Giáo trình Động cơ đốt trong - CĐ Giao thông Vận tải

TRƯỜNG CĐ GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA KỸ THUẬT Ô TÔ
------

BÀI GIẢNG MƠN HỌC

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Tác giả: Trần Hồng Ln

Lưu hành nội bộ, năm 2012


MỞ ĐẦU
1.1. Giới thiệu
Động cơ đốt trong (ĐCĐT) là nguồn động lực chính để dẫn động cho các phương
tiện giao thơng vận tải, trong đó phổ biến nhất là dẫn động cho ôtô chuyển động. Hiện
nay về cơ bản động cơ sử dụng trên xe ôtô là động cơ đốt trong kiểu piston, nhiên liệu
sử dụng chính là xăng hoặc diesel.
ĐCĐT chiếm vị trí quan trọng trong q trình cơ giới hóa sản xuất trong lĩnh vực
giao thơng vận tải (đường bộ, đường sắt, đường thủy, hàng không, …), nông nghiệp
(máy nông nghiệp, máy tuốt lúa, …), lĩnh vực lâm nghiệp, xây dựng, cơng nghiệp …
Ngồi ra, ĐCĐT có tác dụng tương hỗ với nhiều lĩnh vực khác: cơ khí, điện, điện
tử, điều khiển tự động, vật liệu kim loại và phi kim loại, vật liệu mới, xăng dầu, …
Hiện nay, nhiều loại động cơ khác đang nghiên cứu và chế tạo như động cơ điện,
tuốc bin nước, động cơ chạy bằng nhiên liệu khí, năng lượng mặt trời … nhưng vẫn
chưa được sản xuất hàng loạt vì cịn khuyết điểm là giá thành chế tạo cao, kích thước
khơng nhỏ gọn, khơng tiện dụng … Vì vậy, ĐCĐT dùng nhiên liệu lỏng (xăng và diesel)
vẫn chiếm vai trò quan trọng và hiện nay vẫn đang được sử dụng rất phổ biến.

1.2. Các định nghĩa

- Động cơ nhiệt là loại thiết bị thực hiện việc đổi năng lượng ở dạng hóa năng
thành nhiệt năng (bằng cách đốt cháy nhiên liệu) và từ nhiệt năng chuyển thành cơ năng
để sinh công dẫn động máy công tác.
Động cơ nhiệt làm việc theo hai quá trình:
(1) Đốt cháy nhiên liệu dạng đặc, lỏng hoặc khí để sinh nhiệt.
(2) Mơi chất cơng tác thay đổi trạng thái để sinh công.
- Động cơ đốt trong: Hai quá trình trên xảy ra trong cùng một nơi. Nhiệt năng đạt
được bằng sự đốt cháy nhiên liệu bên trong động cơ. Nhiệt năng tích trữ trong khí cháy
có nhiệt độ và áp suất cao đẩy piston đi xuống làm quay trục khuỷu động cơ và truyền
mơmen ra ngồi cho thiết bị khác cơng tác.
- Động cơ đốt ngồi: Hai quá trình nêu trên xảy ra ở hai nơi. Quá trình (1) ở bên
ngồi động cơ. Nhiên liệu được đốt cháy bên ngồi động cơ, trong một một lị đốt riêng.
Nhiệt sinh ra đun sơi nước tạo hơi nước có nhiệt độ và áp suất cao. Hơi nước này sau đó
được đưa vào trong xilanh động cơ đẩy piston chuyển động tịnh tiến và làm quay trục
khuỷu hoặc làm quay cánh tuabin (trong tuabin hơi nước).
- So sánh động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài:
Nội dung so sánh
Động cơ đốt trong
Động cơ đốt ngồi
Hiệu suất
Cao (30% ÷ 45%)
Thấp ( 12%)
0
0
T ( C) môi chất
Cao (2530 C)
Thấp ( 700 0C)
Gọn, nhẹ và khơng có các thiết bị nồi Nặng nề, cồng kềnh vì phải
Cùng cơng suất Ne
hơi, bộ ngưng tụ và bộ quá nhiệt

có các thiết bị phụ …
Phải trang bị hệ thống khởi động do Động cơ tự khởi động khi áp
Q trình khởi động
động cơ khơng tự khởi động được
lực hơi đủ lớn
Thời gian khởi động 3 ÷ 5 giây
Nhiều giờ
Làm mát
Dùng ít nước
Tốn nhiều nước
Nhiên liệu
Đắt tiền
Rẻ tiền
Công suất động cơ tuabin hơi
Công suất đông cơ
Công suất bị giới hạn ( 37.000 kW)
nước có thể trên 20.000kW
1


Ngồi ra, ĐCĐT cịn có một số nhược điểm khác như khá ồn, đặc biệt là động cơ
cao tốc, khí thải chứa nhiều chất độc hại gây ô nhiễm môi trường. Để hạn chế bớt nhược
điểm này, động cơ được trang bị các bộ tiêu âm, bộ trung hòa hoặc bộ lọc sạch khí xả
tại đường thải, thậm chí ở cả đường nạp cũng lắp bộ tiêu âm.
Hiện nay, ĐCĐT kiểu piston dùng nhiên liệu truyền thống như xăng và Diesel
vẫn là nguồn động lực chính trên ơtơ vì các ưu điểm sau:
 Hiệu suất sử dụng nhiên liệu (hiệu suất nhiệt) tương đối cao.
 Có độ tin cậy cao và độ ổn định cao.
 Đáp ứng linh hoạt các chế độ hoạt động thường xuyên thay đổi của xe như: gia
tốc nhanh, quá tải tốt,…

 Kích thước và trọng lượng tương đối nhỏ nên dễ bố trí, lắp đặt trên xe.
 Nạp nhiên liệu nhanh.
 Lưu trữ và bảo quản nhiên liệu trên xe đơn giản.
 Chi phí chế tạo ban đầu thấp.
 Dễ bảo trì và chi phí bảo trì thấp.
Tuy nhiên, ĐCĐT là một trong những nguyên nhân chính gây ơ nhiễm như:
 Gây hại cho mơi trường sống vì sự đốt cháy nhiên liệu gốc hóa thạch tạo ra khí
độc.
 Làm tăng nhiệt độ khí quyển.
 Phá hủy tầng ozone.
 Lệ thuộc vào xăng và Diesel nên đã dẫn đến nguy cơ cạn kiệt nguồn dầu mỏ
một cách nhanh chóng.
Vì vậy, tìm kiếm nguồn nhiên liệu khác thay thế các loại nhiên liệu truyền thống,
cải tiến các hệ thống và giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường từ ĐCĐT là những việc mà
các nhà nghiên cứu và các hãng sản xuất đang thực hiện.
 Định nghĩa các thơng số hình học cơ bản của động cơ đốt trong.
 Điểm chết: là vị trí cuối cùng của piston khi chuyển động một hành trình trong
xilanh. Tại vị trí này vận tốc của piston bằng khơng và piston bắt đầu đổi chiều
chuyển.
 Điểm chết trên (ĐCT): là điểm xa nhất của piston so với đường tâm trục khuỷu.
 Điểm chết dưới (ĐCD): là điểm gần nhất của piston so với đường tâm trục khuỷu.
 Hành trình piston S: (stroke) là khoảng cách từ vị trí cao nhất của piston (điểm
chết trên ĐCT) đến vị trí thấp nhất của piston (điểm chết dưới ĐCD) khi piston
dịch chuyển. S = 2.R; trong đó R- là bán kính quay của trục khuỷu.
 Thể tích làm việc của xilanh Vh:là thể tích của xilanh giới hạn trong khoảng
một hành trình của piston.
 D2
Vh 
S
(1-1)

4

 Thể tích làm việc của động cơ VH
VH = Vh . i
(1-2)
Trong đó:
i - là số xilanh của động cơ.
 Thể tích buồng cháy Vc: là thể tích phần không gian giữa đỉnh piston, xilanh và
nắp xilanh khi piston ở ĐCT.
 Thể tích chứa hồ khí (thể tích tồn bộ) Va: là tổng thể tích làm việc của xilanh
Vh và thể tích buồng cháy Vc.
Va = V h + V c
(1-3)
2


 Tỷ số nén của động cơ  là tỷ số giữa thể tích chứa hồ khí của xilanh Va và thể
tích buồng cháy Vc.


