực
3. Cơ cấu trao đổi khí
4. H
ệ thống nhi
ên liệu
5. H
ệ thống
bôi trơn
6. H
ệ thống làm mát
7. H
ệ thống khởi động, đảo chiều quay
8. Các cơ c
ấu chỉ báo, tự động điều chỉnh
II- NGUYÊN LÝ HO
ẠT ĐỘNG CỦA ĐCĐT
2.1. Các khái ni
ệm v
à thuật ngữ thông dụng
2.2.1. Đi
ểm chết tr
ên (ĐCT), Điểm chết dưới (ĐCD)
Chuy
ển đ
ộng tịnh tiến của piston trong xilanh chuyển th

ành chuyển động quay của
tr
ục khuỷu nhờ c
ơ cấu thanh truyền (biên)
- khu
ỷu. Khi trục khuỷu quay, piston thực hiện
chuy
ển động tịnh tiến trong xilanh và lần lượt nằm tại điểm gần và xa tâm quay nhất, các
v
ị trí
đó đư
ợc gọi là các điểm chết. Điểm gần tâm quay nhất gọi là "Điểm chết dưới"
(ĐCD) và đi
ểm xa tâm quay nhất gọi là "Điểm chết trên" (ĐCT).
2.1.2. Hành trình c
ủa piston (S)
7
Hành trình c
ủa piston Là khoảng cách piston dịch chuyển từ điểm chết này
đ
ến điểm
ch
ết kia. Mỗi h
ành trình của piston tương ứng với góc quay trục khuỷu
φ = 180
0
.
2.1.3. Bán kính quay c
ủa trục khuỷu (r)
Bán kính quay c

ủa trục khuỷu l
à khoảng cách từ tâm cổ biên tới tâm cổ trục khuỷu.
S=2r (S và r là 2 đ
ại lượng không đổ
i trong m
ột động cơ).
2.1.4. Thể tích công tác của xilanh (V
s
)
Th
ể tích công tác của xilanh là thể tích được tạo thành khi piston thực hiện một hành
trình:
V
s
= p D
2
S/4. (1 - 1)
2.1.5. Th
ể tích buồng cháy (Thể tích buồng nén
) V
c
Th
ể tích buồng cháy là thể tích xilanh khi piston nằm tại ĐCT.
2.1.6. Th
ể tích to
àn bộ (toàn phần) V
a
Th
ể tích to
àn bộ là thể tích xilanh khi piston nằm ở ĐCD:

V
a
= V
s
+ V
c
(1 - 2)
2.1.7. T
ỷ số nén hình học (
ε)
T
ỷ số giữa thể tích toàn bộ của xilanh với thể tích buồng cháy được gọi là tỷ số nén
lý thuy
ết hay tỷ số nén hình học:
ε = V
a
/ V
c
(1 - 3)
2.1.8. Môi ch
ất công tác (MCCT)
MCCT là ch
ất môi giới dùng để thực hiện quá trình chuyển hoá
t
ừ nhiệt năng sang
cơ năng trong chu tr
ình thực tế của động cơ đốt trong.
Khác v
ới chu tr
ình lý tưởng, trong chu trình thực MCCT là những khí thực mà tính

ch
ất lý hoá của nó luôn biến đổi trong suốt chu trình, chúng gồm những thành phần chính:
không khí, nhiên li
ệu và sản
ph
ẩm
cháy.
Ở h
ành trình nạp, tuỳ thuộc vào phương pháp hình thành hỗn hợp khí mà người ta
đưa vào không khí (t
ạo hỗn hợp bên trong) hoặc hoà khí (tạo hỗn hợp khí bên ngoài).
Không khí hoặc hoà khí mới nạp vào được gọi là môi chất mới. Trong hành trình nạp môi
ch
ất mới ho
à trộn với khí sót (sản
ph
ẩm
cháy còn sót l
ại trong xilanh của chu tr
ình trước),
t
ạo nên MCCT trong quá trình nạp.
8
Ở h
ành trình nén, MCCT không có thay đổi so với quá trình nạp.
Ở quá trình cháy, MCCT
được chuyển dần thành sản
ph
ẩm
cháy.

Ở hành trình giãn nở và thải, MCCT là sản phẩm cháy.
2.1.9. Quá trình công tác c
ủa động cơ
Là toàn b
ộ các hoạt động của động c
ơ để chuyển hoá nhiệt năng của nhiên liệu khi
đư
ợc đốt ch
áy bên trong xilanh đ
ộng cơ thành cơ năng. Các quá trình công tác của động
cơ g
ồm có: quá trình nạp, quá trình nén, quá trình cháy và giãn nở, quá trình thải.
2.1.10. Chu trình công tác c
ủa động c
ơ
Toàn b
ộ quá trình liên tục tạo nên sự hoạt động c
ủa động c
ơ và các quá trình lặp lại
có tính chu k
ỳ trong mỗi xilanh đ
ược gọi là chu trình công tác.
2.1.11. Đồ thị công chỉ thị
Đ
ể biểu diễn các quá trình công tác trên động cơ người ta sử dụng hai loại đồ thị
công chỉ thị: Đồ thị biến thiên áp suất theo thể tích công tác p = f(V) và đồ thị biến thiên
áp su
ất theo góc quay trục khuỷu (còn gọi là đồ thị công khai triển)
p = f(φ ).
2.2. Nguyên lý ho

ạt động của ĐCĐT
2.2.1.Chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ được thực hiện như sau:
2.2.1.1. K
ỳ một
- K
ỳ hút
: Đ
ầu kỳ một, piston còn nằm ở ĐCT. Lúc này trong thể tích
buồng cháy V
c
còn đầy khí sót của chu trình trước, áp suất khí sót bên trong xilanh cao
hơn áp su
ất khí quyển. Tr
ên đồ thị công, vị trí bắt đầu kỳ một tương ứng với điểm r (hình
1-5a). Khi tr
ụ
c khu
ỷu quay, thanh truyền làm chuyển dịch piston từ ĐCT đến ĐCD, xupap
n
ạp mở thông xilanh với đường ống nạp.
Cùng v
ới sự tăng tốc của piston, áp suất môi chất trong xilanh trở nên nhỏ dần so với
áp suất trên đường ống nạp p
k
(p
k
= 0,01 - 0,03MPa). Sự giảm áp bên trong xilanh so với
áp su
ất của đường ống nạp tạo nên quá trình nạp (hút) môi chất mới (không khí đối với
đ

