Động cơ 4 kỳ của Động cơ Đốt trong

Khái niệm: Động cơ đốt trong ĐCĐT là động cơ nhiệt, quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí để biến nhiệt năng thành cơ năng được thực hiện bên trong xilanh động cơ.Không kh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

BỘ MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Động cơ 4 kỳ của động cơ đốt trong

Thực hiện: ………

MSSV: …………

Lớp: ……….

Hướng dẫn: …………

Hà Nội, 2024

Động cơ 4 kỳ của động cơ

đốt trong

Mục lục:

1 Khái quát về động cơ đốt trong

1.1 Khái niệm

1.2 Sơ lược lịch sử phát triển

2 Động cơ 4 kỳ

2.1 Khái niệm

2.2 Cấu tạo

2.3 Nguyên lí làm việc

2.4 Ứng dụng của động cơ 4 kỳ

2.5 So sánh động cơ 4 kỳ với động cơ 2 kỳ

3 Kết luận của bản thân

1 Khái quát về động cơ đốt trong

1.1 Khái niệm:

Động cơ đốt trong (ĐCĐT) là động cơ nhiệt, quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí để biến nhiệt năng thành cơ năng được thực hiện bên trong xilanh động cơ.Không khí hay hỗn hợp không khí với nhiên liệu trong giai đoạn thứ nhất (nạp và nén) được gọi là môi chất công tác; giai đoạn thứ hai: sau khi bốc cháy nhiên liệu, sản phẩm cháy của nhiên liệu với ôxi của không khí gọi là sản vật cháy, sản vật cháy giãn nở và sinh công

Trong các loại động cơ nhiệt như động cơ hơi nước, động cơ tuabin khí, động cơ phản lực, ĐCĐT thì ĐCĐT được dùng rộng rãi nhất Đa số ĐCĐT được dùng làm nguồn động lực cho các phương tiện giao thông, phương tiện vận chuyển, máy xây dựng, máy làm đất

1.2 Sơ lược lịch sử phát triển:

Được tạo ra từ khá lâu, trải qua thời gian phát triển lâu dài, động cơ đốt trong đã ngày càng được cải tiến, mang nhiều ưu điểm nổi trội để đáp ứng những yêu cầu sử dụng của con người Lịch sử ra đời động cơ đốt trong được khái quát như sau:

-1860: loại động cơ đốt trong đầu tiên được chế tạo ra bởi 2 kỹ sư người Pháp gốc Bỉ Tuy nhiên, vì là loại động cơ sơ khai đơn giản, nên động cơ này chỉ bao gồm 2 kỳ, với công suất hoạt động là 2HP và vận hành bằng khí thiên nhiên

-1877: loại động cơ đốt trong kết cấu 4 kỳ đầu tiên được chế tạo ra, bởi kỹ sư người Pháp Lăng Ghen và kỹ sư người Đức Nicola Aogut Otto Loại động cơ này có sự cải tiến hơn, và vận hành bằng nhiên liệu khí than

-1885: loại động cơ đốt trong 4 kỳ có công suất 8 HP đầu tiên được tạo ra bởi Golip Demlo, một kỹ sư người Đức Loại động cơ này vận hành bằng nhiên liệu xăng, và có tốc độ quay đến 800 vòng/phút

-1897: Mẫu động cơ 4 kỳ có công suất 20 HP, sử dụng nhiên liệu dầu diezel đã được chế tạo bởi kỹ sư người Đức Rudonpho Saclo

Sredieng Diezen

- 1926, Robert Goddard, một kỹ sư người Mỹ, chế tạo tên lửa vận hành bằng nhiên liệu lỏng đầu tiên

2 Động cơ 4 kì:

2.1 Khái niệm:

Động cơ 4 kỳ là một phân loại theo chu trình làm việc của động cơ đốt trong động cơ 4 kỳ gồm bốn hành trình riêng biệt là: kỳ nạp, kỳ nén,

kỳ nổ, kỳ xả được thực hiện khi piston dịch chuyển lên xuống trong một chu kỳ làm việc

Động cơ 4 kỳ nổi bật nhờ khả năng tiết kiệm nguyên liệu, tăng tuổi thọ, momen công suất lớn, lượng khí thải ra môi trường ít Tuy nhiên hạn chế là cấu tạo hơi phức tạp, khó chế tạo và giá thành cao hơn động

cơ hai kỳ Ngoài ra, phải trang bị thêm nhiều thiết bị khác cồng kềnh Hiện nay, động cơ 4 kỳ đã trở thành loại động cơ phổ biến được áp dụng cho các loại ô tô khác nhau

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

C – Trục khuỷu

E – Trục cam xả

I – Trục cam hút

P – Piston

R – Thanh truyền (Tay biên)

S – Bugi

V – Van (Xu páp) Màu đỏ: xả Màu xanh: hút.

W – Áo nước làm mát

Bộ phận màu xám – khối động cơ

2.2 Cấu tạo:

-Piston: Được đặt ở bên trong của động cơ Piston được sử dụng

với vai trò giúp chuyển đổi năng lượng khi nhiên liệu được đốt cháy và giãn nở trong buồng đốt Sẽ được đưa tới trục khuỷu thông qua thanh truyền Piston sẽ chuyển động tịnh tiến xung quanh xi-lanh Ở giữa piston và xylanh có bố trí các vòng séc măng

-Trục khuỷu: Đây là bộ phận giúp Piston chuyển sang chuyển động

tròn thay vì chuyển động tịnh tiến

-Thanh truyền: Đây là bộ phận giúp chuyển dao động đến trục

khuỷu từ Piston

-Đối trọng: Được đặt trên trục khuỷu với mục đích làm giảm sự

rung động được sinh ra Do quá trình lắp ráp các bộ phận lại với nhau không được cân bằng một cách chính xác

-Xupap nạp và xupap xả: Bộ phận này được ví như những cái van

Nó sẽ tự động mở ra cho hòa khí đi vào cũng như mở cho khí thải đi ra

-Bugi: Bộ phận này giúp Bộ phận này giúp đánh lửa đốt cháy hòa

khí trong động cơ

2.3 Nguyên lí hoạt động:

Nguyên lý hoạt động của động cơ 4 kỳ được chia thành kỳ 1, kỳ 2,

kỳ 3, kỳ 4 hoặc kỳ nén, kỳ nạp, kỳ nổ, kỳ xả

-Kỳ nạp: Trước tiên, piston sẽ di chuyển từ điểm chết trên xuống

tới điểm chết dưới Lúc này xupap nạp sẽ được mở ra để dẫn hòa khí đi vào buồng đốt Xupap xả sẽ đóng lại Piston chuyển động xuống dưới cylinder (xi-lanh) tạo ra một khoảng không trong xi-lanh để chứa nhiên liệu phun sương từ bộ chế hoà khí

Kỳ 1: Nạp

-Kỳ nén: Van nạp và van xả lúc này đều được đóng lại, piston

chuyển động lên trên cylinder, nén hỗn hợp khí và xăng Ngay trước khi piston chạm vào điểm chết trên (ĐCT) của cylinder, bộ phận đánh lửa (bougie) sẽ đốt cháy hoà khí (hỗn hợp xăng ở dạng hơi và không khí)

Kỳ 2: Nén

-Kỳ nổ: Cả hai van vẫn tiếp tục đóng Lúc này, piston chuyển động

đến ĐCT của cylinder Khí được tạo ra từ việc đốt cháy hoà khí bây giờ

nổ một cách nhanh chóng và piston lại chuyển động xuống dưới xi lanh (xuống điểm chết dưới (ĐCD)

Kỳ 3: Nổ

-Kỳ xả: Van xả được mở nhưng van nạp vẫn đóng Piston chuyển

động lên trên cylinder, đẩy khí xả ra ngoài thông qua van xả Van xả đóng muộn sau ĐCT 10 – 30 độ góc quay trục khuỷu để lợi dụng quán tính dòng khí thải, tăng khả năng thải sạch Cũng như vậy, van nạp được

mở sớm hơn Do đó, cuối kỳ xả, trong một khoảng thời gian nào đó, cả van xả và van thải cùng mở Sau khi đi hết 4 chu kì Nạp, Nén, Nổ, Xả, công được sinh ra và mọi thứ liên tục được lặp lại, tiếp tục chu trình mới, giúp xe chuyển động

Kỳ 4: Xả

2.4 Ứng dụng của động cơ 4 kỳ:

Động cơ 4 kỳ là loại động cơ đốt trong phổ biến trong nhiều loại máy móc và phương tiện Nó hoạt động theo nguyên lý 4 chu kỳ:

nạp, nén, đốt cháy, và xả thải Dưới đây là một số ứng dụng chi tiết của động cơ 4 kỳ:

1 Ô tô: Động cơ 4 kỳ là loại động cơ phổ biến nhất trong các xe ô

tô hiện nay nhờ hiệu suất và tính ổn định cao Các chu kỳ nạp, nén, đốt cháy và xả khí giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy nhiên liệu và giảm khí thải

2 Xe máy: Nhiều dòng xe máy, đặc biệt là các dòng xe máy đời

mới, sử dụng động cơ 4 kỳ để đạt hiệu suất tốt hơn, tiết kiệm nhiên liệu

và giảm thiểu khí thải hơn so với động cơ 2 kỳ

3 Máy phát điện: Động cơ 4 kỳ cũng được sử dụng trong các máy

phát điện, cung cấp nguồn điện ổn định cho nhiều ứng dụng khác nhau,

từ hộ gia đình đến các nhà máy công nghiệp

4 Máy nông nghiệp: Trong các loại máy móc nông nghiệp như

máy kéo, máy cày, động cơ 4 kỳ được sử dụng nhờ tính bền bỉ, hiệu suất cao và khả năng làm việc liên tục trong thời gian dài

5 Tàu thuyền: Động cơ 4 kỳ còn được sử dụng trong tàu thuyền

nhờ vào tính ổn định và khả năng tiết kiệm nhiên liệu

Những chiếc thuyền nhỏ hoặc tàu cá thường trang bị động cơ 4 kỳ

6 Máy công trình: Trong các loại máy xây dựng như máy xúc, máy

ủi, động cơ 4 kỳ cung cấp lực kéo mạnh mẽ và khả năng làm việc dưới điều kiện khắc nghiệt

Nhìn chung, động cơ 4 kỳ có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và đời sống nhờ hiệu quả năng lượng và độ bền cao

2.5 So sánh động cơ 4 kỳ với động cơ 2 kỳ:

2.5.1 Khái quát sơ lược về động cơ 2 kỳ:

-Khái niệm: Động cơ 2 kỳ là một loại động cơ đốt trong hoàn thành

một chu trình động cơ chỉ trong hai hành trình của piston, so với động

cơ 4 kỳ yêu cầu bốn hành trình Động cơ 2 kỳ hoạt động đơn giản hơn, với hai giai đoạn chính: kỳ nén và kỳ cháy/xả Dưới đây là những đặc điểm và ứng dụng cơ bản của động cơ 2 kỳ:

-Nguyên lý hoạt động:

1 Kỳ 1 (Nén và nạp):

• Piston di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, nén hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong xi-lanh

• Đồng thời, hỗn hợp nhiên liệu mới được hút vào buồng nạp từ bên ngoài

2 Kỳ 2 (Cháy và xả):

• Khi piston đạt đỉnh, bugi đánh lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu

đã nén, tạo ra áp suất đẩy piston đi xuống, tạo ra công suất

• Khi piston di chuyển xuống, các công xả mở ra để khí thải thoát

ra ngoài, đồng thời hỗn hợp nhiên liệu mới từ buồng nạp được đưa vào xi-lanh để bắt đầu chu kỳ tiếp theo

-Ứng dụng:

• Xe máy nhỏ, xe gắn máy: Động cơ 2 kỳ thường được sử dụng trong các loại xe máy phân khối nhỏ, đặc biệt trong các dòng xe gắn máy cũ

• Máy móc cầm tay: Động cơ 2 kỳ thường được sử dụng trong máy cưa xích, máy cắt cỏ, và các loại máy móc cầm tay nhờ tính nhỏ gọn và mạnh mẽ

• Tàu thuyền nhỏ: Nhiều loại động cơ ngoài tàu nhỏ cũng sử dụng động cơ 2 kỳ vì trọng lượng nhẹ và dễ bảo dưỡng

2.5.2 So sánh động cơ 4 kỳ với động cơ 2 kỳ:

So sánh giữa động cơ 4 kỳ và động cơ 2 kỳ là sự phân tích chi tiết

về cách thức hoạt động, ưu nhược điểm, và các ứng dụng của chúng trong thực tế:

a Nguyên lý hoạt động:

• Động cơ 4 kỳ: Hoàn thành một chu trình trong bốn hành trình của piston (nạp, nén, cháy, và xả) Điều này có nghĩa là sau mỗi hai vòng quay của trục khuỷu, động cơ mới sinh công một lần Trong kỳ

nạp, hỗn hợp nhiên liệu và không khí được đưa vào, tiếp theo là kỳ nén,

kỳ đốt cháy khi bugi đánh lửa, và kỳ xả thải khi khí thải được đẩy ra ngoài

• Động cơ 2 kỳ: Hoàn thành một chu trình chỉ trong hai hành trình của piston (nén và cháy/xả) Điều này có nghĩa là mỗi vòng quay của trục khuyu đều sinh công Trong kỳ nén, hỗn hợp nhiên liệu được nén lại, sau đó đốt cháy và xả thải trong cùng một hành trình xuống của piston

b Hiệu suất và công suất:

• Động cơ 4 kỳ: Do cần bốn kỳ để hoàn thành một chu trình, hiệu suất công suất trên mỗi vòng quay thấp hơn so với động cơ 2 kỳ Tuy nhiên, quá trình cháy diễn ra hiệu quả hơn và ít bị thất thoát nhiên liệu, giúp tăng hiệu suất tổng thể của động cơ

Đồng thời, các chu kỳ nạp và xả độc lập giúp việc đốt cháy nhiên liệu được kiểm soát tốt hơn, làm giảm khí thải

• Động cơ 2 kỳ: Mỗi vòng quay của trục khuỷu đều sinh công, do

đó động cơ 2 kỳ có tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao hơn Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng nhiên liệu thấp hơn do một phần nhiên liệu có thể bị thải ra ngoài trước khi kịp đốt cháy hoàn toàn

c Cấu tạo và chi phí sản xuất:

• Động cơ 4 kỳ: Có cấu tạo phức tạp hơn, bao gồm các bộ phận bổ sung như van nạp, van xả, trục cam và hệ thống điều khiển van Điều này khiến động cơ 4 kỳ lớn hơn, nặng hơn và tốn kém hơn trong việc sản xuất và bảo dưỡng Tuy nhiên, độ bền của động cơ 4 kỳ thường cao hơn do ít làm việc liên tục hơn

• Động cơ 2 kỳ: Có cấu tạo đơn giản hơn nhiều, không cần van nạp và van xả, mà thay vào đó sử dụng các cổng (ports) Điều này giúp động cơ 2 kỳ nhẹ hơn, nhỏ gọn hơn và rẻ hơn khi sản xuất và bảo

dưỡng

Tuy nhiên, do làm việc với cường độ cao hơn, độ bền của động cơ

2 kỳ thường thấp hơn

d Tiêu thụ nhiên liệu và hiệu quả kinh tế:

• Động cơ 4 kỳ: Tiêu thụ nhiên liệu hiệu quả hơn nhờ quá trình cháy được kiểm soát tốt hơn, ít nhiên liệu bị thất thoát Điều này làm giảm chi phí vận hành về lâu dài Động cơ 4 kỳ phù hợp với các phương tiện và thiết bị đòi hỏi tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải

• Động cơ 2 kỳ: Do một phần nhiên liệu có thể bị thải ra ngoài trong quá trình xả mà không kịp đốt cháy, động cơ 2 kỳ thường tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn Điều này dẫn đến chi phí vận hành cao hơn và không phù hợp cho các phương tiện đòi hỏi sự tiết kiệm nhiên liệu cao

e Khí thải và môi trường:

• Động cơ 4 kỳ: Thải ra ít khí thải hơn nhờ quá trình cháy và xả thải riêng biệt, giúp hạn chế lượng nhiên liệu không cháy bị thải ra môi trường Động cơ 4 kỳ đáp ứng tốt các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt, là lựa chọn thân thiện với môi trường hơn

• Động cơ 2 kỳ: Phát ra nhiều khí thải hơn do quá trình đốt cháy không hoàn toàn và sự thất thoát nhiên liệu trong quá trình xả

Điều này khiến động cơ 2 kỳ khó đáp ứng được các tiêu chuẩn khí thải hiện đại và bị hạn chế trong nhiều ứng dụng liên quan đến phương tiện giao thông

f Độ bền và tuổi thọ:

• Động cơ 4 kỳ: Do mỗi vòng quay của trục khuỷu chỉ sinh công một lần, các bộ phận cơ khí ít phải làm việc với cường độ cao, từ đó kéo dài tuổi thọ của động cơ Điều này làm cho động cơ 4 kỳ bền bỉ hơn và cần ít bảo dưỡng hơn trong thời gian dài

• Động cơ 2 kỳ: Với việc sinh công mỗi vòng quay, động cơ 2 kỳ phải làm việc với cường độ cao hơn, dẫn đến sự mài mòn nhanh hơn Điều này làm giảm tuổi thọ của động cơ và yêu cầu bảo dưỡng thường xuyên hơn

g Ứng dụng:

• Động cơ 4 kỳ: Phổ biến trong ô tô, xe máy hiện đại, máy phát điện, máy kéo, và các thiết bị cần hoạt động liên tục trong thời gian dài Nhờ vào hiệu suất nhiên liệu tốt và ít khí thải, động cơ 4 kỳ là lựa chọn tối ưu cho các phương tiện giao thông và thiết bị công nghiệp

• Động cơ 2 kỳ: Thường được sử dụng trong các ứng dụng cần động cơ nhỏ, nhẹ, và mạnh mẽ như xe gắn máy phân khối nhỏ, máy cưa, máy cắt cỏ, và động cơ tàu thuyền nhỏ Tuy nhiên, do những hạn chế về tiêu chuẩn khí thải, động cơ 2 kỳ đang dần bị thay thế bởi động cơ 4 kỳ hoặc các loại động cơ khác

Tổng kết

• Động cơ 4 kỳ mang lại hiệu quả nhiên liệu tốt hơn, ít khí thải và

độ bền cao, nhưng có cấu tạo phức tạp và chi phí sản xuất cao

• Động cơ 2 kỳ đơn giản, nhỏ gọn, và có công suất cao trên mỗi vòng quay, nhưng tiêu thụ nhiều nhiên liệu, phát ra nhiều khí thải và ít bền hơn

Tùy vào mục đích sử dụng, mỗi loại động cơ đều có những lợi thế riêng

3 Kết luận của bản thân:

Động cơ 4 kỳ là loại động cơ đốt trong phổ biến nhất, được sử dụng trong hầu hết các loại ô tô, xe máy và nhiều thiết bị cơ giới khác Đây là một công nghệ đã được phát triển và tối ưu qua nhiều năm, mang lại sự cân bằng tốt giữa hiệu suất, tiêu thụ nhiên liệu và độ bền

Một số nhận xét cá nhân về động cơ

4 kỳ:

1 Hiệu suất: Động cơ 4 kỳ thường có hiệu suất tốt hơn so với động

cơ 2 kỳ do có chu kỳ đốt hoàn chỉnh và quá trình cháy hiệu quả hơn Điều này dẫn đến việc tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải

2 Cơ chế hoạt động ổn định: Động cơ 4 kỳ hoạt động qua 4 giai

đoạn: nạp, nén, đốt cháy, và xả, giúp duy trì sự ổn định và giảm rung động hơn so với động cơ 2 kỳ, nhờ đó mang lại cảm giác lái mượt mà hơn

3 Tiêu thụ nhiên liệu và khí thải: Động cơ 4 kỳ thường tiêu tốn ít

nhiên liệu hơn và thải ra ít khí thải có hại hơn so với động cơ 2 kỳ Điều này làm cho nó thân thiện hơn với môi trường và phù hợp với các tiêu chuẩn khí thải r v m ngặt hiện nay

4 Chi phí bảo dưỡng: Động cơ 4 kỳ có hệ thống van phức tạp hơn

so với động cơ 2 kỳ, nên chi phí bảo dưỡng và sửa chữa có thể cao hơn Tuy nhiên, nhờ tính bền bỉ và ít hao mòn, động cơ 4 kỳ vẫn được xem là tiết kiệm chi phí vận hành trong dài hạn

5 Ứng dụng linh hoạt: Động cơ 4 kỳ có thể được tùy chỉnh cho

nhiều mục đích sử dụng, từ xe hơi, xe máy đến các thiết bị công nghiệp hoặc nông nghiệp, nhờ khả năng vận hành ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau

6 Tiếng ồn: Động cơ 4 kỳ thường hoạt động êm ái hơn, ít ồn hơn,

đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng dân dụng và đô thị

Tóm lại, động cơ 4 kỳ là một giải pháp hoàn hảo cho nhiều ứng dụng nhờ sự kết hợp giữa hiệu suất, độ bền và tính thân thiện với môi