Nguyên lý-Các bộ phận chính động cơ
CHƯƠNG 2
NGUYÊN LÝ-CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ

A. KHÁI QUÁT
Ôtô là loại phương tiện vận tải đường bộ, rất cơ động và phạm vi sử dụng rất rộng. Ôtô đóng một vai
trò to lớn trong sự nghiệp phát triển nền kinh tế quốc dân, quốc phòng. Động cơ là nguồn động lực để
cho ôtô chuyển động. Nó có thể động cơ xăng, Diesel, động cơ ga, động cơ điện, động cơ sử dụng
Hydro lỏng…
Động cơ sử dụng trên ôtô là động cơ đốt trong kiểu piston, nhiên liệu sử dụng chính là xăng hoặc
diesel. Về sự hoạt động, hai loại động cơ này có kết cấu và nguyên lý hoạt động gần giống nhau,
chúng khác nhau về phương pháp đốt cháy nhiên liệu.
Động cơ xăng và Diesel là động cơ nhiệt, chúng biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng và
từ nhiệt năng biến thành cơ năng để truyền công suất cho ôtô hoạt động.
Động cơ xăng có tốc độ cao, rất cơ động, công suất phát ra lớn, buồng đốt gọn, được sử dụng phổ biến
ở các loại ôtô con và ôtô tải nhỏ.
Động cơ Diesel có hiệu suất nhiệt lớn, tiết kiệm nhiên liệu, tốc độ động cơ chậm hơn động cơ xăng.
Nó có khuyết điểm là tốc độ động cơ thấp, trọng lïng động cơ nặng, dao động mạnh và tiếng ồn lớn.
Nó được dùng để dẫn động trên các loại ôtô buýt, ôtô tải, các loại phương tiện thương mại…

B. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ
1. ĐƯỜNG KÍNH XY LANH D
Đường kính xy lanh của động cơ được tính bằng mi li mét.
2. ĐIỂM CHẾT
Điểm chết: là nơi thay đổi chiều
chuyển động của piston. Có hai điểm
chết: Điểm chết trên (ĐCT) và điểm
chết dưới (ĐCD).
3. HÀNH TRÌNH PISTON
Hành trình piston S: là khoảng cách
giữa điểm chết trên và điểm chết
dưới.
4. THỂ TÍCH CÔNG TÁC V
h

Là khoảng không gian giới hạn giữa
điểm chết trên và điểm chết dưới.
Khi thể tích công tác càng cao thì
công suất động cơ càng lớn.

V
h
= S
D

V
i
= V
h
. i
- Vơiù i là số xy lanh của động cơ.
8. TỈ SỐ NÉN ε
Tỉ số nén là tỉ số giữa thể tích toàn phần và thể tích buồng
đốt của động cơ.
ε = ( Vh + Vc )/ Vc = 1 + Vh/Vc.
Tỉ số nén là thông số rất quan trọng của một động cơ. Khi tỉ số nén của động cơ càng lớn, hiệu suất
nhiệt và công suất động cơ cao. Tỉ số nén của động cơ xăng ε < 12 bò giới hạn bởi hiện tượng cháy
sớm và cháy kích nổ. Khác với động cơ xăng, động cơ Diesel tỉ số nén động cơ phải lớn để đảm bảo
áp suất và nhiệt độ trong xy lanh ở cuối kỳ nén đủ lớn, để nhiên liệu khi phun vào buồng đốt với áp
suất cao có khả năng tự cháy (ε = 14 – 22 ). Ngày nay, người ta cố gắng nâng tỉ số nén của động cơ
xăng bằng cách điều khiển tỉ lệ không khí nhiên liệu và thời điểm đánh lửa sớm bằng máy tính.
C. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ
I. ĐỘNG CƠ XĂNG 4 KỲ 1 XY LANH
Chu kỳ làm việc của động cơ xăng 4 kỳ gồm 4 quá trình. Quá trình nạp, quá trình nén, quá trình cháy
và quá trình thải. 2. QUÁ TRÌNH NÉN
Khi piston từ điểm chết dưới đi lên thì chấm dứt kỳ nạp và kỳ nén bắt đầu, lúc này xú pap nạp đóng,
xú pap thải vẫn tiếp tục đóng. Chuyển động quay của trục khuỷu làm cho piston đi lên điểm chết trên
nén hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong xy lanh.
Quá trình nén là một quá trình quan trọng. Khi áp suất nén càng cao, áp suất sinh ra trong quá trình
cháy càng lớn, công suất động cơ sinh ra lớn và động cơ tiết kiệm được nhiên liệu.
3. QUÁ TRÌNH CHÁY
Khi piston lên gần đến điểm chết trên ở cuối quá trình nén, lúc này tia lửa điện bu gi được cung cấp từ
hệ thống đánh lửa đốt cháy hỗn hợp trong xy lanh. Khi cháy chất khí trong xy lanh giãn nở nhanh

34
Nguyên lý-Các bộ phận chính của động cơ
 Khi piston gần điểm chết trên ở cuối quá trình thải, xú pap nạp mở. Góc này được gọi là góc mở
sớm của xú pap nạp. Mục đích của việc mở sớm xú pap nạp là khi piston ở điểm chết trên, độ mở
của xú pap nạp đủ lớn để đảm bảo nạp đầy hỗn hợp.
 Ở quá trình nạp, khi piston xuống điểm chết dưới, áp suất trong xy lanh vẫn bé hơn áp suất của
môi trường. Vì vậy, để nạp thêm người ta thực hiện xú pap nạp đóng trễ sau điểm chết dưới để tận
dụng sự chênh áp và quán tính của dòng không khí nạp. Ở đồ thò trên, góc mở sớm của xú pap nạp
là 6° và đóng trễ là 40°.
 Ở quá trình nén, khi piston lên gần đến điểm chết trên, tia lửa điện bu gi nẹt ra. Góc đánh lửa
trước điểm chết trên được gọi là góc đánh lửa sớm. Mục đích của việc đánh lửa sớm là đảm bảo
áp suất cháy đạt cực đại sau điểm chết trên một góc là 10° để công suất của động cơ đạt được tối 35
Nguyên lý-Các bộ phận chính của động cơ

1. QUÁ TRÌNH NẠP
Khi trục khuỷu chuyển động, thanh
truyền kéo piston dòch chuyển từ trên
xuống, xú pap nạp mở và xú pap thải
đóng. Độ chân không trong xy lanh
hút không khí sạch từ bên ngoài đi
qua xú pap nạp để nạp vào xy lanh
động cơ.

cao và nhiên liệu sẽ tự bốc cháy.
Khi nhiên liệu cháy làm cho áp
suất và nhiệt độ trong buồng đốt
phụ tăng nhanh và nó bò đẩy ra
buồng đốt chính. Tại buồng đốt
chính, nhiên liệu hoà trộn với
không khí và tiếp tục cháy trong
thời gian rất nhanh chóng.
Áp suất cháy sẽ đẩy piston di
chuyển và qua trung gian của thanh
truyền sẽ làm cho trục khuỷu quay
để truyền công suất cho ôtô.
4. QUÁ TRÌNH THẢI
Piston từ điểm chết dưới di chuyển
lên điểm chết trên, xú pap nạp
đóng và xú pap thải mở. Khi piston
đi lên đỉnh piston sẽ đẩy khí cháy
trong xy lanh qua xú pap thải thoát
ra ngoài.
Khi piston dòch chuyển từ trên
xuống quá trình nạp được thực hiện
và chu kỳ thứ hai được tiếp diển.

Khi động cơ thực hiện 4 kỳ: nạp, nén, nổ và thải, trục khuỷu quay hai vòng và chỉ có một lần sinh

lanh
Lực piston đẩy khí cháy ra khỏi xy
lanh
Điều tiết công
suất
Điều khiển lượng hỗn hợp không
khí – nhiên liệu cung cấp
Điều khiển lượng nhiên liệu phun.

