Giáo trình Cơ điện tủ ngành công nghệ ô tô (Phần 1)

 1 
MỤC LỤC 
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN .................................................................................................. 4 
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................................... 5 
BẢNG VIẾT TẮT ................................................................................................................ 7 
Phần A. NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ........................................................... 8 
Chƣơng 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .................................. 8 
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ............................................. 8 
1.2. ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ........................................................... 12 
1.2.1. Định nghĩa ........................................................................................................ 12 
1.2.2. Phân loại ........................................................................................................... 12 
1.2.3. Ƣu, nhƣợc điểm và phạm vi sử dụng ĐCĐT ................................................ 13 
1.3. ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG KIỂU PÍT TÔNG (ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG) ...... 14 
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý (Hình 1.2) .............................................................................. 14 
1.3.2. Các thuật ngữ cơ bản ....................................................................................... 14 
1.3.3. Trình tự các quá trình (hình 1.3) .................................................................... 16 
1.3.4. Phân loại: .......................................................................................................... 17 
1.4. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .............................. 18 
1.4.1. Nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ ............................................................. 18 
1.4.2. Nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ ............................................................. 28 
1.4.3. So sánh động cơ 2 kỳ với động cơ 4 kỳ ........................................................... 32 
1.4.4. So sánh động cơ diesel với động cơ xăng (dùng bộ bộ chế hòa khí) ............ 33 
1.5. ĐỘNG CƠ NHIỀU XI LANH ............................................................................... 33 
1.5.1. Khái niệm chung .............................................................................................. 33 
1.5.2. Bảng sinh công ................................................................................................. 34 
1.6. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐẶC BIỆT .......................... 36 
1.6.1. Động cơ Wankel ............................................................................................... 36 
1.6.2. Động cơ tua bin ................................................................................................ 38 
Chƣơng 2. NHIÊN LIỆU VÀ MÔI CHẤT CÔNG TÁC ............................................... 40 
2.1. NHIÊN LIỆU ........................................................................................................... 40 
2.1.1. Khái niệm chung .............................................................................................. 40 
2.1.2. Nhiên liệu thể khí ............................................................................................. 40 
2.1.3. Nhiên liệu thể lỏng ........................................................................................... 42 
2.1.4. Các tính chất cơ bản của nhiên liệu ............................................................... 43 
2.2. MÔI CHẤT CÔNG TÁC ....................................................................................... 50 
2.2.1. Lƣợng không khí cần để đốt cháy nhiên liệu ................................................ 50 
2.2.2. Hòa khí mới ...................................................................................................... 53 
2.2.3. Sản phẩm cháy ................................................................................................. 54 
2.2.4. Thay đổi môi chất khi cháy ............................................................................. 58 
2.2.5. Hệ số thay đổi phân tử thực tế ........................................................................ 61 
CHƢƠNG 3. CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ........................................ 63 
3.1. CHU TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .................................................... 63 
3.1.1. Các loại chu trình ............................................................................................. 63 
3.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá ....................................................................................... 65 
3.1.3. Chu trình lý tƣởng của động cơ đốt trong ..................................................... 66 
3.2. QUÁ TRÌNH NẠP .................................................................................................. 70 
3.2.1. Diễn biến của quá trình nạp của động cơ 4 kỳ pk < pO .................................. 71 
3.2.2. Các thông số ảnh hƣởng đến quá trình nạp .................................................. 73 
3.2.3. Định nghĩa – công thức hệ số nạp v .............................................................. 80 
 2 
3.3. QUÁ TRÌNH NÉN .................................................................................................. 82 
3.3.1. Diễn biến của quá trình nén ............................................................................ 82 
3.3.2. Các thông số ảnh hƣởng đến quá trình nén .................................................. 84 
3.3.3. Công nén ........................................................................................................... 85 
3.3.4. Những yếu tố ảnh hƣởng đến chỉ số nén đa biến trung bình n1 ................... 87 
3.3.5. Chọn tỷ số nén .................................................................................................. 88 
3.4. QUÁ TRÌNH CHÁY ............................................................................................... 90 
3.4.1. Quá trình cháy trong động cơ xăng ............................................................... 90 
3.4.2. Quá trình cháy trong động cơ diesel ............................................................ 101 
3.4.3. Các thông số trong quá trình cháy ............................................................... 109 
3.5. QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ SINH CÔNG ............................................................... 112 
3.5.1. Diễn biến của quá trình giãn nở ................................................................... 112 
3.5.2. Các thông số quá trình giãn nở ..................................................................... 114 
3.5.3. Công trong quá trình giãn nở ....................................................................... 115 
3.5.4. Những nhân tố ảnh hƣởng đến chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 ....... 116 
3.6. QUÁ TRÌNH XẢ ................................................................................................... 118 
3.6.1. Diễn biến của quá trình xả ............................................................................ 118 
3.6.2. Các thông số quá trình xả ............................................................................. 119 
Chƣơng 4. CÁC CHỈ TIÊU VỀ TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG 
CƠ ĐỐT TRONG ............................................................................................................ 120 
4.1. CÁC CHỈ TIÊU CHÍNH ...................................................................................... 120 
4.1.1. Công suất động cơ .......................................................................................... 120 
4.1.2. Hiệu suất có ích của động cơ ......................................................................... 120 
4.1.3. Tuổi thọ và độ tin cậy trong hoạt động của động cơ .................................. 120 
4.1.4. Khối lƣợng động cơ ........................................................................................ 121 
4.1.5. Kích thƣớc bao ............................................................................................... 121 
4.2. CÁC THÔNG SỐ CHỈ THỊ ................................................................................. 122 
4.2.1. Công chỉ thị Li và áp suất chỉ thị trung bình pi ........................................... 122 
4.2.2. Công suất chỉ thị của động cơ ....................................................................... 126 
4.2.3. Hiệu suất chỉ thị và suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị .................................... 127 
4.3. TỔN HAO CƠ GIỚI VÀ CÁC THÔNG SỐ CÓ ÍCH ...................................... 129 
4.3.1. Tổn hao cơ giới ............................................................................................... 129 
4.3.2. Hiệu suất cơ giới . ........................................................................................... 130 
4.3.3. Công suất có ích Ne ........................................................................................ 131 
4.3.4. Hiệu suất có ích e và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge ............................. 132 
4.3.5. Công suất lít và công suất pít tông ............................................................... 133 
Chƣơng 5: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TÍNH ....................................................... 136 
5.1. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ........................... 136 
5.1.1. Các chế độ làm việc ........................................................................................ 136 
5.1.2. Điều kiện làm việc .......................................................................................... 138 
5.2. ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ...................................................... 139 
5.2.1. Khái niệm ........................................................................................................ 139 
5.2.2. Các biểu thức dùng để phân tích đặc tính của động cơ .............................. 139 
5.2.3. Mối quan hệ giữa i và 
i
 với ............................................................ 142 
5.2.4. Đặc tính tốc độ và đặc tính ngoài ................................................................. 144 
5.2.5. Đặc tính tải ..................................................................................................... 147 
5.2.6. Các đặc tính khác ........................................................................................... 151 
5.2.7. Chuyển đổi các đặc tính về điều kiện tiêu chuẩn ........................................ 153 
Chƣơng 6. TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ................................................ 155 
 3 
6.1. MỤC ĐÍCH CỦA TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ ................................................. 155 
6.1.1. Tăng áp để nâng cao công suất động cơ ....................................................... 155 
6.1.2. Tăng áp để tiết kiệm năng lƣợng .................................................................. 156 
6.2. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG ÁP CHỦ YẾU ........................................................... 157 
6.2.1. Tăng áp dẫn động bằng cơ khí (Supercharger) .......................................... 157 
6.2.2. Tăng áp nhờ năng lƣợng khí thải ................................................................. 159 
6.2.3. Tăng áp hỗn hợp ............................................................................................ 163 
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................... 165 
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................... 1666 
Tài liệu tham khảo ......................................................................................................... 1677 
 4 
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN 
Giáo trình “Động cơ đốt trong” do chúng tôi biên soạn là tài liệu thuộc loại sách giáo 
trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các 
mục đích về đào tạo và tham khảo. 
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu 
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 
 5 
LỜI NÓI ĐẦU 
Biên soạn giáo trình là một hoạt động thuộc Tiểu hợp phần 3.1: Tăng cường năng lực 
quản lý, giảng dạy và cải tiến giáo trình - trong khuôn khổ Dự án Khoa học công nghệ 
Nông nghiệp - vay vốn ADB. Cuốn giáo trình “ Động cơ đốt trong” là một sản phẩm của 
Dự án được chúng tôi biên soạn dùng cho việc giảng dạy và học tập ngành Công nghệ kỹ 
thuật ô tô - hệ cao đẳng. 
Giáo trình cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về nguyên lý động cơ đốt 
trong; về kết cấu của động cơ đốt trong; về động học, động lực học của cơ cấu trục khuỷu – 
thanh truyền và sự cân bằng động cơ. 
 Cuốn giáo trình này được biên soạn dựa theo đề cương chi tiết hai học phần ( Nguyên 
lý động cơ đốt trong và kết cấu động cơ đốt trong); dựa trên cơ sở đổi mới phương pháp 
giảng dạy theo hướng tăng thời gian tự học, tự nghiên cứu của sinh viên. Trong quá trình 
biên soạn giáo trình, chúng tôi đã tham khảo nhiều giáo trình tài liệu liên quan, tìm hiểu 
các thông tin trên báo, trên mạng internet về động cơ đốt trong, kết hợp với kinh nghiệm 
thực tế. 
Cấu trúc cuốn giáo trình “Động cơ đốt trong” gồm 2 phần với 13 chương: 
Phần A. Nguyên lý động cơ đốt trong, gồm 6 chƣơng: 
Chương 1. Khái niệm chung về động cơ đốt trong 
Chương 2. Nhiên liệu và môi chất công tác 
Chương 3. Các quá trình của chu trình công tác 
Chương 4. Các chỉ tiêu về tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ đốt trong 
Chương 5. Chế độ làm việc và đặc tính của động cơ đốt trong 
Chương 6. Tăng áp cho động cơ. 
Phần B. Kết cấu động cơ đốt trong, gồm 7 chƣơng: 
Chương 1. Cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 
Chương 2. Cơ cấu phân phối khí 
Chương 3. Hệ thống bôi trơn 
Chương 4. Hệ thống làm mát 
Chương 5. Hệ thống cung cấp động cơ xăng 
Chương 6. Hệ thống cung cấp động cơ diesel 
Chương 7. Động học, động lực học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền và cân bằng 
động cơ. 
 6 
 Giáo trình này là cơ sở cho các giảng viên soạn bài giảng để giảng dạy. Các thông tin 
trong giáo trình có giá trị hướng dẫn giảng viên thiết kế và tổ chức giảng dạy một cách hợp 
lý. Giảng viên có thể vận dụng cho phù hợp với điều kiện và bối cảnh thực tế trong quá 
trình dạy học. 
Cuốn giáo trình này cũng là tài liệu học tập và nghiên cứu của sinh viên cao đẳng 
ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô. Khi sử dụng giáo trình, sinh viên cần: 
Phân biệt được các loại động cơ đốt trong; So sánh được ưu, nhược điểm giữa các loại 
động cơ đốt trong; lập được bảng sinh công của động cơ nhiều xi lanh; 
Đánh giá được tính chất của nhiên liệu và môi chất công tác; 
Tính toán được các chỉ tiêu về kinh tế, kỹ thuật động cơ đốt trong để có thể ứng dụng 
vào thực tiễn; 
Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong đặt trên ô tô; 
Biết phân tích các lực sinh ra khi động cơ làm việc, hợp lực và mô men tác dụng lên 
cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền. 
Nhằm đáp ứng tốt cho việc đào tạo theo nhu cầu xã hội, giáo trình cần được chỉnh sửa 
hàng năm nhằm lược bỏ những kiến thức lỗi thời, không cần thiết; kịp thời bổ sung nhữ ...  QT = Qt (nhiệt trị thấp của nhiên liệu) 
 111 
 1 có: QT = Qt - Q 
Trong đó: 
 Qt – là phần tổn thất nhiệt tất yếu do thiếu ôxi. 
 Qt = 120.10
6
(1 - )Mo (J/Kg nhiên liệu) 
 Hệ số x là biến số trong suốt quá trình cháy, phụ thuộc tính hoàn thiện của quá trình 
và biến động từ x = 0 (đầu quá trình cháy) đền x = 1 (cuối thời kỳ cháy rớt). 
 Ngoài tổn thất Qcc, Qpg còn có tổn thất nhiệt cho nước làm mát Qw, các phần tổn thất 
này cũng thay đổi liên tục trong quá trình cháy và quá trình giãn nở. 