Va Vh  Vc
V

 1 h
Vc
Vc
Vc

(1-4)

Tỷ số nén biểu hiện hồ khí (động cơ xăng) hoặc khơng khí (động cơ diesel) bị
nén nhỏ đi bao nhiêu lần khi piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT. Tỷ số nén có ảnh
hưởng lớn đến cơng suất cũng như hiệu suất của động cơ.
Tỷ số nén tùy thuộc vào loại động cơ và thường có trị số như sau:
 = 3,5  11
Động cơ xăng:
 = 13  22
Động cơ Diesel:
 Kỳ (thì): là hành trình thực hiện được của piston giữa hai điểm chết. Khi động
cơ hoạt động, trong xilanh phải diễn ra tuần tự các quá trình: nạp, nén, cháy (nổ)
giãn nở và thải tạo nên chu trình cơng tác (làm việc) của động cơ đốt trong.

a) b)
Hình 0.1. Sơ đồ cấu tạo ĐCĐT.
a) Piston ở ĐCT; b) Piston ở ĐCD
 Chu trình cơng tác (chu trình làm việc)
Chu trình cơng tác là tập hợp tồn bộ các quá trình: nạp, nén, cháy giãn nở và thải
được diễn ra trong xilanh lập đi lập lại có tính chu kỳ được gọi là chu trình cơng tác hay
chu trình làm việc của ĐCĐT.
 Hịa khí: hỗn hợp giữa hơi xăng và khơng khí trộn thật đều và đúng tỷ lệ. Ở động
cơ hịa khí được tạo thành ở bên ngồi xilanh động cơ tại bộ chế hịa khí. Vì vậy,
khí nạp mới hút vào xilanh động cơ xăng chính là hịa khí trong khi ở động cơ
Diesel khí nạp mới chỉ là khơng khí (thanh khí).
 Mơi chất công tác (MCCT): một khối chất trong xilanh động cơ mà nhờ sự thay
đổi các thông số trạng thái (thể tích, áp suất và nhiệt độ)… của nó, nhiệt năng tạo
thành do đốt cháy nhiên liệu chuyển sang cơ năng (sinh cơng). Trong kỹ thuật
nhiệt động lực học MCCT cịn gọi là chất môi giới.

1.3. Phân loại động cơ đốt trong
1.3.1. Theo mục đích sử dụng

 Động cơ tĩnh tại: dùng dẫn động máy phát điện và các loại bơm như bơm khí, dầu
và trong lâm, nơng nghiệp …
 Động cơ dùng cho ô tô, tàu thủy, máy bay …
3


1.3.2. Theo nhiên liệu dùng cho ĐCĐT





Động cơ dùng nhiên liệu lỏng, nhẹ: xăng, benzel, cồn, …
Động cơ dùng nhiên liệu lỏng năng: diesel, dầu mazút, …
Động cơ dùng nhiên liệu khí: khí thiên nhiên (CNG), khí hóa lỏng (LPG), …
Động cơ dùng đa nhiên liệu: dùng các nhiên lỏng từ nhẹ đến nặng

1.3.3. Theo đặc điểm cấu tạo của động cơ
 Số lượng xilanh: động cơ một xilanh và động cơ nhiều xilanh.
 Cách bố trí xilanh đối với động cơ nhiều xilanh: Động cơ một hàng xilanh, chữ V,
hình sao, piston đối đỉnh.

1.3.4. Theo phương pháp tạo hồ khí và đốt cháy
 Động cơ tạo hồ khí bên ngồi
 Động cơ tạo hồ khí bên trong.

1.3.5. Theo phương pháp đốt cháy hịa khí
 Động cơ cháy cưỡng bức: động cơ xăng, khí
 Động cơ nhiên liệu tự cháy: động cơ diesel

1.3.6. Theo quá trình cấp nhiệt và tỷ số nén (  )
 Động cơ làm việc theo q trình cấp nhiệt đẳng tích: Các động cơ có tỷ số nén thấp
(  = 5  12) và đốt cháy nhiên liệu cưỡng bức.
 Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt đẳng áp: Các động cơ có tỷ số nén trung
bình (  = 12  11), như động cơ phun nhiên liệu bằng khơng khí nén và tự bốc cháy,
động cơ sử dụng bột than.
 Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt hỗn hợp: Các động cơ có tỷ số nén cao (
 > 13), như động cơ diesel.

1.3.7. Theo số kỳ thực hiện một chu trình cơng tác
 Động cơ bốn kỳ (4 strokes)
 Động cơ hai kỳ (2 strokes)

1.3.8. Theo phương pháp nạp:
 Động cơ tăng áp
 Động cơ không tăng áp

1.3.9. Theo tỷ số S/D
 Động cơ có hành trình ngắn khi:
 Động cơ có hành trình dài khi:

S/D<1
S/D>1

1.3.10. Theo tốc độ động cơ
S .n
m/s
30
Khi Cm = (3  6) m/s được gọi là động cơ tốc độ thấp;
Khi Cm = (6  9) m/s được gọi là động cơ tốc độ trung bình;

Khi Cm = (9  13) m/s được gọi là động cơ tốc độ cao;
Khi Cm > 13 m/s được gọi là động cơ siêu cao tốc.

Tuỳ theo tốc độ trượt trung bình của piston: Cm 






1.3.11. Theo phương pháp làm mát
 Động cơ làm mát bằng nước
 Động cơ làm mát bằng gió.
4


1.4. Sự khác biệt giữa động cơ xăng và diesel

5


Thơng số so sánh

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Chu trình nhiệt
động và điều
kiện đốt cháy
nhiên
liệu
trong động cơ

NL sử dụng

Động cơ xăng
Chu trình Otto (đẳng
tích). Hỗn hợp NL
(nhiên liệu) + KK
(khơng khí) cháy cưỡng
bức nhờ tia lửa điện
phóng ra từ bugi. Sự
cháy xảy ra rất nhanh.
Dùng xăng, có khối
lượng riêng thấp, tính

bốc hơi cao và nhiệt độ
tự cháy cao

Nạp NL

Hỗn hợp xăng và KK
hình thành trong suốt
q trình nạp. Dùng
BCHK (bộ chế hịa khí)
để tạo hỗn hợp công tác

Điều khiển tải

Dùng bướm ga để điều
chỉnh lượng HH (hỗn
hợp) khí nạp

Động cơ diesel

Cùng  và Q1, chu
Chu trình Diesel. NL trình Otto có t cao
tự cháy do nhiệt độ và hơn. Tuy nhiên, động
áp suất MCCT (môi cơ diesel có  cao hơn
chất cơng tác) cao
nên có t cao hơn
động cơ xăng
Dùng diesel có khối Xăng và diesel cùng là
lượng riêng cao hơn, nhiên liệu lỏng có
tính bốc hơi kém và tự nguồn gốc hóa thạch
cháy thấp

là dầu mỏ
BCA (bơm cao áp) và
NL áp suất cao được kim phun trong động
phun thẳng vào buồng cơ diesel đòi hỏi công
cháy ở gần cuối quá nghệ chế tạo cao. Do
trình nén. Dùng BCA đó, giá thành đắt hơn
và vịi phun để phun NL so với BCHK của
động cơ xăng
Dùng thanh răng BCA
điều chỉnh lượng NL
phun vào xilanh mà
không điều chỉnh KK
hút vào
18 ÷ 100 (phạm vi giới Động cơ diesel có thể
hạn hịa khí bốc cháy cháy với hỗn hợp rất
được lớn)
lỗng (nghèo)

10 ÷ 18 (phạm vi giới
Tỉ lệ A/F
hạn hịa khí bốc cháy
(KK/NL)
được nhỏ)
Phân bố NL
Tỉ lệ KK – NL không Tỉ lệ KK – NL đồng đều
giữa các xilanh
đồng đều giữa các xilanh hơn
đó
13 ÷ 12, giới hạn cao bị
7,5 ÷ 12, giới hạn cao bị hạn chế bởi sự tăng

hạn chế bởi sự cháy bị trọng lượng động cơ
Tỉ số nén 
kích nổ của NL
(vượt quá giới hạn bền
của chi tiết ĐC)
Hiệu suất có 20 ÷ 32%, do ĐC có tỉ số 25 ÷ 45% do ĐC có tỉ số
ích
nén thấp
nén cao
Số vịng quay
Tốc độ thấp: 400
động cơ n
Trung bình: 400 ÷
Cao tốc: 2.000 ÷ 8.000.
(v/ph). Vận tốc
1.200
Cao tốc V/p = 16
piston
V/p
Cao: 1.200 ÷ 3.500
(m/s)
V/p = 6 ÷ 11

10 Tăng áp

Ghi chú

Động cơ diesel hoạt
động cân bằng tốt hơn
Tính kinh tế của ĐC

diesel cao hơn ĐC
xăng
ĐC diesel tiêu hao ít
NL hơn ĐC xăng
Cùng cơng suất ĐC
xăng có kích thước
nhỏ hơn ĐC diesel

ĐC tăng áp có cơng
Bị giới hạn do kích nổ
Sử dụng nhiều và rất suất tốt hơn so với ĐC
nên chỉ dùng cho ĐC
thích hợp
khơng tăng áp cùng
máy bay
kích thước

