Động cơ đốt trong là động cơ nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các loại máy móc, phương tiện giao thông, đặc biệt là ô tô. Loại động cơ này hoạt động theo 4 chu trình nạp – nén – nổ – xả, chuyển hóa nhiệt năng thành công. Bài viết này chúng tôi sẽ cung cấp các thông tin về khái niệm động cơ đốt trong là gì mà bạn có thể tham khảo.
Động cơ đốt trong là gì?
Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt đốt cháy và biến đổi bên trong buồng đốt của máy móc, phương tiện. Quá trình vận hành này đốt cháy nhiên liệu, chuyển hóa nhiệt năng thành công năng và tác động đến một số bộ phận của động cơ như cánh quạt, piston, cánh tuabin… Lực tác động này giúp máy móc, phương tiện vận hành trên một quãng đường nhất định.
Động cơ thường chạy bằng các loại nhiên liệu như xăng, dầu diesel và được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại máy móc, thiết bị và là nguồn năng lượng quan trọng cho các phương tiện giao thông như ô tô, tàu thủy, máy bay… Đây cũng chính là lý do tại sao các loại phương tiện này thường được sử dụng gọi là ” xe động cơ đốt trong “.
Cấu trúc động cơ đốt trong
Mặc dù có nhiều loại động cơ nhiệt nhưng cấu tạo cơ bản của chúng bao gồm 2 cơ chế và 4 hệ thống.
Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
Đây là bộ phận quan trọng có chức năng tiếp nhận năng lượng sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Phần này bao gồm các thành phần có cấu trúc và chức năng như sau:
- Xi lanh: Bộ phận này được đặt trong thân động cơ, kết hợp với đầu xi lanh và đỉnh piston để tạo thành buồng đốt trong động cơ đốt trong .
- Piston: Có dạng hình trụ ngắn, nằm bên trong xi lanh, gồm có đỉnh, thân và một chốt piston. Piston kết hợp với xi lanh tạo thành buồng cháy trong động cơ. Đồng thời, bộ phận này cũng di chuyển về phía trước trong xi lanh, nhận năng lượng sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, truyền qua thanh nối và chốt piston tới trục khuỷu.
- Thanh truyền (còn gọi là thanh truyền) : Đây là bộ phận kết nối piston và trục khuỷu. Nhiệm vụ của thanh truyền là truyền lực tác động và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động tròn của trục khuỷu.
- Trục khuỷu: Chức năng của trục khuỷu là biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay.
Cơ cấu phân phối khí
Bộ phận này có chức năng chính là đóng/mở hệ thống nạp/xả, từ đó giúp động cơ chủ động hút hoặc xả 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 vào các bộ phận bên trong động cơ. Quá trình này giúp giảm ma sát bề mặt, đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và bền lâu hơn.
Hệ thống khởi động
Hệ thống giúp động cơ khởi động, từ đó bắt đầu một quy trình làm việc mới. Khi hệ thống hoạt động, trục khuỷu quay giúp động cơ tự động khởi động.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hệ thống này bao gồm các bộ phận như: kim phun và bộ chế hòa khí hoặc bộ chế hòa khí điều khiển điện tử, cơ cấu lọc và các chi tiết khác. Trước mỗi chu kỳ vận hành, bộ phận này sẽ có nhiệm vụ trộn không khí sạch với nhiên liệu theo tỷ lệ thích hợp và phun chúng vào bên trong buồng đốt.
Hệ thống làm mát
Động cơ đốt trong là động cơ nhiệt nên thường sinh ra rất nhiều nhiệt. Hệ thống làm mát sẽ đảm bảo nhiệt độ ổn định cho các bộ phận, chi tiết, giúp động cơ hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn.
Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong
Động cơ nhiệt thường hoạt động theo quy trình 4 thì: nạp – nén – nổ – xả. Đặc biệt đối với ô tô, có hai loại động cơ: bốn thì và hai thì. Nguyên lý hoạt động của từng động cơ như sau:
Động cơ bốn kỳ
- Thời gian nạp: Trong thời gian làm việc này, van nạp sẽ mở và van xả sẽ đóng. Piston chuyển động giúp đưa hỗn hợp không khí và nhiên liệu vào xi lanh. Quá trình tải này bắt đầu khi piston ở điểm chết trên và kết thúc khi piston ở điểm chết dưới.
- Chu trình nén: Trong chu trình này, van nạp và van xả đóng lại, piston nén hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong xi lanh. Khi kết thúc hành trình nén, khi piston di chuyển về điểm chết trên, hỗn hợp trên sẽ tự bốc cháy (đối với động cơ xăng) và tự bốc cháy (đối với động cơ diesel).
- Chu trình nổ (còn gọi là chu trình đốt cháy và làm việc) : Trong chu trình làm việc này, van nạp và xả vẫn đóng. Nhiệt độ và áp suất tăng do quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và khí làm cho piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới. Quá trình này tạo ra chuyển động quay của trục khuỷu. Khi kết thúc chu trình nổ (piston ở điểm chết dưới), van xả bắt đầu mở để chuẩn bị cho chu trình tiếp theo.
- Chu trình xả: Trong chu trình này, van xả mở ra và van nạp đóng lại. Piston di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, khí có trong xi lanh được thải ra ngoài môi trường. Khi kết thúc chu trình, van xả đóng lại và van nạp mở ra để bắt đầu một quá trình làm việc mới.
Động cơ hai kỳ
Động cơ này không có van nạp hoặc van xả. Các lỗ hút, xả sẽ được thiết kế trực tiếp trên thành xi lanh và sẽ đóng mở tùy theo chuyển động của piston. Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong hai thì như sau:
- Giai đoạn nén: Giai đoạn làm việc này sẽ bắt đầu khi piston ở gần điểm chết trên. Các cửa nạp và cửa xả đóng lại, piston nén hỗn hợp khí bên trong xi lanh đồng thời nạp hỗn hợp khí mới vào buồng nén bên dưới. Khi piston đạt đến điểm chết trên thì quá trình nổ xảy ra.
- Nổ: Trong buồng cháy, hỗn hợp khí được đốt cháy tạo ra nhiệt độ và áp suất cao. Quá trình này làm cho piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới. Khi piston ở điểm chết dưới thì cửa nạp và cửa xả mở. Khí đốt được thoát ra khỏi xi lanh và khí nén ở buồng nén trước đi vào xi lanh.
Động cơ bốn thì có ưu điểm là tiết kiệm nhiên liệu và hạn chế phát thải ra môi trường. Chính vì lý do đó mà ngày nay loại động cơ này thường được sử dụng trên nhiều mẫu 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 phương pháp phân loại thường được áp dụng.
Phân loại động cơ đốt trong theo nhiên liệu
Theo tiêu chí này sẽ có 2 loại phổ biến nhất là động cơ xăng và động cơ diesel.
- Động cơ xăng: Ở động cơ này, hỗn hợp xăng và không khí được nén dưới áp suất cao. Khi kết thúc quá trình nén, hỗn hợp sẽ được bugi đốt cháy, tạo ra nhiệt làm piston chuyển động. Đồng thời, trục khuỷu và thanh truyền chuyển động, truyền lực tới hộp số và các bánh xe.
- Động cơ diesel: Khác với động cơ xăng, thay vì được đốt cháy bằng bugi, động cơ diesel sẽ được phun thẳng vào buồng đốt và tự bốc cháy. Do có tỷ số nén cao nên động cơ diesel có hiệu suất cao và mức tiêu hao nhiên liệu thấp, đặc biệt ở mức tải thấp hoặc trung bình. Điều này làm cho động cơ diesel rất tiết kiệm.
Phân loại theo chuyển động của piston
Đây là tiêu chí phân loại ít được sử dụng hơn. Vì vậy, 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 trình làm việc
Bên cạnh tiêu chí về nhiên liệu, đây cũng là cách phân loại động cơ đốt trong khá phổ biến hiện nay. Tùy theo chu trình làm việc, động cơ đốt trong sẽ bao gồm động cơ 2 thì và động cơ 4 thì. Trong số đó, động cơ 4 thì được sử dụng rộng rãi và yêu thích trên nhiều loại phương tiện, máy móc.
Phân loại theo cách sắp xếp piston và xi lanh
Cách phân loại này thường phổ biến ở ô tô và các phương tiện giao thông khác. Theo đó, các loại động cơ đốt trong theo tiêu chí này bao gồm:
- Động cơ I: là động cơ trong đó các xi lanh được xếp thành một hàng. Vì vậy, động cơ này còn được gọi là động cơ nối tiếp.
- Động cơ chữ V: là loại động cơ trong đó các xi lanh được sắp xếp thành hình chữ V.
- Động cơ VR: là động cơ kết hợp hai kiểu dáng động cơ I và V. Các xi lanh nghiêng một góc 15 độ so với phương thẳng đứng.
- Động cơ W (động cơ VV): thường được sử dụng chủ yếu trên xe đua.
Ứng dụng của động cơ đốt trong trên ô tô
Động cơ đốt trong giúp tạo ra nguồn cơ khí, thường được sử dụng trên các phương tiện giao thông: ô tô, tàu thủy, máy bay… hoặc trong các máy công nghiệp, nông nghiệp sử dụng trong quá trình sản xuất.
Đặc biệt trong ngành công nghiệp ô tô, loại động cơ này được sử dụng rất phổ biến với những đặc điểm như: kích thước và trọng lượng nhỏ, tốc độ quay nhanh giúp xe chạy mạnh mẽ và thường được làm mát bằng nước.
Động cơ này thường được bố trí ở 3 vị trí: phía trước, phía sau và giữa xe. Mỗi vị trí sẽ có những ưu và nhược điểm riêng. Ô tô sử dụng động cơ này sẽ đảm bảo quãng đường di chuyển dài hơn và xe vận hành mạnh mẽ hơn. Ngoài ra, ô tô sử dụng động cơ diesel còn giúp người dùng tiết kiệm chi phí nhiên liệu.
Trên đây là những thông tin về động cơ đốt trong là gì cũng như các loại động cơ đốt trong mà bạn có thể tham khảo. Chúng tôi hy vọng bài viết này sẽ cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích.
