Trên mỗi chiếc xe hơi, mỗi thành phấn cấu tạo động cơ ô tô đều hoạt động tương đối phức tạp. Mỗi 1 hệ động cơ đều nắm giữ 1 vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình hoạt động của xe. Để hiểu rõ hơn về điều này, hãy cùng Nghiện Car tìm hiểu tất tần tật về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các khối động cơ chính của xe.
Động cơ ô tô là gì?
Động cơ ô tô là tổng hợp các khối thiết bị được liên kết với nhau, có tác dụng giúp chuyển hóa các dạng năng lượng (như xăng, dầu – nhiệt năng, điện năng,…) thành động năng.
Đây còn là hệ thống quan trọng nhất trong của xe được ví von là “trái tim” điều hành mọi hoạt động của xe.
Bởi lẽ, đây là nơi đã giúp phương tiện sản sinh ra công suất và momen xoắn cực đại làm các bánh xe quay đều, từ đó mà ô tô có thể vận hành di chuyển.
Quan trọng hơn hết, động cơ còn chịu trách nhiệm dẫn động cho 1 số hệ thống phụ trợ khác ở trên xe như: Máy phát điện, hệ thống trợ lực lái,…
Các loại động cơ ô tô
Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều dòng và mẫu xe hơi khác nhau. Theo đó, mỗi xe đều trang bị cho mình những hệ động cơ riêng. Trong đó, các loại động cơ ô tô được sử dụng phổ biến nhất như:
Động cơ đốt trong
Đây là loại động cơ nhiệt, cho hiệu suất cao hơn động cơ đốt ngoài và lại tiêu thụ ít nhiên liệu hơn. Đồng thời, động cơ này còn có kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ hơn nên được sử dụng cho nhiều loại phương tiện, nhất là ô tô và xe máy. Nhìn chung, động cơ đốt trong hoạt động theo nguyên lý đốt cháy nhiên liệu sinh nhiệt, từ nhiệt năng biến đổi thành công cơ học ở dạng mô men quay.
Hiện, động cơ đốt trong có 2 loại chính là: Động cơ xăng và động cơ Diesel. Trong đó, động cơ xăng được ưa chuộng hơn do ưu điểm êm ái, tăng tốc nhanh và mượt mà.
Động cơ điện
Ngày nay, theo xu hướng “xanh hoá” ngành ô tô, trong tương lai các loại động cơ sử dụng nhiên liệu “sạch” như động cơ điện.
Loại động cơ này hoạt động theo nguyên lý biến đổi điện năng thành động năng mà không sử dụng nhiên liệu đốt như xăng hay dầu mà hoạt động nhờ điện tích trữ trong pin (Lithium-ion) thường đặt ở sàn xe.
Thường người dùng sẽ có thể sạc pin cho xe tại các trạm sạc hay ổ điện trong nhà thông qua bộ sạc. Từ đó, pin sẽ cấp điện cho một động cơ cảm ứng gồm: stator (phần đứng yên) và rotor (phần chuyển động).
Khi stator được cấp điện nó sẽ tạo ra từ trường, cung cấp năng lượng cơ học làm quay rotor quanh trục, từ đó giúp xe lăn bánh.
Động cơ hybird
Hybrid là loại động cơ đặc biệt khi lai điện, sử dụng song song hai nguồn động lực là động cơ đốt trong và động cơ điện. Hơn hết, loại động cơ này còn có rất nhiều loại nối như:
- Nối tiếp
- Song song
- Hỗn hợp.
Đặc biệt, tuỳ vào từng loại mà quyết định động cơ điện hay động cơ đốt trong sẽ giữ vai trò dẫn động chính.
