Đề cương bài giảng lý thuyết động cơ ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ Ô TÔ
SỐ TÍN CHỈ: 03
LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Hưng Yên - 2015


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

MỤC LỤC TÍN CHỈ 1

CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ...........................................2
1.1. Động cơ đốt trong .................................................................................................2
1.2. So sánh động cơ đốt trong với các loại động cơ nhiệt khác .................................2
1.3. Phân loại động cơ đốt trong ..................................................................................3
1.4. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong loại trục khuỷu – thanh truyền .........6
1.4.1. Sơ đồ nguyên lý và cấu trúc cơ bản

6

1.4.2. Các khái niệm và thông số cơ bản của động cơ đốt trong

7

1.4.3. Nguyên lí làm việc của động cơ xăng 1 xy lanh

8

1.4.4. Nguyên lí làm việc của động cơ điêzen (diesel) 1 xy lanh

9

1.4.5. Nguyên lý làm việc của động cơ nhiều xy lanh

11

1.4.6. Nguyên lý động cơ có tăng áp

13

1.5. Nguyên lý làm việc của động cơ pít tông quay (động cơ Walken) ....................15
CHƢƠNG II: CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ................16
2.1. Chu trình lý tƣởng ...............................................................................................16
2.1.1. Khái niệm chu trình lý tƣởng

16

2.1.2. Các loại chu trình lí tƣởng

17

2.2. Chu trình thực tế của động cơ đốt trong .............................................................18
2.2.1. Quá trình nạp

18

2.2.2. Quá trình nén

27

2.2.3. Quá trình cháy

30

2.2.4. Quá trình thải

40

2.3. Các thông số của chu trình công tác của động cơ đốt trong ...............................41
2.3.1. Công chỉ thị

41

2.3.2. Áp suất chỉ thị

41

2.3.3. Công suất

42

2.3.4. Hiệu suất chỉ thị

43

2.4.5. Suất tiêu thụ nhiên liệu chỉ thị

43

1


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

TÍN CHỈ 1
CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. Động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong là một trong các loại động cơ nhiệt, biến đổi nhiệt năng của
nhiên liệu thành cơ năng. Động cơ nhiệt hoạt động với hai quá trình cơ bản nhƣ sau:
- Đốt cháy nhiên liệu, giải phóng hóa năng thành nhiệt năng và gia nhiệt cho môi
chất công tác. Trong giai đoạn này xảy ra các hiện tƣợng lý hoá rất phức tạp.
- Biến đổi trạng thái của môi chất công tác, hay nói cách khác, môi chất công tác
thực hiện chu trình nhiệt động để biến đổi một phần nhiệt năng thành cơ năng.
Trên cơ sở đó có thể phân loại động cơ nhiệt thành hai loại chính là động cơ đốt
ngoài và động cơ đốt trong.
Ở động cơ đốt ngoài, ví dụ máy hơi nƣớc cổ điển trên tàu hỏa, hai giai đoạn trên
xảy ra ở hai nơi khác nhau. Giai đoạn thứ nhất xảy ra tại buồng đốt và nồi xúp-de, kết
quả đƣợc hơi nƣớc có áp suất và nhiệt độ cao. Còn giai đoạn thứ hai là quá trình giãn
nở của hơi nƣớc trong buồng công tác và sinh công làm quay bánh xe.
Ở động cơ đốt trong, hai giai đoạn trên diễn ra tại cùng một vị trí, đó là bên trong
buồng công tác của động cơ.
Hai loại động cơ nói trên đều có hai kiểu kết cấu, đó là động cơ kiểu pít tông và

kiểu tuabin theo sơ đồ dƣới đây, hình 1-1.
Động cơ nhiệt
Động cơ đốt ngoài
Kiểu pít tông
iston

Kiểu tuabin

Động cơ đốt trong
Kiểu pít tông

Kiểu tuabin

Kiểu rô to

Hình 1-1. Động cơ đốt trong thuộc họ động cơ nhiệt
Do giới hạn của giáo trình, chúng ta chỉ xét động cơ đốt trong kiểu pít tông và từ
đây gọi vắn tắt là động cơ đốt trong (ĐCĐT). Trong thực tế, động cơ kiểu tuabin là đối
tƣợng khảo sát của chuyên ngành máy tuabin.
1.2. So sánh động cơ đốt trong với các loại động cơ nhiệt khác
Ƣu điểm
Nhƣợc điểm
- Hiệu suất có ích e

- Khả năng quá tải kém, cụ thể không quá 10%
lớn nhất, có thể đạt tới 50% trong 1 giờ.
2


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

hoặc hơn nữa. Trong khi đó,
- Tại chế độ tốc độ vòng quay nhỏ, mô men
máy hơi nƣớc cổ điển kiểu sinh ra không lớn. Do đó, động cơ không thể khởi
pít tông chỉ đạt khoảng động đƣợc khi có tải và phải có hệ thống khởi động
16%, tuabin hơi nƣớc từ 22 riêng.
đến 28%, còn tuabin khí
- Công suất cực đại không lớn. Ví dụ, một
cũng chỉ tới 30%.
trong những động cơ lớn nhất thế giới là động cơ của
- Kích thƣớc và trọng hãng MAN B&W có công suất 68.520 kW (số liệu
lƣợng nhỏ, công suất riêng 1997), trong khi tuabin hơi bình thƣờng cũng có
lớn. Do đó, động cơ đốt công suất tới vài chục vạn kW.
trong rất thích hợp cho các
- Cấu tạo phức tạp, giá thành chế tạo cao.
phƣơng tiện vận tải với bán
- Nhiên liệu cần có những yêu cầu khắt khe
kính hoạt động rộng.
nhƣ hàm lƣợng tạp chất thấp, tính chống kích nổ cao,
- Khởi động, vận hành tính tự cháy cao... nên giá thành cao. Mặt khác,
và chăm sóc động cơ thuận nguồn nhiên liệu chính là dầu mỏ ngày một cạn dần.
tiện, dễ dàng.
Theo dự đoán, trữ lƣợng dầu mỏ chỉ đủ dùng cho
đến giữa thế kỷ 21.
- Ô nhiễm môi trƣờng do khí thải và ồn.
Tuy nhiên, với những ƣu điểm nổi bật nhƣ trên, động cơ đốt trong hiện nay
vẫn là máy động lực chủ yếu, đóng vai trò vô cùng quan trọng trong các lĩnh vực
của đời sống con ngƣời nhƣ giao thông vận tải, xây dựng, khai thác mỏ, nông

nghiệp, ngƣ nghiệp...Theo các nhà khoa học, trong vòng nửa thế kỷ tới vẫn chƣa có
động cơ nào có thể thay thế đƣợc động cơ đốt trong.
1.3. Phân loại động cơ đốt trong
§éng c¬ ®èt trong cã thÓ ®-îc ph©n lo¹i theo nhiÒu tiªu chÝ kh¸c nhau:
Tiêu chí phân
loại

Các loại động cơ

Động cơ bốn kỳ: Là động cơ có chu trình công tác thực hiện sau
Theo cách thực bốn hành trình của pít tông hay hai vòng quay của trục khuỷu.
hiện chu trình Động cơ hai kỳ: Là động có chu trình công tác thực hiện sau hai
công tác
hành trình của pít tông hay một vòng quay của trục khuỷu.

3


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Động cơ nhiên liệu lỏng: nhƣ xăng, điêzen (diesel), cồn pha xăng
hoặc điêzen (diesel), dầu thực vật...
Động cơ nhiên liệu khí: Nhiên liệu khí bao gồm: khí thiên nhiên
(Compressed Natural Gas - CNG), khí hoá lỏng (Liquidfied
Petroleum Gas - LPG), khí lò ga, khí sinh vật (Biogas)...
Theo nhiên liệu

Động cơ nhiên liệu kép (Dual Fuel) ví dụ nhƣ động cơ gas+ xăng,

ga + điêzen (diesel)…
Động cơ đa nhiên liệu (Multi Fuel) nhƣ động cơ có thể dùng đƣợc
cả điêzen (diesel) và xăng, hoặc động cơ dùng cả xăng và khí đốt.

Theo

phƣơng

Hình thành hỗn hợp bên ngoài xy lanh nhƣ động cơ xăng dùng bộ

pháp hình thành chế hòa khí hoặc hệ thống phun xăng gián tiếp (phun vào đƣờng
khí hỗn hợp

nạp).
Hình thành hỗn hợp bên trong xy lanh nhƣ động cơ điêzen (diesel)
hay động cơ phun xăng trực tiếp (Gasoline Direct Injection - GDI)
vào xy lanh.

Theo
phƣơng Động cơ đốt cháy cưỡng bức nhƣ động cơ xăng.
pháp đốt cháy
Động cơ cháy do nén nhƣ động cơ điêzen (diesel).
hỗn hợp
Theo
phƣơng Động cơ không tăng áp: không khí hay hỗn hợp đƣợc hút vào xy
pháp nạp
lanh bởi sự chênh áp giữa đƣờng nạp và xy lanh.
Động cơ tăng áp: không khí hay hỗn hợp đƣợc nén trƣớc khi nạp
vào xy lanh.
Theo tốc độ trung bình của pít tông

Gọi tốc độ trung bình của pít tông là cm. Dễ dàng tính đƣợc c m 

S.n
(m/s) với S
30

là hành trình pít tông (m) và n là tốc độ vòng quay của trục khuỷu (v/ph). Theo c m
ngƣời ta phân loại động cơ nhƣ sau:
Động cơ tốc độ thấp
Động cơ tốc độ trung
bình
Động cơ cao tốc

3,5 m/s  cm  6,5 m/s
6,5 m/s  cm  9 m/s
cm  9 m/s
4


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Theo dạng chuyển động Động cơ pít tông tịnh tiến thƣờng gọi ngắn gọn là động cơ
của pít tông
pít tông. Đa số động cơ đốt trong là động cơ pít tông.
Động cơ pít tông quay hay động cơ rôto do Wankel phát
minh năm 1954 nên còn gọi là động cơ Wankel.
Theo cách bố trí xy lanh

Thứ tự bố trí xy lanh

Động cơ thẳng hàng
Hình 1-2: Động cơ thằng hàng

Động cơ chữ V

Hình 1-3: Động cơ chữ V

Động cơ đối đỉnh
Hình 1-4: Động cơ đối đỉnh

Động cơ hình sao

Hình 1-5: Động cơ
hình sao

5


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

1.4. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong loại trục khuỷu – thanh truyền
1.4.1. Sơ đồ nguyên lý và cấu trúc cơ bản
Cấu tạo của động cơ đốt trong bao gồm:
a. Cơ cấu sinh lực gồm:
1. Bộ hơi: Xy lanh, cụm pít tông, nắp máy…
2. Bộ phận chuyển động và dự trữ năng lƣợng: Trục khuỷu, thanh truyền, bánh đà.

b. Các hệ thống và cơ cấu khác:
1. Cơ cấu phối khí: Cụm xuppap hút và xả, trục cam, cơ cấu dẫn động trục cam.
2. Hệ thống bôi trơn: Cácte dầu, bơm dầu, lọc dầu, các tuyến dầu, két làm mát dầu…
3. Hệ thống làm mát: Két nƣớc, bơm nƣớc, áo nƣớc, van hằng nhiệt, đƣờng ống
nƣớc…
4. Hệ thống cung cấp nhiên liệu: Hệ thống nhiên liệu dùng chế hòa khí hoặc phun
xăng, hệ thống nhiên liệu đông cơ điêzen (diesel).
5. Hệ thống điện động cơ: Hệ thống khởi động, hệ thống cung cấp điện…
Cấu trúc cơ bản

Lƣợc đồ

6

5

§CT

4

S

D

§CD

3
2

1

Hình 1-6: Cấu trúc động cơ 4 kỳ
1. Trục khuỷu

2. Thanh truyền

3. Xy lanh
5. Xuppap nap
7.Trục cam nạp
9. Xuppap xả
11. Đường ống xả

4. Pít tông
6. Họng hút
8.Trục cam xả
10.Nắp máy

Hình 1-7: Lược đồ động cơ bốn kỳ
1. Trục khuỷu
2. Thanh truyền,
3. Piston
4. Xuppáp thải(xả)
5. Vòi phun (động cơ diesel) hay bugi
(động cơ xăng),
6. Xuppáp nạp
ĐCT. Điểm chết trên
ĐCD. Điểm chết dưới
S. Hành trình piston
D. Đường kính xy lanh

6


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

1.4.2. Các khái niệm và thông số cơ bản của động cơ đốt trong
Dựa vào lƣợc đồ hình 1-7. Ta có thể đƣa ra một số khái niệm cơ bản sau:
Quá trình công tác là tổng hợp tất cả biến đổi của môi chất công tác xảy ra trong
xy lanh của động cơ và trong các hệ thống gắn liền với xy lanh nhƣ hệ thống nạp thải.
Chu trình công tác là tập hợp những biến đổi của môi chất công tác xảy ra bên
trong xy lanh của động cơ và diễn ra trong một chu kì.
Kỳ là một phần của chu trình công tác xảy ra khi pít tông dịch chuyển một hành trình.
Điểm chết: Trong hoạt động của cơ cấu sinh lực có hai khái niệm điểm chết:
điểm chết của pít tông và điểm chết của trục khuỷu.
Điểm chết của pít tông là điểm mà tại đó pít tông có vận tốc bằng 0, hoặc diễn
giải theo một cách khác: là điểm pít tông ở vị trí cao nhất hoặc thấp nhất trong lòng xy
lanh. Nhƣ vậy pít tông có 2 điểm chết (hình 1.8) là điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết
dƣới (ĐCD). Điểm chết trên của pít tông là điểm mà pít tông cách xa đƣờng tâm trục
khuỷu nhất. Điểm chết dƣới của pít tông là điểm mà pít tông cách tâm trục khuỷu một
khoảng ngắn nhất.

Hình 1-8: Các vị trí điểm
chết của ĐCĐT

Điểm chêt của trục khuỷu cũng có hai vị trí là điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết
dƣới (ĐCD), là các điểm mà tại đó đƣờng tâm của má khuỷu trùng với đƣờng tâm của
thanh truyền.
Hành trình pít tông (S): Là khoảng cách giữa hai điểm chết (m).

Thể tích công tác Vh là khoảng không gian trong lòng xilanh đƣợc tính từ mặt đỉnh
pít tông ở ĐCD tới mặt đỉnh pít tông ở ĐCT.
Thể tích buồng cháy Vc là khoảng không gian trong lòng xilanh đƣợc tính từ mặt
đỉnh pít tông ở ĐCT tới bề mặt của vòm nắp máy bao kín phía trên xy lanh.
Thể tích toàn phần Va là khoảng không gian trong lòng xilanh đƣợc tính từ mặt
đỉnh pít tông ở ĐCD tới bề mặt của vòm nắp máy bao kín phía trên xy lanh .

7


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Tỷ số nén  là tỷ số giữa thể tích lớn nhất( thể tích toàn phần Va) và thể tích nhỏ
nhất (thể tích buồng cháy Vc ):


Vmax Vh  Vc
V

1 h
Vmin
Vc
Vc

(1.1)

1.4.3. Nguyên lí làm việc của động cơ xăng 1 xy lanh
Động cơ bốn kỳ có chu trình công tác đƣợc thực hiện sau bốn hành trình của pít

tông hay hai vòng quay của trục khuỷu.

Hình 1-9: Đồ thị mô tả các quá trình làm việc của động cơ bốn kỳ không tăng áp
a. Đồ thị công
b. Đồ thị pha

Hành trình thứ nhất: hành trình nạp( HÚT), hình 1-10
Pít tông đi từ ĐCT xuống ĐCD tạo nên độ chân không trong xy lanh. Hoà khí từ
đƣờng nạp gọi là khí nạp mới đƣợc hút vào xy lanh qua xuppáp nạp đang mở và hoà
trộn với khí sót của chu trình trƣớc tạo thành hỗn hợp công tác. Xuppáp nạp mở sớm
một góc là 1 tại điểm d1 trƣớc khi pít tông đến ĐCD để tăng tiết diện lƣu thông của
dòng khí nạp.

Hình 1-10. Hành
trình nạp của động
cơ xăng

Hình 1-11: Hành
trình nén trong động
cơ xăng

Hình 1-12: Hành trình
cháy trong động cơ
xăng

Hình 1-13: Hành
trình xả trong động
cơ xăng

8

Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Hành trình thứ hai: hành trình NÉN , hình 1-11
Pít tông đi từ ĐCD lên ĐCT. Xuppáp nạp đóng muộn một góc 2 tại điểm d2
trƣớc ĐCT nhằm tận dụng quán tính của dòng khí nạp để nạp thêm. Hỗn hợp công tác
bị nén khi hai xuppáp cùng đóng dẫn tới tăng áp suất và nhiệt độ trong xy lanh. Tại
điểm c’ gần ĐCT tƣơng ứng với góc s, bugi bật tia lửa điện. Góc s đƣợc gọi là góc
đánh lửa sớm. Sau một thời gian chuẩn bị rất ngắn, quá trình cháy thực sự diễn ra làm
cho áp suất và nhiệt độ trong xy lanh tăng lên rất nhanh.
Hành trình thứ ba: hành trình cháy- giãn nở (NỔ ), hình 1-12
Pít tông đi từ ĐCT xuống ĐCD. Sau ĐCT, quá trình cháy tiếp tục diễn ra nên áp
suất và nhiệt độ tiếp tục tăng, sau đó giảm do thể tích xy lanh tăng nhanh. Khí cháy
giãn nở sinh công. Gần cuối hành trình, xuppáp thải mở sớm một góc 3 tại điểm b’ để
thải tự do một lƣợng đáng kể sản vật cháy ra khỏi xy lanh vào đƣờng thải.
Hành trình thứ tƣ: hành trình thải (XẢ), hình 1-13
Pít tông đi từ ĐCD lên ĐCT, sản vật cháy bị thải cưỡng bức do pít tông đẩy ra
khỏi xy lanh. Để tận dụng quán tính của dòng khí nhằm thải sạch thêm, xuppáp thải
đóng muộn sau ĐCT một góc 4 ở hành trình nạp của chu trình tiếp theo.
1.4.4. Nguyên lí làm việc của động cơ điêzen (diesel) 1 xy lanh
Nguyên lý làm việc của động cơ điêzen (diesel) 4 kỳ cũng tƣơng tự nhƣ động
cơ xăng , gồm các kỳ HÚT-NÉN-NỔ-XẢ, nhƣng có một số nét khác biệt:

Hình 1-14: Hành trình
hút trong động cơ diesel

Hình 1-15: Hành trình Hình 1-16: Hành trình

nén trong động cơ diesel cháy động cơ diesel

Hình 1-17: Hành trình
xả trong động cơ diesel

Hành trình nạp( HÚT) , hình 1-14
Pít tông đi từ ĐCT xuống ĐCD, xuppap nạp mở, xuppap thải đóng. Không khí
đƣợc hút vào trong xy lanh qua xuppap nạp. Xuppap nạp mở sớm một góc 1 trƣớc
ĐCT để tăng lƣợng không khí nạp vào xy lanh.

9


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Hành trình NẾN ,hình 1-15
Pít tông đi từ ĐCD lên ĐCT, các xuppap đóng kín, không khí trong xy lanh bị
nén lại tới nhiệt độ và áp suất cao, nhiệt độ buồng cháy động cơ điêzen (diesel) lúc này
khoảng 500- 8000C. Cuối hành trình nén, vòi phun phun nhiên liệu vào trong buồng
cháy của động .
Hành trình cháy- giãn nở ( NỔ), hình 1-16
Nhiên liệu (dầu điêzen (diesel)) áp suất cao(115kg/cm2- 1900kg/cm2) phun vào
không khí đƣợc nén đến áp suất và nhiệt độ cao trong buồng cháy nên tự bốc cháy.
Quá trình cháy sinh công đẩy pít tông đi xuống ĐCD. Cuối hành trình cháy, xuppap
thải mở sớm một góc 2 trƣớc ĐCD nhằm tận dụng quán tính của dòng khí để thải một
phần khí cháy ra ngoài.
Hành trình thải( XẢ),hình 1-17
Pít tông đi từ ĐCD đến ĐCT, xuppap thải mở, khí cháy đƣợc đẩy ra ngoài qua

xuppap thải. Xuppap thải đóng sau ĐCT một góc 3 nhằm mục đích thải hết sản vật
cháy ra ngoài
*) Nguyên lí làm việc của động cơ 2 kì , hình 1-18 và 1-19
Động cơ hai kỳ, nhƣ đã nêu trong phần phân loại, có chu trình công tác thực hiện
sau hai hành trình của pít tông hay một vòng quay của trục khuỷu.
Hành trình thứ nhất:
Pít tông đi chuyển từ ĐCT đến ĐCD,

Hình 1-18: Hoạt động của động cơ
2 kì

khí đã cháy và đang cháy trong xy
lanh giãn nở sinh công. Khi pít tông
mở cửa thải A, khí cháy có áp suất cao
đƣợc thải tự do ra đƣờng thải. Từ khi
pít tông mở cửa quét B cho đến khi
đến điểm chết dƣới, khí nạp mới có áp
suất cao nạp vào xy lanh đồng thời
quét khí đã cháy ra cửa A.
Nhƣ vậy trong hành trình thứ
nhất gồm các quá trình: cháy giãn nở,
thải tự do, quét khí và nạp khí mới.
Hành trình thứ hai:
Pít tông di chuyển từ ĐCD đến
ĐCT, quá trình quét nạp vẫn tiếp tục
cho đến khi pít tông đóng cửa quét B.
Từ đó cho đến khi pít tông đóng của
10

Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên
thải A, môi chất trong xy lanh bị đẩy
qua cửa thải ra ngoài, vì vậy giai đoạn
này gọi là giai đoạn lọt khí. Tiếp theo
là quá trình nén bắt đầu từ khi pít tông
đóng cửa thải A cho tới khi nhiên liệu
phun vào xy lanh (động cơ điêzen
(diesel)) hoặc bugi (động cơ xăng) bật
tia lửa điện. Sau một thời gian cháy trễ
rất ngắn quá trình cháy sẽ xảy ra.

Hình 1-19: Các biểu đồ đặc trưng cho
các trang thái làm việc của động cơ 2 kì
a. Đồ thị pha ; b Đồ thị công .

Nhƣ vậy trong hành trình thứ hai
gồm có các quá trình: quét và nạp khí,
lọt khí, nén và cháy.

1.4.5. Nguyên lý làm việc của động cơ nhiều xy lanh, hình 1-20
Trong thực tế, động cơ một xy lanh chỉ đƣợc sử dụng trên xe máy và một số
loại máy nông nghiệp và chế biến sản phẩm nông nghiệp. Nhằm mục đích nâng cao
công suất động cơ ngƣời ta ghép các động cơ một xy lanh (động cơ đơn) lại với nhau
tạo thành động cơ nhiều xy lanh. Động cơ có từ 3 xy lanh trở lên đƣợc gọi là động cơ
nhiều xy lanh. Trong động cơ nhiều xy lanh, kích thƣớc các chi tiết của các xy lanh
nhƣ nhau nên quá trình làm việc của các xy lanh cũng giống nhau, chỉ khác nhau về
pha. Điều này phụ thuộc vào việc bố trí vị trí tƣơng quan giữa các xy lanh.
Việc bố trí này tuân theo những quy tắc sau:

- Đảm bảo mômen của động cơ trong một chu trình là đồng đều nhất. Theo
nguyên tắc này, ở động cơ đốt trong một hàng xy lanh, ngƣời ta bố trí sao cho góc
công tác giữa 2 xy lanh làm việc liên tiếp là nhƣ nhau.
- Không để tải trọng tập trung quá nhiều vào một hoặc một số cổ trục khuỷu
nào đó để trục có sức bền đồng đều.
- Trục khuỷu phải có hình dạng động lực hợp lý.

Hình 1-20: Động cơ nhiều xylanh

Hình 1-21: Kết cấu trục khuỷu của một số động
cơ
11


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Nguyên lí làm việc của động cơ 4 kì 4 xy lanh thẳng hàng
Với dạng trục khuỷu nhƣ hình 1-21.1 có thể bố trí góc công tác giữa hai xy lanh
liên tiếp nhau là  k  720 4  1800 , tức là cứ 1800 có một lần sinh công do đó momen
của động cơ phát ra đều. Mặt khác, trục khuỷu có dạng đối xứng nên tính cân bằng
động lực tốt, với cấu trúc trục khuỷu trên có thể có các thứ tự làm việc là 1-3-4-2 hoặc
1-2-4-3.
Ta có bảng trình tự làm việc nhƣ sau:
a. Trình tự làm việc 1-3-4-2
Vòng

quay

trục khuỷu

Thứ tự xy lanh

Góc quay
trục khuỷu
1

2

3

4

0o -180o

Hút

Nén

Xả

Nổ

1/2 vòng thứ
2

180o -360o

Nén

Nổ

Hút

Xả

1/2 vòng thứ
3

360o -540o

Nổ

Xả

Nén

Hút

1/2 vòng thứ
4

540o -720o

Xả

Hút

Nổ

Nén

1/2 vòng thứ
1

b. Thứ tự làm việc kiểu 1-2-4-3
Vòng quay
trục khuỷu

Thứ tự xy lanh

Góc quay
trục khuỷu
1

2

3

4

0o -180o

Hút

Xả

Nén

Nổ

180o -360o

Nén

Hút

Nổ

Xả

1/2 vòng thứ
3

360o -540o

Nổ

Nén

Xả

Hút

1/2 vòng thứ
4

540o -720o

Xả

Nổ

Hút

Nén

1/2 vòng thứ
1
1/2 vòng thứ
2

12


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

1.4.6. Nguyên lý động cơ có tăng áp
Một phƣơng pháp rất hiệu quả để tăng công suất động cơ là tăng lƣợng môi chất
nạp bằng cách nén môi chất trƣớc khi nạp vào xy lanh. Phƣơng pháp này gọi là tăng áp
cho động cơ. Khi nén, áp suất, nhiệt độ của môi chất tăng. Một số động cơ đƣợc trang
bị bộ phận làm mát khí nén trƣớc khi nạp vào động cơ để nạp đƣợc nhiều hơn. Sau đây
là một số phƣơng pháp tăng áp chủ yếu.
1.4.6.1 Tăng áp cơ khí

Với kiểu tăng áp này, máy nén 3
đƣợc dẫn động từ trục khuỷu của động

cơ. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là
khi số vòng quay của động cơ thay đổi
đột ngột, máy nén vẫn cung cấp cho
động cơ lƣợng môi chất cần thiết. Tuy
nhiên, chính vì đƣợc dẫn động từ động

cơ nên lƣợng khí nén phụ thuộc vào
tốc độ động cơ và có nhƣợc điểm là
Hình 1-22: Tăng áp cơ khí
máy nén không cung cấp đủ lƣợng khí
1. Động cơ
2. Đường thải
nén phù hợp cho động cơ khi tải trọng
3. Máy nén
4. Bình làm mát trung gian
thay đổi.
5. Đường nạp 6. Môi chất trước máy nén
7. Bộ truyền cơ khí
1.4.6.2. Tăng áp kiểu tuabin- máy nén
Theo phƣơng pháp này, khí thải

Hình 1-23: Tăng áp kiểu tuabin- máy
nén
1. Động cơ
2. Đường xả
3. Máy nén
4. Két làm mát trung gian
5. Đường nạp
6. Môi chất trước máy nén
7. Tuabin

của động cơ dẫn vào tuabin 7, sinh
công làm quay máy nén 3. Tốc độ
vòng quay của tuabin máy nén có thể
tới 100.000 vòng/phút. Phƣơng pháp
này tận dụng đƣợc năng lƣợng của khí
thải, nhƣng khi tốc độ vòng quay của
động cơ thay đổi đột ngột, do quán
tính của tuabin máy nén nên máy nén
không cung cấp đƣợc lƣợng không khí
cần thiết. Mặt khác, ở chế độ tốc độ
vòng quay nhỏ và tải nhỏ, công của
tuabin không đủ cho máy nén làm việc
bình thƣờng.

13


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

1.4.6.3. Tăng áp hỗn hợp
Với kiểu tăng áp này, máy nén
đƣợc dẫn động từ động cơ và tuabin.
Phƣơng pháp này khắc phục nhƣợc
điểm của hai phƣơng pháp trên. Động
cơ đƣợc cung cấp khí nén phù hợp
hơn tại các chế độ tải trọng và tốc độ

Hình 1-24: Tăng áp hỗn hơp
1. Động cơ
2. Đường thải
3. Máy nén

quay khác nhau, kể cả khi thay đổi tốc
độ đột ngột. Mặt khác, công suất dƣ
của tuabin đƣợc sử dụng nhƣ là công
có ích của cả hệ thống.

4.tua bin

5. Bộ truyền cơ khí
6. Két làm mát trung gian
7. Đường nạp

Tăng áp kiểu tuabin

14


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

1.5. Nguyên lý làm việc của động cơ pít tông quay (động cơ Walken)
Trục cơ quay theo chiều kim đồng hồ làm bánh

Hình 1-25: Sơ đồ cấu trúc động cơ
Valken

1. Rô to (piston quay) 2. Trục cơ
3. Vành răng rô to
4. Bánh răng trục
cơ
5. Xilanh
6. Buồng nạp
7. Cửa nạp
8. Bugi
9. Cửa thải

răng quay, bánh răng quay dẫn động pít tông
(rôto) quay làm thay đổi thể tích các khoang
AC, BC, AB.
Trên hình 1-25, pít tông quay theo chiều kim
đồng hồ, không gian AC có thể tích tăng dần
và thông với cửa nạp nên tại đây quá trình nạp
diễn ra. Khí nạp đƣợc hút vào xy lanh qua cửa
nạp 7. Khi điểm A đi qua cửa nạp thì quá trình
nạp kết thúc. Pít tông tiếp tục quay, không gian
AC giảm thể tích và thực hiện quá trình nén.
Khi môi chất bị nén tới áp suất cao (khoang
BC) bugi bật tia lửa điện đốt cháy nhiên liệu
(động cơ xăng) hoặc vòi phun phun nhiên liệu
(động cơ điêzen (diesel)). Sau một thời gian
cháy trễ, quá trình cháy thực sự diễn ra. Áp
suất trong khoang tăng lên tác dụng lên bề mặt
pít tông (mặt BC) làm pít tông quay, qua vành
răng và bánh răng làm quay trục cơ.
Khi khoang BC diễn ra quá trình cháy- giãn nở
thì khoang AC diễn ra quá trình nạp và khoang

AB diễn ra quá trình thải. Quá trình thải bắt
đầu khi đỉnh A mở cửa thải 9.

Nhận xét:
Khi rô to thực hiện 1 chu trình tƣơng ứng với 3 vòng quay của trục cơ, cả 3 không
gian đều thực hiện 1 chu trình làm việc gồm 4 quá trình: Hút- nén- cháy, giãn nở- thải
tƣơng đƣơng với động cơ pít tông thƣờng 4 kì, 3 xy lanh.
Ƣu điểm của động cơ Walken so với động cơ pít tông thông thƣờng:
-Rôto quay nên cân bằng dễ dàng. Vì thế, tốc độ động cơ cao hơn động cơ pít tông
thƣờng.
- Vì không dùng xuppáp nên chất lƣợng nạp- thải tốt hơn do tiết diện lƣu thông lớn.
- Gọn và công suất cao.
Nhƣợc điểm chủ yếu của động cơ Walken so với động cơ pít tông thƣờng là các chi
tiết bao kín dạng thanh ở các đỉnh của rôto và bề mặt xy lanh mòn rất nhanh do vận tốc lớn
và khó bôi trơn. Vì vậy tuổi thọ động cơ thấp.

15


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

CHƢƠNG II: CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
2.1. Chu trình lý tƣởng
2.1.1. Khái niệm chu trình lý tưởng
Chu trình thực tế của động cơ bao gồm các quá trình lý hoá rất phức tạp và chịu
ảnh hƣởng của nhiều yếu tố khác nhau. Về thực chất, chu trình thực tế của động cơ là
chu trình hở, không thuận nghịch và không thể tính toán hoàn toàn chính xác đƣợc.
Chu trình thực tế đƣợc đơn giản hoá bằng một số giả thiết nhằm những mục đích cụ

thể đƣợc gọi là chu trình lý tƣởng.
Những đặc điểm của chu trình lý tưởng
- Lƣợng môi chất không thay đổi tức là không có quá trình thay đổi khí.
- Nhiệt lƣợng cấp cho chu trình từ bên ngoài, nhƣ vậy không có quá trình cháy và
toả nhiệt của nhiên liệu cũng nhƣ tổn thất cho các quá trình này. Đồng thời, thành phần
môi chất cũng không đổi.
- Quá trình nén và giãn nở là đoạn nhiệt và không có tổn thất nhiệt do lọt khí.
- Tỷ nhiệt của môi chất trong suốt chu trình không đổi và không phụ thuộc vào
nhiệt độ.
Với những đặc điểm nêu trên, chu trình lý tƣởng của động cơ đốt trong sẽ là chu
trình kín, thuận nghịch và không có tổn thất nào khác ngoài tổn thất nhiệt cho nguồn
lạnh theo định luật nhiệt động II.
Nghiên cứu chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong nhằm các mục đích sau:
-Thấy rõ ảnh hƣởng của những thông số chủ yếu đến sự hoàn thiện của việc
biến đổi nhiệt thành công.
- Tạo điều kiện so sánh các chu trình khác nhau một cách dễ dàng.
-Xác định đƣợc giới hạn cao nhất của chu trình thực tế của động cơ.

16


Khoa Cơ khí Động lực

2.1.2. Các loại chu trình lí tưởng
2.1.2.1. Chu trình hỗn hợp

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Trƣớc hết, ta gọi:
- 

- 

Hình 2-1a: Chu trình hỗn hợp
trên đồ thị p-V

Va
Vc là tỷ số nén

py



pz
là tỷ số tăng áp suất
pc

pc
Vz
- 
là tỷ số giãn nở sớm
Vc
Vb


là tỷ số giãn nở sau
Vz

(2.1)
(2.2)
(2.3)

(2.4)

==>   .
Q1: Nhiệt lƣợng cấp bởi nguồn nóng(J)
Q2: Nhiệt lƣợng nhả cho nguồn lạnh(J)
Q1,v: Nhiệt lƣợng của quá trình đẳng tích(J)
Q2,v: Nhiệt lƣợng của quá trình đẳng áp(J)
Lt: Công của chu trình(J)

Hình 2-1b: Chu trình hỗn hợp
trên đồ thị T-S

2.1.2.2. Chu trình đẳng tích

Hình 2-2a: Chu trình đẳng tích
trên đồ thị p-V

L: Công của chu trình(J)

Hình 2-2b: Chu trình đẳng tích trên đồ thị T-S

Q2 : Nhiệt lƣợng nhả cho nguồn lạnh(J)
Q1 : Nhiệt lƣợng nhận từ nguồn nóng(J)

17


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

2.2. Chu trình thực tế của động cơ đốt trong
Khác với chu trình lý tƣởng, chu trình thực tế của động cơ đốt trong cũng giống
nhƣ mọi chu trình thực tế của các máy công tác khác là chu trình hở, không thuận
nghịch. Cụ thể, chu trình thực tế có quá trình trao đổi khí và do đó có tổn thất khí nạp
thải; các quá trình nén và giãn nở không phải đoạn nhiệt mà có tổn thất nhiệt cho môi
trƣờng xung quanh; quá trình cháy có tổn thất nhƣ cháy không hết, phân giải sản vật
cháy...Ngoài ra, môi chất công tác thay đổi trong một chu trình nên tỷ nhiệt của môi
chất cũng thay đổi.
Nghiên cứu chu trình thực tế nhằm những mục đích sau:
 Tìm qui luật diễn biến của các quá trình tạo nên chu trình thực tế và xác định
những nhân tố ảnh hƣởng. Qua đó tìm ra phƣơng hƣớng nâng cao tính kinh tế và hiệu
quả của chu trình.
 Xác lập những phƣơng trình tính toán các thông số của động cơ khi thiết kế và
kiểm nghiệm động cơ.
2.2.1. Quá trình nạp
2.2.1.1. Diễn biến quá trình nạp
- Quá trình nạp đƣợc tiến hành chủ yếu do
pít tông chuyển động từ điểm chết trên đến điểm
chết dƣới tạo ra sự chênh lệch áp suất, do đó môi
chất đƣợc hút vào xy lanh.
-Trong thực tế, quá trình nạp bắt đầu tại

p

điểm d1, tƣơng ứng với vị trí góc  1 trƣớc ĐCT,
xuppap nạp mở. Góc  1 gọi là góc mở sớm của
xuppap nạp.
Từ thời điểm áp suất trong xy lanh bằng áp
suất trên đƣờng ống nạp pk trở đi, khí nạp mới

thực sự đi vào trong xy lanh, cho đến khi pít tông
tới ĐCD tại điểm a.
Tận dụng quán tính của dòng khí nạp để nạp
thêm, xupáp nạp chƣa đóng tại ĐCD mà đóng sau
đó 1 góc  2 tại điểm d2. Góc  2 gọi là góc đóng
muộn của xupáp nạp.
Áp suất trong xy lanh phụ thuộc vào tốc độ v
của pít tông, có giá trị nhỏ nhất tại vmax. Tại điểm
ĐCD, ta có thể viết:
pa = pk - pk

b
'

pt
hr

d1
r
'

Vc

d2
Vh

ĐCT

b
p"t pk

phk
a
V
ĐCD

Hình 2-8. Diễn biến quá trình
nạp

pk: Chênh lệch áp suất giữa
đƣờng nạp với xylanh.
pt: Chênh lệch áp suất giữa
đƣờng thải và xylanh.
(2.5)
18


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Đối với động cơ không tăng áp, có thể coi gần đúng pk  p0 và Tk  T0.
Từ phân tích diễn biến quá trình nạp trong các động cơ khác nhau ta có thể rút ra một
vài nhận xét sau:
- Khí nạp mới đi vào trong xy lanh phải khắc phục sức cản lƣu động nên có tổn
thất áp suất pk.
- Trong tất cả các loại động cơ nêu trên không thể quét hết sản vật cháy ra khỏi
xy lanh. Nói cách khác, trong xy lanh vẫn còn một lƣợng khí sót hoà trộn với khí nạp
mới.
- Khí nạp mới đi vào xy lanh tiếp xúc với các chi tiết trong buồng cháy và hoà
trộn với khí sót có nhiệt độ cao nên đƣợc sấy nóng.

-Tất cả những điều đó làm cho lƣợng khí nạp mới trong xy lanh khi kết thúc quá
trình nạp thông thƣờng khác so với lƣợng khí nạp mới lý thuyết có thể chứa trong thể
tích xy lanh Vh qui về điều kiện ở đƣờng nạp với nhiệt độ Tk và áp suất pk. Vì vậy, để
đánh giá chất lƣợng quá trình nạp, ngƣời ta đƣa ra thông số hệ số nạp v đƣợc định
nghĩa nhƣ sau:
v 

G1
M
V
 1  1
Gh M h Vh

(2.6)

G1 (kg/kgnl) và M1(kmol/kgnl) là lƣợng khí nạp mới thực tế trong xy lanh khi kết
thúc quá trình nạp và V1 là thể tích của lƣợng khí nạp mới đó qui về điều kiện nhiệt độ
Tk và áp suất pk.
Gh (kg/kgnl) và Mh(kmol/kgnl) là lƣợng khí nạp mới lý thuyết chứa trong thể tích
Vh trong điều kiện nhiệt độ Tk và áp suất pk.
Với:

G h  k Vh

(2.7)

Hệ số nạp là một thông số đặc trƣng cho chất lƣợng quá trình nạp, thông thƣờng
nhỏ hơn 1 và sẽ đƣợc khảo sát kĩ lƣỡng ở các phần sau.
2.2.1.2. Các thông số cơ bản và những nhân tố ảnh hưởng đến hệ số nạp.
* Các thông số cơ bản

a. Áp suất cuối quá trình nạp pa
-Áp suất cuối quá trình nạp pa là một thông số quan trọng để đánh giá chất lƣợng
quá trình nạp. Nếu pa càng lớn thì lƣợng khí nạp mới càng nhiều và ngƣợc lại.
-Để tìm hiểu mối quan hệ giữa pa với các thông số kết cấu và các thông số làm
việc của động cơ, ta dựa vào lƣợc đồ tính toán trên hình 2-9 với những giả thiết đơn
giản hóa.

19


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

- Trong thực tế, áp suất dọc theo dòng chảy thay
đổi ít nên có thể coi khối lƣợng riêng của môi
chất

 k  const .
Ta tìm giá trị tổn thất áp suất:



p  pk  p     0
'
k

2



k

2
n2
' n
k
 k 2 (2.8)
2
Fn2
Fn
2

Trong đó:
k’ là hệ số.
Hình 2-9: Lược đồ tính toán
áp suất

pa

Fp : Diện tích tiết diện pít tông.
S:

pk : Áp suất đƣờng nạp tại mặt
cắt 1-1 sau lọc gió.
p : Áp suất trong xy lanh;

 x : Vận tốc môi chất tại họng
xuppap;

Hành trình pít tông

n: Số vòng quay của động cơ/phút
- Dựa vào 2.8 ta có thể phân tích những
thông số ảnh hƣởng đến tổn thất áp suất quá trình
nạp. Dễ dàng nhận thấy rằng khi  ,  0 , n giảm và
Fn tăng thì pk' giảm và ngƣợc lại.

 : Vận tốc môi chất tại mặt cắt Tại điểm a :

2-2

k : Vận tốc môi chất tại mặt cắt khi đó
1-1, k  0 ;

0

: Hệ số tổn thất đƣờng nạp

pk'  pk  pk  pa

pk cũng có dạng nhƣ (2.16)

n2
pk  pk  pa  kn 2
Fn

(2.9)

Với kn là hệ số đƣờng nạp phụ thuộc chủ

yếu vào thời gian và các thông số kết cấu của cơ
Fn : Diện tích thông qua của
cấu phối khí.
xuppap nạp.
Từ (2.9) ta có:
qui dẫn về họng xuppap.

 k : Khối lƣợng riêng của môi
chất.

n2
pa  p k  p k  p k  k n 2
fn

(2.10)

Tk : Nhiệt độ môi chất
Trong thực tế, muốn tăng pa ta áp dụng những biện pháp sau:
 Thiết kế đƣờng nạp có hình dạng, kích thƣớc hợp lý và bề mặt ống nạp phải
nhẵn để giảm sức cản khí động.
 Chọn tỷ số

Fn
thích hợp.
Fp
20


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

 Tăng Fn bằng cách tăng đƣờng kính xupáp với những biện pháp sau: giảm S/D
tức tăng D và giảm S; tăng số xupáp nạp nhằm tận dụng tối đa diện tích bố trí xupáp;
bố trí xupáp nghiêng so với đƣờng tâm xy lanh trong buồng cháy chỏm cầu.
Chú ý rằng trong động cơ xăng, hệ số cản cục bộ trên đƣờng nạp còn phụ thuộc
rất nhiều vào độ mở của bƣớm ga tức là phụ thuộc tải trọng. Cụ thể, khi tăng tải, bƣớm
gam ở to hơn thì sức cản giảm.
Tính toán pa hoàn toàn không đơn giản vì nhiều thông số rất khó xác định. Vì
vậy, trong tính toán ngƣời ta thƣờng chọn pa theo các số liệu kinh nghiệm.
 Động cơ bốn kỳ không tăng áp:

pa = (0,8  0,9)pk

 Động cơ bốn kỳ tăng áp:

pa = (0,9  0,96)pk

 Động cơ hai kỳ quét vòng:

pa 

 Động cơ hai kỳ quét thẳng:

pa  (0,85  1,05)pk

p k  p th
2

b. Hệ số khí sót r

Hệ số khí sót r đã đƣợc định nghĩa bởi công thức:

r 

Mr
M1

(2.11)

Về nguyên tắc có thể xác định r bằng tính toán hoặc bằng thực nghiệm phân tích
khí. ( Tham khảo bảng phụ lục 1)
+) Những thông số ảnh hưởng đến r
 Áp suất pr
Khi tăng pr thì r sẽ tăng. Nếu nhƣ thải vào tuabin hay bộ xử lý khí thải thì pr sẽ
tăng so với trƣờng hợp chỉ thải vào bình tiêu âm.
Đối với quá trình thải ta cũng có thể xét tƣơng tự nhƣ quá trình nạp

n2
pr  pth  pr  pth  kth 2
fth

(2.12)

Trong đó kth hệ số phụ thuộc chủ yếu vào các thông số kết cấu đƣờng thải và fth là
tiết diện thông qua của xuppap thải.
Những thông số ảnh hƣởng đến p r cũng tƣơng tự nhƣ những thông số ảnh hƣởng
đến p k đã xét ở trên
Tƣơng tự, khi tính toán thay vì tính theo (2.12) ngƣời ta thƣờng chọn pr theo kinh
nghiệm.
Động cơ tốc độ thấp: pr = (1,03  1,06)pth

Động cơ cao tốc:

pr = (1,05  1,10)pth

21


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Đối với động cơ không có tăng áp tuabin, nếu không có bình tiêu âm: pth = p0.
Tuy nhiên, hầu hết động cơ thực tế đều thải qua bình tiêu âm, khi đó: pth = (1,02 
1,04)p0.
Đối với động cơ tăng áp, pth là áp suất trƣớc tuabin. Vấn đề này sẽ đƣợc nghiên
cứu trong giáo trình “Tăng áp động cơ đốt trong”.
 Nhiệt độ Tr
Khi Tr tăng thì r sẽ giảm và ngƣợc lại. Nhƣng trong thực tế, khi Tr tăng sẽ làm
cho Ta tăng và do đó làm giảm lƣợng khí nạp mới M1 lại dẫn tới r tăng. Tổng hợp lại
có thể kết luận rằng Tr ít ảnh hƣởng đến r.
Tr phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Tải trọng nhỏ và hệ số truyền nhiệt giữa môi chất
công tác qua các chi tiết trong buồng cháy ra môi trƣờng làm mát lớn thì T r nhỏ và
ngƣợc lại.
Khi tính toán thƣờng lựa chọn Tr trong phạm vi sau:
Động cơ xăng:

Tr = 900  1000 K

Động cơ điêzen (diesel): Tr = 700  900 K

 Tỷ số nén 
Khi  tăng thì r giảm và ngƣợc lại. Từ đó suy ra, so với động cơ xăng thì động cơ
điêzen (diesel) có r nhỏ hơn vì có tỷ số nén lớn hơn.
 Lượng khí nạp mới M1
Theo định nghĩa r rõ ràng là M1 tăng thì r giảm và ngƣợc lại.

 Tải trọng
Khi xét ảnh hƣởng của tải trọng, ta xét hai trƣờng hợp.
Đối với động cơ xăng thông thƣờng khi giảm tải phải đóng bớt bƣớm ga. Khi đó
sức cản tăng nên M1 giảm và r tăng nhanh.
Còn ở động cơ điêzen (diesel) thì r hầu nhƣ không phụ thuộc vào tải trọng.
Khi tính toán có thể so sánh kết quả với các giá trị kinh nghiệm sau:
Đối với động cơ bốn kỳ:
Động cơ xăng:

r = 0,06  0,1

Động cơ điêzen (diesel)

r = 0,03  0,06

Đối với động cơ hai kỳ, r phụ thuộc rất lớn vào phƣơng pháp quét thải.
Quét thẳng:

r = 0,06  0,15

Quét vòng:

r = 0,08  0,25

Quét vòng bằng hộp cácte hộp trục khuỷu: r = 0,25  0,40
c. Nhiêt độ sấy nóng khí nạp mới
22


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Khí nạp mới từ đƣờng nạp có nhiệt độ Tk đi vào xy lanh sẽ đƣợc sấy nóng bởi
các chi tiết có nhiệt độ cao trong buồng cháy, đồng thời nhiên liệu trong hỗn hợp đối
với động cơ xăng sẽ bay hơi. Nhiệt độ khí nạp mới khi đó sẽ thay đổi một lƣợng là T:
T = Tt - Tbh
Trong đó Tt là độ tăng nhiệt độ của khí nạp mới do truyền nhiệt còn Tbh là độ
giảm nhiệt độ do nhiên liệu trong khí nạp mới bay hơi. Động cơ điêzen (diesel) có
Tbh = 0.
Tt phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau:
 Hệ số trao đổi nhiệt  giữa môi chất và vách các chi tiết: Tt tăng theo .
 Thời gian tiếp xúc giữa môi chất và vách các chi tiết: Tốc độ n càng lớn, thời
gian tiếp xúc giảm dẫn tới Tt càng nhỏ.
 Tải trọng của động cơ: Ở chế độ tải trọng lớn, nhiệt độ các chi tiết TW cao nên
Tt lớn.
Cần chú ý rằng, nhiều động cơ xăng dùng nhiệt của động cơ để sấy nóng đƣờng
nạp tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bay hơi và hoà trộn của xăng với không khí
nên Tk tăng dẫn đến Tt giảm. Tuy nhiên sấy nóng đƣờng nạp làm giảm mật độ của
khí nạp mới tức là làm giảm M1. Vì vậy đƣờng nạp không đƣợc sấy nóng quá. Chính
vì lý do này nên đƣờng nạp ở động cơ điêzen (diesel) không đƣợc phép sấy nóng.
Trong thực tế đối với động cơ không tăng áp:
T = 20  40 K đối với động cơ điêzen (diesel).
T = 0  20 K đối với động cơ xăng.

Còn đối với động cơ tăng áp nhƣng không làm mát trung gian khí tăng áp thì T
nhỏ hơn một chút.
d. Nhiệt độ cuối quá trình nạp
Để tính toán nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta ta coi rằng, khí nạp mới và khí sót hoà
trộn đẳng áp tại áp suất pa.
Lƣợng khí nạp mới M1 (pk, Tk) đi vào xy lanh đƣợc sấy nóng tới trạng thái M1 (Tk
+ T, pa).
Lƣợng khí sót Mr (Tr, pr ) giãn nở đến trạng thái mới Mr ( Tr , pa). Coi khí sót giãn
nở đa biến từ (pr, Tr) đến (pa, Tr ) ta có:

23


Khoa Cơ khí Động lực

Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

p 
Tr  Tr  a 
 pr 

m 1
m

(2.13)

với m là chỉ số giãn nở đa biến của khí sót, trong tính toán có thể chọn m trong
khoảng 1,45  1,5.

p 

Tk  T  t  rTr  a 
 pr 
Ta 
1  r

Tính đƣợc:

m 1
m

(2.14)

Khi tính toán có thể liệu tham khảo các số liệu đối với Ta nhƣ sau:
Ta = 310  350 K đối với động cơ không tăng áp.
Ta = 320  400 K đối với động cơ tăng áp.
e. Hệ số nạp
Hệ số nạp có thể xác định bằng tính toán và bằng thực nghiệm.
Để tính toán hế số nạp, ta dựa vào định nghĩa hệ số nạp:
v 

M1
Mh

Xét tổng quát cho cả động cơ bốn kỳ và hai kỳ, tại điểm a cuối quá trình nạp,
lƣợng môi chất công tác bao gồm khí nạp mới và khí sót là Ma = M1a + Mr.
Trong động cơ bốn kỳ, cho đến khi đóng xuppap nạp tại điểm d2, khí nạp mới
đƣợc nạp thêm một lƣợng, khi đó lƣợng môi chất công tác mới là M1 + Mr. Đặt:

 nt 

M1  M r
1  r
 M1
Ma
Ma

là hệ số nạp thêm, theo kinh nghiệm nằm trong khoảng nt = 1,02  106.
Trong động cơ hai kỳ, có thể coi nhƣ quá trình quét thải kết thúc khi pít tông
đóng cửa quét (cửa nạp) nên không có hiện tƣợng nạp thêm, khi đó nt = 1.
Ta có:

1


m
 pr  
Tk
pa 
1
v 
.
.
  t q  
  1 Tk  T pk  nt
 pa  



 r  q

Tk  T p r
. .
Tr
pa

1
1

 nt

 p m
  t  q  r 
 pa 

(2.15)

(2.16)

24