Lý thuyết động cơ đốt trong

§éng c¬ ®èt trong 1

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1
MỤC LỤC
Trang
Chương I

Nguyên lý động cơ đốt trong
1.1. Lịch sử phát triển và phân loại động cơ đốt trong..................................................6
1.1.1. Sơ lược lịch sử phát triển của động cơ nhiệt và động cơ đốt trong....................6
1.1.2. Khái niệm về động cơ nhiệt................................................................................6
1.1.3. So sánh động cơ đốt trong với các loại động cơ nhiệt khác...............................7
1.1.4. Phân loại động cơ đốt trong................................................................................7
1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong.............................................................9
1.2.1. Cấu tạo chung của động cơ đốt trong. ...............................................................9
1.2.2. Những khái niệm và định nghĩa cơ bản. ..........................................................10
1.2.3. Động cơ 4 kỳ.....................................................................................................11
1.2.3.1. Hoạt động của động cơ diezel bốn kỳ............................................................11
1.2.3.2. Hoạt động của động cơ xăng bốn kỳ.............................................................13
1.2.4. Động cơ hai kỳ. ................................................................................................14
1.2.4.1. Hoạt động của động cơ hai kỳ quét khí ngang (quét vòng). .........................14
1.2.4.2. Hoạt động của động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupáp thải. ...........................15
1.2.5. Động cơ nhiều xilanh. ......................................................................................16
1.2.6. So sánh động cơ bốn kỳ với động cơ hai kỳ. ...................................................18
Chương II

Cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu
2.1. Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu thanh truyền – trục khuỷu...........................19
2.2. Cấu tạo Nhóm piston............................................................................................20
2.2.1. Piston. ..............................................................................................................20
2.2.2. Chốt piston. ......................................................................................................24

2.2.3. Secmăng. ..........................................................................................................25
2.3. Nhóm thanh truyền. .............................................................................................28
2.3.1. Thanh truyền. ...................................................................................................28
2.3.2. Bạc lót. .............................................................................................................32
2.3.3. Bu lông thanh truyền.........................................................................................35
2.4. Trục khuỷu............................................................................................................36
2.5. Bánh đà.................................................................................................................41
Bé m«n §éng lùc - Khoa C¬ khÝ - §HKTCN

1


§éng c¬ ®èt trong 1

Chương III

Các chi tiết cố định của động cơ
3.1. Thân máy..............................................................................................................44
3.2. Lót xi lanh.............................................................................................................48
3.3. Nắp xi lanh............................................................................................................50
Chương IV

Cơ cấu phân phối khí
4.1. Giới thiệu chung về cơ cấu phân phối khí ...........................................................54
4.1.1. Nhiệm vụ. ........................................................................................................54
4.1.2. Yêu cầu đối với cơ cấu phân phối khí. ............................................................54
4.1.3. Phân loại...........................................................................................................54
4.2. Cơ cấu phân phối khí dùng supáp........................................................................54
4.2.1. Cơ cấu phân phối khí bố trí supáp đặt..............................................................54
4.2.2. Cơ cấu phân phối khí bố trí supap treo.............................................................55

4.3. Kết cấu một số chi tiết của cơ cấu phân phối khí.................................................56
4.3.1. Supap................................................................................................................56
4.3.2. Lò xo xupap......................................................................................................60
4.3.3. Đế supap...........................................................................................................61
4.3.4.
4.3.5.
4.3.6.
4.3.7.
4.3.8.

Ống dẫn hướng supap.......................................................................................61
Con đội..............................................................................................................62
Đũa đẩy.............................................................................................................63
Cò mổ................................................................................................................64
Trục cam...........................................................................................................64
Chương V

Hệ thống làm mát
5.1. Giới thiệu về hệ thống làm mát............................................................................67
5.1.1. Nhiệm vụ..........................................................................................................67
5.1.2. Phân loại hệ thống làm mát..............................................................................67
5.1.3. Hệ thống làm mát bằng chất lỏng.....................................................................68
5.2. Kết cấu các bộ phận của hệ thống làm mát. ........................................................69
5.2.1. Két nước............................................................................................................69
5.2.2. Bơm nước..........................................................................................................70
5.2.3. Quạt gió.............................................................................................................71
5.2.4. Van hằng nhiệt..................................................................................................72
Bé m«n §éng lùc - Khoa C¬ khÝ - §HKTCN

2

§éng c¬ ®èt trong 1

Chương VI

Hệ thống bôi trơn
6.1. Giới thiệu chung về hệ thống bôi trơn..................................................................75
6.1.1. Nhiệm vụ...........................................................................................................75
6.1.2. Phân loại. ..........................................................................................................75
6.1.3. Cấu tạo chung của hệ thống bôi trơn hỗn hợp...................................................76
6.2. Cấu tạo các bộ phận chính của hệ thống bôi trơn ................................................77
6.2.1. Bơm dầu.............................................................................................................77
6.2.2. Bầu lọc dầu........................................................................................................78
6.2.3. Vấn đề thông hơi cho động cơ...........................................................................79
Chương VII

Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng
7.1. Giới thiệu chung ..................................................................................................80
7.1.1. Nhiệm vụ - Phân loại.........................................................................................80
7.1.2. Sơ đồ cấu tạo chung. .........................................................................................80
7.2. Cấu tạo và hoạt động của một số bộ phận chính..................................................82
7.2.1. Bơm xăng...........................................................................................................82
7.2.2. Bầu lọc...............................................................................................................83
7.2.3. Bộ chế hòa khí đơn giản....................................................................................85
7.2.4. Bộ chế hòa khí hiện đại.....................................................................................87
Chương VIII

Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ điezel
8.1. Nhiệm vụ - yêu cầu...............................................................................................98

8.2. Sơ đồ cấu tạo chung..............................................................................................98
8.3. Cấu tạo và hoạt động của một số bộ phận chính của HTNL động xơ diezel.......98
8.3.1. Bơm áp lực thấp.................................................................................................99
8.3.2. Bầu lọc nhiên liệu............................................................................................100
8.3.3. Bơm cao áp......................................................................................................102
8.3.3.1. Yêu cầu, phân loại bơm cao áp.....................................................................102
8.3.3.2. Cấu tạo và hoạt động của bơm cao áp (loại dãy và loại phân phối) ............102
8.3.4. Vòi phun..........................................................................................................104
8.3.4.1. Yêu cầu, phân loại vòi phun.........................................................................104
8.3.4.2. Cấu tạo và hoạt động của vòi phun...............................................................104
Câu hỏi ôn tập..........................................................................................................107
Bé m«n §éng lùc - Khoa C¬ khÝ - §HKTCN

3


Động cơ đốt trong 1

CÂU Hỏi ôn tập
01. Hoat động động cơ xăng bốn kỳ.
02. Hoat động động cơ diesel bốn kỳ.
03. Hoat động của động cơ hai kỳ quét khí ngang (quét vòng)
04. Hoạt động của động cơ hai kỳ quét thẳng qua xu páp thải.
05. Nguyên lý hoat động động cơ diesel bốn kỳ.
06. Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với piston, vật liệu chế tạo piston.
07. Cấu tạo của đầu piston.
08. Cấu tạo của thân piston.
09. Cấu tạo đầu nhỏ thanh truyền, thân thanh truyền:
10. Kết cấu đầu, cổ trục khuỷu và cổ trục thanh truyền.
11. Nhiệm vụ, kết cấu của má khuỷu, đối trọng và đuôi trục khuỷu.

12. Nhiệm vụ, vật liệu chế tạo và cấu tạo của bánh đà.
13. Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với thân máy. Vật liệu chế tạo và phân loại thân
máy.
14. Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu, vật liệu chế tạo và cấu tạo lót xy lanh.
15. Cấu tạo và hoạt động của cơ cấu phân phối khí bố trí supáp đặt.
16. Cấu tạo và hoạt động của cơ cấu phân phối khí bố trí supap treo.
17. Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của supap. Số l-ợng và cách bố trí supap.
18. Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của con đội, đũa đẩy và cò mổ của cơ cấu phân phối khí.
19. Nhiệm vụ, phân loại hệ thống làm mát, cấu tạo và hoạt động của hệ thống làm mát bằng
chất lỏng
20. Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của két n-ớc
21. Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của van hằng nhiệt của hệ thống làm mát bằng chất lỏng.
22. Nhiệm vụ, phân loại, cấu tạo chung và hoạt động của hệ thống bôi trơn hỗn hợp.
23. Nhiệm vụ, phân loại, cấu tạo và hoạt động của bơm dầu của hệ thống bôi trơn.
24. Nhiệm vụ, phân loại và cấu tạo chung của hệ thống nuôi d-ỡng động cơ xăng.
25. Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bơm xăng.
26. Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bầu lọc không khí.
27. Cấu tạo, hoạt động của bộ chế hoà khí đơn giản.
28. Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của hệ thống đậm (hệ thống tiết kiệm) của bộ chế hoà khí.
29. Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bơm tăng tốc của bộ chế hoà khí.
30. Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của cơ cấu khởi động của bộ chế hoà khí.
31. Nhiệm vụ, yêu cầu, sơ đồ cấu tạo chung và hoạt động của hệ thống nuôi d-ỡng động cơ
diezel.
32. Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bơm áp lực thấp của hệ thống nuôi d-ỡng động cơ
diezel.
33. Cấu tạo và hoạt động của vòi phun kín tiêu chuẩn.
34. Cấu tạo và hoạt động của vòi phun kín có chốt.
Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

4

Động cơ đốt trong 1
35. Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu, vật liệu chế tạo, kết cấu của bạc lót đầu to thanh
truyền
36. Vấn đề nhiệt độ n-ớc làm mát trong động cơ.
37. Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bầu lọc ly tâm của hệ thống bôi trơn.
38. Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của hệ thống phun chính của bộ chế hoà khí.
39. Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của hệ thống chạy không tải của bộ chế hoà khí.
40. Cấu tạo và hoạt động của bơm cao áp loại dãy.
41. Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bộ tự động điều chỉnh góc phun sớm.
42. Cấu tạo và hoạt động của bơm phân phối.
43. Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của trục cam của cơ cấu phân phối khí.
44. Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu, vật liệu chế tạo và kết cấu của nắp xy lanh.
45. Kết cấu thân máy kiểu thân xy lanh, hộp trục khuỷu.
46. Cấu tạo đầu to thanh truyền.
47. Phân tích nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với trục khuỷu. Vật liệu chế tạo và
phân loại trục khuỷu.
48. Đ-ờng đặc tính của BCHK đơn giản.
49. Nhiệm vụ, cấu tạo và hoạt động của bộ hạn chế số vòng quay cực đại của động cơ.
50. Đ-ờng đặc tính lý t-ởng của bộ chế hoà khí và yêu cầu đối với bộ chế hoà khí.
51. Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo của trục cam của cơ cấu phân phối khí.
52. Một số biên pháp nâng cao độ cứng vững thân máy.
53. Phân tích nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với chốt piston và cấu tạo của chốt
piston.
54. Phân tích nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với secmăng và cấu tạo của secmăng.
55. Phân tích nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu đối với thanh truyền, vật liệu chế tạo
thanh truyền.

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

5


Động cơ đốt trong 1

Ch-ơng I

Nguyên lý động cơ trong
1.1. Lịch sử phát triển và phân loại động cơ đốt trong
Mục đích: Giúp sinh viên nắm đ-ợc lịch sử phát triển của động cơ đốt trong và
cách phân loại động cơ nh- thế nào?
Nội dung của bài:

1.1.1. Sơ l-ợc lịch sử phát triển của động cơ nhiệt và động cơ đốt trong
- Năm 1784 Jiêm Oat chế tạo thành công máy hơi n-ớc.
- Năm 1860 Jăng Echien Lơ Noa, một ng-ời hầu bàn và một nhà kỹ thuật
nghiệp d- ở Paris chế tạo thành công động cơ hai kỳ đầu tiên chạy bằng khí thiên
nhiên, hiệu suất 4,65%.
- Năm 1877 Ôt tô Nicolas và Langhen phát minh ra động cơ đốt trong bốn kỳ
chạy bằng khí thiên nhiên, hiệu suất 20%.
- Năm 1885 Dam Le chế tạo thành công động cơ xăng đầu tiên.
- Năm 1897 Rudolf Diezel chế tạo thành công động cơ chạy bằng nhiên liệu
nặng, phun nhiên liệu bằng khí nén, hiệu suất đạt 26%.
- Năm 1901 Robert và Bosh đề xuất và chế tạo bơm cao áp và vòi phun để phun
nhiên liệu vào xilanh. Đến đây động cơ điêzel đã cơ bản hoàn chỉnh.
ở Việt nam:
+ Từ năm 1960 nhà máy cơ khí Trần H-ng Đạo Hà Nội đã sản xuất động cơ
2B10,5/13 và từ năm 1972 chế tạo động cơ 2B9,5/11.
+ Công ty Diezel Sông Công đang sản xuất các loại động cơ D50, D80, TS - 130,

+ Nhà máy cơ khí Duyên Hải Hải phòng sản xuất các loại động cơ D22T,
D23T, 1B9,5/11,5,
+ Hiện nay, chúng ta đang xây dựng tổ hợp ô tô Đông Anh trên cơ sở Công ty ô
tô 1 - 5 chuyên sản xuất xe ca, tổ hợp ô tô Bắc Giang chuyên sản xuất xe vận tải và
chuẩn bị khởi công tổ hợp ô tô Hải D-ơng chuyên sản xuất xe du lịch, trong đó sẽ có
các nhà máy chế tạo động cơ đáp ứng cho các nhà máy xản xuất ô tô.