Những thành phần chính cấu tạo nên động cơ ô tô
Như đã đề cập đến, trên mỗi chiếc xe đều có nhiều loại động cơ có các cấu tạo khác nhau. Trong đó, các thành phần chính quan trọng không thể thiếu ở mỗi chiếc xe hơi có thể kể đến như:
Xi lanh
Xi lanh là phần được bao bọc bên ngoài buồng đốt – Đây còn là nơi diễn ra quá trình đốt cháy hỗn hợp khí và nhiên liệu. Đồng thời, xi lanh còn là không gian và các Piston di chuyển lên/ xuống.
Động cơ ô tô thường có 3 – 12 xi lanh, trong đó phổ biến nhất là 4, 6 và 8 xi lanh sắp xếp theo nhiều hình dạng khác nhau như hàng dọc, chữ V, chữ L…Ngoài ra còn có kiểu xếp phẳng, nằm ngang đối xứng nhau, loại này gọi là động cơ Boxer.
Đây là một trong những bộ phận quan trọng nhất của xe ô tô và là nơi các piston di chuyển giúp cho xe vận hành.
Bugi
Đây là bộ phận có nhiệm vụ tạo tia lửa để thực hiện kích hoạt quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và khí bên trong buồng đốt động cơ. Thông thường với những bugi quá cũ, khi di chuyển xe sẽ có tình trạng tắt máy đột ngột.
Xu-páp
Xu-páp có hình dạng quả nấm, giữ nhiệm vụ điều khiển van xả và hút đóng/ mở đúng lúc và giải thoát khí nén ra ngoài. Hơn hết, bộ phận này có còn vai trò như một loại van giúp kiểm soát thời gian và lưu lượng hỗn hợp khí cháy trong động cơ. Nguyên lý hoạt động của bộ phận này phụ thuộc vào trục cam.
Trục cam
Trục cam có nhiều mấu cam, đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ xupap hoạt động. Có hai loại trục cam là trục cam đơn (SOHC) và trục cam đôi (DOHC).
Trong đó, trục cam đơn sẽ điều khiển cả việc đóng/mở van nạp và van xả. Còn trục cam đôi có hai trục, một điều khiển van nạp và một điều khiển van xả.
Trục Khuỷu
Trục khuỷu là bộ phận giúp biến chuyển động tịnh tiến của piston biến đổi thành chuyển động quay. Quan trọng hơn hết, trục khuỷu đóng vai trò giúp các chi tiết xe đồng bộ và trơn tru.
Trục khuỷu nhận lực từ thanh truyền, biến đổi thành mô men quay sinh công truyền đến bộ phận công tác, đồng thời nhận năng lượng từ bánh đà truyền ngược lại cho piston để thực hiện tiếp quá trình sinh công.
Trên khuỷu có cảm biến vị trí giúp xác định vị trí và tốc độ quay của trục rồi truyền về ECU động cơ. Nhờ đó mà ECU có thể tính toán thời điểm phun nhiên liệu và đánh lửa một cách chính xác nhất.
Nguyên lý làm việc động cơ đốt trong
Để hiểu được cấu tạo động cơ ô tô, trước tiên bạn cần phải hiểu rõ được nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong.
Cụ thể, động cơ đốt trong có vận hành theo nguyên lý:
Động cơ nén hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong một không gian nhỏ, rồi đốt cháy làm không khí giãn nở để sinh ra năng lượng. Theo đó, năng lượng này sẽ đẩy piston di chuyển. Từ đó, giúp xe vận hành một cách mượt mà
Động cơ đốt trong vận hành và làm việc theo nguyên lý này với một chu trình khép kín, mỗi phút xảy ra hàng trăm lần đốt cháy.
Bên cạnh đó, đa phần các loại xe ô tô hiện nay đều sử dụng các loại động cơ 4 kỳ, với 4 chu kỳ kể đến như: Nạp – Kỳ nạp nhiên liệu , Nén- Kỳ nén nhiên liệu, Đốt – Kỳ đốt cháy nhiên liệu và Xả – Kỳ đẩy/thải nhiên liệu ra buồng đốt. Cụ thể hơn:
- Kỳ nạp (hút): Đây là giai đoạn van nạp mở, van xả đóng, hỗn hợp khí và nhiên liệu được nạp vào xi lanh trong lúc piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới.
