Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt, có ứng dụng rộng rãi trên các thiết bị và máy móc. Động cơ đốt trong thường được nhắc đến cùng với động cơ điện khi nói về động cơ của ô tô, máy bay, tàu hoả, xe nâng…Vậy động cơ đốt trong là gì? Nó có cấu tạo và ứng dụng ra sao? Động cơ đốt trong được hình thành như thế nào? Hãy cùng hangchavn tìm hiểu về động cơ đốt trong qua bài viết dưới đây nhé !
Nội dung bài viết
1. Tổng quan về động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong là động cơ được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại phương tiện, thiết bị. Động cơ đốt trong có vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Vậy hãy cùng hangchavn tìm hiểu về động cơ đốt trong qua thông tin dưới đây để có thể hiểu lí do vì sao nó có vai trò quan trọng như vậy nhé !
1.1. Lịch sử ra đời động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong là một thành tựu công nghiệp quan trọng trong ngành công nghiệp, đã có lịch sử phát triển dài hơn 2 thế kỷ, đánh dấu sự tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực cơ khí và công nghệ động lực. Sự hình thành của nó xuất phát từ những năm đầu của thế kỷ 19, khi các nhà khoa học và kỹ sư trên khắp thế giới bắt đầu quan tâm đến cách tạo ra sức mạnh động cơ cho các máy móc và phương tiện.
Trong giai đoạn đầu, động cơ đốt trong dựa vào nguyên tắc đốt cháy nhiên liệu hữu cơ, như than đá hoặc gỗ, để tạo ra nhiệt độ cao và áp suất, từ đó biến năng lượng này thành công việc cơ học. James Watt, một trong những người tiên phong trong lĩnh vực này, đã phát triển và cải tiến động cơ hơi nước vào thế kỷ 18. Sự xuất hiện của động cơ đốt trong đã thay đổi bộ mặt của nền công nghiệp.
| Năm 1860 |
|
| Năm 1877 |
|
| Năm 1885 |
|
| Năm 1897 |
|
Theo thời gian, các loại nhiên liệu khác nhau đã được sử dụng, từ dầu mỏ đến xăng và dầu diesel, tạo điều kiện cho sự đa dạng hóa và cải tiến liên tục của động cơ đốt trong. Những phát minh và sáng chế mới đã giúp tăng hiệu suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và giúp bảo vệ môi trường.
1.2. Động cơ đốt trong là gì?
Động cơ đốt trong (Internal Combustion Engine – viết tắt là ICE) là một loại động cơ nhiệt sử dụng quá trình đốt cháy nhiên liệu để sản xuất nhiệt và công suất cơ học. Đặc điểm quan trọng của động cơ này là khả năng tận dụng quá trình đốt cháy để tạo ra công suất làm việc thông qua việc tác động trực tiếp lên các bộ phận của động cơ.
Xi lanh là nơi mà quá trình đốt cháy nhiên liệu của động cơ đốt trong được diễn ra. Trong quá trình này, nhiên liệu và không khí được kết hợp và cháy ở nhiệt độ cao, tạo ra áp suất và nhiệt độ cao trong buồng công tác. Sự gia tăng áp suất và nhiệt độ này tạo ra lực đẩy mạnh mẽ, đẩy piston di chuyển. Piston là một bộ phận quan trọng trong động cơ đốt trong, nó được đặt trong xi lanh và di chuyển theo đường thẳng, chuyển động này được sử dụng để thực hiện công việc cơ học.
Ngoài ra, động cơ đốt trong còn tác động trực tiếp lên các cánh quạt và cánh tuabin để cung cấp luồng không khí cần thiết cho quá trình đốt cháy, cũng như vòi phun để phân tán nhiên liệu trong buồng công tác một cách hiệu quả.
Sự kết hợp của quá trình giãn nở khí ở nhiệt độ cao và áp suất cao trong quá trình đốt cháy tạo ra một lực đẩy mạnh giúp chuyển hóa năng lượng thành công cơ học để có thể dịch chuyển vật thể trên quãng đường nhất định. Động cơ đốt trong đã được phát triển và tối ưu hóa qua nhiều thập kỷ để tạo ra các loại động cơ hiệu suất cao và tiết kiệm nhiên liệu, phục vụ cho nhu cầu chuyển động và vận tải của con người.
1.3. Cấu tạo của động cơ đốt trong
Phía trên chúng ta đã tìm hiểu về lịch sử hình thành và định nghĩa động cơ đốt trong là gì, sau đây hãy cũng hangchavn tìm hiểu về cấu tạo của động cơ đốt trong:
Trục khuỷu thanh truyền
Trục khuỷu thanh truyền gồm các bộ phận sau: Piston, thanh truyền, trục khuỷu.
- Piston: Piston là một bộ phận vô cùng quan trọng của động cơ đốt trong. Nó có vai trò quan trọng trong quá trình nạp, nén, thải, cháy và giãn nở của khí. Piston nhận lực đẩy từ khí cháy trong buồng đốt và truyền lực cho trục khuỷu.
- Thanh truyền (Tay biên): Thanh truyền (tay biên) là bộ phận trung gian giữa piston và trục khuỷu. Nó có nhiệm vụ truyền lực từ piston đến trục khuỷu và ngược lại. Thanh truyền đảm bảo rằng lực từ piston được chuyển một cách hiệu quả để tạo ra mômen quay cho trục khuỷu.
- Trục khuỷu: Trục khuỷu là thành phần quan trọng của hệ thống truyền động. Trong quá trình làm việc, trục khuỷu nhận lực từ thanh truyền và sử dụng nó để tạo ra mômen quay. Mômen quay này được truyền từ trục khuỷu đến các bộ phận khác của động cơ, như bánh đà, để thực hiện các quá trình quan trọng như hút khí, nén khí, xả khí và giãn nở của khí. Trục khuỷu cũng phải chịu tác động của các lực khí, lực quán tính và lực ly tâm trong quá trình hoạt động của động cơ.
Cơ cấu phân khối khí: Có nhiệm vụ đóng/mở các cổng nạp hoặc xả đúng lúc để động cơ có thể thực hiện quá trình nạp khí mới vào xi lanh và xả khí cũ ra ngoài xi lanh.
Hệ thống bôi trơn: Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn lên bề mặt ma sát các chi tiết hoạt động và giúp kéo dài tuổi thọ của chi tiết
Hệ thống làm mát: Có nhiệm vụ làm mát động cơ, giúp cho nhiệt độ của động cơ không vượt quá giới hạn khi động cơ đang hoạt động
Hệ thống cung cấp nhiên liệu: Hệ thống này cung cấp hòa khí sạch đi vào vào xi lanh động cơ. Nó có tỉ lệ phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.
Hệ thống khởi động: Có nhiệm vụ giúp trục khuỷu quay đến 1 tốc độ nhất định để khối động cơ tự động nổ
1.4. Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong hoạt động dựa trên nguyên lý đốt cháy không khí và nhiên liệu trong xilanh để sinh nhiệt. Quá trình làm việc của động cơ đốt trong thường hoạt động theo nguyên tắc tuần hoàn với 4 bước: hút – nén – nổ – xả.
- Hút: Trong bước này, van hút mở để cho phép không khí bên ngoài vào xilanh. Đồng thời, nhiên liệu (thường là xăng hoặc dầu diesel) được phun vào không khí để tạo thành một hỗn hợp không khí-nhiên liệu.
- Nén: Sau khi xilanh đã chứa đủ hỗn hợp không khí-nhiên liệu, piston bắt đầu di chuyển lên trên để nén hỗn hợp này. Việc nén làm tăng áp suất và nhiệt độ trong xilanh.
- Nổ: Khi hỗn hợp không khí-nhiên liệu đã bị nén đủ, một điện cực hoặc buồng đốt gắn trong xilanh sẽ tạo ra điểm sáng hoặc nhiệt độ cao để kích hoạt sự cháy của hỗn hợp này. Sự cháy nhanh chóng của nhiên liệu trong không khí tạo ra nhiệt và áp suất đột ngột tăng, đẩy piston xuống.
- Xả : Sau bước nổ, van xả mở và khí thải từ quá trình cháy được đẩy ra ngoài xilanh. Khí thải này chứa các sản phẩm của quá trình cháy, như khí CO2 và hơi nước.
Động cơ đốt trong tạo ra công suất bằng cách sử dụng nhiệt độ và áp suất tạo ra từ quá trình cháy trong xilanh để đẩy piston di chuyển, từ đó tạo ra công cơ học. Quá trình hút và xả giúp chu trình duy trì và lặp đi lặp lại để tạo ra sự liên tục trong hoạt động của động cơ.
2. Phân loại động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong được phân loại theo các đặc điểm sau: Theo nhiên liệu, chu kỳ làm việc, cách chuyển động của pít tông, cách tạo hỗn hợp nhiên liệu và không khí, phương pháp làm mát, phương pháp đốt, hình dáng động cơ và số xi lanh
| Đặc điểm phân loại | Loại động cơ |
| Nhiên liệu | Dựa theo nhiên liệu của động cơ, động cơ đốt trong được chia làm 3 loại chính:
Mỗi loại nhiên liệu đều có nhưng ưu và nhược điểm riêng nhưng động cơ xăng và dầu được sử dụng phổ biến hơn cả |
| Chu kì làm việc | Dựa theo chu kỳ làm việc, động cơ đốt trong được chia làm 2 loại:
|
| Cách chuyển động của piston | Theo cách chuyển động của piston, động cơ đốt trong được chia làm 4 loại:
|
| Cách tạo hỗn hợp nhiên liệu và không khí | Theo cách tạo hỗn hợp nhiên liệu và không khí, động cơ đốt trong được chia làm 2 loại:
|
| Phương pháp làm mát | Theo phương pháp làm mát, động cơ đốt trong được chia làm 5:
|
| Phương pháp đốt | Theo phương pháp đốt, hỗn hợp khí được đánh lửa trong động cơ Otto bằng bugi, trước tâm điểm chết trên. Trong động cơ diesel hybrid, quá trình đốt cháy xảy ra tự động. Không khí được nén mạnh, ở nhiệt độ và áp suất cao nhiên liệu sẽ tự bốc cháy |
| Hình dáng động cơ | Theo hình dáng của đông cơ và số xi lanh, động cơ đốt trong được chia làm 8 loại:
|
3. Ưu và nhược điểm của động cơ đốt trong
Bất kì một loại động cơ nào cũng có những ưu và nhược điểm riêng, với động cơ đốt trong cũng vậy. Dưới đây là ưu điểm của động cơ đốt trong:
3.1. Ưu điểm của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong có những ưu điểm nổi bật sau:
- Hiệu suất cao: Động cơ đốt trong có khả năng đạt hiệu suất cao đến 50%, vượt trội so với các loại động cơ khác như máy hơi nước kiểu piston (16%), tuabin hơi (22-28%), và tuabin khí (30%). Điều này có nghĩa là nó biến đổi nhiều năng lượng từ nhiên liệu thành công suất cơ học một cách hiệu quả.
- Kích thước và trọng lượng nhỏ: Động cơ đốt trong thường có kích thước và trọng lượng nhẹ hơn so với các loại động cơ khác có cùng công suất. Điều này làm cho nó thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu sự nhẹ nhàng và tiết kiệm không gian.
- Công suất riêng lớn: Do quá trình biến đổi trạng thái của môi chất xảy ra bên trong buồng công tác của động cơ, công suất riêng của động cơ đốt trong là lớn, cho phép nó đạt được công suất cao với kích thước tương đối nhỏ.
- Sử dụng nhiên liệu có nhiệt trị cao: Động cơ đốt trong thường sử dụng nhiên liệu có nhiệt trị cao như xăng hoặc dầu diesel. Điều này làm cho nó rất thích hợp cho các phương tiện vận tải như ô tô, tàu hỏa và máy bay, nơi năng lượng tiết kiệm và hiệu suất cao là quan trọng.
- Dễ dàng vận hành và bảo trì: Động cơ đốt trong có quá trình khởi động, vận hành, chăm sóc, bảo dưỡng, và sửa chữa tương đối dễ dàng. Điều này giúp giảm thời gian chết và tăng khả năng sẵn sàng của thiết bị.
3.2. Nhược điểm của động cơ đốt trong
Bên cạnh ưu điểm thì động cơ đốt trong cũng có nhưng nhược điểm là:
- Không khởi động khi tải nhỏ: Động cơ đốt trong thường không phát ra mômen xoắn lớn ở tốc độ vòng quay thấp, dẫn đến việc khó khởi động hoặc không thể khởi động khi có tải nhỏ, nhất là trong các ứng dụng yêu cầu mômen xoắn khởi động cao như xe tải nặng.
- Khả năng quá tải kém: Động cơ đốt trong có khả năng quá tải kém hơn so với một số loại động cơ khác, và việc hoạt động ở công suất vượt quá công suất thiết kế có thể gây hỏng hóc hoặc hỏng nhanh chóng.
- Công suất cực đại hạn chế: Công suất cực đại của động cơ đốt trong thường không cao bằng so với một số loại động cơ khác. Điều này có thể là hạn chế đối với các ứng dụng đòi hỏi công suất cực đại cao như trong ngành công nghiệp hàng không.
- Nhiên liệu đắt và cạn kiệt: Động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu như xăng, dầu diesel, hoặc khí đốt, và nguồn cung cấp của các loại nhiên liệu này ngày càng khan hiếm và đắt đỏ. Điều này có thể tạo áp lực về chi phí và gây ra tình trạng cạn kiệt tài nguyên tự nhiên.
- Ô nhiễm môi trường: Động cơ đốt trong phát ra khí thải có thể gây ô nhiễm môi trường vì chúng thải ra không khí các hợp chất gây hại như khí nhà kính và các hạt bụi, cũng như tạo ra tiếng ồn, ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người.
4. Ứng dụng của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong dùng cho xe nâng hàng
Trong lĩnh vực sản xuất, xe nâng hàng cũng chiếm ưu thế đặc biệt là xe nâng dầu. Chúng có độ bền khá cao và chi phí đầu tư thấp. Động cơ đốt trong dùng cho xe nâng hàng giúp cho xe nâng hàng có sức mạnh bền bỉ, mạnh mẽ, khả năng làm việc ở nhiều điều kiện khác nhau.
Động cơ đốt trong dùng cho tàu thủy
- Động cơ đốt trong của tàu thủy được trang bị nhiều xi lanh từ 30 – 45 xi lanh giúp phục vụ cho quá trình vận hành.
- Cách hoạt động: Động cơ -> Ly hợp -> Hộp số -> Hệ trục -> Chân vịt
- Động cơ trên tàu được làm mát bằng nước
- Trên tàu thủy khi chuyển động có quán tính lớn nhưng chúng không có hệ thống phanh, do đó khi có sự cố giảm tốc bất ngờ thì chân vịt sẽ giúp đổi chiều quay của động cơ.
Động cơ đốt trong dùng cho máy phát điện
- Động cơ đốt trong dùng cho máy phát điện thường được dùng cho những gia đình ở khu vực vùng sâu vùng xa, địa điểm chưa có điện lưới quốc gia
- Động cơ ổn định nhờ bộ điều tốc
- Động cơ đốt trong dùng cho máy phát điện có tốc độ quay phù hợp với tốc độ quay của máy phát sáng, nó sử dụng nhiên liệu diezen và xăng.
Động cơ đốt trong dùng cho xe ô tô
- Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong dùng cho xe ô tô sử dụng động cơ để tạo ra công suất, sau đó thông qua các bộ phận như ly hợp, hộp số, truyền lực, và bánh xe chủ động để biến đổi và truyền công suất đến bánh xe và làm cho xe ô tô di chuyển.
- Động cơ đốt trong dùng cho xe ô tô thực hiện việc đốt cháy nhiên liệu điện, dầu để xe có thể vận hành.
Phía trên là các thông tin về động cơ đốt trong, hi vọng thông tin trên sẽ hữu ích cho bạn. Nếu bạn có bất cứ thắc mắc hay nhu cầu gì về xe nâng điện, xe nâng dầu, xe nâng tay…thì hãy nhanh chóng liên hệ ngay với các chuyên gia của chúng tôi qua số hotline 0975 645 225 để được tư vấn và hỗ trợ nhanh nhất !
