Động cơ đốt trong là gì?
Có thể nói động cơ đốt trong giống như quả tim của một chiếc xe ô tô, nó là một loại động cơ nhiệt có nhiệm vụ chuyển hóa năng lượng hóa học (xăng, dầu) thành động năng và ngược lại để làm cho chiếc xe chuyển động hay nói đơn giản là nó đốt cháy nhiên liệu để cấp nhiệt và quá trình giãn nở ngay trong buồng đốt để sinh công . Cấu tạo chính của động cơ đốt trong giúp nó hoạt động là nhờ vào xi lanh, piston. Từ cách bố trí vị trí cũng như đặc điểm của xi lanh như nằm thẳng hàng hay đối đầu nhau,… mà ta có được các loại động cơ như I, V, W, Boxer, Wankel,…
Đôi nét tiêu biểu về lịch sử của động cơ đốt trong?
Năm 1860, ông Etienne Lenoir là một kỹ sư người Bỉ phát minh ra động cơ đốt trong 2 kỳ được ứng dụng thương mại đầu tiên (trước đó đã có nhiều người khác đã phát minh ra động cơ đốt trong nhưng chưa được sử dụng nhiều vì tính thực tế và hiệu quả mang lại), lúc đó động cơ vẫn dùng khí đốt để hoạt động với hiệu suất khoảng 5%.
Đến năm 1876, dựa trên mẫu của Lenoir động cơ đốt trong hiện đại được Nicolaus Otto – một kỹ sư người Đức tạo ra (hay còn gọi là động cơ Otto) cũng chạy khí đốt nhưng có hiệu quả cao hơn gấp 3 lần so với động cơ của Lenoir và đây cũng là động cơ 4 kỳ đầu tiên.
Năm 1885, Daimler đăng ký bằng sáng chế cho động cơ 4 kỳ chạy bằng xăng đầu tiên. Sau đó, đến năm 1900 Gottlied Daimler và Wilhelm Maybach đã cho ra mắt động cơ chữ V 2 xi lanh đầu tiên tại Paris.
Đến nay, ngành chế tạo động cơ đốt trong nói chung và ngành ô tô nói riêng đã và đang phát triển mạnh mẽ với sự đa dạng về ứng dụng từ nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, xây dựng,…
Các đặc tính của động cơ đốt trong?
Ưu điểm:
- Hiệu suất làm việc cao hơn hết so với các kiểu động cơ khác như động cơ hơi nước, tuabin khí,… với hiệu suất cực đại có thể đạt tới 40-52% trong khi các động cơ khác chỉ đạt khoảng một nửa.
- Kích thước và trọng lượng không quá lớn nhưng công suất riêng sinh ra lớn đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.
- Khởi động nhanh, dễ dàng, vận hành, chăm sóc, bảo dưỡng cũng đơn giản.
Nhược điểm: - Nhiên liệu đắt và sẽ cạn dần vì khai thác quá mức.
- Công suất cực đại của động cơ không cao, theo số liệu năm 1997 và hiện nay thì công suất cao nhất không vượt qua 40-50 nghìn mã lực, thậm chí động cơ của hãng MAN-B&W là siêu khủng cũng chỉ đạt 68.520 kW trong khi công suất của tuabin hơi có thể đạt chục vạn kW.
- Khả năng quá tải cũng không vượt trội, cụ thể là không vượt quá 10% công suất quy định trong vòng 1 giờ.
- Thợ máy phải được đào tạo kỹ vì máy móc ngày càng hiện đại càng phức tạp, nhiều chi tiết và đòi hỏi kỹ thuật cao. Cùng với đó là chi phí bảo dưỡng sửa chữa cũng như thay thế cao.
Có những loại động cơ đốt trong nào trên ô tô?
Theo công dụng của động cơ đốt trong, có nhiều loại động cơ thích hợp với mỗi phương tiện như: động cơ tĩnh tại (dùng cho máy phát điện), động cơ ô tô, động cơ máy bay, động cơ tàu thủy, xe lửa, máy cày,… Ở bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu về động cơ đốt trong trên ô tô.
Theo nhiên liệu: có động cơ xăng, động cơ diesel và động cơ gas (còn gọi là động cơ chạy khí).
Theo cách thức đốt cháy nhiên liệu: động cơ khí tự đốt cháy ở diesel, động cơ đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện ở động cơ xăng.
Theo phương pháp tạo hòa khí: động cơ tạo hòa khí bên ngoài (nhiên liệu và không khí được hòa trộn bên ngoài trước khi đưa vào buồng đốt) và động cơ tạo hòa khí bên trong (nhiên liệu và không khí được tạo thành bên trong buồng đốt).
Theo cách nạp nhiên liệu: động cơ không tăng áp, động cơ tăng áp và động siêu nạp. Cụ thể về đặc điểm của các loại động cơ này các bạn có thể tìm hiểu ở các bài viết trước chúng tôi đã đề cập.
