Cấu tạo cơ khí của động cơ

GIỚI THIỆU KẾT CẤU
CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

2

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ
Động cơ xăng lắp trên ô tô biến đổi nhiên liệu thành năng lượng cơ khí để giúp xe có thể
chuyển động được. Để tạo chuyển động từ nhiên liệu bằng cách đốt nhiên liệu bên trong
động cơ, do vậy nên động cơ xăng gọi là động cơ đốt trong. Một loại động cơ đốt trong
thông dụng khác là động cơ diesel, so với động cơ xăng, nó có những ưu nhược điểm riêng.
Động cơ hơi nước lắp trên các đầu tàu hoặc tàu thủy trước đây là động cơ đốt ngoài. Nhiên
liệu (dầu, xăng, ga, than, gỗ …) được đốt bên ngoài động cơ để tạo hơi nước, hơi nước sau
đó tạo chuyển động.
So với động cơ đốt ngoài, động cơ đốt trong cho hiệu suất cao hơn nhiều với kích thước
cũng nhỏ gọn hơn nhiều

Nhiên
liệu

Khơng
khí

Hồn hợp
khí cháy

Chu kỳ
nạp

Chu kỳ
nén

Đánh lửa

Chu kỳ
nổ


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

3

ĐỘNG CƠ BỐN KỲ
Động đốt trong lắp trên ô tô thường chia làm hai loại là động cơ 4 thì và động cơ 2 thì.
Nguyên lý hoạt động chung của các loại động cơ này là hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu
được nạp vào xi lanh, hỗn hợp này được đốt cháy, lực phát sinh do hỗn hợp cháy sẽ đẩy
piston chuyển động qua lại theo một trục. Thông qua tay biên và trục khuỷu, chuyển động
qua lại của piston sẽ biến thành chuyển động quay. Đa số các động cơ lắp trên ô tô ngày nay
là động cơ 4 kỳ, chu kỳ làm việc 4 kỳ còn gọi là chu kỳ otto để ghi nhớ công lao của Nicolaus
Otto, người đã phát minh ra vào năm 1867.

Nạp

Nén

Nổ

Xả

KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

4

ĐỘNG CƠ BỐN KỲ
Áp suất

C-D: Nổ
Dưới đây là đồ thi mô tả hoạt động của
động cơ 4 kỳ:
1. Chu kỳ Nạp (A-B): Piston bắt đầu từ
C
ĐCT đi xuống, xupáp nạp mở, với động
B-C: Nén
cơ xăng, hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu
được đưa vào động cơ, với động cơ
D-E: Xả
diesel chỉ có khơng khí.
2. Chu kỳ Nén (B-C): Piston đi lên nén hỗn
D
hợp không khí và nhiên liệu hoặc khơng
A
khí do đó áp suất và nhiệt độ trong buồng
B
đốt tăng. Với động cơ xăng nhiên liệu sẽ
Thể tích
bay hơi. Tỉ số nén của động cơ xăng
E
khoảng 10:1, tỉ số nén của động cơ diesel

A-B: Nạp
khoảng từ 17:1 đến 25:1.
3. Chu kỳ Nổ (C-D): Piston lên đến ĐCT, với động cơ xăng bugi sẽ đánh lửa để đốt cháy
hỗn hợp, với động cơ diesel, nhiên liệu sẽ được phun vào trước thời điểm piston lên đến
ĐCT một chút và tự bốc cháy do áp suất và nhiệt độ trong buồng đốt. Nhiên liệu khơng
hồn tồn cháy tại thời điểm do đó có một khoảng thời gian trễ từ khi đánh lửa đến đỉnh
áp suất. Dưới áp suất hỗ hợp khí cháy, piston đi xuống.
4. Chu kỳ Xả (D-E): Khi piston đi đến ĐCD, xu páp thải mở và khí thải được thải ra ngồi
qua ống xả.