 Người ta còn dùng hệ số lợi dụng nhiệt  để chỉ phần nhiệt được dùng cho việc nâng 
cao nội năng của môi chất trong xi lanh và để sinh công trong quá trình cháy và giãn nở so 
với số nhiệt lượng cấp cho chu trình gct.QT, là: 
Tct
w
Q.g
Q
x  (3.76) 
 Như vậy tại một điểm bất kỳ trong quá trình cháy và trên đường giãn nở, luôn có: 
 wTctTct QQ.g.xQ.g.  (3.77) 
 Tại z, cuối thời kỳ cháy chính ta có: 
wzTctzTctz QQ.g.xQ.g.  (3.78) 
 Tại b, cuối quá trình giãn nở: 
wbTctbTctb QQ.g.xQ.g.  (3.79) 
 Trong đó bz  , - là hệ số lợi dụng nhiệt tại z và b. 
 - Gọi xz và xb là hệ số tỏa nhiệt tại z và b, thể hiện phần nhiên liệu đã kịp cháy tại z và 
b, tỷ lệ thuận với bz  , tại hai điểm trên, giả thiết xb = 1, có: 
b
z
zx


 (3.80) 
 Tính chất cháy kịp thời được thể hiện qua xz, tại z cuối thời kỳ cháy chính qua biểu 
thức: 
Tct
pgccTct
Qg
QQQg
x
.
. 
 . Hệ số lợi dụng nhiệt tại z ( z ) lại phụ thuộc vào xz và 
phần tổn thất cho nước làm mát Qwz. Muốn nâng cao z cần phải nâng cao xz (bằng cách 
giảm Qccz và Qpg,tức là giảm phần nhiên liệu cháy trong thời kỳ cháy rớt) và giảm Qwz (nhờ 
giảm diện tích truyền nhiệt của Vc). 
 112 
 Như vậy tất cả các yếu tố gây ảnh hưởng đến cháy rớt và tới nhiệt truyền cho nước 
làm mát khi cháy đều gây ảnh hưởng tới z . 
 Ví dụ khi tăng tốc độ động cơ (n), mặc dù sẽ giảm Qwz (vì giảm thời gian truyền nhiệt 
cho nước làm mát), nhưng sẽ làm tăng số nhiên liệu chưa kịp cháy tại z để tham gia cháy 
rớt, qua đó làm tăng Qccz và giảm xz, kết quả sẽ làm giảm chút ít z . 
 So với động cơ xăng, z của động cơ điêdel nhỏ hơn vì hiện tượng cháy rớt nhiều 
hơn, do đặc điểm hình thành hòa khí bên trong xi lanh, hỗn hợp không đều, và do đặc điểm 
của ngọn lửa khuyếch tán, tốc độ cháy phụ thuộc vào ngọn lửa khuyếch tán. 
 Hiện tượng phân giải sản vật cháy gây ảnh hưởng tới Qpg và do đó tới x và  qua các 
biểu thức: 
c
zz
T
T
.

  và QT = Qt - Q. Hiện tượng phân giải sản vật cháy phụ thuộc 
vào nhiệt độ. Nhiệt độ cháy cực đại Tz của động cơ diesel thường không quá 2.200
0
K, do 
đó hiện tượng phân giải của động cơ diesel thường không quá 2% còn nhiệt độ động cơ 
xăng thường rất cao Tz khoảng 2.800
0K nên hiện tượng phân giải sản vật cháy tương đối 
nặng. Do đó động cơ diesel có thể bỏ qua hiện tượng phân giải sản vật cháy, nhưng ở động 
cơ xăng thì cần tính tới tổn thất này. 
 Với thành phần hòa khí = 0,89 – 0,95 ở toàn tải, động cơ xăng có Tz lớn nhất, vì 
vậy hiện tượng phân giải cũng trầm trọng nhất. 
 Tóm lại, khi chọn z cần xét toàn diện tất cả các yếu tố có liên quan tới Qcc, Qpg và 
Qw. 
 Giá trị thống kê số liệu thực nghiệm của z , pz, Tz tại điểm z trên đồ thị công của các 
loại động cơ thường nằm trong phạm vi: 
 Loại động cơ z pz (MPa) Tz (K) 
 Động cơ diesel 0,65 - 0,85 5,0 - 10,0 1800 – 2200 
 Động cơ xăng 0,85 - 0,92 3,0 - 5,0 2300 – 2800 
 Động cơ ga 0,80 - 0,85 2,5 - 4,5 2200 – 2500 
 Giá trị pz lớn thuộc về động cơ diesel cao tốc. Một vài trường hợp với động cơ diesel 
tăng áp cỡ nhỏ, tốc độ cao, trị số pz có thể tới 12,0 -15,0 MPa. 
 Hệ số tăng áp khi cháy của động cơ diesel thường nằm trong giới hạn: 
4,12,1  ; động cơ xăng 43  . 
 Hệ số giãn nở khi cháy của động cơ diesel nằm trong giới hạn: 7,12,1 . 
3.5. QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ SINH CÔNG 
3.5.1. Diễn biến của quá trình giãn nở 
 113 
 Quá trình giãn nở thực tế của động cơ không phải là quá trình đoạn nhiệt như chu 
trình lý tưởng mà ngược lại trao đổi nhiệt giữa môi chất và môi trường diễn ra liên tục 
trong suốt quá trình giãn nở. Các hiện tượng cấp thêm nhiệt cho môi chất cũng như hiện 
tượng gây mất nhiệt của môi chất biểu hiện rất phức tạp, gồm có: hiện tượng cháy rớt của 
hòa khí, hiện tượng phân giải của sản vật cháy khi nhiệt độ còn rất cao và tái hợp trở lại 
khi nhiệt độ môi chất đã giảm, tản nhiệt từ môi chất trong thành xi lanh trong điều kiện 
nhiệt độ, áp suất và diện tích tản nhiệt thay đổi liên tục; rò khí từ xi lanh ra ngoài qua các 
khe hở giữa pít tông, xi lanh và vòng găng... 
 Nếu gọi quá trình giãn nở là một quá trình đa biến với chỉ số đa biến 2n thay đổi liên 
tục suốt từ đầu tới cuối quá trình thì diễn biến của giá trị 2n như sau: 
 Đầu quá trình giãn nở, còn nhiều nhiên liệu cháy rớt, lúc đầu do nhiệt độ quá nóng sản 
vật cháy cuối cùng bị phân giải gây mất nhiệt, nhưng sau đó khi nhiệt độ hạ dần lại tái hợp 
(hàn nguyên) trở lại, hiện tượng tái hợp trở lại cũng là cháy rớt, và cấp nhiệt cho môi chất, 
trong khi đó phần mất nhiệt do rò khí và do tản nhiệt cho thành xi lanh còn nhỏ không 
đáng kể. Như vậy giai đoạn đầu quá trình được diễn ra trong điều kiện vừa giãn nở vừa 
được cấp nhiệt làm cho đường giãn nở thực tế phẳng hơn so với đường đoạn nhiệt và giá 
trị 2n < k2 (k2 chỉ số đoạn nhiệt của sản vật cháy). 
Hình 3.11. Đồ thị p = f(V) của quá trình giãn nở trong ĐCĐT 
 Pít tông đi xuống, càng cách xa ĐCT, các hiện tượng cháy rớt và tái hợp các phần phân 
giải của sản vật cháy càng giảm, trong khi phần nhiệt tản cho nước làm mát lại tăng dần (do 
tăng diện tích tản nhiệt), trong điều kiện ấy, phần nhiệt cấp cho môi chất ngày càng giảm 
mạnh, và làm tăng độ dốc của đường giãn nở tức là làm tăng chỉ số giãn nở đa biến 2n . Tại 
vị trí nào đó của pit tông số nhiệt lượng do cháy rớt tạo ra vừa cân bằng với phần nhiệt lượng 
tản ra bên ngoài (do rò khí và do tản nhiệt cho nước làm mát), có thể coi vị trí đó có chỉ số 
giãn nở 2n = k2 và quá trình giãn nở tức thời của vị trí ấy là giãn nở đoạn nhiệt. 
 114 
 Sau vị trí vừa xét pit tông càng đi xuống gần ĐCD, phần mất nhiệt của môi chất càng 
trở nên nhiều hơn nhất là kể từ khi kết thúc cháy rớt trở đi. Vì vậy thời kỳ này môi chất vừa 
giãn nở vừa mất nhiệt làm cho đường giãn nở thực tế dốc hơn đường đoạn nhiệt và 2n > k2 . 
 Như vậy quá trình giãn nở là quá trình đa biến với trị số tức thời của chỉ số đa biến 
2n liên tục tăng suốt từ đầu đến cuối quá trình. 
Đầu quá trình môi chất nhận nhiệt nhiều hơn n2‟ > k2, tới một điểm trung gian khi 
nhiệt lượng cấp cho môi chất, cân bằng với nhiệt lượng tản mất thì n2‟ = k2, sau đó 
phần nhiệt bị tản mất nhiều hơn nên n2‟ < k2. Mục đích tính quá trình giãn nỡ thực tế là 
nhằm xác định lượng công tạo ra trong quá trình và xác định các thông số cuối quá 
trình giãn nở trong sơ đồ tính, trở thành quá trình giãn nở đa biến với chỉ số giãn nở đa 
biến trung bình n2. 
Có thể xác định giá trị n2 (trung bình) gần đúng qua phương trình cân bằng nhiệt của 
quá trình giãn nở hoặc qua các số liệu thực nghiệm theo đặc điểm cấu tạo và đặc điểm sử 
dụng động cơ. 
3.5.2. Các thông số quá trình giãn nở 
Các thông số đầu quá trình giãn nở, là: pz, Tz, Vz và mz, các thông số cuối quá trình là 
pb, Tb, Vb và mb. Muốn xác định mối quan hệ giữa chúng, người ta dùng phương trình 
trạng thái của các môi chất tại điểm z và b, với giả thiết xu páp thải được mở tại ĐCD (Vb 
= Va). Quá trình giãn nở từ z đến b ta có: 
22 n
bb
n
zz VpVp (3.81) 
 Các phương trình trạng thái tại z và tại b: 
 pzVz = 8314mz . Tz (3.82) 
 pbVb = 8314mb . Tb 
 Số lượng môi chất tại z: 
 mz = zgctM1(1 + r) (3.83) 
 Số lượng môi chất tại b: 
 mb = bgct M1(1 + r) (3.84) 
 Trong đó: z – hệ số thay đổi phân tử (thể tích) tại z; 
 b – hệ số thay đổi phân tử tại b. 
 Ta biết: 
z = 1 + 
r
o
1
1
 
 
xz 
 115 
b = 1 + 
r
o


1
1
xb 
 Trong đó: xz và xb – là các hệ số nhả nhiệt tại z (đầu quá trình giãn nở) và tại b (cuối 
quá trình giãn nở). 
 Do sai lệch giữa xz và xb không lớn, khi tính có thể giả thiết xz = xb, vì vậy z = b, 
nên mz = mb. Chia hai vế của (3.82) cho nhau sẽ được: 
b
z
bb
zz
T
T
Vp
Vp
 (3.85) 
 Gọi  = 
z
b
V
V
= 
z
a
V
V
 là hệ số giãn nở trong quá trình giãn nở, ta có: 
  = 
z
b
V
V
= 
z
a
V
V
 = 

 (3.86) 
 Động cơ diesel từ 22
n
bb
n
zz VpVp và 
b
z
bb
zz
T
T
Vp
Vp
 , tìm được: 
2n
z
b
p
p

 và 12 n
z
b
T
T

 (3.87) 
Với động cơ xăng: 1 và  theo  = 
z
b
V
V
= 
z
a
V
V
 = 

. Thay  vào 
2n
z
p
p
p

 và 1n
z
b
2
T
T
 
 , được: 
2n
z
p
p
p

 ; Tb = 1n
z
2
T
 
 (3.88) 
3.5.3. Công trong quá trình giãn nở 
 Công trong quá trình giãn nở được xác định: 
b
z
V
V
zb dV.pL (3.89) 
 Trong quá trình giãn nở đa biến 
222 n
bb
n
zz
n
VpVppV ; 
 Từ đó có: 
2
2
2
2
n
n
bb
n
n
zz
V
V.p
V
V.p
p , thay 22
n
bb
n
zz VpVp vào 
b
z
V
V
zb dV.pL , 
được: 
 116 
 )V.pV.p(
1n
1
L bbzz
2
zb 
 (3.90) 
 1n
b
z
2
zz
zb
2
V
V
1
1n
V.p
L 
Thay (3.82) vào )V.pV.p(1n
1
L bbzz
2
zb 
 , được: 
 bbzz
2
zb T.mT.m
1n
8314
L 
 (3.91) 
hoặc: 
zz
bb
2
zz
zb
T.m
T.m
1
1n
T.m.8314
L (3.92) 
Nhân và chia vế phải của bbzz
2
zb T.mT.m
1n
8314
L 
 với mc được: 
 b
c
b
z
c
z
c
2
zb T
m
m
T
m
m
m
1n
8314
L (3.93) 
Biết rằng: .
M
M
m
m
;
M
M
m
m
);1(M.gm b
c
b
c
b
z
c
z
c
z
r1ctc    
Vì vậy: 
)T.T.).(1(M.g.
1n
8314
L bbzzr1ct
2
zb   
 (3.94) 
3.5.4. Những nhân tố ảnh hƣởng đến chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 
 Trong quá trình giãn nở bất kỳ yếu tố nào làm tăng cháy rớt sẽ làm giảm n2, còn làm 
tăng mất nhiệt của môi chất sẽ làm cho n2 tăng. Những yếu tố gây ảnh hưởng đến n2 bao 
gồm: tốc độ và phụ tải động cơ, kích thước xi lanh, trạng thái nhiệt của động cơ, chất 
lượng và diễn biến quá trình cháy 
 a. Tốc độ động cơ (n) 
 Nếu tăng n sẽ làm giảm số nhiệt lượng từ môi chất truyền ra ngoài qua truyền nhiệt và 
rò khí (vì giảm thời gian tiếp xúc giữa môi chất và thành xi lanh cũng như thời gian rò khí 
của mỗi chu trình), trong khi đó động cơ diesel lại tăng thời kỳ cháy rớt khiến môi chất 
càng nhận nhiệt nhiều hơn, kết quả làm giảm n2. Nếu giảm tốc độ động cơ kết quả sẽ 
ngược lại. 
 117 
 Trong động cơ xăng cũng có xu hướng tương tự, n2 cũng giảm khi tăng n, nhưng sự 
thay đổi của n2 theo n của động cơ xăng có những đặc điểm riêng biệt khi động cơ hoạt ở 
toàn tải hoặc sát toàn tải. Trong phạm vi tốc độ thấp (từ 1.000 – 1.600 vòng/phút) giá trị n2 
giảm tương đối nhanh khi tăng n, khi vượt quá 1.800 vòng/phút n2 không những không 
giảm mà có chiều gia tăng khi tăng n, vì ở tốc độ này vận động rối loạn (xoáy lốc) của 
dòng khí trong Vc được gia tăng làm giảm cháy rớt, giảm tổn thất nhiệt cho thành xi lanh 
và rò khí. 
 b. Phụ tải của động cơ 
 Phụ tải của động cơ có ảnh hưởng đến n2 trên hai mặt: 
 - Khi tăng tải một mặt do áp suất và nhiệt độ môi chất trong quá trình giãn nở đều 
tăng, do đó làm tăng chênh áp và nhiệt độ giữa môi chất và môi trường xung quanh, qua đó 
làm tăng phần nhiệt tổn thất qua truyền nhiệt và rò khí. 
 - Mặt khác, tăng tải với động cơ diesel là tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, qua 
đó làm giảm hệ số dư lượng không khí và làm tăng cháy rớt trên đường giãn nở, vì vậy 
làm tăng phần nhiệt lượng cấp cho động cơ trong quá trình giãn nở. 
c. Kích thước xi lanh 
 Nếu Vh =const mà giảm 
D
S (trường hợp 
D
S < 1), sẽ làm giảm 
h
lm
V
F
, mức độ 
tản nhiệt môi chất cho thành xi lanh sẽ giảm qua đó làm giảm n2. Nếu giữ cho 
D
S
 = 
const mà giảm Vh, sẽ làm tăng 
h
lm
V
F
 khiến môi chất tản nhiệt nhiều hơn qua đó làm tăng 
n2. 
d. Cấu tạo buồng cháy 
 Buồng cháy có tỷ số 
c
lm
V
F
 càng nhỏ, tản nhiệt càng khó, làm giảm n2, ngược lại sẽ 
làm tăng n2. 
e. Diễn biến quá trình cháy 
 Tăng tốc độ cháy của hòa khí trong thời kỳ cháy nhanh và cháy chính sẽ giảm hòa 
khí bốc cháy trong thời kỳ cháy rớt, kết quả làm tăng n2. 
f. Trạng thái nhiệt của động cơ 
 Khi tăng trạng thái nhiệt, tức là tăng nhiệt độ bề mặt các chi tiết trong thành xi lanh 
trong thời kỳ giãn nở, mặt khác sẽ làm giảm cháy rớt trên đường giãn nở (đối với động cơ 
xăng ít xẩy ra). Nên khi tăng trạng thái nhiệt cho động cơ xăng sẽ làm giảm n2 chút ít. 
Trong động cơ diesel hiện tượng cháy rớt là phổ biến và tương đối trầm trọng vì vậy khi 
tăng trạng thái nhiệt sẽ làm giảm cháy rớt nhiều, làm cho n2 tăng chút ít. 
 118 
 Các giá trị của chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2, p, T cuối quá trình giãn nở pb, Tb 
nằm trong giới hạn sau: 
 Loại động cơ n2 pb (MPa) Tb ( 
0
K) 
Động cơ xăng 1,23 – 1,20 0,35 – 0,50 1.500 – 1.700 
Động cơ diesel ôtô máy kéo 1,14 – 1,23 0,20 – 0,40 1.000 – 1.400 
Động cơ diesel tàu thủy cao tốc 1,15 – 1,25 0,35 – 0,60 1.000 – 1.200 
Động cơ tốc độ thấp và vừa 1,22 – 1,30 0,25 – 0,35 900 – 1.000 
3.6. QUÁ TRÌNH XẢ 
3.6.1. Diễn biến của quá trình xả 
 Quá trình thải bắt đầu từ khi xu páp xả mở (điểm b,) kết thúc khi xu páp xả đóng (ro), 
ứng với đoạn b,brro. Quá trình xả có thể chia làm 3 giai đoạn. 
Hinh 3.12. Đồ thị p = f(V) của quá trình thải trong ĐCĐT 
a. Giai đoạn 1: 
Là giai đoạn xả tự do, bắt đầu từ thời điểm mở xu páp xả đến khi pít tông đến ĐCT, 
đây là giai đoạn mở sớm của xu páp. Khí xả thoát ra ngoài với tốc độ rất lớn (600 – 700 
m/s) gây tiếng ồn. Lượng khí xả thoát ra trong giai đoạn này khoảng 60 - 70%. Khi pít tông 
đến ĐCD áp suất khí xả giảm nhiều. 
b. Giai đoạn 2: 
Xả cưỡng bức pít tông từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí xả ra ngoài qua xu páp xả với vận tốc 
200 - 300 m/s, lượng khí xả thải ra ở giai đoạn này khoảng 25 - 30%. 
c. Giai đoạn 3: 
Xả quán tính, pít tông từ ĐCT đến khi xu páp xả đóng (điểm ro). Sản vật cháy thoát ra 
ngoài theo quán tính. Lượng khí thải ra ở giai đoạn này khoảng 5%. 
Nhận xét: 
Công tiêu hao cho việc đẩy khí thải ra ngoài cũng như mức độ quét sạch buồng cháy 
phụ thuộc chủ yếu vào góc độ phối khí trong quá trình xả. 
 119 
Nếu xu páp xả mở sớm quá thì phần tổn thất công giãn nở lớn dù công đẩy khí thải ít 
đi cũng không bù đắp nổi công mất mát đó. 
 Nếu mở xu páp xả quá muộn thì công tổn thất cho việc đẩy khí thải ra ngoài lớn và 
hiệu quả quét sạch buồng cháy kém 
3.6.2. Các thông số quá trình xả 
- Đầu quá trình xả: 
+ Áp suất khoảng 0,4 - 0,5 MN/m2, 
+ Nhiệt độ khoảng 1.100 – 1.6000K. 
- Cuối quá trình xả: 
+ Áp suất khoảng 0,11 – 0,12 MN/m2 
+ Nhiệt độ khoảng 670 – 1.2200K 
CÂU HỎI ÔN TẬP 
1. Các loại và các chỉ tiêu đánh giá chu trình động cơ đốt trong. 
2. Diễn biến và các thông số ảnh hưởng đến quá trình nạp. 
3. Diễn biến và các thông số ảnh hưởng đến quá trình nén. 
4. Công nén. 
5. Những yếu tố ảnh hưởng đến chỉ số nén đa biến trung bình. 
6. Tỷ số nén trong động cơ xăng và động cơ diesel. 
7. Diễn biến và những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ xăng. 
8. Diễn biến và những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ diesel. 
9. Các thông số cơ bản của quá trình cháy. 
10. Diễn biến và các thông số quá trình giãn nở. 
11. Công giãn nở. 
12. Những yếu tố ảnh hưởng đến chỉ số giãn nở đa biến trung bình. 
13. Diễn biến của quá trình thải.