Động cơ Wankel là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Khác với các loại động cơ đốt trong có piston và xi lanh thông thường, động cơ Wankel có mô-men xoắn đồng đều, ít bị rung, đồng thời có thiết kế nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ, góp phần hỗ trợ quá trình nạp - nén - đốt nhiên liệu và xả khí thải hiệu quả.

Động cơ Wankel (Wankel engine) còn được gọi là động cơ xoay. Đây là một loại động cơ đốt trong được lên ý tưởng và phát triển bởi Felix Wankel và ông đã nhận được bằng sáng chế đầu tiên cho động cơ này vào năm 1929. Tuy nhiên, động cơ Wankel được sử dụng phổ biến là thiết kế từ Hans Dieter Paschke với những cải tiến đáng kể so với phiên bản cũ.

1. Động cơ Wankel là gì?

Động cơ Wankel là một loại động cơ đốt trong sử dụng một hoặc nhiều rotor hình tam giác để biến đổi áp suất tạo ra khi hỗn hợp nhiên liệu không khí được đốt cháy thành động năng.

Năm 1951, nhà sản xuất ô tô NSU Motorenwerke AG bắt đầu phát triển động cơ với hai mẫu được chế tạo. Trong đó:

Động cơ đầu tiên: Động cơ DKM được phát triển bởi Felix Wankel.
Động cơ thứ hai: Động cơ KKM do Hans Dieter Paschke phát triển, đây chính là mẫu thiết kế cơ sở cho động cơ Wankel hiện đại.

Trong những thập kỷ sau, nhiều nhà sản xuất ô tô lớn đã ký thỏa thuận cấp phép để phát triển động cơ xoay Wankel, bao gồm Alfa Romeo, American Motors, Citroën, Ford, General Motors, Mazda, Mercedes-Benz, Nissan, Porsche, Rolls-Royce, Suzuki và Toyota.

Động cơ xoay Wankel được biết đến với những ưu điểm như: hoạt động êm ái với công suất cao, chi phí sản xuất tiết kiệm, tỉ số công suất được tạo ra tương đối lớn, trọng lượng nhẹ hơn các động cơ khác.

Động cơ Wankel còn được gọi là động cơ xoay — Động cơ xoay Wankel là động cơ đốt trong sử dụng một hoặc nhiều rotor hình tam giác (Nguồn: Sưu tầm)

>> Xem thêm: Tìm hiểu chi tiết về động cơ xăng ô tô

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Động cơ Wankel có cấu tạo gồm 5 bộ phận: đĩa quay lệch tâm, hộp động cơ, cổng nạp và cổng xả, bugi đánh lửa, trục đầu ra. Nguyên lý hoạt động của động cơ Wankel dựa trên quy trình khép kín: nạp nhiên liệu - nén nhiên liệu - đốt nhiên liệu - xả khí thải.

2.1. Cấu tạo của động cơ quay Wankel

Động cơ Wankel sử dụng đĩa lệch tâm xoay tròn để chuyển đổi năng lượng từ hỗn hợp nhiên liệu bị đốt cháy thành chuyển động bánh răng quay quanh trục cố định. Phần chuyển động còn lại tương tự như các động cơ đốt trong truyền thống và cung cấp năng lượng lại cho trục khuỷu. Cấu tạo của động cơ này gồm có 5 phần chính sau:

Đĩa quay lệch tâm: Bộ phận có hình dáng 3 mặt lồi. Ba góc ở buồng đốt được đóng kín lại, phần bánh răng trung tâm giúp đĩa quay luôn chuyển động quanh trục cố định.
Hộp động cơ: Đây là bộ phận có hình dạng oval và được thiết kế khéo léo giúp rotor luôn chuyển động mượt mà bên trong động cơ.
Cổng nạp và cổng xả: Được đặt trong hộp động cơ. Cổng xả kết nối trực tiếp với ống xả để đưa khí thải ra bên ngoài trong khi cổng nạp kết nối trực tiếp với bướm ga cho phép khí đi vào buồng đốt.
Bugi đánh lửa: Trên vách xi lanh là các lỗ cắm bugi đánh lửa. Bộ phận này có nhiệm vụ phóng điện vào bên trong buồng đốt hỗ trợ đốt cháy hỗn hợp không khí với xăng.
Trục đầu ra: Nằm chính giữa cấu trúc động cơ là trục đầu ra. Trên trục này có các thùy tròn được gắn lệch khỏi đường tâm, mỗi rotor tương ứng với một thùy. Lực mà đĩa quay lệch tâm tác động lên các thùy sẽ tạo ra mô-men xoắn làm cho trục đầu ra quay.