1.1.2. Khái niệm về động cơ nhiệt
Động cơ nhiệt: là thiết bị cơ khí có khả năng chuyển nhiệt năng do nhiên liệu
cháy thành cơ năng.
Động cơ nhiệt có hai loại lớn:
- Động cơ hơi n-ớc (động cơ đốt ngoài):
+ Động cơ kiểu piston.
+ Turbin hơi

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

6


Động cơ đốt trong 1

- Động cơ đốt trong: là loại động cơ nhiệt mà việc đốt cháy nhiên liệu, toả nhiệt
và quá trình chuyển nhiệt năng thành cơ năng đ-ợc tiến hành ngay trong động cơ.
Động cơ đốt trong có:
+ Động cơ đốt trong kiểu piston.
+ Turbin nhiệt.
+ Động cơ phản lực.
+ Động cơ rôto quay (động cơ valken)

1.1.3. So sánh động cơ đốt trong với các loại động cơ nhiệt khác
- Ưu điểm của động cơ đốt trong:
+ Hiệu suất có ích cao: 40 45 %
+ Gọn nhẹ hơn các loại động cơ khác cùng công suất.
+ Khởi động nhanh và sẵn sàng khởi động.
+ ít nguy hiểm khi vận hành.
+ Không phải khử xỉ, tro.
+ Không cần nhiều ng-ời phục vụ.
+ Điều kiện làm việc của thợ máy tốt.
- Nh-ợc điểm:
+ Khả năng quá tải kém.
+ Không phát đ-ợc mô men cực đại ở số vòng quay thấp.
+ Không khởi động đ-ợc khi có tải.
+ Công suất không lớn.
+ Nhiên liệu đòi hỏi khắt khe và đắt.
+ Cấu tạo phức tạp, đắt tiền.
+ Làm việc gây tiếng ồn

1.1.4. Phân loại động cơ đốt trong
a) Dựa vào cách thực hiện chu trình công tác:
+ Động cơ bốn kỳ: động cơ hoàn thành chu trình công tác sau bốn hành trình của
piston hay hai vòng quay của trục khuỷu.
+ Động cơ hai kỳ: động cơ hoàn thành chu trình công tác sau hai hành trình của
piston hay một vòng quay của trục khuỷu.
b) Dựa vào nhiên liệu dùng cho động cơ:
+ Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng:
* Nhẹ: xăng, benzen,
* Nặng: dầu mazut, dầu điezel,
+ Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí: khí thiên nhiên, khí lò ga,
+ Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí và lỏng.

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

7


Động cơ đốt trong 1

c) Dựa vào ph-ơng pháp hình thành hỗn hợp:
+ Động cơ hình thành hỗn hợp bên ngoài. Nhiên liệu và không khí hoà trộn với
nhau bên ngoài và đ-ợc hút vào xilanh. Hiện nay có động cơ dùng bộ chế hoà khí và
động cơ phun xăng.
+ Động cơ hình thành hỗn hợp bên trong. Nhiên liệu và không khí hoà trộn và bốc
cháy ngay trong xilanh động cơ. Hiện nay có động cơ diezel.
d) Dựa vào ph-ơng pháp đốt cháy nhiên liệu:
+ Động cơ đốt cháy c-ỡng bức: dùng tia lửa điện để đốt cháy nhiên liệu.
+ Động cơ tự bốc cháy: nhiên liệu đ-a vào và tự cháy trong xilanh.
e) Dựa vào dạng chu trình công tác:
+ Động cơ làm việc theo chu trình cấp nhiệt đẳng tích.
+ Động cơ làm việc theo chu trình cấp nhiệt đẳng áp.
+ Động cơ làm việc theo chu trình cấp nhiệt hỗn hợp.
f) Theo ph-ơng pháp nạp:
+ Động cơ tăng áp: nạp khí nạp vào xilanh ở áp suất cao hơn áp suất khí trời.
+ Động cơ không tăng áp: nạp khí nạp vào xilanh ở áp suất bình th-ờng.
g) Theo cấu tạo của động cơ:
+ Theo số xilanh:
* Động cơ 1 xilanh.
* Động cơ nhiều xilanh.
+ Theo cách bố trí xilanh:
* Động cơ có xilanh bố trí một hàng.
* Động cơ có xilanh bố trí hai hàng hình chữ V.

* Động cơ có xilanh bố trí nhiều hàng.
* Động cơ có xilanh đối đỉnh.
* Động cơ có xilanh bố trí thẳng đứng.
* Động cơ có xilanh bố trí nằm ngang.
h) Theo khả năng thay đổi chiều quay của trục khuỷu:
+ Động cơ chỉ quay một chiều:
* Quay một chiều trái.
* Quay một chiều phải.
+ Động cơ quay cả hai chiều.
i) Theo vận tốc của piston:
+ Động cơ tốc độ thấp:
C < 6,5 m/s
+ Động cơ tốc độ cao:
C > 6,5 m/s
C = (S. n)/30
S hành trình của piston (m).
n Số vòng quay của trục khuỷu (v/ph).
Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

8


Động cơ đốt trong 1

k) Theo công dụng của động cơ:
+ Động cơ tĩnh.
+ Động cơ tàu thuỷ.
+ Động cơ tàu hoả.
+ Động cơ ô tô, máy kéo.

Tóm lại, trong ch-ơng trình ta nghiên cứu các loại động cơ sau:
+ Động cơ điezel bốn kỳ.
+ Động cơ xăng bốn kỳ.
+ Động cơ hai kỳ:

* Hai kỳ quét vòng.
* Hai kỳ quét thẳng qua xupáp thải.

Câu hỏi thảo luận:
1. Khái quát về lịch sử phát triển của động cơ nhiệt và động cơ đốt trong?
2. Trình bày khái niệm về động cơ nhiệt?
3. Những tiêu chí để phân loại động cơ đốt trong?

1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
Mục đích: giúp sinh viên nắm đ-ợc nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong?

1.2.1. Cấu tạo chung của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong cấu tạo bởi các bộ phận chủ yếu sau:
- Cơ cấu thanh truyền trục khuỷu.
5
Nạp

thải

3

4

Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo của
động cơ đốt trong

1. Trục khuỷu
2. Thanh truyền
3. Piston
4. Xilanh
5. Vòi phun (buji)

2

1

- Cơ cấu phân phối khí.
- Các chi tiết cố định.
- Hệ thống nuôi d-ỡng (hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí).
- Hệ thống bôi trơn.
- Hệ thống làm mát.
- Hệ thống đánh lửa (chỉ có ở động cơ xăng).
Và một số bộ phận khác.
Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

9


Động cơ đốt trong 1

1.2.2. Những khái niệm và định nghĩa cơ bản
- Quá trình công tác: Tổng số tất cả những sự biến đổi xảy ra đối với môi chất
công tác trong xilanh động cơ cũng nh- những hệ thống gắn liền với xilanh nh- hệ
thống thải, nạp.
Qúa trình công tác của động cơ đốt trong gồm nhiều bộ phận riêng rẽ, quá trình
này kế tiếp quá trình kia đ-ợc lặp đi lặp lại trong một trật tự nhất định có tính chu kỳ.

