Đề tài: Nghiên cứu khoa học sinh viên
Khai thác kiến thức vật lí
trong quá trình học môn Động cơ đốt trong
Sinh viên tham gia nghiên cứu khoa học:
Chu Thị Huệ
:
lớp K61A
Nguyễn Thị Thuý Nguyệt:
lớp K61A
I.MỞ ĐẦU
I.1.Lí do chọn đề tài
Kiến thức các môn kỹ thuật nói chung, môn động cơ đốt trong (ĐCĐT) nói riêng liên
quan rất nhiều đến kiến thức môn học vật lý. Trong quá trình học tập môn ĐCĐT, chúng em
nhận thấy có rất nhiều kiến thức vật lý liên quan đến ĐCĐT. Môn Vật Lý là môn học tiên quyết cho
việc học tâp môn ĐCĐT, vì vậy nếu nắm vững những kiến thức Vật Lý sẽ giúp quá trình học môn
ĐCĐT sẽ thuận lợi hơn, em hiểu bản chất hơn, sâu sắc hơn về kết cấu - cấu tạo, nguyên lý làm việc
của ĐCĐT nói chung, các cơ cấu hệ thống của ĐCĐT nói riêng.

Môn ĐCĐT là môn học trang bị cho sinh viên chúng em những kiến thức cơ bản về
cấu tạo, nguyên lý làm việc, đáp ứng yêu cầu cho sinh viên chúng em sau khi ra trường, sẽ
dạy tốt phần ĐCĐT lớp 11 ở trường THPT. Do đó, chúng em cần có kiến thức, hiểu biết cả
về lý thuyết và thực hành về ĐCĐT một cách sâu sắc là rất cần thiết.
Vì vậy, chúng em chọn đề tài nghiên cứu: "Khai thác kiến thức Vật lý trong quá trình
học môn ĐCĐT" nhằm góp phần nâng cao chất lượng học tập môn ĐCĐT.
I.2.Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu khai thác kiến thức vật lý trong động cơ đốt trong giúp nhằm mục đích
hiểu bản chất hơn, sâu sắc hơn nội dung kiến thức môn học động cơ đốt trong.
I.3.Phương pháp nghiên cứu
Vận dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu về lý thuyết, nghiên cứu thực tiễn.
I.4.Giả thuyết khoa học
Nếu khai thác tốt kiến thức Vật lý trong học tập môn học Động cơ đốt trong sẽ góp

học khác.
II.1.2. Môn Vật lí.
Vật lí học nghiên cứu các hình thức vận động cơ bản nhất của vật chất, cho nên
những kiến thức vật lí là cơ sở của nhiều ngành khoa học tự nhiên như hoá học, sinh học
đặc biệt là Kỹ thuật - Công nghệ. Đặc biệt Vật lí học là cơ sở lí thuyết của việc chế tạo máy,
thiết bị máy móc dùng trong đời sống và sản xuất, trong đó đặc biệt là động cơ đốt
trong.Nội dung kiến thức của vật lý bao gồm:
−Các khái niệm vật lí.
−Các định luật vật lí cơ bản.
−Nội dung chính của các thuyết vật lí.
−Các ứng dụng quan trọng nhất của vật lí trong đời sống và sản xuất.
−Các phương pháp nhận thức phổ biến dùng trong vật lí.
II.2. Mối quan hệ giữa kiến thức vật lí với kiến thức Động cơ đốt trong
Trong nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa động cơ đốt
trong đều phải được dựa trên cơ sở những định luật, quy luật của tự nhiên. Kĩ thuật nói
chung động cơ đốt trong nói riêng là công cụ thiết bị sản xuất ứng dụng các thành tựu khoa
học tự nhiên đặc biệt là vật lí. Như vậy có thể thấy vật lí với động cơ đốt trong có mối quan
hệ mật thiết, những nội dung kiến thức của vật lý được thể hiện nhiều trong động cơ đốt
trong là phần kiến thức về cơ học và nhiệt học. Khoa học vật lý nghiên cứu kiểm nghiệm
những qui luật, định luật, tìm ra những phát minh để động cơ đốt trong dựa trên những qui
luật, định luật đó ứng dụng vào sáng chế, chế tạo.
II.3. Kiến thức vật lý được thể hiện trong môn động cơ đốt trong
Kiến thức vật lý thể hiện trong môn động cơ đốt trong hầu như có mặt ở khắp tất cả
các nội dung kiến thức của môn học. Kiến thức đó không được bộc lộ rõ mà đòi hỏi người
học phải có kiến thức vật lý sâu sắc để tự nhìn nhận và rút ra kiến thức ghi nhớ cho bản
thân.
II.3.1. Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong bốn kỳ không tăng áp
Các kỳ làm việc của động cơ đốt trong liên quan đến hiện tượng, quy luật ... của các
đại lượng thể tích, áp suất, nhiệt độ và mối quan hệ ảnh hưởng giữa chúng...
a.Quá trình nén và giãn nở khí là quá trình đoạn nhiệt:


(3 – 54)

[J/kg]. (3 – 55)

Nhiệt lượng tham gia vào quá trình:q = ∆u +lgn = 0
lgn = - ∆u = - Cv(T2 – T1).
b.Quá trình nạp và xả khí là quá trình đẳng áp.
Từ phương trình:
p.vn = const,
− Độ biến thiên nội năng:
Với mọi quá trình ta có: du = CvdT
Với quá trình 1 – 2: u = Cv∆T = Cv(T2 – T1) = Cv(t2 – t1); [kJ/kg]
− Công của quá trình:
Công thay đổi thể tích của quá trình:
Lgn =
Công kỹ thuật của quá trình: lkt = −Nhiệt lượng của quá trình;
quá trình đẳng áp có nhiệt dung riêng là Cp cho
nên ta có:
đq = CpdT và q = Cp∆t = Cp∆T = Cp(T2 – T1) =
Cp(t2 – t1); [kJ/kg].
II.3.2. Quá trình chuyển động của pittông,
thanh truyền, trục khuỷu có liên quan đến
động lực học, ma sát...
II.3.2.1.sơ lược cấu tạo của piston gồm 4 phần
chính:
II.3.2.1.1.Đỉnh piston
đỉnh piston là: phần trên cùng của piston,
cùng với xylanh và nắp xylanh tạo thành không
gian buồng cháy. Đỉnh piston chia rất nhiều

đầu piston lại vừa làm tăng độ cứng vững cho bệ chốt.(3.31)

+ Để tránh lọt khí phải dùng nhiều xéc măng càng nhiều thì bao kín càng tốt.
2.3.2.1.3. Thân piston
a. khái niệm: là phần khí dưới rãnh xécmăng dầu cuối cùng, tác dụng của phần thân là
dẫn hướng cho piston chuyển động trong xylanh và chịu lực ngang N.
b. cấu tạo

4


− Chiều dài thân piston phụ thuộc vào kiểu, loại động cơ. Diesel có lực ngang lớn nên
phần thân thường làm dài hơn so với phần thân piston của động cơ xăng. Tuy nhiên
thân piston quá dài cũng không có lợi vì nó giảm được áp suất do lực ngang N gây nên
để tạo màng bôi trơn nhưng piston quá nặng gây tổn thất do ma sát cũng lớn. ngược lại
nếu ta chọn nhỏ quá thì áp suất nén trên xylanh lớn và tác dụng dẫn hướng kém. Đối
với động cơ 2 kì phần thân piston phải đủ dài để đảm bảo khi đến điểm chết trên nó
vẫn đóng kín cửa thải và cửa quét.
− Vị trí của lỗ bệ chốt piston : Trong quá
trình làm việc piston chịu lực ngang N. nếu
chốt piston đặt chính giữa chiều dài của
thân piston thì ở trạng thái tĩnh áp suất
phân bố đều nhưng khí piston chuyển
động, do lực ma sát tác dụng làm cho
piston có xu hướng xoay quanh chốt nên áp
suất của piston nén trên xylanh sẽ phân bố
không đều nữa. vì vậy người ta thường đặt
chốt piston ở vị trí cao hơn trọng tâm của
phần thân để áp suất do lực ngang N gây
nên phân bố đều hơn.


5


•
•

Thiết kế khe hở giữa piston và xylanh nằm trong giới hạn cho phép.
Làm bệ chốt piston có dạng lệch tâm để giảm lực ngang N từ đó làm giảm lực
va đập.Trong quá trình nén, khi thanh truyền đẩy piston đi lên( chiều quay của
trục khuỷu là chiều kim đồng hồ). dưới tác dụng của lực ngang N sẽ làm cho
piston tiếp xúc với xylanh ở bên phải. ở kỳ cháy- giãn nở, dưới tác dụng của
áp suất cháy, lực ngang N sinh ra hướng trái làm cho piston thay đổi chiều đột
ngột, gây va đập piston vào vách xylanh gây ra tiếng gõ.
II.3.3. hợp lực và moomen tác dụng lên cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền
Trong quá trình làm việc cơ cấu piston – thanh truyền – trục khuỷu chịu các lực sau:
- lực khí thể( lực do môi chất chịu nén và khi giãn nở sinh ra).
- lực quán tính của các chi tiết có khối lượng chuyển động (bao gồm: chuyển động
tịnh tiến và chuyển động quay).
- trọng lực.
- lực ma sát.
Trong các lực này, lực quán tính và lực khí thể có trị số lớn hơn cả nên trong quá trình
tính toán sau này người ta cũng thường chỉ xét đến 2 loại lực này.
II.3.3.1. Lực khí thể và lực quán tính
II.3.3.1.1. lực khí thể.
a. định nghĩa: lực khí thể do áp suất khí thể sinh ra tác dụng lên đỉnh piston. Từ kết quả
tính toán nhiệt, ta vẽ được đồ thị công P-V . triển khai đồ thị công P –V thành đồ thị
P-α ( quan hệ giữa áp suất P và góc quay của trục khuỷu α).
b.
Tính toán:

gọi: Pj1 = − mRω cosα là lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1.

Pj2 = −mRω2 λcos2α là lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 2.

6


Ta có:

Pj = Pj1 + Pj2

Chu kỳ của lực quán tính cấp 1 ứng với một vòng quay trục khuỷu. chu kỳ của lực
1
quán tính cấp 2 ứng với
vòng quay trục khuỷu.
2
Lực quan tính Pj luôn tác dụng trên phương đường tâm của xylanh. Khi piston ở
ĐCT lực quán tính Pj có trị số âm, chiều tác dụng hướng lên trên( chiều ly tâm đối
với tâm trục khuỷu), khi piston ở ĐCD lực quán tính Pj có trị số dương, chiều tác
dụng hướng xuống( chiều hướng vào tâm trục khuỷu).
Dấu của lực quán tính tương ứng với các giá trị của góc quay trục khuỷu α.

Trên hình 2.5 ta thấy
2
- đối với lực quán tính chuyển động tịnh tiến cấp 1: Pj1 = − mRω cosα
Trong phạm vi α = 00 + 900 và α = 2700 + 3600 lực quán tính chuyển động tịnh tiến
cấp 1 có trị số âm. Trong phạm vi α = 900 + 2700 lực quán tính chuyển động tịnh tiến
cấp 1 có trị số dương.
- đối với lực quán tính chuyển
động tịnh tiến cấp 2:


+

+

Do p1 = ptt +N nên ta cũng có:

(2 – 22)
Ptt = p1.
N = p1.tg β
Ptt cũng được phân thành lực pháp
tuyến Z và lực tiếp tuyến T với:
T = p1.
Thay thế bằng quan hệ gần đúng
(giới thiệu trong phần đọc học), ta
có:
T = p1.(sin α + .sin 2α – λ.k.cosα)

Z = p1

= p1

(2 – 23)
Momen lật: MN = N.A = N.(l.cosβ + R.cosα) = N.R
Đo độ lệch tâm: a = Rsinα – lsinβ = R

8


Nên k =


Kết luận.
Momen lật trong động cơ dung cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền lệch tâm cũng
bằng momen chính của động cơ:
M1∑ = M = T.R =p1.R.

(2 – 29)

2.3.5. Cấu tạo và làm việc của bộ chế hòa khí của động cơ xăng
−Nhờ đâu mà xăng và không khí lại được hút để hòa trộn thành hòa khí?
Nhờ sự chênh lệch áp suất ở họng khuếch tán.
Khi không khí đi từ bướm gió tới họng khuếch tán bị thắt lại làm cho vận tốc dòng
1 2
1 2
khí tăng lên áp dụng định luật becnuli ( p1 ρv1 = p 2 + ρv 2 khi tốc độ của một dòng
2
2
lưu chất (Khí, lỏng...) tăng lên, thì áp suất nội tại của nó giảm đi) không khí đi qua ống
tới họng khuếch tán tăng lên làm cho áp suất tĩnh giảm thấp hơn áp suất ở vòi phun
chính tạo nên sự chênh lệch áp suất giữa không khí trong họng khuếch tán và vòi phun
chính. Xăng qua đường xăng chính bị hút lên dưới dạng tia. Khi xăng bị phun vào
dòng khí có tốc độ cao, hoà trộn với không khí và bay hơi để tạo thành hỗn hợp khí
cháy. Lượng khí được hút phụ thuộc vào độ mở của bướm ga: bướm ga càng mở lơn
thì lượng khí đi qua càng nhiều, nghĩa là tốc độ dòng khí ở trong họng khuếch tán càng
tăng và lượng xăng bị hút vào càng lớn.
−Họng khuyếch tán thắt lại nhằm mục đích gì?
Nhằm tăng tốc độ dòng chảy và giảm áp suất làm cho xăng được xé tơi.
Nếu giảm đường kính của họng thì tỷ số (đen Ph trên đen ta pg) sẽ giảm vi sức cản
khí động tăng lên.


về mặt định lượng: Tổng hợp kết quả phiếu khảo sát như bảng sau:
Nội dung lấy ý kiến
Tốt %
Khá% TB %
Yếu %
1. Tính thiết thực đề tài
2. Giúp định hướng học tập từ môn Vật lý
3. Làm tăng mức độ khai thác kiến thức vật lý
4. Khả năng vận dụng trong học môn ĐCĐT
5. Tác dụng tích cực học tập cho SV
Việc thực hiện khảo sát điều tra với số lượng chuyên gia chưa nhiều, nên chưa thấy
hết được ưu, nhược điểm của đề tài. Cần có thời gian để thực nghiệm bằng cách cung cấp
cho sinh viên học để thấy được hiệu quả.
III.KẾT LUẬN.
Qua việc thực hiện đề tài, chúng em có được cơ hội nghiên cứu sâu hơn về kiến
thức lý thuyết cũng như thực tiễn động cơ đốt trong, giúp ôn tập lại kiến thức vật lý để trải
nghiệm trên môn học động cơ đốt trong. Đặc biệt là làm quen với phương pháp nghiên
cứu khoa học.
Đây là lần đầu chúng em tham gia nghiên cứu khoa học, với kinh nghiệm, thời
gian và năng lực còn hạn chế mặc dù rất cố gắng nhưng đề tài chắc chắn không tránh khỏi

10


những thiếu sót, rất mong các thầy cô giáo và các bạn sinh viên góp ý để đề tài được hoàn
thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
IV.TÀI LIỆU THAM KHẢO.
1. Lương Duyên Bình, (2006), Vật lý đại cương tập 1 cơ-nhiệt, Nhà xuất bản Giáo dục.
2. Lương Duyên Bình, Dư Trí Công, Nguyễn Hữu Hồ, (2010), Vật lý đại cương tập 2