- Kỳ nén: Ở đây, Piston chuyển động từ điểm chết dưới lên điểm chết trên để nén hỗn hợp khí và nhiên liệu lại. Cuối giai đoạn, bugi sẽ đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp khí và nhiên liệu.
- Kỳ đốt (nổ): Các hỗn hợp khí và nhiên liệu được đốt cháy làm áp suất tăng cao đẩy piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới. Từ đó, chuyển động này sẽ tác dụng lên thanh truyền rồi đến trục khuỷu và được biến đổi thành chuyển động quay.
- Kỳ xả: Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình đốt. Khi piston chuyển động từ điểm chết dưới lên điểm chết trên để đẩy khí thải trong xi lanh qua van xả ra ngoài hệ thống khí thải hoàn tất 1 quy trình làm việc. Quy trình này sẽ lặp đi lặp lại để động cơ được vận hành 1 cách liên tục.
ECU động cơ
ECU hay còn gọi lag Electronic Control Unit – Đây là bộ phận xử lý trung tâm. Hệ thống này có nhiệm vụ điều khiển mọi hoạt động của động cơ, các hệ thống – thiết bị điện tử trên xe hơi.
ECU sẽ tính toán và đưa ra mệnh lệnh hiệu nhằm giúp cơ cấu chấp hành hoạt động hợp lý và chính xác theo từng điều kiện thực tế. Dựa trên những dữ liệu được truyền về từ: cảm biến kích nổ, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến vị trí trục khuỷu,…
Chung quy lại, ECU sẽ điều khiển hệ thống nạp nhiên liệu, hệ thống đánh lửa, đặc biệt là cả hệ thống điều khiển van biến thiên…
Vai trò và nhiệm vụ chính của ECU là giúp xe vận hành ổn định, an toàn, tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu tối đa khí thải, đảm bảo các cơ cấu chấp hành thích ứng hoạt động tối ưu nhất ở các chế độ khác nhau.
Các hệ thống phụ trợ động cơ
Để động cơ hoạt động êm, và hiệu quả trên xe còn có các hệ thống phụ trợ động cơ khác như:
Hệ thống nạp nhiên liệu
Hệ thống này có nhiệm vụ cung cấp hỗn hợp nhiên liệu xăng/dầu và không khí vào buồng đốt. Hệ thống nạp nhiên liệu có 3 loại gồm:
- Chế hòa khí
- Phun nhiên liệu gián tiếp
- Phun nhiên liệu trực tiếp
Đa phần, các xe ô tô hiện nay đều sử dụng hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp (phía trên cổng nạp) hoặc trực tiếp (vào xi lanh).
Cấu tạo hệ thống nạp nhiên liệu thường gồm các bộ phận chính sau:
- Bình nhiên liệu: tích trữ nhiên liệu trên xe
- Bơm nhiên liệu
- Lọc nhiên liệu: Loại bỏ tạp chất.
- Bộ điều áp nhiên liệu: Chỉnh áp suất sao cho phù hợp.
- Kim phun: Phun nhiên liệu vào buồng đốt.
Hệ thống nạp khí
Như tên gói của nó, hệ thống này có tác dụng giúp nạp không khí vào buồng đốt. Bởi lẽ, để đốt cháy nhiên liệu cần phải có không khí (oxy).
Hầu hết, các dòng xe phổ thông sử dụng hệ thống nạp bình thường là hệ thống hút khí tự nhiên nhờ tận dụng độ chênh lệch giữa áp suất không khí bên ngoài và độ chân không trong xi lanh.
