BÀI 18. NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Trang bìa
Trang bìa
BÀI 18. NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Ảnh
Đặt vấn đề
Khởi động
Ảnh
Ảnh
KHỞI ĐỘNG
Em hãy quan sát Hình 18.1 và cho biết nếu trục khuỷu quay theo chiều mũi tên, pít tông sẽ chuyển động lên trên hay xuống dưới; thể tích, nhiệt độ và áp suất phía trên đỉnh pít tông (phần tô màu xanh) thay đổi như thế nào?
Hình 18.1
Hình vẽ
I - Một số khái niệm cơ bản
Thảo luận nhóm
Ảnh
Thảo luận nhóm đôi: Trả lời câu hỏi trong hộp chức năng Khám phá (SGK - Trang 88): Quan sát Hình 18.2 và cho biết hình nào có đỉnh pít-tông xa tâm trục khuỷu nhất và hình nào có đỉnh pít-tông gần tâm trục khuỷu nhất?
Ảnh
Bài làm : - Hình a có đỉnh pit tông ở xa tâm trục khuỷu nhất. - Hình b, c có đỉnh pit tông gần tâm trục khuỷu nhất.
Tìm hiểu
Ảnh
Ảnh
Em hãy cho biết khái niệm hoặc vị trí của từng thuật ngữ:
Điểm chết (điểm chết trên (ĐCT), điểm chết dưới (ĐCD); Hành trình pít-tông (S); Tỉ số nén (ε); Chu trình công tác; Kì.
→ Xác định thể tích buồng cháy (Vc), thể tích công tác của xi lanh (V), thể tích toàn phần (Va).
Đoán nội dung
I - MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Hình vẽ
Hình vẽ
Điểm chết
Hình vẽ
Hình vẽ
Hành trình của pít tông (S)
Hình vẽ
Hình vẽ
Thể tích buồng cháy (Vc)
Hình vẽ
Hình vẽ
Thể tích công tác của xi lanh (Vs)
Điểm chết là vị trí của pít tông khi đổi chiều chuyển động và gồm hai điểm chết: ĐCT (điểm chết trên) và ĐCD (điểm chết dưới).
Hành trình của pít tông (S) là quãng đường di chuyển giữa hai điểm chết và tính theo công thức (R là bán kính quay của trục khuỷu) :
Ảnh
Hình vẽ
Thể tích buồng cháy (V) là không gian giới hạn bởi nắp máy, xi lanh và đỉnh pít tông khi pít tông ở ĐCT.
Ảnh
Hình vẽ
Thể tích công tác của xi lanh (Vs) là không gian giới hạn bởi hai điểm chết và được tính bằng biểu thức phụ thuộc vào đường kính của xi lanh.
Tìm tiêu đề
Hình vẽ
Thể tích toàn phần (Va)
Hình vẽ
Hình vẽ
Hình vẽ
Hình vẽ
Hình vẽ
Hình vẽ
Hình vẽ
Thể tích toàn phần (Va) là không gian giới hạn bởi nắp máy, xi lanh và đỉnh pít tông khi pít tông ở ĐCD.
Ảnh
Thể tích công tác của động cơ (Vn)
Thể tích công tác của động cơ (Vn) là tổng thể tích công tác của các xi lanh trong động cơ nhiều xi lanh. Thể tích của động cơ (Vn) được tính bằng tích của thể tích công tác của một xi lanh (Vs) và số xi lanh (i).
Ảnh
Tỉ số nén của động cơ
Tỉ số nén của động cơ là tỉ số giữa thể tích toàn phần và thể tích buồng cháy.
Ảnh
Chu trình công tác
Chu trình công tác là tổng hợp các quá trình (nạp, nén, nổ, xả) diễn ra liên tiếp để động cơ thực hiện biến đổi hoá năng thành cơ năng.
Hình vẽ
Hình vẽ
Hình vẽ
Thể tích toàn phần (Va) được tính bằng tổng của thể tích đầu cháy (Vc) và thể tích xả (Vs).
Kì - luyện tập
Ảnh
Ảnh
Kì
Hình vẽ
Hình vẽ
Kì là một phần của chu trình công tác của động cơ đốt trong khi pít tông thực hiện một hành trình S. Động cơ 4 kì là động cơ có chu trình công tác được diễn ra trong 4 hành trình của pít tông (hai vòng quay của trục khuỷu). Động cơ 2 kì là động cơ có chu trình công tác diễn ra trong hai hành trình của pít tông (một vòng quay của trục khuỷu).
Luyện tập 1
Câu hỏi: Tính thể tích công tác của một xilanh khi biết thể tích công tác của động cơ 4 xilanh là 2,4 lít.
Bài làm : Thể tích công tác của một xilanh là: 2,4:4 = 0,6 lít
Hình vẽ
Luyện tập 2
Câu hỏi: Tính thể tích công tác của động cơ 4 xi lanh khi biết đường kính của mỗi xi lanh là 80mm và bán kính quay của trục khuỷu là 75mm.
Bài làm : Ta có: S = 2.R = 2.0,075 = 0,15 m Theo công thức:
Ảnh
II - Nguyên lí làm việc
Động cơ xăng 4 kì
II - NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC
1. Nguyên lí làm việc của động cơ xăng 4 kì
Khi động cơ hoạt động, pít tông di chuyển tuyến tính trong xi lanh, trong khi trục khuỷu quay theo chiều mũi tên (Hình 18.3). Chu trình làm việc của động cơ 4 kì gồm 4 giai đoạn: nạp, nén, nổ và xả, trong đó chỉ có giai đoạn nổ tạo công suất.
Ảnh
Ảnh
Lớp chia thành 4 nhóm thảo luận : - Kì nạp - Kì nén - Kì nổ - Kì thải
Bốn kì
Hình vẽ
a) Kì nạp (quá trình nạp) - Pit tông dịch chuyển từ ĐCT đến ĐCD. - Trục khuỷu quay 1/2 vòng (từ 0o đến 180o góc 2 quay trục khuỷu). - Xu páp nạp mở, xu páp thải đóng. - Áp suất trong xi lanh giảm (tạo chênh lệch áp suất trong xi lanh và đường nạp). - Hoà khí (xăng và không khí) được hút vào xi lanh.
b) Kì nén (quá trình nén) - Pit tông di chuyển từ ĐCD đến ĐCT, trục khuỷu quay 1/2 vòng tiếp theo (từ 180o đến 360o góc quay trục khuỷu). - Xu páp nạp và xu páp thải đóng, hoà khí trong xi lanh bị nén lại, áp suất và nhiệt độ tăng lên. - Bu gi của hệ thống đánh lửa phóng tia lửa điện đốt cháy hoà khí trong xi lanh vào cuối kì nén khi pít tông gần đến ĐCT.
c) Kì nổ (quá trình cháy và giãn nở sinh công) - Pít tông di chuyển từ ĐCD đến ĐCT, trục khuỷu quay tiếp 1/2 vòng (từ 540o đến 720o góc quay trục khuỷu). - Xu páp nạp đóng và xu páp thải mở, khí thải trong xi lanh được đẩy ra ngoài qua đường ống thải. - Khi pít tông đến ĐCT, xu páp thải đóng và xu páp nạp mở. - Chu trình mới bắt đầu với kì nạp trong xi lanh.
d) Kì thải (quá trình thải) - Xu páp nạp và xu páp thải đóng. - Hoà khí cháy giãn nở làm tăng nhiệt độ và áp suất trong xi lanh. - Tác dụng lên đỉnh pít tông và đẩy pít tông từ ĐCT đến ĐCD. - Qua một thanh truyền làm trục khuỷu quay tiếp 1/2 vòng (từ 360o đến 540o góc quay trục khuỷu). - Sinh công cơ học.
Động cơ diesel 4 kì
2. Nguyên lí làm việc của động cơ Diesel 4 kì
Động cơ Diesel 4 kì có nguyên lí làm việc tương tự động cơ xăng 4 kì. Trong một chu trình làm việc, pít tông thực hiện bốn hành trình: nạp, nén, nổ và thải. Ở kì nạp, chỉ có không khí được nạp vào xi lanh. Cuối kì nén, khi pít tông gần đến ĐCT, nhiên liệu được phun vào xi lanh với áp suất cao để tạo hỗn hợp. Hỗn hợp này tự cháy mà không cần tia lửa điện khi đạt đến nhiệt độ và áp suất nhất định.
3. Nguyên lí làm việc của động cơ xăng 2 kì
Hình 18.4 là sơ đồ cấu tạo của động cơ xăng 2 kì sử dụng quét, thải. Pít tông có nhiệm vụ đóng mở các cửa khí và van trượt.
Hỗn hợp khí được nén trong các te trước khi vào xi lanh. Mỗi chu trình làm việc của động cơ xăng 2 kì bao gồm hai kì. Nhiên liệu được pha thêm dầu bôi trơn để bám dính vào các bề mặt chi tiết cần bôi trơn.
Khám phá
Ảnh
Khám phá 1
Câu hỏi: Đọc nội dung mô tả về các kì, quan sát Hình 18.3 và đặt tên các hình a, b, c, d tương ứng với các kì nạp, nén, nổ, thải.
Bài làm : - Hình a: nạp - Hình b: nén - Hình c: nổ - Hình d: thải
Khám phá 2
Câu hỏi: Quan sát Hình 18.4 và cho biết: - Những chi tiết, bộ phận nào có ở động cơ 4 kì nhưng không có ở động cơ 2 kì và ngược lại. - Vị trí của pít tông ở đâu thì cửa quét, cửa thải cùng được mở ra? Cửa nào được mở ra trước?
Bài làm : - Động cơ 4 kì có: xupap còn động cơ 2 kì không có. Ngược lại, động cơ 2 kì có cửa quét còn động cơ 4 kì không có. - Pit tông đi xuống điểm chết dưới thì cửa quét, cửa thải đều mở. Cửa thải được mở ra trước.
Quan sát và trả lời
Ảnh
Khám phá 3
Câu hỏi: Quan sát mỗi hình a, b, c trong Hình 18.5 và cho biết: - Chiều chuyển động của pít tông. - Trạng thái của cửa thải và cửa quét. - Trạng thái khí trong buồng đốt của động cơ.
Bài làm : - Hình a: pit tông đi xuống, cửa thải và cửa quét đóng, khí cháy đẩy phit tông đi xuống. - Hình b: pit tông đi xuống điểm chết dưới, cửa quét và cửa thải mở, hòa khí từ cửa quét vào xilanh, khí cháy từ xilanh bị đẩy ra ngoài qua cửa thải. - Hình c: pit tông đi lên, cửa quét và cửa thải đóng, hòa khí trong xilanh bị nén với áp suất cao.
Kì thứ nhất - thứ hai
a) Kì thứ nhất
Trong kì thứ nhất, hoà khí được đốt cháy và giãn nở trong xi lanh, tạo áp suất khí cháy cao đẩy pít tông dịch chuyển từ ĐCT đến ĐCD qua thanh truyền. Khi cửa thải mở, khí cháy được thải ra tự do. Trong quá trình tiếp theo, hoà khí mới được nạp vào xi lanh thông qua cửa quét và khí đã cháy được quét ra cửa thải. Tóm lại, hành trình thứ nhất bao gồm các quá trình: cháy giãn nở, thải tự do, quét khí và nạp hoà khí mới vào xi lanh.
b) Kì thứ hai
Trong kì thứ hai của động cơ, quá trình quét khí và nạp hoà khí mới vào xi lanh tiếp tục cho đến khi pít tông đóng cửa quét. Sau đó, giai đoạn lọt khí bắt đầu và môi chất trong xi lanh được đẩy qua cửa thải ra ngoài. Quá trình nén bắt đầu khi pít tông đóng cửa thải cho tới khi bu gi bật tia lửa điện, sau đó sẽ xảy ra quá trình cháy. Khi pít tông đi lên để nén hoà khí trong xi lanh, cửa nạp phía dưới pít tông mở để hoà khí mới được hút vào các te để chuẩn bị cho việc nạp hoà khí vào xi lanh trong hành trình sau.
Động cơ diesel 2 kì
Ảnh
Ảnh
4. Nguyên lí làm việc của động cơ Diesel 2 kì
Chu trình làm việc của động cơ Diesel 2 kì tương tự như động cơ xăng 2 kì, nhưng khác ở một số điểm sau: - Khí nạp vào động cơ là không khí và trước khi vào động cơ, khí nạp được đi qua máy nén hoặc tuabin. - Cuối quá trình nén, nhiên liệu diesel được vòi phun vào xi lanh để hoà trộn với khí nóng, tạo thành hoà khí. Hoà khí này sẽ tự bốc cháy ở điều kiện áp suất và nhiệt độ trong xi lanh cao.
Kết nối năng lực
Hình vẽ
Câu hỏi: Qua sách báo, internet và quan sát thực tế trong cuộc sống, em hãy cho biết các phương tiện cơ giới đường bộ như ô tô và xe máy thường sử dụng động cơ xăng hay động cơ Diesel
Luyện tập
Bài làm : Ô tô và xe máy thường sử dụng động cơ xăng.
Câu hỏi: Động cơ Diesel có cần bugi đánh lửa như động cơ xăng hay không? Nếu không thì tại sao nhiên liệu diesel lại cháy được?
Bài làm : Động cơ Diezen không cần bugi đánh lửa như động cơ xăng. Nhiên liệu diezen cháy được là do tỉ số nén cao, nên khi bị nén ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, hòa khí tự bốc cháy.
III - Các thông số cơ bản của động cơ đốt trong
Công suất - hiệu suất
III - CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1. Công suất có ích
Công suất có ích của động cơ được đo ở đầu ra của trục khuỷu và có thể tính toán bằng công thức: Trong đó, i là số xi lanh, t là số kì và n (vòng/phút) là số vòng quay của động cơ. Giá trị của Ne tùy thuộc vào phạm vi sử dụng và có thể từ vài kW đến hàng vạn kW. Ví dụ, động cơ xe máy có Ne từ 5 đến 6 kW (6,7 đến 8 mã lực); động cơ tàu thuỷ lớn nhất thế giới có Ne đạt tới 80 080 kW (107 390 mã lực).
Hình vẽ
Ảnh
Hiệu suất có ích của động cơ được tính bằng tỉ số giữa nhiệt lượng chuyển thành công suất có ích và nhiệt lượng cấp cho động cơ. Công thức: Trong đó Qct là nhiệt lượng của nhiên liệu cung cấp cho động cơ. Hiệu suất có ích của động cơ thường dao động từ 15% đến 50%, tùy thuộc vào loại động cơ.
2. Hiệu suất có ích
Ảnh
Mô men - suất tiêu thụ
Ảnh
3. Mô men có ích
Mô men có ích Me (Nm) là thông số đặc trưng cho khả năng chịu tải tức thời của động cơ đốt trong, được tính bằng công thức:
4. Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích
Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích ge (g/kW.h) là lượng nhiên liệu tiêu thụ để tạo ra một đơn vị công suất động cơ trong một đơn vị thời gian. Để tính ge, sử dụng công thức: Trong đó Gnl (g/h) là lượng nhiên liệu tiêu thụ đo được trong một đơn vị thời gian.
Ảnh
IV - Củng cố
Luyện tập
Vận dụng
Câu hỏi: Quan sát, tìm hiểu và lựa chọn một phương tiện, máy móc của gia đình hoặc trong cộng đồng nơi em ở và cho biết: động cơ đốt trong được sử dụng là 2 hay 4 kì; nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng hay dầu diesel.
Bài làm : Xe máy của gia đình em là loại động cơ đốt trong 4 kì, nhiên liệu dùng cho động cơ là xăng.
Luyện tập
Câu hỏi: Tại sao nói suất tiêu thụ nhiện liệu có ích ge càng nhỏ thì động cơ đốt trong càng tiết kiệm nhiên liệu?
Bài làm : Vì nó là lượng nhiên liệu tiêu thụ để tạo ra một đơn vị công suất động cơ trong một đơn vị thời gian.
V - Dặn dò
1.Hướng dẫn bài học
1. Hướng dẫn học bài
Học bài Làm các bài tập SGK Các em về nhà xem trước bài 19 : CÁC CƠ CẤU TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .
2.Kết bài
Ảnh