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

5

PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ

Căn cứ vào nhiều tiêu chí mà người ta phân loại động cơ như sau:
1.Theo nguyên lý làm việc:
Đông cơ xăng: đốt cháy bằng bu gi
Động cơ diesel: Tự đốt cháy

Tự cháy

2. Theo số lượng xi lanh: Động cơ có thể có 3,4,6,8,12… xi lanh

Bốn xi lanh
3. Theo hình thức làm mát:
Làm mát bằng nước
Làm mát bằng khơng khí

4. Theo số kỳ:
Động cơ 2 kỳ
Động cơ 4 kỳ

Sáu xi lanh

Bugi


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

6

PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ
5. Theo cách sắp đặt xi lanh
Loại các xi lanh xếp thẳng hàng: Loại này có kết cầu thân máy đơn giản, chỉ có một
nắp quy lát, động cơ nhỏ và nhẹ.
Loại hình chữ V: thường cho loại động cơ 6,8,12 xi lanh lắp trên các xe thể thao và
xe lớn.
Loại đối đầu: Với loại động cơ này, trọng tâm xe hạ nên thường lắp cho xe thể thao.

Thẳng hàng

Hình chữ V

Đối đầu

6. Theo cơ cấu xu páp và trục cam

Xu páp trượt

Xu páp treo

SOHC

DOHC


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ
PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ
7. Theo cách đặt động cơ trên ô tô

Động cơ đặt ngang

Động cơ đặt dọc

8. Theo vị trí đặt động cơ và cầu dẫn động

FF
Động cơ đặt trước
Dẫn động cầu trước

FR
Động cơ đặt trước
Dẫn động cầu sau

MR
Động cơ đặt giữa
Dẫn động cầu sau

RR
Động cơ đặt sau
Dẫn động cầu sau

7


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ
YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI CÁC ĐỘNG CƠ XE DU LỊCH
1. Nồng độ các chất độc hại có trong khí thải thấp: Việc này liên quan đến chất
lượng cháy của buồng đốt phải đạt hiệu suất cao. Đã có rất nhiều kiểu buồng đốt
khác nhau được thiết kế để giảm nồng độ các chất độc hại.
2. Gon nhẹ: Động cơ chiếm khoảng 10-15% khối lượng của toàn xe, do vậy một biện
phap để xe có hiệu suất cao và sử dụng ít nhiên liệu là giảm khối lượng động cơ.

Nồng độ các chất độc hại thấp

Gọn nhẹ

8


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

9

Các yêu cầu chung đối với động cơ xe du lịch
3. Độ nhạy cao: Khi lái xe điều khiển, động cơ phải tác động tức thì đảm bảo cho quá
trình hoạt động được an tồn.
4. Êm: Vì động cơ sinh ra cơng suất từ q trình đốt nên nhiên liệu nên có tiếng ồn và

rung động. Do vậy phải có biện pháp giảm ồn và rung động truyền đến người ngồi
trong xe.
5. Dễ bảo dưỡng và sửa chữa

Êm

Dễ bảo dưỡng và sửa chữa

Độ nhạy cao


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

10

KÍCH THƯỚC XY LANH
Kích thước xi lanh biểu thị bằng Đường kính xi lanh x Hành trình của piston
Hành trình piston ngắn: hành trình nhỏ hơn đường kính xi lanh. Loại động cơ này
cho cơng suất lớn
Hành trình piston dài: Hành trình lớn hơn đường kính xi lanh. Loại động cơ này cho
mơ men xoắn lớn.
Hành trình vng: Khi Hành trình và đường kính xi lanh bằng nhau
Đường kính
84mm

86mm
75mm

88mm

Hành trình

Hành trình ngắn

Hành trình dài


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

11

DUNG TÍCH XY LANH VÀ TỶ SỐ NÉN
Dung tích động cơ bằng tổng dung tích của các xi lanh.
Dung tích xi lanh bằng tiết diện xi lanh nhân với chiều dài hành trình
Tỉ số nén của động cơ là thương số giữa thể tích xi lanh và thể tích buồng đốt
Dung tích xi lanh:
Hành trình:
Đường kính:

V (cm³)
S (cm)
D (cm)

V = 3.14 x D² x S

Thể tíc buồng đốt
Thể tích xi lanh

Thể tích tổng cộng
Tỉ số nén

Thể tích buồng đốt

Tỉ số nén cao =
cơng suất cap


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

12

Cơng suất và mơ men xoắn của đông cơ
Nm

kW

Nm

Công suất động cơ

rpm

Động cơ
diesel

Động cơ
xăng

rpm
5000
Mô men xoắn động cơ

Công suất và mô men xoắn là hai thông số đầu ra cơ bản của động cơ. Công suất động
cơ là số công việc được thực hiện trong một đơn vị thời gian. Công suất tỉ lệ thuận với tốc
độ vòng quay của động cơ, tuy nhiên, do giới hạn của các chi tiết chuyển động nên tốc độ
động cơ có giới hạn nên cơng suất động cơ cao nhất tương ứng với một tốc độ cao nhất
nào đó. Mơ men xoắn là lực xoắn tác động lên trục khuỷu bằng áp lực buồng đốt nhân với
khoảng cách giữa tâm trục khuỷu và tâm chốt trục khuỷu. Mơ men xoắn phụ thuộc vào
nhiều yếu tố trong đó có khối lượng khơng khí được nạp vào buồng đốt.
2500


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ
ĐƠN VỊ CƠNG SUẤT VÀ MÔ MEN XOẮN

75 Kg

13

Áp lực buồng đốt

1m trong 1s

Khi phát minh ra công suất, James Watt lấy đơn vị công suất là sức ngựa (hp). 1 hp tương
đương với một vật nặng 75kg được kéo lên cao 1m trong thời gian 1s. Ngày nay, theo hệ
đo lường SI, công suất có đơn vị là kW. Ngồi ra, trong ngành ô tô, một đươn vị khác cũng
hay được dùng là PS do người Đức đưa ra (Pferdestärke):
1PS = 735.4W, 1PS = 0.9862HP, 1HP = 745,7W, 1HP = 1,014PS.
Theo tiêu chuẩn SI, đơn vị của mô men xoắn là N.m tương đương lớn một lực 1N tác
động vng góc lên một cánh tay đòn dài 1m.

KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

14

CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ
Nắp quy lát

Động cơ bao gồm các hệ
thống chính sau:

Xu páp

 Thân máy với trục khuỷu,
hộp các te, piston, tay biên.
 Năp quy lát với trục cam, cơ
cấu xu páp và hệ thống dẫn
động trục cam.
 Hệ thống nạp.
 Hệ thống thải.
 Hệ thống bôi trơn.
 Hệ thống làm mát\
 Các hệ thống phụ trợ khác.

Hộp thông hơi
Trục cam
Cò mổ
ĐC khe hở xu páp

Cổ nạp

Cửa nạp

Cổ xả

Piston
Cửa xả
Chốt piston
Áo xi lanh

HT làm mát

Hộp các te
Tay biên
Trục khuỷu
Bánh đà

Bơm dầu
và lưới lọc
Máng dầu


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

15

THÂN MÁY
G 4 G C 3 000000
Số sê ri
Năm sản xuất
Công suất

Ký hiệu động cơ
Số xi lanh
Nhiên liệu

Thân máy là chi tiết cơ bản nhất của động cơ. Trong thân máy có xi lanh để dẫn hướng
cho piston chuyển động qua lại, xi lanh phải có khả năng chịu và dẫn nhiệt cao, chịu áp
suất của buồng đốt. Các áo nước bên trong thân máy để làm mát xi lanh. Ngồi ra, thân
máy cịn là bện đỡ trục khuỷu. Do mục đích sử dụng, thân máy động cơ diesel thường
được chế tạo từ gang đúc do gang có khả năng chống mài mịn, ăn mòn, hấp thụ rung
động và chịu lực cao. Thân máy động cơ xăng thường làm bằng hợp kim nhôm đúc vì nó
nhẹ hơn và truyền nhiệt tốt hơn.
Số máy thường được đóng vào mặt sau bên phải của thân máy


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ
THÂN MÁY

• Thân máy
– Chế tạo bằng thép đúc, có dạng gân tăng
cứng nhằm giảm rung động, tiếng ồn.

15


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

16

XY LANH

Khơng có áo xi lanh

Áo xi lanh ướt

Áo xi lanh khô

Áo xi lanh được đề cập đến chính là thành xi lanh. Do áo xi lanh tiễp xúc trực tiếp với
piston nên nó được bôi trơn bằng dầu máy. Áo xi lanh phải đảm bảo độ bền, chịu nhiệt và
chịu mài mòn. Nếu thân máy được đúc bằng gang thì áo xi lanh do việc đánh bóng bề mặt
xi lanh mà thành (Khơng có áo xi lanh). Nếu thân máy đúc bằng nhơm thì người ta chế tạo
riêng áo xi lanh bằng gang sau đó mới lắp vào thân máy. Ta cũng có thể gặp thân máy
bằng nhơm khơng có áo xi lanh nhưng loại này có giá thành đắt nhưng cho thân máy nhẹ
hơn và thường dùng cho động cơ có cơng suất cao. Với xe Hyundai khơng có loại áo xi
lanh ướt.


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

17

ÁO NƯỚC LÀM MÁT

Váy ngắn
Váy dài

Áo nước được hiểu là các đường nước được tạo thành bên trong thân máy và chạy xung
quanh xi lanh. Áo nước có nhiệm vụ hấp thụ nhiệt sản sinh ra trong quá trình cháy và duy
trì nhiệt độ động cơ ở một mức độ nhất định.
Hộp các te là giá đỡ để lắp các thiết bị phụ trợ như máy phát, bơm trợ lực, lốc điều hòa,
chân máy… Hộp các te là một phần của thân máy và có thể được chế tạo liền với thân

máy hoặc chế tạo rời sau đó ghép với thân máy bằng bu lông. Vật liệu làm hộp các te phải
chịu được rung động và mô men xoắn. Hộp các te chia làm 2 loại: “Váy ngắn” giúp động
cơ nhẹ hơn nhưng yếu và ít khoảng khơng hơn loại “Váy dài”.
Phần dưới của hộp các te có lắp thêm máng dầu là nơi thu gom dầu sau một chu trình bơi
trơn và làm mát. Máng dầu thường làm bằng thép dập. Đôi khi người ta cũng lắp một tấm
nhựa giữa máng dầu và thân máy để chống rung động


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ
PITƠNG
Piston có các chức năng chính sau đây:

18

Hốc xu páp
Đầu Piston

 Truyền áp suất buồng đốt đến trục khuỷu
thông qua tay biên.
Cùng với xi lanh, nắp quy lát tạo thành không
gian buồng đốt.
Truyền nhiệt đến áo xi lanh
Piston phải đáp ứng được các yêu cầu sau: Xéc măng hơi
Váy piston
 Nhẹ để giảm lực qn tính trong chuyển
động qua lại.

Xéc măng dầu
Chốt piston

Có khả năng chịu áp suất và nhiệt độ cao:
Với động cơ diesel có thể lên đến 200kg/cm2
và 20000C.

Tay biên

Do đó, piston thường được chế tạo bằng hợp
kim silíc. Đơi khi, ta cũng gặp piston được làm
từ hợp kim nhôm đúc hoặc rèn.

Bạc

Nắp bạc


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

18

PITƠNG

– Được làm bằng hợp kim nhôm.
– Lắp xéc măng ứng suất thấp

Đỉnh pitton
vát hình nón
cụt

Rãnh xéc măng trên
cùng có phủ ơ xít axits

[Xéc măng ứng suất thấp]
Xéc măng hơi số 1
được xử lý PVD*

Phần váy có
tráng nhựa

Xéc măng hơi số 2
được mạ Chrome
Xéc măng dầu


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

19

PITƠNG
Vùng đầu
Vùng xéc măng

Vấu piston

Trước
Vấu piston

Rộng hơn

Hẹp hơn
Vòng thép

bên trong

Gờ đúc
bên trong

Piston được chia thành đỉnh, vùng đầu, vùng xéc măng, vấu và váy piston. Đỉnh piston là
nới chịu áp suất và nhiệt độ cao, nó có thiết kế tùy thuộc vào kết cấu buồng đốt và ảnh
hưởng đến chất lượng đốt. Vùng đầu để bảo vẹ xéc măng khỏi bị quá nhiệt, vùng xéc
măng dùng để lắp xéc măng tạo thành vách kín giữa buồng đốt và hộp các te. Vấu piston
để đỡ chốt piston. Váy piston có nhiệm vụ dẫn hướng piston, truyề lực ngang, tạo màng
dầu trên áo xi lanh và truyền nhiệt.
Do nhiệt độ cao nên piston sẽ dãn nở và đường kính sẽ lớn hơn ở nhiệt độ cao, do vậy,
bên trong của piston người ta phải tao một gờ đúc hoặc ghép một vòng thép để tránh cho
piston dãn nở quá nhiều, thành piston ở hướng chốt piston dày hơn ở hướng cịn lại do
vậy, nó cũng dãn nở nhiều hơn. Do đó piston thường có hình ơ van.


