Động cơ đốt trong là một trong những dòng động cơ đang được ứng dụng khá phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong đời sống sản xuất. Tuy nhiên, đối với những người “ngoại đạo” thì không phải ai cũng hiểu rõ về loại động cơ này. Trong bài viết dưới đây, các bạn hãy cùng chúng tôi đi tìm hiểu những điều cơ bản về động cơ đốt trong này nhé!
Khái niệm động cơ đốt trong là gì?
Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt, trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, động có sẽ tạo ra nhiệt và sinh ra công cơ học. Các loại động cơ đốt trong sẽ sử dụng dòng chảy để tạo ra công ra ngay trong buồng công tác (xilanh) của động cơ.
Bên cạnh đó, sự giãn nở của khí ở nhiệt độ cao và áp suất cao trong quá trình đốt cháy sẽ tác dụng lực trực tiếp lên một số thành phần của động cơ như piston, cánh tuabin, cánh quạt hoặc vòi phun. Chính lực này giúp di chuyển vật thể trên một quãng đường nhất định, biến năng lượng hóa học thành công hữu ích.
Động cơ đốt trong là loại động cơ biến nhiệt năng thành cơ năng
Lịch sử hình thành của động cơ đốt trong
Được hình thành từ rất lâu, trải qua một quãng thời gian dài để phát triển, các động cơ đốt trong đã dần hiện đại hơn giúp đáp ứng được các yêu cầu của người sử dụng. Cụ thể là:
– Năm 1860: Động cơ đốt trong đầu tiên ra đời bởi 2 kỹ sư người Pháp gốc Bỉ Giăng Echiên Lona. Tuy nhiên, loại động cơ này chỉ có 2 kỳ với công suất 2HP và sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên
– Đến 1877: động cơ đốt trong 4 kỳ đầu tiên ra đời do kỹ sư người Đức Nicola Aogut Otto và kỹ sư người Pháp Lăng Ghen chế tạo. Loại động cơ 4 kỳ này đã được cải tiến và sử dụng nhiên liệu khí than
– 1885: Động cơ xăng 4 kỳ công suất 8 HP đầu tiên do kỹ sư người Đức Golip Đemlo chế tạo ra đời. Động cơ này đã đạt tốc độ quay 800 vòng/phút
– 1897: Động cơ diezen 4 kỳ, công suất 20HP do kỹ sư người Đức (Rudonpho Saclo Sredieng Diezen) chế tạo ra đời
Phân loại động cơ đốt trong
Tính đến thới điển hiện nay, thì động cơ đốt trong có nhiều loại để phân loại người ta dựa vào các dấu hiệu đặc trưng như sau:
- Theo nhiên liệu: Động cơ đốt trong được chia thành động cơ xăng, động cơ diezen, động cơ than… Trong đó, động cơ diezen là động cơ được sử dụng phổ biến nhất.
- Theo hành trình của piston trong một chu trình làm việc:được chia thành 2 loại là động cơ 2 kỳ, động cơ 4 kì.
Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong
Cấu tạo của động cơ đốt trong
Dù được phân loại thành nhiều loại động cơ đốt trong tuy nhiên cấu tạo của động cơ đốt về cơ bản là giống nhau trong gồm có 2 cơ cấu và 4 hệ thống sau:
– Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền bao gồm có 3 bộ phận: piston, thanh truyền và trục khuỷu. Mỗi bộ phận này lại thực hiện các nhiệm vụ khác nhau:
- Piston: đây là bộ phận quan trọng trong trục khuỷu thanh truyền. Piston + xilanh và nắp máy sẽ tạo thành không gian làm việc. Piston sẽ nhận lực đẩy của khí cháy rồi truyền lực cho trục khuỷu để sinh công và đồng thời cũng nhận lực từ trục khuỷu để thực hiện các quá trình khác như: nạp, nén, cháy – dãn nở và thải.
