Giáo trình Cơ điện tủ ngành công nghệ ô tô (Phần 2)

 120 
Chƣơng 4. CÁC CHỈ TIÊU VỀ TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT 
CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 
4.1. CÁC CHỈ TIÊU CHÍNH 
Người ta dùng các chỉ tiêu sau để so sánh tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ đốt 
trong: 
- Công suất động cơ; 
- Hiệu suất động cơ; 
- Tuổi thọ và độ tin cậy; 
- Khối lượng; 
- Kích thước bao. 
Mỗi loại chỉ tiêu kể trên đều giữ vai trò chủ yếu khác nhau theo công dụng và điều 
kiện sử dụng động cơ. Trước tiên cần làm rõ khái niệm và nội dung từng loại chỉ tiêu trên 
4.1.1. Công suất động cơ 
 Công suất là yêu cầu đầu tiên của máy công tác và hệ thống động lực sử dụng động 
cơ. Công suất có ích là công suất thu được từ đuôi trục khuỷu, rồi từ đó truyền cho máy 
công tác. Công suất có ích là chỉ tiêu quan trọng quyết định khả năng sử dụng động cơ để 
dẫn động máy công tác và hệ thống động lực cụ thể. 
4.1.2. Hiệu suất có ích của động cơ 
 Hiệu suất có ích thể hiện số phần trăm nhiệt lượng chuyển thành công có ích trong 
tổng số nhiệt lượng cấp cho động cơ, do kết quả đốt cháy nhiên liệu trong xi lanh tạo ra. 
Hiệu suất có ích càng cao thì lượng nhiên liệu tiêu hao cho 1 KW trong một giờ sẽ càng 
nhỏ, nhờ vậy làm giảm số lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ, điều đó có ý nghĩa quan 
trọng đối với động cơ dùng trên các thiết bị vận tải, vì để chạy một quảng đường nhất định 
sẽ cần ít nhiên liệu dự trữ, nhờ đó chở được nhiều hàng hơn, tiền chi phí cho nhiên liệu ít 
hơn và giá thành vận tải sẽ nhỏ hơn. 
4.1.3. Tuổi thọ và độ tin cậy trong hoạt động của động cơ 
 Tuổi thọ của động cơ là thời gian sử dụng giữa 2 kỳ sửa chữa (tính theo giờ hoặc Km 
của thiết bị vận tải ). Độ tin cậy được phản ánh qua tỉ số của giờ sử dụ ng tốt {không có 
hỏng hóc, không mài mòn thái quá, không bị giảm công suất .v.v..} và toàn bộ số giờ sử 
dụng kể cả số giờ hỏng hóc và thời gian khắc phục những hỏng hóc ấy trong khoảng thời 
gian giữa 2 kỳ sửa chữa. Do đó thước đo độ tin cậy có tính xác suất. 
 Độ tin cậy phụ thuộc vào chất lượng chế tạo, lắp ghép điều chỉnh và tính ổn định về 
chất lượng của vật liệu chế tạo động cơ. 
 Muốn nâng cao độ tin cậy của động cơ, trước tiên cần nâng cao độ bền mỏi của chi 
tiết, giảm ứng suất tập trung và nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết. 
 121 
 Tuổi thọ của động cơ phụ thuộc vào tính hoàn thiện về mặt cấu tạo các chi tiết động cơ 
cũng như mức độ cường hoá động cơ theo tải (pe) và tốc độ (n). Chất lượng nhiên liệu, dầu 
nhờn, điều kiện sử dụng và chế độ làm việc của động cơ cũng ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ. 
 Động cơ diesel cỡ lớn tốc độ thấp, sau thời gian chạy 3 † 5 vạn giờ mới phải doa hoặc 
thay xi lanh. Còn động cơ diesel cao tốc cỡ nhỏ chỉ sau 5 † 8 nghìn giờ đã phải doa xi lanh. 
 Chỉ tiêu về độ tin cậy và tuổi thọ gây ảnh hưởng trực tiếp tới giá thành động cơ và 
năng suất của thiết bị vận tải. 
4.1.4. Khối lƣợng động cơ 
 Khối lượng động cơ gắn liền với lượng vật liệu (kim loại và phi kim loại) dùng chế 
tạo động cơ và trực tiếp ảnh hưởng tới giá thành động cơ. Khối lượng Gđ (kg) phụ thuộc 
vào các yếu tố của chu trình công tác và đặc điểm cấu tạo của động cơ. Khối lượng động 
cơ lại có liên quan mật thiết tới tuổi thọ. Thông thường động cơ cao tốc, nhẹ thường có 
tuổi thọ thấp, còn động cơ lớn, thấp tốc, nặng thường có tuổi thọ cao. 
 Người ta thường dùng suất khối gđ làm chỉ tiêu so sánh về mặt khối lượng giữ các 
động cơ: gđ =Gđ /Neqđ (Kg/kW) 
 Giá trị gđ biến động trong phạm vi rộng, gđ =1,3 ÷ 70 (Kg/KW). Các loại động cơ hiện 
nay gđ nằm trong giới hạn sau: 
 Động cơ cường hóa ít: 18 gđ < 40 Kg/KW 
 Động cơ cường hoá ở mức độ vừa: 8< gđ < 18 Kg/KW 
 Động cơ cường hoá cao: 1,3 < gđ < 8 Kg/KW 
 Người ta còn dùng khái niệm về khối lượng lít, đó là khối lượng động cơ quy về 1 lít 
thể tích công tắc xi lanh: GL = Gđ /i.Vh (Kg/l); (trong đó: i-số xi lanh; Vh (l) – thể tích công 
tắc của một xi lanh). 
4.1.5. Kích thƣớc bao 
 Kích thước bao quyết định bởi ba kích thước: dài (L), rộng (B), cao (H) của khối chữ 
nhật, được đo giữa các điểm ở giới hạn ngoài cùng của khối động cơ. Để đánh giá mức độ 
sử dụng các kích thước trên, người ta dùng các chỉ tiêu sau: 
 Ne / LBH – đánh giá mức đo sử dụng thể tích mà động cơ chiếm. 
 Ne / LB – đánh giá mức độ sử dụng diện tích đặt động cơ. 
 Ne / BH – được gọi là công suất chính diện, có ý nghĩa đặc biệt với động cơ máy bay. 
 Các kích thước gây ảnh hưởng trực tiếp đến điều kiện sử dụng động cơ, phụ thuộc 
vào số xi lanh i, cách bố trí xi lanh trên động cơ, tỉ số giữa hành trình S và đường kính của 
pít tông .v.v. Trong một vài trường hợp cụ thể chỉ tiêu về kích thước bao có thể quan trọng 
hơn các chỉ tiêu khác. Ngoài 5 chỉ tiêu trên đôi khi còn thêm các chỉ tiêu khác như: tính 
thích ứng của động cơ đối với thiết bị vận tải đường bộ, hiệu suất của động cơ đối với một 
 122 
vài chế độ được dùng nhiều nhất, chiều cao trọng tâm của động cơ  Trong một số trường 
hợp cụ thể, các chỉ tiêu này có thể còn quan trọng hơn các chỉ tiêu trên. 
 Trong phạm vi môn học nguyên lý động cơ cần hiểu kỹ về hai chỉ tiêu đầu. Các chỉ 
tiêu về tính năng kinh tế kĩ thuật của động cơ luôn luôn phụ thuộc vào chất lượng của chu 
trình công tác, được thể hiện qua hai thông số chính là: áp suất chỉ thị trung bình pi và hiệu 
suất chỉ thị i , vì vậy trước tiên cần hiểu kỹ hai thông số này. 
4.2. CÁC THÔNG SỐ CHỈ THỊ 
4.2.1. Công chỉ thị Li và áp suất chỉ thị trung bình pi 
 Trong chu trình công tác của động cơ 4 kỳ, chỉ có kỳ thứ 3 là kỳ sinh công, do quá 
trình cháy của hỗn hợp khí sinh ra năng lượng nhiệt biến thành công trong xi lanh – được 
gọi là công chỉ thị. 
 Kết quả tính toán nhiệt vẽ ra đồ thị công - được gọi là đồ thị công tính toán lý thuyết. 
Trên hình 4.1 và 4.2 đường acz,zbna là đường cong tính toán và afedgxu là đường cong 
hiệu đính của động cơ diesel. Đường cong afkzba là đường cong tính toán và afkz,1lx là 
đường cong hiệu đính của động cơ xăng. 
 - Đối với đồ thị công tính toán, ta có công chu trình tính toán: 
aczbzz
'
i LLLL ' (4.1) 
 + Công Lz
,
z là công của quá trình giãn nở đẳng áp p = const: 
)1(Vp)1(Vp1
V
V
VpVpVpL cccz
c
z
czczzzzz,
  
