Nếu bạn quan tâm đến ô tô hoặc các thiết bị máy móc, chắc chắn bạn đã từng nghe đến thuật ngữ "động cơ đốt trong". Nhưng bạn có biết động cơ này hoạt động như thế nào và ứng dụng trong xe ô tô ra sao? Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về động cơ đốt trong, cấu tạo và ứng dụng của nó trong xe ô tô.
Động cơ đốt trong là gì?
Động cơ đốt trong (internal combustion engine - ICE) là một loại động cơ nhiệt hoạt động bằng cách đốt cháy nhiên liệu trong một buồng đốt bên trong máy móc hay phương tiện. Quá trình đốt cháy này chuyển đổi nhiệt năng thành công năng và tạo ra lực tác động lên các thành phần của động cơ như piston, cánh quạt, cánh turbine... Lực tác động này giúp máy móc vận hành hoặc phương tiện di chuyển trên một quãng đường nhất định.
Động cơ đốt trong thường sử dụng nhiên liệu như xăng, dầu diesel và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều loại máy móc và các loại phương tiện như ô tô, tàu thủy, máy bay... Cùng với những ứng dụng đa dạng này, động cơ đốt trong còn được gọi là "động cơ sinh công năng" và đã trở thành một phần quan trọng của cuộc sống hiện đại.
Cấu tạo động cơ đốt trong
Mặc dù có nhiều loại động cơ đốt trong, nhưng cấu tạo cơ bản của chúng đều bao gồm 2 cơ cấu và 4 hệ thống.
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Đây là bộ phận quan trọng có chức năng tiếp nhận năng lượng được tạo ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Bộ phận này gồm các thành phần sau:
- Xi lanh: Được đặt trong thân động cơ, kết hợp cùng nắp xi lanh và đỉnh piston để tạo nên buồng đốt trong động cơ đốt trong.
- Piston: Là một trụ ngắn, nằm bên trong xi lanh, cấu tạo gồm đỉnh, thân và chốt piston. Piston kết hợp với xi lanh tạo nên buồng đốt trong động cơ. Đồng thời, piston còn chuyển động tịnh tiến trong xi lanh, tiếp nhận công năng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, qua trục khuỷu và chốt piston truyền đến trục khuỷu.
- Thanh truyền (tay biên): Là bộ phận nối liền piston và trục khuỷu. Thanh truyền truyền lực tác động và biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động tròn của trục khuỷu.
- Trục khuỷu: Trục khuỷu có chức năng biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay.
Cơ cấu phân phối khí
Bộ phận này có nhiệm vụ đóng/mở hệ thống cửa nạp/cửa xả, giúp động cơ nạp hoặc thải khí từ xi lanh ra bên ngoài.
Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn vận chuyển và đảm bảo dầu bôi trơn được bôi đều trên các chi tiết bên trong động cơ. Quá trình này giảm ma sát bề mặt, đảm bảo hiệu suất và độ bền của động cơ.
Hệ thống khởi động
Hệ thống này giúp động cơ khởi động và bắt đầu một quá trình làm việc mới. Khi hệ thống hoạt động, trục khuỷu sẽ quay giúp khối động cơ tự động khởi động.
Hệ thống cung cấp khí và nhiên liệu
Hệ thống này bao gồm các thành phần như kim phun và hệ thống điều khiển hòa khí điện tử hoặc bộ chế hòa khí, các cơ cấu lọc và các chi tiết khác. Trước mỗi chu kỳ hoạt động, hệ thống này hòa trộn không khí sạch với nhiên liệu theo tỷ lệ phù hợp và phun chúng vào buồng đốt trong.
Hệ thống làm mát
Động cơ đốt trong là một động cơ nhiệt, do đó tỏa ra nhiệt lượng lớn. Hệ thống làm mát đảm bảo nhiệt độ ổn định cho các bộ phận và chi tiết, giúp động cơ hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn.
Tìm hiểu thêm: Nước làm mát ô tô bao lâu phải thay? Cách kiểm tra và thay nước chuẩn nhất
Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong
Các loại động cơ đốt trong hoạt động theo một quy trình gồm 4 kỳ: nạp - nén - nổ - xả.
Riêng đối với xe ô tô, có hai loại động cơ phổ biến: động cơ bốn kỳ và động cơ hai kỳ. Cùng tìm hiểu nguyên lý hoạt động của từng loại động cơ này:
Động cơ bốn kỳ
- Kỳ nạp: Ở kỳ làm việc này, van nạp mở và van xả đóng. Piston chuyển động để nạp hỗn hợp không khí và nhiên liệu vào xi lanh. Quá trình nạp bắt đầu từ vị trí điểm chết trên và kết thúc khi piston ở vị trí điểm chết dưới.
- Kỳ nén: Ở chu kỳ này, cả hai van nạp và van xả đóng, piston thực hiện việc nén hỗn hợp khí và nhiên liệu trong xi lanh. Khi piston đến vị trí điểm chết trên, hỗn hợp này sẽ được đốt cháy bằng bộ phận đánh lửa (bugi) (đối với động cơ xăng) hoặc sẽ tự đốt cháy (đối với động cơ diesel).
- Kỳ nổ (kỳ đốt và sinh công): Ở kỳ làm việc này, hai van nạp và van xả vẫn đóng. Nhiệt độ và áp suất tăng do quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và khí, làm piston chuyển động từ điểm chết trên đến điểm chết dưới. Quá trình này tạo ra chuyển động quay của trục khuỷu. Khi kỳ nổ kết thúc (piston ở điểm chết dưới), van xả mở để chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo.
- Kỳ xả: Trong chu kỳ này, van xả mở và van nạp đóng. Piston chuyển động từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, đẩy khí trong xi lanh ra bên ngoài. Kết thúc chu kỳ, van xả đóng, van nạp mở để bắt đầu một chu kỳ làm việc mới.
Động cơ hai kỳ
Động cơ hai kỳ không sử dụng van nạp và van xả. Lỗ nạp và xả sẽ được thiết kế trực tiếp trên thành xi lanh và mở đóng theo sự chuyển động của piston. Nguyên lý hoạt động của động cơ hai kỳ như sau:
- Kỳ nén: Kỳ làm việc này bắt đầu khi piston nằm gần vị trí điểm chết trên. Lỗ nạp và xả mở, piston nén hỗn hợp khí trong xi lanh và đồng thời nạp hỗn hợp khí mới vào buồng nén phía dưới. Khi piston đến vị trí điểm chết trên, quá trình nổ diễn ra.
- Kỳ nổ: Trong buồng đốt, hỗn hợp khí bị nén bị đốt cháy tạo ra nhiệt độ và áp suất cao. Quá trình này làm piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới. Khi piston ở điểm chết dưới, lỗ nạp và xả mở. Một phần khí bị đốt cháy thoát ra khỏi xi lanh và một phần khí được nén trong buồng nén trước đó đi vào xi lanh.
Động cơ bốn kỳ có ưu điểm là tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải ra môi trường. Vì lý do này, loại động cơ này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều dòng xe ô tô.
Phân loại động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong có thể được phân loại theo các tiêu chí như nhiên liệu, chuyển động piston, chu kỳ làm việc và sắp xếp piston và xi lanh.
Phân loại theo nhiên liệu
Theo tiêu chí này, có hai loại động cơ đốt trong phổ biến nhất là động cơ xăng và động cơ diesel.
Động cơ xăng: Sử dụng hỗn hợp xăng và khí nén để hoạt động. Kỳ nén tạo nhiệt độ và áp suất cao, kỳ nổ tạo chuyển động piston, trục khuỷu và thanh truyền, truyền công suất đến hộp số và các bánh xe.
Động cơ diesel: Thay vì sử dụng bugi như động cơ xăng, dầu diesel sẽ được phun trực tiếp vào buồng đốt và tự bốc cháy. Với tỷ số nén cao, động cơ diesel có hiệu suất cao, tiêu thụ nhiên liệu thấp, đặc biệt ở tải thấp hoặc trung bình. Điều này làm động cơ diesel rất kinh tế.