>> Xem thêm: Cấu tạo động cơ đốt trong và nguyên lý hoạt động

2.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ Wankel

Wankel sử dụng chu trình đốt cháy bốn kỳ, tương tự như động cơ sử dụng piston tịnh tiến. Nhưng trong động cơ xoay, điều này được thực hiện theo một cách hoàn toàn khác:

Nạp nhiên liệu: Hiện tượng giảm áp suất gây ra bởi chuyển động của rotor sẽ đưa hòa khí tràn vào buồng đốt.
Nén nhiên liệu: Ở buồng đốt, hỗn hợp nhiên liệu hòa khí được nén lại nhờ cấu tạo lệch tâm trục và hộp động cơ có hình oval. Sau đó động cơ sẽ xoay để đưa nhiên liệu đến bugi.
Đốt nhiên liệu: Khi bugi đánh lửa thì nhiên liệu và hỗn hợp hoà khí sẽ đốt cháy và được nén đến áp suất cao nhất. Sự giãn nở đột ngột của hỗn hợp nhiên liệu ở thể khí sẽ truyền một lực tới trục lệch tâm qua rotor.
Xả khí thải: Khi chuyển động quay, các khí nở ra sẽ truyền động cho rotor cho đến khi tiếp xúc với cổng xả, từ đó khí thải sẽ được đưa ra bên ngoài qua cổng xả.

Wankel engine sử dụng chu trình đốt cháy bốn kỳ — Nguyên lý hoạt động của động cơ xoay Wankel bao gồm 4 bước: nạp - nén - nổ - xả (Nguồn: Sưu tầm)

3. Ưu điểm và nhược điểm của động cơ Wankel

Động cơ xoay được ứng dụng trên các bộ phận trợ lực của một số phương tiện như: ô tô, xe máy, xe đua, xe trượt tuyết, máy cưa, máy phát điện, máy bay, tàu thủy nhỏ,... Bên cạnh những ưu điểm nổi bật, động cơ này cũng tồn tại một số hạn chế nhất định:

3.1. Ưu điểm

Động cơ xoay Wankel có thiết kế nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ hơn so với các loại động cơ đốt trong sử dụng piston.
Động cơ Wankel có cấu tạo ít bộ phận giúp giảm tải chi phí sản xuất đồng thời việc sửa chữa và bảo trì cũng đơn giản hơn.
Sử dụng nhiên liệu có chỉ số octan rộng, có thể chịu nén được lâu hơn trước khi bị đốt cháy.
Dễ dàng hiệu chỉnh và phù hợp để sử dụng nhiên liệu hydro. Việc ứng dụng với cơ cấu đĩa quay lệch tâm của động cơ Wankel giúp khí hydro tăng khả năng đốt cháy đồng đều bên trong động cơ quay, từ đó cải thiện hiệu suất vận hành.

3.2. Nhược điểm

Nhiệt độ phân bố trên rotor quay và hộp động cơ hoạt động không đồng đều. Vấn đề này dễ làm cho các vật liệu bị giãn nở ra, từ đó buồng đốt sẽ bị hở.
Trong quá trình vận hành, một phần nhiên liệu bị đẩy ra ngoài mà chưa được đốt cháy do hình dạng cấu tạo của buồng đốt chuyển động. Điều này làm giảm khả năng tiết kiệm nhiên liệu của động cơ quay.

Động cơ xoay Wankel có cấu tạo khá đơn giản — Động cơ xoay Wankel có cấu tạo ít bộ phận chuyển động giúp giảm tải chi phí sản xuất, sửa chữa và bảo dưỡng (Nguồn: Sưu tầm)

4. Tại sao động cơ Wankel không được ứng dụng phổ biến trên ô tô?

Mặc dù sở hữu những ưu điểm vượt trội, động cơ Wankel vẫn không được nhiều nhà sản xuất ô tô lựa chọn để trang bị cho các “cỗ máy” hiện đại bởi:

Động cơ tạo ra hiệu quả nhiệt thấp: Buồng đốt ở động cơ xoay Wankel được thiết kế hình bầu dục dài nên hiệu suất nhiệt bị giảm đi tương đối rõ rệt. Điều này cũng dẫn đến việc nhiên liệu chưa cháy hết đã bị thải ra khỏi ống xả, từ đó gây hao tốn nhiên liệu nhiều hơn.
Thời gian cho một chu kì cháy hoàn thành khá dài: Do buồng đốt được thiết kế dài và chuyển động liên tục nên mất khá nhiều thời gian để bánh rotor hoàn thành một chu kì. Hơn nữa, sự chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa các phần của rotor dẫn đến các hiện tượng giãn nở nhiệt khác nhau, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của rotor. Theo đó, tuổi thọ của động cơ xoay thường thấp hơn động cơ sử dụng piston tịnh tiến thông thường.
Động cơ Wankel gây ô nhiễm môi trường: Trên thực tế, động cơ này không thể vượt qua một thử nghiệm khí thải tại châu Âu. Việc dầu máy bị rò rỉ trong quá trình vận hành (do cấu tạo quá đơn giản của động cơ xoay) cũng như nhiên liệu thoát ra khỏi ống xả khi chưa cháy hết khiến chiếc xe mang chỉ số khí thải khá lớn.

Các nhà sản xuất xe hơi đã tìm ra công nghệ có khả năng hoạt động vượt trội hơn so với Wankel và piston chính là “ứng viên sáng giá” cho các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong. Theo đó, piston kết hợp với các thanh truyền và xi lanh cấu thành nên buồng đốt, giúp cung cấp lực cho động cơ xe làm việc hiệu quả.

VinFast hiện là một trong những thương hiệu ô tô của Việt Nam tiên phong sản xuất các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong sở hữu hiệu năng cao và bền bỉ. Trong đó, VinFast Fadil là mẫu xe đô thị hạng A được trang bị động cơ 1.4L, công suất 98 mã lực cùng mô-men xoắn 128 Nm, giúp xe vận hành nhẹ nhàng hơn khi chở đủ tải. Tiếp đến là 2 mẫu sedan và SUV VinFast Lux A2.0 và VinFast Lux SA2.0 với hệ động cơ Turbo 2.0L và hộp số tự động 8 cấp ZF. Đặc biệt, công suất thực tế của VinFast Lux A2.0 tương đương xe 2.5 lít và VinFast Lux SA2.0 mạnh mẽ không kém động cơ 3.0 lít theo đánh giá thực tế từ người dùng cũng như các chuyên gia.

VinFast President sở hữu khối động cơ V8 mạnh mẽ với dung tích 6.2L cho phép xe đạt vận tốc tối đa 300km/h. Dòng xe này còn có mô-men xoắn cực đại lên đến 624Nm, sản sinh công suất cực đại là 420 mã lực.

Động cơ trên xe VinFast — Hệ động cơ vận hành VinFast khỏe khoắn, được nghiên cứu và phát triển phù hợp với điều kiện di chuyển tại Việt Nam

Ngoài sở hữu khối động cơ đốt trong với hiệu suất vận hành vượt trội, các dòng xe VinFast còn có thiết kế ấn tượng, khẳng định phong cách của chủ sở hữu và tính năng an toàn cao giúp người lái tự tin chinh phục mọi hành trình.

Quý khách hàng quan tâm có thể đăng ký lái thử miễn phí và đặt cọc xe ngay hôm nay để nhận được những ưu đãi hấp dẫn từ VinFast!

Để có thêm thông tin hoặc cần hỗ trợ tư vấn về sản phẩm của VinFast, vui lòng liên hệ với chúng tôi: