Bước tới nội dung

Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Động cơ đốt trong”

Đây là một bài viết cơ bản. Nhấn vào đây để biết thêm thông tin.
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Duyệt lịch sử tương tác
← Thay đổi trướcThay đổi sau →
Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào
Trực quanMã wiki
Dòng 36: Dòng 36:
Động cơ đốt trong đầu tiên có kỳ nén diễn ra trước kỳ nổ được phát triển lần đầu tiên bởi William Barnett, một kỹ sư người Anh, vào năm 1838.<ref name="Heywood 2017 p. 1-PA18">{{harvnb|Heywood|2017|p=[https://books.google.ca/books?id=OFU8DwAAQBAJ&pg=SA1-PA18 1-PA18]}}</ref><ref name="Ewing 2013 p. 585">{{cite book | last=Ewing | first=J.A. | title=The Steam-Engine and Other Heat-Engines | publisher=Cambridge University Press | year=2013 | isbn=978-1-107-61563-2 | url=https://books.google.co.nz/books?id=SWYfxp-VNgwC | page=[https://books.google.co.nz/books?id=SWYfxp-VNgwC&pg=PA585 585] | ref=harv}}</ref> Năm 1854, hai nhà phát minh người Ý, Eugenio Barsanti và Felice Matteucci, phát minh ra động cơ piston tự do.{{efn|''Free-piston engine'': Loại động cơ có piston không truyền động thông qua [[trục khuỷu]].}}<ref name="Day McNeil 2002 p. 78">{{harvnb|Day|McNeil|2002|p=78}}</ref> Năm 1860, Jean Joseph Étienne Lenoir, một kỹ sư người Bỉ, đã phát minh ra động cơ đốt trong chạy bằng khí đốt.<ref name="Windelspecht 2003 p. 138" /> Động cơ đốt trong của Lenoir là loại động cơ hai thì, một xi lanh, tác động kép{{efn|''Double acting'': Thực hiện hai chu kỳ sinh công trong một vòng tua.}}, không có kỳ nén (hỗn hợp khí không được nén trước khi kích nổ), hỗn hợp khí được kích nổ ở khoảng 1/3 hành trình di chuyển của piston.<ref name="Heywood 2017 p. 1-PA19">{{harvnb|Heywood|2017|p=[https://books.google.ca/books?id=OFU8DwAAQBAJ&pg=SA1-PA19 1-PA19]}}</ref><ref name="Day McNeil 2002 p. 738">{{harvnb|Day|McNeil|2002|p=738}}</ref> Ưu điểm của thiết kế này là tạo ra loại động cơ vận hành nhanh hơn, ít ồn hơn, và hiệu quả kinh tế cao hơn động cơ hơi nước,<ref name="Department of Engineering University of Cambridge" />. Do vậy, động cơ Lenoir được ưa chuộng với khoảng 400<ref name="Heywood 2017 p. 1-PA19" /> đến 500<ref name="Day McNeil 2002 p. 738" /> bộ động cơ được bán ra thời điểm đó. Năm 1872, George Brayton, một kỹ sư người Mỹ, đã phát minh ra động cơ đốt trong sử dụng dầu hỏa (''kerosene'') làm nhiên liệu. Tuy nhiên, cũng tương tự động cơ của Lenoir, động cơ do Brayton phát minh không có kỳ nén để nén hỗn hợp nhiên liệu, dẫn đến hiệu suất hoạt động không cao.<ref name="Heywood 2017 p. 1-PA19" />
Động cơ đốt trong đầu tiên có kỳ nén diễn ra trước kỳ nổ được phát triển lần đầu tiên bởi William Barnett, một kỹ sư người Anh, vào năm 1838.<ref name="Heywood 2017 p. 1-PA18">{{harvnb|Heywood|2017|p=[https://books.google.ca/books?id=OFU8DwAAQBAJ&pg=SA1-PA18 1-PA18]}}</ref><ref name="Ewing 2013 p. 585">{{cite book | last=Ewing | first=J.A. | title=The Steam-Engine and Other Heat-Engines | publisher=Cambridge University Press | year=2013 | isbn=978-1-107-61563-2 | url=https://books.google.co.nz/books?id=SWYfxp-VNgwC | page=[https://books.google.co.nz/books?id=SWYfxp-VNgwC&pg=PA585 585] | ref=harv}}</ref> Năm 1854, hai nhà phát minh người Ý, Eugenio Barsanti và Felice Matteucci, phát minh ra động cơ piston tự do.{{efn|''Free-piston engine'': Loại động cơ có piston không truyền động thông qua [[trục khuỷu]].}}<ref name="Day McNeil 2002 p. 78">{{harvnb|Day|McNeil|2002|p=78}}</ref> Năm 1860, Jean Joseph Étienne Lenoir, một kỹ sư người Bỉ, đã phát minh ra động cơ đốt trong chạy bằng khí đốt.<ref name="Windelspecht 2003 p. 138" /> Động cơ đốt trong của Lenoir là loại động cơ hai thì, một xi lanh, tác động kép{{efn|''Double acting'': Thực hiện hai chu kỳ sinh công trong một vòng tua.}}, không có kỳ nén (hỗn hợp khí không được nén trước khi kích nổ), hỗn hợp khí được kích nổ ở khoảng 1/3 hành trình di chuyển của piston.<ref name="Heywood 2017 p. 1-PA19">{{harvnb|Heywood|2017|p=[https://books.google.ca/books?id=OFU8DwAAQBAJ&pg=SA1-PA19 1-PA19]}}</ref><ref name="Day McNeil 2002 p. 738">{{harvnb|Day|McNeil|2002|p=738}}</ref> Ưu điểm của thiết kế này là tạo ra loại động cơ vận hành nhanh hơn, ít ồn hơn, và hiệu quả kinh tế cao hơn động cơ hơi nước,<ref name="Department of Engineering University of Cambridge" />. Do vậy, động cơ Lenoir được ưa chuộng với khoảng 400<ref name="Heywood 2017 p. 1-PA19" /> đến 500<ref name="Day McNeil 2002 p. 738" /> bộ động cơ được bán ra thời điểm đó. Năm 1872, George Brayton, một kỹ sư người Mỹ, đã phát minh ra động cơ đốt trong sử dụng dầu hỏa (''kerosene'') làm nhiên liệu. Tuy nhiên, cũng tương tự động cơ của Lenoir, động cơ do Brayton phát minh không có kỳ nén để nén hỗn hợp nhiên liệu, dẫn đến hiệu suất hoạt động không cao.<ref name="Heywood 2017 p. 1-PA19" />


Dựa trên mẫu thiết kế động cơ của Lenoir, [[Nikolaus Otto]], một kỹ sư người Đức, đã phát minh ra động cơ đốt trong bốn thì đầu tiên vào năm 1876 (Bằng sáng chế Hoa Kỳ US194047)<ref name="Otto Google Patents">{{cite web | title=US194047A - Improvement in gas-motor engines | date=1877-08-14| website=Google Patents | url=https://patents.google.com/patent/US194047 | access-date=2020-08-19}}</ref> Động cơ chạy bằng khí than của Otto không chỉ giảm tiếng ồn hơn, mà còn hiệu quả cao hơn gấp 3 lần so với động cơ của Lenoir.<ref name="Stone 2012 p.6">{{cite book | last=Stone | first=R. | title=Introduction to Internal Combustion Engines | publisher=Macmillan International Higher Education | year=2012 | isbn=978-1-137-02829-7 | url=https://books.google.ca/books?id=afYcBQAAQBAJ | page=6 | ref=harv}}</ref> Năm 1879, Karl Benz chế tạo ra động cơ đốt trong hai thì chạy bằng xăng.<ref name="Davim 2012 p. 49">{{cite book | last=Davim | first=J.P. | title=Mechanical Engineering Education | publisher=John Wiley & Sons | series=ISTE | year=2012 | isbn=978-1-118-56870-5 | url=https://books.google.ca/books?id=DtpmfBQe1toC | page=[https://books.google.ca/books?id=DtpmfBQe1toC&pg=PP49 49] | ref=harv}}</ref> Năm 1882, James Atkinson phát minh ra động cơ hoạt động theo [[chu trình Atkinson]].<ref name="Davim 2012 p. 49" />
Dựa trên mẫu thiết kế động cơ của Lenoir, [[Nikolaus Otto]], một kỹ sư người Đức, đã phát minh ra động cơ đốt trong bốn thì đầu tiên vào năm 1876 (Bằng sáng chế Hoa Kỳ US194047A).<ref name="Otto Google Patents">{{cite web | title=US194047A - Improvement in gas-motor engines | date=1877-08-14| website=Google Patents | url=https://patents.google.com/patent/US194047 | access-date=2020-08-19}}</ref> Động cơ chạy bằng khí than của Otto không chỉ giảm tiếng ồn hơn, mà còn hiệu quả cao hơn gấp 3 lần so với động cơ của Lenoir.<ref name="Stone 2012 p.6">{{cite book | last=Stone | first=R. | title=Introduction to Internal Combustion Engines | publisher=Macmillan International Higher Education | year=2012 | isbn=978-1-137-02829-7 | url=https://books.google.ca/books?id=afYcBQAAQBAJ | page=6 | ref=harv}}</ref> Năm 1879, Karl Benz chế tạo ra động cơ đốt trong hai thì chạy bằng xăng.<ref name="Davim 2012 p. 49">{{cite book | last=Davim | first=J.P. | title=Mechanical Engineering Education | publisher=John Wiley & Sons | series=ISTE | year=2012 | isbn=978-1-118-56870-5 | url=https://books.google.ca/books?id=DtpmfBQe1toC | page=[https://books.google.ca/books?id=DtpmfBQe1toC&pg=PP49 49] | ref=harv}}</ref> Năm 1882, James Atkinson phát minh ra động cơ hoạt động theo [[chu trình Atkinson]].<ref name="Davim 2012 p. 49" /> Năm 1885, Gottlieb Daimler, một kỹ sư người Đức, đăng ký bằng sáng chế cho động cơ bốn thì chạy bằng xăng đầu tiên.<ref name="Hiereth Drexl Prenninger 2007 p. 2">{{cite book | last=Hiereth | first=H. | last2=Drexl | first2=K. | last3=Prenninger | first3=P. | title=Charging the Internal Combustion Engine | publisher=Springer Vienna | series=Powertrain | year=2007 | isbn=978-3-211-47113-5 | url=https://books.google.ca/books?id=AzTFSH4RzS0C | page=[https://books.google.ca/books?id=AzTFSH4RzS0C&pg=PA2 2] | ref=harv}}</ref> Năm 1889, Daimler cùng một kỹ sư người Đức khác là Wilhelm Maybach đã cho ra mắt động cơ chữ V hai xi lanh{{efn|''Two-cylinder V-engine''.}} đầu tiên tại Paris, Pháp.<ref name="Reif 2014 p. 4">{{cite book | last=Reif | first=K. | title=Gasoline Engine Management: Systems and Components | publisher=Springer Fachmedien Wiesbaden | series=Bosch Professional Automotive Information | year=2014 | isbn=978-3-658-03964-6 | url=https://books.google.ca/books?id=9eMkBAAAQBAJ | page=[https://books.google.ca/books?id=9eMkBAAAQBAJ&pg=PA4 4]| ref=harv}}</ref> Năm 1892, Rudolf Diesel phát triển thành công động cơ kích nổ nhờ quá trình nén hỗn hợp nhiên liệu (Động cơ Diesel).<ref name="Mollenhauer Johnson Tschöke 2010 p.3-5">{{cite book | last=Mollenhauer | first=K. | last2=Johnson | first2=K.G.E. | last3=Tschöke | first3=H. | title=Handbook of Diesel Engines | publisher=Springer Berlin Heidelberg | year=2010 | isbn=978-3-540-89083-6 | url=https://books.google.ca/books?id=1zykqE-UN2QC | pages=3-5| ref=harv}}</ref> Năm 1926, Robert Goddard chế tạo ra tên lửa vận hành bằng nhiên liệu lỏng đầu tiên.<ref name="Spilsbury 2015 p. 12">{{cite book | last=Spilsbury | first=L. | title=Robert Goddard and the Rocket | publisher=Rosen Publishing Group, Incorporated | series=Inventions That Changed the World | year=2015 | isbn=978-1-5081-4639-1 | url=https://books.google.ca/books?id=rJ9hDwAAQBAJ | page=[https://books.google.ca/books?id=rJ9hDwAAQBAJ&pg=PA12 12] | ref=harv}}</ref>


== Phân loại động cơ đốt trong ==
== Phân loại động cơ đốt trong ==

Phiên bản lúc 15:26, ngày 29 tháng 9 năm 2020

Sơ đồ cấu tạo xi lanh trong động cơ xăng 4 kỳ:

Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt, trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu xảy ra với chất oxy hóa (thường là không khí) trong buồng đốt, vốn là một bộ phận quan trọng của chu trình của chất lỏng làm việc. Trong động cơ đốt trong, sự giãn nở của khí ở nhiệt độ cao và áp suất cao do quá trình đốt cháy tác dụng lực trực tiếp lên một số thành phần của động cơ như piston, cánh tuabin, cánh quạt hoặc vòi phun. Lực này giúp di chuyển vật thể di chuyển một quãng đường nhất định, biến năng lượng hóa học thành công hữu ích.

Động cơ đốt trong được ứng dụng thương mại đầu tiên được tạo ra bởi Étienne Lenoir vào khoảng năm 1860[1] và động cơ đốt trong hiện đại đầu tiên được Nicolaus Otto tạo ra vào năm 1876 (xem động cơ Otto).

Thuật ngữ động cơ đốt trong thường dùng để chỉ một động cơ trong đó quá trình đốt xảy ra không liên tục, chẳng hạn như những loại động cơ quen thuộc như động cơ piston bốn thì và hai thì, cùng với các biến thể, như động cơ piston sáu thì và động cơ quay Wankel. Loại động cơ đốt trong thứ hai sử dụng quá trình đốt liên tục bao gồm tua bin khí, động cơ phản lực và hầu hết các động cơ tên lửa; mỗi loại động cơ này đều hoạt động theo nguyên tắc động cơ đốt trong cơ bản.[1][2] Súng cầm tay cũng là một dạng động cơ đốt trong.[2]

Ngược lại, trong các động cơ đốt ngoài, như động cơ hơi nước hoặc Stirling, năng lượng 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 thường được vận hành bằng nhiên liệu năng lượng cao như xăng hoặc dầu diesel, hoặc những chất lỏng có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch. Mặc dù được ứng dụng trong nhiều thiết bị cố định, hầu hết những động cơ đốt trong 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" (ICEV).

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.

Lịch sử

Động cơ sử dụng hỗn hợp thuốc súng và không khí của Christiaan Huygens (Động cơ Huyghens).

Jean de Hautefeuille, nhà vật lý người Pháp, đề xuất thiết kế một động cơ đốt trong dùng để bơm nước vào năm 1678.[3][4] Tuy nhiên, người được xem phát minh ra động cơ đốt trong đầu tiên là Christiaan Huygens, nhà khoa học người Hà Lan.[5] Vào năm 1678 hoặc 1679 (có tài liệu cho rằng năm 1673[6]), Huygens sử dụng một ống hình trụ lớn với bề mặt nhẵn bóng bên trong làm xi lanh và có piston di chuyển dọc trục xi lanh. Piston nối với một sợi dây và ròng rọc để nâng vật nặng. Bên dưới ống trụ là buồng đốt dùng để đốt nổ thuốc súng. Khi thuốc súng nổ, không khí giãn nở thể tích và đẩy piston. Sau khi nổ xong, không khí nguội lại, giảm thể tích, tạo chân không bên trong ống trụ, di chuyển piston về vị trí ban đầu, đồng thời kéo dây nâng vật nặng, thực hiện quá trình sinh công.[7] "Động cơ Huygens" (Huygens engine) được cho rằng, chỉ với 1 dram (tương đương 1/16 ounce hoặc 1,77 gram) thuốc súng, sử dụng trong ống trụ cao 7–8 feet (2,1–2,4 m), đường kính 15–16 in (khoảng 38–41 cm), có thể tạo ra công đủ nâng khối lượng của 8 thiếu niên (tương đương 540 kg).[8]

Đến năm 1791, nhà khoa học người Anh John Barber đăng ký bằng sáng chế cho động cơ tuabin khí đầu tiên.[9] Trong động cơ tuabin của Barber, nhiên liệu như than, dầu đốt, hoặc gỗ được gia nhiệt, hòa trộn với không khí, nén hỗn hợp này, và đốt cháy. Sản phẩm khí cháy có áp suất cao sẽ làm quay cánh quạt của tuabin, làm sinh công.[10][11] Năm 1794, Thomas Mead và Robert Street, hai kỹ sư người Anh, cùng đồng thời đăng ký bằng phát minh cho động cơ đốt trong sử dụng khí cháy. Thomas Mead sử dụng hỗn hợp khí khi nổ trong buồng đốt sẽ đẩy piston lên; sau khi quá trình cháy kết thúc, piston sẽ di chuyển xuống nhờ vào sức nặng của piston và áp suất chân không.[12] Còn Robert Street sử dụng nhiên liệu lỏng (dầu hỏa hoặc nhựa thông) bay hơi để tạo hỗn hợp khí cháy.[9][13] Nhựa thông hoặc dầu hỏa được phun lên đáy của xi lanh đang được đốt nóng, khiến nhiên liệu ở thể lỏng hóa hơi thành hỗn hợp khí. Hỗn hợp này được kích nổ bằng ngọn lửa. Quá trình cháy–nổ của hỗn hợp khí làm giãn nở thể tích trong xi lanh và làm piston chuyển động, thực hiện công.[3][13]

Năm 1798, John Stevens, nhà phát minh người Mỹ, đã thiết kế ra động cơ đốt trong sử dụng cồn (alcol) làm nhiên liệu cháy.[14] Năm 1801, Philippe Lebon, một kỹ sư người Pháp, đã đăng ký phát minh cho động cơ khí (hỗn hợp khí được nén trong buồng đốt và kích nổ).[15][16] Năm 1807, anh em kỹ sư người Pháp, Nicéphore Niépce (cũng là người phát minh ra kỹ thuật nhiếp ảnh) và Claude Niépce, đã chạy thử mẫu động cơ đốt trong mang tên Pyréolophore. Hai ông đã gắn động cơ Pyréolophore để điều khiển tàu thủy chạy trên sông Saône, Pháp. Cùng năm đó, kỹ sư người Thụy Sĩ François Isaac de Rivaz phát minh ra động cơ đốt trong dùng khí hydro làm nhiên liệu và kích nổ bằng tia lửa điện.[9][17] Ý tưởng sử dụng khí hydro làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong cũng được nghiên cứu độc lập bởi kỹ sư người Anh William Cecil vào năm 1820.[14][18][16] Năm 1823, Samuel Brown đăng ký phát minh động cơ chân không đốt bằng khí (gas vacuum engine) được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.[16] Động cơ của Brown được sử dụng trong ô tô vào năm 1824, vận hành tàu chạy trên sông Thames vào năm 1827, và bơm nước ở kênh đào Croydon, phía nam London, vào năm 1832.[19]

Động cơ đốt trong đầu tiên có kỳ nén diễn ra trước kỳ nổ được phát triển lần đầu tiên bởi William Barnett, một kỹ sư người Anh, vào năm 1838.[20][21] Năm 1854, hai nhà phát minh người Ý, Eugenio Barsanti và Felice Matteucci, phát minh ra động cơ piston tự do.[a][22] Năm 1860, Jean Joseph Étienne Lenoir, một kỹ sư người Bỉ, đã phát minh ra động cơ đốt trong chạy bằng khí đốt.[14] Động cơ đốt trong của Lenoir là loại động cơ hai thì, một xi lanh, tác động kép[b], không có kỳ nén (hỗn hợp khí không được nén trước khi kích nổ), hỗn hợp khí được kích nổ ở khoảng 1/3 hành trình di chuyển của piston.[23][24] Ưu điểm của thiết kế này là tạo ra loại động cơ vận hành nhanh hơn, ít ồn hơn, và hiệu quả kinh tế cao hơn động cơ hơi nước,[3]. Do vậy, động cơ Lenoir được ưa chuộng với khoảng 400[23] đến 500[24] bộ động cơ được bán ra thời điểm đó. Năm 1872, George Brayton, một kỹ sư người Mỹ, đã phát minh ra động cơ đốt trong sử dụng dầu hỏa (kerosene) làm nhiên liệu. Tuy nhiên, cũng tương tự động cơ của Lenoir, động cơ do Brayton phát minh không có kỳ nén để nén hỗn hợp nhiên liệu, dẫn đến hiệu suất hoạt động không cao.[23]

Dựa trên mẫu thiết kế động cơ của Lenoir, Nikolaus Otto, một kỹ sư người Đức, đã phát minh ra động cơ đốt trong bốn thì đầu tiên vào năm 1876 (Bằng sáng chế Hoa Kỳ US194047A).[25] Động cơ chạy bằng khí than của Otto không chỉ giảm tiếng ồn hơn, mà còn hiệu quả cao hơn gấp 3 lần so với động cơ của Lenoir.[26] Năm 1879, Karl Benz chế tạo ra động cơ đốt trong hai thì chạy bằng xăng.[27] Năm 1882, James Atkinson phát minh ra động cơ hoạt động theo chu trình Atkinson.[27] Năm 1885, Gottlieb Daimler, một kỹ sư người Đức, đăng ký bằng sáng chế cho động cơ bốn thì chạy bằng xăng đầu tiên.[28] Năm 1889, Daimler cùng một kỹ sư người Đức khác là Wilhelm Maybach đã cho ra mắt động cơ chữ V hai xi lanh[c] đầu tiên tại Paris, Pháp.[29] Năm 1892, Rudolf Diesel phát triển thành công động cơ kích nổ nhờ quá trình nén hỗn hợp nhiên liệu (Động cơ Diesel).[30] Năm 1926, Robert Goddard chế tạo ra tên lửa vận hành bằng nhiên liệu lỏng đầu tiên.[31]

Phân loại động cơ đốt trong

Trong lịch sử chế tạo động cơ đã có rất nhiều phương án được phác thảo và hiện thực nhưng lại không phù hợp với các cách phân loại dưới đây, 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 Wankel) hay động cơ diesel 2 kỳ có dung tích lớn với bộ điều khiển bằng van (động cơ diesel của tàu thuỷ). Phần phân loại tổng quát này không liệt kê những trường hợp đặc biệt nhằm để tránh sự khó hiểu.

Theo quy trình nhiệt động lực học

Theo công dụng

  • Động cơ tĩnh tại: Dùng vận hành các thiết bị như máy phát điện (công suất lên đến 25 MW).[32]
  • 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.
  • Động cơ tàu thủy.
  • Động cơ xe lửa (đầu máy xe lửa).[33][34]

Theo chu trình làm việc

  • Động cơ 1 kỳ: Loại động cơ này thực chất là kiểu động cơ 4 kỳ nhưng được thiết kế lại. Động cơ 1 kỳ gồm bốn buồng đốt với các piston di chuyển cùng lúc, do vậy, tuy có 4 kỳ, nhưng mỗi kỳ đều là kỳ sinh công (power stroke).[35] Một kiểu thiết kế khác của động cơ 1 kỳ sử dụng một khối piston có chứa khoang nổ và khoang nén.[36]
  • Động cơ 2 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 2 kỳ chỉ diễn ra hai quá trình nén và nổ (sinh công).[37] 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 3 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.[38]
  • 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 khí được đóng kín có nghĩa là hỗn hợp khí – 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 thải nên đạt hiệu suất rất cao. Chu trình làm việc được hoàn thành trong 4 hành trình chuyển động qua lại của piston, tương ứng với 3 vòng quay trục khuỷu.

Theo nhiên liệu sử dụng

  • Động cơ xăng
  • Động cơ diesel
  • Động cơ ga hay động cơ khí đốt.
  • Động cơ sử dụng loại nhiên liệu khác như khí hóa lỏng (LPG), cồn (metanol, etanol), khí hydro.(Heywood 1988 p.7)

Phân loại theo phương pháp nạp nhiên liệu

  • Động cơ không tăng áp (Naturally aspirated engine): Không khí không được nén trước khi nạp vào động cơ.
  • Động cơ siêu nạp (Supercharger): 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, được vận hành nhờ lực truyền động của trục khuỷu động cơ thông qua dây đai.
  • Động cơ tăng áp (Turbocharger): 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.(Heywood 1988 p.7)

Theo cách chuyển động của piston

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), sau đó được đưa vào xi lanh và đốt cháy bằng tia lửa điện. 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, 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. Các loại động cơ loại này bao gồm động cơ diesel, động cơ phun xăng điện tử.

Theo phương pháp đốt

  • Hỗn hợp khí và nhiên liệu được đốt bằng bộ phận đánh lửa (bougie) trong các động cơ Otto, tốt nhất là ngay trước ĐCT.
  • Trong các động cơ diesel hỗn hợp đốt bằng cách tự bốc cháy. Không khí được nén rất mạnh và ngay trước điểm chết trên nhiên liệu được phun vào. Vì ở nhiệt độ rất cao nên nhiên liệu tự bốc cháy.

Theo phương pháp làm mát

Theo hình dáng động cơ và số xi lanh

Tuỳ theo số lượng xi lanh động cơ Otto và động cơ diesel có thể được chế tạo thành:

Phân loại theo số trục khuỷu

  • Động cơ 1 trục khuỷu.
  • Động cơ 2 trục khuỷu.
  • Động cơ 3 trục khuỷu trở lên.
  • Động cơ không có trục khuỷu (như động cơ piston quay Wankel).

Phân loại theo tốc độ piston

  • Động cơ tốc độ thấp: V = 3,5 – 6,5 m/s.
  • Động cơ tốc độ trung bình: V = 6,5 – 9 m/s.
  • Động cơ tốc độ cao: V > 9 m/s.

Phân loại theo quá trình cấp nhiệt và tỷ số nén

  • Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt đẳng tích, có tỷ số nén thấp (ε = 5–12), như động cơ sử dụng nhiên liệu xăng, cồn nhiên liệu, hoặc ga.
  • Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt đẳng áp, có tỷ số nén cao (ε = 12–24), như động cơ diesel, động cơ sử dụng bột than.

Phân loại theo thiết kế – vị trí van

Đối với động cơ 4 kỳ:

  • Động cơ van trên (Overhead valve – OHV).
  • Động cơ van dưới (Underhead valve – UHV).
  • Van xoay (Rotary valve).

Đối với động cơ 2 kỳ:

  • Lỗ thông khí thẳng (Cross-scavenged porting): Động cơ này có lỗ quét và lỗ nạp khí nằm ở hai phía đối diện nhau ở một đầu xi lanh.
  • Lỗ thông khí vòng (Loop-scavenged porting): Động cơ này có lỗ quét và lỗ nạp khí nằm cùng một phía ở một đầu xi lanh.
  • Lỗ thông khí thẳng một chiều (Uniform-scavenged porting): Động cơ này có lỗ quét và lỗ nạp khí nằm riêng biệt ở hai đầu xi lanh. (Heywood 1988 p.7) (Stone 2012 p.4)

Nguyên tắc hoạt động cơ bản

Sơ đồ mô tả chu trình đốt lý tưởng của Carnot

Hỗn hợp không khí và nhiên liệu (thường được gọi là hoà khí) được đốt trong xi lanh của động cơ đốt trong. Khi đốt cháy nhiệt độ tăng làm cho khí đốt giãn nở tạo nên áp suất tác dụng lên một piston (píttông) đẩy piston này di chuyển đi.

Có nhiều loại động cơ đốt trong khác nhau, một phần sử dụng các chu kì tuần hoàn khác nhau. Tuy vậy tất cả các động cơ đốt trong đều lặp lại trong một chu trình tuần hoàn chu kì làm việc bao gồm 4 bước: nạp, nén, nổ (đốt) và xả. Xả và nạp là hai bước dùng để thay khí thải bằng nhiên liệu mới (ví dụ hoà khí ở động cơ xăng, không khí ở động cơ diesel,...). Nén và nổ dùng để biến đổi năng lượng hoá học (đốt hỗn hợp không khí và nhiên liệu) thông qua nhiệt năng (nhiệt độ) và thế năng (áp suất) thành cơ năng (động năng trong chuyển động quay).

Động cơ 4 kỳ

Nguyên tắc hoạt động của động cơ Otto – một loại động cơ 4 kỳ
  1. Trong kì thứ nhất (nạp – van nạp mở, van xả đóng), hỗn hợp không khí và nhiên liệu được "nạp" vào xi lanh trong lúc piston chuyển động từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD).
  2. Trong kì thứ hai (nén – hai van đều đóng), piston nén hỗn hợp khí và nhiên liệu trong xi lanh khi chuyển động từ ĐCD lên ĐCT. Ở cuối kì thứ hai (piston ở tại ĐCT), hỗn hợp khí và nhiên liệu được đốt trong động cơ xăng bằng bộ phận đánh lửa gọi là bougie (bugi) hoặc tự bốc cháy trong động cơ diesel.
  3. Trong kì thứ ba (sinh công – các van vẫn tiếp tục được đóng), hỗn hợp khí và nhiên liệu được đốt cháy. Vì nhiệt độ tăng dẫn đến áp suất của hỗn hợp khí tăng và làm cho piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD. Chuyển động tịnh tiến của piston được chuyển bằng thanh truyền (còn gọi là tay biên hay tay dên) đến trục khuỷu (còn gọi là cốt máy) và được biến đổi thành chuyển động quay.
  4. Trong thì thứ tư (xả - van nạp đóng, van xả mở) piston chuyển động từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí từ trong xi lanh qua ống xả (thường gọi là ống bô) thải ra môi trường.

Chuyển động của piston ở kì thứ nhất, hai và bốn là nhờ vào năng lượng được tích trữ bởi bánh đà gắn ở trục khuỷu trong kì thứ ba (kì sinh công). Một động cơ bốn kì vì thế có góc đánh lửa là 720 độ tính theo góc quay của trục khuỷu tức là khi trục khuỷu quay 2 vòng thì mới có một lần đánh lửa. Có thêm nhiều xi lanh thì góc đánh lửa sẽ nhỏ đi, năng lượng đốt được đưa vào nhiều hơn trong hai vòng quay của trục khuỷu sẽ làm cho động cơ chạy êm hơn.

Do trong lúc khởi động chưa có đà nên trục khuỷu phải được quay từ bên ngoài bằng một thiết bị khởi động như dây (ở máy cưa, ca nô,...), cần khởi động (ở xe máy,...), tay quay khởi động (ở ô tô cổ, xe cải tiến, xe kéo nông nghiệp,...) hay một động cơ điện nhỏ (ở xe máy, ô tô,... hiện đại).

Việc thay thế khí thải bằng hỗn hợp khí mới được điều khiển bằng trục cam. Trục này được gắn với trục khuỷu, quay nhờ cơ cấu giảm tốc 1:2, đóng và mở các van trên đầu xi lanh của động cơ. Thời gian trục khuỷu đóng và mở các van được điều chỉnh sao cho van nạp và van xả được mở cùng một lúc trong một thời gian ngắn khi chuyển từ kì xả sang kì nạp. Khí thải thoát ra với vận tốc cao sẽ hút khí mới vào buồng đốt nhằm nạp khí mới vào xi lanh tốt hơn và tăng áp suất đốt.

Động cơ 2 kỳ

So sánh động cơ 2 kỳ và 4 kỳ

Nguyên tắc hoạt động của động cơ 2 kỳ
  • Động cơ 2 kỳ có mật độ năng lượng lớn hơn vì tạo ra công trong mỗi một vòng quay của trục khuỷu.
  • Các động cơ 2 kỳ có thể được chế tạo đơn giản và rẻ tiền hơn vì ngược với động cơ 4 kỳ, loại động cơ này không cần có bộ phận điều khiển van.
  • Dùng động cơ 2 kỳ tốn nhiên liệu nhiều hơn và khí thải có trị xấu hơn vì bị mất đi một phần hỗn hợp không khí và nhiên liệu không được đốt trong lúc đẩy khí thải thoát ra ngoài. Điều này có thể được khắc phục nhờ bộ phận phun nhiên liệu trực tiếp (ví dụ như ở động cơ diesel).
  • Các động cơ 2 kỳ không có được công suất như động cơ 4 kỳ ngày nay vì khác với động cơ 2 kỳ chúng đã không được tiếp tục cải tiến nữa và đã bị động cơ 4 kỳ đẩy lùi do tốn nhiên liệu hơn và vì có khí thải xấu hơn.

Ứng dụng

Động cơ 2 kỳ được sử dụng phần lớn ở các ứng dụng mà giá thành động cơ và mật độ năng lượng được ưu tiên hơn tiêu thụ nhiên liệu và bảo vệ môi trường. Trước tiên là cho những động cơ có dung tích nhỏ như ở các loại xe gắn máy nhỏ, máy cưa, mô hình có động cơ, trong thể thao đua mô tô và các động cơ cho tàu thuỷ.

Các động cơ có cấu tạo khác

Động cơ Wankel (Động cơ piston tròn)

Hoạt hình mô tả hoạt động của Động cơ Wankel.

Động cơ Wankel là một loại động cơ piston tròn được gọi theo tên của nhà phát minh Felix Wankel. Trong một động cơ Wankel piston có dạng hình tam giác có góc tròn quay trong một hộp máy hình bầu dục. Mỗi một cạnh của tam giác tương ứng với một piston, trên mặt cạnh này có khoét lõm tạo thành buồng đốt. Khi piston quay được một vòng thì trục khuỷu quay được 3 vòng. Do luôn luôn chỉ quay theo một chiều nên động cơ chạy rất êm.

Động cơ piston tròn có cấu tạo nhỏ gọn và không cần có bộ phận điều khiển van. Nguyên tắc của động cơ này tương ứng với động cơ Otto, cũng có 4 kỳ nạp, nén, nổ và xả. Tất cả bốn kì thay vì hoạt động trong một lần chuyển động lên và xuống của piston đều xảy ra trong một lần quay của piston. Khi piston tam giác quay thì truyền lực cho một hệ thống lệch tâm để đưa ra trục khuỷu.

Động cơ Stelzer

Động cơ Stelzer, được đặt tên theo nhà phát minh Frank Stelzer, là một loại động cơ hai kì có piston tự do. Trong động cơ Stelzer chỉ có piston chuyển động trong toàn bộ chu trình hoạt động. Đường kính piston thay đổi nên đóng và mở các lỗ của thân máy, qua đó mà điều khiển việc thay khí và nhiên liệu.

Nhiên liệu

Một số nhà chế tạo động cơ quan trọng

Đọc thêm

Ghi chú

  1. ^ Free-piston engine: Loại động cơ có piston không truyền động thông qua trục khuỷu.
  2. ^ Double acting: Thực hiện hai chu kỳ sinh công trong một vòng tua.
  3. ^ Two-cylinder V-engine.

