Động cơ đốt trong 1 bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
----------***----------

BÀI GIẢNG
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1
(Bậc CĐ ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí)
(Đào tạo tín chỉ: 02 tín chỉ)

Biên soạn: Nguyễn Ngọc Thiện
Nguyễn Văn Trúc

Quảng Ngãi, 2015


Độ ng cơ đố t trong 1
LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong là môn học nêu lên nguyên lý hoạt động của động cơ đốt
trong kiểu piston, đồng thời trình bày cấu tạo, công dụng, nguyên lý hoạt động của
các cơ cấu và hệ thống trong động cơ đốt trong. Là cơ sở để cho các sinh viên
không chuyên ngành có cơ hội học tập và nghiên cứu về lĩnh vực động cơ khi cần
thiết.
Phần lý thuyết được viết dựa vào quá trình giảng dạy môn động cơ trong nhiều
năm và dựa trên nền tảng của các bậc thầy đi trước như Trần Văn Tế, Nguyễn Tất
Tiến. Từ đó nhóm biên soạn cũng cố và hoàn thiện bài giảng theo thực tế tại trường
mình đang dạy cho nhóm ngành cơ khí không chuyên.
Bài giảng trình bày các phần chủ yếu sau:
Sơ lược về lịch sử phát triển động cơ đốt trong, các thông số kỹ thuật cơ bản
mà sinh viên phải hiểu được.
Trình bày nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ, 4 kỳ dùng nhiên liệu lỏng. So
sánh ưu nhược điểm để sinh viên đánh giá được tính ưu việt của mỗi loại động cơ,

từ đó mà ứng dụng vào thực tế sản xuất cho hiệu quả.
Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc của các cơ cấu, hệ thống trong động cơ,
giúp cho sinh viên nghiên cứu trong quá trình chế tạo được tối ưu hóa.
Tài liệu tham khảo cho môn học này:
[1] Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục, 2009.
[2] Lê Viết Lượng, Lý thuyết động cơ Diesel, NXB Giáo dục, 2000.
[3] Nguyễn Tất Tiến, Trần Văn Tế, Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong,
NXB Giáo dục, 1996.
Quá trình biên soạn không tránh những thiếu sót, mong nhận được sự góp ý
của bạn đọc.
Mọi góp ý xin gởi về:
Nguyễn Ngọc Thiện - Khoa kỹ thuật công nghệ - Trường ĐH Phạm Văn Đồng
- TP Quảng Ngãi.
E-mail:

2


Độ ng cơ đố t trong 1
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................................2
MỤC LỤC .................................................................................................................................3
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .................................................5
1.1. Lịch sử phát triển động cơ ................................................................................................5
1.2. Phân loại động cơ đốt trong..............................................................................................5
1.3. Các thuật ngữ và định nghĩa cơ bản................................................................................6
Câu hỏi ôn tập chương 1 .........................................................................................................9
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ........................10
2.1. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ......................................................................10
2.2. Nguyên lý làm việc của động cơ diesel 4 kỳ ....................................................................13

2.3. So sánh động cơ diesel và động cơ xăng ..........................................................................15
2.4. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ......................................................................15
2.5. Nguyên lý làm việc của động cơ diesel 2 kỳ ....................................................................16
2.6. So sánh động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ .............................................................................18
2.7. Thứ tự làm việc của động cơ nhiều xy lanh ....................................................................18
2.8. Nhiên liệu lỏng dùng trong động cơ đốt trong ................................................................19
Câu hỏi ôn tập chương 2 ..........................................................................................................21
CHƯƠNG 3: CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN ...............................................22
3.1. Các chi tiết phần động.......................................................................................................22
3.2. Các chi tiết phần tĩnh ........................................................................................................32
Câu hỏi ôn tập chương 3 .........................................................................................................38
CHƯƠNG 4: CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ ............................................................................40
4.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu .........................................................................................40
4.2. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc ................................................................................41
4.3. Các chi tiết của cơ cấu phân phối khí ..............................................................................44
4.4. Pha phân phối khí..............................................................................................................50
Câu hỏi ôn tập chương 4 ..........................................................................................................51
CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG LÀM MÁT ..................................................................................53
5.1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu............................................................................................53
5.2. Kết cấu hệ thống làm mát băng gió .................................................................................54
3


Độ ng cơ đố t trong 1
5.3. Kết cấu hệ thống làm mát băng nước ..............................................................................55
Câu hỏi ôn tập chương 5 ..........................................................................................................62
CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG BÔI TRƠN..................................................................................63
6.1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu............................................................................................63
6.2. Các loại hệ thống bôi trơn.................................................................................................64
6.3. Kết cấu một số bộ phận chính ..........................................................................................68

Câu hỏi ôn tập chương 6 ..........................................................................................................75
CHƯƠNG 7: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU..............................................................................76
7.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng....................................................................76
7.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel ..................................................................90
Câu hỏi ôn tập chương 7 ..........................................................................................................105

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................107

4


Độ ng cơ đố t trong 1
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Mụ c tiêu:
Giúp sinh viên có một cái nhìn cơ bản về lịch sử phát triển động cơ đốt trong.
Phân loại được động cơ đốt trong theo các tiêu chí khác nhau.
Nắm được các thuật ngữ và định nghĩa cơ bản.
1.1. Lịch sử phát triển động cơ
1.1.1. Lịch sử phát triển động cơ đốt trong trên thế giới
Năm 1860 động cơ đốt trong lần đầu tiên ra đời do Lenoir phát minh.
Năm 1877 phát minh của Ôttô và Lăngghen về động cơ đốt trong 4 kỳ chạy
bằng khí thiên nhiên.
Năm 1885 Gottlieb Daimler phát minh ra động cơ xăng với xy lanh thẳng
đứng. và sử dụng bộ chế hòa khí, đã khai sinh và thúc đẩy ngành công nghiệp chế
tạo ô tô.
Năm 1892 nhà bác học người Đức Rudolph Diesel đã nghiên cứu và chế tạo
thành công động cơ phun dầu và được đặt tên là động cơ Diesel.
Năm 1903 Máy bay do anh em Wright (Mỹ) chế tạo trang bị động cơ phun
xăng.
1.1.2. Lịch sử phát triển động cơ đốt trong ở Việt Nam

Đối với Việt Nam chúng ta chỉ tiếp cận công nghệ và sử dụng. Đặc biệt chỉ
xây dựng các cơ sở bảo dưỡng- sửa chữa.
Sau cách mạng tháng tám số động cơ và xe máy sử dụng ở nước ta tăng nhanh.
Lần đầu tiên ở nước ta vào năm 1960 nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo Hà Nội
bắt đầu sản xuất động cơ Diesel.
Năm 1988 nước ta có nhà máy lắp ráp ô tô Mê Kông.
Hiện nay chúng ta có nhiều nhà máy lắp ráp ô tô như: Ô tô Trường Hải, Vĩnh
Phúc…
1.2. Phân loại động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong có thể phân loại dựa vào:
Số lượng xy lanh:
Động cơ 1 xy lanh.
Động cơ nhiều xy lanh.
5


Độ ng cơ đố t trong 1
Cách bố trí xy lanh:
Động cơ thẳng hàng 1 dãy.
Động cơ trên 2 dãy đối nghịch nhau.
Động cơ hình chữ V.
Động cơ hình chữ W.
Cách bố trí xupap:
Cơ cấu xupap đặt.
Cơ cấu xupap treo.
Phương pháp làm mát:
Động cơ làm mát bằng gió.
Động cơ làm mát bằng nước.
Động cơ làm mát bằng dung dịch.
Động cơ làm mát hỗn hợp.

Số kỳ:
Động cơ 2 kỳ (2 thì).
Động cơ 4 kỳ (4 thì).
Loại nhiên liệu sử dụng:
Động cơ dùng nhiên liệu dầu diesel.
Động cơ dùng nhiên liệu xăng.
Động cơ dùng nhiên liệu khí gas.
Phương pháp nạp khí vào xy lanh:
Động cơ tăng áp.
Động Cơ không tăng áp.
1.3. Các thuật ngữ và định nghĩa cơ bản
1.3.1. Điểm chết trên (ĐCT)
ĐCT là điểm chết mà tại đó piston ở cách tâm trục khuỷu một khoảng xa nhất.
1.3.2. Điểm chết dưới (ĐCD)
ĐCD là điểm chết mà tại đó piston ở cách tâm trục khuỷu một khoảng gần
nhất
1.3.3. Hành trình của pison

6


Độ ng cơ đố t trong 1
Là khoảng chạy của piston trong lòng xy lanh từ ĐCD đến ĐCT (như hình
1.1.b). Ký hiệu là S, S= 2r, r: bán kính quay trục khuỷu.
1.3.4. Dung tích công tác của xy lanh
Là dung tích do piston tạo nên khi nó chuyển động từ ĐCD đến ĐCT. Nếu gọi
đường kính của xy lanh là D thì dung tích công tác của xy lanh ( ký hiệu là Vh và)
được tính như sau :
Vh = π x D2 x S / 4 (lít)
Với D: (dm)

S: (dm)

a

b
Hình 1.1: Sơ đồ động cơ đốt trong
Hình a: Piston ở điểm chết trên (ĐCT)
Hình b: Piston ở điểm chết dưới (ĐCD).

1.3.5. Dung tích buồng nén
7


Độ ng cơ đố t trong 1
Là dung tích được tạo nên bởi nắp máy và đỉnh piston khi piston ở ĐCT. Được
ký hiệu là Vc (hình 1.1.a)
1.3.6. Dung tích toàn phần
Ký hiệu: Va
Chính bằng tổng của dung tích công tác và dung tích buồng cháy:
Va = V h + V c
1.3.7. Dung tích công tác của động cơ
Đối với các động cơ có nhiều xy lanh, là tích số của dung tích một xy lanh, với
số xy lanh thứ i.
Ký hiệu là Vhi = Vh .i (dm3 ) (i là số xy lanh của động cơ)
1.3.8. Tỉ số nén
Là tỉ số của dung tích toàn phần với dung tích buồng nén.
Ký hiệu là: =

Va
Vc

Vh Vc
Vc

1

Vh
Vc

Động cơ xăng (có dùng bộ chế hòa khí) có tỉ số nén từ 5 10.
Động cơ Diesel có tỉ số nén từ 15 22.
1.3.9. Chu trình công tác
Trong động cơ đốt trong việc biến nhiệt năng thành cơ năng xảy ra nhờ hàng
loạt quá trình diễn ra tuần tự: nạp đầy không khí sạch (hoặc hỗn hợp) vào xy lanh,
nén không khí hoặc hỗn hợp trong xy lanh, bắt lửa và đốt cháy nhiên liệu, trong đó
khí cháy được giãn nở và sinh công, tiếp theo là quá trình xả sản phẩm cháy ra
ngoài. Tổng hợp các quá trình tuần tự nói trên gọi là chu trình công tác của động cơ.
1.3.10. Kỳ
Là hành trình của piston đi từ ĐCD đến ĐCT; trong thời gian đó, trong xy
lanh động cơ xảy ra một hoặc vài quá trình của chu trình công tác.
Nếu chu trình công tác hoàn thành trong thời gian bốn hành trình của piston,
có nghĩa là chu trình công tác hoàn thành sau hai vòng quay của trục khuỷu, thì
động cơ đó gọi là động cơ bốn kỳ.
Nếu động cơ hoàn thành một chu trình công tác chỉ tốn hai hành trình tức là
tương ứng với một vòng quay trục khuỷu, thì động cơ đó gọi là động cơ 2 kỳ.

8


Độ ng cơ đố t trong 1

CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu 1. Nêu sơ lược về lịch sử phát triển của động cơ đốt trong qua các giai đoạn?
Câu 2. Phân loại động cơ đốt trong theo các tiêu chí khác nhau?
Câu 3: Nêu những khái niệm và định nghĩa cơ bản dùng trong động cơ đốt trong?
Câu 4: Tại sao tỉ số nén của động cơ xăng thường thấp hơn tỉ số nén của động cơ
diesel?

9


Độ ng cơ đố t trong 1
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Mụ c tiêu:
Sinh viên vẽ được sơ đồ cấu tạo và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ
xăng, động cơ diesel 4 kỳ.
Sinh viên vẽ được sơ đồ cấu tạo và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ
xăng, động cơ diesel 2 kỳ.
Phân tích, so sánh được động cơ diesel và động cơ xăng, động cơ 2 kỳ và
động cơ 4 kỳ.
Biết được thứ tự làm việc của động cơ nhiều xy lanh.
2.1. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ
2.1.1. Kỳ nạp

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo của động cơ xăng 4 kỳ
1. Các te dưới; 2. Trục khuỷu; 3. Thân máy; 4. Hỗn hợp nhiên liệu; 5. Bề mặt lắp
ghép giữa thân máy và nắp máy; 6. Xuppap hút; 7. Bugi; 8. Xuppap thải; 9.
piston; 10. Thanh truyền; 11. Bề mặt lắp ghép giữa các te dưới và thân máy.
10

Độ ng cơ đố t trong 1
Nhờ nguồn năng lượng bên ngoài, ví dụ như động cơ điện (bộ khởi động
điện), trục khuỷu của động cơ xăng được đưa vào chuyển động quay và piston bắt
đầu di chuyển từ ĐCT

ĐCD, như hình vẽ.

Trong trường hợp này, thể tích không gian phía trên đỉnh piston tăng lên và do
đó áp suất trong xy lanh bị sụt xuống đến khoảng nhỏ hơn 1at. Cùng với sự chuyển
dời của piston xuống dưới, xupap nạp mở ra và hút hỗn hợp hòa khí vào trong xy
lanh động cơ. Cuối quá trình nạp nhiệt độ và áp suất trong xy lanh:
p

(0,075

t = (75

0,09) Mpa = ( 0,75

0,9) at.

120)0C.

2.1.2. Kỳ nén
Thời kỳ này piston đi từ ĐCD lên ĐCT cả hai xupap đều đóng lúc này thể tích
trong xy lanh giảm dần, hổn hợp hòa khí bị nén đến nhiệt độ và áp suất cao, như
hình vẽ.

Hình 2.2
Cuối thời kỳ nén nhiệt độ và áp suất trong xy lanh:

p

(10

t = (350

15) at.
400)0C.

2.1.3. Kỳ giãn nở sinh công
Cuối quá trình nén khi piston gần tới ĐCT bugi bật tia lửa điện, đốt cháy hỗn
hợp hòa khí trong xy lanh động cơ trong thời gian rất nhanh (khoảng 0,0025
0,02)s, lúc này do piston chưa kịp chuyển động xuống ĐCD hai xupap vẫn đóng kín
11


Độ ng cơ đố t trong 1
làm cho áp suất và nhiệt độ tăng rất nhanh toàn bộ quá trình cháy được coi như là
đẳng tích, như hình vẽ 2.3.
Kết thúc quá trình cháy nhiệt độ và áp suất trong xy lanh:
p

(35

50) at.

t = (2200

2500)0C.

Với áp suất nhiệt độ cao như vậy khí cháy sẻ đẩy piston chuyển động từ ĐCT
xuống ĐCD và thực hiện quá trình giản nở sinh công thông qua thanh truyền làm
cho trục khuỷu quay đây là thời kỳ duy nhất để sinh công cho động cơ. Do piston đi
xuống thể tích trong xy lanh tăng làm cho áp suất và nhiệt độ của khí cháy giảm dần
trong quá trình giãn nở.
Kỳ cháy giãn nở:
p

(3

5) at.

t = (1500

1800)0C.

Hình 2.3
2.1.4. Kỳ thải
Thời kỳ này piston đi từ ĐCD lên ĐCT xuppap xả mở, xupap nạp đóng do thể
tích xy lanh giảm nên khí cháy được đẩy theo cửa xả ra ngoài, nhiệt độ và áp suất
trong xy lanh giảm hẳn xuống, quá trình thải cũng được coi như gần là đẳng áp.
Như hình vẽ 2.4.
Cuối kỳ xả:

12


Độ ng cơ đố t trong 1
p

(1,1

1,2) at.
800)0C.

t = (700

Hình 2.4
2.2. Nguyên lý làm việc của động cơ diesel 4 kỳ
Chu trình làm việc của động cơ diesel 4 kỳ cũng được thực hiện 4 giai đoạn
như sau :
2.2.1. Kỳ nạp:
Thời kỳ này piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD xupap nạp mở, xupap xả
đóng lại thể tích trong xy lanh tăng, áp suất giảm tạo nên trong xy lanh, không khí
đã được lọc sạch điền đầy vào xy lanh. Khi piston gần tới ĐCD xupap nạp đóng kín.
Cuối kỳ nạp:
p

(0,85

t = (30

0,95) at.
50)0C.

2.2.2. Kỳ nén:
Quá trình nén của động cơ diesel không khác gì so với quá trình nén của động
cơ xăng nó chỉ khác là nó nén toàn không khí đã được lọc sạch, do động cơ diesel
nhiên liệu tự bốc cháy, vì vậy nhiệt độ và áp suất cuối quá trình nén của loại động
cơ này phải cao, cho nên tỉ số nén của động cơ cũng cao, quá trình nén bắt đầu khi

13


Độ ng cơ đố t trong 1
piston ở ĐCD và kết thúc khi piston ở ĐCT, ở thời kỳ nén xupap nạp và xupap xả
đều đóng kín.
Cuối kỳ nén:
p

(35

t = (600

40) at.
650)0C.

2.2.3. Kỳ cháy giãn nở sinh công:
Ở cuối kỳ nén nhiên liệu được vòi phun, phun vào xy lanh với áp suất cao và
dưới dạng sương mù tại đây nó gặp không khí hòa trộn với không khí và tự bốc
cháy, quá trình cháy của động cơ diesel được chia làm 2 giai đoạn :
Giai đoạn cháy đẳng tích: do nhiên liệu bốc cháy với thời gian rất nhanh
piston chưa kịp rời khỏi ĐCT, thể tích của xy lanh gần như không đổi, vì vậy giai
đoạn đầu quá trình cháy được xem như đẳng tích.
p

(60

t = (1800

80) at.

2000)0C.

Sau quá trình cháy đẳng tích là quá trình giản nở sinh công piston chuyển
động từ ĐCT xuống ĐCD lúc này nhiên liệu tiếp tục phun vào xy lanh và thực hiện
giai đoạn 2 của quá trình cháy là cháy đẳng áp.
Ở giai đoạn cháy đẳng áp do nhiên liệu vẩn tiếp tục phun vào xy lanh quá trình
cháy vẫn tiếp tục xảy ra nên nhiệt độ và áp suất khí cháy vẫn tăng nhưng đồng thời
thể tích của xy lanh cũng tăng, vì vậy giai đoạn này quá trình cháy xảy ra gần như
đẳng áp. Khi giản nở piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD và kết thúc giai đoạn
3 khi piston đến ĐCD. Nhiệt độ và áp suất cuối quá trình cháy:
p

(4,5

t = (600

5) at.
700)0C.

2.2.4. Kỳ xả:
Quá trình thải piston chuyển động từ ĐCD lên ĐCT và kết thúc quá trình thải.
Cuối quá trình thải:
p

(1,01

t = (600

1,2) at.
700)0C.

Nhận xét:

14


Độ ng cơ đố t trong 1
Trong 4 kỳ kể trên chỉ duy nhất có kỳ cháy giãn nở là kỳ sinh công, còn lại các
kỳ khác được thực hiện nhờ động năng của bánh đà.
Muốn nạp đầy và thải sạch phải cần có sự mở sớm đóng muộn của các xupap
so với ĐCT và ĐCD.
2.3. So sánh động cơ diesel và động cơ xăng
2.3.1. Ưu điểm
Động cơ diesel có tỷ số nén lớn hơn động cơ xăng.
Hiệu suất lớn hơn động cơ xăng.
Cùng một công suất như nhau thì lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ diesel
ít hơn động cơ xăng khoảng (20

25)%.

