Bài giảng Kỹ thuật động cơ

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN 
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC 
BÀI GIẢNG 
 HỌC PHẦN: KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ 
 SỐ TÍN CHỈ: 03 
 LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY 
 NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ 
Hưng Yên - 2015 
 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN 
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC 
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG 
 HỌC PHẦN: KỸ THUẬT 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, năm 2015 
 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 như 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 tượng 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 nước 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 
được hơi nước có áp suất và nhiệt độ cao. Còn giai đoạn thứ hai là quá trình giãn nở của 
hơi nước 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 dưới đây, hình 1-1. 
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 
tượng khảo sát của chuyên ngành máy tuabin. 
Động cơ nhiệt 
Động cơ đốt ngoài Động cơ đốt trong 
Kiểu pít tông 
iston 
Kiểu tuabin Kiểu pít tông Kiểu tuabin Kiểu rô to 
 2 
1.2. So sánh động cơ đốt trong với các loại động cơ nhiệt khác 
Ƣu điểm Nhƣợc điểm 
- Hiệu suất có ích e 
lớn nhất, có thể đạt tới 50% 
hoặc hơn nữa. Trong khi đó, 
máy hơi nước cổ điển kiểu 
pít tông chỉ đạt khoảng 16%, 
tuabin hơi nước từ 22 đến 
28%, còn tuabin khí cũng chỉ 
tới 30%. 
- Kích thước và trọng 
lượng nhỏ, công suất riêng 
lớn. Do đó, động cơ đốt 
trong rất thích hợp cho các 
phương tiện vận tải với bán 
kính hoạt động rộng. 
- Khởi động, vận hành 
và chăm sóc động cơ thuận 
tiện, dễ dàng. 
- Khả năng quá tải kém, cụ thể không quá 10% 
trong 1 giờ. 
- Tại chế độ tốc độ vòng quay nhỏ, mô men sinh 
ra không lớn. Do đó, động cơ không thể khởi động 
được khi có tải và phải có hệ thống khởi động riêng. 
- Công suất cực đại không lớn. Ví dụ, một trong 
những động cơ lớn nhất thế giới là động cơ của hãng 
MAN B&W có công suất 68.520 kW (số liệu 1997), 
trong khi tuabin hơi bình thường cũng có công suất tới 
vài chục vạn kW. 
- Cấu tạo phức tạp, giá thành chế tạo cao. 
- Nhiên liệu cần có những yêu cầu khắt khe như 
hàm lượng tạp chất thấp, tính chống kích nổ cao, tính 
tự cháy cao... nên giá thành cao. Mặt khác, nguồn 
nhiên liệu chính là dầu mỏ ngày một cạn dần. Theo dự 
đoán, trữ lượng dầu mỏ chỉ đủ dùng cho đến giữa thế 
kỷ 21. 
- Ô nhiễm môi trường do khí thải và ồn. 
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 
Theo cách thực 
hiện chu trình 
công tác 
 Động cơ bốn kỳ: Là động cơ có chu trình công tác thực hiện sau bốn 
hành trình của pít tông hay hai vòng quay của trục khuỷu. 
 Động cơ hai kỳ: Là động có chu trình công tác thực hiện sau hai hành 
trình của pít tông hay một vòng quay của trục khuỷu. 
 Động cơ nhiên liệu lỏng: như xăng, điêzen (diesel), cồn pha xăng 
 3 
Theo nhiên liệu 
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)... 
Động cơ nhiên liệu kép (Dual Fuel) ví dụ như động cơ gas+ xăng, ga 
+ điêzen (diesel) 
 Động cơ đa nhiên liệu (Multi Fuel) như động cơ có thể dùng được cả 
điêzen (diesel) và xăng, hoặc động cơ dùng cả xăng và khí đốt. 
Theo phương 
pháp hình thành 
khí hỗn hợp 
 Hình thành hỗn hợp bên ngoài xy lanh như động cơ xăng dùng bộ 
chế hòa khí hoặc hệ thống phun xăng gián tiếp (phun vào đường nạp). 
Hình thành hỗn hợp bên trong xy lanh như động cơ điêzen (diesel) 
hay động cơ phun xăng trực tiếp (Gasoline Direct Injection - GDI) 
vào xy lanh. 
Theo phương 
pháp đốt cháy 
hỗn hợp 
Động cơ đốt cháy cưỡng bức như động cơ xăng. 
Động cơ cháy do nén như động cơ điêzen (diesel). 
Theo phương 
pháp nạp 
Động cơ không tăng áp: không khí hay hỗn hợp được hút vào xy lanh 
bởi sự chênh áp giữa đường nạp và xy lanh. 
Động cơ tăng áp: không khí hay hỗn hợp được nén trước 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 được 
30
n.S
cm (m/s) với S là 
hành trình pít tông (m) và n là tốc độ vòng quay của trục khuỷu (v/ph). Theo cm người ta 
phân loại động cơ như sau: 
Động cơ tốc độ thấp 3,5 m/s cm 6,5 m/s 
Động cơ tốc độ trung 
bình 
6,5 m/s cm 9 m/s 
Động cơ cao tốc cm 9 m/s 
Theo dạng chuyển động 
của pít tông 
Động cơ pít tông tịnh tiến thường gọi ngắn gọn là động cơ pít 
tông. Đa số động cơ đốt trong là động cơ pít tông. 
 4 
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 
 Động cơ chữ V 
 Động cơ đối đỉnh 
 Động cơ hình sao 
Hình 1-2: Động cơ thằng hàng 
Hình 1-3: Động cơ chữ V 
Hình 1-4: Động cơ đối đỉnh 
Hình 1-5: Động cơ 
hình sao 
 5 
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 lượng: 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 nước, bơm nước, áo nước, van hằng nhiệt, đường ống nước 
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 
Hình 1-6: Cấu trúc động cơ 4 kỳ 
1. Trục khuỷu 2. Thanh truyền 
3. Xy lanh 4. Pít tông 
5. Xuppap nap 6. Họng hút 
7.Trục cam nạp 8.Trục cam xả 
9. Xuppap xả 10.Nắp máy 
11. Đường ống xả 
1
2
3
456
§CT
§CD
S
D
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 
1.4.2. Các khái niệm và thông số cơ bản của động cơ đốt trong 
Dựa vào lược đồ hình 1-7. Ta có thể đưa 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 như 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. 
Như vậy pít tông có 2 điểm chết (hình 1.8) là điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết dưới 
(ĐCD). Điểm chết trên của pít tông là điểm mà pít tông cách xa đường tâm trục khuỷu 
nhất. Điểm chết dưới của pít tông là điểm mà pít tông cách tâm trục khuỷu một khoảng 
ngắn nhất. 
 Điểm chêt của trục khuỷu cũng có hai vị trí là điểm chết trên (ĐCT) và điểm chết dưới 
(ĐCD), là các điểm mà tại đó đường tâm của má khuỷu trùng với đường 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 được 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 được 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 được tính từ mặt đỉnh 
pít tông ở ĐCD tới bề mặt của vòm nắp máy bao kín phía trên xy lanh . 
Hình 1-8: Các vị trí điểm 
chết của ĐCĐT 
 7 
 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 ): 
c
h
c
ch
min
max
V
V
1
V
VV
V
V
  (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 được thực hiện sau bốn hành trình của pít 
tông hay hai vòng quay của trục khuỷu. 
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 
đường nạp gọi là khí nạp mới được hút vào xy lanh qua xuppáp nạp đang mở và hoà trộn 
với khí sót của chu trình trước tạo thành hỗn hợp công tác. Xuppáp nạp mở sớm một góc 
là 1 tại điểm d1 trước khi pít tông đến ĐCD để tăng tiết diện lưu thông của dòng khí nạp. 
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 
Hình 1-12: Hành trình 
cháy trong động cơ 
xăng 
Hình 1-13: Hành 
trình xả trong động 
cơ xăng 
Hình 1-10. Hành 
trình nạp của động 
cơ xăng 
Hình 1-11: Hành 
trình nén trong động 
cơ xăng 
 8 
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 trước 
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 tương ứng với góc s, bugi bật tia lửa điện. Góc s được 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 lượng đáng kể sản vật cháy ra khỏi xy lanh vào đường 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 tương tự như động cơ 
xăng , gồm các kỳ HÚT-NÉN-NỔ-XẢ, nhưng có một số nét khác biệt: 
Hành trình nạp( HÚT) , hình 1-14 
Pít tông đi từ ĐCT xuống ĐCD, xuppap nạp mở, xuppap thải đóng. Không khí 
được hút vào trong xy lanh qua xuppap nạp. Xuppap nạp mở sớm một góc 1 trước ĐCT 
để tăng lượng không khí nạp vào xy lanh. 
Hình 1-14: Hành trình 
hút trong động cơ diesel 
Hình 1-15: Hành trình 
nén trong động cơ diesel 
Hình 1-17: Hành trình 
xả trong động cơ diesel 
Hình 1-16: Hành trình 
cháy động cơ diesel 
 9 
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 được 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 trước 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 được 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, như 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, 
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 
được thải tự do ra đường thải. Từ khi 
pít tông mở cửa quét B cho đến khi 
đến điểm chết dưới, khí nạp mới có áp 
suất cao nạp vào xy lanh đồng thời 
quét khí đã cháy ra cửa A. 
Như 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. 
Hình 1-18: Hoạt động của động cơ 
2 kì 
 10 
Từ đó cho đến khi pít tông đóng của 
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. 
Như 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 được 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 người 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 được gọi là động cơ nhiều xy 
lanh. Trong động cơ nhiều xy lanh, kích thước các chi tiết của các xy lanh như 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 tương 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  ... m tức là độ dốc 
tại điểm cắt nhau của hai đường mô men càng lớn. 
Chế độ làm việc có các thông số làm việc thay đổi 
trong thời gian khảo sát gọi là chế độ làm việc không 
ổn định, ví dụ khi động cơ khởi động, tắt máy hay tăng 
giảm tốc độ. 
Trong chương này chúng ta chỉ khảo sát các chế độ 
làm việc ổn định của động cơ trong miền làm việc của 
nó khi kéo máy công tác cụ thể. 
Do đặc tính của các máy công tác khác nhau nên miền 
làm việc của cụm động cơ, máy công tác cũng khác 
nhau. 
Hình 8-1. Chế độ làm việc ổn 
định 
 của cụm động cơ- máy công tác 
Khoa C¬ khÝ §éng lùc - Tr-êng §¹i häc SPKT - H-ng Yªn 
Gi¶ng viªn: Khæng V¨n Nguyªn 142 
Động cơ dẫn động chân vịt 
Đối với động cơ tàu thuỷ, khi động cơ dẫn động trực 
tiếp chân vịt, hình 8-2, công suất cản của chân vịt 
thông thường phụ thuộc bậc 3 vào tốc độ vòng quay. 
Nc = kn
3
Miền làm việc của động cơ- máy công tác nằm trên 
đường đặc tính cản. Các đường 1, 2 và 3 tương ứng 
với các vị trí khác nhau của cơ cấu điều khiển cung 
cấp nhiên liệu. Tốc độ động cơ thay đổi từ nmin đến 
nmax. 
Động cơ kéo máy phát điện 
Động cơ kéo máy phát điện đòi hỏi n = const. Chức 
năng này do điều tốc (một chế độ) đảm nhận. Miền 
làm việc của động cơ - máy phát nằm trên đường AB, 
hình 8-3. Tại A ứng với chế độ định mức Ne = Nđm và 
tại B ứng với chế độ không tải Ne = 0. 
Động cơ trên phƣơng tiện cơ 
giới 
Động cơ trên các phương tiện cơ giới như ôtô, xe máy, 
máy kéo... công suất và tốc độ động cơ thay đổi trong 
một phạm vi rất rộng. Miền làm việc của cụm thiết bị, 
hình 8-4, là diện tích giới hạn bởi đường công suất lớn 
nhất ứng với mức cung cấp cực đại hòa khí (đó là đặc 
tính ngoài sử dụng) và các đường giới hạn nmin và 
nmax.] 
Hình 8-2: Chế độ làm việc 
của động cơ trực tiếp dẫn 
động chân vịt 
Hình 8-3: Chế độ làm việc của 
động cơ kéo máy phát điện 
Hình 8-4: Chế độ làm việc của 
động cơ trên các phương tiện 
cơ giới 
Khoa C¬ khÝ §éng lùc - Tr-êng §¹i häc SPKT - H-ng Yªn 
Gi¶ng viªn: Khæng V¨n Nguyªn 143 
8.2. Đặc tính của động cơ 
8.2.1. Khái niệm đặc tính động cơ 
Quan hệ giữa các thông số làm việc của động cơ như Me, Ne, n, ge, Gnl trong miền làm việc 
gọi là đặc tính của động cơ. 
Đặc tính của động cơ được xây dựng bằng thực nghiệm trên băng thử công suất động cơ để 
có thể thay đổi dễ dàng chế độ làm việc của động cơ như: tốc độ vòng quay, mức cung cấp hòa 
khí, nhiệt độ làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn v.v... Trên cơ sở đặc tính có thể đánh giá các chỉ tiêu 
của động cơ trong các điều kiện sử dụng khác nhau. 
Động cơ đốt trong có các loại đặc tính sau: 
Đặc tính tốc độ Tốc độ vòng quay n là biến số. 
Đặc tính chân vịt Là đặc tính tốc độ khi động cơ dẫn động chân vịt tàu thủy. 
Đặc tính tải Công suất động cơ Ne(hay pe) là biến số khi n= const. 
Đặc tính tổng hợp Đặc tính của nhiều biến số. 
Đặc tính điều chỉnh Biến số là các thông số điều chỉnh. 
Đặc tỉnh không tải Là đặc tính tốc độ khi động cơ chạy không tải. 
Đặc tính điều tốc Là đặc tính tốc độ khi động cơ có trang bị điều tốc. 
8.2.2. Các đặc tính của động cơ 
8.2.2.1. Đặc tính tốc độ 
Đặc tính tốc độ là đặc tính pe (Me) Ne, ge và Gnl phụ thuộc vào tốc độ vòng quay n với những 
điều kiện nhất định về vị trí của cơ cấu điều khiển cung cấp nhiên liệu (động cơ điêzen) hoặc độ 
mở bướm ga (động cơ xăng). Những điều kiện đó sẽ được trình bày khi khảo sát từng đặc tính tốc 
độ cụ thể. 
Đặc tính ngoài là đặc tính tốc độ ứng với mức cung cấp hòa khí cực đại (để động cơ phát ra 
công suất lớn nhất). 
Hình 8-5: Đặc tính ngoài 
động cơ xăng 
Hình 8-6: Đặc tính ngoài 
động cơ diezel 
Khoa C¬ khÝ §éng lùc - Tr-êng §¹i häc SPKT - H-ng Yªn 
Gi¶ng viªn: Khæng V¨n Nguyªn 144 
Đặc tính bộ phận là đặc tính tốc độ ứng với các mức cung cấp hòa khí trung gian . Các điều 
kiện khác khi xác lập đặc tính cũng giống như đối với đặc tính ngoài sử dụng. Như vậy sẽ có vô số 
đặc tính bộ phận 
8.2.2.2. Đặc tính điều chỉnh 
Đó là đặc tính thể hiện mối quan hệ của các thông số làm việc như Ne (hay Me, pe) và ge (hay 
Gnl) phụ thuộc vào các thông số điều chỉnh như hệ số dư lượng không khí , góc đánh lửa sớm hay 
góc phun sớm s, nhiệt độ làm mát tlm, nhiệt độ dầu bôi trơn, áp suất phun nhiên liệu... Như vậy có 
rất nhiều đặc tính điều chỉnh, nhưng quan trọng nhất là đặc tính điều chỉnh theo  và s vì đây là 
hai thông số ảnh hưởng rất lớn đến tính kinh tế và tính hiệu quả của động cơ. Sau đây ta sẽ chỉ xét 
hai đặc tính điều chỉnh này. 
*) Đặc tính điều chỉnh  
a. Động cơ xăng 
Khi lấy đặc tính điều chỉnh , các thông số làm việc như tốc độ vòng quay và độ mở bướm 
ga và tất cả các thông số điều chỉnh khác như góc đánh lửa sớm, nhiệt độ làm mát, nhiệt độ dầu 
bôi trơn... phải giữ không đổi ở các giá trị phù hợp (ví dụ nhiệt độ nước làm mát 60-900C, nhiệt độ 
dầu bôi trơn 95 -1000C...). Để thay đổi  phải thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ 
bằng cách thay đổi sức cản của gíclơ (đối với động cơ dùng bộ chế hoà khí) hoặc thay đổi lượng 
nhiên liệu phun (đối với động cơ phun xăng). 
Khi thay đổi , các biến số đặc tính thay đổi như sau. Tất cả các giá trị kinh nghiệm của  
trình bày dưới đây ứng với trường hợp bướm ga mở hoàn toàn và tốc độ vòng quay n ở chế độ 
định mức (chọn trước theo kinh nghiệm). 
Nhận xét: Khi thay đổi chế độ tốc độ và vị trí bướm ga sẽ được họ các đặc tính điều chỉnh  
khác nhau. Càng đóng nhỏ bướm ga thì hệ số khí sót r tăng nên tốc độ cháy giảm và giới hạn cháy 
càng bị thu hẹp. Điều đó dẫn tới Nemax và gemin càng giảm và càng sát nhau hơn. Càng tăng tốc độ 
vòng quay thì thời gian giành cho một chu trình giảm, đồng thời hệ số nạp v càng giảm và, hệ số 
khí sót r tăng cũng dẫn tới kết quả tương tự. Bộ dữ liệu thu được về Nemax và gemin dùng để thiết 
kế và điều chỉnh bộ chế hoà khí hoặc hệ thống phun xăng cho động cơ xăng. 
Hình 8-8: Đặc tính điều 
chỉnh  của động cơ 
xăng 
Hình 8-7: Đặc tính điều chỉnh 
 của động cơ điêzen 
Khoa C¬ khÝ §éng lùc - Tr-êng §¹i häc SPKT - H-ng Yªn 
Gi¶ng viªn: Khæng V¨n Nguyªn 145 
b. Động cơ điêzen 
Đối với động cơ điêzen, khi lấy đặc tính điều chỉnh  phải giữ tốc độ vòng quay và tất cả các 
thông số điều chỉnh khác như góc phun sớm, nhiệt độ làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn... không đổi ở 
các giá trị hợp lý. Để thay đổi  phải thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ bằng cách 
thay đổi lượng nhiên liệu chu trình gct. 
Khi thay đổi , các biến số đặc tính thay đổi như sau. Tất cả các giá trị kinh nghiệm của  
trình bày dưới đây ứng với trường hợp tốc độ vòng quay n ở chế độ định mức (chọn trước theo 
kinh nghiệm). 
Nhận xét: - Khi thay đổi tốc độ vòng quay ta sẽ được họ đặc tính điều chỉnh . Khi giảm tốc 
độ vòng quay (từ chế độ định mức) thời gian chu trình tăng nên thuận lợi cho quá trình hình thành 
hỗn hợp và cháy. Tuy nhiên khi đó cường độ xoáy lốc của không khí trong xy lanh giảm nên có 
tác dụng ngược lại. Vì vậy rất khó xác định qui luật về ảnh hưởng của tốc độ vòng quay n đến đặc 
tính điều chỉnh  trong động cơ điêzen nói chung mà phải tuỳ thuộc vào từng loại động cơ cụ thể. 
Tương tự như ở động cơ xăng, các dữ liệu về Nemax và gemin thu được khi thí nghiệm lấy đặc tính 
điều chỉnh trên động cơ mẫu sẽ được dùng để thiết kế và điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu của 
động cơ. 
*) Đặc tính điều chỉnh s 
Đó là các quan hệ Ne và ge phụ thuộc vào góc đánh lửa sớm hay góc phun sớm s. Đặc tính 
điều chỉnh theo s được xây dựng trong phòng thí nghiệm trên động cơ mẫu dùng để để đưa ra số 
liệu cụ thể nhằm thiết kế và điều chỉnh hệ thống đánh lửa cho động cơ xăng hoặc hệ thống phun 
dầu cho động cơ điêzen 
Động cơ xăng 
Khi lấy đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm s phải giữ tốc độ vòng quay, vị trí bướm ga, 
và tất cả các thông số điều chỉnh khác như hệ số dư lượng không khí , nhiệt độ làm mát, nhiệt độ 
dầu bôi trơn... không đổi tại các giá trị phù hợp. 
Hình 8-9: Đặc tính điều 
chỉnh s trong động cơ 
xăng 
Hình 8-10: Đặc tính điều 
chỉnh s trong động cơ 
điêzen 
Khoa C¬ khÝ §éng lùc - Tr-êng §¹i häc SPKT - H-ng Yªn 
Gi¶ng viªn: Khæng V¨n Nguyªn 146 
Như vậy khi tăng tốc độ vòng quay n thì phải tăng góc đánh lửa sớm s. và ngược lại, khi 
giảm n phải giảm s. 
Khi thay đổi tải, cụ thể đóng bớt bướm ga phải tăng góc đánh lửa sớm s và ngược lại, phải 
giảm s khi mở thêm bướm ga. 
b. Động cơ điêzen 
Tương tự như ở động cơ xăng, khi lấy đặc tính điều chỉnh góc phun sớm s trong động cơ 
điêzen phải giữ tốc độ vòng quay n và tất cả các thông số điều chỉnh khác như hệ số dư lượng 
không khí , nhiệt độ làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn... không đổi tại các giá trị phù hợp. Các biến 
số của đặc tính thay đổi như sau. 
Như vậy khi tăng tốc độ vòng quay n thì phải tăng góc phun sớm s. Ngược lại, khi giảm n 
phải giảm s. 
Khi giảm gct (giảm tải), phải giảm góc phun sớm s. Ngược lại, khi tăng gct phải tăng s. 
Khoa C¬ khÝ §éng lùc - Tr-êng §¹i häc SPKT - H-ng Yªn 
Gi¶ng viªn: Khæng V¨n Nguyªn 147 
8.3. Các biện pháp cải thiện và điều chỉnh đặc tính động cơ 
8.3.1. Vấn đề cải thiện và điều chỉnh đặc tính động cơ 
- Hiện nay nhằm tăng công suất, tăng khả năng thích ứng, mở rộng phạm vi tốc độ của động 
cơ...người ta áp dụng các phương pháp nhằm nâng cao hệ số nạp, qua đó nâng cao công suất động 
cơ mà không ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu và đảm bảo ô nhiễm môi trường. 
- Các phương pháp cũ như tăng áp, chọn góc phối khí thích hợp..., trên các ô tô hiện đại ngày 
nay trang bị điện tử, các phương pháp cải thiện đặc tính như: thay đổi hành trình xuppap, thay đổi 
pha phối khí, thay đổi cấu trúc đường nạp. Các hệ thống này đều được điều khiển bằng điện tử. 
8.3.2. Các biện pháp cải thiện và điều chỉnh đặc tính động cơ 
8.3.2.1. Tăng áp động cơ 
Tăng áp là một phương pháp làm tăng công suất động cơ bằng cách tăng lượng khí nạp vào 
trong xi lanh trong hành trình nạp 
Với động cơ sử dụng tăng áp, không khí được nén lại trước khi nạp vào xylanh, do đó khối 
lượng không khí nạp vào xylanh trong hành trình nạp lớn hơn qua đó lượng oxy nạp vào cũng 
tăng lên. 
Vì vậy, người ta có thể tăng thêm lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ trong một chu 
trình để đốt cháy trong dung tích xylanh đó. Điều này làm tăng hiệu suất của động cơ. 
Tăng áp đông cơ cũng làm giảm độ độc hại của khí thải. 
Hình 8-11: Lượng khí nạp tăng lên khi sử dụng tăng áp 
Khoa C¬ khÝ §éng lùc - Tr-êng §¹i häc SPKT - H-ng Yªn 
Gi¶ng viªn: Khæng V¨n Nguyªn 148 
8.3.2.2. Điều khiển pha phối khí 
Góc mở sớm, đóng muộn của xuppap có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình nạp thải. Góc mở 
sớm của xupap nạp lớn làm tăng tiết diện và thời 
gian mở xuppap, qua đó làm giảm tổn thất kp và 
thp nên v tăng. Ngoài ra, góc đóng muộn xupap 
có tác dụng tận dụng quán tính nạp thêm khí nạp 
mới cũng làm tăng v . 
Góc phối khí đảm bảo hệ số nạp lớn nhất và 
công bơm nhỏ nhất là góc phối khí tối ưu. 
Với các động cơ thường, thời điểm phối khí 
được cố định. Nhưng với động cơ sử dụng hệ 
thống VVT-i, pha phối khí có thể thay đổi được 
trong quá trình làm việc của động cơ tùy theo cácchế độ làm việc để động cơ. 
Hệ thống sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí. 
Điều này có thể làm tăng công suất động cơ, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi 
trường. Tức là làm thay đổi đặc tính của động cơ. 
Hệ thống VVT-i có thể điều khiển góc phối khí 
của xuppap nạp thay đổi trong phạm vi 500 so với góc 
quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí 
thích hợp cho từng chế độ của động cơ. 
Thời điểm phối khí được thay đổi như sau: 
Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải 
nhẹ 
Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ 
lại và độ trùng lặp xuppáp giảm đi để giảm khí xả chạy 
ngược lại phía nạp. Điều này làm ổn định chế độ không 
tải và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và tính khởi động. 
Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở 
tải nặng 
Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng 
lặp xuppáp tăng lên để tăng EGR nội bộ và giảm mất mát do bơm. Điều này cải thiện ô nhiễm khí 
xả và tính kinh tế nhiên liệu. Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xuppáp nạp được đẩy sớm lên 
để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp. 
Khi tốc độ cao và tải nặng 
Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xuppáp tăng lên để tăng lượng khí xả 
tuần hoàn nội bộ và giảm mất mát do bơm. Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính kinh tế nhiên 
liệu. Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xuppáp nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay 
ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp. 
Hình 8-12: Thay đổi góc phối 
khí của xuppap nap 
Hình 8- 13: Điều khiển góc phối 
khí phù hợp với các chế độ làm 
việc 
Khoa C¬ khÝ §éng lùc - Tr-êng §¹i häc SPKT - H-ng Yªn 
Gi¶ng viªn: Khæng V¨n Nguyªn 149 
8.3.2.3. Điều khiển hành trình xuppap 
 Hệ thống VVTL –i có thể điều khiển hành trình xuppap thay đổi theo tốc độ và tải trọng của 
động cơ, qua đó làm tăng hệ số nạp, làm tăng công suất của động cơ mà không làm ảnh hưởng đến 
tính kinh tế nhiên liệu cũng như ô nhiễm khí xả. 
Hình trên thể hiện sự thay đổi hành trình xuppap theo tốc độ và tải trọng của động cơ. Theo 
đó, khi động cơ chạy ở tốc độ thấp hoặc trung bình, hệ thống sẽ điều khiển vấu cam tốc độ thấp và 
trung bình là cam có biên dạng nhỏ tham gia điều khiển xuppap. 
Khi động cơ chạy ở tốc độ cao hay tải lớn, hệ thống VVTL-i sẽ điều khiển cam tốc độ cao 
tham gia điều khiển xuppap, cam này được thiết kế có biên dạng lớn hơn so với cam tốc độ thấp, 
vì thế làm thay đổi hành trình xuppap, qua đó làm tăng hệ số nạp. 
Các hãng xe khác nhau như Toyota, Honda, BMW... đưa ra các cách khác nhau để điều 
khiển hành trình xuppap ( tham khảo cấu tạo động cơ), nhưng đều có mục đích là thay đổi đặc 
tính của động cơ sao cho đạt được công suất cao nhất và lượng tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất. 
Hình 6-42 thể hiện đặc tính của 1 loại động cơ sử dụng VVTL-i. 
Nhìn vào đường đặc tính ta thấy momen xoắn của động cơ tăng lên khi hành trình xuppap 
tăng. 
Hình 8-14 : Thay đổi hành trình 
xuppap bằng hệ thống VVTl-i 
Hình 8-15: Đặc tính động cơ thay 
đổi khi thay đổi hành trình xuppap 
Khoa C¬ khÝ §éng lùc - Tr-êng §¹i häc SPKT - H-ng Yªn 
Gi¶ng viªn: Khæng V¨n Nguyªn 150 
8.3.2.4. Hệ thống thay đổi chiều dài đường nạp (ACIS) 
Dòng chảy trong hệ thống nạp thải đều là các dòng mạch động nên có sự dao động và lan 
truyền sóng áp suất trong hệ thống. Tại một tốc độ cụ thể, người ta lựa chọn chiều dài đường nạp 
sao cho sóng phản hồi xuất phát từ miệng đường nạp đến cửa xuppap đang mở thì sẽ nạp được 
nhiều khí nạp mới hơn để tăng công suất động cơ. Một số động cơ ôtô hiện đại lợi dụng hiện tượng 
khí động này để cải thiện đặc tính. Đường nạp của động cơ có dạng cong xoắn để có thể thay đổi 
chiều dài theo tốc độ của động cơ qua một hệ thống điều khiển điện tử. 
Việc thay đổi chiều dài đường ống nạp làm thay đổi đặc tính của động cơ theo hướng làm 
tăng công suất phù hợp với tải trọng và tốc độ của động cơ. 
Hình 8-16: Thay đổi chiều dài đường ống 
nạp 
Hình 8-17: Đặc tính động cơ thay đổi khí 
thay đổi chiều dài đường ống nạp