Bạn có bao giờ tự hỏi động cơ đốt trong là gì và nó hoạt động như thế nào? Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về động cơ đốt trong, từ cấu tạo, phân loại cho đến ứng dụng của nó trong xe ô tô.
TÓM TẮT
Động cơ đốt trong là gì?
🔎 Xem thêm
Động cơ đốt trong (internal combustion engine – ICE) là một loại động cơ nhiệt hoạt động bằng cách đốt cháy nhiên liệu và chuyển đổi năng lượng trong buồng đốt. Quá trình này tạo ra lực tác động lên các thành phần của động cơ như cánh quạt, piston, cánh turbine, giúp máy móc hoặc phương tiện di chuyển trên một quãng đường cố định.
Động cơ đốt trong thường sử dụng các loại nhiên liệu như xăng, dầu diesel và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều loại thiết bị máy móc và phương tiện như ô tô, tàu thủy, máy bay… Vì vậy, các loại phương tiện này thường được gọi là “phương tiện động cơ đốt trong”.
Cấu tạo động cơ đốt trong
Mặc dù có nhiều loại động cơ đốt trong, 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 từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Bộ phận này gồm các thành phần như:
- Xi lanh: Được đặt trong thân động cơ, kết hợp với nắp xi lanh và đỉnh piston tạo nên buồng đốt trong động cơ đốt trong.
- Piston: Có hình dáng trụ ngắn, nằm bên trong xi lanh, có cấu tạo gồm đỉnh, thân và chốt piston. Piston kết hợp cùng xi lanh tạo nên buồng đốt trong động cơ và chuyển động tịnh tiến trong xi lanh, tiếp nhận công năng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu.
- Thanh truyền: Là bộ phận nối liền piston và trục khuỷu. Nhiệm vụ của thanh truyền là truyền lực tác động và biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của 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 chức năng đóng/mở hệ thống cửa nạp/cửa xả, từ đó giúp động cơ nạp hoặc thải khí từ xi lanh ra bên ngoài.
Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ vận chuyển và giúp dầu bôi trơn được bôi đều trên các chi tiết bên trong động cơ. Quá trình này giúp giảm ma sát và đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và bền bỉ hơn.
Hệ thống khởi động
Hệ thống này giúp động cơ khởi động và bắt đầu quá trình làm việc. Khi hệ thống hoạt động, trục khuỷu sẽ quay, giúp động cơ tự khởi động.
Hệ thống cung cấp khí và nhiên liệu
Hệ thống này bao gồm các thành phần như kim phun và hòa khí điều khiển điện tử hoặc bộ chế hòa khí, các cơ cấu lọc và các chi tiết khác. Bộ phận này có nhiệm vụ hòa trộn không khí sạch với nhiên liệu theo tỷ lệ phù hợp và phun chúng vào buồng đốt trong mỗi chu kỳ hoạt động.
Hệ thống làm mát
Động cơ đốt trong là một động cơ nhiệt, do đó tỏa nhiệt rất lớn. Hệ thống làm mát sẽ đảm bảo nhiệt độ ổn định cho các bộ phận, giúp động cơ hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn.
Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong
Các loại động cơ đốt trong hoạt động theo quy trình gồm 4 kỳ: nạp – nén – nổ – xả. Riêng đối với ô tô, có hai loại động cơ phổ biến là động cơ 4 kỳ và động cơ 2 kỳ.
Động cơ 4 kỳ
- Kỳ nạp: Van nạp mở, van xả đóng. Piston chuyển động để nạp hỗn hợp không khí và nhiên liệu vào xi lanh. Quá trình này bắt đầu khi piston ở vị trí điểm chết trên và kết thúc khi piston ở vị trí điểm chết dưới.
- Kỳ nén: Cả hai van nạp và van xả đóng, piston nén hỗn hợp khí và nhiên liệu trong xi lanh. Ở cuối kỳ nén, khi piston đến vị trí điểm chết trên, hỗn hợp sẽ bị đốt cháy bằng bộ phận đánh lửa (bugi) đối với động cơ xăng hoặc tự đốt cháy đối với động cơ diesel.
- Kỳ nổ: Cả 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, điều này 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: Van xả mở, 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 quá trình làm việc mới.
Động cơ 2 kỳ
Động cơ 2 kỳ không có van nạp và xả riêng biệt. Lỗ nạp và xả được thiết kế trực tiếp trên thành xi lanh, mở và đóng theo chuyển động của piston. Nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ như sau:
- Kỳ nén: Kỳ làm việc này bắt đầu khi piston ở gần điểm chết trên. Lỗ nạp và xả đóng, piston nén hỗn hợp khí trong xi lanh và nạp hỗn hợp khí mới vào buồng nén ở phía dưới. Khi piston đến vị trí điểm chết trên, quá trình nổ diễn ra.
- Kỳ nổ: Trong buồng đốt, hỗn hợp khí được 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. Lượng khí đốt cháy thoát ra khỏi xi lanh và khí nén trong buồng nén trước đó đi vào xi lanh.