Chú thích

  1. ^ a b “History of Technology: Internal Combustion engines”. Encyclopædia Britannica. Britannica.com. Truy cập ngày 20 tháng 3 năm 2012.
  2. ^ a b Pulkrabek, Willard W. (1997). Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine. Prentice Hall. tr. 2. ISBN 978-0-13-570854-5.
  3. ^ a b c “The Hydrogen Engine”. Department of Engineering, University of Cambridge. Truy cập ngày 18 tháng 8 năm 2020.
  4. ^ “Jean de Hautefeuille - French physicist”. Encyclopedia Britannica. Truy cập ngày 18 tháng 8 năm 2020.
  5. ^ Galloway 2010, tr. 20
  6. ^ O'Malley, C.D. (1969). Leonardo's Legacy: An International Symposium. Publications of the Center for Medieval and Renaissance Studies. University of California Press. tr. 98.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  7. ^ Galloway 2010, tr. 21–22
  8. ^ Galloway 2010, tr. 23–24
  9. ^ a b c Lackner, Palotás & Winter 2013, tr. 6
  10. ^ Giampaolo, T. (2009). Gas Turbine Handbook: Principles and Practice. Fairmont Press. tr. 1. ISBN 978-0-88173-614-4.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  11. ^ Corda, S. (2017). Introduction to Aerospace Engineering with a Flight Test Perspective. Aerospace Series. John Wiley & Sons. tr. 543. ISBN 978-1-118-95338-9.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  12. ^ Spies, A. (1892). Modern Gas and Oil Engines. tr. 341. ISBN 978-0-343-00707-2. Bản gốc lưu trữ ngày 5 tháng 3 năm 2007.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  13. ^ a b Robinson, W. (1890). Gas and Petroleum Engines: A Practical Treatise on the Internal Combustion Engine. Finsbury technical manuals. E. & F.N. Spon. tr. 103.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  14. ^ a b c Windelspecht, M. (2003). Groundbreaking Scientific Experiments, Inventions, and Discoveries of the 19th Century. Groundbreaking scientific experiments, inventions, and discoveries through the ages. Greenwood Press. tr. 138. ISBN 978-0-313-31969-3.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  15. ^ Donkin, B. (1894). A Textbook on Gas, Oil, and Air Engines: Or, Internal Combustion Motors Without Boiler. C. Griffin and Company. tr. 20.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  16. ^ a b c Moon, F.C. (2013). Social Networks in the History of Innovation and Invention. History of Mechanism and Machine Science. Springer Netherlands. tr. 74. ISBN 978-94-007-7528-2.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  17. ^ Stolten, D. (2010). Hydrogen and Fuel Cells: Fundamentals, Technologies and Applications. John Wiley & Sons. tr. 811. ISBN 978-3-527-32711-9.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  18. ^ Heywood 2017, tr. 1-PA15
  19. ^ Day & McNeil 2002, tr. 188
  20. ^ Heywood 2017, tr. 1-PA18
  21. ^ Ewing, J.A. (2013). The Steam-Engine and Other Heat-Engines. Cambridge University Press. tr. 585. ISBN 978-1-107-61563-2.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  22. ^ Day & McNeil 2002, tr. 78
  23. ^ a b c Heywood 2017, tr. 1-PA19
  24. ^ a b Day & McNeil 2002, tr. 738
  25. ^ “US194047A - Improvement in gas-motor engines”. Google Patents. 14 tháng 8 năm 1877. Truy cập ngày 19 tháng 8 năm 2020.
  26. ^ Stone, R. (2012). Introduction to Internal Combustion Engines. Macmillan International Higher Education. tr. 6. ISBN 978-1-137-02829-7.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  27. ^ a b Davim, J.P. (2012). Mechanical Engineering Education. ISTE. John Wiley & Sons. tr. 49. ISBN 978-1-118-56870-5.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  28. ^ Hiereth, H.; Drexl, K.; Prenninger, P. (2007). Charging the Internal Combustion Engine. Powertrain. Springer Vienna. tr. 2. ISBN 978-3-211-47113-5.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  29. ^ Reif, K. (2014). Gasoline Engine Management: Systems and Components. Bosch Professional Automotive Information. Springer Fachmedien Wiesbaden. tr. 4. ISBN 978-3-658-03964-6.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  30. ^ Mollenhauer, K.; Johnson, K.G.E.; Tschöke, H. (2010). Handbook of Diesel Engines. Springer Berlin Heidelberg. tr. 3–5. ISBN 978-3-540-89083-6.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  31. ^ Spilsbury, L. (2015). Robert Goddard and the Rocket. Inventions That Changed the World. Rosen Publishing Group, Incorporated. tr. 12. ISBN 978-1-5081-4639-1.Quản lý CS1: ref=harv (liên kết)
  32. ^ Reeves, E.A.; Heathcote, M. (2013). Newnes Electrical Pocket Book. CRC Press. tr. 112. ISBN 978-1-136-37645-0.
  33. ^ Franco, I.; Labryn, P. (2013). Internal-Combustion Locomotives and Motor Coaches. Springer Netherlands. tr. 7. ISBN 978-94-017-6155-0.
  34. ^ Hiereth, H.; Drexl, K.; Prenninger, P. (2007). Charging the Internal Combustion Engine. Powertrain. Springer Vienna. tr. 1. ISBN 978-3-211-47113-5.
  35. ^ Kyung Soo Han (26 tháng 3 năm 2014). “US20140290616A1 - One-stroke internal combustion engine”. Google Patents. Truy cập ngày 29 tháng 9 năm 2020.
  36. ^ Stuart Macey (28 tháng 12 năm 2001). “US20030121482A1 - One-stroke internal combustion engine”. Google Patents. Truy cập ngày 29 tháng 9 năm 2020.
  37. ^ Stone 2012, tr. 2
  38. ^ Claudio Barberato (19 tháng 12 năm 2008). “US8215268B2 - Three-stroke internal combustion engine, cycle and components”. Google Patents. Truy cập ngày 29 tháng 9 năm 2020.

Tham khảo

Liên kết ngoài

Lấy từ “https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Động_cơ_đốt_trong&oldid=63884797”