Động cơ ô tô là bộ phận chuyển đổi nhiên liệu như xăng hoặc dầu thành động năng. Nhìn chung, động cơ có thể được chia thành 2 loại chính: động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Mỗi loại động cơ sẽ được chia thành nhiều nhóm nhỏ khác nhau với những ưu/nhược điểm riêng.
Có thể kể đến các loại động cơ đốt trong như động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ quay, động cơ tua bin khí… Và động cơ đốt ngoài có thể kể đến dưới hai cái tên chính là động cơ Stirling và động cơ hơi nước.
Nhờ kích thước nhỏ gọn và hiệu suất cao hơn nên động cơ đốt trong được sử dụng phổ biến hơn động cơ đốt ngoài. Xe máy và ô tô là hai biểu hiện tiêu biểu nhất của động cơ đốt trong.
Cấu tạo động cơ ô tô
Hiện nay có 4 loại động cơ phổ biến nhất trên ô tô:
- Động cơ xăng.
- Động cơ dầu.
- Động cơ điện.
- Động cơ hybrid (hybrid điện và xăng).
Trong bài viết dưới đây Gara sửa chữa động cơ ô tô sẽ cùng bạn tìm hiểu về 2 loại động cơ phổ biến và đáng giá nhất là động cơ xăng và động cơ diesel.
Xi lanh
Các bộ phận cấu thành nên động cơ là các xi lanh có piston chuyển động lên xuống bên trong xi lanh. Hầu hết động cơ đốt trong ô tô đều có nhiều hơn một xi-lanh, thường là 4 đến 8 xi-lanh. Đối với những mẫu xe thể thao hiệu suất cao, những mẫu xe này có thể được trang bị tới 12 đến 16 xi-lanh.
Đối với động cơ ô tô có nhiều xi lanh, các xi lanh sẽ được bố trí theo một trong các cách sau:
- Hàng dọc (hình trụ thẳng hàng).
- Hình chữ V (hình trụ hình chữ V).
- Xếp chồng lên nhau theo chiều ngang (hình trụ thẳng hàng với nhau).
Bugi
Bugi là bugi đánh lửa của hệ thống động cơ ô tô (đối với động cơ xăng). Chúng có nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp không khí-không khí trong xi lanh. Tia lửa này phải được tạo ra ở cuối hành trình nén để thực hiện công tối đa.
Trên động cơ diesel xuất hiện bugi đánh lửa, với nhiệm vụ tăng nhiệt trong khoang động cơ dầu, giúp động cơ vận hành êm ái khi khởi động máy, chúng rất quan trọng trong điều kiện thời tiết lạnh, đặc biệt là ở những nước có tuyết rơi. .
Van (xupap)
Ống xả/cửa nạp sẽ đóng/mở đúng thời điểm để cung cấp nhiên liệu cũng như khí thải. Trong quá trình nén và đốt, các van này sẽ luôn đóng. Các van này hoạt động trên hệ thống trục cam.
Trục cam
Trên mỗi trục cam của động cơ ô tô luôn có các mấu cam, khi các vấu cam này quay sẽ đẩy van xuống khiến van mở ra. Trục cam có hai loại: trục cam đơn và trục cam đôi. Trục cam đơn điều khiển việc đóng/mở van nạp và xả. Trục cam kép có hai trục cam điều khiển riêng van nạp và van xả.
Trục khuỷu
Trục khuỷu thực hiện chức năng biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay giống như trục của bánh răng trục vít – worm gear.
Động cơ ô tô hoạt động như thế nào?
Khi một lượng nhỏ nhiên liệu, chẳng hạn như xăng hoặc dầu diesel, được sử dụng trong một không gian nhỏ, kín, khi đốt cháy, nó sẽ tạo ra một lượng năng lượng lớn bằng cách tăng áp suất không khí. Năng lượng này có thể khiến một củ khoai tây bay xa hơn 150 mét.
Động cơ đốt trong của ô tô hoạt động theo nguyên lý trên: mỗi phút có tới hàng trăm vụ nổ diễn ra bên trong xi lanh của động cơ. Khi hỗn hợp khí bị đốt cháy, nhiệt độ tăng lên làm cho khí cháy nở ra và tạo áp suất lên piston làm piston chuyển động.
Chu trình làm việc trên động cơ ô tô
Ngày nay, hầu hết ô tô đều sử dụng chung một động cơ 4 thì để chuyển hóa nhiên liệu thành động năng. Thời gian bao gồm: nạp – nén – đốt – xả.
- Ở hành trình đầu tiên (van nạp – nạp mở và van xả đóng), hỗn hợp không khí-không khí được “nạp” vào xi lanh khi piston di chuyển từ điểm chết trên (TDC) đến điểm chết dưới (PMB).
- Trong hành trình thứ hai (nén – cả hai van đều đóng), piston nén hỗn hợp không khí-không khí trong xi lanh khi đi từ BDC đến TDC. Khi kết thúc kỳ thứ hai (pít-tông ở TDC), hỗn hợp không khí-không khí được đốt cháy trong động cơ xăng bằng bộ phận đánh lửa gọi là bugi, trong động cơ diesel bằng cơ chế tự bốc cháy.
- Ở lần gõ thứ ba (hoàn thành công việc – các van vẫn đóng), hỗn hợp không khí-không khí sẽ bốc cháy. Do nhiệt độ tăng lên nên áp suất bộ chế hòa khí cũng tăng lên và dịch chuyển piston từ ĐCT sang ĐCD. Chuyển động tịnh tiến này của piston được thanh truyền (thanh bên) truyền đến trục khuỷu và chuyển thành chuyển động quay.
- Ở kỳ thứ tư (van xả đóng và van xả mở), piston di chuyển từ ĐCT sang TDC, đẩy không khí từ xi lanh qua ống xả (ống xả) ra môi trường.
Tại sao lại có sự hiện diện của động cơ tăng áp?
Chuyển động của piston ở hành trình thứ nhất, hành trình thứ hai và hành trình thứ tư là do năng lượng tích trữ trong bánh đà gắn trên trục khuỷu trong hành trình thứ ba. Do đó, động cơ ô tô 4 thì sẽ có góc bắn 720 độ tùy vào góc quay của trục khuỷu, tức là khi trục khuỷu quay 2 vòng sẽ bốc cháy một lần.
Nếu lắp thêm nhiều xi lanh thì góc đánh lửa sẽ nhỏ hơn, năng lượng đốt cháy được đưa vào hai vòng quay của trục khuỷu sẽ nhiều hơn, giúp động cơ chạy êm hơn.
Ngày nay người ta thay thế ống xả bằng hỗn hợp khí mới được điều khiển qua trục cam. Trục này được gắn vào trục khuỷu, quay với gia tốc giảm tốc 1:2 làm đóng mở các van trên đầu xi lanh của động cơ.
Thời điểm đóng/mở van trục khuỷu được thiết lập sao cho van nạp và van xả mở cùng lúc khi chuyển từ xả sang nạp. Khí thải thoát ra với tốc độ cao sẽ hút không khí trong lành vào buồng đốt của ô tô để đưa không khí trong lành vào xi lanh tốt hơn và tăng áp suất đốt cháy.