ộng c
ơ diesel hoặc hoà khí đối với động cơ xăng) từ đường ống nạp vào trong xilanh.
Trên đ
ồ thị công, kỳ nạp được thể hiện qua đường
r-a. áp su
ất môi chất trên đường
n
ạp có thể bằng áp suất khí quyển p
k
= 0,1 MPa (đ
ộng c
ơ không tăng áp) hoặc lớn hơn áp
su
ất khí quyển tuỳ thuộc mức độ tăng áp (p
k
= 0,13 - 0,35) MPa (đ
ộng cơ tăng áp).
9
Hình 1.2: Sơ đ
ồ các quá trình làm việc và đồ thị công p
-V c
ủa động cơ diesel 4 kỳ
a)Kỳ nạp b)Kỳ nén c)Kỳ cháy và giãn nở d)Kỳ thải
2.2.1.2. K
ỳ hai
- k
ỳ nén:
piston chuy
ển dịch từ ĐCD đến ĐCT, các xupap hút và xả
đ

ều đóng, môi chất b
ên trong xilanh bị nén lại. Cuối kỳ
n
ạp, khi piston c
òn ở tại ĐCD, áp
su
ất môi chất bên trong xilanh p
a
còn nh
ỏ hơn p
k
. Đ
ầu kỳ nén, piston đi từ ĐCD đến ĐCT
khi t
ới điểm
m áp su
ất bên trong xilanh mới đạt tới giá trị p
k
. Do đó, đ
ể hoàn thiện quá
trình n
ạp người ta vẫn để xupap nạp tiếp tụ
c m
ở (trước điểm m). Việc đóng muộn xupap
n
ạp l
à nhằm lợi dụng sự chênh áp giữa xilanh và đường ống nạp cũng như động năng của
dòng khí
đang lưu động trên đường nạp để nạp thêm môi chất mới vào trong xilanh.
Sau khi đóng xupap n

ạp, chuyển động đi l
ên của
piston s
ẽ l
àm cho áp suất và nhiệt
đ
ộ của môi chất tiếp tục tăng l
ên. Giá trị của áp suất cuối quá trình nén p
c
(t
ại điểm c) phụ
thu
ộc vào tỷ số nén
ε, đ
ộ kín của buồng đốt, mức độ tản nhiệt của thành vách xilanh và áp
suất của môi chất ở đầu quá trình nén p
a
.
Vi
ệc đốt cháy ho
à khí (động cơ xăng) hoặc tự bốc cháy của hỗn hợp khí (động cơ
diesel) đ
ều cần một thời gian nhất định, mặc dù là rất ngắn. Muốn sử dụng tốt nhiệt lượng
do nhiên cháy sinh ra thì
điểm bắt đầu và kết thúc quá trình cháy phải ở lân cận Đ
CT. Do
đó, vi
ệc bật tia lửa điện (động c
ơ xăng) hoặc phun nhiên liệu vào xilanh (động cơ diesel)
đ

ều đ
ược thực hiện trước khi piston đến ĐCT. Trên đồ thị công kỳ nén được thể hiện qua
đư
ờng
a-c.
2.2.1.3. K
ỳ ba
- K
ỳ cháy v
à giãn nở:
Đư
ợc thực hiện khi piston đi từ ĐCT đến ĐCD.
10
Đ
ầu kỳ ba
, s
ố hoà khí nạp vào xilanh (động cơ xăng) hoặc được tạo ra ở cuối quá
trình nén
đư
ợc bốc cháy nh
anh. Do có m
ột nhiệt l
ượng lớn được toả ra, là nhiệt độ và áp
su
ất của môi chất tăng mạnh, mặc d
ù thể tích làm việc có tăng lên chút ít (đường
c-z trên
đ
ồ thị công). Dưới tác dụng đẩy của lực do áp suất môi chất tạo ra, piston tiếp tục bị đẩy
xu

ống thực hi
ện quá tr
ình giãn nở của môi chất trong xilanh. Trong quá trình giãn nở môi
ch
ất đẩy piston sinh công, do đó kỳ ba đ
ược còn được gọi là hành trình công tác (sinh
công). Trên đ
ồ thị công kỳ ba được biểu diễn qua đường
c-z-b.
2.2.1.4. Kỳ bốn - Kỳ thải: Trong kỳ này, động cơ thực hiện quá trình xả sạch khí thải
ra kh
ỏi xilanh. Piston chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT đẩy khí thải từ xilanh qu
a đư
ờng
xupap th
ải đang mở vào đường ống thải. Do áp suất bên trong xilanh ở cuối quá trình thải
còn khá cao, nên xuppap x
ả bắt đầu mở khi piston còn cách ĐCD khoảng
(40 - 60)
0
gqtk.
Nh
ờ vậy, giảm đ
ược lực cản đối với piston trong quá trình thải khí và nhờ
chênh áp l
ớn
t
ạo sự thoát khí dễ d
àng từ xilanh ra đường ống thải, cải thiện được việc quét sạch khí thải
ra kh

ỏi xilanh của động cơ. Trên
đ
ồ
th
ị công, kỳ bốn được thể hiện qua đường
b-r.
K
ỳ bốn kết thúc chu tr
ình công tác, tiếp theo chuyển động của pist
on s
ẽ lặp lại kỳ
m
ột theo trình tự của chu trình công tác động cơ nói trên.
Đ
ể thải sạch sản
ph
ẩm
cháy ra kh
ỏi xilanh, xupap xả không đóng tại vị trí ĐCT m
à
ch
ậm hơn một chút, sau khi piston qua khỏi ĐCT khoảng
(5-30)
0
gqtk, ngh
ĩa là khi đã bắt
đ
ầu kỳ một.
Đ
ể giảm sức cản cho quá tr

ình nạp, nghĩa là cửa nạp phải được mở rộng dần trong
khi piston đi xu
ống trong kỳ một, xupap nạp cũng được mở
s
ớm
m
ột chút trước khi piston
đên ĐCT kho
ảng
(10-40)
0
gqtk. Như v
ậy vào cuối kỳ thải và đầu kỳ nạp cả hai xupap nạp
và x
ả đều mở. Thời gian hai xupap c
ùng mở được gọi là thời kỳ trùng điệp của xupap (góc
tính theo góc quay tr
ục khuỷu t
ương ứng gọi là góc trùng điệp).
Hình 1.3. gi
ới thiệu sơ đồ pha phân phối khí của động cơ 4 kỳ
01 - v
ị trí mở xupap nạp.
02 - vị trí đóng xupap nạp.
03' - v
ị trí bật tia lửa điện hoặc phun
nhiên li
ệu.
03 - v
ị trí ĐCT

05 - vi trí xupap x
ả mở.
06 - v
ị trí đóng xupap xả.
φ
1
- góc m
ở sớm xupap nạp.
φ
2
- góc đóng mu
ộn xupap nạp.
φ
1-2
- th
ời gian mở (
0
gqtk) c
ủa xupap
n
ạp.
φ
3
- góc đánh l
ửa sớm
ho
ặc phun sớm
11
nhiên liệu.
φ

2-3
- th
ời gian qúa tr
ình nén (
0
gqtk).
φ
4
- th
ời gian kết thúc quá trình cháy
(
0
gqtk).
φ
5
- góc m
ở sớm xupap xả.
φ
3-4-5
- th
ời gian quá trình cháy, giãn nở.
φ
6
- góc đóng mu
ộn xupap xả.
φ
5-6
- th
ời gian quá trình xả (
0

gqtk).
φ
1
+ φ
6
- th
ời kỳ tr
ùng điệp
Hình 1.3: Sơ đ
ồ pha
phân ph
ối khí của động cơ 4 kỳ.
Hình 1.4. gi
ới thiệu đồ thị khai triển của pha phân phối khí động cơ 4 kỳ.
Hình 1.4: Đ
ồ thị
khai tri
ển của pha phân phối khí
đ
ộng c
ơ 4 kỳ.
2.2.2. Đ
ộng c
ơ 2 kỳ
 Trong đ
ộng cơ 4 kỳ chỉ có sử dụng 1/2 thời gian làm chức năng của chu trình, hai
quá trình n
ạp v
à thải động cơ làm việc như một máy bơm khí.
 Trong đ

ộng c
ơ 2 kỳ chu trình công tác thực hiện triệt để hơn, do nó thực hiện
trong
m
ột vòng quay trục khuỷu (hai hành trình của piston).
 Trong đ
ộng cơ 2 kỳ quá trình thay đổi môi chất công tác được thực hiện trong
kho
ảng thời gian ngắn, khu vực piston gần ĐCD. Việc xả khí thải ra ngo
ài không
ph
ải nhờ piston đẩy mà nhờ không khí (
diesel) ho
ặc hoà khí (động cơ xăng) nén
12
trư
ớc đến một áp suất nhất định. Việc nén trước hoà khí hoặc không khí được thực
hi
ện nhờ một máy nén ri
êng, trên các động cơ nhỏ người ta sử dụng buồng cácte và
cơ c
ấu khuỷu trục
- thanh truy
ền
- piston làm bơm quét khí.
Hình 1.5 gi
ới thiệu sơ đồ hoạt động của động cơ diesel 2 kỳ quét thẳng qua xupap xả.
Hình 1.5: Sơ đ
ồ hoạt động củ
a đ

ộng cơ 2 kỳ quét
th
ẳng
qua xupap x
ả
a) k
ỳ một: cháy
-giãn n
ở, xả, quét;
b) K
ỳ hai: xả,, quét, nén, phun nhi
ên liệu
1-ống hút; 2- bơm quét khí; 3-piston; 4-xupap x
ả; 5
-vòi phun; 6-ống thải;
7-không gian ch
ứa khí quét; 8
-c
ửa quét.
2.2.2.1. K
ỳ một:
Giãn n
ở tương ứng với hành trình piston từ ĐCT đến ĐCD. Trong
xilanh v
ừa mới thực hiện quá trình cháy (đường
c-z c
ủa đồ thị công) và bất đầu quá trình
giãn n
ở sinh công. K
hi piston s

ắp mở cửa quét th
ì xupap xả mở trước, do chênh áp bên
trong và ngoài xilanh s
ản
v
ật cháy bắt đầu thoát ra ngo
ài đường ống xả, lúc ấy áp suất
trong xi lanh b
ắt đầu giảm nhanh (đoạn
m-n trên đ
ồ thị công). Khi piston mở c
ửa quét thì
áp su
ất bên trong xilanh xấp xỉ bằng áp suất khí quét trong không gian 7. Không khí quét
qua c
ửa quét đi
vào xilanh và ti
ếp tục đẩy sản vật cháy c
òn lại qua xupap xả ra ngoài và
n
ạp đầy môi chất mới vào trong xilanh. Quá trình này gọi là quá trình thay đổi môi chất
(đoạn n-a trên đồ thị công).
Như v
ậy, trong thời gian của kỳ một trong xilanh thực hiện quá tr
ình cháy c
ủa nhi
ên
li
ệu và nhả nhiệt, giãn nở của môi chất, xả khí thải, quét và nạp đầy môi chất mới.
13

2.2.2.2. K
ỳ hai
- nén: Tương
ứng với hành trình của piston từ ĐCD đến ĐCT. Đầu
k
ỳ hai, tiếp tục quá tr
ình quét và nạp đầy môi chất mới vào xilanh (đường
a-k trên đ
ồ thị
công). Th
ời điểm đóng kín cửa quét v
à xupap xả quyết định thời điểm kết thúc quá trình
thay đ
ổi môi chất (điểm
k). C
ửa quét có thể đóng đồng thời hoặc muộn hơn so với xupap
x
ả. áp suất môi chất trong xilanh động cơ cuối quá trình thay đổi k
hí thư
ờng lớn hơn áp
su
ất khí quyển v
à phụ thuộc vào áp suất khí quét p
k
.Quá trình nén b
ắt đầu khi kết thúc
quá trình th
ải và quét khí. Trước khi piston đến ĐCT khoảng
(10-30)
0

gqtk nhiên li
ệu
được phun vào vào xilanh.
Như v
ậy, trong kỳ hai, động c
ơ thực
hi
ện các quá tr
ình sau: kết thúc các quá trình thải,
quét và n
ạp đầy môi chất mới vào xilanh ở đầu hành trình, sau đó thực hiện quá trình nén.
M
ột số ph
ương án quét khí trong động cơ hai kỳ:
(Hình 1.6)
* Phương án quét th
ẳng qua xupap xả (Hình
1.6c)
* Phương án quét vòng cửa quét đặt ngang
theo hư
ớng song song: Cấu tạo động cơ đơn
gi
ản h
ơn so với phương án quét thẳng qua
xuppap, do không có xupap x
ả và cơ cấu dẫn
đ
ộng xupáp xả (Hình 1
.6a). Tuy nhiên, phương
án này làm giảm chất lượng quá trình thay đổi

môi ch
ất v
à mất nhiều môi chất mới qua đường
th
ải.
* Phương án quét v
òng, c
ửa khí đặt ngang theo
hư
ớng lệch tâm (Hình 1
.6b), gi
ảm được lượng
môi chất mới lọt ra đường thải, đồng thời tạo ra
chuy
ển động xoáy của môi chất mới vào trong
xilanh làm cho nhiên li
ệu v
à không khí hoà trộn
t
ốt hơn. các phương án quét vòng thường được
s
ử dụng trên các động cơ 2 kỳ của xe máy, ô tô
ho
ặc các máy dân dụng công suất nhỏ.
* Phương án quét th
ẳng qua cửa xả (hình 1
.6d)
có piston đ
ối đỉnh, được dùng trong các động
cơ diesel công su