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ
TAY BIÊN

20

Áp suất buồng đốt
Piston
Tay biên
Tay biên
Bạc
Nắp bạc

Tay biên thường được làm bằng thép, vị trí hai đầu tay biên đều thay đổi trong khi động cơ

hoạt động nên góc độ của tay biên và piston thay đổi và quay quanh trục khuỷu. Đầu nhỏ
của tay biên được lắp với chốt piston và thường được lắp ép (Lắp chặt) trong khi chốt
piston có thể xoay quanh lỗ piston. Đầu lớn tay biên được lắp với chốt trục khuỷu thơng
qua bạc lót. Bạc lót được cắt đơi và có nắp bạc ốp vào tay biên tạo thành vịng kín. Đặc
biệt có một đường ống nhỏ được khoan bên trong tay biên từ đầu lớn đến đầu nhỏ để
cung cấp dầu bôi trơn và làm mát cho piston và chốt piston.


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ
XÉC MĂNG
Xéc măng khí

21

Xéc măng dầu

Vòng xéc măng là một vòng hở được lắp vào các rãnh, bên ngồi piston. Chức năng chính
của xéc măng như sau:
 Làm kín buồng đốt.
Truyền nhiệt từ piston sang áo xi lanh.
 Giảm tổn hao dầu bôi trơn.
Đa số các loại xe ơ tơ thường có 2 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu. Xéc măng khí có
nhiều hình dáng khác nhau: hình chữ nhật, hình thanh, hình nêm, mặt vát… Xéc măng dầu
có loại thường và loại có lị xo đẩy bên trong.


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

22

XÉC MĂNG
Piston

tạo từ các loại vật liệu rất cứng – thuờng là gang
đúc – và xéc măng dầu được thiết kế sao cho nó

Piston
Cylinder

trực tiếp với áo xi lanh nên nó thường được chế

Khí cháy
Xi lanh

Xéc măng khí chịu mài mịn rất lớn do nó cọ sát

để lại một màng mỏng dầu trên áo xi lanh khi đi

Dầu

xuống. Khi lắp vòng xéc măng mới có một việc
rất quan trọng là đo khe hở đầu xéc măng bằng

Lỗ thoát dầu

thước lá. Chiều rộng khe hở phải nằm trong tiêu
Rãnh
Vùng tiếp xúc

chuẩn, nếu khe hở quá bé có thể dẫn đến gãy

xéc măng hoặc sước áo xi lanh. Nếu khe hở quá
lớn có thể dẫn đến tụt áp buồng đốt.

Đường kính
Cạnh xéc măng
Mặt xéc măng

Điểm nối

Chiều dày hướng kính
Sức căng xuyên tâm
Sức căng tiếp tuyến
Chiều rộng


KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỘNG CƠ

23

TRỤC KHỦYU
Piston

Xéc măng

Chốt trục khuỷu

Ngõng trục

Chốt piston
Tay biên

Bánh đà
Bạc
Bạc
Ngõng
tay biên trục khuỷu trục khuỷu

Đường dầu

Đối trọng

Trục khuỷu là một bộ phận của động cơ dùng để biến chuyển động tịnh tiến của piston
thành chuyển động quay trong đó piston chuyển động tịnh tiến, tay biên chuyển động song
phẳng còn trục khuỷu chuyển động quay. Chuyển động quay của trục khuỷu ngoài việc
truyền cho hộp số còn dẫn động một số thiết bị khác như lốc điều hịa, máy phát, bơm trợ
lực … Ngồi ra người ta có thể lắp thêm một trục cân bằng để giảm rung động cho động
cơ. Thiết kế của trục khuỷu phụ thuộc vào số lượng xi lanh, sự bố trí các xi lanh, thời điểm
đánh lửa, áp lực buồng đốt… Trục khuỷu đã được câng bằng động bằng cách hàn thêm
các đối trọng, kết cấu ngõng trục có đường kính lớn.