III. ĐỘNG CƠ NHIỀU XY LANH TRÊN ÔTÔ
Trên ôtô, động cơ thường có nhiều xy lanh. Số xy lanh có thể là 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12… Khi số xy lanh
càng tăng thì công suất của động cơ càng cao. Các xy lanh của động cơ có thể bố trí thành một hàng,
theo hình chữ V, hình sao hoặc bố trí đối xứng.
2. ĐỘNG CƠ 4 KỲ, 6 XY LANH THẲNG HÀNG
Động cơ 4 kỳ, 6 xy lanh, thứ tự công tác thông dụng là 1–5–3–6–2–4. Góc lệch công tác 720° : 6 = 120°
0 180 360 540 720°
Xyl 1
Nổ Thải Nạp Nén
Xyl 2
Thải Nạp Nén Nổ

Xyl 3
Nén
Nổ Thải Nạp
Xyl 4
Thải Hút Nén Nổ
Xyl 5
Nén Nổ Thải Nạp

Xyl 6
Nạp Nén Nổ Thải

3. ĐỘNG CƠ 4 KỲ, 8 XY LANH BỐ TRÍ DẠNG CHỮ V
Người ta bố trí động cơ hình chữ V với mục đích là rút ngắn chiều dài của động cơ. Ở động cơ chữ V8


Nén Nổ Thải Nạp

Nổ Thải Nạp Nén
2
3
4
5
6
7
8

IV. NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ XĂNG 2 KỲ 1 XY LANH
Động cơ xăng 2 kỳ có các đặc điểm sau:
 Dùng các cửa thải và nạp để thay thế cho các xú pap.
 Hỗn hợp không khí nhiên liệu nạp vào xy lanh do sự nén hỗn hợp từ các-te của động cơ.
 Để bôi trơn piston, xéc măng và xy lanh người ta dùng biện pháp pha nhớt vào xăng.
 Các-te của động cơ dùng để chứa hỗn hợp khí.
1. KỲ THỨ 1
 Giả sử piston ở ngay thời điểm đánh lửa sớm, tia lửa điện bu gi nẹt ra đốt cháy hỗn hợp không khí
và nhiên liệu. Khi nhiên liệu cháy, áp suất cháy đẩy piston di chuyển từ trên xuống.
 Khi piston đi xuống đầu piston mở cửa thải và khí cháy từ trong xy lanh thoát ra ngoài ống giảm
thanh do sự chênh lệch áp suất. Giai đoạn này được gọi là thải tự do.
 Cũng trong giai đoạn này, khi piston đi xuống đuôi piston đóng cửa nạp và bắt đầu nén hỗn hợp
không khí-nhiên liệu bên dưới các-te. Khi đầu piston mở cửa nối thông từ xy lanh đến cater thì hỗn
hợp sẽ được nạp vào xy lanh động cơ và nó sẽ tiếp tục quét khí cháy từ trong xy lanh thoát ra
ngoài. Giai đoạn này được gọi là thải cưỡng bức. 40
41
Nguyên lý-Các bộ phận chính của động cơ
Nhận xét:
Chu kỳ công tác của động cơ xăng hai kỳ được thực hiện trong hai hành trình, tương ứng một vòng
quay của trục khuỷu.
Do các-te chứa hỗn hợp không khí nhiên liệu. Vì vậy để làm trơn các chi tiết như trục khuỷu, thanh
truyền, piston, xéc măng, lòng xy lanh… phải pha nhớt vào nhiên liệu.
Trong giai đoạn thải cưỡng bức, một phần hỗn hợp theo khí thải ra ngoài. Vì vậy, động cơ này hao
nhiên liệu, đồng thời chất lượng làm trơn kém hơn động cơ 4 kỳ nên nó thường được sử dụng cho các
loại xe mô tô gắn máy.
V. ĐỘNG CƠ PISTON QUAY
Năm 1954 NSU-Wankel chế tạo thành công động cơ Wankel có piston hình tam giác chuyển động
quay, nhiên liệu sử dụng là xăng. Nó được chế tạo nhằm để khắc phục các nhược điểm của động cơ
kiểu piston như trong cơ cấu không có các chi tiết chuyển động tònh tiến, trục khuỷu động cơ đơn giản
hơn, số lượng chi tiết giảm đi rất nhiều.
Sau một khoảng thời gian ứng dụng và phát triển, động cơ này không được phát triển vì nó có quá