6


Nhiệt độ và áp
Cao do hiệu suất nhiệt
11 suất của khí
thấp và tỉ số nén thấp
thải
12 Khởi động
Dễ hơn
Khơng tốt nhưng được
Khả năng gia
13

cải thiện bởi bơm gia tốc
tốc
ở BCHK
Khả năng chế Tốt, có khó khăn nhưng
11 tạo tại Việt không nhiều ở BCHK và
Nam
hệ thống đánh lửa
Suất tiêu hao
Đầy tải: 285 ÷ 380
12 NL
ge
Ít tải: tiêu hao nhiều NL
(g/kW.giờ)
Giá xăng đắt, mật độ
Tính kinh tế thấp, lượng cacbon tính
16
của NL
theo khối lượng lớn hơn
một chút
Giá thành ban
17
Thấp, rẻ hơn
đầu
Giá thành sử
18
Cao
dụng

Xuppap thải của ĐC
Thấp hơn vì chỉ số giản

xăng chịu nhiệt cao
nở lớn hơn
hơn
Khó hơn
 xăng <  diesel
Tốt, có khó khăn ở
BCA và vịi phun
Tốt, có khó khăn ở Điều kiện cơng nghệ ở
BCA và vịi phun
Việt Nam cịn hạn chế
Đầy tải: 220 ÷ 285
Nếu có cùng cơng
Ít tải: tốt hơn nhiều so suất, ĐC xăng tiêu hao
với ĐC xăng
NL hơn ĐC diesel
Giá diesel thấp, lượng ĐC diesel có tính kinh
cacbon trong thể tích tế cao, tốt hơn ĐC
lớn hơn
xăng
Cao hơn, đắt hơn
Thấp

Cao hơn (vì thường làm
19 Tuổi thọ
Thấp hơn (vì n cao)
việc ở chế độ tải thấp
hơn định mức)
Có kích nổ tại vùng HH Kích nổ do thời gian
Các vấn đề về chưa cháy, trị số octan cháy trễ dài. Trị số
20

cháy của NL
cao thì nhiệt độ tự cháy cetan, nhiệt độ tự cháy
cao
thấp

1.5. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong kiểu piston
1.5.1. Nguyên lý làm việc của động cơ bốn kỳ
Đối với động cơ 4 kỳ, để hồn thành một chu trình cơng tác piston động cơ phải
thực hiện bốn hành trình tương ứng với các quá trình diễn ra trong xilanh gồm: nạp, nén,
cháy giãn nở và thải. Trong đó cơng có ích chỉ do quá trình cháy giãn nở sinh ra. Do các
q trình diễn ra lập đi lập lại có tính chu kỳ nên khi khảo sát nguyên lý làm việc ta chỉ
khảo sát một chu trình cơng tác trong tồn bộ quá trình làm việc của động cơ.
Trong một chu trình cơng tác của động cơ 4 kỳ được thực hiện như sau:
1. Kỳ một (quá trình nạp)
Là quá trình nạp mơi chất mới vào trong lịng xilanh động cơ (hồ khí đối với
động cơ xăng, khơng khí đối với động cơ Diesel).
Vào đầu kỳ một, piston ở vị trí điểm chết trên. Tồn bộ thể tích buồng cháy Vc
chứa đầy sản vật cháy do hành trình trước để lại với áp suất cao hơn áp suất khí trời, áp
suất này cịn gọi là áp suất khí sót. Khi trục khuỷu quay theo chiều mũi tên, thông qua
thanh truyền làm cho piston dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, cơ cấu phân phối khí điều
khiển supap nạp mở thơng đường ống nạp với không gian trong xilanh.
Với chuyển động đi xuống của piston, độ chân khơng trong xilanh hình thành làm
cho áp suất trong lòng xilanh nhỏ hơn áp suất trên đường ống nạp. Mức độ chênh lệch
7


áp suất này khoảng 0,01 ÷ 0,03 MPa, tạo nên q trình nạp mơi chất mới từ đường ống
nạp vào xilanh (hình 1.2a).

Hình 0.2. Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ xăng bốn kỳ.

a) Quá trình nạp ; b) Quá trình nén ; c) Quá trình cháy – giản nở ; d) Quá trình thải.
2. Kỳ hai (quá trình nén)
Piston di chuyển từ ĐCD lên ĐCT, cơ cấu phân phối khí điều khiển làm cho supap
nạp và supap thải đóng lại, mơi chất được nén trong xilanh. Vào cuối q trình nạp, khi
piston ở vị trí ĐCD áp suất trong xilanh pa còn nhỏ hơn áp suất trên đường ống nạp pk.
Tận dụng điều này, để hoàn thiện q trình nạp, cơ cấu phân phối khí điều khiển supap
nạp đóng muộn sau khi piston qua khỏi ĐCD.
Việc đóng muộn supap nạp như trên có tác dụng nạp thêm mơi chất mới vào
xilanh, điều này có được là do tác dụng của động năng và chênh lệch áp suất của dịng
mơi chất đi vào.
Sau khi supap nạp đóng, piston chuyển động lên phía ĐCT làm cho áp suất và
nhiệt độ môi chất trong xilanh tăng dần. Giá trị áp suất cuối quá trình nén phụ thuộc
vào: tỉ số nén , độ kín khít của khơng gian chứa mơi chất, mức độ tản nhiệt của thành
xilanh và áp suất của mơi chất đầu q trình nén (hình 1.2b).
Để tạo điều kiện tốt cho môi chất cháy một cách kịp thời và nhiệt lượng sinh ra
được tận dụng triệt để thì việc đốt cháy hỗn hợp phải được thực hiện trước khi piston
tới ĐCT. Cụ thể, đối với động cơ xăng (đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện) thì bougie
phải tạo ra tia lửa trước khi piston đến ĐCT, đối với động cơ Diesel thì nhiên liệu phun
vào từ vịi phun trước khi pison đến ĐCT.
3. Kỳ ba (quá trình cháy – giản nở)
Vào kỳ ba môi chất bị nén trong xilanh ở cuối kỳ nén được bốc cháy với tốc độ
rất nhanh. Tốc độ gia tăng áp suất và nhiệt độ của môi chất rất cao, tạo áp lực sinh cơng
đẩy piston dịch chuyển về phía ĐCD thực hiện q trình giãn nở mơi chất trong xilanh.
Chính vì vậy kỳ ba cịn gọi là kỳ sinh cơng, trong q trình này cả hai supap đều đóng
(hình 1.2c)
4. Kỳ bốn (quá trình thải)
Piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT đẩy sản vật cháy ra khỏi xilanh động cơ qua
supap thải đang mở. Do áp suất môi chất trong xilanh vào cuối kỳ cháy giãn nở còn khá
cao nên xupáp xả phải mở sớm trước khi piston xuống đến ĐCD khoảng 40 ÷ 60o tương
ứng với góc quay trục khuỷu. Nhờ đó làm giảm được lực cản đối với chuyển động của

piston và tạo điều kiện tốt nhất cho sản vật cháy thải sạch ra khỏi xilanh động cơ.

8


Khi kỳ bốn kết thúc thì động cơ đã thực hiện được một chu trình cơng tác, tiếp
theo nhờ qn tính quay của bánh đà giúp động cơ thực hiện chu trình cơng tác tiếp theo.
Chính vì vậy mà động cơ có thể làm việc được liên tục.
Nhận xét đối với động cơ bốn kỳ
– Chu trình cơng tác được hồn thành trong bốn hành trình của piston hay trong
hai vịng quay của trục khuỷu.
– Trong bốn kỳ thì chỉ có kỳ cháy giãn nở (kỳ ba) là kỳ sinh cơng, các kỳ cịn lại
thực hiện được là nhờ qn tính quay của bánh đà và các chi tiết chuyển động hoặc nhờ
công của các xilanh khác (đối với động cơ nhiều xilanh).
Đối với động cơ bốn kỳ, để nâng cao được công suất và hiệu suất của động cơ
phải đảm bảo được hai điều sau: thải càng sạch sản vật cháy ra khỏi xilanh và nạp càng
nhiều môi chất mới vào động cơ. Điều này được thực hiện bằng cách phối hợp mở sớm
và đóng muộn các supap nạp, supap thải hình thành nên quy luật phối khí nhất định tuỳ
thuộc vào từng loại động cơ.

