Động cơ đốt trong là gì? Có cấu tạo và hoạt động như thế nào?

Động cơ đốt trong là cụm từ quen thuộc mà nhiều người thường nhắc đến bên cạnh động cơ điện khi nói về động cơ chạy của ô tô, tàu hỏa, máy phát điện, máy bay… Vậy động cơ đốt trong là gì? Lịch sử hình thành và phát triển là gì? Làm thế nào nó hoạt động? Cùng theo dõi bài viết dưới đây nhé!

Động cơ đốt trong là gì?

Động cơ đốt trong (tiếng Anh là internal combustion engine – ICE) là động cơ nhiệt vì trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, động cơ sinh nhiệt và sinh công cơ học.

Vị trí xi lanh  hay còn gọi là buồng công tác của động cơ là nơi động cơ đốt trong tận dụng dòng chảy để tạo ra công suất làm việc.

Động cơ đốt trong sẽ tác động trực tiếp lên các bộ phận của động cơ như cánh quạt và cánh tuabin, piston hay vòi phun,… do có sự hỗ trợ của quá trình giãn nở khí ở nhiệt độ cao, cộng hưởng với áp suất cao trong quá trình cháy, và lực này giúp chuyển hóa năng lượng thành cơ năng để dịch chuyển các vật thể di chuyển trên quãng đường nhất định.

 

Động cơ đốt trong (tiếng Anh là internal combustion engine - ICE)
Động cơ đốt trong (tiếng Anh là internal combustion engine – ICE)

Lịch sử hình thành động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong ra đời cách đây hơn 2 thế kỷ, trong quá trình phát triển, các nhà khoa học và kỹ sư đã không ngừng ứng dụng, cải tiến để nâng cao tính năng, mang đến những động cơ hiện đại, đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.

Năm 1860
  • Động cơ đốt trong đầu tiên được nghiên cứu phát triển và cho ra đời bởi hai kỹ sư người Pháp gốc Bỉ, Giăng Echien Lona.
  • Động cơ đầu tiên này chỉ có 2 kỳ, công suất 2HP, sử dụng khí đốt tự nhiên làm nhiên liệu chính.
Năm 1877
  • Năm 1877 là năm của động cơ đốt trong 4 kỳ Nicola Aogut Otto (kỹ sư người Đức) và Lăng Ghen (kỹ sư người Pháp) s​áng chế.
  • Động cơ đốt trong 4 kỳ này sử dụng động cơ đốt than, một cải tiến đáng kể so với động cơ hai kỳ đầu tiên.
Năm 1885
  • Động cơ đốt trong 4 kỳ này được nâng cấp công suất lên 8HP, được chế tạo bởi sức sáng tạo tuyệt vời của Golip Demilo (kỹ sư người Đức).
  • Động cơ có thể đạt tốc độ lên đến 800 vòng / phút khi hoạt động ở công suất 8 HP.
Năm 1897 
  • Một kỹ sư người Đức (Rudonpho Saclo Sredieng Diezen) đã chế tạo và cho ra đời động cơ diezen 4 kỳ với công suất khủng 20HP có khả năng quay số vòng quay lên đến hàng nghìn vòng / phút.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong 

Hiện nay, chu trình làm việc của động cơ đốt trong thường hoạt động theo nguyên lý tuần hoàn, có 4 bước làm việc là nạp, nén, nổ và xả.

Quá trình nạp – xả là quá trình được sử dụng để thêm khí mới, trong khi quá trình nén và nổ sẽ tạo ra công bằng cách đốt cháy khí và nhiên liệu.

Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong là đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong xilanh để sinh nhiệt, khi xilanh đạt đến nhiệt độ cao nhất định thì khí sẽ nở ra, từ đó sinh ra áp suất trong phần piston của xilanh và trợ lực chuyển động của piston.

Quá trình nạp - xả là quá trình được sử dụng để thêm khí mới
Quá trình nạp – xả là quá trình được sử dụng để thêm khí mới

Bảng cấu tạo động cơ đốt trong 

Piston
  • Trong trục khuỷu thanh truyền, piston là bộ phận quan trọng, khi kết hợp với xi lanh sẽ tạo thành không gian làm việc là bộ phận chính.
  • Công việc của piston là nhận lực đẩy của khí cháy rồi truyền lực cho trục khuỷu để sinh công.
  • Khi nhận lực từ trục khuỷu, piston sẽ nhanh chóng trải qua các quá trình nén khí xả, nạp, đốt – giãn nở.
Thanh truyền
  • Chi tiết thanh truyền hay còn được gọi là chi tiết tay biên. 
  • Chi tiết này được thiết kế cố định và chắc chắn, có độ bền bỉ cao nhằm hỗ trợ truyền lực giữa piston và trục khuỷu.
Trục khuỷu
  • Khi bộ phận này làm góp phần chịu kéo máy công tác khi nhận lực từ thanh  truyền hiện và tạo ra momen quay.
  • Sau khi trục khuỷu  nhận được năng lượng từ bánh đà sẽ truyền ngược trở lại cho Piston để  thực  hiện quá trình hút hít vào, nén khí và xả. khí.
Cơ cấu phân phối khí
  • Quá trình thải khí cháy và nạp vào khí mới vào xi lanh được hoàn thành thông qua hệ thống cơ cấu phân phối.
  • Đây là bộ phận có nhiệm vụ đóng /mở các cổng nạp và cổng xả để phục vụ cho việc nạp và xả  khí xi lanh.
Hệ thống bôi trơn
  • Mang lại chất bôi trơn cho các bộ phận trong động cơ giúp các bộ phận hoạt động tốt và tăng tuổi thọ cho các bộ phận.
  • Hệ thống bôi trơn giúp các bộ phận kết cấu hoạt động tốt, giúp đảm bảo độ bền và do đó tuổi thọ cao hơn.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí
  • Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí có khả năng điều chỉnh tỷ lệ để phù hợp với chế độ vận hành của động cơ.
  • Tỷ lệ khí sạch và hòa khí được tính toán cẩn thận nhằm mang lại hiệu suất tối ưu cho động cơ đốt trong.
Hệ thống làm mát 
  • Hệ thống làm mát sẽ hoạt động hiệu quả khi động cơ hoạt động quá lâu, điều hòa nhiệt độ nhằm giúp động cơ không bị quá nhiệt.

Phân loại động cơ đốt trong

Động cơ nhiệt sẽ được chia thành nhiều loại dựa trên các yếu tố khác nhau. Sau đây là phân loại  động cơ đốt trong cơ bản:

Dựa trên cách hoạt động

  • Động cơ đốt trong 2 kỳ: Với phương pháp này, một phần của 2 giai đoạn nạp – nén sẽ diễn ra bên ngoài xi lanh với chuyển động 2 lần thông qua piston. Tại thời điểm này, trục khuỷu sẽ thực hiện 1 vòng quay trong chu kỳ làm việc. Đồng thời, hai hỗn hợp khí  mới và khí thải được trộn với nhau để tạo thành 1.
  • Phương pháp bốn kỳ: Tất cả các giai đoạn xảy ra trong 1 kỳ, tổng cộng có 4 kỳ khác nhau và trục khuỷu sẽ quay 2 lần. Bằng cách này, khí mới và khí thải được tách ra hoàn toàn và chỉ tiếp xúc với nhau trong một khoảng thời gian ngắn.

Dựa trên quá trình nhiệt động lực học

  • Động cơ diesel
  • Động cơ otto

Chuyển động dựa trên piston

  • Động cơ piston quay.
  • Động cơ pít tông đẩy.
  • Động cơ piston tự do.
  • Động cơ Wankel.

Dựa trên cách tạo ra hỗn hợp không khí và nhiên liệu

  • Tạo một hỗn hợp bên trong.
  • Tạo hỗn hợp bên ngoài.

Dựa trên phương pháp đốt cháy

  • Động cơ diesel: Hỗn hợp sẽ tự bốc cháy.
  • Động cơ Otto: Để đốt cháy hỗn hợp, nó phải được đánh lửa bằng bugi.

Dựa phương pháp làm mát

  • Làm mát bằng nước.
  • Làm mát bằng dầu (động cơ Elsbett).
  • Làm mát bằng không khí.
  • Sự kết hợp giữa làm mát bằng không khí và làm mát bằng dầu nhớt

Nhiên liệu sử dụng

  • Động cơ diesel.
  • Động cơ xăng.

Dựa trên hình dạng động cơ và số lượng xi lanh

  • Động cơ 1 xilanh.
  • Động cơ chữ V.
  • Động cơ nội tuyến.
  • Động cơ W.
  • Động cơ hướng tâm.
  • Động cơ VR
  • Động cơ Boxer.
  • Động cơ piston đối xứng.
Phân loại động cơ đốt trong
Phân loại động cơ đốt trong

Ứng dụng động cơ đốt trong cuộc sống

Động cơ đốt trong cho tàu thủy

  • Tàu thủy thường sử dụng động cơ đốt trong nhiều xi lanh với khoảng 30-45 xi lanh để phục vụ quá trình đi biển.
  • Động cơ trên tàu thủy thường được làm mát bằng lực bằng nước
  • Động cơ → Ly hợp → Hộp số → Trục → Chân vịt
  • Trong khi trên tàu chuyển động có nhiều quán tính, tàu thường chuyển động không có hệ thống phanh nên khi giảm tốc đột ngột, các chân vịt hỗ trợ đổi chiều quay và từ đó đổi hướng quay của động cơ.

Động cơ đốt trong cho máy phát điện

  • Máy phát điện trang bị động cơ đốt trong thường được sử dụng trong các gia đình ở vùng sâu, vùng xa chưa có điện lưới quốc gia.
  • Một động cơ chạy cùng tốc độ với máy phát điện, sử dụng nhiên liệu xăng và dầu diesel.
  • Có bộ điều tốc giúp tốc độ của động cơ luôn ổn định.

Động cơ đốt trong trên ô tô

  • Cấu tạo của ô tô sử dụng động cơ đốt trong để chạy và lái xe đường dài, các chi tiết đốt cháy nhiên liệu điện và dầu phục vụ cho công việc của ô tô, đã được thiết kế từ khi ô tô được sản xuất.
  • Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong ô tô:
  • Động cơ → ly hợp → hộp số → trục dẫn động → dẫn động chính và bộ vi sai → bánh xe dẫn động.

Các kỳ của động cơ diesel 4 kỳ

Động cơ đốt trong 4 kỳ sẽ có sự hoạt động liên tục và theo chu kỳ. Mặc dù mỗi kỳ có một cơ sở nguyên lý khác nhau, nhưng chúng đều có quan hệ mật thiết với nhau. Sau đây là các  kỳ cơ bản:

Kỳ 1: Đầu tiên, piston sẽ di chuyển từ tâm chết trên (ĐCT) đến tâm chết dưới (ĐCD). Đồng thời van nạp mở ra để không khí vào buồng đốt. Khi van xả đóng, trục khuỷu sẽ quay 180 độ.

Kỳ 2: Piston bắt đầu chuyển động ngược lại từ ĐCD đến ĐCT để nén hòa khí. Lúc này, van nạp và van xả đóng đóng lại đồng thời, trục khuỷu quay 180 độ.

Kỳ 3: Bộ chế hòa khí được đánh lửa bằng bugi. Lúc này, piston sẽ được dẫn cung cấp năng lượng để di chuyển từ ĐCT xuống ĐCD. Lúc này van nạp và van xả bị đóng, trục khuỷu quay 180 độ.

Kỳ 4: Khi piston chuyển động từ ĐCD đến ĐCT, van sẽ mở để cho khí thải thoát ra khỏi động cơ. Trong khi đó, van nạp vẫn đóng  kín và quay 1880 độ.

Các kỳ của động cơ diesel 4 kỳ
Các kỳ của động cơ diesel 4 kỳ

Động cơ hai kỳ

Không có van nạp và van xả như động cơ 4 kỳ, động cơ hai kỳ chỉ có các cổng nạp và xả nằm trực tiếp trên thành xilanh đóng / mở do chuyển động của piston. Nguyên lý làm việc cơ bản của động cơ hai kỳ như sau:

  • Khi hòa khí đốt cháy dưới nhiệt độ cao và áp suất cao, thể tích nở ra đẩy piston chuyển động từ tâm chết trên xuống tâm chết dưới. Khi đến gần tâm chết phía dưới, sẽ mở các lỗ nạp và xả. Phần lớn lượng khí cháy sẽ thoát ra khỏi xi lanh.
  • Kỳ nén: Bắt đầu khi piston gần tâm chết trên, các cửa nạp và xả đóng. Piston vừa nén hỗn hợp hòa khí trong xi lanh vừa nạp khí mới vào buồng đốt.  Quá trình nổ sẽ xảy ra khi piston đạt đến tâm điểm chết trên.

Trên thực tế, động cơ 4 kỳ được các ông lớn trong ngành ô tô “săn đón” nhiều hơn và được sử dụng rộng rãi trên các phương tiện hiện đại do khả năng tiết kiệm nhiên liệu và hạn chế khí thải ra môi trường. Tiếp tục cải tiến về cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong giúp ô tô chạy khỏe và tiết kiệm nhiên liệu hơn.

MMK Auto hy vọng qua những thông tin và kiến thức về động cơ đốt trong sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về động cơ này. Cảm ơn bạn đã đón đọc!

MMKAUTO.VN – HỆ THỐNG CHĂM SÓC VÀ ĐỘ XE TOÀN QUỐC

Địa Chỉ: 552 Phạm Văn Chiêu, Phường 16, Quận Gò Vấp, TP.HCM

Điện thoại: 08 1800 5522

Email: mmkvietnam@gmail.com

Tìm kiếm MMKAUTO.VN qua: