Động cơ đốt trong (ICE) là động cơ nhiệt, trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu với chất ôxy hóa (thường là không khí) xảy ra trong buồng đốt là một phần không thể thiếu của mạch chất lỏng làm việc.
Trong động cơ đốt trong, sự giãn nở của các khí có nhiệt độ cao và áp suất cao do quá trình đốt cháy tạo ra sẽ tác động trực tiếp lên một số bộ phận của động cơ. Lực này thường được áp dụng cho các pít-tông, cánh tua-bin, rôto hoặc vòi phun.
Lực này di chuyển thành phần trên một khoảng cách, chuyển hóa năng lượng thành động năng có thể sử dụng được và được sử dụng để truyền động, di chuyển hoặc đẩy bất cứ thứ gì động cơ được gắn vào. Điều này thay thế động cơ đốt ngoài cho các ứng dụng mà trọng lượng hoặc kích thước của động cơ là quan trọng.
Thuật ngữ động cơ đốt trong thường dùng để chỉ động cơ đốt cháy không liên tục, chẳng hạn như động cơ piston bốn thì và hai thì phổ biến hơn, cùng với các biến thể như động cơ piston sáu thì và động cơ Wankel quay.
Loại động cơ đốt trong thứ hai sử dụng quá trình đốt cháy liên tục:tuabin khí, động cơ phản lực, và hầu hết các động cơ tên lửa, mỗi loại là động cơ đốt trong theo nguyên lý như đã mô tả trước đây. Súng cũng là một dạng của động cơ đốt trong, mặc dù chúng rất chuyên dụng nên thường được coi là một loại riêng biệt.
Ngược lại, trong động cơ đốt ngoài, chẳng hạn như động cơ hơi nước hoặc động cơ Stirling, năng lượng được truyền cho chất lỏng hoạt động không chứa các sản phẩm cháy, bị trộn lẫn với chúng hoặc bị ô nhiễm bởi chúng. Chất lỏng làm việc cho động cơ đốt ngoài bao gồm không khí, nước nóng, nước có áp suất hoặc thậm chí natri lỏng được đun nóng trong lò hơi.
Đọc thêm:Động cơ đốt ngoài là gì?
ICE thường được cung cấp năng lượng bằng nhiên liệu đậm đặc như xăng hoặc nhiên liệu diesel, chất lỏng làm từ nhiên liệu hóa thạch. Trong khi có nhiều ứng dụng tĩnh, hầu hết ICE được sử dụng trong các ứng dụng di động và là nguồn cung cấp năng lượng chính cho các phương tiện như ô tô, máy bay và tàu thuyền.
Năm 1823, Samuel Brown được cấp bằng sáng chế cho động cơ đốt trong đầu tiên được ứng dụng công nghiệp ở Hoa Kỳ; một trong những động cơ của ông đã bơm nước trên kênh Croydon từ năm 1830 đến năm 1836.
Động cơ đốt trong thành công về mặt thương mại đầu tiên được tạo ra bởi Étienne Lenoir vào khoảng năm 1860 và động cơ đốt trong hiện đại đầu tiên được tạo ra vào năm 1876 bởi Nicolaus Otto. Năm 1872, George Brayton, người Mỹ, đã phát minh ra động cơ đốt trong chạy nhiên liệu lỏng thương mại đầu tiên.
Étienne Lenoir sinh ra ở Mussy-la-Ville năm 1822, khi đó thuộc Luxembourg, nhưng ngày nay là một phần của Bỉ. Vào đầu những năm 1850, ông nhập cư đến Paris, Pháp, nơi ông làm kỹ sư và thử nghiệm điện.
Năm 1860, ông được cấp bằng sáng chế cho một động cơ đốt trong xi lanh đơn chạy bằng khí đốt, được ông lắp trên một cỗ xe ba bánh. Mặc dù hoạt động khá tốt nhưng lại không tiết kiệm nhiên liệu, gây nhiều tiếng ồn và thường xuyên bị quá nhiệt. Động cơ sẽ tắt hoàn toàn nếu nước không được cung cấp để làm mát nó và cần phải có bình để chứa nhiên liệu ở dạng khí.
Năm 1863, ông chế tạo một cỗ xe ba bánh chạy bằng xăng. Trong một cuộc trình diễn ở Paris, chiếc xe đã đi quãng đường 11 km trong khoảng 3 giờ, tương ứng với tốc độ trung bình là 3 km / h.
Không quá nhanh chút nào! Điều gì ấn tượng về một cỗ xe hơn là di chuyển chậm như vậy? Chà, thực tế là nó được chạy bằng động cơ chứ không phải ngựa hay la, đã khiến nó trở thành một sự đổi mới thực sự. Động cơ của ông đã tương đối thành công với tổng số khoảng 500 động cơ được chế tạo nhưng vẫn còn chỗ trống cho nhiều cải tiến.
Lenoir trở thành công dân Pháp vào năm 1870 vì đã giúp đỡ người Pháp trong Chiến tranh Pháp-Phổ. Năm 1881, ông nhận được Légion d’honneur, một giải thưởng cho sự xuất sắc, vì những tiến bộ của ông trong lĩnh vực điện báo. Mặc dù Lenoir trên thực tế đã phát minh ra ô tô, nhưng những năm cuối đời Lenoir lại lâm vào cảnh túng quẫn. Ông mất tại Pháp năm 1900.
Trong động cơ đốt trong (ICE), quá trình đánh lửa và đốt cháy nhiên liệu xảy ra trong chính động cơ. Quá trình đốt cháy, còn được gọi là đốt cháy, là quá trình hóa học cơ bản để giải phóng năng lượng từ hỗn hợp nhiên liệu-không khí. Sau đó, động cơ chuyển một phần năng lượng từ quá trình đốt cháy thành công.
Động cơ bao gồm một xi lanh cố định và một piston chuyển động. Các khí cháy nở ra đẩy pít-tông, từ đó làm quay trục khuỷu. Sau khi piston nén hỗn hợp nhiên liệu-không khí, tia lửa sẽ đốt cháy nó, gây ra sự cháy. Sự giãn nở của khí cháy sẽ đẩy pít-tông trong suốt hành trình công suất.
Cuối cùng, thông qua một hệ thống các bánh răng trong hệ thống truyền lực, chuyển động này sẽ dẫn động các bánh xe của xe.
Hai loại động cơ đốt trong hiện đang được sản xuất:động cơ xăng đánh lửa bằng tia lửa điện và động cơ diesel đánh lửa nén. Hầu hết trong số chúng là bốn kỳ, có nghĩa là cần bốn lần hành trình của piston để hoàn thành một chu kỳ. Chu trình bao gồm bốn quá trình khác nhau:nạp, nén, đốt cháy và hành trình công suất, và xả.
Động cơ xăng đánh lửa bằng tia lửa và động cơ diesel đánh lửa nén khác nhau ở cách chúng cung cấp và đốt cháy nhiên liệu. Trong động cơ đánh lửa, nhiên liệu được trộn với không khí và sau đó được hút vào xi lanh trong quá trình nạp. Sau khi piston nén hỗn hợp nhiên liệu-không khí, tia lửa sẽ đốt cháy nó và gây ra sự cháy.
Sự giãn nở của khí cháy sẽ đẩy pít-tông trong suốt hành trình công suất. Trong động cơ diesel, không khí chỉ được hút vào động cơ và sau đó được nén. Sau đó, động cơ diesel phun nhiên liệu theo một lượng phù hợp, đã được định lượng vào không khí nén nóng để đốt cháy nó.
Động cơ đốt trong là thiết bị tạo ra năng lượng được ứng dụng rộng rãi và phổ biến nhất hiện nay. Ví dụ bao gồm động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ tuabin khí và hệ thống đẩy tên lửa.
Động cơ vi mạch có nhiều ứng dụng như,
Có hai loại động cơ đốt trong hiện đang được sản xuất:động cơ xăng đánh lửa bằng tia lửa điện và động cơ diesel đánh lửa nén. Hầu hết trong số này là động cơ chu kỳ bốn kỳ, nghĩa là cần bốn hành trình piston để hoàn thành một chu trình.
Động cơ vi mạch có thể được phân loại dựa trên nhiên liệu sử dụng, chu trình nhiệt động học, kiểu đánh lửa, kiểu hệ thống làm mát, cách bố trí xi lanh, phương pháp nạp, ... Bây giờ chúng ta nghiên cứu chi tiết.
Chúng ta biết động cơ vi mạch biến đổi năng lượng hóa học thành cơ năng hoạt động theo chu kỳ. Có nhiều chu kỳ nhiệt động lực học, v.d. Chu trình Carnot, Chu trình Otto, Chu trình Diesel, Chu trình Rankine, v.v ... Động cơ IC hoạt động trên ba chu trình Chu trình Otto và chu trình Diesel và chu trình Kép. Vì vậy, theo nó, động cơ vi mạch có thể được phân loại thành các loại sau.
Nó còn được gọi là động cơ đánh lửa hoặc động cơ bổ sung nhiệt thể tích không đổi, Động cơ xăng, v.v ... Trong chu trình này, quá trình bổ sung nhiệt (đốt cháy nhiên liệu) và thải (xả) diễn ra ở thể tích không đổi và quá trình giãn nở và nén diễn ra đẳng hướng. Những động cơ này cho công suất thấp ở tốc độ cao.
Đây được gọi là động cơ đánh lửa nén, động cơ diesel, động cơ áp suất không đổi, ... Trong chu trình này, quá trình bổ sung nhiệt (đốt cháy nhiên liệu) diễn ra ở áp suất không đổi và quá trình thải nhiệt diễn ra ở thể tích không đổi. Động cơ này cho công suất cao ở tốc độ thấp.
Chu trình kép là sự kết hợp của chu trình Otto và chu trình diesel. Trong động cơ này, sự bổ sung nhiệt diễn ra cả ở thể tích không đổi và áp suất không đổi theo một tỷ lệ nào đó.
Một số động cơ hoạt động theo chu trình Stirling và chu trình Ericsson nhưng chúng không được sử dụng cho mục đích thương mại.
Hầu hết chúng ta đều biết về những động cơ này. Đây là động cơ xăng và động cơ diesel. Ngày nay nhiên liệu khí như LPG, CNG, hydro, v.v. cũng được sử dụng trong động cơ vi mạch. Những động cơ này được gọi là động cơ phi truyền thống.
Việc nạp điện có nghĩa là quá trình tiếp nhận hỗn hợp nhiên liệu-không khí diễn ra như thế nào. Điều này có thể được phân loại như sau.
Trong động cơ này, việc tiếp nhận hỗn hợp nhiên liệu không khí (Động cơ SI) hoặc riêng không khí (động cơ CI) diễn ra do sự chênh lệch áp suất bên trong xi lanh và áp suất khí quyển.
Trong động cơ này, một máy nén riêng biệt được sử dụng để tiếp nhận điện tích bên trong xi lanh. Máy nén này được chạy bằng công suất động cơ (được kết nối với trục khuỷu với bộ truyền động dây đai).
Động cơ này sử dụng một tuabin hút không khí vào xi lanh và chạy bằng cách sử dụng năng lượng khí thải. Nó cũng giống như siêu nạp nhưng máy nén được chạy bằng tuabin được quay bởi khí thải.
Trong động cơ IC, quá trình nạp điện có thể diễn ra theo hai cách. Trong cái đầu tiên, một bugi riêng biệt hoặc bất kỳ thiết bị nào khác được sử dụng để đốt cháy nhiên liệu (Động cơ đánh lửa bằng tia lửa) và cái còn lại là đốt cháy nhiên liệu do nhiệt sinh ra trong quá trình nén hoặc nhiên liệu (Động cơ đánh lửa nén).
Vì vậy, theo các phương pháp này, hai động cơ có sẵn là động cơ đánh lửa bằng tia lửa điện hoặc động cơ SI (Động cơ xăng) và động cơ đánh lửa nén hoặc động cơ CI (Động cơ Diesel).
Trong động cơ xăng, chúng tôi sử dụng một bugi để đốt cháy nhiên liệu. Tia lửa này ở bugi, được tạo ra bởi một hệ thống đánh lửa. Theo hệ thống đánh lửa, có hai loại động cơ. Loại đầu tiên là động cơ đánh lửa bằng pin (sử dụng pin để tạo ra tia lửa) và một loại khác là động cơ đánh lửa từ tính (sử dụng máy phát điện nhỏ để tạo ra tia lửa).
Trong loại động cơ này, một piston được sử dụng để chuyển động tịnh tiến bằng cách sử dụng lực áp suất sinh ra khi đốt cháy nhiên liệu. Trục khuỷu biến chuyển động tịnh tiến này thành chuyển động quay. Hầu hết các động cơ ô tô là loại pittông.
Đọc thêm: Động cơ pittông là gì?
Trong động cơ quay, một rôto được sử dụng. Lực ép tạo ra do quá trình đốt cháy nhiên liệu được tác dụng lên cánh quạt này, làm quay bánh xe hơn nữa. Động cơ Wankel là một loại động cơ quay. Những động cơ này hiện không được sử dụng trong động cơ ô tô.
Hai loại làm mát được sử dụng trong động cơ IC, làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước. Vì vậy, các động cơ là động cơ làm mát bằng không khí hoặc động cơ làm mát bằng nước. Cả hai hệ thống làm mát này đều có những ưu điểm riêng mà chúng ta sẽ đề cập ở phần sau. Dầu động cơ cũng được sử dụng như một phương tiện làm mát.
Chúng ta biết rằng hành trình là khoảng cách tối đa mà một piston có thể di chuyển bên trong một xi lanh hoặc giữa TDC đến BDC. Nếu một động cơ chuyển từ TDC sang BDC, nó được gọi là một hành trình. Nếu nó quay trở lại BDC nó được gọi là hai nét. Một trục khuỷu thực hiện một quay trong hai hành trình. Theo đó, ba loại động cơ đã được phát minh.
Trong động cơ này, trục khuỷu thực hiện một vòng quay trong một hành trình công suất. Động cơ này cung cấp nhiều sức mạnh hơn so với những động cơ khác. Nó được sử dụng trong game bắn súng, tàu thủy, máy phát điện, v.v.
Đọc thêm: Động cơ hai kỳ là gì? và Động cơ bốn thì là gì?
Động cơ này cho hai trục khuỷu quay trong một hành trình công suất. Chúng cho công suất thấp nhưng hiệu quả cao. Nó được sử dụng trong ô tô, xe tải, xe đạp, v.v.
Các động cơ này đang trong quá trình phát triển. Như tên của nó, nó sẽ cung cấp cho ba trục khuỷu quay trong một hành trình công suất.
Những động cơ này có thể được hiểu rõ hơn bằng sơ đồ so với lời nói.
Động cơ đốt trong (ICE hoặc động cơ IC) là động cơ nhiệt trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu xảy ra với chất oxy hóa (thường là không khí) trong buồng đốt là một phần không thể thiếu của mạch chất lỏng làm việc.
Năm 1823, Samuel Brown được cấp bằng sáng chế cho động cơ đốt trong đầu tiên được áp dụng công nghiệp ở Hoa Kỳ; một trong những động cơ của ông đã bơm nước trên kênh Croydon từ năm 1830 đến năm 1836.
Động cơ đốt trong thành công về mặt thương mại đầu tiên được tạo ra bởi Étienne Lenoir vào khoảng năm 1860 và là động cơ đốt trong hiện đại đầu tiên được tạo ra vào năm 1876 bởi Nicolaus Otto. Năm 1872, George Brayton người Mỹ đã phát minh ra động cơ đốt trong chạy nhiên liệu lỏng thương mại đầu tiên .
Động cơ bao gồm một xi lanh cố định và một piston chuyển động. Các khí cháy nở ra đẩy pít-tông, từ đó làm quay trục khuỷu. Sau khi piston nén hỗn hợp nhiên liệu-không khí, tia lửa sẽ đốt cháy nó, gây ra sự cháy. Sự giãn nở của khí cháy sẽ đẩy pít-tông trong suốt hành trình công suất.
Động cơ vi mạch có nhiều ứng dụng như:
Có ba loại động cơ đốt trong chính đang được sử dụng hiện nay:
Sự phát triển của động cơ đốt trong đã giúp giải phóng con người khỏi những lao động chân tay nặng nhọc nhất, biến máy bay và các hình thức vận chuyển khác trở nên khả thi, đồng thời giúp cách mạng hóa việc phát điện.
Động cơ Si là động cơ đốt trong hoạt động dựa trên nguyên lý đánh lửa bằng tia lửa điện. Nó sử dụng xăng và sử dụng chu trình Otto. Động cơ diesel (Ci) cũng là động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu diesel và hoạt động theo chu trình diesel.
Động cơ đốt trong (ICE) là dạng động cơ nhiệt phổ biến nhất, vì chúng được sử dụng trong các phương tiện giao thông, tàu thuyền, tàu thủy, máy bay và tàu hỏa. Chúng được đặt tên như vậy vì nhiên liệu được đốt cháy để thực hiện công việc bên trong động cơ. Sau đó, cùng một hỗn hợp nhiên liệu và không khí được thải ra dưới dạng khí thải.
AFR là tỷ lệ khối lượng của không khí và nhiên liệu có trong động cơ đốt trong. Đối với động cơ xăng, tỷ lệ cân bằng, A / F là 14,7:1, có nghĩa là 14,7 phần không khí trên một phần nhiên liệu. Nó phụ thuộc vào loại nhiên liệu.
Nhiệt độ của khí cháy trong xi lanh động cơ lên tới 1500 đến 2000 ° C, cao hơn nhiệt độ nóng chảy của vật liệu làm thân xi lanh và đầu động cơ. (Bạch kim, một kim loại có một trong những điểm nóng chảy cao nhất, nóng chảy ở 1750 ° C, sắt ở 1530 ° C và nhôm ở 657 ° C.)
Sự khác biệt chính giữa hỗn hợp nhiên liệu nạc và giàu là chúng tôi sử dụng hỗn hợp gầy để đạt hiệu quả tối đa trong khi chúng tôi sử dụng hỗn hợp giàu để có công suất tối đa trong động cơ. Chúng tôi sử dụng thuật ngữ hỗn hợp nhiên liệu nhẹ và giàu để mô tả các quá trình đốt cháy trong động cơ và lò công nghiệp.
Hỗn hợp giàu là hỗn hợp nhiên liệu / không khí có chứa một tỷ lệ nhiên liệu quá lớn. Một hỗn hợp giàu cung cấp đủ nhiên liệu để sử dụng hết oxy trong xi lanh. Hỗn hợp đậm đặc có quá nhiều xăng và không đủ không khí.
Xăng trở nên nổi tiếng vào năm 1892 trong khi dầu diesel mất nhiều thời gian hơn một chút với một số nguồn chỉ đến năm 1893 khi nó được sử dụng lần đầu tiên và được công nhận là nguồn nhiên liệu. Vì vậy, với suy nghĩ đó, về mặt kỹ thuật, xăng là loại xăng đầu tiên, vì nó trở nên phổ biến và thành công về mặt thương mại nhanh hơn so với đối tác diesel.
Piston là một bộ phận cơ bản của động cơ đốt trong. Nó có chuyển động qua lại và chuyển nhiệt năng thành cơ năng. Nó di chuyển lên và xuống bên trong một xi lanh khi động cơ tạo ra công suất. Mục đích của piston là để giữ cho khí giãn nở và đưa nó đến trục khuỷu.
Phương tiện ICE có nghĩa là phương tiện thông thường chỉ chạy bằng Động cơ đốt trong.
Động cơ đốt trong có hiệu suất khoảng 35-45%. So với động cơ đốt ngoài có hiệu suất khoảng 15-25%. Chi phí nhiên liệu của động cơ đốt trong tương đối cao. So với chi phí nhiên liệu của động cơ đốt ngoài là tương đối thấp.
Cách hệ thống quản lý nhiên liệu hoạt động
Bộ điều nhiệt trên ô tô hoạt động như thế nào?
Cách động cơ xe hoạt động
An Engine là gì? - Các loại động cơ khác nhau