Động cơ đốt trong là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong sản xuất. Đặc biệt trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô, đây là loại động cơ được “săn đón” nhiều nhất. Vậy cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong như thế nào? Cùng Autocarcare.vn tìm hiểu ngay qua bài viết dưới đây nhé.

Những thông tin chung về động cơ đốt trong

Khái niệm động cơ đốt trong là gì?

Động cơ đốt trong (internal combustion engine – ICE) được coi là loại động cơ nhiệt. Trong quá trình đốt cháy nhiên liệu sẽ tạo ra nhiệt và sinh ra công cơ học. Buồng công tác (xi lanh) là nơi động cơ đốt trong sử dụng dòng chảy để tạo ra công suất.

Sự giãn nở khí ở nhiệt độ cao kết hợp với áp suất cao trong quá trình đốt cháy sẽ giúp động cơ đốt trong có thể tác dụng lực trực tiếp lên một số thành phần của động cơ như: Cánh tuabin, vòi phun, piston, cánh quạt… Lực này giúp biến năng lượng thành công cơ học để các vật thể di chuyển trên một quãng đường nhất định.

Động cơ đốt trong là 1 loại động cơ nhiệt
Động cơ đốt trong là 1 loại động cơ nhiệt

Lịch sử hình thành

Động cơ đốt trong được ra đời từ rất lâu trước kia và trải qua một hành trình dài phát triển. Đến nay, động cơ này đã trở nên hiện đại và tối ưu hơn để ứng dụng tốt hơn. Cụ thể như sau:

  • Năm 1860: Hai kỹ sư người Pháp gốc Bỉ Giăng Echien Lona đã cho ra đời động cơ đốt trong. Tuy nhiên, loại động cơ này chỉ có 2 kỳ với công suất 2HP và sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên
  • Năm 1877: Lần đầu tiên động cơ đốt trong 4 kỳ được ra đời. 2 người chế tạo thành công kỹ sư người Đức Nicola Aogut Otto và kỹ sư người Pháp Lăng Ghen. Loại động cơ 4 kỳ này đã được cải tiến và sử dụng nhiên liệu khí than
  • Năm 1885: Kỹ sư người Đức Golip Demilo chế tạo thành công động cơ xăng 4 kỳ công suất 8HP. Động cơ này đã đạt tốc độ quay 800 vòng/phút
  • Năm 1897: Động cơ diezen 4 kỳ, công suất 20HP do kỹ sư người Đức (Rudonpho Saclo Sredieng Diezen) chế tạo ra đời. Động cơ này có khả năng quay số vòng quay đến vàng nghìn vòng/phút.

Phân loại động cơ đốt trong 

Từ năm 1860 đến nay, động cơ đốt trong đã liên tục được cải tiến và phát triển. Vì vậy chúng sở hữu nhiều loại khác nhau và được phân loại dựa trên các dấu hiệu dưới đây:

Trên thị trường hiện nay có nhiều loại động cơ đốt trong
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại động cơ đốt trong

Dựa trên cách hoạt động

  • Động cơ đốt trong 2 kỳ
  • Phương pháp bốn kỳ

Chuyển động dựa trên piston

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

Dựa trên quá trình nhiệt động lực học

  • Động cơ diesel
  • Động cơ otto

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 trên cách tạo ra hỗn hợp không khí và nhiên liệu

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

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

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.

Nhiên liệu sử dụng

  • Động cơ diesel.
  • Động cơ xăng.

Động cơ đốt trong có cấu tạo như thế nào?

Cấu tạo của động cơ đốt trong khá phức tạp và nhiều chi tiết khác nhau. Nhờ vậy mới đảm bảo được hoạt động đốt cháy nhiên liệu. Cụ thể từng bộ phận như sau:

Cơ cấu trục khủy thanh truyền

Cấu tạo của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Cấu tạo của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Là một trong những bộ phận có vai trò quan trọng nhất của động cơ đốt trong. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có nhiệm vụ nhận năng lượng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. 3 thành phần chính của bộ phần này đó là:

  • Piston: Tiếp nhận lực sinh ra từ khoang buồng đốt để truyền vào xi lanh, từ đó giúp xi lanh hoạt động.
  • Trục khuỷu: Nhận lực từ thanh truyền để chuyển hoá lực thẳng thành lực quay nhờ hệ thống liên động cơ khí. Bao gồm các bộ phận sau: đầu trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu, cổ khuỷu, đối trọng và đuôi trục khuỷu.
  • Thanh truyền: Cấu tạo gồm đầu nhỏ, đầu to và thân. Bộ phận này có tác dụng tiếp nhận lực sinh ra từ khoang buồng đốt, truyền vào xi lanh giúp xi lanh hoạt động.

Cơ cấu phân phối khí

Bộ phận này có nhiệm vụ đóng hoặc mở các cổng nạp và cổng xả; phục vụ cho việc nạp và xả khí xi lanh. Quá trình thải khí cháy và nạp vào khí mới vào xi lanh được hoàn thành thông qua hệ thống cơ cấu phân phối.

Hệ thống bôi trơn

Khi động cơ được vận hành, hệ thống này có nhiệm vụ chuyển dầu bôi trơn đến các chi tiết bên trong động cơ. Từ đó giúp làm giảm ma sát bề mặt, tăng tuổi thọ cho các bộ phận bên trong hiệu quả. Đó là lý do vì sao đây là một trong những bộ phận quan trọng nhất.

Hệ thống bôi trơn có vai trò rất quan trọng
Hệ thống bôi trơn có vai trò rất quan trọng

Hệ thống khởi động

Khi hệ thống hoạt động, trục khuỷu động cơ được làm quay đến một tốc độ nhất định để khối động cơ tự nổ máy. Hiểu một cách đơn giản, hệ thống này đóng vai trò khởi động động cơ để xe di chuyển.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí

Nhiệm vụ chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khó là cung cấp hoà khí trước khi đưa vào buồng đốt xi lanh. Đảm bảo cho tỷ lệ không khí và nhiên liệu phù hợp với các chế độ làm việc khác nhau của động cơ.

Hệ thống làm mát

Khi khối động cơ phải vận hành liên tục sẽ sản sinh nhiệt lượng lớn. Lúc này hệ thống làm mát có nhiệm vụ điều hoà nhiệt độ bên trong buồng động cơ. Từ đó giúp hạ nhiệt để các chi tiết không nóng quá giới hạn cho phép. Khi bộ phận này hoạt động hiệu quả và được bảo dưỡng thường xuyên sẽ giúp nâng cao tuổi thọ cho các chi tiết máy.

Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong

Khối động cơ ô tô có 2 loại chính là động cơ 4 kỳ và 2 kỳ. Mỗi loại lại có cách thức hoạt động riêng biệt mà bạn đọc cần phải tìm hiểu. Cụ thể như sau:

Động cơ bốn kỳ

Nguyên lý hoạt động của động cơ 4 kỳ
Nguyên lý hoạt động của động cơ 4 kỳ

Động cơ đốt trong 4 kỳ sẽ trải qua quá trình hoạt động gồm các giai đoạn nạp, nén, nổ và thải. Mỗi chu kỳ có một nguyên lý hoạt động khác nhau nhưng lại liên quan mật thiết với nhau. Từ đó thực hiện toàn quá trình tạo ra cơ năng của xe ô tô:

  • Kỳ 1 – kỳ nạp: Đầu tiên, piston sẽ di chuyển tịnh tiến 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 – kỳ nén: Khi hỗn hợp được nạp vào buồng đốt, Piston bắt đầu chuyển động ngược lại từ ĐCD đến ĐCT để nén hòa khí, áp suất và nhiệt độ tăng lên. Lúc này, van nạp và van xả đóng đóng lại đồng thời, trục khuỷu quay 180 độ.
  • Kỳ 3 – kỳ nổ: Piston di chuyển gần lên điểm chết trên thì bugi bật tia lửa điện (ở động cơ xăng) hoặc hỗn hợp tự cháy (ở động cơ diesel). Áp suất lớn được tạo ra do sự đốt cháy, đẩy Piston đi xuống để tạo cơ năng cho xe.
  • Kỳ 4 – kỳ thải: Khí thải sau quá trình đốt cháy được piston di chuyển từ dưới lên và đẩy ra ngoài qua đường xả động cơ.

Động cơ hai kỳ

Động cơ 2 kỳ có nguyên lý hoạt động đơn giản hơn
Động cơ 2 kỳ có nguyên lý hoạt động đơn giản hơn

Với động cơ 2 kỳ chỉ có các cổng nạp và xả nằm trực tiếp trên thành xilanh đóng / mở do chuyển động của piston. Vì vậy nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ cũng đơn giản hơn, cụ thể như sau:

  • Kỳ nén:  Lỗ nạp và xả ở trạng thái đóng, bắt đầu khi Piston ở gần điểm chết trên. Piston có nhiệm vụ nén hỗ hợp hoá khí bên trong xi lanh, đồng thời nạp hoà khí mới vào buồng đốt. Quá trình nổ sẽ diễn ra khi Piston di chuyển đến điểm chết trên.
  • Kỳ nổ: Piston được đẩy từ điểm chết trên xuống dưới khi hoà khí được đốt cháy ở nhiệt độ cao và áp suất cao thì thể tích giãn nở. Khi gần đến điểm chết dưới, lỗ xả nạp được mở ra. Hầu hết lượng khí cháy thoát ra khỏi xi lanh.

Động cơ đốt trong và ứng dụng trong cuộc sống

Nhiều người nghĩa rằng động cơ đốt trong chỉ sử dụng trong ngành sản xuất ô tô. Nhưng thực tế, đây là động cơ có vai trò quan trọng trong việc tạo ra nguồn động lực cơ khí. Từ đó giúp ứng dụng rộng rãi hơn vào các ngành và lĩnh vực sản xuất. Chẳng hạn như: Ô tô, tàu thuỷ, máy bay, máy phát điện, máy móc ở những nơi không có nguồn cấp điện…

Trong lĩnh vực nông nghiệp, động cơ đốt trong cũng có ứng dụng khá đa dạng. Bạn có thể thấy chúng xuất hiện ở các thiết bị phục vụ cho sản xuất, máy kéo, máy cày…

Trên đây là những thông tin chi tiết về động cơ đốt trong bao gồm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng cụ thể. Thực tế, động cơ 4 kỳ của động cơ đốt trong được dùng nhiều hơn trong sản xuất ô tô. Sự cải tiến về cấu tạo và cách thức hoạt động giúp cho ô tô có thể vận hành mạnh mẽ hơn mà không tốn quá nhiều nhiên liệu.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.