Bài giảng môn học Động cơ đốt trong - Trường CĐ Giao thông Vận tải

Tải bài giảng Động cơ đốt trong của CĐ GTVT. Tài liệu cung cấp kiến thức tổng quan về nguyên lý, cấu tạo và các thông số kỹ thuật cơ bản.

• Tác giả: Trần Hoàng Luân
• Trường học: Trường Cđ Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Động Cơ Đốt Trong
• Loại tài liệu: Bài giảng
• Năm xuất bản: 2012

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. Giới thiệu
• 1.1. Các định nghĩa
• 1.2. Định nghĩa các thông số hình học cơ bản của động cơ đốt trong
• 2. Phân loại động cơ đốt trong
• 2.1. Theo mục đích sử dụng
• 2.2. Theo nhiên liệu dùng cho ĐCĐT
• 2.3. Theo đặc điểm cấu tạo của động cơ
• 2.4. Theo phương pháp tạo hoà khí và đốt cháy
• 2.5. Theo phương pháp đốt cháy hòa khí
• 2.6. Theo quá trình cấp nhiệt và tỷ số nén
• 2.7. Theo số kỳ thực hiện một chu trình công tác
• 2.8. Theo phương pháp nạp
• 2.9. Theo tỷ số S/D
• 2.10. Theo tốc độ động cơ
• 2.11. Theo phương pháp làm mát
• 3. Sự khác biệt giữa động cơ xăng và diesel
• 4. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong kiểu piston
• 4.1. Nguyên lý làm việc của động cơ bốn kỳ
• 4.1.1. Kỳ một (quá trình nạp)
• 4.1.2. Kỳ hai (quá trình nén)
• 4.1.3. Kỳ ba (quá trình cháy – giản nở)
• 4.1.4. Kỳ bốn (quá trình thải)
• 4.1.5. Nhận xét đối với động cơ bốn kỳ
• 4.2. Nguyên lý làm việc của động cơ hai kỳ
• 4.2.1. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng hai kỳ
• 4.2.1.1. Kỳ một
• 4.2.1.2. Kỳ hai

Tóm tắt

I. Khám phá tổng quan về giáo trình động cơ đốt trong

Giáo trình động cơ đốt trong (ĐCĐT) là nền tảng kiến thức cho ngành kỹ thuật ô tô và nhiều lĩnh vực cơ khí khác. Động cơ đốt trong là một dạng động cơ nhiệt, nơi quá trình đốt cháy nhiên liệu tạo ra nhiệt năng và chuyển hóa thành cơ năng diễn ra ngay bên trong xilanh. Đây là nguồn động lực chính cho xe ô tô, máy nông nghiệp, và nhiều thiết bị công nghiệp. Sự phổ biến của nó đến từ hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn và khả năng đáp ứng linh hoạt. Ngược lại, động cơ đốt ngoài đốt cháy nhiên liệu ở một lò đốt riêng biệt bên ngoài, như động cơ hơi nước. So sánh hai loại cho thấy động cơ đốt trong vượt trội về hiệu suất (30-45% so với dưới 12%), gọn nhẹ và thời gian khởi động nhanh. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm như gây tiếng ồn và phát thải khí độc hại. Phân loại động cơ đốt trong rất đa dạng, có thể dựa trên nhiều tiêu chí. Theo nhiên liệu, có động cơ xăng và động cơ diesel. Theo cấu tạo, có động cơ một xilanh hoặc nhiều xilanh (bố trí thẳng hàng, chữ V, hình sao). Theo chu trình làm việc, có động cơ 4 kỳ và động cơ 2 kỳ. Mỗi loại có những đặc điểm riêng, phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau, từ xe máy cỡ nhỏ đến tàu thủy và máy phát điện công suất lớn. Việc hiểu rõ các loại động cơ này giúp lựa chọn và vận hành thiết bị hiệu quả.

1.1. Định nghĩa và vai trò của động cơ đốt trong hiện nay

Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt. Nó chuyển hóa hóa năng từ nhiên liệu thành nhiệt năng, sau đó biến nhiệt năng thành cơ năng. Quá trình đốt cháy nhiên liệu và sinh công diễn ra trong cùng một không gian là xilanh. Khí cháy với nhiệt độ và áp suất cao đẩy piston chuyển động, làm quay trục khuỷu và tạo ra công. Vai trò của động cơ đốt trong cực kỳ quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Nó là nguồn động lực chính cho giao thông vận tải đường bộ, đường sắt, đường thủy và hàng không. Trong nông nghiệp, xây dựng và lâm nghiệp, nó cung cấp năng lượng cho máy móc sản xuất. Mặc dù các loại động cơ khác như động cơ điện hay năng lượng mặt trời đang được nghiên cứu, động cơ đốt trong dùng nhiên liệu lỏng vẫn chiếm ưu thế do chi phí chế tạo thấp, dễ lắp đặt và bảo trì, cùng khả năng nạp nhiên liệu nhanh chóng. Theo tài liệu của Trần Hoàng Luân (2012), các ưu điểm này giúp nó duy trì vị thế chủ đạo trên các phương tiện hiện nay.

1.2. So sánh ưu nhược điểm giữa động cơ đốt trong và ngoài

Sự khác biệt cơ bản giữa động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài nằm ở nơi diễn ra quá trình đốt cháy. Ở động cơ đốt trong, nhiên liệu cháy bên trong xilanh. Ở động cơ đốt ngoài, nhiên liệu cháy ở lò đốt riêng bên ngoài. Sự khác biệt này dẫn đến những ưu và nhược điểm rõ rệt. Về hiệu suất, động cơ đốt trong cao hơn đáng kể (30% - 45%) so với động cơ đốt ngoài (khoảng 12%). Cùng một công suất, động cơ đốt trong có kết cấu gọn nhẹ hơn nhiều. Động cơ đốt ngoài cồng kềnh vì cần các thiết bị phụ trợ như nồi hơi, bộ ngưng tụ. Thời gian khởi động của động cơ đốt trong chỉ mất vài giây, trong khi động cơ đốt ngoài cần nhiều giờ. Tuy nhiên, động cơ đốt ngoài có thể sử dụng các loại nhiên liệu rẻ tiền hơn và tự khởi động khi áp lực hơi đủ lớn. Ngược lại, động cơ đốt trong đòi hỏi nhiên liệu chất lượng cao hơn và cần hệ thống khởi động riêng. Nhược điểm lớn của động cơ đốt trong là tiếng ồn và khí thải gây ô nhiễm môi trường.

II. Hiểu rõ các thông số và nguyên lý hoạt động cốt lõi

Nguyên lý động cơ đốt trong là kiến thức cốt lõi để hiểu cách năng lượng được tạo ra. Để nắm vững nguyên lý này, cần bắt đầu từ các thông số hình học cơ bản. Các khái niệm như điểm chết trên (ĐCT), điểm chết dưới (ĐCD), và hành trình piston (S) xác định không gian làm việc của động cơ. Thể tích làm việc (Vh) và thể tích buồng cháy (Vc) là hai yếu tố quyết định đến tỷ số nén (ε), một trong những thông số quan trọng nhất. Tỷ số nén ảnh hưởng trực tiếp đến công suất và hiệu suất của động cơ. Động cơ diesel có tỷ số nén cao hơn nhiều (13-22) so với động cơ xăng (3.5-11), dẫn đến hiệu suất nhiệt cao hơn nhưng cũng yêu cầu kết cấu bền vững hơn. Chu trình công tác của động cơ bao gồm bốn quá trình tuần tự: nạp, nén, cháy - giãn nở, và thải. Quá trình này có thể hoàn thành trong bốn hành trình của piston (động cơ 4 kỳ) hoặc hai hành trình (động cơ 2 kỳ). Hiểu rõ sự khác biệt giữa các chu trình này và cách chúng áp dụng cho động cơ xăng và động cơ diesel là chìa khóa để phân tích hoạt động và chẩn đoán sự cố.

2.1. Các thông số hình học then chốt của động cơ piston

Các thông số hình học cơ bản xác định đặc tính làm việc của động cơ đốt trong kiểu piston. Điểm chết trên (ĐCT) là vị trí cao nhất của piston, xa tâm trục khuỷu nhất. Điểm chết dưới (ĐCD) là vị trí thấp nhất. Khoảng cách giữa hai điểm chết này là hành trình piston (S). Thể tích làm việc của xilanh (Vh) là không gian mà piston quét qua trong một hành trình. Thể tích buồng cháy (Vc) là không gian còn lại khi piston ở ĐCT. Tổng hai thể tích này là thể tích toàn bộ xilanh (Va). Thông số quan trọng nhất là tỷ số nén (ε), được tính bằng tỷ lệ giữa thể tích toàn bộ và thể tích buồng cháy (ε = Va/Vc). Nó cho biết hỗn hợp không khí-nhiên liệu hoặc không khí bị nén lại bao nhiêu lần. Tỷ số nén cao giúp tăng hiệu suất nhiệt, nhưng cũng làm tăng áp suất và nhiệt độ cuối kỳ nén, đòi hỏi vật liệu chế tạo phải chịu được tải trọng lớn.

2.2. Nguyên lý làm việc chi tiết của động cơ 4 kỳ và 2 kỳ

Nguyên lý động cơ đốt trong 4 kỳ hoàn thành một chu trình công tác sau hai vòng quay của trục khuỷu, tương ứng bốn hành trình của piston: Kỳ 1 (Nạp): Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, hút hỗn hợp hòa khí (xăng) hoặc không khí (diesel) vào xilanh. Kỳ 2 (Nén): Piston đi từ ĐCD lên ĐCT, nén môi chất trong xilanh. Kỳ 3 (Cháy - Giãn nở): Nhiên liệu được đốt cháy, tạo áp suất cao đẩy piston xuống, sinh công. Đây là kỳ duy nhất sinh công. Kỳ 4 (Thải): Piston đi từ ĐCD lên ĐCT, đẩy khí thải ra ngoài. Trong khi đó, động cơ 2 kỳ hoàn thành một chu trình chỉ trong một vòng quay trục khuỷu. Các quá trình nạp, nén, cháy, thải diễn ra đồng thời trong hai hành trình của piston, sử dụng các cửa nạp, cửa thải thay vì supap phức tạp. Điều này giúp động cơ 2 kỳ có công suất trên một đơn vị dung tích lớn hơn nhưng hiệu suất và khả năng kiểm soát khí thải kém hơn động cơ 4 kỳ.

2.3. Sự khác biệt cơ bản giữa động cơ xăng và động cơ diesel

Động cơ xăng và động cơ diesel là hai loại động cơ đốt trong phổ biến nhất, nhưng có nhiều khác biệt cơ bản. Về nhiên liệu, động cơ xăng dùng xăng dễ bay hơi, trong khi động cơ diesel dùng dầu diesel khó bay hơi hơn. Về phương pháp đốt cháy, động cơ xăng nạp hỗn hợp xăng và không khí, sau đó đốt cháy bằng tia lửa điện từ bugi (cháy cưỡng bức). Động cơ diesel chỉ nạp không khí, nén ở tỷ số nén rất cao để không khí nóng lên, sau đó phun nhiên liệu vào và nhiên liệu tự bốc cháy. Do tỷ số nén cao hơn, hiệu suất của động cơ diesel thường cao hơn (25-45%) so với động cơ xăng (20-32%). Về điều khiển tải, động cơ xăng điều chỉnh lượng hỗn hợp khí nạp bằng bướm ga, còn động cơ diesel điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào. Những khác biệt này dẫn đến đặc tính vận hành khác nhau: động cơ xăng thường có tốc độ cao và gia tốc tốt hơn, trong khi động cơ diesel kinh tế hơn và có mô-men xoắn lớn ở vòng tua thấp.

III. Hướng dẫn chi tiết cấu tạo các chi tiết cố định

Để hiểu rõ cấu tạo động cơ đốt trong, việc phân tích các chi tiết cố định là bước đầu tiên. Nhóm chi tiết này tạo thành bộ khung vững chắc cho động cơ, bao gồm thân máy, nắp xilanh, và xilanh. Thân máy, hay lốc máy, là bộ phận lớn nhất, đóng vai trò là giá đỡ cho tất cả các chi tiết khác như trục khuỷu, trục cam, và các hệ thống phụ trợ. Nó cùng với nắp xilanh và piston tạo thành không gian làm việc của động cơ. Nắp xilanh (quy lát) đậy kín phần trên của xilanh, chứa các bộ phận quan trọng của cơ cấu phân phối khí như supap, bugi (động cơ xăng) hoặc vòi phun (động cơ diesel). Các chi tiết này phải chịu áp suất và nhiệt độ cực cao trong quá trình cháy, đồng thời phải đảm bảo độ kín khít tuyệt đối để không rò rỉ khí cháy, nước làm mát hay dầu bôi trơn. Vật liệu chế tạo thường là gang hợp kim hoặc hợp kim nhôm để đảm bảo độ bền, khả năng chịu nhiệt và tản nhiệt tốt. Cấu trúc của chúng rất phức tạp, với các đường dẫn nước làm mát (áo nước), đường dẫn dầu bôi trơn và các lỗ ren để lắp ghép. Mọi sai hỏng ở các chi tiết này, như nứt vỡ hay cong vênh, đều ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của động cơ.

3.1. Thân máy và nắp xilanh Nền tảng của động cơ

Thân máy là khung xương chính của động cơ đốt trong. Nó chứa các xilanh và là nơi lắp đặt trục khuỷu ở phần dưới gọi là cacte. Thân máy chịu toàn bộ trọng lượng, lực và rung động do động cơ tạo ra. Cấu tạo của thân máy phụ thuộc vào loại động cơ, có thể được đúc liền một khối hoặc lắp ghép từ nhiều phần. Nắp xilanh là chi tiết đậy lên trên thân máy, cùng với xilanh và đỉnh piston tạo thành buồng đốt. Kết cấu của nắp xilanh rất phức tạp, đặc biệt ở động cơ diesel, vì phải bố trí nhiều chi tiết như supap, vòi phun, bugi sấy. Vật liệu chế tạo nắp máy phải chịu được nhiệt độ và áp suất cao, thường là gang hợp kim hoặc hợp kim nhôm. Hợp kim nhôm có ưu điểm nhẹ và tản nhiệt tốt, giúp giảm nguy cơ kích nổ ở động cơ xăng.

3.2. Xilanh và gioăng nắp máy Bộ phận tạo buồng đốt

Xilanh là không gian hình trụ nơi piston di chuyển lên xuống. Nó có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston và cùng với các chi tiết khác tạo thành buồng đốt. Bề mặt bên trong của xilanh được gia công với độ chính xác và độ bóng rất cao để giảm ma sát. Có hai loại chính: xilanh đúc liền với thân máy và xilanh có ống lót (sơmi) rời. Sơmi xilanh lại được chia thành sơmi khô (không tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát) và sơmi ướt (tiếp xúc trực tiếp). Gioăng nắp máy là chi tiết làm kín quan trọng, đặt giữa thân máy và nắp xilanh. Nó phải ngăn không cho khí cháy, nước làm mát và dầu bôi trơn rò rỉ ra ngoài hoặc trộn lẫn vào nhau. Gioăng nắp máy thường được làm từ vật liệu amiăng bọc kim loại hoặc thép nhiều lớp để có độ đàn hồi và khả năng chịu nhiệt, chịu nén tốt.

IV. Phân tích chuyên sâu cấu tạo nhóm chi tiết chuyển động

Nhóm chi tiết chuyển động là trái tim của động cơ đốt trong, thực hiện nhiệm vụ biến đổi nhiệt năng thành cơ năng. Các bộ phận chính bao gồm nhóm piston, nhóm thanh truyền, và trục khuỷu - bánh đà. Piston là chi tiết trực tiếp nhận áp suất từ khí cháy và truyền lực đó qua chốt piston đến thanh truyền. Nó được thiết kế để chịu được nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt, đồng thời phải đủ nhẹ để giảm lực quán tính. Trên thân piston có các rãnh để lắp xecmăng khí và xecmăng dầu, đảm bảo buồng đốt được bao kín và kiểm soát lượng dầu bôi trơn trên thành xilanh. Thanh truyền là chi tiết trung gian, nối piston với trục khuỷu. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. Trục khuỷu (cốt máy) là một trong những chi tiết phức tạp và đắt tiền nhất, có nhiệm vụ nhận lực từ thanh truyền để tạo ra mô-men xoắn. Cuối cùng, bánh đà được lắp ở đuôi trục khuỷu, là một khối kim loại nặng có tác dụng tích trữ năng lượng dưới dạng động năng quay, giúp động cơ hoạt động ổn định và mượt mà qua các kỳ không sinh công.

4.1. Nhóm piston thanh truyền và vai trò truyền lực

Nhóm piston bao gồm piston, chốt piston và xecmăng. Piston có ba phần chính: đỉnh, thân và đuôi. Đỉnh piston chịu tác động trực tiếp của khí cháy. Thân piston chứa các rãnh lắp xecmăng. Đuôi piston có nhiệm vụ dẫn hướng. Xecmăng được chia làm hai loại: xecmăng khí (ngăn lọt khí) và xecmăng dầu (gạt dầu). Thanh truyền là chi tiết nối giữa chốt piston và cổ biên của trục khuỷu. Nó có cấu tạo gồm đầu nhỏ (lắp với chốt piston), thân (thường có tiết diện chữ I để chịu lực tốt và nhẹ), và đầu to (lắp với trục khuỷu). Toàn bộ nhóm này làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi liên tục và có tính va đập mạnh, do đó vật liệu chế tạo phải có độ bền và độ cứng rất cao, thường là gang hợp kim, hợp kim nhôm (cho piston) và thép hợp kim (cho thanh truyền).

4.2. Cấu tạo trục khuỷu và bánh đà trong động cơ đốt trong

Trục khuỷu là trục chính của động cơ. Cấu tạo của nó bao gồm cổ trục (lắp trên ổ đỡ chính của thân máy), cổ biên (lắp với đầu to thanh truyền), má khuỷu (nối cổ trục và cổ biên) và đối trọng. Đối trọng giúp cân bằng các lực quán tính ly tâm, làm giảm rung động khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Bên trong trục khuỷu thường có các lỗ dẫn dầu để bôi trơn cho các bạc lót ở cổ trục và cổ biên. Bánh đà là một đĩa kim loại nặng được lắp vào cuối trục khuỷu. Nhiệm vụ chính của nó là duy trì sự quay đều của trục khuỷu bằng cách tích trữ năng lượng trong kỳ nổ và cung cấp năng lượng cho các kỳ còn lại (nạp, nén, xả). Ngoài ra, trên vành ngoài của bánh đà thường có răng để bánh răng của máy khởi động ăn khớp, giúp khởi động động cơ.

V. Bí quyết vận hành hệ thống phân phối khí hiệu quả

Cơ cấu phân phối khí (hay còn gọi là xupáp) đóng vai trò như lá phổi của động cơ đốt trong. Nó có nhiệm vụ điều khiển quá trình thay đổi môi chất: nạp đầy hỗn hợp không khí-nhiên liệu mới vào xilanh và thải sạch khí cháy ra ngoài một cách đúng thời điểm. Một hệ thống phân phối khí hiệu quả phải đảm bảo các yêu cầu: đóng mở đúng lúc, đóng kín tuyệt đối, và tạo tiết diện lưu thông lớn để dòng khí không bị cản trở. Có nhiều phương án bố trí và dẫn động khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và đặc tính của động cơ. Các chi tiết chính của hệ thống này bao gồm supap (nạp và thải), lò xo supap, và cơ cấu dẫn động. Cơ cấu dẫn động có nhiệm vụ truyền chuyển động từ trục khuỷu đến trục cam, và từ trục cam đến các supap. Trục cam là chi tiết quyết định thời điểm và độ mở của supap thông qua biên dạng của các vấu cam. Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý của hệ thống này là bí quyết để tối ưu hóa công suất và tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ.

5.1. Công dụng và các phương án bố trí supap phổ biến

Công dụng chính của cơ cấu phân phối khí là thực hiện việc trao đổi khí trong xilanh. Có hai cách bố trí supap chính: supap đặt (supap hông, đặt trong thân máy) và supap treo (đặt trên nắp xilanh). Kiểu supap đặt có cấu tạo đơn giản nhưng tạo ra buồng cháy không tối ưu, làm giảm hiệu suất. Ngày nay, kiểu supap treo được sử dụng rộng rãi nhất do ưu điểm vượt trội: buồng cháy nhỏ gọn, tăng tỷ số nén, cải thiện dòng chảy của khí nạp và thải, từ đó tăng công suất động cơ. Trong kiểu supap treo, lại có các biến thể như OHV (trục cam đặt trong thân máy, dẫn động qua đũa đẩy và cò mổ), SOHC (một trục cam đặt trên nắp máy), và DOHC (hai trục cam đặt trên nắp máy). DOHC là thiết kế tiên tiến nhất, cho phép bố trí nhiều supap trên một xilanh (4 hoặc 5), tối ưu hóa quá trình nạp và thải ở tốc độ cao.

5.2. Cấu tạo trục cam và các phương pháp dẫn động tiên tiến

Trục cam là một trục có các vấu cam được chế tạo với biên dạng đặc biệt để điều khiển việc đóng mở các supap. Nó quay với tốc độ bằng một nửa tốc độ của trục khuỷu trong động cơ 4 kỳ. Việc dẫn động trục cam từ trục khuỷu có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp: bánh răng, xích hoặc đai răng (timing belt). Dẫn động bằng đai răng là phổ biến nhất trên các động cơ hiện đại vì hoạt động êm, không cần bôi trơn và chi phí thấp. Các công nghệ tiên tiến như VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence) của Toyota hay VTEC của Honda cho phép thay đổi thời điểm phối khí (góc mở sớm, đóng muộn của supap) một cách linh hoạt theo chế độ vận hành của động cơ. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất ở mọi dải tốc độ, vừa nâng cao công suất, vừa cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải.

VI. Tương lai và xu hướng phát triển của động cơ đốt trong

Mặc dù đối mặt với sự trỗi dậy của động cơ điện, động cơ đốt trong vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển. Các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất đang không ngừng cải tiến để giải quyết hai thách thức lớn nhất: hiệu suất nhiên liệu và ô nhiễm môi trường. Các công nghệ động cơ mới đang được khám phá nhằm phá vỡ những giới hạn của chu trình 4 kỳ truyền thống. Động cơ Scuderi với thiết kế chu trình chia (split-cycle) hay công nghệ HCCI (Cháy đồng đều do nén) là những ví dụ điển hình. Công nghệ HCCI kết hợp ưu điểm của cả động cơ xăng và động cơ diesel, hứa hẹn đạt hiệu suất rất cao và phát thải cực thấp. Hướng phát triển chính tập trung vào việc tăng tỷ số nén, giảm ma sát nội tại, tối ưu hóa quá trình phun và đốt cháy nhiên liệu, và ứng dụng các hệ thống tăng áp tiên tiến. Bên cạnh đó, việc tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế, nhiên liệu sinh học hoặc nhiên liệu tổng hợp cũng là một phần quan trọng trong chiến lược duy trì vai trò của động cơ đốt trong trong tương lai, giúp nó trở nên sạch hơn và bền vững hơn trước khi quá trình điện hóa diễn ra hoàn toàn.

6.1. Các công nghệ động cơ cải tiến HCCI và động cơ Scuderi

Các nhà phát minh đang tìm cách vượt qua giới hạn hiệu suất của động cơ đốt trong truyền thống. Động cơ Scuderi là một thiết kế độc đáo, sử dụng hai xilanh hoạt động theo cặp: một xilanh chỉ thực hiện kỳ nạp và nén, xilanh còn lại thực hiện kỳ nổ và xả. Khí nén được chuyển từ xilanh nén sang xilanh nổ qua một van cao áp. Thiết kế này cho phép tối ưu hóa riêng biệt từng quá trình, có thể tăng độ nén và đốt cháy nhiên liệu triệt để hơn, hứa hẹn tăng hiệu suất lên đến 40-50%. Một công nghệ đột phá khác là HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition). Động cơ HCCI nạp một hỗn hợp không khí-nhiên liệu đồng nhất (giống động cơ xăng) và đốt cháy nó bằng cách nén đến điểm tự cháy (giống động cơ diesel), không cần bugi. Công nghệ này có tiềm năng đạt được hiệu suất cao như diesel trong khi phát thải NOx và muội than rất thấp.

6.2. Triển vọng giảm thiểu ô nhiễm và tăng hiệu suất nhiên liệu

Tương lai của động cơ đốt trong phụ thuộc vào khả năng giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và tiêu thụ nhiên liệu. Các giải pháp đang được áp dụng bao gồm: hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp (GDI), hệ thống tăng áp (turbocharger) và siêu nạp (supercharger) để giảm dung tích động cơ mà vẫn giữ nguyên công suất (downsizing), và các hệ thống xử lý khí thải phức tạp hơn. Việc cải tiến vật liệu để giảm trọng lượng các chi tiết chuyển động như piston và thanh truyền cũng giúp giảm tổn thất do ma sát và quán tính. Hơn nữa, sự kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện trong các hệ thống hybrid đang là một xu hướng mạnh mẽ. Hệ thống hybrid cho phép động cơ hoạt động ở chế độ hiệu quả nhất, đồng thời tận dụng năng lượng phanh tái tạo, qua đó giảm đáng kể lượng nhiên liệu tiêu thụ và khí thải, đặc biệt trong điều kiện giao thông đô thị.

Nội dung chính

BÀI GIẢNG MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG – TÁC GIẢ: TRẦN HOÀNG LUÂN (2012)

Tổng quan về giáo trình

Bài giảng môn học Động cơ đốt trong do tác giả Trần Hoàng Luân biên soạn năm 2012, lưu hành nội bộ tại Khoa Kỹ thuật Ô tô – Trường Cao đẳng Giao thông Vận tải. Trong chương trình đào tạo chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô và Cơ khí Động lực, học phần này giữ vị trí môn học cơ sở cốt lõi, trang bị các nguyên lý nhiệt động lực học và cơ sở kết cấu của nguồn động lực chính trên các phương tiện giao thông vận tải và máy công tác.

Mục tiêu học tập của tài liệu tập trung vào việc cung cấp cho người học hệ thống lý thuyết về chu trình công tác, phương pháp tính toán các thông số hình học và động học cơ bản (hành trình piston $S$, thể tích làm việc $V_h$, thể tích buồng cháy $V_c$, tỷ số nén $\varepsilon$, vận tốc trượt trung bình $C_m$). Đồng thời, tài liệu phân tích chi tiết điều kiện làm việc, yêu cầu kỹ thuật, cấu tạo, phân loại và các dạng hư hỏng điển hình của các chi tiết cố định (thân máy, nắp máy, xilanh, cacte), chi tiết chuyển động (nhóm piston, thanh truyền, trục khuỷu, bánh đà) cùng cơ cấu phân phối khí.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận tuần tự theo logic kỹ thuật: từ các định nghĩa nhiệt động học nền tảng, so sánh chu trình nhiệt động, đến giải phẫu cơ khí từng cụm hệ thống và kết thúc bằng phương pháp cân chỉnh, bảo dưỡng kỹ thuật thực tế. Điểm đặc sắc của tài liệu là việc kết hợp giữa lý thuyết động cơ truyền thống với các bảng số liệu so sánh định lượng chi tiết, kèm theo phần mở rộng về các công nghệ cơ cấu phối khí hiện đại và xu hướng phát triển động cơ mới.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

• Chương mở đầu – Khái niệm và nguyên lý hoạt động: Phân biệt động cơ nhiệt, động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài thông qua bảng so sánh các chỉ tiêu: hiệu suất (ĐCĐT đạt 30% ÷ 45%, động cơ đốt ngoài khoảng $\le$12%), nhiệt độ môi chất ($2500^\circ\text{C}$ so với $700^\circ\text{C}$), thời gian khởi động (3 ÷ 5 giây so với nhiều giờ). Thiết lập các công thức hình học:

  $$S = 2R$$

  $$V_h = \frac{\pi D^2}{4} S$$

  $$V_H = V_h \cdot i$$

  $$V_a = V_h + V_c$$

  $$\varepsilon = \frac{V_a}{V_c} = 1 + \frac{V_h}{V_c}$$

  Tài liệu phân loại động cơ theo chu trình cấp nhiệt (đẳng tích với $\varepsilon = 5 \div 12$, đẳng áp với $\varepsilon = 12 \div 17$, hỗn hợp với $\varepsilon > 13$), theo tốc độ trượt trung bình của piston $C_m = \frac{S \cdot n}{30}$ (thấp tốc: 3 ÷ 6 m/s, trung bình: 6 ÷ 9 m/s, cao tốc: 9 ÷ 13 m/s, siêu cao tốc: > 13 m/s). Cung cấp bảng so sánh 20 thông số giữa động cơ xăng và diesel (tỉ lệ A/F, suất tiêu hao nhiên liệu $g_e$, góc phân phối khí...). Trình bày nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ, 2 kỳ, động cơ piston quay Wankel, cùng các mô hình cải tiến như động cơ 5 kỳ Ilmor, công nghệ cháy do nén HCCI và động cơ Scuderi.

• Chương 2 – Những chi tiết cố định trong động cơ đốt trong: Phân tích cấu tạo, nhiệm vụ, điều kiện làm việc, yêu cầu kỹ thuật và hư hỏng của: Thân máy (thân xilanh, hộp trục khuỷu, áo nước làm mát hoặc cánh tản nhiệt); Nắp xilanh (động cơ xăng bằng hợp kim nhôm, động cơ diesel đúc bằng gang hợp kim với các dạng buồng cháy trực tiếp hoặc buồng cháy phụ như dự bị, xoáy lốc, buồng cháy không khí); Gioăng nắp máy (vật liệu amiăng bọc đồng, thép lá); Xilanh và ống lót (sơmi khô, sơmi ướt có xéc-măng cao su làm kín nước, công nghệ đúc hợp kim nhôm - silic xử lý hóa chất mặt gương); Cacte dầu có vách ngăn chống dao động sóng nhớt; Ổ đỡ trục và bạc lót tráng hợp kim babit thiếc dày 5 ÷ 10 mm (chịu áp suất riêng $176 \div 245 \times 10^4\text{ N/m}^2$ ở $100^\circ\text{C}$); Gugiông chịu lực kéo nén.

• Chương 3 – Nhóm Piston – Nhóm Thanh truyền – Trục khuỷu – Bánh đà: Khảo sát cấu tạo piston (đỉnh bằng, đỉnh lồi, đỉnh lõm; vật liệu gang hoặc hợp kim nhôm AM12, AK2 chịu áp lực khí cháy 100 ÷ 150 kg/cm²); Chốt piston (trụ đặc, trụ rỗng; 3 kiểu lắp ghép: chặt bệ chốt - lỏng đầu nhỏ thanh truyền, lỏng bệ chốt - chặt đầu nhỏ, lỏng cả hai); Xéc-măng khí và xéc-măng dầu (tiết diện chữ nhật, hình thang, vát xiên, dạng mũi dao, vát lõm bậc thang; miệng cắt thẳng, vát 30° ÷ 45°, bậc thang); Thanh truyền (đầu nhỏ có bạc lót đồng, thân chữ I chịu ứng suất mỏi, đầu to có nắp cắt xiên); Trục khuỷu (cổ trục, cổ biên, má trục hình elip, đối trọng cân bằng); Bánh đà (dạng đĩa cho động cơ nhiều xilanh, dạng vành chiếm 80% ÷ 90% khối lượng).

• Chương 4 – Hệ thống phân phối khí: Phân tích hai phương án bố trí: xupáp treo (tăng hệ số nạp 5% ÷ 7%) và xupáp đặt; các phương án dẫn động trục cam (bánh răng, xích, đai răng, trục trung gian). Trình bày cơ chế điều khiển biến thiên VTEC của Honda (DOHC VTEC, SOHC VTEC, VTEC-E), hệ thống VVT-i trên xe Toyota Corolla Altis, và cơ cấu xupáp không lò xo điều khiển bằng piston khí nén qua ECU (áp suất làm việc 10 ÷ 90 kg/cm²). Kết cấu xupáp (mặt nấm côn góc 45°, giải pháp tản nhiệt thân rỗng chứa 50% ÷ 60% natri kim loại nóng chảy ở $97^\circ\text{C}$ và sôi ở $880^\circ\text{C}$), vật liệu thép hợp kim X9C2, 40X, 40CX10MA; lò xo xupáp thép C65; con đội (hình nấm, con lăn, con đội thủy lực tự bù khe hở nhiệt); quy trình căn chỉnh khe hở nhiệt xupáp theo 3 phương pháp: đơn chiếc, song hành, hàng loạt.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

1. Nhiệt động lực học kỹ thuật và chu trình công tác: Cơ sở biến đổi nhiệt năng thành cơ năng thông qua chu trình cấp nhiệt đẳng tích (Otto), chu trình Diesel và chu trình cấp nhiệt hỗn hợp.
2. Động học và động lực học cơ cấu cơ khí: Phân tích chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu, tác động của lực khí cháy, lực quán tính chuyển động tịnh tiến và quán tính ly tâm.
3. Vật liệu học và sức bền chi tiết máy: Quy chuẩn lựa chọn vật liệu chế tạo chịu tải trọng nhiệt và va đập mỏi (gang hợp kim, nhôm silic, thép hợp kim thấp/trung bình cacbon 12X, 12MH, 40, 45, hợp kim babit chịu mòn).

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Xác định các thông số hình học dung tích xilanh ($V_h$), tỷ số nén ($\varepsilon$), tính toán vận tốc trượt trung bình piston ($C_m$) và góc lệch công tác giữa các xilanh $\frac{720^\circ}{i}$.
• Kỹ năng phân tích kết cấu: Đọc hiểu bản vẽ cơ khí, nhận diện giải pháp bố trí supap treo/đặt, các dạng đỉnh piston, rãnh xéc-măng, và kết cấu bôi trơn trong trục khuỷu, thanh truyền.
• Kỹ năng chẩn đoán và bảo dưỡng: Phát hiện các dạng hư hỏng cơ học (nứt nắp máy, mòn ô-van chốt piston, xước sơmi xilanh, cháy rỗ xupáp) và thực hành điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp bằng phương pháp lập bảng thứ tự nổ.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp sư phạm kỹ thuật thực nghiệm, kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết cơ sở nhiệt động với mô tả giải phẫu kết cấu cơ khí thông qua hệ thống hình vẽ mặt cắt, sơ đồ nguyên lý và bảng thông số kỹ thuật định lượng.

Về hệ thống bài tập và câu hỏi ôn tập, cuối mỗi chương đều có danh mục câu hỏi yêu cầu người học phân tích bản chất làm việc của cơ cấu, giải thích nguyên nhân gây hư hỏng và so sánh các giải pháp thiết kế (như so sánh xupáp treo và xupáp đặt, phân tích ưu nhược điểm của con đội thủy lực so với con đội cơ khí).

Các bài tập thực hành tập trung vào việc tính toán chu trình công tác và lập quy trình công nghệ bảo dưỡng. Điển hình là bài toán điều chỉnh khe hở nhiệt xupáp cho động cơ 4 kỳ 4 xilanh có thứ tự nổ 1 – 3 – 4 – 2: người học phải tính góc lệch công tác:

$$\frac{720^\circ}{4} = 180^\circ$$

Lập bảng trạng thái các kỳ tại các mốc $0^\circ, 180^\circ, 360^\circ, 540^\circ, 720^\circ$ góc quay trục khuỷu để xác định chính xác các cặp xupáp đóng hoàn toàn cần căn chỉnh.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập dựa trên khả năng trình bày cấu tạo chi tiết, giải thích đúng cơ chế phân phối khí, khả năng chẩn đoán sai hỏng và độ chuẩn xác khi thực hiện thao tác cân chỉnh khe hở nhiệt theo thông số của nhà sản xuất (ví dụ: khe hở xupáp nạp 0,23 mm / thải 0,28 mm trên động cơ GAZ-51A). Đối với hoạt động tự học, giáo trình cung cấp bảng tra cứu góc phối khí, góc phun dầu sớm để người học tự đối chiếu và thực hành phân tích trên các dòng động cơ cụ thể.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Hệ thống dữ liệu so sánh định lượng chi tiết: Cung cấp bảng đối chiếu 20 tiêu chí kỹ thuật giữa động cơ xăng và diesel, bao gồm các chỉ số vận hành thực tế như suất tiêu hao nhiên liệu có ích $g_e$ (động cơ xăng đầy tải: 285 ÷ 380 g/kW.h; diesel: 220 ÷ 285 g/kW.h), phạm vi giới hạn hòa khí A/F (xăng: 10 ÷ 18; diesel: 18 ÷ 100), tốc độ vòng quay và tính kinh tế nhiên liệu.
• Cập nhật các mô hình động cơ đặc biệt: Giới thiệu nguyên lý làm việc của động cơ piston quay Wankel, chu trình làm việc 5 kỳ của hãng Ilmor (sử dụng 2 xilanh sơ cấp phát lực và 3 xilanh thứ cấp giãn nở để nâng tỷ số nén lên 11,5:1), công nghệ cháy đồng đều do nén HCCI, và động cơ Scuderi với thiết kế tách biệt cặp xilanh nạp-nén và xilanh nổ-xả nhằm nâng hiệu suất nhiệt lên 40% ÷ 50%.
• Tích hợp công nghệ phân phối khí điện tử: Phân tích cấu tạo và nguyên lý của hệ thống thay đổi thời gian và độ mở xupáp VTEC trên động cơ Honda (các biến thể DOHC VTEC, SOHC VTEC, VTEC-E) và hệ thống điều khiển trục cam nạp thông minh VVT-i trên xe Toyota Corolla Altis.
• Giới thiệu các giải pháp kỹ thuật chuyên sâu: Phân tích cơ chế hoạt động của cơ cấu xupáp không dùng lò xo cơ khí mà điều khiển bằng piston khí nén áp lực cao ($10 \div 90\text{ kg/cm}^2$), công nghệ xử lý lòng xilanh hợp kim nhôm lộ phần tử silic chống mòn (ứng dụng trên động cơ Mercedes-Benz, Porsche), và giải pháp làm mát xupáp bằng natri kim loại lỏng.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đào tạo: Tài liệu được biên soạn phục vụ sinh viên hệ Cao đẳng và Đại học chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô, Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Máy động lực và Cơ khí Giao thông vận tải.
• Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần:
  • Nhiệt động lực học kỹ thuật và Truyền nhiệt
  • Cơ học lý thuyết và Sức bền vật liệu
  • Vật liệu học và Công nghệ kim loại
  • Dung sai lắp ghép và Kỹ thuật đo lường
  • Vẽ kỹ thuật cơ khí
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng giáo trình làm đề cương bài giảng lý thuyết kết cấu động cơ, xây dựng ngân hàng câu hỏi kiểm tra, và thiết kế giáo án thực hành tháo lắp, kiểm tra mài mòn, cân chỉnh góc phối khí tại xưởng thực tập động cơ.
• Tài liệu tra cứu kỹ thuật: Kỹ sư cơ thuật, kỹ thuật viên xưởng dịch vụ bảo dưỡng và sửa chữa ô tô có thể sử dụng tài liệu để tra cứu thông số góc phối khí, góc phun sớm, bảng thứ tự nổ và phương pháp căn chỉnh khe hở nhiệt xupáp.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp nhất với cấp độ đào tạo nào?

Tài liệu được biên soạn làm bài giảng chính quy cho bậc Cao đẳng và Đại học chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên bảo dưỡng cơ khí động lực.

2. Cần trang bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần nắm vững kiến thức về nhiệt động học (các quá trình biến đổi trạng thái môi chất), cơ học cơ sở, sức bền vật liệu, dung sai lắp ghép và khả năng đọc bản vẽ chi tiết cơ khí.

3. Điểm khác biệt về mặt học thuật của tài liệu này là gì?

Giáo trình tổng hợp bảng dữ liệu định lượng 20 chỉ tiêu so sánh động cơ xăng và diesel, phân tích chi tiết cơ cấu biến thiên pha phối khí (VTEC, VVT-i), cơ cấu xupáp khí nén không lò xo, và các xu hướng động cơ như Ilmor 5 kỳ, Scuderi và HCCI.

4. Phương pháp nào giúp tiếp thu nội dung kỹ thuật trong tài liệu hiệu quả nhất?

Người học nên kết hợp giữa việc học lý thuyết chu trình nhiệt động với phân tích hình vẽ cấu tạo giải phẫu, thực hiện các bài toán lập bảng thứ tự nổ và trực tiếp thực hành thao tác đo kiểm, chỉnh khe hở xupáp tại xưởng.

5. Giáo trình có cung cấp các thông số kỹ thuật thực tế không?

Có. Tài liệu cung cấp các thông số định lượng cụ thể như góc phối khí, góc phun sớm, khe hở xupáp thực tế trên một số dòng động cơ (GAZ-51A, GAZ-63, Toyota Corolla Altis) cùng các trị số cơ lý tính của vật liệu chế tạo chi tiết động cơ.

---

Kết luận

Bài giảng môn học Động cơ đốt trong của tác giả Trần Hoàng Luân cung cấp hệ thống kiến thức hoàn chỉnh từ nguyên lý nhiệt động học, cấu tạo cơ học của các cụm chi tiết tĩnh và động, đến cơ cấu phân phối khí và kỹ thuật căn chỉnh thực nghiệm. Lộ trình học tập được thiết lập theo tiến trình khoa học: nắm vững chu trình nhiệt động $\rightarrow$ phân tích cấu tạo và điều kiện làm việc của chi tiết cơ khí $\rightarrow$ làm chủ quy trình kiểm tra, chẩn đoán hư hỏng và cân chỉnh góc phối khí xưởng. Để nâng cao hiệu quả nghiên cứu, người học nên kết hợp giáo trình với các tài liệu bổ trợ về tính toán nhiệt động cơ đốt trong, tiêu chuẩn dung sai kỹ thuật và cẩm nang hướng dẫn sửa chữa chuyên hãng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu Động cơ đốt trong (ĐCĐT) là nguồn động lực chính để dẫn động cho các phương tiện giao thông vận tải, trong đó phổ biến nhất là dẫn động cho ôtô chuyển động. Hiện nay về cơ bản động cơ sử dụng trên xe ôtô là động cơ đốt trong kiểu piston, nhiên liệu sử dụng chính là xăng hoặc diesel. ĐCĐT chiếm vị trí quan trọng trong quá trình cơ giới hóa sản xuất trong lĩnh vực giao thông vận tải (đường bộ, đường sắt, đường thủy, hàng không, …), nông nghiệp (máy nông nghiệp, máy tuốt lúa, …), lĩnh vực lâm nghiệp, xây dựng, công nghiệp … Ngoài ra, ĐCĐT có tác dụng tương hỗ với nhiều lĩnh vực khác: cơ khí, điện, điện tử, điều khiển tự động, vật liệu kim loại và phi kim loại, vật liệu mới, xăng dầu, … Hiện nay, nhiều loại động cơ khác đang nghiên cứu và chế tạo như động cơ điện, tuốc bin nước, động cơ chạy bằng nhiên liệu khí, năng lượng mặt trời … nhưng vẫn chưa được sản xuất hàng loạt vì còn khuyết điểm là giá thành chế tạo cao, kích thước không nhỏ gọn, không tiện dụng … Vì vậy, ĐCĐT dùng nhiên liệu lỏng (xăng và diesel) vẫn chiếm vai trò quan trọng và hiện nay vẫn đang được sử dụng rất phổ biến.

Các định nghĩa - Động cơ nhiệt là loại thiết bị thực hiện việc đổi năng lượng ở dạng hóa năng thành nhiệt năng (bằng cách đốt cháy nhiên liệu) và từ nhiệt năng chuyển thành cơ năng để sinh công dẫn động máy công tác. Động cơ nhiệt làm việc theo hai quá trình: (1) Đốt cháy nhiên liệu dạng đặc, lỏng hoặc khí để sinh nhiệt. (2) Môi chất công tác thay đổi trạng thái để sinh công. - Động cơ đốt trong: Hai quá trình trên xảy ra trong cùng một nơi.

Nhiệt năng đạt được bằng sự đốt cháy nhiên liệu bên trong động cơ. Nhiệt năng tích trữ trong khí cháy có nhiệt độ và áp suất cao đẩy piston đi xuống làm quay trục khuỷu động cơ và truyền mômen ra ngoài cho thiết bị khác công tác. - Động cơ đốt ngoài: Hai quá trình nêu trên xảy ra ở hai nơi. Quá trình (1) ở bên ngoài động cơ.

Nhiên liệu được đốt cháy bên ngoài động cơ, trong một một lò đốt riêng. Nhiệt sinh ra đun sôi nước tạo hơi nước có nhiệt độ và áp suất cao. Hơi nước này sau đó được đưa vào trong xilanh động cơ đẩy piston chuyển động tịnh tiến và làm quay trục khuỷu hoặc làm quay cánh tuabin (trong tuabin hơi nước). - So sánh động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài: Nội dung so sánh Động cơ đốt trong Động cơ đốt ngoài Hiệu suất Cao (30% ÷ 45%) Thấp ( 12%) 0 0 T ( C) môi chất Cao (2530 C) Thấp ( 700 0C) Gọn, nhẹ và không có các thiết bị nồi Nặng nề, cồng kềnh vì phải Cùng công suất Ne hơi, bộ ngưng tụ và bộ quá nhiệt có các thiết bị phụ … Phải trang bị hệ thống khởi động do Động cơ tự khởi động khi áp Quá trình khởi động động cơ không tự khởi động được lực hơi đủ lớn Thời gian khởi động 3 ÷ 5 giây Nhiều giờ Làm mát Dùng ít nước Tốn nhiều nước Nhiên liệu Đắt tiền Rẻ tiền Công suất động cơ tuabin hơi Công suất đông cơ Công suất bị giới hạn ( 37.000 kW) nước có thể trên 20.000kW 1 Ngoài ra, ĐCĐT còn có một số nhược điểm khác như khá ồn, đặc biệt là động cơ cao tốc, khí thải chứa nhiều chất độc hại gây ô nhiễm môi trường.

Để hạn chế bớt nhược điểm này, động cơ được trang bị các bộ tiêu âm, bộ trung hòa hoặc bộ lọc sạch khí xả tại đường thải, thậm chí ở cả đường nạp cũng lắp bộ tiêu âm. Hiện nay, ĐCĐT kiểu piston dùng nhiên liệu truyền thống như xăng và Diesel vẫn là nguồn động lực chính trên ôtô vì các ưu điểm sau:  Hiệu suất sử dụng nhiên liệu (hiệu suất nhiệt) tương đối cao.  Có độ tin cậy cao và độ ổn định cao.  Đáp ứng linh hoạt các chế độ hoạt động thường xuyên thay đổi của xe như: gia tốc nhanh, quá tải tốt,…  Kích thước và trọng lượng tương đối nhỏ nên dễ bố trí, lắp đặt trên xe.

 Nạp nhiên liệu nhanh.  Lưu trữ và bảo quản nhiên liệu trên xe đơn giản.  Chi phí chế tạo ban đầu thấp.  Dễ bảo trì và chi phí bảo trì thấp.

Tuy nhiên, ĐCĐT là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm như:  Gây hại cho môi trường sống vì sự đốt cháy nhiên liệu gốc hóa thạch tạo ra khí độc.  Làm tăng nhiệt độ khí quyển.  Phá hủy tầng ozone.  Lệ thuộc vào xăng và Diesel nên đã dẫn đến nguy cơ cạn kiệt nguồn dầu mỏ một cách nhanh chóng.

Vì vậy, tìm kiếm nguồn nhiên liệu khác thay thế các loại nhiên liệu truyền thống, cải tiến các hệ thống và giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường từ ĐCĐT là những việc mà các nhà nghiên cứu và các hãng sản xuất đang thực hiện.  Định nghĩa các thông số hình học cơ bản của động cơ đốt trong.  Điểm chết: là vị trí cuối cùng của piston khi chuyển động một hành trình trong xilanh. Tại vị trí này vận tốc của piston bằng không và piston bắt đầu đổi chiều chuyển.

 Điểm chết trên (ĐCT): là điểm xa nhất của piston so với đường tâm trục khuỷu.  Điểm chết dưới (ĐCD): là điểm gần nhất của piston so với đường tâm trục khuỷu.  Hành trình piston S: (stroke) là khoảng cách từ vị trí cao nhất của piston (điểm chết trên ĐCT) đến vị trí thấp nhất của piston (điểm chết dưới ĐCD) khi piston dịch chuyển.R; trong đó R- là bán kính quay của trục khuỷu.  Thể tích làm việc của xilanh Vh:là thể tích của xilanh giới hạn trong khoảng một hành trình của piston.

 D2 Vh  S (1-1) 4  Thể tích làm việc của động cơ VH VH = Vh. i (1-2) Trong đó: i - là số xilanh của động cơ.  Thể tích buồng cháy Vc: là thể tích phần không gian giữa đỉnh piston, xilanh và nắp xilanh khi piston ở ĐCT.  Thể tích chứa hoà khí (thể tích toàn bộ) Va: là tổng thể tích làm việc của xilanh Vh và thể tích buồng cháy Vc.

Va = V h + V c (1-3) 2  Tỷ số nén của động cơ  là tỷ số giữa thể tích chứa hoà khí của xilanh Va và thể tích buồng cháy Vc. Va Vh  Vc V    1 h (1-4) Vc Vc Vc Tỷ số nén biểu hiện hoà khí (động cơ xăng) hoặc không khí (động cơ diesel) bị nén nhỏ đi bao nhiêu lần khi piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT. Tỷ số nén có ảnh hưởng lớn đến công suất cũng như hiệu suất của động cơ. Tỷ số nén tùy thuộc vào loại động cơ và thường có trị số như sau: Động cơ xăng:  = 3,5  11 Động cơ Diesel:  = 13  22  Kỳ (thì): là hành trình thực hiện được của piston giữa hai điểm chết.

Khi động cơ hoạt động, trong xilanh phải diễn ra tuần tự các quá trình: nạp, nén, cháy (nổ) giãn nở và thải tạo nên chu trình công tác (làm việc) của động cơ đốt trong. a) Piston ở ĐCT; b) Piston ở ĐCD  Chu trình công tác (chu trình làm việc) Chu trình công tác là tập hợp toàn bộ các quá trình: nạp, nén, cháy giãn nở và thải được diễn ra trong xilanh lập đi lập lại có tính chu kỳ được gọi là chu trình công tác hay chu trình làm việc của ĐCĐT.  Hòa khí: hỗn hợp giữa hơi xăng và không khí trộn thật đều và đúng tỷ lệ. Ở động cơ hòa khí được tạo thành ở bên ngoài xilanh động cơ tại bộ chế hòa khí.

Vì vậy, khí nạp mới hút vào xilanh động cơ xăng chính là hòa khí trong khi ở động cơ Diesel khí nạp mới chỉ là không khí (thanh khí).  Môi chất công tác (MCCT): một khối chất trong xilanh động cơ mà nhờ sự thay đổi các thông số trạng thái (thể tích, áp suất và nhiệt độ)… của nó, nhiệt năng tạo thành do đốt cháy nhiên liệu chuyển sang cơ năng (sinh công). Trong kỹ thuật nhiệt động lực học MCCT còn gọi là chất môi giới. Phân loại động cơ đốt trong 1.

Theo mục đích sử dụng  Động cơ tĩnh tại: dùng dẫn động máy phát điện và các loại bơm như bơm khí, dầu và trong lâm, nông nghiệp …  Động cơ dùng cho ô tô, tàu thủy, máy bay … 3 1. Theo nhiên liệu dùng cho ĐCĐT  Động cơ dùng nhiên liệu lỏng, nhẹ: xăng, benzel, cồn, …  Động cơ dùng nhiên liệu lỏng năng: diesel, dầu mazút, …  Động cơ dùng nhiên liệu khí: khí thiên nhiên (CNG), khí hóa lỏng (LPG), …  Động cơ dùng đa nhiên liệu: dùng các nhiên lỏng từ nhẹ đến nặng 1. Theo đặc điểm cấu tạo của động cơ  Số lượng xilanh: động cơ một xilanh và động cơ nhiều xilanh.  Cách bố trí xilanh đối với động cơ nhiều xilanh: Động cơ một hàng xilanh, chữ V, hình sao, piston đối đỉnh.

Theo phương pháp tạo hoà khí và đốt cháy  Động cơ tạo hoà khí bên ngoài  Động cơ tạo hoà khí bên trong. Theo phương pháp đốt cháy hòa khí  Động cơ cháy cưỡng bức: động cơ xăng, khí  Động cơ nhiên liệu tự cháy: động cơ diesel 1. Theo quá trình cấp nhiệt và tỷ số nén (  )  Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt đẳng tích: Các động cơ có tỷ số nén thấp (  = 5  12) và đốt cháy nhiên liệu cưỡng bức.  Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt đẳng áp: Các động cơ có tỷ số nén trung bình (  = 12  11), như động cơ phun nhiên liệu bằng không khí nén và tự bốc cháy, động cơ sử dụng bột than.

 Động cơ làm việc theo quá trình cấp nhiệt hỗn hợp: Các động cơ có tỷ số nén cao (  > 13), như động cơ diesel. Theo số kỳ thực hiện một chu trình công tác  Động cơ bốn kỳ (4 strokes)  Động cơ hai kỳ (2 strokes) 1. Theo phương pháp nạp:  Động cơ tăng áp  Động cơ không tăng áp 1. Theo tỷ số S/D  Động cơ có hành trình ngắn khi: S/D<1  Động cơ có hành trình dài khi: S/D>1 1.

Theo tốc độ động cơ S .