Ngoài ra, còn có các loại động cơ sử dụng nhiên liệu than, nhiên liệu tổng hợp và nhiên liệu khí.
Phân loại theo chuyển động piston
Loại động cơ này ít được sử dụng hơn. Theo cách này, động cơ đốt trong được phân loại thành:
- Động cơ piston đẩy.
- Động cơ piston quay.
- Động cơ piston tròn.
- Động cơ piston tự do.
Phân loại theo chu kỳ làm việc
Cùng với tiêu chí nhiên liệu, động cơ đốt trong cũng được phân loại theo chu kỳ làm việc, bao gồm động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ. Trong đó, động cơ 4 kỳ được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong nhiều loại phương tiện và máy móc hơn.
Phân loại theo cách sắp xếp piston và xi lanh
Cách phân loại này thường được sử dụng trong xe ô tô và các phương tiện di chuyển khác. Theo tiêu chí này, các loại động cơ đốt trong bao gồm:
- Động cơ I: Các xi lanh được xếp thành một hàng duy nhất, vì vậy loại động cơ này còn được gọi là động cơ thẳng hàng.
- Động cơ V: Các xi lanh được xếp thành hình chữ V.
- Động cơ VR: Kết hợp thiết kế động cơ I và V, các xi lanh được xếp nghiêng một góc 15 độ so với phương thẳng đứng.
- Động cơ W (động cơ VV): Thường được sử dụng trên các dòng xe đua.
Ứng dụng của động cơ đốt trong trong ô tô
Động cơ đốt trong tạo ra nguồn lực cơ khí, được sử dụng phổ biến trong các phương tiện di chuyển như ô tô, tàu thủy, máy bay, cũng như trong các máy móc công nghiệp và nông nghiệp phục vụ cho quá trình sản xuất.
Trong ngành ô tô, loại động cơ này được ứng dụng rất phổ biến với những đặc điểm nhỏ gọn, nhẹ, tốc độ quay nhanh giúp xe vận hành mạnh mẽ và thường được làm mát bằng nước.
Động cơ này thường được bố trí ở ba vị trí trên xe: đầu, đuôi và giữa. Mỗi vị trí nhưng ưu, nhược điểm riêng. Xe ô tô sử dụng động cơ này sẽ đảm bảo quãng đường di chuyển xa hơn, vận hành mạnh mẽ hơn. Ngoài ra, với dòng xe trang bị động cơ diesel, người dùng còn tiết kiệm được chi phí nhiên liệu.
Hiện nay, các nhà sản xuất ô tô trên thế giới đã trang bị động cơ đốt trong cho các dòng xe của mình nhờ những ưu điểm nổi bật của loại động cơ này. Trong đó, một số mẫu xe Toyota hiện nay được trang bị hệ thống Toyota Hybrid (THS). Hệ thống này kết hợp giữa động cơ đốt trong hiệu suất cao và mô tơ điện công suất lớn, giúp xe hoạt động mạnh mẽ mà vẫn tiết kiệm nhiên liệu, bảo vệ môi trường.
Khách hàng quan tâm đến các dòng xe Toyota có thể đăng ký lái thử để trải nghiệm các dòng xe hiện đại và tiện lợi. Để biết thêm chi tiết, quý khách có thể liên hệ với Toyota qua:
- Tổng đài tư vấn: 1800 1524 - 0916 001 524
- Email chăm sóc khách hàng: tmv_cs@toyota.com.vn
Xem thêm:
- Cảm biến oxy là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách kiểm tra
- Ưu nhược điểm hệ dẫn động cầu trước FWD và cầu sau RWD
- Tổng quan về các hệ thống điện trên ô tô
Tag: cầu xe, hệ thống phun xăng điện tử, cảm biến lưu lượng khí nạp, trục cam, thước lái ô tô, két nước ô tô, momen xoắn, ắc quy ô tô, mã lực, áp suất lốp, phanh tang trống, hệ thống treo, dây curoa, cruise control
Khám phá thêm về Toyota tại: Facebook | Youtube | Instagram | Pinterest | Twitter