Cấu tạo hệ thống nạp khí ô tô gồm các bộ phận chính gồm:
- Bộ lọc gió: Lọc bụi bẩn
- Cổ họng gió và bướm ga: Hút không khí vào bên trong. Cổ họng gió được điều khiển bởi bướm ga nối với bàn đạp ga. Khi người lái nhấn bàn đạp ga, bướm ga sẽ mở ra để hút không khí.
- Đường ống nạp: Công dụng dẫn không khí đến từ xi lanh.
- Các cảm biến: giúp đo độ mở của cánh bướm ga, cảm biến đo lưu lượng khí nạp giúp xác định lượng không khí đi vào, cảm biến nhiệt độ khí nạp giúp đo nhiệt độ không khí đi vào. Đồng thời, hệ thống này sẽ truyền tín hiệu về ECU động cơ để ECU tính toán cân bằng tỷ lệ hoà khí chính xác.
Hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa giúp động cơ tạo tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp khí và nhiên liệu bên trong buồng đốt.
Một số cấu tạo chính bên trong hệ thống như:
- Bô bin đánh lửa: Tạo ra dòng điện cao áp.
- Bộ chia điện: Chia nguồn điện cao áp từ bô bin đánh lửa đến các bugi ở từng xi lanh.
- Bugi: Tạo ra tia lửa điện để kích hoạt sự cháy xảy ra trong buồng đốt.
Hệ thống bôi trơn
Hệ thống này giúp động cơ đưa dầu nhớt đi bôi trơn các chi tiết chuyển động bên trong động cơ như: piston, ổ bi, bạc trục khuỷu, trục cam… Việc này có tác dụng làm giảm độ ma sát, giải nhiệt, vệ sinh, giúp các chi tiết này hoạt động trơn tru.
Cấu tạo bên trong của hệ thống gồm:
- Dầu nhớt: Bôi trơn, làm mát, vệ sinh các chi tiết bên trong.
- Bơm dầu: Hút dầu từ đấy.
- Lọc dầu: Lọc bỏ cặn bẩn trước khi đưa dầu vào quy trình làm việc.
- Các-te: Chứa dầu.
Hệ thống làm mát
Hệ thống này còn có tên gọi khác là hệ thống giải nhiệt giúp làm mát, duy trì nhiệt độ động cơ ở mức ổn định để mọi thứ có thể hoạt động 1 cách tối ưu nhất.
Các bộ phận bên trong của hệ thống gồm:
- Nước làm mát: làm mát động cơ, duy trì nhiệt độ.
- Két nước: Làm lạnh nước từ bên trong.
- Quạt làm mát: Đẩy không khí qua két nước nhanh hơn.
- Máy bơm nước: Luân chuyển nước 2 chiều.
- Van hằng nhiệt: Điều khiển lượng nước sao cho phù hợp
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: Đo nhiệt độ làm mát và truyền thông tin về ECU.
Hệ thống khí xả
Hệ thống khí xả giúp động cơ xử lý khí thải nhằm giảm âm, bảo vệ môi trường, giúp động cơ hoạt động một cách hiệu quả nhất.
Một số bộ phận bên trong của hệ thống gồm”
- Ống dẫn xả: Thu khí từ xi lanh
- Cảm biến oxy: Đo lượng oxy còn dư trong khí thải và truyền tín hiệu về ECU động cơ.
- Bộ chuyển hóa xúc tác: Xử lý các hóa chất độc hại trước khi thải ra ngoài.
- Ống bô: Làm giảm tiếng ồn.
Ý nghĩa thông số kỹ thuật xe ô tô
Các thông số kỹ thuật của xe sẽ giúp bạn hiểu rõ ưu điểm của xe để đưa ra quyết định chọn mua xe phù hợp. Do đó bạn cần nắm và biết rõ về ý nghĩa của các thông số.
Dung tích động cơ
Dung tích động cơ hay còn được biết đến là dung tích xi lanh. Hệ thống là tổng dung tích của tất cả các xi lanh bên trong động cơ. Dung tích thường được tính theo đơn vị lít hoặc cc. Đáng nói, dung tích xi lanh càng lớn thì khả năng chứa hỗn hợp nhiên liệu và khí đốt cháy càng nhiều nên động cơ sẽ càng khoẻ.
