Động cơ đốt trong là gì? Ứng dụng, cấu tạo của động cơ đốt trong

AutoF – Động cơ đốt trong được đánh giá là một trong những loại động cơ có vai trò vô cùng quan trọng và được ứng dụng khá rộng rãi hiện nay. Với những ưu điểm của mình thì động cơ đốt trong đang ngày càng được sử dụng để lắp đặt cho nhiều hệ thống máy. Vậy động cơ đốt trong  là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó là như thế nào thì thông qua nội dung bài viết hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu để từ đó có được một cái nhìn khái quát về mẫu động cơ này.

Động cơ đốt trong là một trong những phát minh vĩ đại nhất của con người

1. Động cơ đốt trong là gì?

Động cơ đốt trong là một kiểu động cơ nhiệt, từ quá trình đốt cháy nhiên liệu bên trong buồng đốt sẽ tạo ra nhiệt cũng như sinh ra công cơ học. Thông thường thì động cơ đốt trong sẽ sử dụng dòng chảy để có thể sinh ra công ngay tại buồng công tác hay còn gọi là xilanh của hệ thống động cơ

Ngoài ra cùng với sự giãn nở của không khí ở nhiệt độ cao kết hợp với áp suất cao bên trong quá trình đốt cháy sẽ có khả năng tác dụng trực tiếp lên một số bộ phận của hệ thống động cơ như: piston, cánh quạt, vòi phun, cánh tuabin,..chính những lực này sẽ giúp cho các vật này di chuyển một quãng đường nhất định và góp phần biến nặng lượng hóa học trở thành công hữu ích

2. Lịch sử hình thành và phát triển của động cơ đốt trong

Bắt đầu ra đời từ năm 1860, mẫu động cơ đốt trong được sáng tạo bởi 2 kỹ sư người Pháp gốc Bỉ, tuy nhiên mẫu động cơ đốt trong thưở sơ khai chỉ có 2 kỳ và công suất của nó cũng chỉ đạt mức 2HP, nhiên liệu sử dụng để cho động cơ hoạt động là khí thiên nhiên.

Đến năm 1877 thì mẫu động cơ đốt trong 4 kỳ đầu tiên xuất hiện, được sáng chế bởi kỹ sư người Đức Nicola Aogut Otto cũng với kỹ sư người Pháp Lăng Ghen. So với mẫu động cơ ra đời vào năm 1860 thì mẫu động cơ đốt trong hiện đại hơn và sử dụng nguồn nhiên liệu chính là than đá để vận hành

Đầu năm 1885 xuất hiện mẫu động cơ xăng 4 kỳ với công suất lên đến 8HP được sáng chế bởi kỹ sư người Đức Golip Demlo. Tốc độ quay tối đa của hệ thống động cơ này đạt mức 800 vòng/phút

Năm 1897 thì mẫu động cơ diesel 4 kỳ với công suất đạt mức 20 HP được sáng tạo bởi kỹ sư người Đức Rudonpho Saclo Sredieng Diezen ra đời đánh dấu một bước phát triển mới của động cơ đốt trong

Hiện nay trải qua một quá trình phát triển cùng với nhiều cuộc cách mạng công nghiệp thì động cơ đốt trong đang ngày càng hiện đại và được ứng dụng ngày một nhiều vào nhiều nghành công nghiệp và đời sống

3. Cấu tạo chung của động cơ đốt trong

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền gồm có 3 bộ phận chính sau đây: piston, thanh truyền, trục khuỷu. Trong đó mỗi bộ phận lại có một nhiệm vụ riêng biệt

• Piston: đây là bộ phận đóng vai trò vô cùng quan trọng trong cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Khi đó thì piston sẽ kết hợp với xi lanh và nắp mới để tạo thành một không gian làm việc. Bên cạnh đó thì piston sẽ nhận được một lực đẩy được sinh ra bởi khí cháy rồi sau đó sẽ tiến hành truyền lực cho trục khuỷu để có thể sinh ra công. Cùng với đó thì piston cũng nhận được lực đến từ trục khuỷu để có thể thực hiện một số quá trình như: nạp, nén, cháy – dãn nở và thải ra bên ngoài.
• Thanh truyền hay còn được gọi với một tên gọi khác là tay biên. Nhiệm vụ chính của thanh truyền chính là kết nối và truyền lực giữa piston và phần trục khuỷu.
• Trục khuỷu là bộ phận tiếp nhận lực từ thanh truyền sau đó sẽ tạo nên moment quay để kéo máy công tác. Ngoài ra thì trục khuỷu còn có thể nhận được lực từ bánh đà truyền ngược lại về cho piston để piston thực hiện các quá trình hút, nén, xả.

Như vậy cấu tạo chung của một động cơ đốt trong sẽ bao gồm các bộ phận sau:

• Trục khuỷu
• Thanh truyền
• Piston
• Xi lanh
• Vòi phun
• Van động cơ (trục cam xả, trục cam nạp, vòng chặn lò xo xunáp, xích rây,..)

Đây chính là những bộ phận chính góp phần cấu thành nên hệ thống động cơ.