Động cơ 4 kỳ tiết kiệm nhiên liệu và hạn chế khí thải ra môi trường. Hiện nay, động cơ này được sử dụng phổ biến trên nhiều dòng xe ô tô.
Phân loại động cơ đốt trong
Tùy thuộc vào các tiêu chí khác nhau, động cơ đốt trong có thể phân loại theo nhiên liệu, chuyển động piston, chu kỳ làm việc và cách sắp xếp piston và xi lanh.
Phân loại theo nhiên liệu
Phân loại này dựa trên loại nhiên liệu được sử dụng và bao gồm:
- Động cơ xăng: Sử dụng hỗn hợp xăng và khí. Hỗn hợp này được nén với áp suất cao và đốt cháy bởi bugi, tạo nên năng lượng đẩy piston và truyền công suất tới hộp số và bánh xe.
- Động cơ diesel: Sử dụng dầu diesel và không có bugi. Dầu diesel được phun trực tiếp vào buồng đốt và tự bốc cháy. Với tỷ lệ nén cao, động cơ diesel có hiệu suất cao và tiêu thụ nhiên liệu thấp, đặc biệt hiệu quả ở tải thấp và trung bình. Điều đó làm cho động cơ diesel trở nên rất kinh tế.
Ngoài ra, còn có các loại động cơ khác như sử dụng nhiên liệu than, nhiên liệu tổng hợp và nhiên liệu khí.
Phân loại theo chuyển động piston
Phân loại này dựa trên cách chuyển động của piston và bao gồm các loại:
- Động cơ piston đẩy
- Động cơ piston quay
- Động cơ piston tròn (wanlec)
- Động cơ piston tự do
Phân loại theo chu kỳ làm việc
Phân loại theo chu kỳ làm việc là cách phổ biến để phân loại động cơ đốt trong hiện nay. Có hai loại chu kỳ làm việc là động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ. Trong đó, động cơ 4 kỳ được sử dụng rộng rãi hơn và phổ biến trên nhiều loại phương tiện và máy móc.
Phân loại theo cách sắp xếp piston và xi lanh
Phân loại này thường được áp dụng trong các dòng xe ô tô. Các loại động cơ theo phân loại này bao gồm:
- Động cơ I: Các xi lanh xếp thành một hàng duy nhất, còn được gọi là động cơ thẳng hàng.
- Động cơ V: Các xi lanh xếp thành hình chữ V.
- Động cơ VR: Kết hợp hai thiết kế của động cơ I và V, các xi lanh được xếp nghiêng một góc 15 độ so với phương thẳng đứng.
- Động cơ W: Thường được sử dụng trên các dòng xe đua.
Ứng dụng của động cơ đốt trong trong ô tô
Động cơ đốt trong giúp tạo ra nguồn lực cơ khí và được sử dụng phổ biến trong phương tiện di chuyển như ô tô, tàu thủy và máy bay cũng như trong các máy móc công nghiệp và nông nghiệp.
Trong lĩnh vực ô tô, động cơ đốt trong được sử dụng rộng rãi với những ưu điểm như kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, tốc độ quay cao giúp xe vận hành mạnh mẽ và thường được làm mát bằng nước.
Động cơ này thường được bố trí ở 3 vị trí trên xe là đầu, đuôi và giữa xe, mỗi vị trí có ưu, nhược điểm riêng. Sử dụng động cơ này giúp xe ô tô di chuyển được xa hơn, vận hành mạnh mẽ hơn. Đối với xe ô tô sử dụng 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. Một số mẫu xe Toyota hiện nay được trang bị hệ thống Toyota Hybrid (THS), kết hợp động cơ đốt trong hiệu suất cao và mô tơ điện công suất lớn. Điều này cho phép người dùng lựa chọn nguồn năng lượng phù hợp khi vận hành xe, mang lại sức mạnh mà vẫn tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường.
Nếu bạn quan tâm đến các dòng xe Toyota, hãy liên hệ với Viettel AIO để biết thêm thông tin và có cơ hội trải nghiệm những dòng xe hiện đại và tiện nghi nhất.
Tóm tắt:
- Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt hoạt động bằng cách đốt cháy nhiên liệu và chuyển đổi năng lượng trong buồng đốt.
- Động cơ đốt trong có 4 kỳ làm việc: nạp – nén – nổ – xả.
- Có nhiều cách phân loại động cơ đốt trong như theo nhiên liệu, chuyển động piston, chu kỳ làm việc và cách sắp xếp piston và xi lanh.
- Động cơ đốt trong có ứng dụng rộng rãi trong ô tô và các phương tiện di chuyển khác. Các dòng xe Toyota được trang bị hệ thống Toyota Hybrid (THS) kết hợp động cơ đốt trong và mô tơ điện.
Đọc thêm tại: Viettel AIO
Bài viết liên quan: