Động cơ đốt trong là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng – 2022

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.

Lịch sử hình thành

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

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 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 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. 

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….

Tìm hiểu về đặc điểm và phân loại động cơ đốt trong dùng cho ô tô

Đặc điểm

• Tốc độ quay cao
• Kích thước và trọng lượng nhỏ
• Thường làm mát bằng nước

Cách bố trí động cơ 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:

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

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. Hy vọng bài viết đã giúp cho các bạn có được cái nhìn tổng quát nhất, cơ bản nhất về loại động cơ nay.