4 hệ thống chính của động cơ đốt trong là:

• Hệ thống bôi trơn: đóng vai trò vô cùng quan trọng, với nhiệm vụ chính là đưa dầu bôi trên đến các chi tiết của hệ thống động cơ, từ đó giúp cho chúng hoạt động một cách trơn tru và gia tăng tuổi thọ cho các chi tiết đó.
• Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí: hệ thống này giữ vai trò chính là cung cấp khí sạch với một tie lệ hòa khí phải phù hợp với các chế độ làm việc khác nhau của hệ thống động cơ
• Hệ thống làm mát: hệ thống này đóng vai trò giữ cho các chi tiết bên trong động cơ sẽ không bị quá nhiệt trong quá trình làm việc, kéo dài độ bền và tuổi thọ của từng chi tiết
• Hệ thống khởi động

Ngoài 4 hệ thống chính trên đây thì đối với các động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu chính là xăng thì còn có thêm một hệ thống nữa là hệ thống đánh lửa để giúp cho động cơ hoạt động

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong

Sau khi tìm hiểu xong phần cấu tạo thì chúng ta sẽ đi tiếp đến phần nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong

Đầu tiên thì hỗn hợp bao gồm không khí và nhiên liệu sẽ được tiến hành đốt cháy bên trong xi lanh của hệ thống động cơ, khi hỗn hợp này cháy sẽ sinh ra nhiệt. Khi nhiệt độ cao nó sẽ làm nguyên nhân chính làm cho khí đốt giãn nở và tạo ra áp suất để tác dụng lên piston và đẩy cho piston di chuyển

Hiện nay hầu hết các mẫu động cơ đốt trong đều hoạt động theo một chu trình tuần hoàn với chu kỳ làm việc như sau: nạp, nén, nổ và xả. Chỉ với 4 bước này và lặp đi lặp lại

Trong 4 quá trình trên thì quá trình xả và nạp được sử dụng để nạp thêm khí mới. Còn đối với quá trình nén và nổ sẽ có nhiệm vụ là đốt cháy hỗn hợp khí và nhiên liệu để sinh ra công

• Kì nạp: nhờ phần trục khuỷu dẫn động giúp cho piston bắt đầu di chuyển đi xuống từ ĐCT xuống ĐCD. Khi ấy thì xunáp nạp cũng sẽ được mở ra và đồng thời xunáp xả sẽ tiến hành đóng lại, việc này sẽ làm cho thể tích bên trong động cơ tăng dần lên và áp suất sẽ bị giảm xuống.. Lưu ý không khí bên ngoài di chuyển được vào bên trong xi lanh là do chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài buồng đốt
• Kì nén: tại kì này thì cả hai xunáp đều đã đóng, khi ấy piston sẽ đi từ ĐCD lên ĐCT làm cho thể tích bên trong giảm lại khi ấy nhiệt độ và áp suất sẽ tăng dần lên. Phần hòa khí sẽ được tạo ra khi mà hệ thống vòi phun phun một lượng diesel để hòa trộn cùng với không khí nóng đang có trong buồng cháy.
• Kì cháy dãn nở (kì nổ): piston sẽ tiếp tục di chuyển từ ĐCT xuống ĐCD và ở kì này thì hai xunáp vẫn ở trạng thái đóng. Bên trong xi lanh khi đó thì áp suất và nhiệt độ đã lên cao kết hợp cùng với hòa khí bốc cháy sẽ đẩy piston xuống và đi quan thanh truyền từ đó làm cho trục khuỷu quay và sinh ra công.
• Kì xả: nhờ sự dẫn động của trục khuỷu mà piston sẽ đi từ ĐCD lên lại ĐCT, xunáp nạp khi ấy đóng còn xunáp xả khi ấy mở, thể tích bên trong xi lanh sẽ giảm xuống và làm cho áp suất tăng lên

Đây chính là 4 kỳ chính trong nguyên lý hoạt động của một động cơ đốt trong, chúng được tuần hoàn và lặp đi lặp lại.

5. Phân loại động cơ đốt trong

Để phân loại động cơ đốt trong thông thường người ta thường dựa vào nhiên liệu hoặc là hành trình của piston trong một chu kỳ làm việc

5.1 Phân loại động cơ đốt trong dựa theo nhiên liệu

Nếu dựa theo nhiên liệu thì có thể chia thành động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ than đá,..trong các loại này thì mẫu động cơ diesel là được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

5.2 Phân loại động cơ đốt trong dựa theo hành trình piston

Nếu phân loại dựa theo hành trình piston thì động cơ đốt trong có thể được chia ra làm 2 loại là động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ.

Trên đây chính là hai cách phân loại cơ bản nhất của động cơ đốt trong để giúp mọi người dễ dàng nhận biết.

6. Ứng dụng của động cơ đốt trong

Hiện nay thì động cơ đốt trong được ứng dụng khá rộng và có vai trò vô cùng quan trọng trong việc tạo ra nguồn động lực cơ khí để từng bước ứng dụng vào trong nhiều nghành sản xuất.

Động cơ đốt trong đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với nghành công nghiệp ô tô

Động cơ đốt trong được ứng dụng nhiều nhất trong những nghành như: máy phát điện, tàu thủy, ô tô, máy bay, các loại máy móc tĩnh,…

Đối với nghành nông nghiệp thì động cơ đốt trong được ứng dụng vào các loại máy sản xuất như máy cày, máy kéo, máy cắt, máy gặt cỏ,…các loại máy móc này phục vụ cho quá trình trồng trọt và thu hoạt của nông dân.

Đối với nghành công nghiệp theo hướng sản xuất thì ứng dụng lớn nhất mà động cơ đốt trong mang lại đó chính là khả năng đốt trong, đây là một bộ phận không thể thiếu của hệ thống máy phát điện và một số loại máy móc đặt thù khác

Trên đây chính là những nội dung chính về động cơ đốt trong, đây là mẫu động cơ được sử dụng rất phổ biến hiện nay trong nhiều nghành công nghiệp. Hiệu quả mà nó mang lại là vô cùng lớn cho người sử dụng. Với sự tiến bộ của khoa học thì động cơ đốt trong sẽ còn được tiếp tục cải tiến để nâng cao hiệu quả lên mức cao hơn.

Câu hỏi thường gặp