Động cơ xe ô tô là gì? Cấu tạo và phân biệt các loại động cơ ô tô phổ biến hiện nay

Động cơ xe ô tô được xem là trái tim một chiếc xe, bộ phận này quyết định trực tiếp đến khả năng vận hành, sức mạnh của một chiếc ô tô. Cùng tìm hiểu về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của động cơ xe ô tô qua bài viết sau nhé!

Động cơ ô tô là gì?

Động cơ ô tô là một bộ phận giúp chuyển hóa năng lượng (xăng, dầu, điện) thành động năng, giúp cho các bánh xe có thể chuyển động. Động cơ được xem là trái tim của một chiếc xe ô tô, có vai trò sản sinh ra công suất, mô-men xoắn và quyết định trực tiếp đến khả năng vận hành của xe.

Bên cạnh vai trò chính là chuyển hóa năng nguyên liệu thành động năng, động cơ ô tô còn đảm nhiệm việc dẫn động cho các hệ thống phụ trợ khác trên xe như: hệ thống trợ lực lái, máy phát điện,… từ đó giúp cho người lái có thể dễ dàng điều khiển được xe.

Phân loại động cơ ô tô

Động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong hay còn gọi là động cơ nhiệt, hoạt động theo nguyên lý đốt cháy nguyên liệu để tạo ra động năng. Hiện nay, có 02 loại động cơ đốt trong được trang bị trên các mẫu ô tô hiện đại đó là: động cơ xăng và động cơ dầu (diesel).

Sở dĩ các loại động cơ đốt trong được sử dụng rộng rãi là do chúng sở hữu nhiều đặc điểm ưu việt như: kích cỡ nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, hiệu suất hoạt động cao,… Do đó, các mẫu ô tô sử dụng loại động cơ này sẽ có khả năng vận hành êm ái cũng như bức tốc một cách mượt mà.

Động cơ hybrid

Động cơ hybrid hay còn được gọi là động cơ lai điện là loại sử dụng cùng lúc cả động cơ đốt trong và động cơ điện (mô tơ điện). Trong đó, động cơ hybrid còn được chia thành 3 loại cơ bản là: song song, nối tiếp, hỗn hợp, điều này là do cách thức vận hành của từng mẫu xe khác nhau.

Tùy vào cấu tạo và mục đích của mỗi hãng xe, bên trong khối động cơ hybrid sẽ có một loại động cơ (hoặc đốt trong hoặc mô tơ điện) giữ vai trò truyền lực chính, trong khi loại động cơ còn lại sẽ có vai trò phụ trợ hoặc sạc điện. Cũng có nhiều trường hợp, một số mẫu xe sẽ sử dụng song song cả nguồn điện lẫn sức mạnh từ động cơ xăng tùy vào ý thích của người lái cũng như điều kiện di chuyển.

Hiện nay, với xu hướng xanh hóa và giảm phát thải nhà kính, các hãng xe đang dần chuyển sang sản xuất các mẫu xe chạy điện và xe có động cơ hybrid chính là một bước chuyển hóa nằm giữa sự chuyển giao này, nhằm giúp người dùng dần thích nghi và quen hơn trước khi chuyển hoàn toàn qua xe ô tô thuần điện.

Động cơ điện

Động cơ thuần điện là loại động cơ hoạt động theo nguyên lý chuyển hóa điện năng thành động năng. Trong đó, trên mỗi chiếc xe ô tô điện sẽ được trang bị một tấm pin để tích trữ năng lượng và cấp điện cho khối động cơ cảm ứng gồm phần đứng yên (stator) và phần chuyển động Rotor.

Khi có dòng điện đi qua, Stator sẽ tạo ra một lực từ trường đủ lớn để giúp cho phần Rotor có thể quay và từ đó giúp xe lăn bánh. Pin của xe điện thường là loại Lithium-ion. Các mẫu xe thuần điện sở hữu rất nhiều ưu điểm vượt trội như: không cần nguyên liệu (xăng, dầu) từ đó giảm thiểu phát thải CO2 ra môi trường, mô-men xoắn cực cao giúp xe bức tốc nhanh chóng, xe hoạt động êm ái hơn.

Xe ô tô điện hiện được xem là xu hướng chung đối với thị trường ô tô trong tương lai. Loại xe này khi vận hành không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, dòng xe này có mẫu mã chưa quá đa dạng, nhiều hãng xe hiện vẫn tập trung vào việc phát triển xe xăng và chỉ xem xe điện như một phương án trong tương lại. Bên cạnh đó, vấn đề về việc sản xuất pin cho xe điện cũng là một bài toán khó dành cho hầu hết các thương hiệu ô tô lớn trên thế giới hiện nay.