 (4.2) 
 + Công giãn nở đa biến zb: 
 1n
b
z
2
zz
zb
2
V
V
1
1n
Vp
L (4.3) 
 Nhân và chia vế phải của đẳng thức trên với Vc, rồi thay  
z
b
c
z
V
V
,
V
V
 và 
cz p.p  , sẽ được: 

 
 1n
2
cczb
2
1
1
1n
VpL (4.4) 
 + Công nén đa biến tính theo ccaa
1
V
V
n
n
aaac VpVp
1n
1
V
dV
VpL
c
a
1
1 
 , đưa 
pcVc làm thừa số chung và sau khi tính toán có: 
 123 

1n
1
cc
1n
a
c
1
cc
ac
1
1
1
1
1n
Vp
V
V
1
1n
Vp
L (4.5) 
 Thay các giá trị Lz‟z, Lzb và Lac vào aczbzz
'
i LLLL ' , được: 


 
  
 1n
1
1n
2
cc
'
i
12
1
1
1n
11
1
1n
1VpL (4.6) 
 - Gọi )
m
N
(p
2
,
i là áp suất chỉ thị trung bình tính theo lý thuyết (chưa hiệu đính) của 
chu trình công tác là công chỉ thị của một đơn vị thể tích công tác của xi lanh trong một 
chu trình được thể hiện qua biểu thức: 
'
ip = 
h
'
i
V
L
, (J/m
3
 hoặc N/m2 = Pa) (4.7) 
 Thay 'iL vào, được: 


 
 
 

 1n
1
1n
2
n
a
h
'
i'
i
12
1 1
1
1n
11
1
1n
1
1
p
V
L
p (4.8) 
 Trong đó 1
n
ac pp  và 1
1
V
V
h
c
 
 Nếu thay 1 , lúc ấy  sẽ được p,i của chu trình cấp nhiệt đẳng tích (động cơ 
xăng). 



