Động cơ đốt trong là gì? Cấu tạo, phân loại và ứng dụng trong xe ô tô

Động cơ đốt trong là gì?

Động cơ đốt trong (internal combustion engine - ICE) là một loại động cơ nhiệt có hoạt động đốt cháy, chuyển hóa bên trong buồng đốt của máy móc hay phương tiện. Quá trình hoạt động này giúp đốt cháy nhiên liệu, chuyển nhiệt năng thành công năng và tác động lên một số thành phần của động cơ như cánh quạt, piston, cánh tuabin… Lực tác động đó giúp cho máy móc vận hành hoặc phương tiện di chuyển trên một quãng đường nhất định. 

Động cơ thường hoạt động phổ biến với các loại nhiên liệu như xăng, dầu diesel và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều loại thiết bị máy móc và là nguồn sinh công năng quan trọng cho các loại phương tiện như ô tô, tàu thủy, máy bay… Đây cũng là lý do các loại phương tiện này thường được gọi là các “phương tiện động cơ đốt trong”. 

Động cơ nhiệt được ứng dụng phổ biến trên ô tô 

Cấu tạo động cơ đốt trong

Mặc dù có nhiều loại động cơ nhiệt nhưng về cơ bản cấu tạo 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 được tạo ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Bộ phận này gồm các thành phần với cấu tạo và chức năng như sau:

• Xi lanh: Thành phần này được đặt trong thân động cơ, kết hợp cùng 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. Đồng thời, bộ phận này còn chuyển động tịnh tiến trong xi lanh, tiếp nhận công năng được tạo nên từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, qua thanh truyền và chốt piston truyền đến trục khuỷu. 
• Thanh truyền (còn được gọi là tay biên): 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 tròn của trục khuỷu.
• Trục khuỷu: Trục khuỷu có chức năng biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay.

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền (Nguồn: sưu tầm)

Cơ cấu phân phối khí

Bộ phận này có chức năng chính là đóng/mở hệ thống cửa nạp/cửa xả, từ đó giúp động cơ chủ động 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 tính ma sát bề mặt, đảm bảo cho động cơ hoạt động ổn định và bền bỉ hơn. 

Hệ thống khởi động

Hệ thống giúp động cơ khởi động, bắt đầu cho một quá trình làm việc mới. Khi hệ thống hoạt động, trục khuỷu sẽ được làm quay giúp cho khối động cơ tự nổ máy. 

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. Trước mỗi chu kỳ hoạt động, bộ phận này sẽ có nhiệm vụ hòa trộn không khí sạch với nhiên liệu theo một tỷ lệ phù hợp và phun chúng vào bên trong buồng đốt.

Hệ thống làm mát

Động cơ đốt trong là một động cơ nhiệt do đó thường tỏa nhiệt rất lớn. Hệ thống làm mát sẽ đảm bảo nhiệt độ ổn định cho các bộ phận, các chi tiết, giúp động cơ hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn.

>> Tìm hiểu thêm: Nước làm mát ô tô bao lâu phải thay? Cách kiểm tra và thay nước chuẩn nhất

Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong

Các loại động cơ nhiệt nhìn chung chúng đều hoạt động theo một quy trình với 4 kỳ: nạp - nén - nổ - xả. 

Riêng đối với ô tô, có hai loại động cơ: bốn kỳ và hai kỳ. Nguyên lý hoạt động ở từng động cơ như sau:

Động cơ bốn kỳ

• Kỳ nạp: Ở kỳ làm việc này, van nạp sẽ được mở ra và van xả sẽ đóng lại. Piston chuyển động giúp nạp hỗn hợp không khí và nhiên liệu vào xi lanh. Quá trình nạp này bắt đầu khi piston ở vị trí điểm chết trên và kết thúc khi piston ở vị trí điểm chết dưới.
• Kỳ nén: Ở chu kỳ này, cả hai van nạp, xả đóng, piston thực hiện việc nén hỗn hợp khí và nhiên liệu trong xi lanh. Ở cuối kỳ nén, khi piston chuyển động đến điểm chết trên, hỗn hợp trên sẽ được đốt cháy bởi bộ phận đánh lửa (bugi) (đối với động cơ xăng) và sẽ tự đốt cháy (đối với động cơ diesel).
• Kỳ nổ (còn được gọi là kỳ đốt và sinh công): Ở chu kỳ làm việc này, hai van nạp và xả vẫn đóng. Nhiệt độ và áp suất tăng do quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và khí, làm piston chuyển động từ điểm chết trên đến điểm chết dưới. Quá trình này tạo nên chuyển động quay của trục khuỷu. Tại điểm kết thúc của kỳ nổ (piston ở điểm chết dưới), van xả bắt đầu mở để chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo.
• Kỳ xả: Ở chu kỳ này, van xả mở, van nạp đóng. Piston chuyển động từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, khí trong xi lanh được đẩy ra bên ngoài môi trường. Kết thúc chu kỳ, van xả đóng, van nạp mở để bắt đầu cho một quy trình làm việc mới. 

Động cơ 4 kỳ hoạt động theo chu trình nạp, nén, nổ, xả (Nguồn: sưu tầm)

Động cơ hai kỳ

Động cơ này không có van nạp, xả. Lỗ nạp và xả sẽ được thiết kế trực tiếp trên thành xi lanh và đóng, mở theo sự chuyển động của piston. Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong hai kỳ như sau:

• Kỳ nén: Kỳ làm việc này sẽ bắt đầu khi piston nằm ở vị trí gần điểm chết trên. Lỗ nạp và xả đóng, piston nén hỗn hợp khí bên trong xi lanh đồng thời nạp hỗn hợp khí mới vào buồng nén 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 được mở. Lượng khí bị đốt cháy được thoát ra khỏi xi lanh và phần khí được nén trong buồng nén trước đó đi vào xi lanh. 

Động cơ bốn kỳ có ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu và hạn chế khí thải ra môi trường. Vì lý do đó mà hiện nay, loại động cơ này thường được ứng dụng trên nhiều dòng xe ô tô.

Phân loại động cơ đốt trong

Có nhiều tiêu chí để phân loại động cơ đốt trong (động cơ nhiệt). Dưới đây là 4 cách phân loại thường được áp dụng.

Phân loại động cơ đốt trong theo nhiên liệu

Theo tiêu chí này sẽ có hai loại phổ biến nhất đó là động cơ xăng và động cơ diesel.

Động cơ xăng

Ở động cơ này, hỗn hợp xăng và khí được nén với áp suất cao. Cuối kỳ nén, hỗn hợp sẽ được đốt cháy bởi bugi, sinh ra nhiệt lượng làm chuyển động piston. Đồng thời, trục khuỷu và thanh truyền chuyển động, truyền công năng tới hộp số và các bánh xe. 

Động cơ diesel 

Khác với động cơ xăng, thay vì được đốt cháy bởi bugi, dầu diesel sẽ được phun trực tiếp vào buồng đốt và tự bốc cháy. Do tỷ số nén cao, động cơ diesel có hiệu suất cao, mức tiêu thụ nhiên liệu thấp, đặc biệt tải thấp hoặc trung bình. Điều này làm động cơ diesel rất kinh tế.

Ngoài ra, theo tiêu chí này còn có các loại động cơ khác như: động cơ sử dụng nhiên liệu than, động cơ sử dụng nhiên liệu tổng hợp, động cơ sử dụng nhiên liệu khí.

Phân loại theo chuyển động piston

Đây là tiêu chí phân loại ít được sử dụng hơn. Theo cách này, động cơ đốt trong được phân loại như sau:

• Động cơ piston đẩy
• Động cơ piston quay
• Động cơ piston tròn (wanlek)
• Động cơ piston tự do

Phân loại động cơ đốt trong theo chu kỳ làm việc

Cùng với tiêu chí nhiên liệu thì đây cũng là cách phân loại động cơ đốt trong khá phổ biến hiện nay. Theo chu kỳ làm việc, động cơ đốt trong sẽ bao gồm động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ. Trong đó, động cơ 4 kỳ được ứng dụng rộng rãi, phổ biến trên nhiều loại phương tiện, máy móc hơn. 

Phân loại theo cách sắp xếp piston và xi lanh

Cách phân loại này thường phổ biến trong các dòng xe ô tô và các phương tiện di chuyển khác. Theo đó, các loại động cơ đốt trong theo tiêu chí này bao gồm:

• Động cơ I: là động cơ mà các xi lanh được xếp thành một hàng duy nhất. Vì vậy, động cơ này còn được gọi là động cơ thẳng hàng.
• Động cơ V: là loại động cơ mà các xi lanh xếp thành hình chữ V.
• Động cơ VR: là loại động cơ 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 (động cơ VV): thường được sử dụng chủ yếu trên các dòng xe đua.

Ứng dụng của động cơ đốt trong dùng trong ô tô

Động cơ đốt trong giúp tạo nên nguồn lực cơ khí, thường được sử dụng phổ biến trong các phương tiện di chuyển: ô tô, tàu thủy, máy bay… hay trong các loại máy móc công nghiệp, nông nghiệp phục vụ cho quá trình sản xuất.

Riêng với ngành ô tô, loại động cơ này được ứng dụng rất phổ biến với những đặc điểm như: kích thước và trọng lượng nhỏ, tốc độ quay nhanh giúp xe vận hành mạnh mẽ và thường được làm mát bằng nước.

Động cơ này thường được bố trí tại 3 vị trí: đầu, đuôi và giữa xe. Tại mỗi vị trí sẽ có những ưu, nhược điểm riêng. Việc xe ô tô sử dụng động cơ này sẽ đảm bảo cho quãng đường di chuyển được xa hơn, xe vận hành mạnh mẽ hơn. Bên cạnh đó, với dòng xe ô tô trang bị động cơ diesel còn giúp người dùng tiết kiệm được chi phí nhiên liệu. 

Động cơ nhiệt được ứng dụng trong ô tô (Nguồn: sưu tầm)

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. Trong đó, một số mẫu xe Toyota hiện nay được trang bị hệ thống Toyota Hybrid (THS). Hệ thống này được tạo nên bởi sự kết hợp giữa động cơ đốt trong hiệu suất cao và mô tơ điện công suất lớn. Chính đặc điểm này giúp người dùng có thể lựa chọn nguồn năng lượng phù hợp khi vận hành, cho xe hoạt động mạnh mẽ mà vẫn tiết kiệm nhiên liệu, bảo vệ môi trường. 

Khách hàng hiện quan tâm tới các dòng xe Toyota có thể đăng ký lái thử để có cơ hội trải nghiệm các dòng xe với nhiều năng tiện lợi và hiện đại. Để biết thêm chi tiết, quý khách có thể liên hệ với Toyota qua:

• Tổng đài tư vấn: 1800 1524 - 0916 001 524 
• Email chăm sóc khách hàng: tmv_cs@toyota.com.vn

>>> Xem thêm:

• Cảm biến oxy là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách kiểm tra
• Ưu nhược điểm hệ dẫn động cầu trước FWD và cầu sau RWD
• Tổng quan về các hệ thống điện trên ô tô

Tag: cầu xe là gì, hệ thống phun xăng điện tử là gì, cảm biến lưu lượng khí nạp là gì, trục cam là gì, thước lái ô tô là gì, két nước ô tô là gì, momen xoắn là gì, ắc quy ô tô là gì, mã lực là gì, áp suất lốp là gì, phanh tang trống là gì, hệ thống treo trên ô tô là gì, dây curoa là gì, cruise control là gì

Khám phá thêm về Toyota tại:

Facebook | Youtube | Instagram | Pinterest | Twitter