- Thanh truyền: hay còn gọi là tay biên. Đây là chi tiết thực hiện truyền lực giữa piston và trục khuỷu.
- Trục khuỷu: bộ phận nhận lực từ thanh truyền tạo ra momen quay để kéo máy công tác. Bên cạnh đó, trục khuỷu cũng nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho piston để thực hiện các quá trình hút, nén và xả.
– Cơ cấu phân phối khí: đâu là bộ phận có nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp – thải đúng lúc để giúp động cơ thực hiện quá trình nạp khí mới vào xilanh và thải khí đã cháy trong xilanh ra ngoài.
– Hệ thống bôi trơn: Đưa dầu bôi trơn đến các chi tiết trong động cơ đốt trong để từ đó giúp các chi tiết được hoạt động bình thường và tăng tuổi thọ chi tiết.
– Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí: Cung cấp khí sạch với tỉ lệ hòa khí phải phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ.
– Hệ thống làm mát: bộ phận có nhiệm vụ giữ cho nhiệt độ các chi tiết trong động cơ đốt trong không vượt quá nhiệt động cho phép khi làm việc.
– Hệ thống khởi động
– Bên cạnh đó, các động cơ đốt trong chạy bằng xăng còn được thiết kế thêm hệ thống đánh lửa.
Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong
Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong là hỗn hợp không khí và nhiên liệu sẽ được đốt trong xilanh của động cơ đốt trong sẽ sinh ra nhiệt. Nhiệt độ cao sẽ làm cho khí đốt giãn nở tạo ra áp suất tác dụng lên piston giúp đẩy piston di chuyển.
Hiện nay, các nhiều loại động cơ đốt trong khác nhau tuy nhiên, các động cơ này đều hoạt động theo một chu trình tuần hoàn chu kỳ làm việc, bao gồm 4 bước là: nạp, nén, nổ (đốt) và xả. Trong đó, xả và nạp được dùng để thêm khí mới; còn nén và nổ thì được dùng để đốt cháy khí và nhiên liệu để sinh ra công.
Tìm hiểu các thì trong động cơ đốt trong pit tông đẩy 4 thì
- Tại thì thứ 1 (nạp – nạp mở, xả đóng): Tại nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong này, hỗn hợp không khí và nhiên liệu sẽ được “nạp” vào xy lanh tại thời điểm pít tông lên xuống.
- Tại thì thứ 2 (nén – nạp, xả đều đóng) hỗn hợp khí có trong xi lanh sẽ được pittong đưa lên trên. Trong thời gian cuối thì thứ 2 thì hỗn hợp khí sẽ được đốt, động cơ xăng thực hiện thông qua bộ phận đốt lửa, còn trong diesel thông qua cơ chế tự bốc cháy.
- Tại thì thứ 3 (tạo công – nạp, xả vẫn đóng) toàn bộ hỗn hợp khí bên trong xi lanh sẽ được đốt cháy. Vì nhiệt độ tăng lên lúc này áp suất khí sẽ tăng, kéo theo đó pts đông cũng sẽ chuyển động đi xuống. Chuyển động sẽ được thực hiện thông qua chuyển động tay biên cho đến trục khuỷu sau đó sẽ được biến thành chuyển động quay.
- Tại thì thứ 4 (xả – nạp đóng , xả mở) pít tông sẽ di chuyển lên phía trên đẩy khí trong xy lanh lên qua ống xả và thoát ra ngoài môi trường.
Toàn bộ quá trình chuyển động của pít tông tại thì 1, 2, 4 sẽ được thực hiện thông qua năng lượng tích trữ của bánh đà gắn với trục khuỷu có có trong thì thứ 3 (thì tạo công). Nhờ đó động cơ đốt trong 4 kỳ sẽ có góc 720 độ đồng nghĩa với việc khi trục khuỷu quay 2 vòng thì sẽ có 1 lần đánh lửa.
Nếu có thêm nhiều xy lanh lúc này góc đánh lửa sẽ nhỏ đi, kéo theo đó là năng lượng đốt sẽ được đưa vào nhiều hơn trong hai vòng quay từ đó sẽ khiến cho động cơ chạy êm hơn.
Khi chuyển động chưa có đà thì trục khuỷu sẽ được quay thông qua dây, cần khởi động hoặc là tay quay.
Việc tiến hành nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong thay thế khí thải sẽ được tiến hành bằng trục cam. Trục sẽ đóng vai trò là kết nối với trục khuỷu để thực hiện quay theo tỷ lệ giảm tốc là 1:2, thực hiện mở các van có trong xi lanh.
Khi trục khuỷu đóng và mở lúc này các van đều sẽ được thực hiện điều chỉnh sao cho van nạp, xả được mở cùng thời điểm khi di chuyển từ xả sang nạp. Khi khí thải thoát ra với vận tốc cao lúc này sẽ thực hiện hút khí mới vào buồng đốt giúp nạp khí mới vào xy lanh hiệu quả hơn cũng như tăng áp suất đốt.
Động cơ đốt trong hai thì là loại động cơ được chế tạo theo kiểu pít tông đẩy. Trái ngược với loại hai thì cần thiết sẽ tạo ra một năng lực hoàn thành chỉ bằng một vòng quay trục khuỷu. Một thì sẽ chuyển động từ một trạng thái tĩnh về một trạng thái tĩnh mới. Trục khuỷu đóng vai trò hoàn thành 1 nửa vòng quay trong 1 thì.
Xem thêm: Dây curoa có tác dụng gì trong ô tô
Chi tiết nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong 4 kỳ, 2 kỳ
Động cơ đốt trong 4 kỳ
Kỳ 1: Kỳ nạp
- Pitton sẽ thực hiện di chuyển từ điểm chết trên -> điểm chết dưới, xupap sẽ trong tình trạng nạp mở, xả đóng
- Ngay sau đó pitton sẽ được dẫn đi xuống khiến áp suất bên trong xi lanh giảm mạnh, không khí tthông qua đường nạp sẽ qua cửa nạp đi vào xi lanh thông qua độ chênh lệch áp suất.
Kỳ 2: Kỳ nén
- Ngay lúc này, Pitton sẽ thực hiện di chuyển từ vị trí điểm chết dưới lên vị trí trên, và đây cũng là lúc 2 xupap đều đóng.
- Pitton thông qua trục khuỷu để có thể dẫn động đi lên khiến thể tích ở bên trong xi lanh có thể giảm áp suất nhiệt độ khí phía bên trong xi lanh tăng lên trong nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong.
- Cuối chu kỳ nén, vòi phun sẽ thực hiện phun một lương diezen trong buồng cháy với áp suất cao nhất.
Kỳ 3: Kỳ nổ
- Trong suốt kỳ 3, Pitton di chuyển từ điểm chết trên xuống phía dưới, và trạng thái của 2 xupap là vẫn đóng.
- Nhiên liệu sau khi được phun vào bên trong buồng cháy sẽ kết hợp với không khí có trong đó tạo ra hòa khí. Khi áp suất và nhiệt độ trong xi lanh cao, hòa khí sẽ bốc cháy tạo ra áp suất lớn khiến pitton đi xuống khiến cho trục khuỷu quay và sinh công.
Kỳ 4: Kỳ thải
- Lúc này pittong sẽ thực hiện di chuyển từ điểm chết dưới lên, xupap nạp đóng, thải mở. Tiếp tục pitton sẽ được dẫn động thông qua trục khuỷu đi lên và đẩy khí thải ở bên trong xi lanh ra phía ngoài.
- Nếu di chuyển chạm điểm chết trên, lúc này xupap thải đóng và nạp sẽ mở ra, và ở trong xi lanh cũng sẽ tiếp tục thực hiện một chu trình khác mới.
Động cơ đốt trong 2 kỳ
Chi tiết nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong 2 kỳ là như sau:
Kỳ 1
- Pitton sẽ tiến hành di chuyển từ điểm chết trên tới điểm chết dưới trong xi lanh, lúc này nó cũng sẽ tiếp diễn xảy ra các quá trình dãn nở, thải tự do, quét và cuối cùng là thải khí.
- Ở đầu kỳ 1: Vị trí của pitton ở điểm chết trên, khí cháy sẽ tạo ra áp xuất khiến cho pít tông bị đẩy xuống, trục khuỷu lúc này sẽ bị quay và sinh công, nó chỉ dừng lại nếu pit tông mở cửa quét.
- Bắt đầu lúc pitton mở cửa thải tới thời điểm mở cửa quét, khí thải ở bên trong xi lanh sẽ đi qua cửa để thoát ra ngoài.
- Từ lúc pitton mở cửa quét cho tới lúc di chuyển tới điểm chết dưới, hòa khí ở trong cacte sẽ qua đường cửa quét để đi vào xi lanh đẩy khí thải trong xi lanh thoát ra phía ngoài trong nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong.
Kỳ 2
- Pitton sẽ dẫn động thông qua trục khuỷu đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên trong xi lanh từ đó sẽ xảy ra các quá trình quét thải, lọt khí và cháy.
- Tại thời điểm ban đầu cửa quét, thải vẫn sẽ mở hòa khí tạo sáp suất cao di chuyển cacte qua cửa quét, rồi xi chuyển vào xilanh thông qua của thải để thoát ra ngoài. Nó sẽ chỉ dừng lại khi mà cửa quét đóng.
- Khoảng thời gian từ lúc pitton đóng cửa quét cho tới thời điểm khi cửa thải bị đóng, 1 phần hòa khí ở trong xi lanh sẽ bị thoát ra ngoài.
- Riêng ở khoảng thời gian pitton đóng cửa thải cho tới lúc di chuyển tới điểm chết trên, lúc này quá trình nén kết thúc. Vào giai đoạn cuối kỳ 2, bugi bật tia lửa điện để làm cháy hòa khí xuất hiên bên trong xi lanh.
Một số ứng dụng phổ biến của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong hiện nay đang có vai trò quan trọng trong việc tạo ra nguồn động lực cơ khí để ứng dụng vào các các ngành và lĩnh vực sản xuất. Chính bởi vậy, các bạn có thể tìm thấy các ứng dụng của động cơ đốt trong: ô tô, tàu thủy, máy phát điện, máy bay, các máy móc tĩnh ở những nơi không có nguồn cung cấp điện….
Ngoài ra, động cơ đốt trong cũng được ứng dụng rộng rãi trong ngành nông nghiệp như : máy cày, máy kéo hay các thiết bị phục vụ cho sản xuất….
Xem thêm: Nguyên lý làm việc của hệ thông bôi trơn trên xe ô tô
Tìm hiểu về đặc điểm và phân loại động cơ đốt trong dùng cho ô tô
Đặc điểm của động cơ đốt trong
- Tốc độ quay cao
- Kích thước và trọng lượng nhỏ
- Thường làm mát bằng nước
Cách bố trí động cơ đốt trong trên ô tô
Hiện nay có 3 cách bố trí động cơ đốt trong trên ô tô, mỗi cách đều có những ưu nhược điểm riêng, cụ thể như sau:
| Cách bố trí | Ưu điểm | Nhược điểm | |
| Bố trí động cơ đốt trong ở đầu ô tô | Đặt động cơ đốt trong trước buồng lái | – Lái xe ít bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn, nhiệt. – Dễ chăm sóc, bảo dưỡng | – Khó quan sát mặt đường |
| Đặt động cơ đốt trong trong buồng lái | – Quan sát mặt đường dễ dàng | – Ngược với ưu điểm của động cơ đốt trong trước buồng lái | |
| Bố trí động cơ đốt trong ở đuôi ô tô | – Hệ thống truyền lực đơn giản – Dễ quan sát đường – Ít bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn và nhiệt thải | – Làm mát động cơ đốt trong khó – Bộ phận điều khiểm động cơ đốt trong và hệ thống truyền lực phức tạp | |
| Bố trí động cơ đốt trong ở giữa ô tô | – Dung hoà được ưu, nhược điểm của 2 cách trên | – Ồn, rung, chiếm chỗ của thùng xe, ít dùng | |
Phân loại động cơ đốt trong dùng cho ô tô
Phân loại theo nhiên liệu
- Động cơ Xăng
- Động cơ Diezen
Phân loại theo cách thức hoạt động/ số hành trình của piston
- Động cơ 4 kì hay còn được gọi là động cơ Otto (động cơ Otto do Nikolaus Otto sáng chế)
- Động cơ 2 kì (loại này hiện nay rất ít được sử dụng)
Phân loại theo cách chuyển động của piston
- Động cơ piston đẩy (hay kết hợp với tay biên và trục khuỷu)
- Động cơ Wankel (Động cơ piston tròn)
- Động cơ piston quay
- Động cơ piston tự do
Phân loại theo cách tạo hỗn hợp không khí và nhiên liệu
- Tạo hỗn hợp bên ngoài
- Tạo hỗn hợp bên trong
Theo phương pháp đốt
- Hỗn hợp khí này được đốt bằng bộ phận đánh lửa (còn được gọi là bugi) trong các động cơ Otto, nhất là ngay tại trước điểm chết trên.
- Trong các động cơ diesel, thì hỗn hợp có khả năng đốt bằng cách tự bốc cháy. Không khí này được nén rất mạnh, ngay ở trước điểm chết trên nhiên liệu được phun vào, bên cạnh đó vì ở nhiệt độ, cùng áp suât rất cao nên nhiên liệu sẽ tự bốc cháy.
Theo phương thức làm mát
- Làm mát bằng nước.
- Làm mát bằng không khí.
- Có khả năng làm mát bằng dầu nhớt (động cơ Elsbett).
- Là sự kết hợp giữa làm mát bằng không khí cùng với dầu nhớt.
Theo hình dáng động cơ và số xylanh
- Động cơ 1 xy lanh.
- Động cơ thẳng hàng.
- Động cơ chữ V.
- Động cơ VR.
- Động cơ chữ W.
- Động cơ boxer.
- Động cơ tỏa tròn.
- Động cơ piston đối xứng.
Với các ưu điểm và công dụng của động cơ đốt trong nên loại động cơ này ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực. Suzuli Bình Dương hy vọng bài viết đã giúp cho các bạn có được cái nhìn tổng quát nhất, cơ bản nhất về loại động cơ nay.
Xem thêm: Tìm hiểu về hệ thống khởi động trên ô tô
Thông số quan trọng của một động cơ đốt trong của ô tô
Công suất của động cơ đốt trong
- Công suất có đơn vị tính theo mã lực – horsepower (HP), là thông số đại diện cho sức mạnh tối đa của chiếc xe. Khái niệm này được nhà khoa học James Watt đưa ra, khi ông phát minh ra động cơ hơi nước với mong muốn thay thế ngựa.
- James Watt đã giải thích về mã lực như sau: một chú ngựa bỏ sức ra để kéo 33.000 pound (1 pound = 454 gram) lên một foot (30,48 cm) trong thời gian một phút (minute). Bên cạnh việc tính công suất dựa trên mã lực thì công suất còn khá nhiều đơn vị khác. Ví dụ như, các nhà vật lý hay toán học sử dụng đơn vị kW, đối với họ thì đây là đơn vị mang tính chính xác cao nhất. Trong khi đó, đơn vị PS được người Đức hay sử dụng, người Pháp lại sử dụng đơn vị CV cho công suất. Còn đối với các nhà sản xuất ô tô, họ sẽ chọn các đơn vị trên dựa vào sự chênh lệch của chúng để làm đơn vị cho công suất – một trong các thông số kỹ thuật của xe.
- Một ví dụ cụ thể như, mẫu xe Volkswagen Golf R được quảng cáo có động cơ 300 PS, nếu đổi ra đơn vị thì tương đương với 296 HP. Nhưng do con số 300 nghe ấn tượng hơn nên xe được giới thiệu với thông số ở đơn vị PS. Điều này tương tự với sự quy đổi của đơn vị kW và HP, bởi 400 HP mới bằng công suất 298 kW chính vì vậy các nhà sản xuất sẽ thích để chiếc xe của họ với chi tiết thông số là 400 HP. Đơn vị kW chỉ thực sự phổ biến ở Australia và Nam Phi.
- Công suất càng cao thể hiện tốc độ càng lớn. Tuy vậy tốc độ tối đa chưa hẳn sẽ giống nhau ở 2 xe có cùng công suất, bởi còn nhiều yếu tố tác động đến tốc độ tối đa của một chiếc xe như trọng lượng, lực cản khí động học… Một ví dụ như cùng công suất là 153 mã lực nhưng tốc độ tối đa của Mazda 3 lớn hơn Mazda CX-5.
Momen xoắn của động cơ đốt trong
- Một lực nào đó tác động lên một vật thể mới có thể quay quanh một trục, lực đó được gọi là momen xoắn. Có thể giải thích dễ hiểu như sau, để siết một con ốc bằng cờ-lê, chúng ta phải sử dụng lực kéo đủ mạnh thì con ốc mới xoay được, lực để xoay con ốc đó chính là lực momen xoắn. Đơn vị của momen xoắn là Nm (Newton x mét).
- Lực momen xoắn cho thấy ô tô có thể đạt được một tốc độ nào đó trong khoảng thời gian cụ thể là bao nhiêu lâu. Vì vậy xe có momen xoắn lớn có thể có khả năng tăng tốc, vượt dốc, vượt địa hình tốt. Đây là hai yếu tố tỷ lệ thuận với nhau. Ta có thể nhận thấy rằng các dòng xe thể thao thường có momen xoắn cao khi người sử dụng đạp hết chân ga, tốc độ gia tăng nhanh chóng tới mức người ngồi trong xe có thể dính chặt vào ghế. Điều này xuất phát từ lực momen xoắn lớn.
- Ngoài xe thể thao, những dòng xe chở nặng như xe bán tải, xe SUV sẽ được trang bị động cơ có momen xoắn lớn nhằm tăng cường sức kéo. Một chiếc xe có khả năng chở 450 tấn hàng sẽ phải trang bị một động cơ tạo được lực momen xoắn lên tới 18.626 Nm để có thể di chuyển. Đơn vị của momen xoắn là Nm (Newton x mét). Đây là một trong các thông số kỹ thuật quan trọng trên xe ô tô.
Vòng tua máy của động cơ đốt trong
- Số vòng trục khuỷu có thể quay trong một phút là vòng tua máy, với đơn vị là rpm (revolutions per minute). Vòng tua máy quay càng nhanh, vận tốc xe tạo ra càng lớn. Ba thông số: công suất, momen xoắn và vòng tua luôn có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Momen xoắn luôn đạt cực đại ở vòng tua sớm hơn công suất.
Trên đây là những chia sẻ của Suzuki Bình Dương muốn gửi đến các bạn. Hy vọng sẽ giúp ích cho các bạn trong việc bảo dưỡng “xế cưng” để duy trì trạng thái xe tốt nhất và có một hành trình an toàn hơn. Với hệ thống bảo dưỡng 5S chuyên nghiệp Suzuki Bình Dương sẽ là lựa chọn tin tưởng nhất dành cho bạn
Địa chỉ: 184C/1, Khu phố 1A, An Phú, Thuận An, Bình Dương
Giờ làm việc: 8h – 17h (tất cả các ngày trong tuần)
Hotline: 0921 911 921 liên hệ cho chúng tôi để được hỗ trợ tốt nhất!