Hình 0.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ Diesel bốn kỳ.
a) Quá trình nạp ; b) Quá trình nén ; c) Quá trình cháy giản nở ; d) Quá trình thải.
Chúng ta có thể tham khảo góc độ phân phối khí, và góc phun dầu sớm của động
cơ Diesel bốn kỳ, thường nằm trong phạm vi sau (bảng 1.1)
Bảng 0.1. Góc phối khí, góc phun nhiên liệu (góc đánh lửa)
Xupáp nạp
Loại động cơ

Xupáp thải

Mở sớm Đóng muộn
Mở sớm
Mở sớm
trước ĐCT sau ĐCD trước ĐCD trước ĐCT

Động cơ xăng

50 ÷ 400

100 ÷ 500

300 ÷ 600

50 ÷ 350

Động cơ diesel

100 ÷ 300

450 ÷ 750

300 ÷ 600

50 ÷ 300

Góc phun
nhiên liệu (góc
đánh lửa sớm)

100 ÷ 300

1.5.2. Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ
1.5.2.1. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng hai kỳ
Trên động cơ hai kỳ, người ta dùng máy nén khí đặt bên ngồi động cơ (hình 1.5)
hoặc dùng khơng gian cacte kết hợp với cơ cấu piston trục khuỷu thanh truyền để làm
9


bơm qt khí (hình 1.4). Trên (hình 1.4) giới thiệu sơ đồ nguyên lý làm việc của động
cơ xăng: hai kỳ tương ứng với hai hành trình của piston động cơ, bao gồm:
1. Kỳ một
Tương ứng với hành trình piston từ ĐCT về ĐCD. Sở dĩ piston dịch chuyển được
là do trong xilanh vừa mới thực hiện quá trình cháy giãn nở môi chất công tác, sinh công
và tác dụng lên piston. Khi piston sắp mở cửa quét 1 thì cửa thải 4 được mở trước, sản
vật cháy có áp suất tương đối cao từ trong xilanh thốt ra ngồi qua ống thải, áp suất
trong xilanh giảm dần. Piston tiếp tục đi xuống để mở cửa quét, khi áp suất trong xilanh
xấp xỉ và thấp hơn áp suất môi chất trong bơm qt khí. Do mơi chất mới qua cửa quét
vào trong xilanh, tiếp tục đẩy sản vật cháy ra ngồi qua cửa xả 2 nên q trình này cịn
gọi là q trình thay đổi mơi chất trong xilanh động cơ.
Như vậy ở kỳ một, trong xilanh động cơ thực hiện các q trình: cháy giãn nở của
mơi chất cơng tác, xả khí thải, qt và nạp đầy mơi chất mới vào xilanh động cơ.

Hình 0.4. Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ xăng hai kỳ dùng cửa quét và cửa thải.
1 – Cửa quét; 2 – Cửa thải; 3 – Cửa nạp; 4 – Vòi phun của bộ chế hồ khí;5 – Bugi.
2. Kỳ hai
Tương ứng với hành trình piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Vào đầu kỳ hai q trình
thay đổi mơi chất vẫn tiếp tục thực hiện trong xilanh. Đến khi cửa quét và cửa xả được
đóng kín thì q trình nén được bắt đầu, cửa quét có thể đóng đồng thời hoặc sớm hơn
so với cửa thải (hoặc supap thải). Trước khi piston lên đến ĐCT khoảng 10 ÷ 30o tương
ứng với góc quay trục khuỷu nhiên liệu được phun qua vòi phun vào xilanh động cơ

(động cơ Diesel) hoặc bougie bật tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp (động cơ xăng).
Như vậy ở kỳ hai, trong xilanh thực hiện các quá trình: kết thúc các q trình thải,
qt - nạp đầy mơi chất mới và xilanh và thực hiện quá trình nén.
Khi trục khuỷu quay được một vòng, lúc này động cơ đã thực hiện xong một chu
trình cơng tác. Năng lượng từ bánh đà và các chi tiết chuyển động khác làm cho piston
tiếp tục dịch chuyển từ ĐCT về ĐCD và bắt đầu một chu trình cơng tác tiếp theo, cứ
như vậy giúp cho động cơ làm việc được liên tục.
1.5.2.2. Nguyên lý làm việc của động cơ diesel hai kỳ
1. Khi piston tại điểm chết trên, xi lanh được làm đầy bởi khí nén. Diesel được
phun dạng sương mù vào xi lanh bởi áp suất cao tạo ra từ bơm cao áp cùng kim phun và
ngay lập tức đốt cháy do nhiệt độ cao và áp suất rất cao bên trong xilanh (tỷ số nén của
động cơ diesel vào khoảng 12 ÷ 25, cao hơn nhiều so với động cơ xăng từ 9 ÷ 13).
2. Áp suất được tạo ra bởi hỗn hợp bị đốt cháy trong buồng đốt sẽ đẩy piston
chuyển động xuống. Đây là kỳ sinh công.
3. Khi piston gần đến điểm chết dưới của hành trình, các cửa van xả đều mở. Khí
xả sẽ đi ra ngoài khỏi xi lanh.
4. Khi piston tại điểm chết dưới, piston mở các cổng hút khí. Khí nén tràn vào
đầy xilanh, đẩy khí xả cịn lại ra ngồi.
10


5. Van xả đóng lại và piston bắt đầu chuyển động ngược lại, đóng cửa hút và cửa
xả, nén khí vừa mới nạp lại. Đây là kỳ nén.
6. Khi piston chuyển động gần đến điểm chết trên của xi lanh, quy trình lại lặp
lại từ bước 1.
Với mơ tả trên, có thể thấy sự khác biệt
lớn giữa động cơ Diesel 2 kỳ và động cơ xăng 2
kỳ. Trong động cơ Diesel, chỉ có khí được nạp
vào xi lanh, khác hẳn khí và nhiên liệu được hồ
trộn ở động cơ xăng 2 kỳ. Điều đó có nghĩa là

động cơ Diesel 2 kỳ không phải là vấn nạn môi
trường như là động cơ xăng 2 kỳ. Tuy nhiên,
một động cơ Diesel 2 kỳ phải có Turbin tăng áp
hay cụm tăng áp, do vậy giá thành của động cơ
Diesel 2 kỳ rất cao và điều này đã làm cho loại
động cơ này không thể lắp rộng rãi như các loại
động cơ khác được.
Hình 0.5. Sơ đồ làm việc của động cơ Diesel hai
kỳ.

1.5.3. Nguyên lý làm việc động cơ piston quay (Walkel)

Kỳ hút

Kỳ nén

Kỳ cháy
Kỳ xả
Hình 0.6. Sơ đồ làm việc của động cơ Diesel hai kỳ quét thẳng qua supap thải.
1. Kỳ nạp
Giai đoạn nạp của chu kỳ bắt đầu khi đỉnh rotor đi qua của nạp, lúc này khi cửa
nạp được mở ở buồng đốt. Thể tích của buồng đốt đóng lại nhỏ nhất khi chuyển động
qua cửa nạp. thể tích buồng đốt giãn ra. Hút hịa khí vào buồng đốt khi đỉnh của rotor
qua cửa nạp, buồng đốt được chặn lại và bắt đầu quá trình nén.
2. Kỳ nén
11


Khi rotor tiếp tục chuyển động quanh vỏ bọc thể tích buồng đốt trở nên nhỏ hơn
và hịa khí được nén lại. vào thời điểm này mặt ngoài của rotor chuyển động đến bugi,

thể tích buồng đốt đóng lại cực tiểu. đây là lúc quá trình đốt bắt đầu.
3. Kỳ cháy
Hầu hết động cơ quay có hai bugi, buồng đốt dài nên phần khí này được đốt cháy
rất chậm nếu chỉ có một bugi. Khi bugi đánh lửa hịa khí cháy tạo ra một áp suất tăng
đột ngột tạo ra một lực cho rotor chuyển động. Áp lực của sự đốt cháy buộc rotor chuyển
động theo một hướng. Sự chuyển động này làm cho buồng đốt giản ra. Khí bị đốt cháy
tiếp tục giãn nở làm chuyển động rotor và sinh công cho đến khi đỉnh của rotor đi qua
cửa thải.
4. Kỳ thải
Một đỉnh của rotor đi qua cửa thải áp suất cao khí cháy thốt tự do ra ngồi qua
cửa thải. khi đó rotor tiếp tục chuyển động buồng đốt bắt đầu co lại buộc khí cháy cịn
lại thải ra ngồi. Thời gian đó thể tích buồng đốt gần như nhỏ nhất đỉnh của rotor đi qua
cửa nạp và lặp lại một chu trình tiếp theo. Một mặt trong 3 mặt của rotor luôn làm việc
trên một phần của chu kỳ, trong một vịng quay của rotor sẽ có 3 thời kỳ đốt. Nhưng
phải nhớ rằng trục thứ cấp quay 3 vịng thì mới hồn thành một vịng quay của rotor.

