Động cơ đốt trong ra đời đã trở thành cuộc cách mạng trong đời sống và sản xuất. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng đi tìm hiểu sâu hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng của động cơ đốt trong, đặc biệt trong ngành sản xuất xe hơi.
Contents
Động cơ đốt trong là gì?
Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt, tạo ra công suất bằng cách đốt cháy nhiên liệu bên trong động cơ. Hỗn hợp nhiên liệu và không khí này được đốt cháy bên trong xilanh của động cơ đốt trong. Bên trong xilanh sẽ có sự gia tăng về nhiệt độ và áp suất, từ đó đẩy pít tông di chuyển tịnh tiến, làm quay trục khuỷu của động cơ và tạo ra nguồn cơ năng dưới dạng mô men quay (hay còn gọi là mô men xoắn).
Một ví dụ đơn giản là động cơ đốt trong dành cho ô tô biến nhiệt năng từ quá trình đốt cháy không khí và xăng/dầu thành cơ năng, tạo mô men xoắn chuyển động cho toàn bộ chiếc xe.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong
Cấu tạo của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong có cấu tạo chính bao gồm 2 cơ cấu và 4 hệ thống như sau:
- Cơ cấu trục khủy thanh truyền:
– Pít tông: Pít tông và xilanh là bộ phận chính của động cơ. Hai bộ phận này nhận lực đẩy của khí cháy, sau đó truyền lực cho trục khuỷu để sinh công. Đồng thời, chúng nhận lực từ trục khuỷu để thực hiện các quá trình nạp, nén, cháy-dãn nở và thải.
– Thanh truyền (tay biên): Phụ trách truyền lực giữa pít tông và trục khuỷu.
– Trục khuỷu: Có tác dụng biến đổi chuyển động tịnh tiến của pít tông thành chuyển động quay. Trục khuỷu nhận lực từ thanh truyền tạo ra mô men quay để kéo bộ phận công tác. Đồng thời, bộ phận này nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho pít tông để thực hiện các quá trình hút, nén và xả. Trong quá trình vận hành, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính và lực quán tính ly tâm.
- Cơ cấu phân phối khí:
Có chức năng đóng mở các cửa nạp thải đúng lúc khi động cơ thực hiện quá trình nạp khí mới vào xilanh và thải khí đã cháy trong xilanh ra ngoài.
- Hệ thống bôi trơn:
Có chức năng đưa dầu bôi trơn lên bề mặt ma sát của các chi tiết máy, từ đó giúp động cơ hoạt động bình thường và tăng tuổi thọ chi tiết máy.
- Hệ thống làm mát:
Có chức năng giải nhiệt, cân bằng nhiệt độ các chi tiết trong động cơ sao cho không vượt quá mức cho phép trong quá trình động cơ hoạt động.
- Hệ thống cung cấp hòa khí:
Cung cấp hòa khí (không khí và nhiên liệu) sạch vào trong xilanh của động cơ theo lượng và tỉ lệ phù hợp với các cơ chế làm việc của động cơ.
- Hệ thống khởi động:
Có chức năng quay trục khuỷu động cơ đạt đến một tốc độ nhất định để hệ thống khởi động, động cơ đốt trong vận hành.
Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong
Áp dụng với 4 thì động cơ đốt trong dành cho ô tô
- Kỳ 1: Kỳ nạp (nạp – xupap nạp mở, xupap xả đóng)
Pít tông di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới thông qua trục khuỷu. Trong quá trình đó, xupap thải đóng, còn xupap nạp mở. Khi đó, áp suất trong xy lanh giảm xuống tạo điều kiện cho không khí từ bên ngoài nạp vào trong xi lanh.
- Kỳ 2: Kỳ nén
Pít tông di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, đồng thời cả xupap nạp và thải đều đóng. Thể tích trong xilanh giảm làm tăng áp suất và nhiệt độ trong xy lanh. Khi pít tông di chuyển tới điểm chết trên cũng là lúc vòi phun sẽ phun nhiên liệu có áp suất cao vào bên trong buồng đốt.
- Kỳ 3: Kỳ nổ
Đây là kỳ duy nhất sinh ra công năng trong cả 4 kỳ.
Nhiên liệu kết hợp với khí nóng bên trong buồng đốt tạo thành hòa khí. Áp suất và nhiệt độ cao trong buồng đốt làm cháy hỗn hợp hòa khí, tạo áp suất đẩy pít tông di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới. Lúc này, trục khuỷu quay và sinh công. Ở tại kỳ nổ, xupap nạp và thải vẫn đóng.
- Kỳ 4: Kỳ thải
Ở kỳ thải, xupap nạp đóng và xupap thải mở. Pít tông di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên thông qua trục khuỷu và đẩy luồng khí thải bên trong xy lanh ra ngoài. Khi pít tông di chuyển đến điểm chết trên và bắt đầu đi xuống, xupap thải đóng và xupap nạp mở, kết thúc kì thải.
Các kì trên liên tục lặp đi lặp lại và hình thành nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong.
Ứng dụng của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong được sử dụng phổ biến trong hầu hết các lĩnh vực như: công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, quốc phòng, giao thông vận tải… Đặc biệt, động cơ này thường được sử dụng trong các phương tiện giao thông như: ô tô, xe du lịch, xe khách, tàu hỏa, máy bay, tàu thủy… Động cơ đốt trong truyền năng lượng cho cánh máy bay, chân vịt, bánh xe chủ động của ô tô.
Ngoài ra, động cơ này cũng được ứng dụng nhiều trong các loại máy móc thiết bị như: máy phát điện, máy nén khí, máy cày, máy cưa, đầu kéo máy mài, đầu kéo tuabin nước…
Động cơ đốt trong là một phát minh vĩ đại đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực làm thay đổi cuộc sống của con người. Hy vọng bài viết trên đã giúp bạn có được cái nhìn tổng quát, khách quan nhất về động cơ đốt trong và những ưu điểm vượt trội của hệ thống này.
