Giáo án Bài 20. Các hệ thống trong động cơ đốt trong

Huy động kiến thức nền về các hệ thống phụ trợ của động cơ và xác định vấn đề: vì sao khi có cảnh báo nhiệt độ cao, người lái không được xử lí theo cảm tính.

GV chiếu hình bảng đồng hồ giả định có đèn cảnh báo nhiệt độ cao khi xe đang chạy. HS trả lời câu hỏi: (1) Động cơ cần những hệ thống nào để làm việc liên tục? (2) Đèn nhiệt độ liên quan đến hệ thống nào? (3) Nếu đèn sáng khi xe đang chạy, có nên mở nắp nước nóng ngay để thêm nước không? Vì sao?

Hệ hoạt động cần: bôi trơn, làm mát, nhiên liệu, khởi động, đánh lửa (với xăng) và xử lí khí thải. Đèn nhiệt độ cao liên quan đến hệ làm mát. Không mở nắp khi hệ thống đang nóng vì chất lỏng và hơi nóng có thể gây bỏng; cảnh báo không chỉ là thiếu nước. Vấn đề cần giải quyết: hiểu chức năng từng hệ thống và cách xử lí an toàn khi có cảnh báo.

Giải thích được chức năng, cấu tạo cơ bản và nguyên lí của hệ bôi trơn, hệ làm mát và hệ khởi động điện; phân biệt làm mát bằng chất lỏng với làm mát bằng không khí.

Nhóm chuyên gia: 3 nhóm, mỗi nhóm nghiên cứu một hệ thống theo Phiếu học tập số 1.

• Nhóm Bôi trơn: bôi trơn cưỡng bức thông dụng gồm bơm, lọc và đường dầu. Câu hỏi: Vì sao mức dầu đúng chưa đủ chứng minh hệ bôi trơn hoạt động tốt?
• Nhóm Làm mát: làm mát bằng chất lỏng (áo nước, bơm, bộ tản nhiệt, điều khiển nhiệt) và làm mát bằng không khí (bề mặt tản nhiệt, luồng không khí). Câu hỏi: Vì sao không phải làm động cơ càng lạnh càng tốt?
• Nhóm Khởi động: khởi động điện dùng ắc quy và mô tơ qua cơ cấu truyền để quay trục khuỷu, tách ra khi động cơ tự làm việc. Câu hỏi: Vì sao cần tách mô tơ khi động cơ đã tự làm việc?

Kiến thức HS rút ra:

• Bôi trơn: cấp dầu bôi trơn để giảm ma sát và hỗ trợ bảo vệ bề mặt; mức dầu đúng chưa đủ chứng minh bơm, lọc, đường dầu hoạt động tốt.
• Làm mát: chất lỏng truyền nhiệt từ thành xi lanh tới bộ tản nhiệt; làm mát không khí dựa vào bề mặt tản nhiệt và luồng không khí; động cơ cần nhiệt độ trong phạm vi phù hợp, không phải càng lạnh càng tốt.
• Khởi động: ắc quy và mô tơ quay trục khuỷu, cơ cấu truyền ghép mô tơ với động cơ; tách ra khi động cơ tự làm việc.
  So sánh: làm mát bằng chất lỏng có áo nước và bơm; làm mát bằng không khí không có áo nước, dựa vào cánh tản nhiệt và luồng khí.

Phân biệt được hệ nhiên liệu xăng (chế hòa khí, phun xăng), hệ nhiên liệu Diesel và hệ đánh lửa xăng; giải thích được vì sao không coi mọi động cơ xăng đều có bộ chế hòa khí.

Thảo luận nhóm theo kĩ thuật khăn trải bàn. Mỗi nhóm hoàn thành phần nhiệm vụ trong Phiếu học tập số 1 (phần Nhiên liệu và đánh lửa) và trả lời:

• Ở sơ đồ chế hòa khí, dòng khí qua họng khuếch tán tạo chênh áp với mục đích gì?
• Vì sao không nên coi mọi động cơ xăng hiện đại đều có bộ chế hòa khí?
• Hệ Diesel khác hệ xăng ở điểm nào về không khí và cách đưa nhiên liệu vào?
• Hệ đánh lửa xăng gồm những thành phần nào và tạo tia lửa ở đâu?

Kiến thức HS rút ra:

• Hệ nhiên liệu xăng: có thể dùng bộ chế hòa khí hoặc phun xăng; mục tiêu là cung cấp nhiên liệu hoặc hòa khí phù hợp với chế độ làm việc. Ở chế hòa khí, dòng khí qua họng khuếch tán tạo chênh áp hỗ trợ đưa nhiên liệu vào hòa trộn.
• Hệ Diesel: cung cấp không khí và đưa nhiên liệu áp suất cao vào đúng lúc theo thiết kế; khác với nạp hòa khí xăng.
• Hệ đánh lửa xăng: tạo tia lửa đúng thời điểm ở bugi; gồm nguồn điện, bộ điều khiển hoặc biến đổi và bộ phân phối tùy kiểu.
• Diesel thông dụng không dùng tia lửa theo cách đánh lửa xăng.
  Kết luận: không áp một sơ đồ nhiên liệu cho mọi động cơ.

Giải thích được vai trò của EGR, DOC, DPF và bộ xúc tác ba thành phần; nêu được giới hạn của xử lí khí thải và lí do không được nổ máy trong phòng kín.

HS làm việc theo cặp đôi với sơ đồ xử lí khí thải Diesel và xăng do GV chuẩn bị. Trả lời các câu hỏi:

• EGR hồi lưu phần khí thải nào và hỗ trợ giảm chất ô nhiễm nào?
• DOC hỗ trợ oxy hóa những chất nào?
• DPF giữ thành phần nào? Vì sao cần quản lí tái sinh theo hệ thống?
• Bộ xúc tác ba thành phần trên xăng hỗ trợ giảm những chất nào, và trong điều kiện nào?
• Các công nghệ này có loại được hoàn toàn khí độc hay CO2 không?

Kiến thức HS rút ra:

• EGR: hồi lưu một phần khí thải để hỗ trợ giảm hình thành NOx trong điều kiện thiết kế.
• DOC: hỗ trợ oxy hóa CO và hydrocarbon.
• DPF: giữ hạt; cần quản lí tái sinh theo hệ thống, không tự tháo hay vô hiệu hóa.
• Bộ xúc tác ba thành phần (xăng): hỗ trợ giảm CO, hydrocarbon và NOx khi làm việc trong điều kiện phù hợp.
  Giới hạn: các công nghệ không loại mọi khí độc và CO2; khí thải vẫn nguy hiểm, không cho phép nổ máy trong phòng kín.

Củng cố khái niệm Bôi trơn, Làm mát, Khởi động và thứ tự xử lí hồ sơ cảnh báo.

HS làm nhanh bốn bài tập sau:

• Bài 1: Chọn mô tả đúng của “Bôi trơn”: A. Duy trì nhiệt độ động cơ trong phạm vi phù hợp; B. Cấp chất bôi trơn để giảm ma sát và hỗ trợ bảo vệ bề mặt; C. Cung cấp tác động ban đầu để động cơ bắt đầu tự làm việc.
• Bài 2: Ghép khái niệm với vai trò: Bôi trơn, Làm mát, Khởi động.
• Bài 4: Điền thuật ngữ phù hợp vào chỗ trống: “Cung cấp tác động ban đầu để động cơ bắt đầu tự làm việc. Đó là {{1}}.”
• Bài 5: Sắp xếp quy trình xử lí hồ sơ học tập theo thứ tự trước – sau (Phiếu học tập số 2, phần A).

Đáp án:

• Bài 1: B (Bôi trơn: cấp chất bôi trơn để giảm ma sát và hỗ trợ bảo vệ bề mặt; A thuộc Làm mát, C thuộc Khởi động).
• Bài 2: Bôi trơn – cấp chất bôi trơn để giảm ma sát và hỗ trợ bảo vệ bề mặt; Làm mát – duy trì nhiệt độ động cơ trong phạm vi phù hợp; Khởi động – cung cấp tác động ban đầu để động cơ bắt đầu tự làm việc.
• Bài 4: Khởi động.
• Bài 5: Đọc loại cảnh báo trong hồ sơ → Đối chiếu hệ thống liên quan → Chọn dừng an toàn theo hướng dẫn → Chuyển người chuyên môn kiểm tra và ghi hồ sơ.

Vận dụng kiến thức để tính hiệu suất, nhận xét đúng sai các phát biểu về khí thải, nhiên liệu và an toàn.

HS làm bốn bài tập:

• Bài 3: Có bộ xử lí khí thải thì có thể nổ máy trong phòng đóng kín. Đúng hay sai?
• Bài 6: Động cơ mô hình nhận 80 kJ; cơ năng có ích 24 kJ. Hiệu suất bao nhiêu phần trăm?
• Bài 7: Chọn hai kết luận có căn cứ: A. Khí thải vẫn nguy hiểm; không chạy động cơ trong không gian kín dù có xử lí khí thải. B. Có bộ xử lí khí thải thì có thể nổ máy trong phòng đóng kín. C. Làm mát: duy trì nhiệt độ động cơ trong phạm vi phù hợp.
• Bài 10: Mọi động cơ xăng hiện đại bắt buộc dùng bộ chế hòa khí; động cơ Diesel cũng nạp hòa khí tạo sẵn. Đúng hay sai?

Đáp án:

• Bài 3: Sai. Khí thải vẫn nguy hiểm; không chạy động cơ trong không gian kín dù có xử lí khí thải.
• Bài 6: $\dfrac{24}{80}\times 100\% = 30\%$; đáp số 30 %. Phần còn lại là nhiệt thải và tổn hao.
• Bài 7: A và C. Ý B sai vì suy luận vượt điều kiện an toàn.
• Bài 10: Sai. Xăng có thể dùng phun xăng thay bộ chế hòa khí; Diesel thông dụng nén không khí rồi phun nhiên liệu vào để tự cháy.

Lập được kết luận và sản phẩm hồ sơ cho tình huống giả định; đánh giá hành động định mở nắp nước nóng và đề xuất hành động an toàn.

Tình huống (giả định, không thao tác vật lí): Hồ sơ xe đang chạy ghi cảnh báo nhiệt độ cao. Người lái định mở ngay nắp nước nóng để thêm nước. HS hoàn thành Phiếu học tập số 2, phần B: (1) Đánh giá hành động định mở nắp và nêu bằng chứng; (2) Nêu giới hạn an toàn; (3) Đề xuất các bước xử lí và người cần gọi hỗ trợ.

Kết luận mẫu: Không nên mở nắp khi hệ thống đang nóng. Áp suất và chất lỏng nóng có thể gây bỏng; cảnh báo không phải chỉ thiếu nước.
Bằng chứng: cảnh báo liên quan đến hệ làm mát; động cơ cần nhiệt độ phù hợp.
Giới hạn: không xử lí nắp, quạt, dây đai, nhiên liệu hoặc điện của xe thật.
Các bước: dừng xe ở nơi an toàn theo hướng dẫn của nhà sản xuất; gọi người hỗ trợ xác minh nguyên nhân; chuyển người chuyên môn kiểm tra và ghi hồ sơ.