ất lớn. Một piston điều khiển
c
ửa quét còn piston kia điều khiển cửa thải.
Phương án này cho phép quá tr
ình thay đổi môi
chất đạt chất lượng cao .
Hình 1.6: Các phương án quét th
ải
a) Quét vòng - c
ửa quét đặt theo
hư
ớng song song
b) Quét vòng c
ửa quét đặc theo
hư
ớng lệch tâm
c) Quét th
ẳng qua xupáp xả
d) Quét th
ẳng qua
c
ửa xả dùng
pittông đ
ối đỉnh
1- C
ửa quét
3- Piston
2- C
ửa xả
4- Xupáp x

ả
14
 Trên hình 1.7 gi
ới thiệu động c
ơ hai kỳ dùng không gian cacte làm máy quét khí.
Hình 1.7: Sơ đ
ồ động c
ơ xăng 2 kỳ dùng cacte làm máy quét
1-không gian cacte; 2-biên; 4- đư
ờng ống dẫn khí quét; 5
- c
ửa quét; 6
-piston; 7-xilanh; 8-
n
ắp xilanh; 9
-buji; 10-c
ửa xả; 11
-b
ộ chế hoà khí; 12
-c
ửa hút; 13
-tr
ục khuỷu.
Khi piston đi t
ừ ĐCD đến ĐCT sẽ l
àm tăng không gian bên dưới piston nên áp suất
gi
ảm thấp hơn áp suất khí quyển. Nhờ đó, hoà khí từ bộ chế hoà khí đi vào không gian của
cacte khi piston mở cửa hút 12. Trong h
ành trình thứ hai, piston đi từ ĐCT đến ĐCD,

piston nén môi ch
ất mới trong cacte tr
ước khi cửa quét mở. Sau khi cửa quét mở môi chất
đư
ợc đẩy vào xi lanh thực hiện quá trình quét và nạp đầy xilanh.
Trên hình 1.8 gi
ới thiệu sơ đồ phân p
h
ối khí của phương án quét vòng, vị trí đóng và
m
ở các cửa quét v
à cửa thải đối xứng qua ĐCD.
Hình 1.8: Pha phân ph
ối khí
c
ủa động cơ
2 kỳ quét vòng.
0-4: V
ị trí đóng cửa quét;
0-3: V
ị trí đóng cửa thải.
0-1: V
ị trí bật tia lửa điện (hoặc phun nhiên liệu)
0-1: V
ị trí ĐCT.
0-3: V
ị trí mở cửa xả.
0-4: V
ị trí mở cửa quét
15

Ưu đi
ểm chính của của động cơ sử dụng cacte làm bơm
quét là c
ấu tạo đơn giản.
Nhưng ch
ất l
ượng thay đổi khí rất kém, vì vậy ảnh hưởng xấu tới công suất và hiệu suất
c
ủa động c
ơ.
 Trong đ
ộng cơ 2 kỳ một phần hành trình S
n
dùng đ
ể thay đổi môi chất, sẽ không
th
ực hiện quá tr
ình sinh công. Do đó, thể tích công
tác th
ực tế của xilanh V
h
khi
piston đi lên ĐCT là:
V
'
h
= V
h
- V
n

Trong đó V
n
- thể tích xilanh tương ứng với hành trình S
n
.
T
ỷ số nén thực tế của động cơ 2 kỳ
ε là:
T
ỷ
s
ố nén hình học của động cơ 2 kỳ:
Ph
ần hành trình tổn thất
ψ, là t
ỷ lệ giữa V
n
và V
h
:
Trong th
ực
t
ế
ψ = 10 - 38%.
So sánh đ
ộng cơ hai kỳ và bốn kỳ
 Khi hai đ
ộng cơ cùng kích thước xilanh và số vòng quay n, công suất của động cơ 2
kỳ về mặt lý thuyết có thể gấp 2 lần động cơ 4 kỳ. Trên thực tế chỉ đạt khoảng 1,5 -

1,7 l
ần do một phần hành trình sinh cô
ng b
ị tổn thất trong quá trình thay đổi môi
ch
ất
ψ. Vì ch
ất l
ượng quét thải kém và vì do tốn một ít công suất để dẫn động bơm
nén khí quét.
 Momen quay trong đ
ộng cơ 2 kỳ đều hơn động cơ 4 kỳ, do mỗi chu trình thực hiện
trong m
ột v
òng quay còn động cơ 4 kỳ
trong 2 vòng quay tr
ục khuỷu.
 Trong đ
ộng c
ơ 2 kỳ thời gian trao đổi môi chất rất ngắn hơn so với động cơ 4 kỳ,
nên ch
ất lượng quét sạch sản vật cháy và nạp khí đầy vào xilanh không hoàn hảo
như đ
ộng cơ 4 kỳ.
Trên đ
ộng cơ xăng, hoà khí bị mất mát một phầ
n do quá trình quét khí. Do v
ậy,
đ
ộng cơ 2 kỳ chỉ thường dùng cho động cơ diesel hoặc động cơ xăng có công suất nhỏ.

16
III. CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
3.1. Các b
ộ phận cố định
(b
ộ khung động c
ơ)
Hình 1.9: Bộ khung động cơ
1- n
ắp xilanh, 2
- kh
ối xilanh, 3
-cacter trên ( kh
ối thân), 4
- cacter dư
ới (cacter dầu).
Nh
ững phần này được liên kết với nhau bằng bulông hoặc gujông thành một khối
th
ống nhất, cứng vững tránh biến dạng khi động cơ làm việc chịu tác dụng của lực quán
tính và áp l
ực khí.
V
ề cơ
b
ản, đường viền ngoài của bộ khung động cơ quyết định những kích thước chủ
y
ếu của động cơ.
Sau đây là một số hình dáng cấu trúc của một số bộ khung động cơ :
Hình 1.10: Các hình dáng c

ấu trúc
khung đ
ộng cơ
3.1.1. N
ắp xilanh.
3.1.1.1. Ch
ức năng, nhiệm vụ, điều kiện làm việc.
a/ Chức năng nhiệm vụ, yêu cầu
- N
ắp xilanh đậy kín một đầu c
ùng với piston và xilanh tạo thành buồng cháy. Nhiều
b
ộ phận của động cơ được lắp trên nắp xilanh như: bugi, vòi phu
n, c
ụm xupap, cơ cấu
17
gi
ảm áp hỗ trợ khởi động… ngoài ra, trên nắp xilanh còn bố trí các đường nạp, đường
th
ải, đ
ường nước làm mát, đường dầu bôi trơn… do đó kết cấu của nắp xilanh rất phức
t
ạp.
- Nói chung, n
ắp xilanh cần đảm bảo các vấn đề sau:
+ Có bu
ồng
cháy t
ốt nhất để bảo đảm quá trình cháy của động cơ tiến hành thuận lợi
+ Có đ

ủ sức bền v
à độ cứng vững để khi chịu tải trọng nhiệt và tải trọng cơ học lớn
không b
ị biến dạng lọt khí và rò nước.
+ D
ễ dàng tháo lắp và điều chỉnh các cơ cấu lắp trên nó.
+ K
ết cấu đơn giản, dễ chế tạo, đồng thời tránh được ứng suất nhiệt.
+ Đ
ảm bảo đậy kín xilanh, không bị lọt khí, r
ò nước.
b/ Đi
ều kiện làm việc.
Đi
ều kiện làm việc của nắp xilanh rất khắc nghiệt như nhiệt độ cao, áp suất khí thể
lớn, sự phân bố nhiệt độ và áp suất rất không đều giữa các vùng và bị ăn mòn hóa học bởi
các ch
ất ăn m
òn trong sản phẩm cháy.
3.1.1.2. C
ấu tạo và phân loại.
Có th
ể nói nắp xilanh là chi tiết phức tạp nhất trong bộ khung động cơ về mặt cấu
t
ạo. Đồng thời ứng suất c
ơ và ứng
su
ất nhiệt vừa cao, vừa rất ch
ênh lệch giữa các vùng.
Chính vì th

ế thành vách của nắp xilanh phải làm sao có bề dày tương đối đều để tránh nứt
vỡ khi t
ải nặng, nhiệt độ cao.
V
ề mặt cấu tạo của nắp xilanh người ta chế tạo có các khoang đặt các xupap
hút, x
ả,
b
ố trí các v
òi phun (hoặc bugi), buồng cháy phụ, van đặt đồng hồ chỉ thị áp suất Xen kẽ
v
ới chúng, có các đường khí nạp vào, khí thải ra và các khoang chứa nước làm mát cho
nắp xilanh .
V
ật liệu chế tạo nắp xilanh thường dùng đối với nắp x
ilanh đ
ộng cơ diesel làm mát
b
ằng n
ước là đúc bằng gang hợp kim, dùng khuôn cát. Còn nắp xilanh của động cơ diesel
làm mát b
ằng gió thường chế tạo bằng hợp kim nhôm dùng phương pháp đúc hoặc
phương pháp rèn d
ập.
Đ
ối với động c
ơ xăng thường dùng hợp ki
m nhôm, có ưu đi
ểm l
à nhẹ, tản nhiệt tốt

gi
ảm đ
ược khả năng kích nổ. Tuy nhiên
, s
ức bền c
ơ và nhiệt thấp hơn so với nắp xilanh
b
ằng gang.
- D
ựa vào cấu tạo ta có thể phân ra làm hai loại:
+ N
ắp xilanh liền.
+ N
ắp xilanh rời.
- V
ề mặt vật liệu n
ắp xilanh ta có thể phân ra nh
ư sau:
+ N
ắp xilanh hợp kim gang
+ N
ắp xilanh hợp kim nhôm
- Theo lo
ại động cơ có:
a/ N
ắp xilanh của động cơ diesel
Kết cấu nắp xilanh của động cơ diesel rất phức tạp. Nó phụ thuộc vào kiểu buồng
cháy (phương pháp hình thành khí h
ỗn hợp), số kỳ v
à cơ cấu phân phối khí của động cơ.

N
ắp xilanh của động cơ diesel phức tạp hơn hẳn nắp xilanh của động cơ xăng vì trên nó
ph
ải bố trí rất nhiều cơ cấu và chi tiết máy như: Cơ cấu xupap, buồng cháy phụ, vòi phun,
buji s
ấy n
óng, cơ c
ấu khởi động bằng khí nén, đ
ường nước làm mát, đường thải nạp v.v…
18
Trong đ
ộng cơ ô tô máy kéo và động cơ tĩnh tại cỡ nhỏ, vòi phun thường bố trí lệch
v
ới đ
ường tâm xilanh một góc độ nhất định.
Trong các lo
ại động c
ơ có buồng cháy thống nhất, để tạ
o thành xoáy l
ốc của d
òng
khí n
ạp, người ta thường thiết kế đường nạp có độ nghiêng và thắt dần lại về phía xupap
n
ạp hoặc đôi khi dùng loại xupap nạp có bản dẫn hướng dòng khí cũng như lợi dụng diện
tích chèn khí gi
ữa đỉnh
piston và n
ắp xilanh.
Các lo

ại n
ắp xilanh có buồng cháy phụ ( buồng cháy dự bị, buồng cháy xoáy lốc v
à
bu
ồng cháy không khí) bố trí trên nắp xilanh thường được dùng trong động cơ ô tô máy
kéo. K
ết cấu nắp xilanh có buồng cháy phụ rất phức tạp, giá thành chế tạo cao.
Bu
ồng cháy xoáy lốc v
à bu
ồng cháy dự bị th
ường chế tạo theo kiểu tổ hợp: Nửa trên
c
ủa buồng cháy xoáy lốc đúc liền với nắp xilanh; nửa dưới của buồng cháy có họng thì
làm b
ằng thép chịu nhiệt hoặc gang chịu nhiệt rồi ép vào nắp xilanh, phần họng của buồng
cháy thông hướng vào tâm xilanh. Buồng cháy dự bị cũng được gia công thành hình dạng
nh
ất định rồi ép v
ào lỗ trên nắp xilanh.
B
ố trí vòi phun và buồng cháy cũng cần phối hợp với việc bố trí xupap. Nếu động cơ
dùng nhi
ều xupap, vòi phun thường được bố trí ở chính giữa. Trong đ
ộng c
ơ dùng hai
xupap, h
ọng thông của buồng cháy phụ th
ường đặt lệch một bên để có thể có được tiết
di

