Động cơ ô tô: Phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Động cơ ô tô được xem như là “trái tim” của mỗi chiếc xe, đồng thời nó là một trong những bộ phận có cấu tạo và hoạt động phức tạp nhất trên xe.

Đa phần việc bảo dưỡng và sửa chữa động cơ xe hơi sẽ là những hạng mục mà bạn phải làm thường xuyên nhất và nhiều hơn bất kỳ các chi tiết nào khác trên xe. Bài viết sau đây, hãy cùng garage 911 chúng tôi tìm hiểu thông tin cơ bản về chúng, để bạn có thể hiểu và có những kiến thức tốt để bảo vệ chúng.

I. Động cơ ô tô là gì?

Động cơ (Engine) hay còn được gọi với tên máy ô tô là bộ phận được dùng để chuyển hóa năng lượng (xăng hoặc dầu) thành động năng.

Về cơ bản, chúng có thể được hia thành hai loại chính, đó là loại động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài (cũ). Mỗi loại động cơ sẽ lại được chia thành nhiều loại nhỏ khác nhau và sở hữu những ưu/nhược điểm riêng.

Các loại động cơ đốt trong hiện nay có thể kể tới như động cơ xăng, động cơ dầu, động cơ 2 kỳ, động cơ xoay, động cơ tuabin khí… Động cơ đốt ngoài có thể kể tới hai điện diện chính là động cơ hơi nước và Stirling.

Nhờ sở hữu kích thước nhỏ gọn, nhẹ và hiệu suất hoạt động cao hơn, nên loại động cơ đốt trong ngày càng được sử dụng rộng rãi và áp dụng lên nhiều phương tiện chính hiện nay như xe hơi và xe máy.

II. Điểm chung cấu tạo của động cơ xe

Hiện tại, có 4 loại động cơ được áp dụng trên xe hơi, đó là:

Động cơ xăng
Động cơ Diesel/Dầu
Động cơ điện
Động cơ lai/Hybrid

Ở bài viết này, các bạn sẽ cùng 911 garage tìm hiểu về 2 loại động cơ được sử dụng phổ biến nhất hiện nay đó là động cơ xăng và động cơ dầu diesel. Động cơ điện và Hybrid sẽ được giới thiệu ở các bài sau.

Điểm chung cấu tạo của động cơ xe

Các bộ phận chính cấu tạo nên động cơ đó là xylanh, với pittong di chuyển lên xuống bên trong lòng xylanh. Phần lớn các loại động cơ ô tô đều được trang bị nhiều hơn 1 xylanh, thông thường là 4 – 6 – 8 xylanh. Còn đối với những mẫu xe thể thao hiệu suất cao, thì số xylanh có thể lên đến 12 hoặc 16.

Với động cơ nhiều xylanh, chúng được sắp xếp theo một trong những cách sau: thành hình chữ V (xylanh hình chữ V), thành một hàng dọc (xylanh thẳng hàng), xylanh xếp đối xứng nhau nằm ngang (xylanh đối đỉnh).

Một động cơ thường sẽ được cấu tạo bởi 6 bộ phận sau:

1. Bugi

Bugi là một bộ phận không thể thiếu trên động cơ ô tô! ở động cơ xăng, chúng nó có nhiệm vụ tao ra tia lửa điện nhằm đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu bên trong thành xylanh. Ngoài ra, tia lửa điện cần phải được sinh ra đúng thời điểm của cuối kỳ nén, để có thể tạo ra hiệu suất tối đa.

Ở động cơ Diesel sẽ có bugi xông (sấy) – chúng không giống với bugi đánh lửa mà nhiệm vụ của chúng là tạo ra nhiệt lượng cần thiết ban đầu để giúp động cơ dầu có thể cháy (nhất là đối với khi trời mùa đông).

2. Kim phun nhiên liệu

Là bộ phận đưa nhiên liệu từ bình chứa vào xilanh, chúng phải đảm bảo được việc phun đúng/ đủ áp suất và tơi, để quá trình nén/ cháy được diễn ra hoàn hảo nhất.

3. Van (xupap)

Trên từng xilanh, van xả/hút - đóng/mở đúng thời điểm để cung cấp nhiên liệu, cũng như giúp khí thải thoát ra ngoài. Trong kỳ nén và đốt, thì các van này được đóng kín. Các van này hoạt động thông qua hệ thống trụm cam.

4. Piston – xilanh

Là nơi để môi chất thực hiện quá trình sinh công, cũng như trực tiếp truyền năng lượng làm quay trục khủy. Trên piston có những xéc măng kết hợp với lòng xilanh để làm kín môi trường cháy, nhằm tạo ra một năng lượng cao nhất.

5. Trục cam

Trên trục cam có các mấu cam, khi các mấu cam quay sẽ đẩy van xuống khiến van mở ra. Có hai loại trụm cam, đó là trục cam đơn và trục cam kép. Trục cam đơn có chức năng điều khiển sự đóng/mở của cả van hút và xả. Còn trục cam kép có hai trục cam điều khiển riêng biệt van hút và van xả.

6. Trục khuỷu

Trục khuỷu (hay còn được gọi là tay dên, trục cơ) được sử dụng để biến đổi chuyển động tịnh tiến của pittong thành chuyển động quay tương tự như trục ở bộ bánh vít – trục vít.

Ngoài ra, trên động cơ còn rất nhiều những chi tiết khác mà chúng ta có thể kể đến: thân máy, bánh đà, các dây cura/xích, các cảm biến, hệ thống điện, hộp điều khiển ECU, bơm… kết hợp lại để tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh.

Một động cơ thường sẽ được cấu tạo bởi 6 bộ phận sau

III. Nguyên lý hoạt động của động cơ

Khi sử dụng một lượng nhỏ nhiên liệu có năng lượng cao như xăng hoặc dầu diesel, ở trong một không gian kín nhỏ và đốt cháy nó, một lượng năng lượng lớn sẽ được sinh ra thông qua sức ép không khí giãn nở.

Động cơ ô tô đốt trong áp dụng nguyên lý này cùng với một chu trình khép kín, các vụ nổ xảy ra liên tục bên trong lòng xylanh động cơ. Hỗn hợp hòa khí sẽ được đốt trong xilanh của động cơ đốt trong, làm cho khí đốt giãn nở tạo nên áp suất tác dụng lên một piston (pít-tông) đẩy piston này di chuyển đi.

Phần lớn tất cả các mẫu xe ô tô ngày nay, đều chỉ sử dụng một động cơ với chu kỳ 4 thì để chuyển đổi nhiên liệu thành năng lượng chuyển động, hay còn gọi là động cơ 4 thì. Các thì bao gồm: nạp, nén, đốt (nổ, sinh công) và xả.

#Kỳ nạp:

Ở kỳ thứ nhất (Nạp: van nạp mở, van xả đóng), hỗn hợp hòa khí được “nạp” vào xilanh trong lúc pittong chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD.

#Kỳ nén:

Ở kỳ thứ hai (Nén: cả van nạp và xả đều đóng), pittong nén hỗn hợp khí và nhiên liệu trong xi lanh khi chuyển động từ ĐCD lên ĐCT. Ở cuối kỳ hai (pittong tại ĐCT), hỗn hợp hòa khí được đốt trong động cơ xăng bằng bộ phận đánh lửa gọi là bugi, trong động cơ diesel sẽ là tự bốc cháy.

#Kỳ nổ:

Ở kỳ thứ ba (Sinh công: các van vẫn đang đóng), hỗn hợp hòa khí được đốt cháy. Bởi vì nhiệt độ tăng khiến áp suất của hỗn hợp khí tăng và làm cho pittong chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD. Chuyển động tịnh tiến này của pittong được chuyển bằng thanh truyền (tay biên) đến trục khuỷu và được biến đổi thành chuyển động quay.

#Kỳ xả:

Tại kỳ thứ tư (Xả: van nạp đóng và van xả mở), pittong chuyển động từ ĐCD lên ĐCT, đẩy khí từ trong xi lanh qua ống xả (ống bô) và thải ra môi trường.

Nguyên lý hoạt động của động cơ

IV. Tại sao động cơ tăng áp ngày càng được áp dụng phổ biến?

Mang tới hiệu quả cao trong việc gia tăng công suất, đồng thời vừa tiết kiệm nhiên liệu mà lại đáp ứng được các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về khí thải, vậy nên động cơ ô tô tăng áp ngày càng được áp dụng phổ biến hơn trên các mẫu xe hơi hiện nay.

Ngoài ra, chuyển động của pittong trong kỳ thứ nhất, hai và bốn là nhờ vào năng lượng được tích trữ bởi bánh đà gắn ở trục khuỷu ở kỳ thứ ba (sinh công). Nên một động cơ bốn kỳ có góc đánh lửa là 720^o tính theo góc quay của trục khuỷu.

Nghĩa là khi trục khuỷu quay 2 vòng thì chỉ cần một lần đánh lửa. Có thêm nhiều xilanh thì góc đánh lửa sẽ càng nhỏ đi, năng lượng đốt được đưa vào nhiều hơn trong hai vòng quay của trục khuỷu sẽ giúp động cơ chạy êm hơn.

Việc thay thế khí thải bằng hỗn hợp khí mới được điều khiển bằng trục cam. Trục này được gắn liền với trục khuỷu, quay có giảm tốc 1:2, đóng/mở các van được điều chỉnh sao cho van nạp và xả được mở cùng một thời điểm trong một khoảng thời gian ngắn.

Từ đó, khí thải thoát ra với vận tốc cao sẽ hút khí mới vào buồng đốt nhằm nạp khí mới vào xilanh tốt hơn và tăng áp suất đốt.

Tại sao động cơ tăng áp ngày càng được áp dụng phổ biến?

Trên đây là một số thông tin về động cơ ô tô. Hy vọng qua bài viết, bạn đọc đã có thêm những thông tin hữu ích dành cho bản thân. Chúc các bạn lái xe an toàn!

> Có thể bạn quan tâm: thông tin về tổng quan hệ thống điện xe ô tô