Chào các cụ các mợ!
Cái tên diễn đàn cũng có liên quan đến Ô tô, để góp vui cùng diễn đàn, em mạn phép lập thớt trao đổi chút về kỹ thuật có liên quan đến ô tô. Mời các cụ các mợ cùng chém cho vui vẻ!
Các thông tin post lên đây cũng phần lớn là các thông tin em sưu tầm trên mạng về, có sửa chữa tổng hợp lại chút cho dễ hiểu. Tuy nhiên, kiến thức là vô bờ nên không tránh khỏi những sai sót. Trong quá trình trao đổi, các cụ các mợ cứ bổ sung góp ý nhiệt tềnh.
Nói đến ô tô, cái quan trọng nhất, là trái tim của ô tô, là cái động cơ và kinh điển nhất là động cơ đốt trong. Thực tế, động cơ điện cũng đã xuất hiện trên ô tô từ những năm đầu của TK20 rồi, tuy nhiên, do nhiều hạn chế về vấn đề nguồn cung cấp năng lượng cho động cơ điện, nên ô tô điện đã bị dừng phát triển trong một thời gian dài, nhường chỗ cho động cơ đốt trong. Sang TK21, nhờ những tiến bộ của KHKT nên ô tô điện bắt đầu hồi sinh mạnh mẽ. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hạn chế nên ô tô điện chưa thể thay thế được ô tô truyền thống. Vì vậy trong thread này em sẽ tập trung bàn về động cơ đốt trong, các nguyên lý cơ bản, các cải tiến cải lùi.... của động cơ đốt trong.
Về ô tô điện sẽ được bàn trong thread riêng cho đỡ loãng.
Trước hết, chúng ta cùng tìm hiểu chút các khái niệm về động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong (tiếng Anh: internal combustion engine; viết tắt: ICE) là một loại động cơ nhiệt, trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu với chất ô xi hóa (thường là không khí) xảy ra trong buồng đốt kín.
Trong động cơ đốt trong, sự giãn nở của khí ở nhiệt độ cao và áp suất cao do quá trình đốt cháy sẽ sinh công và tác dụng trực tiếp lên một số thành phần của động cơ như Piston, Turbin, Vòi phun….. Động cơ đốt trong được ứng dụng thương mại đầu tiên được tạo ra bởi Étienne Lenoir vào khoảng năm 1860 và động cơ đốt trong hiện đại đầu tiên được Nicolaus Otto tạo ra vào năm 1876
Chú ý: Ngược lại với động cơ đốt trong là Động cơ đốt ngoài, như Động cơ hơi nước hoặc Động cơ Stirling, năng lượng (nhiệt độ từ lò đốt) được truyền cho lưu chất hoạt động không chứa, trộn lẫn, hoặc bị tạp nhiễm bởi các sản phẩm của quá trình đốt. Lưu chất hoạt động (chất lỏng làm việc) có thể là không khí, nước nóng, nước áp lực hoặc thậm chí natri lỏng, được đun nóng trong nồi hơi.
Động cơ đốt trong được ứng dụng trong nhiều thiết bị cố định, được sử dụng trong các thiết bị di động và là nguồn sinh công quan trọng cho các loại phương tiện như ô tô, máy bay và tàu thuyền, nhóm phương tiện này thường được gọi là "phương tiện động cơ đốt trong".
Thông thường, động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu hóa thạch như khí tự nhiên hoặc các sản phẩm dầu mỏ như xăng, dầu diesel hoặc dầu nhiên liệu. Những loại nhiên liệu tái tạo ngày càng được sử dụng rộng rãi như Diesel sinh học cho động cơ kích nổ nén (động cơ Diesel) và Bioethanol hoặc Metanol cho động cơ kích nổ tia lửa (động cơ xăng). Hydro đôi khi được sử dụng, và có thể được lấy từ nhiên liệu hóa thạch hoặc năng lượng tái tạo.
Phân loại đông cơ đốt trong
Việc phân loại động cơ đã có rất nhiều phương án được phác thảo và hiện thực nhưng nhiều khi lại không phù hợp với một số loại động cơ trong thực tế, ví dụ như động cơ Otto với bộ phun nhiên liệu trực tiếp hay các loại động cơ hoạt động theo nguyên tắc của động cơ Diesel nhưng lại có bộ phận đánh lửa. Các phương pháp chế tạo lại có thể được kết hợp rất đa dạng, ví dụ như động cơ có dung tích nhỏ với piston tròn và điều khiển qua khe hở theo nguyên tắc Otto (động cơ xoay Wankel) hay động cơ Diesel hai kỳ có dung tích lớn có van điều khiển (động cơ Diesel của Tàu thủy). Vì vậy việc phân loại sẽ tùy theo quan điểm và góc độ thực tế sao cho dễ hiểu nhất, không thể có phân loại tuyệt đối ở đây
Theo công dụng
- Động cơ tĩnh tại: Dùng vận hành các thiết bị như máy gia công, máy phát điện (công suất lên đến 25 MW)….
- Động cơ di chuyển: động cơ Ô tô, động cơ Máy bay: Bao gồm Động cơ đốt trong kiểu Piston cho máy bay cánh quạt và Động cơ phản lực dùng cho máy bay phản lực - bao gồm cả động cơ turbin cánh quạt (TurboProp), Động cơ tàu thủy, Động cơ xe lửa, Động cơ một số thiết bị và dụng cụ như máy cày, máy cắt cỏ, máy trộn bê tông….
Theo chu trình làm việc
- Động cơ hai kỳ: Chu trình làm việc được hoàn thành trong 2 hành trình chuyển động qua lại của Piston, tương ứng với một vòng quay trục khuỷu. Trong động cơ hai kỳ chỉ diễn ra hai quá trình nén và nổ (sinh công).Việc thay đổi khí mở tức là hai hỗn hợp khí–nhiên liệu mới và khí thải bị trộn lẫn với nhau một phần.
- Động cơ ba kỳ: Động cơ này có cấu tạo gồm hai piston di chuyển tịnh tiến được đặt trong cùng một xi lanh; hai piston được gắn trên cùng một trục khuỷu. Chu trình cháy diễn ra trong một vòng quay trục khuỷu. Khi trục khuỷu thực hiện một vòng quay, hai piston sẽ di chuyển đến gần nhau rồi xa ra, về hai đầu của xi lanh.
- Động cơ 4 kỳ: Chu trình làm việc được hoàn thành trong 4 hành trình chuyển động qua lại của piston, tương ứng với 2 vòng quay trục khuỷu. Việc thay đổi hỗn hợp khí trong buồng đốt được điều khiển bởi hệ thống van hút/xả – nhiên liệu mới và khí thải được tách hoàn toàn ra khỏi nhau. Trong thực tế hai khí này tiếp xúc với nhau trong một khoảng thời gian ngắn.
- Động cơ 6 kỳ: Loại động cơ này có thêm hành trình phụ để nén và đốt cháy lại khí xả. Do vậy, động cơ 6 kỳ có hai kỳ sinh công – tức là 1/3 trong tổng số kỳ (hành trình chuyển động của piston) tạo ra công hữu ích, nhiều hơn khi so với động cơ bốn kỳ chỉ có 1/4 trong tổng số kỳ là sinh công. Đối với cùng dung tích xi lanh, nếu động cơ có tỉ lệ kỳ sinh công càng cao, sẽ có công suất lớn hơn. Ưu điểm của động cơ 6 kỳ là giúp tận dụng nhiệt thải của kỳ sinh công đầu tiên; lượng nhiệt này có thể dùng để sinh hơi nước giúp làm mát động cơ và đẩy piston. Do vậy, loại động cơ này có hiệu năng cao hơn, đồng thời giảm bớt khí thải ô nhiễm. Động cơ 6 kỳ có thể tiết kiệm nhiên liệu lên đến 40% so với động cơ bốn kỳ.
Theo quy trình nhiệt động lực học
Tùy vào quá trình cấp nhiệt và tỷ số nén, các loại động cơ đốt trong có thể chia thành hai nhóm chính như sau:
- Động cơ Otto: Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt đẳng tích (chu trình Otto), có tỷ số nénthấp (ε = 8–12), như động cơ sử dụng nhiên liệu xăng, cồn nhiên liệu, hoặc ga.
- Động cơ Diesel: Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt đẳng áp (chu trình Diesel), có tỷ số nén cao (ε = 12–24), như động cơ diesel, động cơ sử dụng bột than.
Theo nhiên liệu sử dụng
- Động cơ Xăng, bao gồm cả hỗn hợp Xăng-Cồn
- Động cơ Diesel, bao gồm cả hỗn hợp Diesel-Cồn
- Động cơ Ga hay động cơ khí đốt (CNG)
- Động cơ sử dụng loại nhiên liệu khác như Khí hóa lỏng (LPG), cồn (Metanol, Etanol), khí Hydro.
Theo phương pháp nạp nhiên liệu
- Động cơ hút khí tự nhiên: Không khí không được nén trước khi nạp vào động cơ.
- Động cơ tăng áp (Turbo): Loại động cơ này tận dụng khí xả từ động cơ để quay tuabin; sau đó, tuabin làm quay trục máy nén khí mới đi vào động cơ.
- Động cơ siêu nạp (Super Charger): Loại động cơ này sử dụng một máy nén khí làm tăng áp suất dòng khí nạp, đi qua cổ hút, vào buồng cháy của động cơ. Máy nén được vận hành có thể nhờ lực truyền động của trục khuỷu động cơ thông qua dây đai hoặc động cơ điện.
Theo cơ cấu truyền động sinh công
- Động cơ piston đẩy (hay kết hợp với thanh truyền và trục khuỷu)
- Động cơ Wankel (Động cơ xoay)
- Động cơ Turbin
Theo phương pháp tạo hòa khí
Theo phương pháp tạo hỗn hợp đốt hay còn gọi là hòa khí (hỗn hợp khí và nhiên liệu để đốt cháy trong động cơ), động cơ đốt trong được chia thành các loại sau:
- Động cơ tạo hòa khí bên ngoài: Hỗn hợp nhiên liệu và không khí được tạo thành bên ngoài xi lanh nhờ bộ chế hòa khí (carburetor), gọi là hỗn hợp đồng thể, sau đó được đưa vào xi lanh và đốt cháy bằng tia lửa điện (bugi). Các loại động cơ loại này bao gồm động cơ xăng, động cơ ga.
- Động cơ tạo hòa khí bên trong: Hỗn hợp hơi nhiên liệu và không khí được tạo thành bên trong xi lanh nhờ bơm cao áp và vòi phun, gọi là hỗn hợp dị thể. Tùy vào loại động cơ mà việc đốt cháy hỗn hợp có thể xảy ra như sau:
- Động cơ Piston: Hỗn hợp được phun vào xi lanh gần điểm chết trên (ĐCT); sau đó, hỗn hợp này tự bốc cháy do hỗn hợp bị nén ở nhiệt độ cao hoặc dùng Bugi đánh lửa đốt cháy. Các loại động cơ loại này bao gồm động cơ diesel, động cơ phun xăng trực tiếp.
- Động cơ Turbin: Hỗn hợp được phun vào buồng đốt , được Bugi đánh lửa mồi đốt cháy ban đầu, sau đó quá trình cháy tự duy trì.
Theo phương pháp làm mát
- Động cơ làm mát bằng nước: Loại động cơ này dùng nước hoặc hỗn hợp nước–phụ gia bơm tuần hoàn trong những khoang rỗng (gọi là áo nước) bao quanh xi lanh. Nhiệt được truyền qua thành xi lanh đến áo nước và cuối cùng được truyền cho nước. Nước được bơm đến bộ phận két nước để trao đổi nhiệt đối lưu với không khí bên ngoài. Hỗn hợp dung dịch làm mát nước–phụ gia tùy theo môi trường và điều kiện làm việc của động cơ mà người ta pha phụ gia với các mục đích: chống ăn mòn, chống đóng cặn, chống xâm thực khí, nâng nhiệt độ sôi (chống sôi), hạ nhiệt độ đóng bang (chống đóng bang khi nhiệt độ quá thấp)…….
- Động cơ làm mát bằng không khí: Loại động cơ này dùng không khí trao đổi nhiệt đố để làm mát động cơ. Động cơ làm mát bằng không khí có thiết kế dạng cánh tản nhiệt hoặc gờ nổi để tăng bề mặt trao đổi nhiệt. Không khí làm mát có thể dạng đối lưu hoặc có quạt cưỡng bức – do đông cơ kéo hoặc động cơ điện.
- Động cơ làm mát bằng. Những động cơ làm mát bằng dầu thường là loại có công suất thấp. Năng suất giải nhiệt của phương pháp làm mát này vốn không cao do dầu bôi trơn có tính giải nhiệt thấp.
Em vào phá thớt: vậy động cơ đốt trong nhưng chạy tuốc bin ngoài - tức đốt bằng pít tông trong xy lanh sau đó khí áp cao nhiệt độ cao sinh công bằng tuốc bin thì xếp vào loại nào hả cụ?
Bây giờ chúng ta cùng tìm hiểu loại động cơ đơn giản nhất, động cơ 2 kỳ ( 2 thì).
Động cơ 2 thì là loại động cơ thực hiện chu trình hút-nén-nổ-xả trong 1 chu trình đi lên xuống của piston. Hay dễ hiểu hơn là 1 vòng quay của trục khuỷu.
Điều thú vị là nhiều người lầm tưởng động cơ 2 kỳ chỉ dùng trong nhiên liệu xăng và trong động cơ nhỏ. Thực tế có loại động cơ 2 kỳ dùng động cơ Diesel và có công suất rất lớn là động cơ tàu thủy.
Nguyên lý động cơ xăng 2 kỳ
Động cơ hai kỳ không có các van nạp và van xả như động cơ bốn kỳ. Thay vào đó là các lỗ nạp và lỗ xả khí đặt trực tiếp trong thành xi lanh, được đóng–mở do chuyển động của piston. Lỗ xả kiểm soát dòng khí xả và xả khí khi piston ở gần điểm chết dưới (ĐCD). Chu trình cơ bản của động cơ hai kỳ như sau:
- Kỳ nén: Bắt đầu khi piston ở vị trí điểm chết dưới (ĐCD) gần điểm chết trên (ĐCT), đóng lỗ nạp và lỗ xả. Khi đó, piston nén hỗn hợp hòa khí bên trong xi lanh và đồng thời nạp (hút) hòa khí mới vào buồng đốt(cacte - bên dưới piston). Khi piston đến vị trí ĐCT, quá trình nổ diễn ra.
- Kỳ nổ: Hỗn hợp khí và nhiên liệu được đốt cháy ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Hỗn hợp khí giãn nở thể tích, làm đẩy piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD. Do lỗ xả được bố trí cao hơn lỗ nạp nên khi piston xuống, lỗ xả sẽ được mở trước để khí xả thoát ra ngoài làm giảm 1 phần áp suất buồng đốt. Piston tiếp tục đi xuống gần đến ĐCD, lỗ xả và lỗ nạp cùng được mở ra. Lúc này phần lớn lượng khí cháy thoát ra khỏi xi lanh; đồng thời, lượng hòa khí mới được nén ở Cacte sẽ di chuyển vào xi lanh, góp phần đẩy nốt khí xả còn lại ra ngoài.
Trong động cơ hai kỳ, mỗi chu trình quay của trục khuỷu sẽ có một kỳ sinh công. Về mặt lý thuyết, động cơ hai kỳ có công suất cao gấp đôi so với động cơ bốn kỳ trong cùng điều kiện như dung tích xi lanh, tốc độ piston v.v. Tuy nhiên, việc nạp hòa khí vào đầy dung tích xi lanh rất khó thực hiện; đồng thời, một lượng hòa khí mới sẽ bị thoát ra ngoài theo khí xả trong quá trình quét khí (Piston đi lên). Ngoài ra, trong xi lanh luôn tồn chứa một lượng khí sót của quá trình nổ; lượng khí sót này giảm hiệu suất của kỳ nổ. Do vậy, trong thực tế, hiệu suất của động cơ hai kỳ không thể cao gấp đôi so với động cơ bốn kỳ.
Ưu điểm của động cơ 2 kỳ là gọn nhẹ, không có hệ thống van (Supap) phức tạp.
Nhược điểm: hiệu suất không cao - do khí cháy và hòa khí lẫn vào nhau, không tăng được tỷ số nén, khó bố trí hệ thống dầu bôi trơn. Do đó động cơ xăng 2 kỳ phải tiến hành pha dầu nhờn vào xăng để tiến hành bôi trơn, khí xả bị khói gây ô nhiễm môi trường.
Hình ảnh minh họa động cơ 2 kỳ
Video mô tả nguyên lý hoạt động
Em vào phá thớt: vậy động cơ đốt trong nhưng chạy tuốc bin ngoài - tức đốt bằng pít tông trong xy lanh sau đó khí áp cao nhiệt độ cao sinh công bằng tuốc bin thì xếp vào loại nào hả cụ?
Là Đông Tây Y kết hợp Cúng cụ ợ 🤣 🤣 🤣
Nói qua về động cơ Diesel 2 kỳ công suất lớn dùng cho tàu thủy
Loại động cơ này được bố trí các lỗ nạp khí ở phía dưới của xi lanh, cũng đóng mở thông qua chuyển động của Piston trong xi lanh. Trên đỉnh xi lanh bố trí Supap xả và kim phun dầu áp suất cao.
Loại động cơ này việc nạp khí vào xi lanh nhờ hỗ trợ của bơm nén khí từ bên ngoài vào - thường là dùng Turbo, tức là mượn dòng khí xả để quay máy nén.
- Kỳ nạp: Piston đi xuống điểm chết dưới (lúc này Supap xả đóng kín), không khí được nạp từ máy nén vào xi lanh qua các lỗ nạp trên thành xi lanh.
- Kỳ nén - nổ: Xi lanh đi lên, nén không khí trong xi lanh đến áp suất rất cao, nhiệt độ luồng khí tăng cao. Khi gần đến ĐCT thì kim phun sẽ phun nhiên liệu vào buồng đốt. Do buồng đốt có nhiệt độ đủ cao để nhiên liệu tự cháy. Hỗn hợp khí cháy giãn nở đẩy Piston đi xuống. Khi Piston gần xuống ĐCD thì Supap xả mở ra để xả khí cháy ra ngoài. Sau đó quá trình lặp lại.
Video tham khảo
Nói qua về động cơ Diesel 2 kỳ công suất lớn dùng cho tàu thủy
Loại động cơ này được bố trí các lỗ nạp khí ở phía dưới của xi lanh, cũng đóng mở thông qua chuyển động của Piston trong xi lanh. Trên đỉnh xi lanh bố trí Supap xả và kim phun dầu áp suất cao.
Loại động cơ này việc nạp khí vào xi lanh nhờ hỗ trợ của bơm nén khí từ bên ngoài vào - thường là dùng Turbo, tức là mượn dòng khí xả để quay máy nén.
- Kỳ nạp: Piston đi xuống điểm chết dưới (lúc này Supap xả đóng kín), không khí được nạp từ máy nén vào xi lanh qua các lỗ nạp trên thành xi lanh.
- Kỳ nén - nổ: Xi lanh đi lên, nén không khí trong xi lanh đến áp suất rất cao, nhiệt độ luồng khí tăng cao. Khi gần đến ĐCT thì kim phun sẽ phun nhiên liệu vào buồng đốt. Do buồng đốt có nhiệt độ đủ cao để nhiên liệu tự cháy. Hỗn hợp khí cháy giãn nở đẩy Piston đi xuống. Khi Piston gần xuống ĐCD thì Supap xả mở ra để xả khí cháy ra ngoài. Sau đó quá trình lặp lại.
Video tham khảo
Vậy nó có gì khác với động cơ diesel thông thường, cỡ nhỏ hơn hả cụ? Ngoại trừ kích thước và tốc độ?
Nói qua về động cơ Diesel 2 kỳ công suất lớn dùng cho tàu thủy
Loại động cơ này được bố trí các lỗ nạp khí ở phía dưới của xi lanh, cũng đóng mở thông qua chuyển động của Piston trong xi lanh. Trên đỉnh xi lanh bố trí Supap xả và kim phun dầu áp suất cao.
Loại động cơ này việc nạp khí vào xi lanh nhờ hỗ trợ của bơm nén khí từ bên ngoài vào - thường là dùng Turbo, tức là mượn dòng khí xả để quay máy nén.
- Kỳ nạp: Piston đi xuống điểm chết dưới (lúc này Supap xả đóng kín), không khí được nạp từ máy nén vào xi lanh qua các lỗ nạp trên thành xi lanh.
- Kỳ nén - nổ: Xi lanh đi lên, nén không khí trong xi lanh đến áp suất rất cao, nhiệt độ luồng khí tăng cao. Khi gần đến ĐCT thì kim phun sẽ phun nhiên liệu vào buồng đốt. Do buồng đốt có nhiệt độ đủ cao để nhiên liệu tự cháy. Hỗn hợp khí cháy giãn nở đẩy Piston đi xuống. Khi Piston gần xuống ĐCD thì Supap xả mở ra để xả khí cháy ra ngoài. Sau đó quá trình lặp lại.
Video tham khảo
Vậy nó có gì khác với động cơ diesel thông thường, cỡ nhỏ hơn hả cụ? Ngoại trừ kích thước và tốc độ?
Thông thường là 4 kỳ lão nhé.
Nói qua về động cơ Diesel 2 kỳ công suất lớn dùng cho tàu thủy
Loại động cơ này được bố trí các lỗ nạp khí ở phía dưới của xi lanh, cũng đóng mở thông qua chuyển động của Piston trong xi lanh. Trên đỉnh xi lanh bố trí Supap xả và kim phun dầu áp suất cao.
Loại động cơ này việc nạp khí vào xi lanh nhờ hỗ trợ của bơm nén khí từ bên ngoài vào - thường là dùng Turbo, tức là mượn dòng khí xả để quay máy nén.
- Kỳ nạp: Piston đi xuống điểm chết dưới (lúc này Supap xả đóng kín), không khí được nạp từ máy nén vào xi lanh qua các lỗ nạp trên thành xi lanh.
- Kỳ nén - nổ: Xi lanh đi lên, nén không khí trong xi lanh đến áp suất rất cao, nhiệt độ luồng khí tăng cao. Khi gần đến ĐCT thì kim phun sẽ phun nhiên liệu vào buồng đốt. Do buồng đốt có nhiệt độ đủ cao để nhiên liệu tự cháy. Hỗn hợp khí cháy giãn nở đẩy Piston đi xuống. Khi Piston gần xuống ĐCD thì Supap xả mở ra để xả khí cháy ra ngoài. Sau đó quá trình lặp lại.
Video tham khảo
Vậy nó có gì khác với động cơ diesel thông thường, cỡ nhỏ hơn hả cụ? Ngoại trừ kích thước và tốc độ?
Thông thường là 4 kỳ lão nhé.
Cũng có động cơ diesel 2 kỳ nhỏ hơn mà cụ, ví dụ dòng EMD 710 cho đầu tàu hoả.