ện lưu thông lớn nhất.
N
ắp xilanh của động cơ ô tô
- máy kéo do thư
ờng làm chung cho nhiều xilanh nên dễ
b
ị biến dạng cong vênh hơn loại nắp xilanh
làm riêng cho t
ừng xilanh. Đôi khi, để hạn chế
s
ự biến dạng của nắp xilanh do siết gujông không đều hoặc do chịu nhiệt không đều,
ngư
ời ta phay ngang trên mặt nắp xilanh những rãnh đàn hồi đặc biệt như (hình 2.4).
Ngoài ra lo
ại nắp chung có nhược điểm là khi một xilanh bị hư hỏng nhỏ thì vẫn phải
tháo c
ả nắp xilanh ra, vì vậy ảnh hưởng đến các xilanh khác. Tuy vậy loại nắp chung có
ưu đi
ểm lớn l
à làm cho kết cấu của động cơ
g
ọn nhẹ.
Hình 1.11: N
ắp xilanh có
rãnh
đàn hồi.
1- Rãnh đàn hồi,
2- Ống dẫn nước phun vào đế
xupap,
3-Đư

ờng nạp, 4
-Đư
ờng thải,
5-Khoang đ
ặt vòi phun,
6-L
ỗ bắt gujong,
7-Thân n
ắp xilanh,
8-L
ỗ bắt bulong vòi phun
19
Hình 1.12 gi
ới thiệu nắp xilanh của động cơ diesel ô tô
- máy kéo lo
ại buồng cháy
trên đ
ỉnh pittông. Loại nắp xilanh n
ày bố trí xupap nạp và xupap thải và hai phía khác
nhau; vòi phun b
ố trí nghi
êng đi một góc so với đường tâm xilanh. Do lỗ lắp ống
lót vòi
phun trên n
ắp xilanh làm tách làm hai đoạn nên phần ống gần đầu vòi phun được nước
tr
ực tiếp làm mát. Ngoài ra, để tăng cường độ làm mát vòi phun và phần đế xupap, người
ta còn thi
ết kế hai đ
ường dẫn nước đặc biệt đi qua hai ống phun 1 đúc liền vớ

i m
ặt nóng
c
ủa nắp xilanh. Nhờ đó nước làm mát có nhiệt độ tương đối thấp trực tiếp phun vào vùng
vòi phun - đ
ế xupap để làm mát vùng này. Đường dẫn khí nạp thắt nhỏ dần từ ngoài vào
đ
ế xupap nạp, và có độ cong tương đối lớn (xem mặt cắt B
-B) đ
ể giảm sức c
ản tr
ên đường
ống v
à tăng h
ệ số nạp. Độ cong trên phương nằm ngang (mặt cắt C
-C) c
ủa đ
ường nạp
khi
ến cho dòng khí nạp đi vào xilanh dễ tạo thành xoáy lốc. Đường dẫn khí thải bố trí về
phía ngư
ợc với đường nạp. Bố trí như thế tạo điều kiện thuận tiện để bố
trí l
ỗ đũa đẩy (hai
lỗ vuông trên tiết diện C -C) ở hai bên đường ống nạp và lỗ cố định truc đòn bẩy xupap
(m
ặt cắt C
-C).
Hình 1.12: N
ắp xilanh của động cơ buồng cháy trên đỉnh pitton

1-Thân n
ắp xylanh, 2
-L
ỗ dẫn nước làm mát, 3
-L
ỗ bắt gujông
4-Khoang xupap n
ạp, 5
-L
ỗ bắt bulong nắp đậy, 6
-L
ỗ bulông c
ò mổ
7-Bu
ồng cháy, 8
-Khoang supap x
ả , 9
-Đư
ờng nạp
Nắp xilanh được cố định trên thân máy bằng các gujông bố trí quanh xilanh. Các lỗ
d
ẫn nước làm mát đều bố trí trên mặt nóng xung quanh xilanh và gần các gujông
. Trên n
ắp
xilanh còn b
ố trí đ
ường dẫn dầu bôi trơn cơ cấu phân phối khí. Đường dầu này được
khoan
ở phần trên nắp, dọc theo chiều dài của mặt cắt B
-B.

Hình 1.13. gi
ới thiệu nắp xilanh của động cơ có buồng cháy trực tiếp (thống nhất)
kiểu w cạn.
Vòi phun b
ố trí chính giữa nắp xilanh, xung quanh có 4 xupap: hai xupap thải v
à hai
xupap n
ạp. Xupap nạp hơi lớn hơn xupap thải. Khi ở điểm chết trên, phần đỉnh của pittông
chui vào ph
ần lõm hình trụ trên nắp xilanh, cùng với mặt nóng của nắp xilanh làm thành
bu
ồng
cháy.
20
Đường thải và đường nạp bố trí về hai phía. Đế xupap làm bằng thép và ép vào các
l
ỗ để trên nắp xilanh. Đường dẫn khí của từng xupap đều làm riêng biệt để dòng khí lưu
đ
ộng đự
ơc dễ dàng. Các gujông đều luồn qua các lỗ đặc biệt đúc liền với gân g
ia c
ố tr
ên
n
ắp( xem mặt cắt B
- B). Ngoài ra, do kho
ảng cách của các gujông khá xa nên để đảm bảo
đ
ộ kín của mối ghép giữa nắp xilanh và thân máy, người ta thiết kế thêm các gujông nhỏ
quanh m

ỗi xilanh. Xung quanh mỗi xilanh có các lỗ dẫn n
ước làm mát nắp x
ilanh. Nư
ớc
làm mát đư
ợc dẫn ra khỏi nắp xilanh bằng lỗ phía tr
ên nắp chung.
Hình 1.14 gi
ới thiệu kết cấu nắp xilanh có buồng cháy xoáy lốc của động cơ máy kéo
(ph
ần nắp của một xilanh).
N
ắp xilanh l
àm theo kiểu nắp chung cho các xilanh đúc bằng gang hợp
kim.
Bu
ồng cháy xoáy lốc hình cầu phân thành hai nửa. Nửa trên đúc liền với nắp xilanh,
n
ửa dưới làm riêng bằng thép chịu nhiệt hoặc gang chịu nhiệt rồi lắp vào nắp xilanh. Để
đ
ảm bảo nhiệt độ thích đáng của buồng cháy, phần thân của nửa dưới buồng cháy lắ
p có
khe h
ở với nắp xilanh. Nửa d
ưới của buồng cháy có họng thông với không gian bên trên
đ
ỉnh pittông. Tiết diện của họng có rất nhiều dạng: ôvan, bán nguyệt, tròn hoặc dạng phức
t
ạp. Nửa dưới của buồng cháy được định vị bằng một chốt đóng trên mặt nắp xi
lanh ho

ặc
bằng vít.
Các xupap đ
ều bố trí gần sát với đ
ường tâm xilanh. Xupap nạp lớn hơn xupap thải và
đ
ều bố trí theo phương thẳng đứng. Vòi phun lắp vào nửa phần trên của buồng cháy xoáy
l
ốc và nghiêng đi một góc nhất định. Các đường thải nạp đều nằm cù
ng m
ột phía và hai
xilanh k
ề nhau chung đ
ường thải, nạp.
Nư
ớc làm mát từ thân máy đi lên nắp xilanh bằng 5 lỗ: 2 lỗ nhỏ ở hai bên buồng
cháy xoáy l
ốc, 2 lỗ lớn ở hai bên xupap và 1 lỗ ở giữa hai đường thải, nạp đưa nước làm
mát vào th
ẳng vùng có nhiệt độ c
ao nh
ất là vùng giữa hai đế xupap và họng buồng cháy
xoáy l
ốc (xem mũi t
ên trên hình). Sau khi làm mát nắp xilanh, nước làm mát theo đường
ống lắp ở phía đầu đi ra khỏi nắp xilanh rồi v
ào két nước.
Hình 1.13: N
ắp
xilanh b

ằng nhôm
1-L
ỗ gujong,
2-Khoang xupap,
3-Khoang xupap x
ả,
4-Bu
ồng cháy,
5-Thân maý,
6-Đư
ờng xả,
7-Đư
ờng nạp,
8-Đư
ờng xả,
9-Đư
ờng nạp
10-Khoang đ
ặt kim
phun,
11-Đ
ỉnh piston,
12-L
ỗ vít nắp chụp
xylanh
21
Hình 1.14: N
ắp xilanh động cơ buồng cháy xoáy lốc hình
c
ầu

.
1-Khoang t
ạo xoáy lốc, 2
-L
ỗ bắt gujong, 3
-L
ỗ bắt bulong, 4
-Khoang xupap n
ạp,
5-Bu
ồng cháy, 6
-L
ỗ đường nạp, 7
-Khoang đ
ặt vòi phun,
8-Thân n
ắp xylanh, 9
-Đư
ờng xả, 10
-L
ỗ bắt bulong, 11
-Khoang xupap x
ả,
12-L
ỗ đ
ường xả,13
-L
ỗ n
ước làm mát
N

ắp xilanh lắp
ch
ặt với thân máy bằng gujông (phần nắp xilanh giới thiệu trên hình
v
ẽ có 8 lỗ chung quanh xilanh).
Hình 1.15 gi
ới thiệu loại nắp xilanh của động cơ có buồng cháy dự bị. Nắp xilanh
đúc b
ằng gang hợp kim, kết cấu theo kiểu nắp chung cho hai xilanh.
M
ặt trê
n và m
ặt dưới nắp đều phẳng. Buồng cháy dự bị được chế tạo riêng rồi lắp
vào trong nắp xilanh nghiêng về phía đũa đẩy xupap. Buồng cháy dự bị bằng thép do hai
n
ửa hàn lại với nhau. Nửa dưới của buồng cháy có ren để vặn vào nắp xilanh.
Hình 1.15: N
ắp xi
lanh c
ủa động cơ có buồng cháy dự bị.
1-L
ỗ bắt v
òi phun, 2
-L
ỗ bắt xupap nạp, 3
-Bu
ồng cháy, 4
-C
ụm lấp đũa đẩy,
5-L

ỗ bắt gujong, 6
-L
ỗ lắp xupap xa, 7
-Thân n
ắp, 8
-Vòi phun, 9-L
ỗ lắp gujong
n
ắp chụp,10
-Khoang l
ắp vòi phun,11
-Khoang xupap hút, 12-Khoang xupap xả
22
Đ
ể nước làm mát trong nắp xilanh không bị rò rỉ ra ngoài, trên mặt phẳng lắp ghép
c
ủa nửa d
ưới của buồng cháy có đệm đồng (lắp phía cuối đoạn ren) và nửa trên của buồng
cháy d
ự bị có joăng cao su (phần tô đen tr
ên hình 1.15).
Vòi phun l
ắp lút sâu vào nử
a trên c
ủa buồng cháy. Nước làm mát đi qua các lỗ trên
thân máy vào n
ắp xilanh: hai lỗ bố trí về phía buồng cháy dự bị và hai lỗ bố trí về phía cơ
c
ấu dẫn động xupap. Để đảm bảo đ
ưa nước làm mát tới các vùng nóng nhất trong nắp

xilanh (như vùng bu
ồng cháy
ph
ụ và vùng đế xupap thải…) trong các lỗ dẫn nước vào nắp
xilanh đ
ều lắp các ống phun nước để phun các dòng nước về phía các vùng này (nước đi
theo chi
ều mũi tên trên hình).
b/ N
ắp xilanh động c
ơ xăng
K
ết cấu nắp máy của động cơ tuỳ thuộc vào kết cấu của
bu
ồng cháy, cách bố trí cơ
c
ấu xupap và số xupap của cơ cấu phân phối khí, bugi, kiểu làm mát động cơ và đường
nạp thải trên nắp xylanh. Dạng buồng cháy trên động cơ quyết định hiệu suất nạp, thải và
hi
ệu suất quá tr
ình cháy trên động cơ.
N
ắp xylanh có
bu
ồng cháy dạng bán cầu dùng trên động cơ ôtô (hình
1.16a). Lo
ại
n
ắp xylanh trên dùng xupap treo, xupap nạp hơi lớn hơn xupap thải, bugi đặt ở bên hông
bu

ồng đốt.
N
ắp xylanh có buồng cháy dạng hình chêm dùng rộng rãi trên động cơ chữ V và
đ
ộng cơ
nhi
ều hàng xylanh (hình
1.16b). Lo
ại buồng đốt này có ưu điểm gọn, có cường độ
xoáy l
ốc tốt.
a) b)
Trong đ
ộng cơ xăng một hàng xylanh còn dùng buồng cháy khối ôvan như hình
1.17.
Lo
ại buồng đốt này có hai diện tích chèn khí. Diện tích chèn k
hí th
ứ nhất tương đối lớn,
n
ằm đối diện với bugi, l
à phần xa bugi nhất, diện tích chèn khí thứ hai nhỏ hơn, nằm phía
dư
ới bugi.
Hình 1.16: N
ắp xilanh có
bu
ồng cháy bán cầu (a)
và hình chêm (b)
1-L

ỗ đ
ưa nước làm mát,
2-L
ỗ bắt gujong, 3
-
Khoang xupap x
ả
4-L
ỗ dẹt l
àm mát,
5-Khoang xupap n
ạp
,
6-L
ỗ đường xả,
7-L
ỗ đường nạp
8,9- L
ỗ nước làm mát
23
C
ải tiến mới của động cơ
xăng: S
ử dụng buồng cháy phụ
(phun xăng tr
ực tiếp
, xem
chương 4)
3.1.2. Kh
ối xilanh.

3.1.2.1. Ch
ức n
ăng, nhi
ệm vụ, điều kiện làm việc .
Khối xilanh có nhiệm vụ liên kết vơí nắp xilanh và ch ứa các lót xilanh bên trong.
Ngoài ra nó còn có các khoang ch
ứa nước gọi là áo nước để làm mát cho lót xilanh.
Kh
ối xilanh l
àm việc trong điều kiện n
hi
ệt độ cao v
à ứng suất nhiệt không đều dễ bị
bi
ến dạng.
3.1.2.2. C
ấu tạo và phân loại .
a/ C
ấu tạo:
Kh
ối xilanh l
à một bộ phận quan trọng của bộ khung động cơ. Nó chứa
xilanh. Kh
ối xilanh của động c
ơ bốn kỳ có cấu tạo đơn giản bao gồm hai mặt tr
ên và dư
ới,
có khoét l
ỗ để đặt lót xilanh, các vách ngăn giữa các xilanh để tăng bền, trong các vách
ngăn

ấy có chứa các lỗ thông để nước làm mát đi qua, khoang chứa nước gọi là “áo nước”.
Hình 1.18: Kh
ối xilanh liền, một h
àng
Hình 1.19: Kh
ối xilanh liền, chữ V
Vật liệu chế tạo khối xilanh thường được đúc bằng gang xám hoặc các lọai gang biến
tính
Hình 1.17: N
ắp xilanh có buồng cháy ôvan
L
ỗ ren lắp bugi có thể bố trí các vị trí
sau :
- Phía trên xupap n
ạp, để giảm nhiệt độ
c
ủa bugi
- Phía trên xupap th
ải, để cải thiện quá
trình cháy, có kh
ả năng chống cháy sớm v
à
kích n
ổ. Tuy vậy t
ình trạng tải nhiệt của bugi
r
ất nghi
êm trọng vì bị luồng khí thải đốt
nóng và ch
ịu nhiệt bức xạ từ khí thải đến. Vì

v
ậy thường dùng loại bugi lạnh có đường
kính nh
ỏ, giữa hai xupap và lệch về phía
xupap th
ải chừ
ng 1/3 kho
ảng cách.
24
b/ Phân lo
ại khối xilanh
Theo phương pháp ch
ế tạo có hai loại khối xilanh chính:
+ Kh
ối xilanh liền.
+ Kh
ối xilanh ghé
p.
Kh
ối xilanh của động cơ bốn kỳ có cấu tạo hình hộp đơn giản nhất, bao gồm hai tấm
trên và dư
ới có các lỗ để lắp các lót xilanh, v
à với các vách ngăn thẳng đứng giữa các
xilanh. Trong các vách ngăn
ấy, có các lỗ khoan để nước lưu thông (hình 2.17).
Đ
ể t
ăng cư
ờng độ cứng vững cho khối xilanh, đôi khi người ta làm thêm các thanh
ngang và các gân, g

ờ phụ.
Hình 1.20: Kh
ối xilanh của động c
ơ bốn kỳ.
Kh
ối xilanh được chia thành từng khoang bằng các vách ngăn ngang, mỗi khoang
dùng đ
ể lắp một lót xilanh. Giữ
a các xilanh và các vách c
ủa khối xilanh có các khoảng
không gian đ
ể cho n
ước làm mát lưu thông.
3.1.3. Kh
ối thân.
3.1.3.1. Ch
ức năng, nhiệm vụ, điều kiện làm việc.
Nhiệm vụ chủ yếu của thân động cơ là liên kết khối xilanh với bệ đỡ chính và tạo
thành m
ột khoang ho
àn toàn kín (không lọt khí và dầu), chứa cơ cấu cơ cấu khuỷu trục
-
thanh truy
ền của động cơ.
Tuy c
ần kín nhưng phải bố trí lỗ thoát hơi để tránh áp suất trong khoang chứa trục
khu
ỷu không v
ượt quá giới hạn gây cản trở chuyển độ
ng c

ủa piston, nổ cacter.
Thân đ
ộng cơ liên kết nắp xilanh, ống xilanh với bệ đỡ chính và không để lọt dầu ra
ngoài nên nó ch
ịu tải trọng, áp lực khí thể, độ rung động lớn và yêu cầu lắp ghép phải
chính xác gi
ữa các bề mặt lắp ghép.
3.1.3.2. C
ấu tạ
o và phân lo
ại .
a/ C
ấu tạo
: Kh
ối thân có cấu tạo tương đối phức tạp nó có các mặt phẳng lắp ghép
v
ới khối xilanh ở phía trên và bệ đỡ chính phía dưới . Đồng thời nó còn có thêm cửa để
quan sát chăm sóc tr
ục khuỷu và các lỗ để bắt bulông hay gujông v
ới các chi tiết khác. Vật
li
ệu chế tạo thân máy có thể bằng gang hoặc hợp kim nhôm đúc.
b/ Phân lo
ại khối thân (thân máy).
- D
ựa theo kết cấu chịu lực của nó ta có thể chia thân máy ra các loại sau:
+ Thân máy ki
ểu thân xilanh
- h
ộp trục khuỷu, loạ

i thân máy này có xilanh đúc li
ền
v
ới thân.
+ Thân máy ki
ểu vỏ thân là xilanh làm riêng thành từng ống rồi lắp vào thân máy.