 

 1n
1
1n
2
n
a
h
'
i'
i
12
1 1
1
1n
11
1
1n1
p
V
L
p (4.9) 
 trong đó: 'iL (J, hoặc N.m ); Vh (m
3
) – thể tích công tác của xi lanh; 
 Thứ nguyên của áp suất là Pa (N/m2). 
 124 
Hinh 4.1. Đồ thị công hiệu đính p =f(V) của ĐC-D 
 Sau khi hiệu đính các đồ thị công tính toán, đồ thị sát với thực tế hơn và diện tích bao 
giờ cũng nhỏ hơn, sai lệch giữa hai đồ thị được thể hiện bằng các diện tích gạch chéo. Sự 
sai lệch trên giữa tính toán lý thuyết và chu trình thực tế là do diễn biến của quá trình cháy 
thực tế không hoàn toàn phù hợp với giả thiết cấp nhiệt đẳng tích và đẳng áp khi tính toán, 
cũng như ảnh hưởng của góc độ phối khí, đánh lửa sớm, phun sớm gây ra. 
 Người ta dùng hệ số điền đầy đồ thị công '
i
i
d
L
L
 để bù trừ vào sự khác biệt đó. 
Trong đó Li là công chỉ thị thực tế. Vì vậy, áp suất chỉ thị trung bình pi của chu trình thực 
tế, động cơ 4 kỳ là: 
,
id
h
,
i
d
h
i
i p.
V
L
.
V
L
p (4.10) 
 Thông thường người ta dùng MPa (MN/m2) làm đơn vị tính áp suất do đó từ ta có: pi 
= 10
-6
h
i
V
L
, (MPa); 
 125 
Hình 4.2. Đồ thị công hiệu đính p =f(V) của ĐC-X 
 Theo thực nghiệm giá trị 95,092,0d . Giá trị d của động cơ xăng lớn hơn 
động cơ diesel. Trong đó giá trị d nhỏ dùng cho động cơ diesel cao tốc còn giá trị lớn 
dùng cho động cơ xăng. 
 Động cơ xăng 4 kỳ 97,093,0d 
 Động cơ diesel 4 kỳ 96,090,0d 
 Động cơ 2 kỳ 00,197,0d 
 Khi hiệu đính áp suất cực đại 
1z
p của đông cơ xăng, chọn: zz p85,0p 1 
Trong đó zp - Áp suất cực đại của chu trình theo tính toán lý thuyết và 0,85 là hệ số 
hiệu đính cho phù hợp với thực tế. 
 Trong thời gian hoạt động, ngoài áp suất p của môi chất trong xi lanh còn có áp 
suất khí thể dưới cac te cũng luôn luôn tác dụng lên pit tông theo hướng ngược chiều so 
với p. Phần lớn các động cơ, cac te đều được nối thông với khí trời hoặc với đường nạp 
qua hệ thống thông gió cac te, vì vậy có thể coi áp suất khí thể trong cac te bằng áp suất 
khí trời po. 
 126 
 Như vậy khi pita tông chuyển động trong xi lanh, hợp lực khí thể PP tác dụng đẩy pít 
tông trong xi lanh sẽ là: 
 PP = (p – po).
4
D2 
 (N) (4.11) 
trong đó: D (m) – đường kính xi lanh 
 Hợp lực khí thể FP đẩy pít tông chuyển dịch một vi lượng hành trình dS, sẽ tạo ra vi 
lượng công dLi, theo biểu thức: 
 dLi = Pp.dS = ( p – po ) . 
4
D2 
. dS= ( p – po ) dV (4.12) 
trong đó: dV là vi lượng biến thiên của thể tích công tác. 
 Đồ thị công p = f(V) hoặc p =f( ) (trong đó là góc quay trục khuỷu) là do thiết 
bị xác định đồ thị (indicateur) vẽ ra khi động cơ đang hoạt động. Tung độ của đồ thị phản 
ánh các giá trị của áp suất trong xi lanh, còn hoành độ của đồ thị là vị trí của đỉnh pít tông 
hoặc vị trí bán kính quay của trục khuỷu phản ánh thể tích của xi lanh hoặc góc quay trục 
khuỷu . 
 Khái niệm về áp suất chỉ thị trung bình pi là một khái niệm quan trọng, thường gặp 
trong các giáo trình và các tài liệu khoa học nghiên cứu về động cơ đốt trong. Do đó cần 
phải làm rõ thêm vài khía cạnh của khái niệm này. 
Hiện nay giá trị pi nằm trong giới hạn sau: 
- Động cơ không tăng áp: pi = 0,7 ÷ 1,2 MPa 
 - Động cơ tăng áp có thể đạt pi = 3,0 MPa hoặc lớn hơn 
4.2.2. Công suất chỉ thị của động cơ 
Công do môi chất trong xi lanh tạo ra trong mỗi chu trình được xác định qua đồ thị 
công p-V được gọi là đồ thị công, và công đó được gọi là công chỉ thị của chu trình Li (như 
đã trình bày ở phần trên). 
Dựa theo định nghĩa của pi , có thể tính Li nhờ biểu thức sau: 
Li = piVh (N.m) (4.13) 
trong đó: Vh- tính theo m
3
; pi - theo Pa = N/m
2
. 
Công chỉ thị Li có thể xác định cả công của các hành trình “bơm”, hoặc không tính 
công của các hành trình “bơm”. 
Công suất chỉ thị của động cơ – chính là công suất do các công chỉ thị Li tạo ra trong 
một giây. 
Nếu: n (vòng /s)- là số vòng quay của trục khuỷu trong 1 giây; 
  - là số kỳ của một chu trình (số hành trình pít tông trong 1 chu trình); 
 127 
 m - số chu trình trong 1 giây của xi lanh; 
Sẽ được: 
 m = 

 30
n
60
n2
, chu trình /s (4.14) 
 Nếu số xi lanh trong động cơ là i ta có: 
 m = i
n
i
n
.
30
.
60
2

 (4.15) 
Ni = Li.i.m =Vh.pi.i.m = 
30
... niVp hi
 (4.16) 
4.2.3. Hiệu suất chỉ thị và suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị 
 Tính kinh tế của chu trình được đặc trưng bằng 2 thông số hiệu suất chỉ thị i và 
suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi. Được xác định bằng công thức: 
tknl
i
i
QG
N
.
  ; 
i
nl
i
N
G
g , kg/W.s hoặc m3/W.s (4.17) 
 Từ đây ta có: 
tki
i
Qg .
1
  (4.18) 
 i : Là tỷ số giữa nhiệt lượng được chuyển thành công chỉ thị Li với nhiệt lượng cấp 
cho động cơ trong cùng một thời gian. 
 Nếu lấy thời gian 1 chu trình: 
tki
i
i
Qg
L
.
  (4.19) 
 Trong đó: 
 Gnl – Lưu lượng tiêu hao nhiên liệu trong 1 giây (kg/s hoặc m
3
/s) 
 Qtk – Nhiệt trị thấp của 1 kg nhiên liệu (J/Kg hoặc J/m
3), là nhiệt lượng thu được 
không tính đến nhiệt ẩn hóa hơi của hơi nước chứa trong sản phẩm cháy. 
 Như vậy, hiệu suất chỉ thị i là tỷ số giữa nhiệt lượng chuyển thành công chỉ thị với 
nhiệt lượng cấp cho động cơ do nhiên liệu đốt cháy trong xi lanh tạo ra trong một đơn vị 
thời gian (thường tính bằng giây). 
 i khác t ở chỗ là trong đó có tính đến cả tổn thất nhiệt truyền cho vách xi lanh, 
do cháy không hoàn toàn, do phân giải sản vật cháy, tổn thất khí thải 
 Từ Li = pi.Vh và k1hvk T.M.8314V..p  trong đó: 
 
h
k
v
V
V
, được: 
 128 
vk
ctk
h
p
gTM
V
.
...8314 1 ; Được: 
vk
ctk
ii
p
gTM
pL
.
...8314 1 
kvtk
ki
i
pQ
TpM
..
..
.8314 1

 (4.20) 
trong đó: Qtk = J/kg; M1 = kmol/kg. 
 - Đối với động cơ diesel: oMM 1 và 
k
k
k
k
p
T
 1
.
8314
 thay vào i , được: 
kvtk
io
i
Q
pL
 

..
..
 (4.21) 
 - Đối với động cơ xăng: 
hk
o
nl
o
L
MM


1.1
1
 và 
k
hk
k
k
p
T
 1
.
8314
 , thì: 
kvtk
io
i
Q
pL
 

..
).1.( 
 (4.22) 
 - Đối với động cơ ga: Qtm là nhiệt trị thấp của 1m
3
 khí tiêu chuẩn (OoC và 760mmHg) 
hoặc QtM là nhiệt trị thấp của 1kmol, thì: 
kvtm
ki
i
Q
TpM
 

..
..
15,371 1 , hoặc: 
 kk
kvtm
i
i
Q
pM

 

..
.1 (4.23) 
trong đó: 371,15 – hệ số từ tỷ số 
4,22
8314
; 
 hk - phân tử lượng của hòa khí. (Kg/Kmol) 
 - Đối với động cơ 2 kỳ, các trị số pi và v phải tính theo thể ích hành trình có ích 
của pít tông - S‟. 
 Từ đó thấy rằng: i phụ thuộc vào 
tkQ
M 1 hoặc 
tmQ
M 1 (số nghịch đảo của 1 Kmol môi 
chất mới) và 
k
k
ii
p
T
p ,, hoặc k . 
 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi là lượng nhiên liệu tiêu hao cho 1w chỉ thị trong 1 
giây, cũng là thông số đặc trưng cho tính kinh tế của chu trình. 
 129 
itk
i
Q
g
.
1
 (4.24) 
 Từ: 
kvtk
ki
i
pQ
TpM
..
..
.8314 1

 , được: 
ki1
vk5
i
T.p.M
.p
10.12g

 (Kg/W.s), (4.25) 
trong đó Qtk = J/Kg. Hoặc 
ki1
vk
i
T.p.M
.p
432g

 (g/KW.h) 
(4.26) 
 Đối với động cơ chạy bằng nhiên liệu khí, suất tiêu hao nhiên liệu thể khí v1 được 
xác định: 
sW
m
Q
v
ttm .
,
.
1 3
1

, trong đó: Qtm tính theo J/m
3
, tính theo i được: 
hkW
m
TpM
p
v
ki
vk
.
,
..
.
10.269
3
1
5
1

 (4.27) 
* Giá trị: 
 gi kg/kw.h (g/ml.giờ) i % 
Động cơ xăng 210 – 340 (155 – 250) 44 - 25 
Động cơ diesel 4 kỳ 150 – 200 (110 – 145) 56 - 43 
Động cơ diesel 2 kỳ 170 – 220 (125 – 160) 50 – 40 
Động cơ gaz 35 - 28 
4.3. TỔN HAO CƠ GIỚI VÀ CÁC THÔNG SỐ CÓ ÍCH 
4.3.1. Tổn hao cơ giới 
 Một phần Ni của động cơ tiêu hao cho bản thân động cơ mà không được lợi dụng có 
ích. Phần công suất đó dùng để khắc phục lực cản bên trong động cơ – gọi là công suất cơ 
giới Nm, bao gồm. 
a. Nms – Tiêu hao cho ma sát giữa các chi tiết trong động cơ 
b. Nđg - Tiêu hao cho ma sát giữa các chi tiết chuyển động với không khí (thanh truyền 
- trục khuỷu – bánh đà). 
c. Ndđ – Tiêu hao cho dẫn động các chi tiết và cơ cấu phụ cho động cơ. 
d. Nb  ...  động cơ đã đạt tới 121 mã lực/lít nhờ những kỹ thuật tăng áp tiên tiến. 
6.2. CÁC BIỆN PHÁP TĂNG ÁP CHỦ YẾU 
Dựa vào nguồn năng lượng và phương pháp nén không khí trước khi đưa vào động cơ, 
người ta chia tăng áp thành bốn nhóm sau: 
- Tăng áp dẫn động bằng cơ khí; 
- Tăng áp nhờ năng lượng khí thải; 
- Tăng áp hỗn hợp; 
- Tăng áp nhờ hiệu ứng động của dao động áp suất; 
Ngoài các phương án trên, còn có các hệ thống tăng áp tổ hợp khác tùy theo từng nhu 
cầu sử dụng động cơ. 
6.2.1. Tăng áp dẫn động bằng cơ khí (Supercharger) 
a. Sơ đồ hệ thống: 
Máy nén trong thiết bị tăng áp truyền động cơ khí thường là máy nén pít tông , máy 
nén rô to, máy nén ly tâm hoặc máy nén chiều trục được dẫn động từ trục khuỷu của động 
cơ thông qua các bánh răng, xích hoặc các cơ cấu truyền động khác. 
Hình 6.1. Tăng áp dẫn động bằng cơ khí 
1. Máy nén 
2. Trục khuỷu động cơ 
3. Hệ thống truyền động 
 158 
Hình 6.2. Động cơ có trang bị bộ tăng áp 
Một ví dụ của loại tăng áp này (Superchanger) được mô tả trên hình 6.3 
Hình 6.3. Bộ tăng áp Superchanger 
1. Vỏ bộ tăng áp 
2. Cặp bánh răng 
3. Đường nạp 
4. Xu páp nạp
 Bộ tăng áp sử dụng cặp bánh răng 2 nghiêng lớn, bố trí trong vỏ kín 1, trên đường nạp 
khí của động cơ. Mỗi răng trên bánh răng có vai trò như một pít tông quét khí nạp. 
Bộ tăng áp này phù hợp với các loại động cơ diesel thấp tốc, và do khối lượng lớn nên 
không sử dụng trên động cơ cao tốc ngày nay. Hệ số tăng áp tối đa có thể lên tới 1,6 lần (tỷ 
lệ áp suất ra với áp suất vào). 
b. Nguyên lý làm việc: 
 159 
Hình 6.4. Sơ đồ nguyên lý tăng áp truyền động cơ khí. 
Khi trục khuỷu động cơ quay, công suất từ trục khuỷu sẽ dẫn động cho máy nén làm 
việc. Máy nén hút không khí ngoài trời với áp suất Po, sau khi qua máy nén áp suất của 
không khí tăng lên Pk > Po qua đường ống nạp và nạp vào xi lanh động cơ. 
c. Phạm vi ứng dụng: 
Khi nghiên cứu các chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp chúng ta đã biết hiệu quả 
tăng áp của phương pháp truyền động cơ giới kém hơn so với phương pháp tăng áp tua bin 
khí, vì vậy phạm vi sử dụng phương pháp tăng áp này chỉ giới hạn cho những động cơ mà áp 
suất tăng áp không vựơt quá 0,15 - 0,16 MN/m2. Nếu áp suất tăng áp lớn hơn nữa thì công 
suất tiêu thụ cho máy nén sẽ rất lớn (vượt quá 10%Ni) và hiệu suất của động cơ sẽ giảm. 
Trong các loại động cơ hai kỳ , pít tông của động cơ đóng vai trò như một van trượt 
điều khiển đóng mở cửa quét và của thải còn sử dụng không gian bên dưới pít tông làm 
máy nén tăng áp. 
Trường hợp động cơ tăng áp có cùng một giá trị áp suất trên đường ống nạp Pk, nếu 
công tiêu hao cho máy nén Nk càng lớn thì công suất có ít của động cơ Ne sẽ càng nhỏ. Vì 
vậy khi chọn loại máy nén cho động cơ tăng áp truyền động cơ khí cần chú ý tới áp suất 
tăng áp và công để dẫn động tăng áp để không ảnh hưởng đến công suất và hiệu suất của 
động cơ. 
6.2.2. Tăng áp nhờ năng lƣợng khí thải 
Trong tổng số năng lượng cấp cho động cơ không tăng áp, chỉ có khoảng 30 † 40% 
được chuyển thành công có ích. Nhiệt lượng của khí thải ra ngoài khỏi động cơ chiếm 
khoảng 40 † 50%. Nếu dùng tua bin khí để số khí thải trên tiếp tục giãn nở sinh công, 
trước khi thải ra môi trường và dùng công ấy để dẫn động máy nén tăng áp (không dùng 