Cấu tạo của động cơ đốt trong

Đối với một khối động cơ đốt trong, hệ thống sinh lực được xem là quan trọng nhất vì chúng quyết định trực tiếp đến khả năng vận hành của một chiếc ô tô. Trong đó, hệ thống này sẽ bao gồm 11 chi tiết.

Xi lanh

Xi lanh là nơi diễn ra quá trình đốt cháy nhiên liệu (xăng, dầu) cùng với không khí. Qua đó, giúp cho các piston có thể di chuyển lên hoặc xuống để điều tiết quá trình nạp xả.

Thông thường, một khối động cơ sẽ có từ 3 – 12 xi lanh tùy theo thiết kế của mỗi hãng. Trong đó, loại động cơ phổ biến nhất là loại có 4,6 hoặc 8 xi lanh. Cùng với đó là cách bố trí xi lanh khác nhau, bao gồm: Kiểu thẳng hàng (chữ I), kiểu đối đỉnh (chữ V), kiểu nằm ngang, kiểu nằm phẳng, kiểu đối xứng (boxer).

Piston

Piston là chi tiết có hình trụ, chuyển động lên xuống nằm bên trong xi lanh. Khi hỗn hợp nhiên liệu và khí bị đốt cháy sẽ tạo thành áp suất đẩy piston di chuyển, sau đó tác động lực lên thanh truyền để quay trục khuỷu.

Ngoài ra, trên mỗi piston còn có các vòng xéc-măng được gắn vào rãnh dọc thân nhằm ngăn không cho hỗn hợp nhiên liệu và dầu bôi trơn từ bộ phận các te chảy vào buồng đốt.

Xupap

Xupap là một chi tiết có hình nấm, có vai trò kiểm soát thời gian đốt nguyên liệu cũng như lượng khí được đưa vào buồng đốt của động cơ.

Xubap sẽ giúp đóng hoặc mở van nạp và van xả của buồng đốt tùy theo điều kiện vận hành của xe. Các xupap sẽ hoạt động dựa trên sự chi phối của trục cam.

Bugi

Bugi hay còn được gọi là bộ phận đánh lửa. Nhiệm vụ chính của bugi chính là tạo ra tia lửa để đốt cháy lượng hỗn hợp khí và nhiên liệu trong buồng đốt.

Bugi sẽ hoạt động dựa trên dòng điện, khi người dùng đề nổ máy cũng là lúc bugi được kích hoạt và tạo ra một tia lửa để đốt cháy nhiên liệu.

Trục cam

Trục cam có nhiệm vụ điều khiển xupap đóng mở để phục vụ cho quá trình nạp và xả nhiên liệu thông qua các mấu cam.

Trên các loại động cơ hiện nay, có 2 loại trục cam là: trục cam đơn (SOHC) và trục cam đôi (DOHC). Trong đó, trục cam đơn có nhiệm vụ điều khiển cả việc đóng lẫn mở van nạp xả. Trong khi đó, 2 trục của cam đôi sẽ có nhiệm vụ lần lượt là: 1 trục điều khiển van nạp và trục còn lại điều khiển van xả.

Thanh truyền

Thanh truyền là bộ phận có nhiệm vụ kết nối piston và trục khuỷu. Nhờ có thanh truyền, chuyển động thẳng (lên/xuống) của Piston sẽ được chuyển thành chuyển động xoay tròn trên trục khuỷu.

Trục khuỷu

Trục khuỷu là bộ phận tiếp nhận chuyển động tròn từ thanh truyền và tiếp tục biến thành chuyển động động quay tròn. Cụ thể, khi nhận lực từ thanh truyền, trục khuỷu sẽ biến đổi thành mô men quay sinh công truyền đến bộ phận công tác. Cùng lúc đó, trục khuỷu cũng sẽ nhận năng lượng từ bánh đà để truyền ngược lại cho piston để luân phiên thực hiện quá trình sinh công.

Bên cạnh đó, trên mỗi trục khuỷu của động cơ sẽ được lắp thêm một cảm biến vị trí, giúp cho bộ phận này có thể xác định được tốc độ quay cũng như vị trí chính xác để gửi về cho ECU.  Sau đó, ECU sẽ tiếp nhận thông tin này rồi tính toán và quyết định chính xác thời điểm phun nhiên liệu và đánh lửa, giúp cho hệ thống động cơ vận hành nhịp nhàng hơn.

Các-te

Các-te là bộ phận bao quanh trục khuỷu. Đáy các-te chứa dầu bôi trơn giúp bôi trơn, làm mát và làm sạch các chi tiết khi động cơ hoạt động.

Dây curoa

Dây curoa có nhiệm vụ gần như dây xích trên xe máy, chúng sẽ kết nối các bánh răng trục cam và trục khuỷu với nhau và tạo nên sự chuyển động đồng bộ giữa các trục. Điều này sẽ ngăn cho piston không bị chạm vào van cũng như giúp xupap đóng/mở van đúng thời điểm.

Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong hoạt động dựa theo nguyên lý nén hỗn hợp bao gồm không khí và nhiên liệu (xăng, dầu) trong một không gian nhỏ (buồng đốt) rồi sau đó đốt cháy để không khí giãn nở và sản sinh năng lượng. Năng lượng được sinh ra sẽ đẩy các piston di chuyển từ đó truyền lực đến các chi tiết khác. Toàn bộ quá trình nén và đốt này đều được thực hiện theo một chu trình khép kín và lặp đi lặp lại hàng trăm lần mỗi phút.

Ngày nay, hầu hết các hãng đều sử dụng động cơ 4 kỳ (4 thì). Trong đó, chu kỳ hoạt động của động cơ sẽ trải qua 4 giai đoạn: nạp, nén, đốt, xả.

• Kỳ nạp: Van nạp được mở còn van xả để hút hỗn hợp khí và nhiên liệu vào xi lanh lúc piston đang chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới.
• Kỳ nén: Piston di chuyển ngược lại từ điểm chết dưới lên điểm chết trên để nén hỗn hợp khí và nhiên liệu, sau đó bugi sẽ bắt đầu đánh lửa để đốt cháy chúng vào cuối kỳ nén.
• Kỳ đốt: Hỗn hợp không khí và nhiên liệu bị cháy sẽ khiến cho áp suất bên trong tăng cao và đẩy piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới sau đó tác dụng lên thanh truyền, trục khuỷu và cuối cùng thành chuyển động quay.
• Kỳ xả: Quá trình đốt cháy kết thúc, khí thải được đẩy qua van xả thông qua việc piston chuyển động từ điểm chết dưới lên điểm chết trên.

Năng lượng tích trữ bởi bánh đà của trục khuỷu được sinh ra nhờ kỳ đốt sẽ giúp cho piston có thể chuyển động được trong các kỳ nạp, nén và xả. Trong mỗi một xi lanh riêng biệt, cứ 2 vòng quay trục khuỷu sẽ có 1 lần đốt diễn ra. Chính vì vậy, một khối động cơ càng có nhiều xi lanh sẽ sinh công nhiều hơn, đều đặn hơn và màng đến khả năng vận hành êm ái hơn.

Bên cạnh đó, ngày nay các hãng xe lớn đều đang áp dụng công nghệ van biến thiên cho khối động cơ của mình. Công nghệ này sẽ cho phép can thiệp và tính toán được thời gian mở cũng như độ mở của van nạp dựa vào tình trạng phối khí khi vận hành thực tế. Từ đó, công nghệ van biến thiên sẽ giúp xe có được khả năng bức tốc tốt hơn nhưng đảm bảo kiểm soát được nhiên liệu phù hợp.

Xem thêm: Động cơ có dung tích lớn hơn liệu có mạnh mẽ hơn?

Lý do động cơ tăng áp ngày càng được ưa chuộng

Động cơ tăng áp hay còn gọi là động cơ Turbo hiện đang được trang bị rất phổ biến trên các mẫu xe hiện đại. Để dễ so sánh, với cùng dung tích xi lanh, nhưng nếu là loại động cơ tăng áp thì sẽ có sức mạnh cao gấp nhiều lần so với động cơ thông thường, đây cũng là lý do mà loại động cơ này rất được ưa chuộng.

Bên cạnh đó, nhờ vào việc tăng hiệu suất động cơ một cách triệt để, động cơ tăng áp có thể đốt cháy nhiên liệu lớn hơn nhưng vẫn không phát ra nhiều khí thải. Tuy nhiên, các loại động cơ tăng áp vẫn đang gặp sự cạnh tranh rất lớn của các loại động cơ mới, mạnh mẽ hơn như hybrid hay động cơ điện.

Những ưu nhược điểm giữa các loại động cơ