Khái quát chung
Hiện nay, động cơ đốt trong đang được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, máy công trình, các cơ quan xí nghiệp, quốc phòng – an ninh… Nó có vai trò quan trọng trong mọi hoạt động phát triển của xã hội.
Các ứng dụng của Động cơ đốt trong
Một số ứng dụng cụ thể của động cơ đốt trong:
- Được sử dụng phổ biến trên các hãng ô tô, xe máy.
- Lắp đặt trong các máy phát điện phục vụ cho cơ quan, xí nghiệp, bệnh viện, nhà chung cư cao tầng.
- Sử dụng trên tàu hỏa và tàu thủy (chủ yếu là động cơ Diesel).
- Ứng dụng trong các loại máy nông – lâm nghiệp.
Để thao tác vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa các loại động cơ đốt trong hiệu quả, người học cần hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý làm việc của chúng.
Khái niệm động cơ đốt trong và các định nghĩa liên quan
Khái niệm động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt mà môi chất công tác được chuẩn bị và đốt cháy ngay trong buồng cháy của động cơ. Khi quá trình cháy diễn ra, nhiên liệu sinh ra nhiệt năng, chuyển hóa thành công cơ học làm quay trục khuỷu và cuối cùng truyền lực đến cơ cấu công tác như bánh xe ô tô, xe máy, rô-to của máy phát điện…
Kết cấu của Động cơ đốt trong
Các định nghĩa về động cơ đốt trong
Quá trình công tác:
- Là tập hợp các biến đổi xảy ra đối với môi chất công tác trong xi lanh và hệ thống nạp – thải của động cơ.
- Gồm nhiều quá trình riêng rẽ, được thực hiện theo một chu trình tuần hoàn nhất định.
Chu trình công tác:
- Là tập hợp các quá trình diễn ra trong một xi lanh trong một khoảng thời gian xác định.
- Động cơ 4 kỳ: gồm 4 hành trình piston tương ứng với 2 vòng quay trục khuỷu.
- Động cơ 2 kỳ: gồm 2 hành trình piston ứng với 1 vòng quay trục khuỷu.
Kỳ:
- Là phần của chu trình công tác xảy ra trong thời gian ứng với một hành trình của piston.
Điểm chết:
- Vị trí piston mà dù có tác dụng lực cũng không làm quay trục khuỷu.
- Điểm chết trên (ĐCT): Piston xa trục khuỷu nhất.
- Điểm chết dưới (ĐCD): Piston gần trục khuỷu nhất.
Vị trí các điểm chết và các loại thể tích trong xi lanh
Hành trình piston (S):
- Là quãng đường piston di chuyển giữa ĐCT và ĐCD.
S = 2R (R là bán kính trục khuỷu)
Thể tích buồng cháy (Vc):
- Là thể tích nhỏ nhất trong xi lanh.
Thể tích công tác (Vs):
- Là thể tích giới hạn giữa ĐCT và ĐCD.
Vs = π.D².S / 4
Thể tích toàn bộ (Vh):
Vh = Vc + Vs
Tỷ số nén (ε):
ε = Vh / Vc = 1 + Vs / Vc
- Động cơ xăng: ε = 6 – 11
- Động cơ Diesel: ε = 16 – 21
Diễn biến một chu trình công tác của động cơ 4 kỳ
Họa đồ cơ cấu, đồ thị công và đồ thị tròn phối khí
- Họa đồ cơ cấu thể hiện các chuyển động cơ khí trong động cơ.
- Đồ thị công mô tả mối quan hệ giữa áp suất và thể tích.
- Đồ thị tròn phối khí hiển thị góc mở – đóng xupáp theo thời điểm.
Hoạt động cơ cấu của động cơ 4 kỳ |
Đồ thị công và đồ thị tròn phối khí của động cơ 4 kỳ |
Các kỳ trong chu trình công tác của động cơ 4 kỳ
Kỳ 1: Quá trình Nạp
- Xupáp nạp mở, xupáp xả đóng.
- Piston đi từ ĐCT → ĐCD.
- Thể tích tăng → tạo chân không → khí được hút vào xi lanh.
Góc pha phối khí:
- Mở sớm xupáp nạp (α₁): 8° – 80°
- Đóng muộn xupáp nạp (α₂): 10° – 80°
Ví dụ:
- Động cơ 1Д6: α₁ = 20°, α₂ = 48°
- Động cơ 4Ч – 8,5/11: α₁ = 24°, α₂ = 28°
Thông số cuối hành trình nạp:
- Nhiệt độ: 310 – 350 K
- Áp suất: 0.8 – 0.9 P₀
- Thể tích: Vxl = Vh
Tác dụng:
- Mở sớm và đóng muộn giúp nạp nhiều khí hơn → tăng hiệu suất.
Kỳ 2: Quá trình Nén
- Cả hai xupáp đóng.
- Piston đi từ ĐCD → ĐCT → thể tích giảm, khí bị nén.
Góc đánh lửa/phun sớm (q):
- Động cơ xăng: bugi đánh lửa
- Động cơ Diesel: phun nhiên liệu
- Góc q: 10° – 40°
Thông số cuối kỳ nén:
- Áp suất: 30 – 50 bar
- Nhiệt độ: 800 – 1000 K
- Thể tích: giảm từ Vh → Vc
Quá trình Nạp |
Đồ thị công và đồ thị tròn phối khí của động cơ 4 kỳ |
Kỳ 3: Quá trình Nổ (Cháy – Giãn nở)
- Xupáp nạp và xả vẫn đóng.
- Hỗn hợp khí cháy đẩy piston từ ĐCT → ĐCD, sinh công.
Góc mở xupáp thải sớm (β₁):
- Xả một phần khí cháy nhờ áp suất cao.
Thông số cuối hành trình nổ:
- Áp suất: 2 – 4 bar
- Nhiệt độ: 1000 – 1400 K
- Thể tích: tăng đến Vh
|
Quá trình Nén |
Đồ thị công và đồ thị tròn phối khí của động cơ 4 kỳ |
Kỳ 4: Quá trình Thải
- Xupáp xả mở, xupáp nạp đóng.
- Piston đi từ ĐCD → ĐCT, đẩy khí thải ra ngoài.
Góc đóng muộn xupáp xả (β₂):
- Piston đi qua ĐCT mới đóng → tận dụng quán tính khí xả.
Góc trùng điệp xupáp (j):
j = α₁ + β₂
Thông số cuối hành trình thải:
- Áp suất: 1.05 – 1.15 bar
- Nhiệt độ: 600 – 800 K
Quá trình Nổ |
Đồ thị công và đồ thị tròn phối khí của động cơ 4 kỳ |
Lưu ý:
- β₂ quá lớn → có thể hút khí xả ngược.
- β₂ quá nhỏ → khí xả không ra hết, ảnh hưởng kỳ nạp sau.
Quá trình Thải |
Đồ thị công và đồ thị tròn phối khí của động cơ 4 kỳ |
Trên đây là toàn bộ diễn biến một chu trình công tác của động cơ 4 kỳ. Mỗi kỳ đều có chức năng quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất động cơ. Việc nắm vững nguyên lý hoạt động giúp người học vận hành và sửa chữa động cơ chính xác hơn.
Để biết thêm thông tin chi tiết, vui lòng liên hệ trường dạy nghề Thanh Xuân qua website https://truongdaotaonghethanhxuan.edu.vn/ hoặc đến địa chỉ 59 Nguyễn Tuân, Thanh Xuân, Hà Nội, hotline: (024) 35 58 95 95 hoặc 0936 98 90 90.