Ví dụ: Động cơ 4 xi lanh có dung tích 2.0 lít. Điều này đồng nghĩa với việc mỗi xi lanh có dung tích 0,5 lít.
Công suất (mã lực)
Đây là thước đo đại lượng cho biết sức mạnh của động cơ, xe có thể chạy nhanh và mạnh thế nào. Theo đó, tốc độ tối đa tỉ lệ thuận với công suất.
Đơn vị tính công suất động cơ thường dùng là mã lực, viết tắt là HP. Ngoài mã lực, công suất còn có đơn vị tính khác như kilowatt (kW).
Chung quy lại, mỗi chiếc xe có công suất càng cao thì tốc độ tối đa sẽ càng cao.
Mô men xoắn (Nm)
Đây là một đại lượng quan trọng trong thông số kỹ thuật động cơ ô tô.
Mô men xoắn là đại lượng cho biết lực tác động để quay quanh trục, cho biết khả năng chịu tải tức thời của động cơ. Đáng nói, mô men xoắn càng cao thì lực kéo của xe, khả năng tải nặng, leo dốc, vượt địa hình… càng tốt.
Đơn vị tính của mô men xoắn là nanomet – Nm.
Vòng tua máy (vòng/phút)
Đây là đại lượng cho biết trục khuỷu có thể quay bao nhiêu vòng trong 1 phút. Đơn vị của vòng tua máy là vòng/phút – Revolutions per minute – rpm.
Trục khuỷu quay càng nhanh thì lực càng lớn. Ở đó, vòng tua máy có mối quan hệ mật thiết với công suất và mô men xoắn. Không giống với công suất và mô men xoắn, khi đánh giá hiệu suất của động cơ, vòng tua máy càng thấp càng cho thấy động cơ có được hiệu suất tốt hơn.
Mối quan hệ giữa công suất, mô men xoắn và vòng tua máy
Mối quan hệ giữa 3 thông số công suất, mô men xoắn và vòng tua máy có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc đánh giá chất lượng 1 chiếc xe.
Trong trường hợp xét đến khả năng vận hành của một chiếc xe thì mô-men xoắn có ý nghĩa về khả năng bươn, trườn, ủi, leo dốc.
Công suất và momen xoắn sẽ liên tục biến thiên trong dải vòng tua hoạt động của động cơ đốt trong. Vì vậy, một động cơ được gọi là hoàn hảo khi nó đạt được những tiêu chí sau đây:
- Có công suất lớn cực đại => đạt được tốc độ cao
- Có momen xoắn lớn cực đại => tải nặng, kéo mạnh, tăng tốc nhanh
- Momen xoắn cực đại đạt được ở vòng tua thấp => giúp tăng tốc nhanh, khả năng tải nặng tức thời và tiết kiệm nhiên liệu
- Momen xoắn cực đại đạt được tại dải vòng tua dài => kéo dài khả năng tải nặng cũng như khả năng tăng tốc độ của xe
Chung quy lại để dễ diển hơn bạn chỉ cần nắm rõ:
- Công suất mang ý nghĩa về tốc độ xe.
- Mô men xoắn mang ý nghĩa về khả năng kéo, tải nặng, thời gian tăng tốc xe nhanh hay chậm.
- Công suất hay mô men xoắn đạt cực đại khi vòng tua máy càng thấp thì xe sẽ tăng tốc nhanh hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn.
Thông qua bài viết trên, Nghiencar hy vọng đã đem tới cho quý độc giả những thông tin hữu ích quan trọng về cấu tạo động cơ ô tô. Để tham khảo thêm nhiều thông tin chi tiết quan trọng khác, hãy truy cập vào website chính thức của chúng tôi.