D. CẤU TRÚC CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG
Động cơ xăng bao gồm các bộ phận chính và các hệ thống phụ.
Bộ phận chính bao gồm: Thân máy, nắp máy, piston, thanh truyền, trục khuỷu, bánh đà… và cơ cấu
phân phối khí.
Các hệ thống phụ gồm: Hệ thống làm trơn, hệ thống làm mát, hệ thống nạp và thải, hệ thống nhiên
liệu và hệ thống điện động cơ.
Bộ phận chính có thể chia làm các bộ phận cố đònh, các bộ phận di động và cơ cấu phân phối khí.

Thân máy và nắp máy.
Các piston và các thanh truyền.
Bộ phận chính Trục khuỷu và bánh đà.
Cơ cấu phân phối khí.
Các-te chứa nhớt.
Động cơ xăng
Hệ thống làm trơn.
Hệ thống làm mát.
Hệ thống phụ Hệ thống nạp và thải.
Hệ thống nhiên liệu.
Hệ thống điện động cơ.
Ống lót khô không trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát. Nó được ép chặt vào xy lanh.
Ống lót ướt được lắp tiếp xúc với nước làm mát. Loại này phải làm kín tốt để ngăn ngừa nước làm mát
rò rỉ xuống hộp trục khuỷu. Ống lót ướt rất dễ dàng sửa chữa thay thế.
HỘP ĐỢ TRỤC KHUỶU
Hộp đỡ trục khuỷu dùng để gá lắp trục khuỷu. Số lượng các ổ trục chính để gá lắp trục khuỷu phụ
thuộc vào chiều dài của trục khuỷu và sự bố trí xy lanh.
44
Nguyên lý-Các bộ phận chính của động cơ
. .

3. JOINT NẮP MÁY
Joint nắp máy được đặt giữa khối xy lanh và nắp máy. Nó dùng để làm kín buồng đốt, làm kín đường
nước làm mát và dầu nhớt làm trơn.
Joint nắp máy chòu được nhiệt độ cao và áp suất lớn. Cấu trúc của nó gồm một lớp thép mỏng đặt ở
giữa , hai bề mặt của tấm thép được phủ một lớp carbon và một lớp bột chì để ngăn cản được sự kết

45
Nguyên lý-Các bộ phận chính của động cơ
dính giữa joint với bề mặt khối xy lanh và thân máy. Nó cũng được chế tạo bằng thép, aminian bọc
đồng hoặc nhôm
4. NẮP MÁY
Nắp máy được bố trí trên thân máy, phần lõm bên dưới nắp máy chính là các buồng đốt của động cơ.
Nắp máy chòu áp lực và nhiệt độ cao trong suốt quá trình động cơ hoạt động.
Nó được chế tạo bằng hợp kim gang hoặc bằng hợp kim nhôm. Trong nắp máy có bố trí các đường
nước làm mát. Các bu gi, xú pap, trục cam, đường ống nạp, đường ống thải… được bố trí và gá lắp
trên nắp máy.

Tuỳ theo sự bố trí các xú pap và số lượng của chúng, buồng đốt trên nắp máy có các dạng cơ bản sau:


BUỒNG ĐỐT KIỂU PENTROOF
Ngày nay, loại buồng đốt này được sử dụng khá phổ biến, mỗi xy lanh động cơ được bố trí hai xú pap
nạp và hai xú pap thải. Bu gi được đặt thẳng đứng và ở giữa buồng đốt giúp cho quá trình cháy được
xảy ra tốt hơn. Hai trục cam bố trí trên nắp máy, một trục điều khiển các xú pap nạp và trục cam còn
lại điều khiển các xú pap thải.
II. CÁC BỘ PHẬN DI ĐỘNG
Các bộ phận di động bao gồm: Piston, xéc măng, trục piston, thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà.
1. TRỤC KHUỶU
Trục khuỷu là chi tiết quan trọng và phức tạp của động cơ. Nó tiếp nhận lực đẩy của thanh truyền và
truyền cho bánh đà.
Trục khuỷu làm bằng thép rèn chất lượng cao để đảm bảo được độ cứng vững và mài mòn tốt.
Trục khuỷu được đặt trong các ổ trục chính ở thân máy. Để dễ dàng tháo lắp trục khuỷu, ổ trục chính
chia làm hai nửa và được lắp ghép lại với nhau bằng vít.
 Đầu trục khuỷu được lắp bánh xích hoặc bánh đai răng để dẫn động cơ cấu phân phối khí. Ngoài
ra, nó còn dẫn động bơm trợ lực lái, máy nén hệ thống điều hoà, bơm nước, máy phát điện…
 Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà và để đỡ đầu trục sơ cấp hộp số.
 Các cổ trục chính và chốt khuỷu được gia công rất chính xác và có độ bóng cao. Dầu nhờn từ thân

BẠC LÓT CHÍNH
Bạc lót chính dùng để đỡ cổ trục chính của trục khuỷu. Các bạc lót chính được chia làm hai nửa hình
tròn bao xung quanh cổ trục chính.
Nửa phía trên của bạc lót có một hoặc nhiều lỗ dầu dùng để dẫn nhớt từ thân máy đến cổ trục. Nó
được gá lắp vào nửa ổ trục trên thân máy.
Nửa phía dưới được lắp vào nắp của bợ trục. Thông thường nửa bạc lót trên và dưới không thể lắp lẫn
với nhau được. Trên mỗi nửa bạc lót có vấu đònh vò để chống xoay.
Lớp hợp kim chòu ma sát là vật liệu mềm, nó có thể là hợp kim trắng, Kelmet hoặc hợp kim nhôm.
 Hợp kim trắng: Vật liệu hợp kim
chòu ma sát gồm thiếc, chì,
antimon, kẽm và một số loại khác.
Loại này chòu ma sát tốt, nhưng độ
bền thấp, do đó nó được sử dụng ở
động cơ có tải nhỏ.
 Hợp kim Kelmet: Loại này trên
miếng thép được phủ một lớp đồng
và hợp kim chì. Có khả năng chòu
áp suất và chòu mỏi lớn hơn loại
dùng hợp kim trắng. Nó được sử
dụng trong động cơ có số vòng
quay cao và tải trọng lớn.

48
Nguyên lý-Các bộ phận chính của động cơ
 Hợp kim nhôm: Lớp hợp kim chòu ma sát gồm hợp kim nhôm và thiếc. Loại này có khả năng chòu
mòn rất cao và truyền nhiệt lớn hơn hợp kim trắng và kelmet. Vì vậy, nó được sử hầu hết trong
các loại động cơ xăng.
BẠC LÓT THANH TRUYỀN
Các bạc lót thanh truyền giống như bạc lót cổ trục chính về mặt kết cấu. Một nửa miếng bạc lót lắp
trên thanh truyền và nửa còn lại lắp trên nắp đầu to thanh truyền.

truyền được chia làm hai nửa được lắp ghép với chốt
khuỷu, phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to thanh truyền
được gọi là thân thanh truyền.
Dầu nhờn từ cổ trục chính đi qua đường ống dẫn trong
trục khuỷu đến bôi trơn đầu to thanh truyền, sau đó đi
ra hai mép đầu to để bôi trơn xy lanh-piston dưới tác
dụng của lực li tâm.

49
Nguyên lý-Các bộ phận chính của động cơ
Bên hông đầu to thanh truyền có bố trí một lỗ dầu, dùng để làm mát đỉnh piston khi lỗ dầu trên chốt
khuỷu trùng với lỗ dầu trên đầu to thanh truyền.
3. BÁNH ĐÀ
Bánh đà chế tạo bằng gang và được bố trí ở đuôi
trục khuỷu. Động cơ sử dụng hộp số tự động, nó là
một vành mỏng kết hợp với biến mô thuỷ lực. Khi số
xy lanh của động cơ càng cao, khối lượng của bánh
đà càng nhỏ.
Bánh đà dùng để ổn đònh số vòng quay trục khuỷu ở
tốc độ bé nhất. Ngoài ra, nó còn dùng để khởi động
và truyền công suất đến hệ thống truyền lực.
4. PISTON
Trong quá trình làm việc, piston chuyển động lên xuống trong xy lanh để tạo ra các quá trình. Đỉnh
piston tiếp nhận lực khí cháy để làm quay trục khuỷu qua trung gian của thanh truyền và trục piston.
Đỉnh piston là phần trên cùng của piston, đồng thời nó cũng là đáy của buồng đốt. Đỉnh piston có dạng
đỉnh bằng, lồi hoặc lõm.


Đuôi piston là phần còn lại của piston, nó dùng để dẫn hướng. Sự mài mòn nhiều nhất của phần thân
xảy ra theo phương vuông góc với tâm trục piston.
Thân piston có dạng oval, đường kính theo phương vuông góc với trục piston hơi lớn hơn đường kính
theo phương song song với trục piston, để bù lại sự giãn nở nhiệt do phần kim loại bệ trục piston dày
hơn các chỗ khác.
Khi piston làm việc ở nhiệt độ bình thường thì nó có dạng hình trụ.

KHE HỞ PISTON
Khi piston chòu tác dụng của nhiệt độ, nó sẽ giãn nở làm cho đường kính của piston gia tăng. Do Đó,
cần thiết phải có một khe hở để đảm bảo piston chuyển động trong xy lanh khi làm việc. Khe hở này
được gọi là khe hở piston.
Khe hở này phụ thuộc vào kiểu động cơ, nó nằm trong khoảng 0,02 mm đến 0,12 mm.
Ở cuối kỳ nén, áp suất nén tác dụng lên đỉnh piston mạnh nên làm cho piston chuyển hướng tiếp xúc.
Khi quá trình cháy xảy ra, dưới tác dụng của áp suất cháy, chiều của lực ngang sẽ thay đổi sang trái.
Do có sự đổi hướng trước ở cuối quá trình nén, nên piston không có sự thay đổi chiều đột ngột.
Nguyên nhân này làm giảm sự va đập của piston vào vách xy lanh.
5. XÉC MĂNG
Các xéc măng được bố trí bên trong các rãnh của piston. Đường kính ngoài của xéc măng hơi lớn hơn
đường kính ngoài của piston. Khi lắp cụm piston–xéc măng vào xy lanh, lực đàn hồi của xéc măng sẽ
làm cho bề mặt làm việc của xéc măng áp sát vào vách xy lanh.
Vật liệu chế tạo xéc măng là vật liệu chống mài mòn cao, nó thường là gang hợp kim hoặc thép hợp
kim.

52
Nguyên lý-Các bộ phận chính của động cơ
53
Nguyên lý-Các bộ phận chính của động cơ
KHE HỞ MIỆNG XÉC MĂNG
Xéc măng lắp vào xy lanh phải tồn tại khe hở miệng. Khe hở này phải nhỏ để đảm bảo làm kín khi
nhiệt độ động cơ đạt bình thường. Khe hở miệng của xéc măng nằm trong khoảng 0,2 đến 0,5mm.
6. TRỤC PISTON
Trục piston kết nối piston với đầu nhỏ thanh
truyền. Nó dùng để truyền chuyển động từ piston
đến thanh truyền và ngược lại. Có hai kiểu lắp
ghép trục piston.
 Cố đònh trục piston trong đầu nhỏ thanh truyền
bằng cách ghép độ dôi hoặc dùng bu lông.
 Kiểu ghép thứ hai: trục piston xoay được trong
lỗ trục piston và đầu nhỏ thanh truyền. Đối với
loại này phải hạn chế chuyển động dọc của
trục piston bằng cách dùng khoen chận ở hai
đầu trục.