Giới thiệu phân loại động cơ đốt trong

I. ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1. Khái niệm
Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt, hoạt động nhờ quá trình biến đổi từ hoá năng sang nhiệt năng do nhiên liệu được đốt cháy, rồi sang dạng cơ năng. Quá trình này được thực hiện trong xi lanh động cơ.

2. Lịch sử phát triển 

Trong lịch sử phát triển động cơ có một vài mốc đáng ghi nhớ sau:

- 1860 : Động cơ đốt trong đầu tiên được ra đời do ông Lenoir là một người hầu bàn và một nhà kỹ thuật nghiệp dư ở Paris chế tạo. Động cơ chạy bằng khí đốt, có hiệu suất çc = 2 ÷ 3%.

- 1876 : Ô tô một nhà buôn ở thành phố Koin Đức chế tạo một loại động cơ cũng chạy bằng khí đốt nhưng đạt hiệu suất cao hơn với çc = 10%.

- 1886 : hãng Daimler - mayach cho xuất xưởng động cơ xăng đầu tiên có công suất Nc = 0,25 mã lực với tốc độ vòng quay n = 600 v/ph.

- 1897 : Động cơ diesel đầu tiên ra đời có hiệu suất khá cao: çc = 26 %.

- 1954 : Động cơ pit tông quay do hãng NSU- Wankel chế tạo.

Ngành chế tạo động cơ đốt trong phát triển rất mạnh. Hiện nay sản lượng hàng năm ước tính khoảng 40 triệu chiếc với dải công suất từ 0,1 đến khoảng 70.000 kw cho các lĩnh vực kinh tế như giao thông vận tải, xây dựng, nông nghiệp, lâm nghiệp, năng lượng...và dân dụng.

II. PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Động cơ đốt trong được phân loại như sau :

1. Theo nhiên liệu sử dụng

- Động cơ dùng nhiên liệu xăng (động cơ xăng).

- Động cơ dùng nhiên liệu diesel (động cơ diesel).

2. Theo số lượng xi lanh

-  Động cơ có một xi lanh

-  Động cơ có nhiều xi lanh (bốn, sáu, tám xi lanh ...).

3. Theo cách bố trí xi lanh

- Động cơ có xi lanh đặt đứng.

- Động cơ xi lanh đặt nghiêng.

- Động cơ xi lanh nằm ngang hoặc một hàng (kiểu chữ V) 

4. Theo phương pháp tạo hoà khí và đốt cháy nhiên liệu

Động cơ tạo hoà khí bên ngoài, tức là loại động cơ mà hỗn hợp hơi nhiên liệu và không khí được tạo thành ở bên ngoài xi lanh, nhờ một bộ phận có cấu tạo đặc biệt (bộ chế hoà khí) sau đó được đưa vào xi lanh và được đốt cháy ở đây bằng tia lửa điện (động cơ xăng).

Động cơ tạo hoà khí bên trong, tức là loại động cơ mà mà hỗn hợp nhiên liệu và không khí được tạo thành ở bên trong xi lanh, nhờ một bộ phận có cấu tạo đặc biệt (bơm cao áp, vòi phun...) và hỗn hợp này tự cháy do không khí bị nén ở nhiệt đọ cao (động cơ diesel).

5. Theo số lượng hành trình của pit tông

- Động cơ bốn kỳ 

- Động cơ hai kỳ 

6. Theo kiểu chuyển động của pit tông

- Động cơ pit tông chuyển động tịnh tiến

- Động cơ pit tông chuyển động quay (động cơ Wanken)

7. Theo điều kiện nạp

- Động cơ tăng áp 

- Động cơ không tăng áp

8. Theo phương pháp làm mát

- Động cơ làm mát bằng nước

- Động cơ làm mát bằng gió

Ngoài ra còn có thể phân loại động cơ theo công dụng, theo tốc độ của pit tông ...

III. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Khi so sánh với những động cơ khác, động cơ đốt trong có những ưu, nhược điểm nổi bật sau:

1. Ưu điểm:

Hiệu suất cao đến 46%, trong khi đó hiệu suất của máy hơi nước kiểu pit tông 16%, của tuabin hơi 22 ÷ 28% và tuabin khí 30%

Kích thước và trọng lượng nhỏ, công suất riêng lớn do mọi quá trình biến đổi trạng thái của môi chất được thực hiện trong xi lanh của động cơ. Ngoài ra do dùng nhiên liệu có nhiệt trị cao nên rất thích hợp trên các phương tiện vận tải với điều kiện làm việc di động.

Khởi động, vận hành, chăm sóc dễ dàng.

2. Nhược điểm :

Không phát ra mô men lớn tại tốc độ vòng quay nhỏ nhất nên không khởi động được khi có tải.

Khả năng quá tải kém.

Công suất cực đại không cao.

Nhiên liệu đắt và cạn dần trong thiên nhiên

Khi làm việc ồn và ô nhiễm môi trường do khí xả.

Tuy nhiên, hiện nay động cơ đốt trong vẫn loại động cơ chưa thể thay thế.

IV. CẤU TẠO CHUNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Động cơ đốt trong bao gồm các cơ cấu và các hệ thống chính theo sơ đồ sau đây:

V. CÁC THUẬT NGỮ CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ

Các thuật ngữ cơ bản của động gồm có:

1. Điểm chết 

Điểm chết là vị trí của đỉnh pit tông trong xi lanh mà tại đó pit tông thay đổi hướng chuyển động. Có hai điểm chết.

• Điểm chết trên (ĐCT)

Điểm chết trên là vị trí của đỉnh pit tông trong xi lanh mà tại đó đỉnh pit tông xa tâm trục khuỷu nhất.

• Điểm chết dưới (ĐCD)

Điểm chết dưới là vị trí của đỉnh pit tông trong xi lanh mà tại đó đỉnh pit tông gần tâm trục khuỷu nhất. 

2. Hành trình của pit tông (S)

Hành trình pit tông là quãng đường pit tông dịch chuyển từ  ĐCT và ĐCD và ngược lại.

S = 2. r

Trong đó: r - bán kính tay quay của trục khuỷu

3. Thể tích buồng cháy (Vc)

Thể tích buồng cháy là không gian giới hạn bởi nắp máy, xi lanh và đỉnh pit tông khi pit tông ở ĐCT.

4. Thể tích làm việc của xi lanh (Vs)

Thể tích làm việc của xi lanh là không gian giới hạn bởi trong một hành trình của pit tông.

Trong đó : D - Đường kính xi lanh

                  S - Hành trình của pit tông

Pit tông ở điểm chết trên và điểm chết dưới

5. Thể tích toàn phần (thể tích chứa hoà khí hoặc không khí) (Va)

Thể tích toàn phần là không gian được giới hạn bởi nắp máy, xi lanh và đỉnh pit tông khi pit tông ở ĐCD.

Va = Vc + Vs

6. Thể tích làm việc của động cơ (Vh)

Thể tíh làm việc của động cơ là tổng thể tích làm việc của các xi lanh trong động cơ.

Vh = Vs.i

Trong đó: Vs - Thể tích làm việc của xi lanh

                 i -    Số lượng xi lanh của động cơ.

7. Tỷ số nén của động cơ (å )

Tỷ số nén là tỷ số giữa thể tích chứa hoà khí hoặc không khí của xi lanh và thể tích buồng cháy.

Tỷ số nén biểu thị mức độ hoà khí (động cơ xăng) hoặc không khí (động diesel) bị nén nhỏ lại bao nhiêu lần khi pit tông dịch chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên. Tỷ số nén có ảnh hưởng lớn tới công suất cũng như hiệu suất của động cơ.

Mỗi động cơ có một tỷ số nén nhất định và thường có trị số sau đây:

- Động cơ xăng:     å = 3,5 ÷ 11

- Động cơ diesel : å = 13 ÷ 22

8. Chu trình công tác

Chu trình công tác là sự tiếp diễn các quá trình bao gồm (nạp, nén, nổ, xả) để động cơ thực hiện biến đổi nhiệt năng thành cơ năng.

9. Kỳ

Kỳ là một phần của chu trình công tác ứng với pit tông chuyển động từ điểm chết này đến điểm chết kia trong xi lanh của động cơ.

VI. CÁC THÔNG SỐ KINH TẾ - KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ

Những thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ, bao gồm: công suất, hiệu suất và suất tiêu thụ nhiên liệu. Những thông số này được chia làm hai loại: thông số chỉ thị hay thông số tính toán, đặc trưng cho chu trình công tác của động cơ và thông số hữu ích hoặc thông số sử dụng đặc trưng cho khả năng làm việc thực tế của động cơ.

1. Công suất chỉ thị ( Pj )

Công suất chỉ thị (dùng để đánh giá sức mạnh của động cơ) là công suất do hỗn hợp cháy giãn nở thực hiện được ở trong xi lanh của động cơ trên một đơn vị thời gian.

2. Công suất tiêu hao ( Pf )

Công suất tiêu hao là công suất mất đi để khắc phục ma sát giữa các bề mặt làm việc của những chi tiết (xi lanh và pit tông, trục khuỷu và ổ trục..., giữa những chi tiết chuyển động và không khí (trục khuỷu, thanh truyền, bánh đà.... ). Một phần khác để dẫn động các cơ cấu, hệ thống phụ (bơm, quạt gió, máy phát điện, máy nén khí...).

3. Công suất thực tế ( Pe) 

Công suất thực tế của động cơ là công suất được xác định ngay tại bánh đà của động cơ. Công suất thực tế nhỏ hơn công suất chỉ thị vì phải trừ đi công suất tiêu hao.

Pe = Pi - Pf

4. Suất tiêu thụ nhiên liệu

Để so sánh chính xác tính năng kinh tế của các loại động cơ phải dùng thông số suất tiêu thụ nhiên liệu.

Suất tiêu thụ nhiên liệu là lượng nhiên liệu (tính theo gam) tiêu thụ cho một mã lực của động cơ trong thời gian một giờ.

Để đánh giá tính kinh tế của ô tô người ta thường dùng thông số kỹ thuật là lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụ trong một giờ (tính theo km / h). Tuy vậy, trong thực tế người ta thường quen tính lượng nhiên liệu tiêu thụ theo lít / 100 km (ở tay số lớn nhất).