Động cơ đốt trong là gì? 4 cách phân loại động cơ đốt trong xe ô tô
Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt, hoạt động dựa trên nguyên lý đốt cháy nhiên liệu bên trong buồng đốt để tạo ra công suất. Quá trình đốt cháy này sinh ra khí nóng ở nhiệt độ và áp suất cao, tác dụng lực đẩy lên piston hoặc cánh tuabin, từ đó tạo ra chuyển động và sinh công.
1. Động cơ đốt trong là gì?
Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt hoạt động dựa trên nguyên tắc đốt cháy nhiên liệu bên trong buồng đốt để tạo ra năng lượng nhiệt, từ đó chuyển hóa thành công cơ học. Năng lượng này được sử dụng để vận hành xe cộ, máy móc và thiết bị.
Động cơ đốt trong được ứng dụng rộng rãi trong các phương tiện di chuyển như ô tô, xe máy, máy bay, tàu thủy,... và nhiều loại máy móc khác.
2. 4 cách phân loại động cơ đốt trong
Người dùng có thể phân loại động cơ đốt trong dựa vào các cách sau:
2.1. Phân loại theo nhiên liệu sử dụng
Động cơ đốt trong tạo ra công năng bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch không liên tục bên trong động cơ. Xăng và diesel là 2 nhiên liệu phổ biến nhất:
- Động cơ xăng: Động cơ xăng được làm từ hợp kim nhôm nên có trọng lượng nhẹ và các xi lanh được thiết kế liền khối. Khi hoạt động, hỗn hợp không khí và nhiên liệu sẽ được nén trong kỳ nén. Tại một thời điểm nhất định, bugi sẽ phát ra tia lửa điện để đốt cháy nhiên liệu trong xi lanh, làm lan truyền nhiệt năng khắp buồng động cơ. Tuy nhiên, vì thanh truyền ngắn nên động cơ xăng không mang lại sức mạnh lớn cho động cơ.
- Động cơ diesel: Động cơ diesel được chế tạo từ chất liệu gang. Kết cấu xi lanh là các ống lót rời, dễ dàng thay thế khi cần. Khi hoạt động, chỉ có không khí được nén trong xi lanh qua các kỳ nén. Nhiên liệu diesel cao áp được kim phun đưa vào xi lanh. Khi đạt nhiệt độ phù hợp, nhiên liệu sẽ bốc cháy và lan truyền mạnh mẽ trong buồng đốt.
- Động cơ diesel có tỷ số nén cao: Động cơ này có thanh truyền, trục khuỷu piston và xi lanh được thiết kế dài hơn so với động cơ xăng, mang lại sự mạnh mẽ và bền bỉ. Đó cũng là lí do vì sao loại động cơ này được sử dụng khá phổ biến trong ngành sản xuất ô tô hiện nay.
2.2. Phân loại theo hoạt động của piston
Piston là một phần của hệ thống hoạt động cùng với xi lanh và nắp đầu máy để tạo ra không gian làm việc cho động cơ đốt trong. Chúng nhận lực từ khí cháy và truyền lực này đến trục khuỷu, đồng thời thực hiện các quá trình quan trọng như nạp, nén, cháy, giãn nở và thải khí.
>>> Bài viết liên quan: Tại sao khối lượng ô tô điện nặng hơn xe động cơ đốt trong sẽ an toàn hơn?
Động cơ đốt trong được phân loại theo hoạt động của piston có 2 loại gồm: Động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ:
- Động cơ 2 kỳ: Loại động cơ đốt trong này hoàn thành một chu kỳ làm việc chỉ trong một vòng quay của trục khuỷu. Nhờ vậy, piston chỉ cần di chuyển lên xuống 1 lần để tạo ra công suất, giúp động cơ 2 kỳ sinh công ngắn và khả năng vận hành mạnh mẽ. Tuy nhiên, việc hoạt động ở mức cường độ cao của động cơ 2 kỳ cũng tiêu tốn nhiên liệu nhiều hơn so với bình thường. Điều này là do việc bôi trơn ít, dẫn đến tuổi thọ bị giảm. Đặc biệt, loại nhiên liệu sử dụng trong động cơ 2 kỳ là xăng pha nhớt theo tỷ lệ cố định, gây ra hiện tượng khói trắng độc hại cho môi trường. Vì những vấn đề này, động cơ 2 kỳ không được ưa chuộng trong thực tế sản xuất.
- Động cơ 4 kỳ: Động cơ 4 kỳ hoạt động dựa trên việc phân chia chu kỳ sinh công thành 4 giai đoạn nhỏ. Khi thực hiện một chu kỳ sinh công, piston cần thực hiện 2 lần lên và 2 lần xuống. Mặc dù phức tạp hơn so với động cơ 2 kỳ nhưng nhờ có buồng nhớt riêng biệt nên động cơ 4 kỳ giảm thiểu ma sát đối với các bộ phận, hoạt động ổn định và ít gây ra khí thải ra môi trường hơn so với động cơ 2 kỳ. Để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của các quy định về khí thải hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất ô tô đều lựa chọn động cơ 4 kỳ cho các dòng xe của họ.
2.3. Phân loại theo phương pháp tạo hòa khí
Chế hòa khí là cách để kết hợp nhiên liệu và không khí theo tỷ lệ phù hợp để cung cấp cho động cơ. Trong phân loại các loại động cơ đốt trong, có 2 phương pháp chính của chế hòa khí: Tạo hỗn hợp bên ngoài và bên trong.
- Phương pháp tạo hỗn hợp bên ngoài: Đây là phương pháp tạo không khí và nhiên liệu ngoài xi lanh thông qua bộ chế hòa khí. Hỗn hợp này sau đó được đưa vào trong xi lanh (buồng đốt) và cháy khi được kích thích bằng tia lửa điện. Phương pháp này thường được áp dụng cho các loại động cơ sử dụng xăng và khí ga.
- Phương pháp tạo hỗn hợp bên trong: Là quá trình trong đó không khí và nhiên liệu được tạo thành từ bên trong xi lanh, nhờ vào hệ thống bơm cao áp và vòi phun. Khi nhiên liệu được phun vào xi lanh, nó sẽ tự bốc cháy ở nhiệt độ thích hợp. Phương pháp này thường được áp dụng cho các loại động cơ sử dụng nhiên liệu diesel và động cơ phun xăng điện tử.
2.4. Phân loại theo phương pháp làm mát
Hệ thống làm mát bằng không khí hoặc nước đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh nhiệt độ của động cơ, giúp giảm ma sát và ngăn chặn tình trạng piston bị kẹt, từ đó bảo vệ các bộ phận bên trong động cơ khỏi hỏng hóc.
- Làm mát bằng nước: Với phương pháp này, hỗn hợp nước cất hoặc nước và etylen glycol sẽ được bơm tuần hoàn trong các khoảng trống xung quanh xi lanh, được gọi là áo nước. Nước được bơm đến két nước để tiến hành trao đổi nhiệt với không khí bên ngoài, giúp làm mát động cơ.
- Làm mát bằng không khí: Động cơ sử dụng không khí để trao đổi nhiệt độ với môi trường bên ngoài. Hệ thống này thường được thiết kế dưới dạng cánh tản nhiệt hoặc gờ nổi để tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt hiệu quả.
3. Cấu tạo động cơ đốt trong
Mặc dù có nhiều loại động cơ nhiệt, nhưng cấu tạo động cơ đốt trong về cơ bản đều bao gồm 2 cơ cấu và 4 hệ thống.
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Đây là một phần quan trọng trong động cơ nhiệt. Bộ phận này có nhiệm vụ tiếp nhận năng lượng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền gồm các thành phần chính sau:
- Xi lanh: Được đặt trong thân động cơ và tạo thành buồng đốt trong.
- Piston: Nằm bên trong xi lanh và tham gia tạo ra buồng đốt. Piston chuyển động tịnh tiến và truyền công năng tạo ra từ quá trình đốt cháy.
- Thanh truyền: Nối liền piston và trục khuỷu, chuyển đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động tròn.
- Trục khuỷu: Có chức năng biến đổi chuyển động tịnh tiến sang chuyển động quay.
Cơ cấu phân phối khí
Đây là bộ phận đóng/ mở hệ thống cửa nạp/ cửa xả. Chức năng chính của bộ phận này là giúp động cơ điều chỉnh lưu thông khí vào và ra khỏi xi lanh.
Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn có chức năng vận chuyển và phân phối dầu bôi trơn đều trên các bề mặt bên trong động cơ. Quá trình này giúp giảm ma sát, đảm bảo hoạt động ổn định và độ bền của động cơ.
Hệ thống khởi động
Là hệ thống giúp động cơ bắt đầu quá trình làm việc mới. Khi hoạt động, hệ thống khởi động làm quay trục khuỷu để động cơ tự nổ máy.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu và khí
Bộ phận này hoạt động chính xác và hiệu quả để đảm bảo hoạt động ổn định của động cơ. Trong hệ thống này, kim phun, hòa khí điều khiển điện tử hoặc bộ chế hòa khí cùng các cơ cấu lọc và chi tiết khác đóng vai trò quan trọng. Chúng hoạt động để hòa trộn không khí sạch với nhiên liệu và phun chúng vào buồng đốt theo tỷ lệ phù hợp trước mỗi chu kỳ hoạt động.
Hệ thống làm mát
Là một phần không thể thiếu trong động cơ đốt trong vì nó giúp điều chỉnh nhiệt độ cho các bộ phận và chi tiết. Điều này đảm bảo hoạt động hiệu quả và độ bền của động cơ, tránh hiện tượng tỏa nhiệt quá lớn.
4. Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong
Thường thì các động cơ nhiệt thường hoạt động theo 1 chu trình cơ bản gồm 4 kỳ: Nạp - nén - nổ - xả.
Riêng với ô tô thì có 2 loại động cơ chính là động cơ 4 kỳ và động cơ 2 kỳ. Cách hoạt động của mỗi loại động cơ như sau:
Động cơ 4 kỳ:
Đối với động cơ 4 kỳ, quy trình hoạt động được chia thành các kỳ cụ thể như sau:
- Kỳ nạp: Van nạp mở và van xả đóng. Piston di chuyển từ vị trí điểm chết trên xuống điểm chết dưới, hút hỗn hợp không khí và nhiên liệu vào xi lanh. Quá trình này bắt đầu từ khi piston ở điểm chết trên và kết thúc khi piston ở điểm chết dưới.
- Kỳ nén: Cả van nạp và van xả đều đóng. Piston nén hỗn hợp nhiên liệu và khí trong xi lanh. Khi piston di chuyển đến điểm chết trên, hỗn hợp này sẽ được đốt cháy bởi bộ phận đánh lửa (đối với động cơ xăng) hoặc tự đốt cháy (đối với động cơ diesel).
- Kỳ nổ (kỳ đốt và sinh công): 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 di chuyển từ điểm chết trên đến điểm chết dưới. Quá trình này tạo ra chuyển động quay của trục khuỷu.
- Kỳ xả: Van xả mở và van nạp đóng. Piston di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, đẩy khí trong xi lanh ra ngoài môi trường. Khi chu kỳ kết thúc, van xả đóng và van nạp mở để bắt đầu chu kỳ tiếp theo.
Động cơ 2 kỳ
Nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ khác với động cơ 4 kỳ. Thay vì sử dụng van nạp và xả, động cơ 2 kỳ thiết kế lỗ nạp và xả trực tiếp trên thành xi lanh và điều này phụ thuộc vào sự di chuyển của piston.
- Kỳ nén: Trong kỳ nén, piston nén hỗn hợp khí trong xi lanh và nạp hỗn hợp mới vào buồng nén dưới, sau đó quá trình nổ xảy ra khi piston đạt đến điểm chết trên.
- Kỳ nổ: Kỳ nổ xảy ra trong buồng đốt khi hỗn hợp khí được đốt cháy, tạo ra nhiệt độ và áp suất cao, khiến piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới. Khi piston đạt đến điểm chết dưới, lỗ nạp và xả mở ra, cho phép khí bị đốt cháy thoát ra khỏi xi lanh và khí được nén từ buồng nén đi vào.
Nhìn chung, động cơ 4 kỳ có lợi ích là tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải. Vì vậy, ngày nay, chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại xe ô tô.
>>> Tìm hiểu thêm: 4 cách phân loại động cơ đốt trong xe ô tô
5. Ứng dụng của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra sức mạnh cơ học, thường được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện di chuyển như ô tô, tàu, máy bay hoặc các thiết bị công nghiệp và nông nghiệp.
Trong lĩnh vực ô tô đặc biệt, ứng dụng của động cơ đốt trong rất phổ biến nhờ những ưu điểm như kích thước nhỏ, được làm mát bằng nước, trọng lượng nhẹ và tốc độ quay nhanh, giúp xe hoạt động mạnh mẽ.
Động cơ đốt trong thường được đặt ở 3 vị trí khác nhau trên xe như: Phía trước, phía sau và ở giữa. Mỗi vị trí mang lại những ưu và nhược điểm riêng. Việc sử dụng động cơ đốt trong giúp xe ô tô đảm bảo khả năng di chuyển xa và vận hành mạnh mẽ hơn. Đặc biệt, đối với xe ô tô sử dụng động cơ diesel, người dùng còn được hưởng lợi ích về tiết kiệm nhiên liệu.
Nhìn chung, động cơ đốt trong đã và đang đóng góp to lớn cho sự phát triển của ngành giao thông vận tải. Với những tiến bộ không ngừng trong công nghệ, động cơ đốt trong sẽ tiếp tục đồng hành cùng những chiếc xe trong hành trình chinh phục những cung đường mới.
Nếu bạn đang quan tâm và có mong muốn sở hữu xe điện VinFast có thể liên hệ tới qua website hoặc nhận tư vấn trực tiếp tại:
- Tổng đài tư vấn: 1900 23 23 89
- Email chăm sóc khách hàng: [email protected]
>>> Bài viết liên quan:
