Giáo án Bài 17. Đại cương về động cơ đốt trong

HS huy động kiến thức sẵn có về các phương tiện chạy bằng nhiên liệu và nhận ra vấn đề cần tìm hiểu: nhiên liệu cháy ở đâu để tạo cơ năng.

GV chiếu hình ảnh xe máy, ô tô tải và máy phát điện chạy xăng hoặc dầu Diesel. GV đặt câu hỏi: (1) Các phương tiện này lấy cơ năng từ đâu? (2) Nhiên liệu cháy ở bên trong hay bên ngoài máy? (3) Hai loại máy «xăng» và «dầu Diesel» khác nhau ở điểm nào mà người ta thường nhắc đến?

HS nêu được nhận định ban đầu: cơ năng được tạo ra từ quá trình cháy nhiên liệu ngay bên trong máy; hai loại máy khác nhau ở cách nhiên liệu được đốt cháy. GV ghi các ý kiến lên bảng để làm căn cứ cho hoạt động sau.

HS nêu được khái niệm động cơ đốt trong, động cơ xăng, động cơ Diesel; phân biệt hai loại theo cơ chế gây cháy và nêu được các tiêu chí phân loại.

HS làm việc nhóm 4 người với Phiếu học tập số 1. Nhiệm vụ: (a) Đọc mục khái niệm trong sách hoặc trang bài học NeoEdu, ghi định nghĩa của ba thuật ngữ bằng lời của nhóm. (b) Hoàn thành bảng so sánh động cơ xăng và động cơ Diesel theo cách gây cháy. (c) Liệt kê năm tiêu chí phân loại động cơ đốt trong. Câu hỏi GV đặt ra: «Động cơ đốt trong khác với động cơ đốt ngoài ở điểm nào?»; «Nếu chỉ nhìn hình dáng vỏ máy, có thể khẳng định được loại động cơ không? Vì sao?»

Kết luận của nhóm gồm: Động cơ đốt trong là động cơ có quá trình cháy nhiên liệu trong không gian làm việc. Động cơ xăng là động cơ thông dụng dùng đánh lửa cưỡng bức cho hòa khí. Động cơ Diesel là động cơ nén không khí rồi phun nhiên liệu để tự cháy. Bảng so sánh: Động cơ xăng – hòa khí được đánh lửa bằng tia lửa điện; Động cơ Diesel – không khí được nén, nhiên liệu phun vào cuối kì nén và tự cháy. Tiêu chí phân loại: nhiên liệu, cách đánh lửa, số kì, số xi lanh, cách làm mát. Dấu hiệu phân biệt là cơ chế gây cháy, không phải hình dáng vỏ máy.

HS mô tả được cấu tạo chung của động cơ piston, phân biệt cơ cấu chuyển động với các hệ thống phụ trợ và trình bày được chu trình công tác, giải thích khái niệm số kì.

GV dùng sơ đồ cấu tạo và sơ đồ chu trình công tác. HS làm việc cặp đôi: (a) Gọi tên các bộ phận chính: xi lanh, piston, thanh truyền, trục khuỷu. (b) Chia các bộ phận thành hai nhóm: cơ cấu chuyển động và hệ thống phụ trợ (cung cấp nhiên liệu, bôi trơn, làm mát, khởi động). (c) Sắp xếp bốn quá trình của chu trình: nạp, nén, cháy–giãn nở, thải. Câu hỏi GV đặt ra: «Số kì của động cơ có phải là số xi lanh không? Vì sao?»; «Piston đi được bao nhiêu hành trình để hoàn thành một chu trình?». Lưu ý an toàn: chỉ quan sát sơ đồ hoặc máy cắt bổ đã cô lập; không nổ máy trong nhà, không chạm bộ phận nóng.

Cấu tạo chung: xi lanh, piston, thanh truyền và trục khuỷu tạo thành cơ cấu chuyển động; hệ thống cung cấp nhiên liệu, bôi trơn, làm mát và khởi động là hệ thống phụ trợ. Chu trình công tác gồm bốn quá trình theo thứ tự: nạp – nén – cháy–giãn nở – thải. Số kì là số hành trình piston hoàn thành chu trình, không phải số xi lanh. Động cơ thải nhiệt, khí và tiếng ồn ra môi trường.

HS vận dụng khái niệm, phân biệt hai loại động cơ, sắp xếp quy trình và tính hiệu suất trong các tình huống cụ thể.

HS làm việc theo cặp đôi, lần lượt trả lời các câu: (1) Trong đại cương về động cơ đốt trong, mô tả nào giải thích chính xác «Động cơ đốt trong»? A. Động cơ thông dụng dùng đánh lửa cưỡng bức cho hòa khí; B. Động cơ có quá trình cháy nhiên liệu trong không gian làm việc; C. Động cơ nén không khí rồi phun nhiên liệu để tự cháy. (2) Ghép từng khái niệm với vai trò riêng: Động cơ đốt trong, Động cơ xăng, Động cơ Diesel. (3) Động cơ Diesel thông dụng phải có bugi đánh lửa giống động cơ xăng mới sinh công. Đúng hay sai? (4) Chọn thuật ngữ phù hợp với mô tả «Động cơ nén không khí rồi phun nhiên liệu để tự cháy». (5) Sắp xếp các bước xử lí hồ sơ học tập theo quan hệ trước–sau: đọc mô tả nguồn nhiên liệu; xác định cơ chế gây cháy; phân loại số kì từ chu trình; liệt kê hệ thống phục vụ và giới hạn an toàn. (6) Năng lượng nhiên liệu cấp mô hình là 100 kJ, cơ năng có ích là 32 kJ. Hiệu suất bằng bao nhiêu phần trăm? (7) Chọn đúng hai kết luận có căn cứ: A. Diesel tự cháy nhờ điều kiện không khí sau nén; bugi sấy nếu có không đồng nghĩa bugi đánh lửa. B. Động cơ Diesel thông dụng phải có bugi đánh lửa giống động cơ xăng mới sinh công. C. Động cơ xăng dùng đánh lửa cưỡng bức cho hòa khí.

Đáp án: (1) B. (2) Động cơ đốt trong – có quá trình cháy nhiên liệu trong không gian làm việc; Động cơ xăng – dùng đánh lửa cưỡng bức cho hòa khí; Động cơ Diesel – nén không khí rồi phun nhiên liệu để tự cháy. (3) Sai, vì Diesel tự cháy nhờ điều kiện không khí sau nén; bugi sấy nếu có không đồng nghĩa bugi đánh lửa. (4) Động cơ Diesel. (5) Đọc mô tả nguồn nhiên liệu → Xác định cơ chế gây cháy → Phân loại số kì từ chu trình → Liệt kê hệ thống phục vụ và giới hạn an toàn; bước sau dựa vào thông tin của bước trước. (6) $\dfrac{32}{100} \times 100\% = 32\%$; phần năng lượng còn lại là tổn hao. (7) Đáp án A và C; ý B sai vì suy luận vượt điều kiện.

HS vận dụng tiêu chí phân loại để đưa ra kết luận có căn cứ cho hồ sơ giả định, đồng thời nêu được giới hạn của kết luận và các quy định an toàn.

HS làm việc cá nhân với Phiếu học tập số 2 (hồ sơ giả định, không yêu cầu thực hiện thao tác vật lí). Đề: Hồ sơ A ghi nén không khí, phun nhiên liệu cuối kì nén, tự cháy; hồ sơ B ghi hòa khí và tia lửa. Hãy phân loại từng hồ sơ, nêu dấu hiệu phân biệt, và trình bày kết luận, bằng chứng và giới hạn. Câu hỏi GV đặt ra: «Có thể suy ra số xi lanh hay số kì từ hồ sơ này không? Vì sao?»; «Nếu muốn kiểm tra thực tế, em cần làm gì để đảm bảo an toàn?».

Hồ sơ A là động cơ Diesel; hồ sơ B là động cơ xăng thông dụng. Dấu hiệu phân biệt là cơ chế gây cháy (nén không khí và phun nhiên liệu để tự cháy so với hòa khí và đánh lửa bằng tia lửa), không phải hình dáng vỏ máy. Không suy được số xi lanh hay số kì vì hồ sơ chưa có dữ liệu. Giới hạn an toàn: chỉ phân tích hồ sơ; không thử nhiên liệu, không nổ máy trong nhà, không chạm bộ phận nóng.