- Chu trình công tác: Tổ hợp các quá trình liên tục kế tiếp nhau lặp đi, lặp lại
theo chu kỳ trong xilanh để thực hiện một quá trình sinh công.
- Điểm chết:
+Vị trí của piston trong xilanh, mà tại đó ta tác động một lực bất kỳ lên đỉnh
piston cũng không làm trục khuỷu quay.
+Vị trí mà tại đó piston đổi chiều chuyển động.
Trong động cơ có hai điểm chết là điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết d-ới (ĐCD).
- Hành trình của piston: khoảng chạy của piston trong xilanh giữa hai điểm chết:
S=2*R
R - bản kính quay của trục khuỷu.
- Thể tích công tác: thể tích xilanh giới hạn từ ĐCT đến ĐCD, ký hiệu Vh.
Vh

.D 2
4

.S

D - đ-ờng kính xilanh.
- Thể tích buồng cháy: thể tích còn lại nhỏ nhất trong xilanh khi piston ở ĐCT,
ký hiệu Vc.
- Thể tích toàn phần: tổng thể tích công tác và thể tích buồng cháy:
Va = Vh + Vc
- Tỷ số nén: tỷ số giữa thể tích toàn phần và thể tích buồng cháy:


Va Vh Vc
V

1 h

Vc
Vc
Vc

Tỷ số nén chỉ rõ thể tích xilanh phía trên piston bị giảm bao nhiêu lần, tức
là bị ép nhỏ bao nhiêu lần khi piston đi từ ĐCD lên ĐCT
- Kỳ: một phần của chu trình công tác khi piston chạy từ điểm chết này đến
điểm chết kia.
- Tỷ số tăng áp suất: tỷ số giữa áp suất cuối quá trình cháy đẳng tích và áp suất
cuối quá trình nén.


Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

pz
pc

10


Động cơ đốt trong 1

1.2.3. Hoạt động của động cơ bốn kỳ
1.2.3.1. Hoạt động của động cơ diezel bốn kỳ
Động cơ diezel bốn kỳ hoàn chỉnh một chu trình công tác sau bốn hành trình
của piston hay hai vòng quay của trục khuỷu.

1. Kỳ thứ nhất: kỳ nạp (hút).
Diễn biến của quá trình:
Trục khuỷu quay nhờ có quán tính của các khối l-ợng quay làm cho piston đi từ

điểm chết trên xuống điểm chết d-ới làm thể tích xilanh tăng dần và áp suất trong
xilanh giảm dần. Xupáp nạp mở d-ới sự điều khiển của cơ cấu phân phối khí, trong
thời gian này xupáp thải đóng.
ở đầu quá trình (khi piston ở ĐCT), trong buồng đốt chứa đầy sản phẩm cháy
của chu trình tr-ớc còn sót lại gọi là khí sót với áp suất pt > p0 và nhiệt độ Tt > T0.
Khi áp suất trong xilanh giảm tới giá trị nhỏ hơn áp suất khí trời, không khí
đ-ợc hút vào xilanh.
Để đảm bảo nạp đầy khí nạp mới vào xilanh, xupáp nạp mở tr-ớc khi piston lên
đến ĐCT của chu trình tr-ớc một góc 1 để khi piston đi xuống, xupáp đã mở đủ lớn,
giảm sức cản trên đ-ờng nạp.
1 gọi là góc mở sớm của xupáp nạp.
Khi piston xuống đến ĐCD, xupáp nạp ch-a đóng mà nó đ-ợc đóng sau khi
piston đã đi lên một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu là 2 để tận dụng quán
tính của dòng khí nạp để nạp đầy hơn khí nạp vào xilanh.
Góc 2 gọi là góc đóng muộn của xupáp nạp.
Kết luận: Quá trình nạp thực tế bắt đầu sớm hơn và kết thúc muộn hơn chu trình
lý thuyết, thời gian nạp thực tế dài hơn thời gian nạp lý thuyết.

2. Kỳ thứ hai: kỳ nén
D-ới tác dụng của quán tính các khối l-ợng quay, piston bị đẩy đi lên ĐCT. Khi
cơ cấu phân phối khí đóng xupáp nạp thì quá trình nén bắt đầu.
Ban đầu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn nhiệt độ của chi tiết nên nhiệt đ-ợc truyền từ
chi tiết cho khí nạp.
Piston đi lên, khí nạp đ-ợc nén trong xilanh làm áp suất và nhiệt độ tăng lên
làm c-ờng độ trao đổi nhiệt giữa chi tiết và khí nạp giảm.
Đến một thời điểm nào đó, nhiệt độ của khí nạp và nhiệt độ chi tiết bằng nhau,
quá trình trao đổi nhiệt dừng lại. Lúc này xuất hiện quá trình nén đoạn nhiệt tức thời.
Khí nạp tiếp tục bị nén làm áp suất và nhiệt độ tiếp tục tăng và nhiệt độ khí nạp
lớn hơn nhiệt độ chi tiết. Lúc này nhiệt đ-ợc truyền từ khí nạp cho chi tiết.

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

11


Động cơ đốt trong 1

Khi piston còn cách ĐCT một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu góc 3,
bơm cao áp và vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt, d-ới áp suất và nhiệt độ cao
nhiên liệu tự bốc cháy. Đến đây kết thúc quá trình nén.
Góc 3 gọi là góc phun sớm.

Kết luận:
- ở chu trình lý thuyết, quá trình nén là nén đọan nhiệt với chỉ số nén không
đổi, còn ở chu trình thực tế là quá trình nén đa biến với chỉ số nén luôn thay đổi.
- Thời gian của quá trình nén lý thuyết dài hơn thời gian của quá trình
nén thực tế.
3. Kỳ thứ ba: cháy - giãn nở.
Khi nhiên liệu đ-ợc phun vào xilanh, d-ới áp suất và nhiệt độ cao, nhiên liệu tự
bốc cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở đẩy piston đi từ ĐCT xuống
ĐCD. Trong kỳ này ta thu đ-ợc công có ích. Khi piston xuống cách ĐCD một khoảng
ứng với góc quay của trục khuỷu một góc 4 xupáp thải mở, khí có áp suất cao đ-ợc
thải ra ngoài. Đến đây kết thúc quá trình giãn nở.

Góc 4 gọi là góc mở sớm của xupáp thải.
4. Kỳ thứ t-: thải.
Diễn biến: piston đ-ợc đẩy từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính của các khối l-ợng
quay. Trong thời gian này xupáp xả mở, khí thải đ-ợc thải ra ngoài qua cửa thải.
Để đảm bảo thải sạch khí thải ra khỏi xilanh, supáp thải mở sớm một góc 4 và
đóng muộn một góc 5 để tận dụng quán tính của dòng khí thải để thải sạch khí thải

ra khỏi động cơ.
p
z'

ĐCT

z

Hút
Nén

c
Thải

c'
d'
p0
0

r r'
r''

a'

C-GN

d
a
V

Hình1.2. ồ thị công của động cơ diezel

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

CD
Hình 1.3. ồ thị phân phối khí của động
cơ

12


Động cơ đốt trong 1

1.2.3.2. Hoạt động của động cơ xăng bốn kỳ
1. Kỳ thứ nhất: kỳ nạp (hút)
Diễn biến của quá trình: t-ơng tự nh- động cơ diezel, chỉ khác là hỗn hợp
xăng và không khí đ-ợc nạp vào xilanh.

2. Kỳ thứ hai: kỳ nén
T-ơng tự nh- động cơ diezel, chỉ khác là khi piston còn cách ĐCT một khoảng
ứng với góc quay của trục khuỷu góc 3, buji bật tia lửa điện đốt cháy nhiên liệu. Đến
đây kết thúc quá trình nén.
Góc 3 gọi là góc đánh lửa sớm.

Do quá trình nén nhiệt độ tăng cao nhiên liệu dễ bốc cháy nên ở động cơ xăng
tỷ số nén bao giờ cũng thấp hơn nhiều so với động cơ diezel để tránh hiện t-ợng nhiên
liệu tự bốc cháy trong xilanh.

3. Kỳ thứ ba: cháy - giãn nở
Khi buji bật tia lửa điện, nhiên liệu bốc cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao,

khí giãn nở đẩy piston đi từ ĐCT xuống ĐCD. Trong kỳ này ta thu đ-ợc công có ích.
Khi piston xuống cách ĐCD một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu một góc 4
xupáp thải mở, khí có áp suất cao đ-ợc thải ra ngoài. Đến đây kết thúc quá trình giãn
nở.

Góc 4 gọi là góc mở sớm của xupáp thải.
4. Kỳ thứ t-: thải
p
z

c
c'
r'
r

Hình1.4. Đồ thị công của động cơ
xăng bốn kỳ

d'
a'

d
a

0

V

Piston đ-ợc đẩy từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính của các khối l-ợng quay.
Trong thời gian này xupáp xả mở, khí thải đ-ợc thải ra ngoài qua cửa thải.

Để đảm bảo thải sạch khí thải ra khỏi xilanh, supáp thải mở sớm một góc 4 và
đóng muộn một góc 5 để tận dụng quán tính của dòng khí thải để thải sạch khí thải
ra khỏi động cơ.

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

13


Động cơ đốt trong 1

1.2.4. Hoạt động của động cơ hai kỳ
- Động cơ hai kỳ là động cơ hoàn thành một chu trình công tác sau hai hành trình của
piston hay một vòng quay của trục khuỷu.
- Có động cơ xăng, diezel hai kỳ, nh-ng chúng có quá trình chung là sử dụng dòng khí
nạp mới để đẩy khí thải ra khỏi xilanh mà ta gọi là quá trình quét khí.

1.2.4.1. Hoạt động của động cơ hai kỳ quét khí ngang (quét vòng).
10
9

1

8
7

6

2
3

4

5

Hình1.5. Sơ đồ cấu tạo của động cơ
hai kỳ quét vòng
1. Cửa thải.
2. Cửa nạp
3. Piston.
4. Thanh truyền.
5. Hộp trục khuỷu.
6. Trục khuỷu.
7. Rãnh quét.
8. Cửa quét.
9. Xilanh.
10. Buji (vòi phun)

* Hành trình thứ nhất: piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, trong xilanh thực hiện
các quá trình:
- Thời gian đầu: do nhiên liệu cháy trong xilanh tạo ra áp suất và nhiệt độ cao
làm môi chất công tác giãn nở đẩy piston đi xuống, ta thu đ-ợc công có ích.
- Khi mép trên piston mở cửa thải, khí cháy có áp suất cao đ-ợc thải tự do ra
ngoài.
Đồng thời khi piston đi xuống, nó đóng cửa nạp, khí nạp mới đ-ợc nén trong
buồng trục khuỷu làm áp suất tăng.
- Khi mép trên piston mở cửa quét, khí nạp mới đ-ợc đẩy lên xilanh qua các cửa
quét, nó quét khí thải ra ngoài và chiếm chỗ trong xilanh. Đây là quá trình quét khí.

Kết luận: ở hành trình thứ nhất của piston, trong xilanh thực hiện các quá
trình: thải khí tự do, nén khí nạp trong buồng trục khuỷu, quét khí và nạp khí

nạp mới vào xilanh.
* Hành trình thứ hai: piston đi từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính các khối l-ợng
quay và cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu, trong động cơ thực hiện các quá trình:
- Khi piston ch-a đóng cửa quét và cửa thải: tiếp tục quét khí theo quán tính và
thải khí thải ra ngoài.
- Khi piston đóng cửa quét: tiếp tục thải khí theo quán tính.
- Khi piston đóng cửa thải, khí nạp mới bắt đầu đ-ợc nén trong xilanh.
Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

14


Động cơ đốt trong 1

- Khi piston mở cửa nạp, khí nạp mới đ-ợc nạp vào buồng trục khuỷu.
Khi piston cách ĐCT một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu góc 3, bơm
cao áp và vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt (đối với động cơ diezel) làm nhiên
liệu tự bốc cháy hay buji bật tia lửa điện (đối với động cơ xăng) đốt cháy nhiên liệu.
Nhiên liệu cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở, đẩy piston đi xuống.

Kết luận: ở hành trình thứ hai của piston, trong xilanh thực hiện các quá
trình: quét khí theo quán tính, thải khí theo quán tính, nén khí nạp mới trong
xilanh, nạp khí nạp mới vào buồng trục khuỷu và bắt đầu quá trình cháy.
1.2.4.2. Hoạt động của động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupáp thải
Để nạp khí nạp mới vào xilanh có các cửa nạp (quét). Các cửa này đ-ợc đóng,
mở bằng piston. Để đ-a khí nạp vào xilanh có máy nén khí. Để thải khí có xupáp thải.
vòi phun (buji)

piston

supáp thải

cửa thải

máy nén khí

cửa nạp

xilanh

thanh truyền
Hình 1.6. Sơ đồ cấu tạo của
động cơ hai kỳ quét thẳng
qua supáp thải.
trục khuỷu

* Hành trình thứ nhất: piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, trong động cơ thực
hiện các quá trình:
- Thời gian đầu: do nhiên liệu cháy trong xilanh tạo ra áp suất và nhiệt độ cao
làm môi chất công tác giãn nở đẩy piston đi xuống, ta thu đ-ợc công có ích.
- Khi piston đi xuống một khoảng mà ta thu đ-ợc công có ích hiệu quả nhất, cơ
cấu phân phối khí điều khiển mở xupáp thải, khí thải đ-ợc thải tự do ra ngoài.
- Khi mép trên piston mở cửa nạp (quét), khí nạp mới đ-ợc đẩy vào xilanh qua
các cửa quét, nó quét khí thải ra ngoài và chiếm chỗ trong xilanh. đây là quá trình
quét khí.