Nhiên liệu động cơ diesel rẻ tiền hơn động cơ xăng.
2.3 2. Nhược điểm
Do tỷ số nén lớn nên các chi tiết máy như piston, xy lanh của động cơ diesel
có khối lượng lớn hơn động cơ xăng.
Thời tiết lạnh động cơ diesel khởi động khó hơn động cơ xăng.
2.4. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ
Chu trình công tác của động cơ xăng 2 kỳ:
Cấu tạo của động cơ 2 kỳ khác động cơ 4 kỳ. Trong động cơ hai kỳ không có
cơ cấu phân phối khí bằng xupap, nhưng lại có buồng quét. Động cơ hai kỳ dùng
trên xe máy thường dùng không gian các te (không gian chứa trục khuỷu) làm máy

nén tạo khí quét. Như hình vẽ 2.5.
Chu trình công tác của động cơ 2 kỳ được hoàn thành sau một vòng quay trục
khuỷu, có nghĩa là sau hai hành trình hoặc sau hai kỳ:
2.4.1. Kỳ nén:
Là kỳ thứ nhất Piston chuyển động từ ĐCD

ĐCT như hình vẽ và bắt đầu

đóng cửa quét, sau đó đóng cửa xả. Tạo ra độ chân không trong không gian các te
nhờ đó hòa khí được hút vào các te qua bộ chế hòa khí ( BCHK) hay còn gọi
Carburetor, hút vào xy lanh thông qua cửa hút. Trong thời gian này piston nén hỗn
hợp đã được đưa vào trước đó. Cuối kỳ nén bugi bật tia lửa điện đốt cháy hòa khí
bên trong xy lanh động cơ.

15


Độ ng cơ đố t trong 1

2
3

1
4

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo động cơ xăng 2 kỳ
1. Cửa quét; 2. Bugi; 3. Cửa xả; 4. Cửa nạp
2.4.2. Kỳ cháy giãn nở, xả và nạp là kỳ thứ hai:
Piston đi từ ĐCT
khoảng (26

ĐCD. Khi piston chuyển động gần đến ĐCT, cách

27)o theo góc quay của trục khuỷu thì hỗn hợp nhiên liệu bốc cháy

nhờ bugi bật tia lửa điện. Khí cháy giãn nở và đẩy piston về phía dưới. Trong
trường hợp này, piston đóng cửa nạp và nén hỗn hợp mới nạp vào trong buồng trục
khuỷu (cuối quá trình này, áp suất đạt (0,12

0,14) Mpa).

Cuối hành trình, piston bắt đầu mở cửa xả, khí thải nhanh chóng thoát ra ngoài
thông với khí trời, sau đó mở cửa quét và hỗn hợp mới từ buồng trục khuỷu đưa vào
xy lanh và hành trình lại tiếp tục một cách tuần tự như thế.
2.5. Nguyên lý làm việc của động cơ diesel 2 kỳ
Động cơ 2 kỳ nạp không khí vào xy lanh và làm sạch sản vật cháy được thực
hiện ở cuối quá trình giãn nở và đầu quá trình nén. Khí xả được xả ra qua các cửa
xả ở trên nắp xy lanh (đối với động cơ quét thẳng qua xupap)
Không khí có áp suất (1,5 ÷ 3,3) Pa nạp vào xy lanh qua cửa quét, các cửa này
được bố trí ở phần dưới của xy lanh. Chu trình công tác của động cơ được thực hiện
2.5.1. Kỳ quét và nén
16


Độ ng cơ đố t trong 1
Khi piston dịch chuyển đến ĐCD các cửa quét 8 được mở ra, không khí tăng
áp từ đường ống 1 được nạp vào xy lanh, kỳ nén được bắt đầu khi piston dịch
chuyển từ ĐCD lên ĐCT. Lúc bắt đầu hành trình này việc quét và xả sản vật cháy
vẫn được tiếp tục, sản vật cháy được xả qua các xupap xả 4 và đường ống xả 6. Kết
thúc quét và nạp không khí vào xy lanh tại thời điểm đóng các cửa quét và xả.

b. Kỳ thứ hai

a. Kỳ thứ nhất

Hình 2.6 : Sơ đồ cấu tạo động cơ diesel 2 kỳ
1. Ống hút; 2. Máy nén; 3.Piston; 4. Xupap xả; 5. Vòi phun; 6. Ống xả; 7.
Khoang khí nén; 8. Cửa nạp (quét)
Cuối quá trình nén:
p

(4,5

t = (530

7,5) Mpa.
730)0C.

2.5.2. Kỳ cháy, giãn nở, xả và quét
Ứng với hành trình của piston từ ĐCD → ĐCT. Trước khi piston đến ĐCT
(tương ứng với góc quay trục khuỷu từ 30 ÷ 350, phụ thuộc vào loại động cơ), nhiên
liệu được phun vào xy lanh, nhiên liệu tự bốc cháy. Dưới tác dụng của áp lực khí
cháy đẩy piston dịch chuyển xuống ĐCD, thực hiện quá trình giãn nở sinh công. Tại
thời điểm mở các xupap xả (65 ÷ 75)0 trước ĐCD, bắt đầu đẩy sản vật cháy ra ngoài
theo đường ống xả, từ đó khí xả nạp vào máy nén khí xả, nhờ vậy áp suất khí trong
xy lanh giảm nhanh.

17

Độ ng cơ đố t trong 1
Cửa quét được mở ra sau khi mép trên piston đi qua mép trên cửa quét trong
hành trình đi xuống, khi đó áp suất khí xả trong xy lanh bằng hoặc nhỏ hơn áp suất
khí nạp tăng áp. Từ thời điểm mở các cửa quét, việc quét và nạp khí sạch vào xy
lanh được bắt đầu. Quá trình quét được tiếp tục cho đến khi piston dịch chuyển lên
ĐCT và đóng các cửa quét.
2.6. So sánh động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ
2.6.1.Ưu điểm của động cơ 2 kỳ
Động cơ 2 kỳ một vòng quay trục khuỷu thì sinh công.
Cùng một thể tích, cùng số lượng xy lanh, công suất của động cơ 2 kỳ lớn hơn
động cơ 4 kỳ khoảng (50

70)%.

Tốc độ quay của động cơ 2 kỳ đều hơn.
2.6.2. Nhược điểm
Do quét vòng nên hút không đầy, thải không sạch.
Nhiên liệu phải pha dầu bôi trơn để bôi trơn trục khuỷu thanh truyền.
2.7. Thứ tự làm việc của động cơ nhiều xy lanh
Là sự tuần tự của các kỳ công tác trong các xy lanh, ở những động cơ có nhiều
xy lanh.
Nếu động cơ có nhiều xy lanh thì có nhiều khuỷu trục góc lệch của hai khuỷu
trục ở hai xy lanh làm việc kế tiếp nhau được gọi là góc công tác (hay góc lệch
khuỷu) góc này được ký hiệu là :
Nếu động cơ bốn kỳ :
Nếu động cơ hai kỳ :

K
K

K

= 7200/i

= 3600/i

i: là số xy lanh
Khi bố trí góc lệch khuỷu

K

phải đảm bảo sao cho mô men xoắn sinh ra trên

trục khuỷu đồng đều để động cơ làm việc được êm dịu.
Ví dụ : Bảng công tác của động cơ bốn kỳ bốn xy lanh như sau :
K

= 7200/4= 1800

Góc quay trục khuỷu
00 – 1800

Thứ tự xy lanh
1

2

3

4

Nổ

Xả

Nén

Hút

18


Độ ng cơ đố t trong 1
1800 – 3600

Xả

Hút

Nổ

Nén

3600 - 5400

Hút

Nén

Xả

Nổ

5400 – 7200

Nén

Nổ

Hút

Xả

Bảng 2. 1: Bảng công tác của động cơ bốn kỳ bốn xy lanh
Thứ tự nổ của nổ của động cơ như sau:
Động cơ 4 xy lanh thứ tự nổ: 1-3-4-2.
Động cơ 6 xy lanh thứ tự nổ: 1-5-3-6-2-4; 1-2-3-6-5-4; 1-5-4-6-2-3; 1-2-4-65-3.
Động cơ 8 xy lanh chữ V: 1-5-4-3-6-2-7-8.
2.8. Nhiên liệu lỏng dùng trong động cơ đốt trong
2.8.1. Nhiên liệu xăng
2.8.1.1. Thành phần hóa học
Xăng thu được từ quá trình chưng cất dầu mỏ có phạm vi độ sôi dưới 1800C
gồm các hydrocacbon từ C5 →C11, bao gồm hydrocacbon sau: paraphin (ankan)
CnH2n+2, hydrocacbon vòng CnH2n và hydrocacbon thơm.
2.8.1.2. Tính chất của xăng
Tính bay hơi (thành phần chưng cất) của nhiên liệu gây ảnh hưởng đến tính
năng hoạt động của động cơ xăng.
Thành phần điểm sôi
Điểm sôi đầu hao hụt thất thoát trong vận chuyển và bảo quản.
Điểm sôi 10% thể tích khả năng khởi động của động cơ.

Điểm sôi 50% thể tích khả năng tăng tốc, nhiệt độ từ (115 ÷ 120)0C.
Điểm sôi 90% thể tích khả năng chạy toàn tải, nhiệt độ từ (195 ÷ 200)0C
Nhiệt trị Q = 43,96 MJ/kg
Trị số ốc tan qui ước đánh giá khả năng chống kích nổ của xăng
Yêu cầu kỹ thuật của xăng:
Có tính bay hơi thích hợp
Có tính chống kích nổ cao
Có tính ổn định hóa học
Không bị đông đặc khi nhiệt độ thấp
2.8.2. Nhiên liệu Diesel
19


Độ ng cơ đố t trong 1
2.8.2.1. Thành phần hóa học
Bao gồm các hydrocacbon no, hydrocacbon thơm và hydrocacbon không no,
n ≥ 11.
2.8.2.2. Tính chất của dầu Diesel
Tính bay hơi ở nhiên liệu dầu diesel người ta xác định 3 điểm sôi:
Điểm sôi 10% thể tích, nhiệt độ lớn hơn 2000C
Điểm sôi 50% thể tích, nhiệt độ khoảng 2800C
Điểm sôi 90% thể tích, nhiệt độ sôi khoảng 3700C.
Điểm kết tủa của nhiên liệu diesel phụ thuộc vào thành phần hóa học. Càng
nhiều thành phần an kan điểm kết tủa càng cao, càng dễ tự cháy, izô ankan có điểm
kết tủa thấp khó tự cháy. Nhiên liệu diesel có gốc paraphin thường có điểm kết tủa
cao, có thể được hạ thấp bằng cách xử lý khử paraphin để khử bớt các phân tử lớn
của ankan, nhưng làm giảm tính tự cháy của nhiên liệu.
Độ nhớt của nhiên liệu dầu diesel nói lên khả năng di chuyển của dầu. Nếu độ
nhớt của nhiên liệu diesel quá lớn sẽ gây khó khăn cho lưu động của nhiên liệu từ
thùng chứa đến bơm, giảm độ tin cậy cho hoạt động của bơm, gây khó khăn cho

việc xả khí khỏi hệ thống và việc xé tơi phun sương nhiên liệu qua vòi phun sẽ kém,
dẫn đến nhiên liệu và không khí hòa trộn không đều. Như vậy cần đảm bảo độ nhớt
hợp lý, độ nhớt động học tương đối của nhiên liệu diesel trong khoảng từ E20 =(1 ÷
2)0E.
2.8.2.3. Tính tự cháy của nhiên liệu Diesel
Tính tự cháy của nhiên liệu diesel đánh giá vào các chỉ tiêu sau:
Tỉ số nén tới hạn được xác định trên động cơ thử nghiệm. Nhiên liệu nào có
εth càng thấp, tính tự cháy của nó càng tốt.
Trị số xêtan của nhiên liệu diesel được xác định theo nhiên liệu mẫu do hỗn
hợp của hai hydrocacbon tạo nên, chất xêtan chính C16H34 và α – metylnaptalin (αC10H7CH3) với tính tự cháy rất khác nhau. Tính tự cháy của xêtan được lấy là 100
đơn vị, còn α – metylnaptalin là 0 đơn vị. Pha trộn hai chất trên theo tỷ lệ thể tích
khác nhau sẽ được các nhiên liệu mẫu có tính tự cháy thay đổi từ 0 đến 100 đơn vị.
Chỉ số diesel Đ là đại lượng quy ước, được dùng để đánh giá tính tự cháy của
nhiên liệu diesel.
20


Độ ng cơ đố t trong 1
CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu 1: Vẽ sơ đồ cấu tạo của động cơ 2 kỳ và 4 kỳ?
Câu 2: Khi hoạt động, động cơ đốt trong phải thực hiện các quá trình nào? Những
quá trình ấy thể hiện ra sao trong các loại động cơ sau: Động cơ xăng 4 kỳ, 2 kỳ;
Động cơ diesel 4 kỳ, 2 kỳ?
Câu 3: Dựa vào cấu tạo và nguyên lý hoạt động hãy so sánh động cơ xăng và động
cơ diesel?
Câu 4: Dựa vào cấu tạo và nguyên lý hoạt động hãy so sánh động cơ 4 kỳ và động
cơ 2 kỳ?
Câu 5: Trình cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ nhiều xy lanh?
Câu 6: Tại sao trong động cơ nhiều xy lanh thứ tự nổ không theo thứ tự tăng dần mà
phải nổ theo thứ tự đối xứng?

21


Độ ng cơ đố t trong 1
CHƯƠNG 3: CƠ CẤU TRỤC KHUỶU, THANH TRUYỀN
Mụ c tiêu:
Biết được đặc điểm cấu tạo của các chi tiết phần động.
Biết được đặc điểm cấu tạo của các chi tiết phần tỉnh.
3.1. Các chi tiết phần động
3.1.1. Cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền
3.1.1.1. Trục khuỷu
a. Nhiệm vụ
Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất cường độ làm
việc lớn nhất giá thành cao nhất của động cơ.
Công dụng của trục khuỷu là tiếp nhận lực truyền từ piston qua thanh truyền
và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để
truyền công suất ra ngoài.
b. Điều kiện làm việc
Trong quá trình làm việc trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí cháy, lực quán
tính.
Các lực tác dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra dao
động dọc và dao động xoắn làm động cơ rung động và mất cân bằng.
Ngoài ra các lực nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt ma sát của
cổ chính và cổ biên.
c. Yêu cầu
Do trục khuỷu làm việc trong điều kiện như trên nên trục khuỷu cần có những
yêu cầu sau:
Có sức bền lớn, độ cứng vững cao, trọng lượng nhỏ và ít bị mài mòn.
Có độ chính xác gia công cao, bề mặt làm việc cần có độ bóng bề mặt cao.

Không xảy ra hiện tượng dao động cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng.
Kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng và tính đồng đều của động
cơ nhưng đồng thời phải dễ chế tạo.
d. Vật liệu chế tạo
Vật liệu chế tạo trục khuỷu hiện nay là thép cacbon có thành phần cacbon
trung bình như các loại thép 40; 50. Trong các động cơ tốc độ cao hoặc phụ tải lớn
22


Độ ng cơ đố t trong 1
thường dùng thép hợp kim mang gan, thép hợp kim Niken – Crôm.
e. Phương pháp chế tạo
Rèn tự do hoặc rèn khuôn: phương pháp tạo phôi này được dùng trong sản
xuất hàng loạt đối với loại trục khuỷu nhỏ.
Đúc: phương pháp đúc trục khuỷu thường dùng trong sản xuất hàng loạt lớn.
f. Cấu tạo: Gồm các phần chính sau:
2

3

4

1

6

5
Hình 3.1 Trục khuỷu nhiều xy lanh
1. Đầu trục khuỷu; 2. Cổ biên; 3. Cổ trục chính; 4. Má khuỷu; 5. Đối trọng; 6.
Mặt bích ráp bánh đà

Hình 3.2: Trục khuỷu một xy lanh
* Đầu trục khuỷu: dùng để lắp bánh răng dẫn động, bơm cao áp, bơm
dầu…trên đầu trục khuỷu còn có thêm bộ giảm chấn làm giảm dao động xoắn .
23


Độ ng cơ đố t trong 1
* Cổ chính: các cổ chính được lắp vào thân máy, giữa chúng có bạc lót.
Các cổ chính động cơ thường có cùng một kích thước đường kính. Đường
kính cổ chính chọn theo sức bền, điều kiện hình thành màn dầu bôi trơn, thời gian
sử dụng, và số lần bảo dưỡng lớn .
Kích thước đường kính cổ chính trục động cơ xăng thường dct =
(0.65÷0.8)D
Kích thước đường kính cổ chính trục động cơ diesel thường dct
=(0.7÷0.85)D

Trong đó, D: đường kính xy lanh.

* Cổ biên (chốt khuỷu): nối trục khuỷu với thanh truyền.
Đường kính có thể lấy nhỏ hơn hoặc bằng đường kính cổ chính .
Chiều dài cổ biên phụ thuộc vào khoảng cách giữa 2 đường tâm xy lanh kề
nhau và chiều dài cổ trục .
* Má khuỷu: má khuỷu là bộ phận nối giữa cổ trục và cổ biên.
* Đối trọng: đối trọng được lắp trên trục khuỷu có 2 tác dụng chủ yếu:
Cân bằng lực và momen quán tính không cân bằng của động cơ.
Giảm phụ tải cho cổ trục.
Mặt khác trục khuỷu và thân máy là những chi tiết không cứng vững, biến
dạng nên đối trọng còn có tác dụng cân bằng và giảm rung động.
Để giảm trọng lượng đối trọng thì đối trọng phải được mắc càng xa tâm quay

của trục càng tốt.
* Đuôi trục khuỷu: dùng để lắp các cơ cấu truyền dẫn công suất (bánh đai,
bánh đà, ..) vì dùng để tháo lắp với cơ cấu truyền động nên đuôi trục khuỷu dùng
mặt bích lắp bánh đà có ưu điểm tháo lắp dễ dàng và mối ghép chắc chắn.
* Lỗ dẫn dầu bôi trơn: ở các cổ khuỷu, cổ biên đều làm rỗng để bố trí các
rãnh dầu bên trong.
Lỗ dẫn dầu bố trí ở vị trí có áp suất tiếp xúc nhỏ nhất.
Phương pháp bôi trơn dầu trong trục khuỷu là phương pháp cưỡng bức.
Dầu bôi trơn phải làm việc nhanh chóng.
Dầu phải được lọc sạch khi đến bề mặt làm việc.
3.1.1.2. Thanh truyền
a. Nhiệm vụ
24


Độ ng cơ đố t trong 1
Thanh truyền là một chi tiết trung gian dùng để nối kết giữa piston và trục
khuỷu, nhận truyền lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston thông qua thanh truyền biến
chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
b. Điều kiện làm việc
Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, chịu áp lực, chịu lắc, chịu va đập, chịu
ứng suất cơ lớn, chịu ăn mòn hoá học …
c. Yêu cầu
Thanh truyền phải có khả năng chịu ảnh hưởng của những lực có tính chất va
đập và thay đổi theo chu kỳ, nghĩa là nó phải có cơ tính cao và sức bền mỏi tốt để
khi làm việc không bị cong và gãy.
Trọng lượng thanh truyền phải nhỏ để giảm lực quán tính.
Cấu tạo thanh truyền phải đơn giản dễ chế tạo, dễ tháo lắp.
d. Vật liệu chế tạo
Vật liệu chế tạo thanh truyền thường là thép cacbon và thép hợp kim.

e. Cấu tạo
1

2

3

7

4

6

5

Hình 3.3: Cấu tạo thanh truyền
1. Đầu nhỏ thanh truyền; 2. Thân thanh truyền; 3.: Đầu to thanh truyền; 4. Nửa
đầu to; 5. Bạc cổ biên; 6. Bu lông thanh truyền; 7. Bạc lót, chốt piston.
Tiết diện ngang của thanh truyền có các dạng như hình vẽ:
Đầu to thanh truyền ô tô thường làm hai nửa, để lắp ghép với cổ biên của trục
khuỷu, giữa cổ biên và mặt trong đầu to thanh truyền có bạc lót
Đầu nhỏ thanh truyền được liên kết lắp ghép với piston thông qua chốt piston.
25