1.6. Xu hướng phát triển của ĐCĐT
Cấu tạo:
Cấu tạo động cơ gồm có 5 xi lanh thẳng hàng tương tự như động cơ 4 kỳ nhưng
có đường kính xi lanh khác nhau. Hai xi lanh ngồi bìa (sơ cấp) chế tạo đường kính nhỏ
hơn 3 xi lanh bên trong (thứ cấp).Hai xi lanh này làm nhiệm vụ phát lực (nổ giãn - sinh
cơng) cịn 3 xi lanh cịn lại sẽ nhận động lực của 2 xi lanh trên để truyền cơng suất ra
trục khuỷu và xả khí cháy ra ngồi (khơng tiến hành kỳ nổ giãn)
Nhà chế tạo sẽ bố trí vận hành các trục cam theo từng kỳ và nhiệm vụ của từng
xi lanh.
Xi-lanh thứ cấp (3 xi lanh bên trong) tách riêng quá trình nén và giãn nên có thể
giúp tăng mức độ giãn và nén cho hai xi-lanh sơ cấp (nỗ giãn – sinh công). Nhờ đó mà
tỷ số nén có thể đạt đến 11,5:1 gần bằng động cơ dầu.
Nguyên lý làm việc:
Nguyên lý làm việc của động cơ 5 kỳ như sau:

Nguyên tắc của Ilmor, dĩ nhiên vẫn dựa trên động cơ 4 kỳ nhưng được sắp xếp
lại. Động cơ 3 xi-lanh sử dụng hai trục cam. Trong đó trục cam áp suất cao (HP - high
pressure) dùng để vận hành các xupáp của 2 xi-lanh ngồi cùng (có bán kính nhỏ). Trục
cam áp suất thấp (LP - low pressure) điều khiển các xupáp của 3 xi-lanh giữa bán kính
lớn hơn). Trục HP có tốc độ quay bằng nửa trục khuỷu còn LP bằng đúng tốc độ trục
khuỷu.
Tóm tắt q trình làm việc như sau:
Kỳ 1 - Nạp hịa khí vào buồng đốt (2 xi-lanh ngồi cùng)
Kỳ 2 - Nén hịa khí trong buồng đốt
Kỳ 3 - Nổ và giãn nở
Kỳ 4 - Xả khí thải vào xi-lanh thứ cấp
Kỳ 5 - Xả khí thải ra ngồi
Theo cơng ty ILMOR, động cơ này có những ưu điểm như tăng được tỷ số nén
cao nên tăng hiệu suất đốt cháy. Các công nghệ sử dụng là đơn giản nên khơng cần q
nhiều chi phí, giá thành giảm. Động cơ gọn nhẹ do hai xi-lanh ngồi có kích cỡ nhỏ.
Câu trả lời có thể là cơng nghệ mang tên HCCI, hay còn gọi là “Cháy đồng đều
do nén”, gần giống động cơ diesel và không cần bugi đánh lửa. Các tập đồn, trong đó
12


có Honda và GM đều đã đầu tư vào nghiên cứu. Và bây giờ động cơ Scuderi cũng nổi
lên như một giải pháp khác.
Động cơ xăng ngày nay vẫn còn nhiều chỗ trống dành cho phát triển, khi mà chỉ
1/3 lượng nhiên liệu chuyển hóa thành năng lượng cơ học và phần cịn lại biến thành
nhiệt lượng hay khơng được đốt và thốt ra ngồi.
Động cơ thơng thường có 4 kỳ, piston đi xuống tạo không gian để hỗn hợp xăng
- khơng khí đi vào, piston đi lên nén hỗn hợp đó lại và sau khi bugi đốt cháy nhiên liệu,
piston đi xuống hồn thành vịng nạp - nén - nổ - xả.
Với thiết kế của Scuderi, các xi-lanh sẽ hoạt động theo từng cặp. Xi-lanh 1 không
thực hiện việc gì ngồi nạp và nén nhiên liệu, xi-lanh 2 thực hiện nổ và xả. Một van cao

áp nối giữa 2 xi-lanh làm nhiệm vụ vận chuyển khí nén từ xi-lanh 1 sang xi-lanh 2.
Theo tính tốn của tác giả, quy trình này sẽ khiến khoảng cách của piston và trần
xi-lanh khi nén cực đại chỉ cịn 1 mm vì khơng bị giới hạn bởi van và bugi, làm tăng độ
nén khí giúp đốt cháy nhanh và triệt để nhiên liệu hơn. Kỹ sư Scuderi chỉ ra rằng động
cơ của ông có thể chuyển hóa 40% nhiên liệu thành cơ năng.
Nhà phát minh đáng kính đã gặp cơn đau tim và qua đời vào năm 2002. Các con
của ông tiếp tục hồn thiện cơng trình của người cha và thêm vào thiết kế một buồng
chứa khí nén riêng nhằm tăng hiệu suất nén. Nhà sản xuất tin rằng động cơ Scuderi mới
với buồng chứa khí nén và máy nén turbin sẽ làm tăng hiệu suất đốt lên đến 50%.
Tuy nhiên sẽ cịn mất ít nhất 2 năm phát triển nữa để động cơ Scuderi đi vào thực
tiễn. Rất khó để biết được hiệu quả của nó tại các tốc độ khác nhau và liệu độ bền của
động cơ này đến đâu. Vấn đề độ bền đang được xem xét vì sự khác biệt nhiệt độ giữa 2
bên xi-lanh nén và xi-lanh đốt rất lớn.

CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu 1. Nêu định nghĩa động cơ, động cơ nhiệt, động cơ đốt trong và động cơ đốt ngồi.
Câu 2. Định nghĩa các thơng số hình học cơ bản của động cơ đốt trong.
Câu 3. Phân loại động cơ đốt trong.
Câu 4. So sánh ưu, nhược điểm của động cơ đốt trong và động cơ đốt ngồi.
Câu 5. Trình bày ngun lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ.
Câu 6. Trình bày nguyên lý làm việc của động cơ Diesel 4 kỳ không tăng áp
Câu 7. Trình bày nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ.
Câu 8. Trình bày nguyên lý làm việc của động cơ Diesel 2 kỳ.
Câu 9. Trình bày nguyên lý làm việc của động cơ Walkel.
Câu 10. Trình bày ưu nhược điểm của động cơ Diesel so với động cơ xăng, động
cơ hai kỳ và động cơ 4 kỳ.

13

Chương 2: NHỮNG CHI TIẾT CỐ ĐỊNH TRONG ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG
2.1. Thân máy
2.1.1. Cấu tạo – Nhiệm vụ – Phân loại
2.1.1.1. Cấu tạo
Cấu tạo của thân máy rất đa dạng. Tuỳ thuộc vào
mỗi loại động cơ, thân máy có thể được chế tạo liền khối
hoặc gồm một số phần lắp ghép với nhau bằng bulơng
hoặc gugiơng (hình 2.1). Trong thân máy phần nạp xilanh
còn gọi là thân xilanh (1), phần để lắp trục khuỷu gọi là
cacte hoặc hộp trục khuỷu (2). Cacte có thể chế tạo liền
khối hoặc chia làm 2 nửa: nửa trên và nửa dưới.

Hình 2.1. Thân máy.
2.1.1.2. Nhiệm vụ
 Thân máy kết hợp với các chi tiết khác (xilanh, nắp xilanh, piston…) hình thành
khơng gian cơng tác của môi chất, trong không gian này piston thực hiện các quá
trình nạp, nén, cháy – giãn nỡ và thải sản vật cháy ra khỏi động cơ tạo nên chu
trình làm việc liên tục.
 Là giá đỡ cho các chi tiết trong toàn bộ động cơ, các phụ từng và các bộ phận đều
được lắp trên đó.
 Truyền nhiệt giữa MCCT và môi trường để làm mát động cơ.
 Làm một khung chịu lực, trên khung đó gá lắp những chi tiết, đồng thời chịu
những lực do hoạt động của máy gây nên.
2.1.1.3. Phân loại
Thơng thường có 2 loại thân máy:
 Loại đúc liền thành một khối là hộp chung cho các xylanh động cơ. Loại này dùng
phổ biến cho các loại động cơ cỡ nhỏ và cỡ vừa.
 Loại đúc riêng cho từng xylanh rồi lắp ghép lại với nhau. Loại này dùng cho các
loại động cơ cỡ lớn.

Khi thân xy lanh làm rời với hộp trục khuỷu và lắp với nhau bằng bulơng hay
gugiơng thì thân máy là loại thân máy rời. Kết cấu phổ biến ở động cơ ôtô, máy kéo.
Kết cấu một số động cơ tàu thuỷ chỉ dùng một loại gugiông suốt từ nắp xilanh đến bề
mặt cacte dầu.
Thân máy của động cơ làm mát bằng gió thường là thân máy rời.
Thân xilanh của động cơ làm mát bằng nước có cấu tạo khoang chứa nước làm
mát, khoang này được gọi là “áo nước”.
14


- Thân xilanh của động cơ làm mát bằng không khí có các cánh tản nhiệt.
- Xilanh được lắp trong thân xilanh, có dạng hình ống, mặt trụ bên trong, được
gia cơng có độ chính xác cao. Xilanh có thể được làm rời hoặc đúc liền với thân xilanh
Cấu tạo thân xilanh phụ thuộc vào sự bố trí của các xilanh, cơ cấu và hệ thống của
động cơ.

2.1.2. Điều kiện làm việc
Thân máy chịu toàn bộ trọng lượng của các chi tiết lắp trên đó, đồng thời chịu
những lực khơng cân bằng do quá trình hoạt động của máy gây ra:
 Chịu các lực phức tạp như trọng lực các chi tiết, lực rung động .v.v…
 Chịu lực kéo nén do áp lực khí cháy tạo ra.
 Chịu sự ăn mị do nước làm mát có lẫn tạp chất.
 Chịu ứng suất nhiệt, ứng suất lắp ghép.

2.1.3. Yêu cầu
Yêu cầu của vật liệu làm thân máy phải bền, cơ tính cao, nhẹ, chịu nhiệt và truyền
nhiệt tốt:
 Thân máy phải có đủ cường độ, khơng biến dạng, chịu được lực kéo, nén, chấn
động…
 Bề mặt lắp ghép phải gia công chính xác và thật bằng phẳng.

 Vật liệu chế tạo thân máy phải có tính chất chống ăn mị, chịu nhiệt tốt.
 Khi lắp ráp phải tuyệt đối kín khít khơng được rị khí, rị nước, nhớt.

2.1.4. Hư hỏng thường gặp
 Thân máy bị nứt do chấn động, do lắp ghét không đúng yêu cầu kỹ thuật, do ứng
suất nhiệt.
 Bị ăn mòn do nước làm mát.
 Bị rò nước xuống carte do jont bị hở, do thân máy bị nứt, hỏng các lỗ ren và mòn
bề mặt lắp ghép.
 Bị rị khí, rị dầu do bề mặt lắp ghép bị công vênh, biến dạng.

2.2. Nắp máy
2.2.1. Cấu tạo – Nhiệm vụ – Phân loại
2.2.1.1. Cấu tạo:
a) Kết cấu nắp máy động cơ xăng
Kết cấu nắp máy động của động cơ tùy
thuộc vào kết cấu của buồng cháy, cách bố
trí cơ cấu supap và số supap của cơ cấu phân
phối khí, bugi, kiểu làm mát động cơ và
đường nạp thải trên nắp xilanh. Dạng buồng
cháy trên động cơ quyết định hiệu suất nạp,
thải và hiệu suất của quá trình cháy trên
động cơ.

15


Hình 2.2. Nắp xilanh và các chi tiết lắp trên nắp xylanh
b) Kết cấu nắp máy động cơ Diesel
Kết cấu nắp xilanh của động cơ Diesel phức tạp hơn nắp xilanh của động cơ xăng

nhiều vì trên nó phải bố trí rất nhiều cơ cấu và chi tiết máy như: cơ cấu supap, buồng
cháy phụ, vịi phun, bugi sấy nóng, cơ cấu khởi động bằng khí nén, đường nước làm
mát, đường thải nạp, v.v...
Kết cấu nắp xilanh của động cơ Diesel phụ thuộc từng loại động cơ kiểu buồng
cháy (phương pháp hình thành khí hỗn hơp), số kỳ và cơ cấu phân phối khí của động
cơ. Nói chung nó phải thoả mãn các yêu cầu chính sau:
 Buồng cháy phải tạo thành xốy lốc mạnh để cải thiện q trình hình thành hỗn hợp.
 Kết cấu buồng cháy phải gọn, hợp lý, để tránh tổn thất nhiệt và tổn thất lưu động
của dịng khí trong q trình cháy.
 Vị trí của vòi phun, supap nạp, supap thải và đường thải đường nạp phải hợp lý,
thuận lợi cho quá trình tạo thành khí hỗn hợp và q trình thay đổi mơi chất.
Trong các loại nắp xilanh của động cơ có buồng cháy trực tiếp (buồng cháy trên
đỉnh piston), mặt nóng của nắp xilanh thường làm phẳng. Vịi phun bố trí chính giữa
trùng với đường tâm xilanh, hoặc lệch đi một khoảng khơng lớn lắm. Cách bố trí này
thường dùng trong động cơ Diesel cỡ lớn. Trong động cơ ôtô máy kéo và động cơ tĩnh
tại cỡ nhỏ, vịi phun bố trí lệch với đường tâm xilanh một góc nhất đinh.
Trong các loại động cơ có buồng cháy trực tiếp, để tạo thành xốy lốc của dịng
khí nạp, người ta thường thiết kế đường nạp có độ nghiêng và thắt dần lại về phía supap
nạp hoặc đơi khi dùng loại supap nạp có bản dẫn hướng dịng khí cũng như lợi dụng
diện tích chèn khí giữa đỉnh piston và nắp xilanh.
Các loại xilanh có buồng cháy phụ (buồng cháy dự bị, buồng cháy xốy lốc và
buồng cháy khơng khí) bố trí trên nắp xilanh thường được dùng trong động cơ Diesel
ôtô máy kéo; trong động cơ tĩnh tại và tàu thủy cỡ lớn. Kết cấu nắp xilanh có buồng
cháy phụ rất phức tạp, giá thành chế tạo cao.
Buồng cháy xoáy lốc và buồng cháy dự bị thường chế tạo theo kiểu tổ hơp: nửa
trên của buồng cháy xoáy lốc đúc liền với nắp xilanh; nửa dưới của buồng cháy có họng
làm bằng thép chịu nhiệt hoặc gang chịu nhiệt rồi ép vào nắp xilanh, phần họng của
buồng cháy thông hướng với tâm xilanh. Buồng cháy dự bị cũng được gia cơng thành
hình dạng nhất định rồi ép vào lỗ trên nắp xilanh.
Bố trí vịi phun và buồng cháy cũng cần phối hợp với việc bố trí supap. Nếu dùng

nhiều supap (trong động cơ tĩnh tại và tàu thủy cỡ lớn mỗi xilanh thường dùng 3÷4
supap), vịi phun thường được bố trí ở chính giữa. Trong động cơ dùng hai supap, họng
thơng của buồng cháy phụ thường đặt lệch một bên để có thể có được tiết diện lưu thơng
lớn nhất.
Do nắp xilanh của động cơ Diesel rất dễ bị rạn nứt ở vùng giữa đế supap thải –
đế supap nạp – miệng buồng cháy nên phải chú ý làm mát thật tốt.
2.2.1.2. Nhiệm vụ:
 Nắp xylanh cùng với chemise xylanh và đỉnh piston hình thành buồng đốt.
 Để lắp các phụ tùng chi tiết như cò mổ,xupáp, vòi phun hay bougie .v.v….
2.2.1.3. Phân loại:
Thơng thường có 2 loại nắp xylanh:
 Loại đúc liền thành một khối cho các xylanh hoặc cụm xylanh động cơ. Loại này
dùng phổ biến cho các loại động cơ cỡ nhỏ và cỡ vừa.
16


 Loại đúc riêng cho từng xylanh rồi lắp ghép lại với nhau. Loại này dùng cho các
loại động cơ cỡ lớn.

2.2.2. Điều kiện làm việc
Điều kiện làm việc của nắp máy rất khắc nghiệt như:
 Chịu áp suất và nhiệt độ cao.
 Chịu ăn mịn hóa học do phản ứng cháy sinh ra và ăn mòn do nước làm mát.
 Chịu ứng suất nhiệt lớn
 Chịu lực xiết của các bulơng, đai ốc, lực kéo đẩy của khí cháy và lực va đập của
đòn gánh xupáp.

2.2.3. Yêu cầu
Nắp máy động cơ diesel làm mát bằng nước đều đúc bằng gang hợp kim, dùng
khn cát. Cịn nắp máy của động cơ làm mát bằng gió thường chế tạo bằng hợp kim

nhôm dùng phương pháp đúc hoặc phương pháp rèn dập.
Nắp xilanh động cơ xăng thường dùng hợp kim nhơm, có ưu điểm là nhẹ, tản nhiệt
tốt, giảm được khả năng kích nổ. Tuy nhiên, sức bền cơ và nhiệt thấp hơn so với nắp
xilanh bằng gang. Nắp máy phải có các yêu cầu sau:
 Nắp máy phải có đủ cường độ, không biến dạng, chịu được lực kéo, nén, chấn
động và chịu được nhiệt độ cao,áp suất cao.
 Bề mặt lắp ghép phải gia cơng chính xác và thật bằng phẳng.
 Vật liệu chế tạo thân máy phải có tính chất chống ăn mò, chịu nhiệt tốt.
 Khi lắp ráp phải tuyệt đối kín khít khơng được rị khí, rị nước, nhớt.

2.2.4. Hư hỏng thường gặp
Nắp xilanh có các hư hỏng thường gặp như nứt, vỡ, cong vênh, hỏng các lỗ ren
và mòn bề mặt lắp ghép:
 Bị biến dạng, công vênh ở các bề mặt lắp ghép
 Bị cháy, bị nứt ở các vùng giữa các xupáp và vòi phun hay bougie…..
 Bị rò nước xuống carte do jont bị hở, do thân máy bị nứt.
 Bị rị khí, rị dầu do bề mặt lắp ghép bị cơng vênh, biến dạng.

2.3. Gioăng nắp máy
Gioăng nắp máy (gioăng nắp
xilanh) được đặt nằm giữa khối
xilanh và nắp xilanh, dùng để bao
kín, tránh lọt khí và rị nước làm mát
ở mặt lắp ghép nắp xilanh với thân
máy. Gioăng nắp xilanh phải có độ
đàn hồi tốt để có thể làm kín các chỗ
khơng phẳng trên mặt lắp ghép của
thân máy và nắp xilanh (do gia cơng
hoặc do biến dạng trong q trình
tháo lắp).

Hình 2.3. Hình dạng và cấu tạo gioăng nắp máy.
Kết cấu và kiểu gioăng bao kín phụ thuộc vào loại động cơ. Động cơ xăng thường
dùng các loại gioăng nắp xilanh bằng amiăng bọc đồng hoặc bằng amiăng viền mép
bằng thép. Động cơ Diesel dùng các loại gioăng nắp xilanh bằng đồng, bằng thép lá,
nhôm hợp kim hoặc bằng amiăng như của động cơ xăng.
17


Cấu tạo của gioăng thường được làm như (hình 2.3) và gioăng cho động cơ Diesel
thường dùng loại thép kết hợp chất chịu nhiệt.

2.4. Xilanh
2.4.1. Cấu tạo – Nhiệm vụ – Phân loại
Xilanh nằm trong thân máy, hợp với nắp máy và piston tạo thành buồng đốt. Cịn
có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston trong quá trình chuyển động lên xuống.
Xilanh có thể đúc liền một khối với thân máy nhưng thường bao giờ cũng có sơmi
xilanh. Nó là một ống bằng gang hay thép chế tạo chính xác và lắp vào thân máy.
Loại xilanh khơng có ống lót được đúc bằng gang hợp kim hoặc hợp kim nhôm,
xung quanh xilanh có áo nước. Nếu bằng hợp kim nhơm cần phải pha các phần tử silic,
là kim loại rất cứng (động cơ Mercedes Bens, Porsch…). Sau khi đúc xong thân máy,
các xilanh được gia cơng mài bóng bằng các đá mài xoay tới kích thước cuối cùng, sau
đó mặt gương xilanh được xử lí bằng một loại hóa chất ăn mịn nhơm, chỉ để lại các
phần tử silic cứng nhơ ra. Piston và xecmăng sẽ trượt trên các phần tử silic ít ma sát và
ít mịn.

Hình 2.4. Thân động cơ và lót xylanh.
a. Lót xylanh đúc liền với khối xylanh;
b. Lót xylanh khơ;
c. Lót xylanh ướt; d. Đệm cao su kín nước
Trường hợp có ống lót (sơmi) lại chia thành sơ mi khô và sơmi ướt. Sơmi khô được

ép vào tiếp xúc với lỗ xilanh dọc suốt chiều dài sơmi. Sơmi ướt chỉ tiếp xúc với lỗ xilanh
ở phần đầu và phần thân phía dưới của sơmi. Vành A cao hơn ổ khoảng 0,06 ÷ 0,20 mm,
giúp xilanh kín khít sau khi lắp đệm và nắp xilanh lên trên mặt của vành. Mặt trên vành
A cịn có vành B hơi nhô lên nhằm bảo vệ để mép đệm của nắp xilanh không bị cháy.
Không gian chứa nước làm mát nằm ở giữa mặt ngoài của sơmi và các vách của khối
xilanh. Muốn tránh rò rỉ, người ta lắp các xecmăng cao su 2 vào các rãnh trên mặt ngồi
sơmi.

Hình 2.5: Các loại ống lót xylanh

18


2.4.2. Điều kiện làm việc
 Xilanh chịu các lực nén của khí cháy tác dụng vào thành, chịu lực ngang trong
quá trình vận động của piston, chịu ma sát mài mịn với xecmăng và chịu nhiệt độ cao
do khí cháy tạo ra. Chịu ăn mịn hố học và điện hóa học do nước làm mát có lẫn tạp
chất tuần hồn trong thân máy.

2.4.3. Yêu cầu







Ống lót phải có đủ độ cứng, độ bền, ít bị biến dạng, chịu được nhiệt và áp suất cao.
Vật liệu chế tạo phải có khả năng chống ăn mịn.
Bề mặt gờ tựa phải gia cơng thật chính xác

Bề mặt làm việc phải được gia cơng thật nhẵn bóng.
Khi lắp ráp phải bảo đảm kín nước (đối với ống xylanh ướt)
Hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ.

2.4.4. Hư hỏng thường gặp
Do phải làm việc trong điều kiện nặng nhọc với áp suất cao, nhiệt độ cao, ma sát
giữa xécmăng và xilanh lớn, điều kiện bôi trơn khó khăn nên bề mặt gương xilanh
thường bị mịn và mịn khơng đều. Nơi mịn nhiều nhất tương ứng với vị trí của
xécmăng thứ nhất khi píttơng ở điểm chết trên và giảm dần về phía dưới. Trong một số
trường hợp, mặt xilanh cịn có thể bị cào xước hoặc cháy rỗ, bị ăn mòn do nước làm
mát, bị nứt, vỡ…

2.5. Cacte
Làm nhiệm vụ bao kín các bộ phận chuyển động ở bên trong, đáy dùng để chứa
dầu bôi trơn cho động cơ.

1- Cacte dầu số 1 2- Cacte dầu số 2
A – Cacte dầu khơng có tấm ngăn B –
Cacte dầu có tấm ngăn
Hình 2.6. Cacte.

Để cacte nhẹ mà vẫn đủ độ cứng người ta làm thành cacte mỏng và làm thêm các
gân cứng vững. Đáy thường dập bằng thép lá dày 1 ÷ 2 mm.
Đáy và thân máy được bắt với nhau bằng bulơng, ở giữa có đệm. Hai phía đầu có
phớt để ngăn khơng cho dầu theo 2 đầu trục khuỷu lọt ra ngồi. Đáy cacte có nút tháo
dầu, trong đáy được chia làm nhiều ngăn để khi xe chạy trên đường dốc hãm phanh hoặc
tăng tốc dầu khơng dồn về một phía.
Cacte được kết nối với nửa dưới của hộp trục khuỷu qua trung gian của gioăng làm
kín. Cacte dùng để chứa dầu làm mát và bơi trơn khi động cơ làm việc, ngồi ra nó cịn
có tác dụng che kín các chi tiết bên trong hộp trục khuỷu.

19


Cacte của động cơ ô tô thường làm bằng thép cán, một số khác còn dùng hợp kim
gang hoặc hợp kim nhơm. Bên dưới có bố trí nút
xả nhớt, bên trong có bố trí một vách ngăn và
bên dưới vách ngăn bố trí lưới lọc của hệ thống
làm trơn. Vách ngăn dùng để giảm dao động của
nhớt khi xe chuyển động, đồng thời bảo đảm
được nhớt luôn luôn ngập lọc thô khi xe chuyển
động ở mặt đường nghiêng, khi phanh xe hoặc
tăng tốc.
Hình 2.7. Cacte chứa dầu bơi trơn động cơ.

2.6. Ổ đỡ trục – Bạc lót:
2.6.1. Cấu tạo –nhiệm vụ - phân loại
2.6.1.1. Cấu tạo:

Hình 2.8. Ổ đỡ trục và bạc lót
Bệ trục gồm 2 nữa lắp ghép với nhau bằng bulơng, bên trong có 2 nửa bạc lót,
nó được chế tạo bằng thép hoặc gang có tráng lớp hợp kim ba-bít nhiều thiết trên bề
mặt làm việc với bề dầy 5 – 10 mm chống mịn, vì ba-bít thiết có tính dẻo và chịu mài
mịn tốt. Song lớp tráng ba-bít chỉ đảm bảo sự hoạt động tin cậy khi áp suất riêng lên ổ
trục không cao hơn (176 – 245) x 104 N/m2 tương đương với (180 – 250) kg/ cm2 ở
nhiệt độ 100 0 C. Để lớp hợp kim chống ăn mịn khơng bị tróc ra người ta xẻ rãnh đi
én và có rãnh phân phối dầu bơi trơn. Phía dưới bệ đỡ có các gân gia cường để tăng độ
cứng cho ổ đỡ.
2.6.1.2. Nhiệm vụ:
 Dùng đỡ cốt máy, đảm bảo cho cốt máy quay tròn.