công có ích lấy từ trục khuỷu của động cơ) sẽ nâng cao công suất có ích đồng thời cải thiện 
tính năng kinh tế của động cơ. 
Tùy theo áp suất khí trước tua bin, tăng áp bằng tuabin khí có hai loại sau: 
 160 
- Tăng áp bằng tua bin biến áp: khi xu páp xả mở, sản vật cháy được dẫn trực 
tiếp tới cánh tua bin. Áp suất và động năng của dòng khí thải tác dụng vào các cánh tua bin 
thay đổi theo quy luật giảm dần. Để giảm tổn thất năng lượng của dòng khí thải, người ta 
thường bố trí tua bin rất gần xi lanh. 
- Tăng áp bằng tua bin đẳng áp: khí thải từ xi lanh động cơ được dẫn vào bình 
chứa, sau đó được cấp vào trước cánh tua bin theo một quy luật nhất định. 
a. Sơ đồ hệ thống: 
Hình 6.5. Sơ đồ động cơ tăng áp nhờ năng lƣợng khí thải dùng tua bin khí 
1. Tuabin khí 
2. Tuabin 
3. Khí thải động cơ 
4. Máy nén 
5. Không khí từ môi 
trường vào tua bin
Tăng áp tua bin khí thực hiện được bởi một thiết bị thu hồi năng lượng của khí thải, số 
năng lượng thu hồi này chiếm tới 5 † 10% toàn bộ năng lượng nhiệt cấp cho động cơ. Trên 
hình 6.5 giới thiệu sơ đồ của động cơ tăng áp nhờ năng lượng khí thải dùng tua bin khí. 
Hình 6.6. Động cơ dùng tăng áp Turbochanger 
 161 
Hình 6.7. Mặt cắt của Turbocharger 
 màu đỏ: khí thải; màu xanh: khí nạp 
b. Nguyên lý làm việc: 
Tăng áp tua bin khí là biện pháp tốt nhất để làm tăng công suất và nâng cao các chỉ 
tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ, vì vậy biện pháp này đã được sử dụng rất rộng rãi trong 
các loại động cơ diesel hiện đại. Trên hình 6.8 giới thiệu sơ đồ nguyên lý làm việc của 
động cơ tăng áp tua bin khí, năng lượng để dẫn động tuabin được lấy từ năng lượng của khí 
xả động cơ. 
Hình 6.8. Sơ đồ nguyên lý động cơ tăng áp tuabin khí, dẫn động bằng năng lƣợng khí thải. 
Máy nén N được dẫn động bởi trục của tua bin khí T, hoạt động nhờ năng lượng khí 
thải động cơ. Khí thải của động cơ đi vào tua bin khí sinh công quay máy nén rồi sau đó 
được thải ra môi trường, đồng thời máy nén N hút không khí ngoài trời có áp suất P0 nén 
đến áp suất Pk rồi đưa vào động cơ. Lượng không khí nén cung cấp cho động cơ được biến 
đổi tự động theo công suất của động cơ. Công suất của động cơ càng cao thì năng lượng 
chứa trong khí thải càng lớn, đảm bảo quay máy nén cung cấp cho động cơ với lượng 
không khí nén càng nhiều. 
 162 
Một ví dụ của loại tăng áp này (Tubochanger) được mô tả trên hình 6.9 
Hình 6.9. Cấu tạo bộ tăng áp Tubochanger a) và nguyên lý làm việc b) 
1. Bánh tuốc bin 
2. Trục 
3. Bánh nén khí nạp 
4. Xu páp nạp 
5. Xu páp xả 
6. Van điều tiết 
7. Đường khí phản hồi 
8. Xi lanh điều khiển 
9. mạch giảm tải 
Bộ tăng áp đặt ngay sát động cơ và có cấu tạo như hình trên. Nguyên lý hình thành 
tăng áp dựa trên cơ sở tận dụng động năng của dòng khí xả, khi đi ra khỏi động cơ, làm 
quay máy nén khí. 
Dòng khí xả đi vào bánh tua bin 1, truyền động năng làm quay trục 2, dẫn động bánh 
3, khí nạp được tăng áp đi vào đường ống nạp động cơ. Áp suất tăng áp khí nạp phụ thuộc 
vào tốc độ động cơ (tốc độ dòng khí xả hay tốc độ quay của bánh 1). Với mục đích ổn định 
tốc độ quay của bánh 1 trong khoảng hoạt động tối ưu theo số vòng quay động cơ, trên 
đường nạp có bố trí mạch giảm tải 9. Mạch giảm tải làm việc nhờ van điều tiết 6, thông 
qua đường khí phản hồi 7 và cụm xi lanh điều khiển 8. Khi áp suất tăng áp tăng, van 6 mở, 
một phần khí xả không qua bánh tua bin 1, thực hiện giảm tốc độ cho bánh nén khí nạp, 
hạn chế sự gia tăng quá mức áp suất khí nạp. 
c. Phạm vi ứng dụng: 
Do tăng áp bằng tua bin khí được dẫn động bằng năng lượng khí thải, không phải tiêu 
thụ công suất từ trục khuỷu của động cơ như tăng áp dẫn động bằng cơ khí, nên có thể làm 
tăng tính kinh tế của động cơ. Phương pháp này có thể giảm suất tiêu hao nhiên liệu 
khoảng 10%. 
Trong các động cơ tăng áp cao, thường lắp két làm mát trung gian trước khi không khí 
đi vào động cơ nhằm giảm nhiệt độ, qua đó nâng cao mật độ không khí tăng áp vào động 
 163 
cơ. Vì vậy, nâng cao được công suất và hiệu suất của động cơ. Mặc khác khi tăng áp bằng 
tuabin khí còn tạo điều kiện giảm tiếng ồn nên loại này được sử dụng nhiều nhất hiện nay. 
6.2.3. Tăng áp hỗn hợp 
a. Sơ đồ hệ thống: 
Tăng áp hỗn hợp là biện pháp sử dụng cùng một lúc cả máy nén tua bin khí (dùng 
năng lượng khí xả) và máy nén truyền động cơ khí (dùng năng lượng từ trục khuỷu). Có 
hai phương pháp tăng áp hỗn hợp: 
- Hai tầng lắp nối tiếp. 
- Hai tầng lắp song song. 
b. Nguyên lý làm việc: 
Trong hệ thống hai tầng lắp nối tiếp thuận (H 6.10a), tầng thứ nhất là bộ “máy nén tua 
bin khí” quay tự do và tầng thứ hai là máy nén truyền động cơ khí. Dùng hệ thống tăng áp 
hai tầng lắp nối tiếp thuận một mặt có thể tận dụng năng lượng của khí thải, mặt khác có 
thể nâng cao áp suất trên đường ống nạp Pk, từ đó nâng cao mật độ khí nạp. 
Hệ thống tăng áp có tầng thứ nhất là một máy nén thể tích hoặc máy nén ly tâm do 
trục khuỷu dẫn động và tầng thứ hai là “máy nén tuabin khí” quay tự do được gọi là hệ 
thống tăng áp hai tầng nối tiếp ngược (H 6.10b). Trong hệ thống tăng áp hai tầng nối tiếp 
ngược không thể nào tiến hành cường hoá động cơ bằng biện pháp làm tăng lượng khí 
nạp đưa vào xi lanh vì khối lượng không khí cung cấp cho xi lanh trong mỗi chu trình 
thay đổi rất ít. 
Trong hệ thống tăng áp hai tầng lắp song song (H 6.10c), máy nén N1 được dẫn động 
từ trục khuỷu động cơ cung cấp vào bình làm mát LM cùng với máy nén N2 được dẫn động 
từ năng lượng khí thải bởi tua bin T. 
Hình 6.10. Sơ đồ nguyên lý động cơ tăng áp hỗn hợp hai tầng lắp nối tiếp 
a) hai tầng nối tiếp thuận 
b) hai tầng nối tiếp ngược 
c) hai tầng lắp song song 
T – Tua bin 
N – máy nén 
LM – thiết bị làm mát trung gian không khí 
nén
 164 
c. Phạm vi ứng dụng: 
Trong hệ thống tăng áp hai tầng nối tiếp, do có máy nén truyền động cơ giới nên có 
thể thay đổi tỷ số tăng áp của động cơ, cải thiện tính năng tăng tốc và chất lượng công tác 
trong mọi chế độ làm việc của động cơ. Đặc điểm ấy rất quan trọng đối với động cơ hai kỳ. 
Trong động cơ tăng áp hỗn hợp, lắp song song (H 6.10c) người ta dùng một máy nén 
dẫn động cơ giới hoặc dùng không gian bên dưới của xi lanh làm máy nén (động cơ hai kỳ) 
cung cấp không khí tăng áp cho động cơ, song song với bộ “máy tua bin khí” quay tự do. 
Như vậy mỗi máy nén trong hệ thống chỉ cần cung cấp một phần không khí nén vào bình 
chứa chung. 
Ưu điểm chủ yếu của hệ thống tăng áp lắp song song là lưu lượng không khí, qua mỗi 
máy nén điều nhỏ do đó kích thước của mỗi máy nén điều nhỏ hơn so với hệ thống tăng áp 
lắp nối tiếp. 
Về mặt cấu tạo thì hệ thống tăng áp hỗn hợp phức tạp hơn nhiều so với các hệ thống 
tăng áp truyền động cơ giới và tăng áp tua bin khí, vì trong thiết bị tăng áp có hai máy nén. 
Mặt khác bình chứa không khí nén chung cũng phức tạp hơn. Vì vậy chỉ trong các 
trường hợp đặc biệt (ví dụ cần đạt được Pk tương đối lớn), cần có tính năng tăng tốc tốt 
trong mọi chế độ làm việc của động cơ, hoặc những yêu cầu đặc biệt nào đó người ta mới 
dùng hệ thống tăng áp hỗn hợp. 
CÂU HỎI ÔN TẬP 
1. Mục đích của tăng áp cho động cơ. 
2. Các biện pháp nâng cao công suất động cơ. 
3. Sơ đồ, nguyên lý làm việc và phạm vi ứng dụng của biện pháp tăng áp dẫn động bằng cơ 
khí. 
4. Sơ đồ, nguyên lý làm việc và phạm vi ứng dụng của biện pháp tăng áp nhờ khí thải. 
5. Sơ đồ, nguyên lý làm việc và phạm vi ứng dụng của biện pháp tăng áp hỗn hợp. 
 165 
PHỤ LỤC 
DANH MỤC HÌNH 
- Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo ĐCĐT kiểu pít tông (a); Tua bin khí (b); Động cơ phản lực dùng nhiên 
liệu và chất ôxi hóa thể lỏng (c) 
- Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý động cơ đốt trong 
- Hình 1.3. Trình tự các quá trình của ĐCĐT 
- Hình 1.4. Sơ đồ các quá trình làm việc và đồ thị công p –V của động cơ diesel bốn kỳ 
- Hình 1.5. Đồ thị công p-V của chu trình thực tế 
- Hình 1.6. Đồ thị khai triển và đồ thị phân phối khí khai triển của động cơ 4 kỳ pk < pO 
- Hình 1.7. Sơ đồ pha phân phối khí của động cơ 4 kỳ 
- Hình 1.8. Chu trình làm việc của động cơ diesel bốn kỳ 
- Hình 1.9. Đồ thị công p – V và đồ thị phân phối khí khai triển của động cơ diesel 4 kỳ pK< pO 
- Hình 1.10: Đồ thị công p – V của động cơ xăng 4 kỳ 
- Hình 1.11. Sơ đồ cấu tạo của động cơ 4 kỳ tăng áp tuabin khí (pk > p0) 
- Hình 1.12. Sơ đồ hoạt động của động cơ 2 kỳ quét thẳng qua xu páp xả. 
- Hình 1.13. Sơ đồ cấu tạo động cơ 2 kỳ và đồ thị công p-V của động cơ 2 kỳ dạng quét vòng dùng 
cacte tạo quét khí 
- Hình 1.14. Pha phân phối khí của động cơ hai thì quét vòng 
- Hình 1.15. Sơ đồ cấu tạo cơ cấu khuỷu trục thanh truyền động cơ chữ V, 8 xi lanh, góc nhị diện 
90
0
, thứ tự làm việc 1-5-4-2-6-3-7-8 
- Hình 1.16. Sơ đồ cấu tạo trục khuỷu động cơ 4 xi lanh 
- Hình 1.17. Sơ đồ cấu tạo trục khuỷu động cơ 6 xi lanh 
- Hình 1.18. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc ĐCĐT kiểu pít tông quay 
- Hình 1-19. Sơ đồ cấu tạo ĐCĐT kiểu tua bin phản lực 
- Hình 3.1. Chu trình lý tưởng tổng quát trong ĐCĐT 
- Hình 3.2. Chu trình lý tưởng cấp nhiệt hỗn hợp 
- Hình 3.3. Phần đồ thị công thải và nạp khí khi pk po (b) 
- Hình 3.4. Phần đồ thị công của quá trình thay đổi khí trong động cơ 2 kỳ 
- Hình 3.5. Đồ thị p –V phân tích các đường cong đặc trưng trạng thái của quá trình nén 
- Hình 3.6. Quá trình cháy bình thường trong động cơ xăng 
- Hình 3.7. Sơ đồ phân bố màng lửa và tốc độ màng lửa 
- Hình 3.8. Cháy kích nổ động cơ xăng 
 166 
- Hình 3.9. Hiện tượng cháy sớm động cơ xăng 
- Hình 3.10. Đồ thị khai triển quá trình cháy động cơ diesel 
- Hình 3.11. Đồ thị p = f(V) của quá trình giãn nở trong ĐCĐT 
- Hinh 3.12. Đồ thị p = f(V) của quá trình thải trong ĐCĐT 
- Hinh 4.1. Đồ thị công hiệu đính p =f(V) của ĐC-D 
- Hình 4.2. Đồ thị công hiệu đính p =f(V) của ĐC-X 
- Hình 5.1. Các chế độ có thể hoạt động của các loại động cơ 
- Hinh 5.2. Đặc tính của động cơ và máy công tác 
- Hình 5.3. Quan hệ giữa i và 
 i
 với 
- Hình 5.4. Đặc tính ngoài của động cơ xăng a) và động cơ diesel b) 
- Hình 5.5. Đặc tính tải của động cơ xăng 
- Hình 5.6. Đặc tính tải của động cơ diesel 
- Hình 5.7. Đặc tính điều chỉnh góc phun sớm, ở n = 1.800 vg/ph và toàn tải 
- Hình 5.8. Đặc tính điều tốc về mô men Me của động cơ diesel. 
- Hình 5.9. Đặc tính không tải của động cơ xăng a) và của động cơ diesel b) 
- Hình 6.1. Tăng áp dẫn động bằng cơ khí 
- Hình 6.2. Động cơ có trang bị bộ tăng áp 
- Hình 6.3. Bộ tăng áp Superchanger 
- Hình 6.4. Sơ đồ nguyên lý tăng áp truyền động cơ khí. 
- Hình 6.5. Sơ đồ động cơ tăng áp nhờ năng lượng khí thải dùng tuabin khí 
- Hình 6.6. Động cơ dùng tăng áp Turbochanger 
- Hình 6.7. Mặt cắt của Turbocharger 
- Hình 6.8. Sơ đồ nguyên lý động cơ tăng áp tuabin khí, dẫn động bằng năng lượng khí thải. 
- Hình 6.9. Cấu tạo bộ tăng áp Tubochanger 
- Hình 6.10. Sơ đồ nguyên lý động cơ tăng áp hỗn hợp hai tầng lắp nối tiếp 
DANH MỤC BẢNG 
- Bảng 1.1. Bảng sinh công động cơ 4 kỳ 4 xi lanh 
- Bảng 1.2. Bảng sinh công động cơ 4 kỳ 6 xi lanh 
- Bảng 2.1. Thành phần thể tích và nhiệt trị thấp của nhiên liệu khí ở điều kiện tiêu chuẩn 
- Bảng 2.2. Các chỉ tiêu của nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ đốt trong 
 167 
Tài liệu tham khảo 
[1] Nguyễn Tấn Quốc (2005). Nguyên lý động cơ đốt trong. ĐHSPKTTPHCM. 
[2] Nguyễn Tất Tiến (1999). Nguyên lý động cơ đốt trong. Nhà xuất bản Giáo dục. Hà Nội. 
[3] Nguyễn Văn Bình (1982). Nguyên lý động cơ đốt trong. Đại học và THCN. 
[4] Phạm Văn Trợ (1998). Lý thuyết động cơ đốt trong. Cao đẳng Kỹ thuật Vin Hem Pic. 
[5] Võ Nghĩa (1990). Thí nghiệm động cơ. Đại học Bách khoa Hà Nội. 
[6] Đỗ Xuân Kính (1989). Sửa chữa động cơ đốt trong. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. Hà 
Nội. 
[7] Trần Văn Tế - Nguyễn Đức Phú (1996). Kết cấu tính toán động cơ đốt trong. Nhà xuất bản 
Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội. 
[8] Nguyễn Đức Phú (1989). Động cơ đốt trong xưa và nay. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. 
Hà Nội. 
[9] Proceedings of the international conference on technology, Hanoi, December 1996.