Giáo án Bài 19. Các cơ cấu trong động cơ đốt trong

Kích hoạt kiến thức nền về chuyển động của động cơ đốt trong và xác định nhiệm vụ học tập của bài; HS nhận ra cần phân biệt các bộ phận có chức năng khác nhau.

GV đưa ra hình ảnh sơ đồ cắt động cơ bốn kì và đặt câu hỏi: (1) Bộ phận nào trong xi lanh chuyển động lên xuống khi có lực khí tác động? (2) Bộ phận nào nối piston với trục khuỷu? (3) Bộ phận nào quyết định thời điểm mở và đóng van nạp, van thải? HS thảo luận theo cặp đôi trong 3 phút, ghi câu trả lời vào vở; sau đó GV nêu nhiệm vụ học tập: phân biệt ba bộ phận và hiểu cách chúng phối hợp trong chu trình.

• Câu trả lời dự kiến: (1) Piston; (2) Thanh truyền; (3) Cơ cấu phân phối khí.
• HS nêu được mục tiêu của bài: phân biệt piston, thanh truyền, cơ cấu phân phối khí và hiểu vai trò phối hợp của chúng.

Giải thích được vai trò của piston, thanh truyền và trục khuỷu; mô tả được chuỗi biến đổi chuyển động và vận dụng công thức $S = 2R$.

HS làm việc nhóm 4 với Phiếu học tập số 1. Nhóm dùng mô hình tĩnh đã cô lập, đánh dấu đường truyền lực từ piston qua thanh truyền tới trục khuỷu bằng bút màu; không quay tay mô hình. Nhóm đọc ví dụ: bán kính khuỷu 35 mm, tính hành trình piston. HS có thể tham khảo ví dụ và phần lí thuyết trên trang bài học NeoEdu.

• Sơ đồ chuỗi chuyển đổi hoàn chỉnh: Áp lực khí → piston chuyển động tịnh tiến → thanh truyền truyền lực → trục khuỷu quay (và ngược lại trong chu trình).
• Phân biệt: piston nhận lực khí; thanh truyền truyền lực giữa piston và trục khuỷu; trục khuỷu nhận mômen và phối hợp với bánh đà.
• Vỏ máy, thân máy, nắp máy là kết cấu tạo khung, không phải bộ phận chuyển động.
• Ví dụ: $S = 2R = 2 \times 35 = 70$ mm.

Giải thích được chức năng của cơ cấu phân phối khí, vai trò của trục cam, bộ truyền phối khí và lò xo; vận dụng quan hệ tốc độ trục cam với trục khuỷu trong động cơ bốn kì.

HS làm việc cặp đôi với Phiếu học tập số 2. Cặp đôi đọc sơ đồ phân phối khí trong tranh và trang bài học NeoEdu, đánh dấu trên sơ đồ tĩnh đường đi từ trục cam qua bộ truyền phối khí đến xupáp; xác định lò xo giúp đóng van. Cặp đôi tính tốc độ trục cam khi trục khuỷu quay 3000 vòng/phút (ví dụ trong bài) và giải thích lí do.

• Cơ cấu phân phối khí điều khiển thời điểm nạp và thải.
• Trục cam và bộ truyền phối khí tác động mở van; lò xo giúp đóng van; bố trí cụ thể có thể khác nhau giữa các động cơ.
• Ở động cơ bốn kì dùng trục cam thông dụng, trục cam thường quay bằng $\dfrac{1}{2}$ tốc độ trục khuỷu: $3000 : 2 = 1500$ vòng/phút, vì mỗi chu trình cần hai vòng trục khuỷu để mỗi van thực hiện đúng một chu kì.
• Không tự căn chỉnh phối khí từ sơ đồ lớp học.

Củng cố phân biệt piston, thanh truyền, cơ cấu phân phối khí; vận dụng công thức hành trình và quan hệ tốc độ trục cam; lập kết luận có căn cứ cho tình huống hồ sơ giả định.

Bài luyện tập gồm 8 câu: (1) Chọn mô tả đúng cho «Piston»; (2) Ghép ba khái niệm với vai trò; (3) Nhận định trục cam quay nhanh gấp đôi trục khuỷu; (4) Điền thuật ngữ vào chỗ trống; (5) Sắp xếp quy trình hồ sơ học tập; (6) Tính hành trình piston khi bán kính khuỷu 35 mm; (7) Chọn hai kết luận có căn cứ; (8) Tình huống động cơ bốn kì trục khuỷu 3000 vòng/phút, nêu tốc độ trục cam và chức năng hai cơ cấu, trình bày kết luận, bằng chứng và giới hạn an toàn. Cá nhân làm câu 1–4 trong 5 phút, cặp đôi làm câu 5–7 trong 10 phút, cả lớp hoàn thành câu 8 trong 10 phút. Có thể dùng bài tập tương tác trên trang NeoEdu để tự kiểm tra.

Đáp án:

• Câu 1: B (Piston là bộ phận chuyển động tịnh tiến nhận lực khí trong xi lanh).
• Câu 2: Piston – bộ phận chuyển động tịnh tiến nhận lực khí; Thanh truyền – bộ phận nối piston với trục khuỷu và truyền lực; Cơ cấu phân phối khí – cơ cấu điều khiển quá trình nạp và thải đúng thời điểm.
• Câu 3: Sai. Trục cam thường quay bằng một nửa trục khuỷu vì chu trình kéo dài hai vòng trục khuỷu.
• Câu 4: Cơ cấu phân phối khí.
• Câu 5: Nhận diện piston trên mô hình tĩnh → theo đường truyền qua thanh truyền → xác định chuyển động quay trục khuỷu → đối chiếu cơ cấu phân phối khí với chu trình.
• Câu 6: $S = 2R = 2 \times 35 = 70$ mm.
• Câu 7: A và C (A: trục cam quay bằng một nửa trục khuỷu vì chu trình hai vòng; C: định nghĩa thanh truyền đúng). B sai vì suy luận vượt điều kiện.
• Câu 8: Trục cam thường quay $3000 : 2 = 1500$ vòng/phút vì mỗi chu trình cần hai vòng trục khuỷu; trục khuỷu–thanh truyền biến đổi chuyển động tịnh tiến thành quay; cơ cấu phân phối khí điều khiển nạp và thải đúng lúc. Giới hạn an toàn: hồ sơ giả định, không thao tác vật lí, không tự căn chỉnh phối khí.
  Thang điểm câu 8 (tối đa 1 điểm): mỗi tiêu chí 0,25 điểm; đủ nội dung đạt 0,25 điểm; đúng nhưng thiếu căn cứ hoặc chi tiết đạt 0,125 điểm; sai hoặc thiếu đạt 0 điểm.

Vận dụng kiến thức về cơ cấu trục khuỷu–thanh truyền và cơ cấu phân phối khí để lập hồ sơ kĩ thuật giả định, nêu kết luận có căn cứ và giới hạn an toàn; rèn kĩ năng trình bày ngắn gọn bằng thuật ngữ kĩ thuật.

Tình huống: Một xưởng sửa chữa nhận hồ sơ kĩ thuật của động cơ bốn kì có trục khuỷu quay 3000 vòng/phút. Mỗi nhóm lập một hồ sơ gồm: (1) tốc độ trục cam và căn cứ tính toán; (2) chức năng của cơ cấu trục khuỷu–thanh truyền; (3) chức năng của cơ cấu phân phối khí; (4) giới hạn an toàn khi xử lí hồ sơ (không tự căn chỉnh, không quay thử động cơ thật). Nhóm trình bày hồ sơ trên bảng nhóm mini, sau đó chọn một bạn trình bày trước lớp.

Hồ sơ mẫu:

• Tốc độ trục cam: $3000 : 2 = 1500$ vòng/phút, vì mỗi chu trình bốn kì cần hai vòng trục khuỷu.
• Cơ cấu trục khuỷu–thanh truyền: piston nhận lực khí và chuyển động tịnh tiến; thanh truyền truyền lực; trục khuỷu quay và nhận mômen. Hành trình piston bằng $2R$.
• Cơ cấu phân phối khí: trục cam và bộ truyền phối khí mở van; lò xo giúp đóng van; điều khiển nạp và thải đúng thời điểm.
• Giới hạn an toàn: hồ sơ giả định, không thực hiện thao tác vật lí; mọi căn chỉnh phải theo hướng dẫn chuyên môn; sai phối khí có thể gây mất công suất hoặc va chạm.