Tìm hiểu về động cơ ô tô: Cấu tạo và hoạt động chi tiết

Động cơ ô tô là bộ phận làm chuyển hóa nhiên liệu như xăng hoặc dầu thành động năng. Nhìn chung, chúng ta có thể phân chia động cơ thành 2 loại chính là động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Mỗi loại động cơ sẽ được chia thành nhiều nhóm nhỏ khác nhau với những ưu/nhược điểm riêng.

Các loại động cơ đốt trong có thể kể tới như động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ xoay, động cơ tuabin khí… Còn động cơ đốt ngoài có thể kể tới hai cái tên chính đó là động cơ Stirling và động cơ hơi nước.

Nhờ có kích thước nhỏ gọn và mang tới hiệu suất cao hơn, mà động cơ đốt trong được sử dụng phổ biến hơn động cơ đốt ngoài. Xe máy và xe hơi chính là hai hiện diện tiêu biểu nhất của động cơ đốt trong.

I. Cấu tạo của động cơ ô tô

Hiện nay, có 4 loại động cơ phổ biến nhất trên xe ô tô đó là:

• Động cơ xăng.

• Động cơ dầu.

• Động cơ điện.

• Động cơ Hybird (lai điện và xăng).

Trong bài viết sau đây, gara sửa chữa động cơ xe ô tô sẽ cùng các bạn tìm hiểu hai loại động cơ được phổ biến và thông dụng nhất là động cơ xăng và động cơ dầu.

1. Xylanh

Các bộ phận cấu tạo thành động cơ là các xylanh với pittong di chuyển lên/xuống bên trong lòng xylanh. Hầu hết động cơ đốt trong xe ô tô đều có nhiều hơn 1 xylanh, thông thường là từ 4 – 8 xylanh. Đối với những dòng xe thể thao hiệu suất cao, các dòng xe này có thể được trang bị tới 12 – 16 xylanh.

Đối với những loại động cơ ô tô nhiều có nhiều xylanh, các xylanh sẽ được sắp xếp thành một trong những cách sau:

• Hàng dọc (xylanh thẳng hàng).

• Hình chữ V (xylanh hình chữ V).

• Xếp đối nhau nằm ngang (xylanh xếp đối đỉnh).

2. Bugi

Bugi là bộ phận đánh lửa nằm trong trong hệ thống động cơ xe ô tô (đối với động cơ xăng). Chúng đảm nhận nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện để đốt hỗn hợp hòa khí trong xylanh. Tia lửa điện này cần phải được tạo ngay đúng thời điểm cuối của kỳ nén để có thể sinh công tối đa.

Còn trên động cơ dầu, chúng ta thấy sự xuất hiện của bugi xông, với nhiệm vụ làm tăng nhiệt lượng trong khoang động cơ dầu, để giúp động cơ hoạt động tốt khi mới khởi động máy, chúng rất quan trọng đối khi thời tiết lạnh, nhất là các nước có tuyết rơi.

3. Van (xupap)

Vả xả/hút sẽ đóng/mở đúng thời điểm nhằm cung cấp nhiên liệu cũng như xả khí thải ra ngoài. Tại kỳ nén và kỳ đốt, các van này sẽ luôn được đóng kín. Các van này hoạt động dựa trên hệ thống trục cam.

4. Trục cam

Trên mỗi trục cam của động cơ ô tô luôn có các mấu cam, khi quay các mấu cam này sẽ đẩy van xuống khiến van mở ra. Có hai loại trục cam, đó là trục cam đơn và trục cam kép. Trục cam đơn điều khiển sự đóng/mở của cả van hút và xả. Còn trục cam kép có hai trục cam điều khiển tách biệt van hút và xả riêng.

5. Trục khuỷu

Trục khuỷu đảm nhận chức năng biến đổi chuyển động tịnh tiến của pittong thành chuyển động quay giống như trục ở bộ bánh vít – trục vít.

II. Động cơ xe ô tô hoạt động như thế nào?

Khi sử dụng một lượng nhỏ nhiên liệu như xăng hoặc dầu diesel trong một không gian nhỏ và kín, khi được đốt cháy chúng sẽ tạo ra một nguồn năng lượng lớn thông qua sức ép không khí giãn nở. Năng lượng này có thể khiến một củ khoai tây bay xa hơn 150 m.

Động cơ đốt trong xe ô tô hoạt động dựa vào nguyên lý trên, có tới hàng trăm vụ nổ diễn ra mỗi phút bên trong lòng xylanh động cơ. Hỗn hợp hòa khí khi được đốt cháy sẽ khiến nhiệt độ tăng cao, làm cho khí đốt giãn nở và tạo ra áp suất tác dụng lên một pittong đẩy pittong này di chuyển.

1. Các kỳ sinh công trên động cơ ô tô

Hầu hết tất cả những mẫu xe ô tô ngày nay đều sử dụng chung loại động cơ 4 kỳ để chuyển đổi nhiên liệu thành động năng. Các thì bao gồm: nạp – nén – đốt – xả.

• Ở kỳ đầu tiên (nạp – van nạp mở và van xả đóng), hỗn hợp hòa khí được “nạp” vào cylinder trong lúc pittong chuyển động từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD).

• Kỳ thứ hai (nén – cả hai van đều đóng), pittong nén hỗn hợp hòa khí trong cylinder khi chuyển động từ ĐCD tới ĐCT. Ở cuối kỳ thứ 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 bằng cách tự bốc cháy.

• Tại kỳ thứ ba (sinh công – các van vẫn đang đóng), hỗn hợp hòa khí sẽ được đốt cháy. Do nhiệt độ tăng nên áp suất hòa khí cũng tăng và khiến pittong di chuyển từ ĐCT xuống ĐCD. Chuyển động tịnh tiến này của pittong được chuyển bằng thanh truyền (tay biên) tới trục khuỷu và được biến đổi thành chuyển động quay.

• Trong kỳ thứ tư (xả – van nạp đóng và van xả mở), pittong di chuyển từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí từ trong cylinder qua ống xả (ống bô) thải ra môi trường.

2. Tại sao lại có sự hiện diện của động cơ tăng áp

Chuyển động của pittong tại kỳ đầu tiên, kỳ hai và kỳ bốn là nhờ vào năng lượng được tích trữ sẵn ở bánh đà gắn tại trục khuỷu trong kỳ thứ ba. Bởi vậy mà một động cơ ô tô 4 kỳ sẽ có góc đánh lửa là 720 độ tính theo góc quay của trục khuỷu, nghĩa là khi trục khuỷu quay được 2 vòng thì mới đánh lửa một lần.

Nếu thêm nhiều cylinder thì góc đánh lửa sẽ nhỏ lại, năng lượng đốt sẽ được đưa vào nhiều hơn trong hai vòng quay của trục khuỷu sẽ giúp động cơ chạy êm hơn.

Ngày nay, người ta thay thế khí thải bằng hỗn hợp khí mới được điều khiển thông qua trục cam. Trục này được gắn liền với trục khuỷu, quay có giảm tốc 1:2, đóng và mở các van trên đầu cylinder của động cơ.

Thời gian trục khuỷu đóng/mở các van được điều chỉnh sao cho van nạp và xả mở cùng một thời điểm khi chuyển từ kỳ xả sang kỳ nạp. Khí thải thoát ra với vận tốc cao sẽ hút khí mới vào buồng đốt động cơ ô tô nhằm nạp khí mới vào cylinder tốt hơn và tăng áp suất đốt.

> Chủ đề được nhiều người quan tâm: Xe ô tô thủy kích là gì?