 Đối với ổ đỡ cuối máy, ngồi cơng dụng trên cịn có cơng dụng chịu lực dọc trục.

20


2.6.1.3. Phân loại:
 Ổ đỡ thường: Nắp ổ đỡ, bulông hoặc tán xiết lắp ở trên loại này dùng cho
động cơ cỡ lớn
 Ổ đỡ treo: Nắp ổ đỡ, bulông hoặc tán xiết lắp ở dưới loại này dùng cho động
cơ nhỏ và vừa

2.6.2. Điều kiện làm việc:
 Chịu trọng lượng của cốt máy, lực quán tính, lực khí cháy truyền từ piston
 Chịu ứng suất nhiệt lớn
 Chịu lực xiết của các bulơng, đai ốc.
 Chịu ăn mịn do ma sát và ăn mịn hố do nhớt có lẫn tạp chất.
 Chịu nhiệt độ cao
 Chịu lực dọc trục.

2.6.3. u cầu:
 Bệ đỡ phải có đủ cường độ, khơng biến dạng, chịu được lực kéo, nén, chấn động,
chịu ma sát và chịu được nhiệt độ cao,áp suất cao.
 Các bề mặt phải gia cơng chính xác.
 Vật liệu chế tạo phải có tính chất chống ăn mịn.
 Hệ số giãn nỡ vì nhiệt nhỏ.

2.6.4. Hư hỏng thường gặp:
 Bị cào sướt, cháy rỗ,ø mài mịn
 bulơng, đai ốc bị biến dạng hoặc hư ren
 Các gối trục bị lệch tâm.

2.7. Gugiông
2.7.1. Cấu tạo –nhiệm vụ - phân loại
Gugiông là chi tiết hình trụ trịn bằng thép 2 đầu có ren dùng để lắp ghép 2 chi tiết
lại với nhau ví dụ như nắp máy và thân máy, co hút và nắp máy, co thốt và nắp máy…

Hình 2.9: Gugiơng
Gugiơng thường được làm bắng thép hình trụ trịn, có một số ít làm bằng hợp kim
đồng khi vị trí làm việc có mơi trường ăn mịn bởi acid.

2.7.2. Điều kiện làm việc
Gugiông lắp ghép giữa nắp máy và thân máy bị lực khí thể kéo dãn với giá trị rất
lớn đồng thời chịu chấn động mạnh khi động cơ làm việc.
21


Hình 2.10. Gugiơng liên kết nắp xilanh, cổ xả.

2.7.3. u cầu
 Gugiơng có đủ bền, khơng biến dạng, chịu được kéo, chấn động.
 Vật liệu chế tạo phải có tính chất chịu ứng suất lắp ghép, chịu nhiệt tốt.

2.7.4. Hư hỏng thường gặp:
Gugiông chịu lực lớn thường bị đứt, gãy, phần ren lắp ghép bị phá huỷ.

CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu 1. Trình bày kết cấu của thân máy.
Câu 2. Trình bày kết cấu của nắp máy xăng.
Câu 3. Trình bày kết cấu của nắp máy diesel.
Câu 4. Trình bày nhiệm vụ, điều kiện làm việc và kết cấu của xilanh?

Câu 5. Phân tích kết cấu cacte.
Câu 6. Trình bày kết cấu gioăng nắp máy và gugiông.

22


Chương 3: NHÓM PISTON – NHÓM THANH TRUYỀN
– TRỤC KHUỶU – BÁNH ĐÀ
3.1. Piston
3.1.1. Cấu tạo - Nhiệm vụ - Phân loại:

Hình 3.1: Cấu tạo piston
A. Đỉnh; B. Phần thân piston; C. Phân đuôi piston; D. Lỗ chốt; 1. Cạnh vung dầu;
2. Rãnh đặt xecmăng dầu; 3. Rãnh lắp vòng găng hãm chốt piston ; 4. Lỗ khoan để dẫn
dầu đến chốt piston ; 5. Lỗ khoan dẫn dầu ; 6. Rãnh lắp xecmăng khí ; 7. Đỉnh lõm ; 8.
Gân gia cố và cân bằng đuôi.
3.1.1.1. Cấu tạo - Nhiệm vụ
a) Phần đỉnh piston
Phần đỉnh piston là từ giới hạn trên cùng đến mép trên của xecmăng khi thứ nhất. Định
piston chịu sự tác động đồng thời của lực khí cháy ([100 –150] kg/ cm2) và nhiệt độ cao do
đó một số đỉnh piston cịn được làm mát bằng dầu và mạ crôm để tăng độ cứng và chịu
nhiệt tốt. Đỉnh piston có các cơng dụng sau:
 Đỉnh piston cùng với ống lót xylanh và nắp xylanh hình thành buồng đốt.
 Nhận áp lực khí cháy truyền qua thanh tuyền tác dụng lên cốt máy để sinh công.
 Nhận nhiệt và truyền nhiệt ra mơi trường bên ngồi.
b) Phần thân piston
Phần thân piston là từ mép trên của xecmăng khí thứ nhất đến mép trên của xecmăng
dầu trên cùng. Phần này có phay các rãnh để lắp xecmăng khí. Phần này có nhiệm vụ như
sau:
 Phần này có phay các rãnh để lắp xecmăng khí có tác dụng làm kín khí cho buồng đốt.

 Nhận nhiệt và truyền nhiệt ra mơi trường bên ngồi.
c) Phần đi piston
Phần cịn lại được cấu tạo lồi vào bên trong để lắp ăc piston và có phay các rãnh để lắp
xecmăng dầu có một số nhiệm vụ như sau:
 Là phần định hướng cho piston chuyển động
 Có tác dụng tạo thành màn dầu bôi trơn cho xylanh, piston và gạt dầu không cho
dầu lên trên buồng đốt.
23


3.1.1.2. Phân loại:
a) Căn cứ vào hình dạng đỉnh piston:
 Piston đỉnh lõm:Thường dùng trong động cơ xăng có buồng đốt chỏm cầu và
động cơ diesel có buồng đốt dự bị hoặc xốy lốc. Loại đỉnh này có diện tích chịu nhiệt lớn,
nhưng có ưu điểm là tạo ra xốy lốc nhẹ khi nén và cháy.

Hình 3.2: Các dạng đỉnh lõm piston
 Piston đỉnh lồi: Loại này có độ cứng vững cao, do đó khơng cần chế tạo thêm
các đường gân gia cường ở phía trong piston nên trọng lượng piston nhẹ. Đỉnh loại này ít
kết muội than, nhưng do diện tích chịu nhiệt lớn nên cũng có ảnh hưởng đến quá trình làm
việc của piston. Loại này thường sử dụng trong động cơ xăng có buồng đốt chỏm cầu có
xupáp treo và trong động cơ diesel 2 kỳ.
 Piston đỉnh bằng: Là loại được dùng phổ biến nhất trong động cơ cỡ nhỏ và
vừa. Nó có diện tích chịu nhiệt bé nhất, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Vì vậy nó được sử
dụng rộng rãi trong động cơ xăng và động cơ diesel có bồng đốt phụ hoặc xoáy lốc.
b) Căn cứ vào vật liệu chế tạo: Người ta chi ra làm 2 loại:

 Piston gang: Thông thường piston gang thường được sử dụng cho những động
cơ thấp tốc hay trung bình có khả năng chịu mài mịn, có tính năng cơ học cao dưới điều
kiện nhiệt độ tăng. Vì gang có ưu điểm là hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ, chịu mài mịn và ma

sát ở nhiệt độ cao mà độ cứng của kim loại vẫn bảo đảm. Nhưng gang có nhược điểm là
trong lượng riêng nặng và hệ số truyền nhiệt kém.
 Piston nhôm: Thông thường piston nhôm thường được sử dụng cho những động
cơ có tốc độ cao, piston được chế tạo từ hợp kim AM 12, AK2 có tỉ trọng nhỏ, độ giãn nở
nhiệt cao, nên giảm được ứng suất phụ do lực ỳ gây ra. Tuy nhiên piston nhơm có khả năng
chịu mài mòn và cứng vững ở điều kiện nhiệt độ cao kém. Đồng thời hợp kim nhơm có hệ
số giãn nở tuyến tính lớn hơn gang từ 2 – 2,5 lần, do đó piston nhơm khi lắp vào xylanh
phải để độ hở lắp ghép lớn,. Như vậy việc sử dụng piston bằng hợp kim nhôm sẽ hạ thấp
nhiệt độ của piston, nhưng làm cho khe hở trong xylanh tăng lên, khí dễ bị lọt xuống carte,
piston va chạm vào thành xylanh và làm cho khả năng khởi động ở thời kỳ khởi động xấu
đi.
24