Kết luận: ở hành trình thứ nhất của piston, trong xilanh thực hiện các quá
trỡnh: thải khí tự do, quét khí và nạp khí nạp mới vào xilanh.
* Hành trình thứ hai: piston đi từ ĐCD lên ĐCT nhờ quán tính các khối l-ợng
quay và cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu, trong xilanh thực hiện các quá trình:

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

15


Động cơ đốt trong 1

- Khi cơ cấu phân phối khí ch-a đóng xupáp thải và piston ch-a đóng cửa quét:
tiếp tục quét khí và thải khí thải ra ngoài.
- Khi piston đóng cửa nạp và cơ cấu phân phối khí ch-a đóng xupáp thải: tiếp
tục thải khí theo quán tính.
- Khi cơ cấu phân phối khí đóng xupáp thải thì quá trình nén bắt đầu.
Khi piston cách ĐCT một khoảng ứng với góc quay của trục khuỷu góc 3, bơm
cao áp và vòi phun phun nhiên liệu vào buồng đốt (đối với động cơ diezel) làm nhiên
liệu tự bốc cháy hay buji bật tia lửa điện (đối với động cơ xăng) đốt cháy nhiên liệu.
Nhiên liệu cháy làm áp suất và nhiệt độ tăng cao, khí giãn nở, đẩy piston đi xuống.

Kết luận: ở hành trình thứ hai của piston, trong xilanh thực hiện các quá
trình: quét khí, thải khí theo quán tính, nén khí nạp mới trong xilanh và bắt đầu
quá trình cháy.
1.2.5. Hoạt động của động cơ nhiều xilanh
1. Sự cần thiết
- Trục khuỷu động cơ quay không đều do 4 hành trình của piston mới có 1 lần
sinh công.
- ở động cơ một xilanh khi piston, thanh truyền, trục khuỷu chuyển động xuất
hiện lực quán tính lớn nên khó cân bằng và khả năng tăng tốc kém.
- Động cơ th-ờng dùng cần công suất lớn. Chế tạo động cơ một xilanh có kích
th-ớc lớn rất khó khăn và phức tạp.
Động cơ nhiều xilanh đ-ợc coi nh- nhiều động cơ một xilanh ghép lại với nhau,
ở đó có nhiều chi tiết làm liền thành khối nh- trục khuỷu, bloc xilanh,

Để động cơ nhiều xilanh làm việc đ-ợc đều và liên tục, tránh đ-ợc nh-ợc điểm
của động cơ một xilanh, trục khuỷu, trục cam, phải đảm bảo cho các xilanh làm việc
theo thứ tự nhất định.

2. Hoạt động của động cơ bốn xilanh một hàng
*Tr-ớc hết ta làm quen với khái niệm góc công tác K và một số quy -ớc.
+ Góc công tác K là góc lệch giữa hai cổ biên của hai xilanh làm việc kế tiếp
nhau.
-

Công thức:

K=180./i

: là số kỳ của động cơ;
i: là số xilanh trong động cơ.
+ Quy -ớc: thứ tự xilanh từ phía đầu đến phía đuôi (phần nắp với bánh đà) trục
khuỷu.
- Động cơ này đ-ợc coi nh- bốn động cơ một xilanh với trục khuỷu chung nên
trục khuỷu phải bố trí sao cho bốn xilanh làm việc theo trình tự nhất định.
trong đó:

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

16


Động cơ đốt trong 1
4

1

Hình1.7.
Sơ đồ bố trí các khuỷu của trục
khuỷu động cơ 4 xilanh 1 hàng
2

3

Trục khủyu của loại động cơ này th-ờng bố trí nh- hình vẽ.
Sau hai vòng quay cả bốn xilanh đều hoàn chỉnh một chu trình công tác. Ta có
thứ tự nổ là 1 2 4 3.
Nửa vòng quay
góc quay
Xilanh
của trục
của trục
1
2
3
4
Thứ nhất
00 C - GN
Nén
Thải
Hút
Thứ hai
1800
Thải
C - GN

Hút
Nén
Thứ ba
3600
Hút
Thải
Nén
C - GN
0
Thứ t540
Nén
Hút
C - GN
Thải
0
720
T-ơng tự ta có thể có thứ tự nổ 1 3 4 2 nh- bảng thứ tự d-ới
Nửa vòng quay
góc quay
Xilanh
của trục
của trục
1
2
3
4
0
Thứ nhất
0
C - GN

Thải
Nén
Hút
0
Thứ hai
180
Thải
Hút
C - GN
Nén
Thứ ba
3600
Hút
Nén
Thải
C - GN
Thứ t5400
Nén
C - GN
Hút
Thải
0
720

3. Hoạt động của động cơ 6 xilanh một hàng.
Thứ tự làm việc của các xilanh là 1-5-3-6-2-4.
Nửa vòng quay
của trục

góc quay

của trục

Xilanh
1

0

0
Thứ nhất

SC

2
Thải

3
Hút
Nén

180

Nén

SC
Thứ ba

Hút
Thải

Hút

SC
Thải

5400

Hút
Nén

Nén

360

6

SC

Thải
0

Thứ t-

5

Thải

Hút

0

Thứ hai

4
SC

Nén

SC
Nén

Hút
Hút

Thải

SC

Thải

7200
Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

17


Động cơ đốt trong 1

Để đảm bảo cho trục quay đều và tận dụng quá trình sinh công của các xilanh,
trục khủyu th-ờng bố trí nh- hình vẽ. Ta có bảng thứ tự làm việc của động cơ (bảng
trên).

4. Động cơ 8 xilanh hai hàng chữ V:
Nửa vòng
Góc
quay của quay của
trục khuỷu
trục
00
Thứ nhất
Thứ hai
Thứ ba
Thứ t-

1800
3600
5400
7200

Xilanh
1
SC

2

3

Hút

Thải

Nén

Hút

Thải

Nén

5
Nén

Nén

Hút
SC

Hút

Thải

7

Hút

Thải

Hút
SC

Nén

Hút
Nén

SC

Hút

Thải

Hút

8

Thải
Nén

Thải
Thải

6

SC
SC

SC

Nén

4

Nén
Thải

SC

SC

1.2.6. So sánh động cơ bốn kỳ với động cơ hai kỳ
* Ưu điểm của động cơ hai kỳ so với động cơ bốn kỳ:
- Khi cùng kích th-ớc xilanh, hành trình của piston, số vòng quay của trục
khuỷu, động cơ hai kỳ có công suất gấp hai động cơ bốn kỳ (thực tế chỉ gấp 1,6 - 1,8
lần).
- Cấu tạo đơn giản hơn.
- Mô men quay đều hơn.
* Ưu điểm của động cơ bốn kỳ so với động cơ hai kỳ:
- Các quá trình hoàn hảo nên hiệu suất cao hơn động cơ 2 kỳ.
- Có thể tăng công suất dễ dàng bằng cách tăng áp.
- Tính kinh tế cao hơn.

Câu hỏi thảo luận:
1. Trình bày cấu tạo chung của động cơ?
2. Thế nào là quá trình công tác, kỳ, ý nghĩa của tỷ số nén?
3. Nguyên lý làm việc của động cơ điezel 4 kỳ?
4. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ?
5.
6.
7.
8.

Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ quét khí ngang (quét vòng)?
Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupáp thải?
Tìm hiểu cách lập bảng diễn biến của các xylanh trong động cơ?
So sánh động cơ bốn kỳ và động cơ hai kỳ

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

18


Động cơ đốt trong 1

Ch-ơng II

cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
2.1. Lực và mô men tác dụng lên cơ cấu thanh truyền - trục khuỷu
Mục đích: giúp sinh viên nắm đ-ợc các lực và mômen tác dụng lên cơ cấu thanh

truyền - trục khuỷu và cách xác định chúng?
Trong quá trình làm việc, có rất nhiều lực tác dụng lên cơ cấu thanh
truyền -trục khuỷu:
- Lực khí thể PK;
- Lực quán tính:
+ Lực quán tính của các khối l-ợng chuyển động tịnh tiến;
+ Lực quán tính của các khối l-ợng chuyển động quay;
- Lực ly tâm;
- Lực ma sát; ...
Sự thay đổi áp suất tác dụng lên đỉnh piston đ-ợc xác định từ đồ thị công p -V ở dạng
PK = f(x) hay PK = f(V).
Từ đồ thị triển khai p - ta tìm đ-ợc tổng hợp lực tác dụng lên đỉnh piston:

P = P K + Pj
+ Pj - lực quán tính của các khối l-ợng chuyển động
tịnh tiến quy về một đơn vị diện tích đỉnh piston;

PK
N



Pj = -m1.R..(cos + cos2) = Pj1 + Pj2

L

- = R/L - thông số kết cấu của động cơ.
- R: Bán kính quay của trục khuỷu;
- L: chiều dài thanh truyền.

PK



R

Phân tích lực P ra các lực thành phần, ta có:
- Lực ngang N tác dụng lên thành xilanh:

T
K

N = P . tg

- Lực tác dụng dọc theo thân thanh truyền:
F = P .1/cos .
Ta chuyển điểm đặt lực F đến đầu to trục khuỷu
và phân tích ra các lực thành phần T và K:

F

F
Hình2.1.
Sơ đồ lực tác dụng lên cơ
cấu thanh truyền trục khuỷu

T = P .1/cos . cos( + ) - lực tiếp tuyến. Lực này sinh ra mômen quay.
K = P .1/cos . sin( + ) - lực pháp tuyến, tác dụng dọc theo má khuỷu.
Lực quán tính của các khối l-ợng chuyển động quay quy dẫn về chốt khuỷu:
P'j = m2 . R . 2
m2 - các khối l-ợng chuyển động quay quy dẫn về chốt khuỷu;
Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

19


Động cơ đốt trong 1

- vận tốc góc của trục khuỷu.
Tổng các lực tác dụng lên chốt khuỷu:

S T ( K Pj' )
Từ trên ta có mô men quay của trục khuỷu:
M = T. R

2.2. Cấu tạo Nhóm piston
Mục đích: giúp sinh viên nắm đ-ợc nhóm piston gồm những bộ phận nào.

Nhiệm vụ, điều kiện làm việc, vật liệu chế tạo và cấu tạo của từng bộ phận đó?
Nhiệm vụ chính của nhóm piston:

- Bao kín buồng cháy, không cho khí cháy lọt từ buồng đốt xuống các te và
không cho dầu nhờn sục từ các te lên buồng đốt.
- Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực đó cho thanh truyền để làm quay trục
khuỷu trong quá trình sinh công, nén khí nạp mới trong quá trình nén, đẩy khí thải ra
khỏi xylanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào xylanh trong quá trình nạp.
- Trong động cơ hai kỳ, piston còn làm thêm nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp,
cửa thải, cửa quét để thay đổi khí.

2.2.1. Piston
1. Điều kiện làm việc
- Chịu các lực lớn tác dụng:
+ Lực khí thể, áp suất khí thể có thể tới 130 at, thay đổi theo chu kỳ.
+ Lực quán tính của nhóm piston. Lực này thay đổi cả về c-ờng độ lẫn chiều
tác dụng theo chu kỳ, các lực gây cho piston sự va đập và ứng suất lớn.
- Nhiệt độ cao do tiếp xúc vơí sản vật cháy (nhiệt độ có thể tới 2300 28000K).
Nhiệt độ cao có thể gây các tác hại:
+ ứng suất nhiệt lớn có thể làm rạn, nứt piston.
+ Gây biến dạng làm bó kẹt piston trong xylanh.
+ Giảm sức bền của piston.
+ Giảm hệ số nạp của động cơ.
+ Làm phân huỷ dầu nhờn.
+ Có thể gây kích nổ đối với động cơ xăng.
- Chịu ma sát lớn do thiếu dầu bôi trơn và do lực ngang ép piston vào xylanh làm

piston bị mài mòn.
- Piston luôn tiếp xúc với sản vật cháy nên bị ăn mòn.

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

20


Động cơ đốt trong 1

2. Yêu cầu đối với piston
- Dạng đỉnh piston phải tạo cho khí nạp có độ xoáy lốc hợp lý nhất, đảm bảo
quá trình cháy tốt nhất và hình thành buồng cháy tốt nhất.
- Tản nhiệt tốt để giảm ứng suất nhiệt và tránh kích nổ.
- Khối l-ợng nhỏ để giảm quán tính.
- Đủ bền và cứng vững để tránh biến dạng trong quá trình làm việc.
- Đảm bảo bao kín buồng cháy, không bị chaý và tiêu hao dầu nhờn.
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.

3. Vật liệu chế tạo
Vật liệu chế tạo piston phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có độ bền lớn cả ở nhiệt độ cao và tải trọng thay đổi.
- Trọng l-ợng riêng nhỏ.
- Hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ nh-ng hệ số dẫn nhiệt lớn.
- Chịu mài mòn tốt trong điều kiện bôi trơn kém và nhiệt độ cao.
- Chịu đ-ợc ăn mòn hoá học của sản vật cháy.
Các loại vật liệu th-ờng dùng:
Gang xám hợp kim C 24 - 44, 15 - 32, 28 - 48, G3000, G3500,...
Hợp kim nhôm - 1, 25, - 30, 102,...

4. Cấu tạo của piston
Ta có thể chia piston làm 3 phần chính:

a. Đầu piston.
Là phần trên cùng của piston, cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành buồng
cháy.

d
Hinh 2.2. Cấu tạo của piston
a. cấu tạo các phần của piston: 1- đỉnh piston; 2- đầu piston; 3- thân piston; 4- rãnh lắp séc
măng khí; 5- rãnh lắp séc măng dầu; 6- bệ chốt piston; 7- chân piston; 8- vùng đai séc măng
b, c, d - một số dạng thân piston

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

21


Động cơ đốt trong 1

Đỉnh piston có nhiều dạng:
- Đỉnh bằng là loại phổ biến, có diện tích chịu nhiệt nhỏ nhất, kết cấu đơn giản,
dễ chế tạo. Loại này đ-ợc sử dụng nhiều trong động cơ xăng và động cơ diezel có
buồng cháy phân cách.

Hinh2.3. Một số dạng đỉnh piston

- Đỉnh lồi có độ cứng vững cao, ít kết muội than nh-ng có diện tích chịu nhiệt
lớn nên ảnh h-ởng xấu đến hoạt động của piston.

Loại này th-ờng dùng cho động cơ xăng có buồng cháy chỏm cầu xupáp treo và động
cơ xăng hai kỳ.

- Đỉnh lõm có diện tích chịu nhiệt lớn nh-ng tạo ra xoáy lốc cho khí nạp trong
quá trình nén.
Loại này th-ờng dùng cho động cơ diezel có buồng cháy thống nhất, mặc dù đầu
piston nặng và khó giải quyết vấn đề nhiệt cho séc măng nh-ng tạo đ-ợc chỉ tiêu kinh
tế cao nên đ-ợc sử dụng nhiều.
Trên phần đầu piston có các rãnh lắp séc măng để bao kín buồng cháy.
Số l-ợng séc măng phụ thuộc vào tốc độ của piston và loại động cơ:
- Động cơ xăng:
3 4 séc măng khí
1 3 séc măng dầu.
- Động cơ điezel cao tốc
3 6 séc măng khí
1 3 séc măng dầu.
- Động cơ điezel tốc độ thấp
5 7 séc măng khí
1 4 séc măng dầu.
Rãnh séc măng dầu có khoan lỗ để đ-a dầu nhờn trở về các te.
Rãnh séc măng sâu hơn chiều dày của séc măng 0,05 - 0,15 mm để lắp séc
măng dễ dàng và tránh bó kẹt séc măng trong rãnh.
Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

22


Động cơ đốt trong 1

Để đảm bảo độ bền và tản nhiệt tốt, phía trong piston có các gân chịu lực. Có

nhiều kiểu gân: gân ngang, gân song song,... Có thể làm thêm gân dọc theo bệ chốt
piston.
ở một số loại động cơ, trên đầu piston có rãnh chắn nhiệt tránh cho séc măng
trên cùng không bị quá nhiệt.

Hình2.4. Ccác loại gân phía trong đỉnh piston

ở một số loại động cơ, ng-ời ta lắp vòng tránh nhiệt bằng thép hay cả vành đai
lắp séc măng chế tạo bằng thép chịu nhiệt sau đó đúc vào đầu piston để đảm bảo bền
cho đầu piston.
Để tránh cho piston không bị bó kẹt trong xilanh khi động cơ làm việc, phần
đầu piston th-ờng làm dạng côn.

Hình2.5. Vòng chịu nhiệt trên
đầu piston

b) Thân piston: Là phần d-ới rãnh xécmăng đầu cuối cùng ở đầu piston làm

nhiệm vụ dẫn h-ớng cho piston trong xilanh và chịu lực ngang. Để dẫn h-ớng tốt, ít
va đập, khe hở giữa thân piston và xilanh phải nhỏ. Vì vậy thiết diện của thân piston
th-ờng không phải hình tròn mà là ôvan, độ ôvan 0,15 0,20mm, trục lớn ở phía chịu
lực ngang, hoặc vát ở hai phía bệ chốt piston để khi động cơ làm việc piston không bị
bó kẹt trong xilanh.
Chiều dài phần thân piston phụ thuộc loại động cơ:
Động cơ diezel có lực ngang lớn nên thân th-ờng dài hơn piston động cơ xăng.
Nếu thân quá dài dẫn h-ớng tốt nh-ng piston sẽ nặng và tổn thất do ma sát lớn.
Nếu thân quá ngắn tác dụng dẫn h-ớng kém.

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

23


Động cơ đốt trong 1

Hình 2.6
Một số dạng piston
động cơ xăng

Đối với động cơ hai kỳ, thân piston phải đủ dài để khi piston lên đến điểm chết
trên nó vẫn đóng kín cửa thải và cửa quét nh-ng lại mở cửa nạp để nạp khí nạp mới
vào cacte.
Trong quá trình làm việc piston chịu lực ngang và lực ma sát nên có xu h-ớng
quay quanh chốt. Nếu lỗ chốt đặt chính giữa chiều dài thân piston thì áp suất của
piston nén lên xilanh sẽ không đều. Do đó bệ chốt th-ờng làm cao hơn trọng tâm của
phần thân piston.
Vị trí của bệ chốt piston tính từ d-ới lên: (0.6 0.74)*H.
H: Chiều cao của piston.
Một số piston còn đ-ợc sẻ rãnh phòng nở dạng chữ T hay , khi lắp piston vào
xilanh, rãnh phòng nở ở phía lực ngang nhỏ.
Để thân piston ít bị mòn, ng-ời ta phủ một lớp thiếc mỏng 0.004 0.006mm.
Để tránh giãn nở về hai phía bệ chốt piston ở một số động cơ ng-ời ta đúc ghép
bản hợp kim invar ở hai đầu bệ chốt.
Ph-ơng pháp này đ-ợc sử dụng khá rộng rãi. Nh-ng nh-ợc điểm là công nghệ
phức tạp và hợp kim invar đắt.
c. Chân piston: Th-ờng có vành đai để tăng c-ờng độ cứng vững cho piston.
Là nơi để điều chỉnh trọng l-ợng của piston.
Đối với một số động cơ diezel phần đuôi piston còn có các rãnh lắp xécmăng
dầu.

2.2.2. Chốt piston
1. Nhiệm vụ
Chốt piston là chi tiết nối piston với thanh truyền, truyền lực tác dụng của khí
thể lên piston cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu.

Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

24


Động cơ đốt trong 1

2. Điều kiện làm việc
Chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính lớn, thay đổi theo chu kỳ sinh va
đập.
Nhiệt độ của chốt piston cao (> 373K), khó xoay trong bệ chốt nên bôi trơn
kém, dễ bị mòn.
3. Yêu cầu đối với chốt piston
Do chốt piston làm việc trong điều kiện nh- vậy nên yêu cầu phải có độ bền và
cứng vững cao, bề mặt phải đảm bảo cứng, bóng để chống mài mòn, trong ruột phải
đủ dẻo để tránh gẫy và chống mỏi. Chốt phải có khối l-ợng nhỏ để giảm lực quán
tính.
4. Vật liệu chế tạo
Th-ờng dùng các loại thép hợp kim có hàm l-ợng các bon thấp: 20, 20X,
15XA, 12XH3A, 15XMA, 18XHMA...
5. Kết cấu và lắp ghép chốt piston
- Kết cấu:
Chốt piston có kết cấu đơn giản là một ống thép, mặt ngoài là hình trụ trơn,
đ-ợc tôi cứng và mài bóng; mặt trong có thể là hình trụ thẳng, trụ bậc hoặc côn.

Hình 2.7. Một số dạng chốt piston

- Các ph-ơng pháp lắp ghép chốt piston với thanh truyền.
+ Cố định chốt piston lên bệ.
+ Cố định chốt piston trên đầu nhỏ thanh truyền.
+ Lắp tự do (dạng bơi).

2.2.3. Secmăng
1. Nhiệm vụ
Bao kín buồng cháy phải dùng xecmăng.
Secmăng khí: Bao kín buồng cháy, không cho khí cháy lọt xuống cacte.
Secmăng dầu: Không cho dầu nhờn sục lên buồng cháy.
2. Điều kiện làm việc
- Chịu nhiệt độ cao: Do tiếp xúc với khí cháy, do piston truyền nhiệt cho xilanh
qua secmăng và do ma sát giữa secmăng với thành xilanh.
Bộ môn Động lực - Khoa Cơ khí - ĐHKTCN

25