Theo cách chuyển động của piston: động cơ piston tịnh tiến (loại động cơ thông thường), động cơ piston quay như động cơ Wankel (động cơ piston tròn).
Theo số hành trình của piston: động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ.
Theo tốc độ của piston: động cơ tốc độ thấp, trung bình và tốc độ cao.
Theo số xi lanh: động cơ 1 xi lanh và động cơ nhiều xi lanh.
Theo cách bố trí xi lanh: động cơ chữ I (xi lanh thẳng 1 hàng), V (xi lanh đặt nghiêng ở 2 mặt phẳng hợp với nhau một góc nhất định),… động cơ hình sao (thường dùng trên máy bay).
Theo cách làm mát: động cơ làm mát bằng nước, động cơ làm mát bằng khí.
Xi lanh, piston là gì?
Nói đến động cơ đốt trong thì không thể không kể đến xi lanh, piston vì đây là bộ phận thiết yếu của động cơ. Bên trong xi lanh có chứa piston làm nhiệm vụ di chuyển lên xuống để thực hiện các quá trình đốt cháy, giãn nở nhiên liệu để sinh công. Một chiếc ô tô loại phổ thông thường có động cơ với khoảng 4 đến 8 xi lanh. Còn các dòng ô tô thể thao hay cần tải nặng, công suất lớn hơn thì sẽ có số xi lanh nhiều hơn.
Nguyên lý hoạt động của xi lanh: Động cơ ô tô hoạt động sẽ có 4 kỳ “nạp, nén, nổ, xả”. Cụ thể:
Nạp: van nạp mở, piston đi xuống hút nhiên liệu vào và hòa trộn với không khí.
Nén: cả 2 van đều đóng, piston đi lên nén không khí và nhiên liệu tạo thành hỗn hợp dễ cháy.
Nổ: cả 2 van đều đóng, piston đi xuống, bugi đánh lửa xúc tác cho hỗn hợp bùng cháy tạo áp suất rất lớn.
Xả: van xả mở, piston đi lên đẩy hết hỗn hợp khí cháy thoát ra ngoài.
Các chu trình này lặp lại tuần hoàn liên tục để liên tục tạo ra công suất giúp xe vận hành.
Cách bố trí xi lanh trong động cơ ô tô
Dựa vào cấu tạo vận hành của ô tô mà động cơ sẽ được trang bị số lượng và cách bố trí xi lanh khác nhau để phù hợp. Phổ biến nhất là động cơ sử dụng 4 hoặc 6 xi lanh và được sắp xếp theo kiểu I hoặc V. Dưới đây là giải thích chi tiết hơn về các cách sắp xếp này:
- Động cơ I4: là động cơ có 4 xi lanh được xếp đứng và thẳng hàng nhau giống chữ I
- Động cơ V6: là động cơ có 6 xi lanh (gồm 2 hàng, mỗi hàng 3 xi lanh) được xếp đối đỉnh nhau giống chữ V, góc hợp giữa 2 xi lanh hợp lý thường là 15o-120o trong đó 30o-60o là phổ biến nhất. Cùng với đó là động cơ V8 (với 8 xi lanh và 4 xi lanh mỗi hàng).
- Động cơ W12, W16: gồm 12 xi lanh xếp kiểu chữ W (gồm 4 hàng, mỗi hàng 3 xi lanh) và W16 gồm 16 xi lanh xếp kiểu chữ W (4 xi lanh mỗi hàng).
=> Trên đây là những loại động cơ ô tô với cách bố trí xi lanh phổ biến nhất hiện nay được sử dụng trên hầu hết các mẫu xe. Để biết thêm chi tiết về mỗi loại và các loại khác, bạn có thể tham khảo qua bài viết tiếp theo của chúng tôi về đặc điểm của mỗi loại động cơ.
Như đã nói ở trên thì mỗi loại loại bố trí động cơ sẽ có những ưu nhược điểm riêng của nó, mục đính chính vẫn là đáp ứng nhu cầu về công suất, momen trong các điều kiện khác nhau và khắc phục được các nhược điểm để đạt hiệu quả tốt nhất, đó là lý do có nhiều cách bố trí xi lanh trên động cơ ô tô.
Vậy, tại sao động cơ ô tô cần nhiều xi lanh mà không phải một như trên xe máy?
Để giải thích cho việc này thì bạn cũng có thể nhận thấy đặc điểm kết cấu, nhu cầu sử dụng hay sức tải và công suất trên một chiếc xe máy và một chiếc ô tô có sự khác biệt rõ rệt. Từ đó có thể hiểu rằng, một chiếc ô tô phục vụ rất nhiều nhu cầu của con người, do đó nó cần phải đảm bảo rất nhiều yếu tố như khả năng vận hành êm ái, mượt mà nhưng không kém phần mạnh mẽ, tải được nhiều đồ,… Do đó chỉ với 1 xi lanh mà phải đảm nhiệm quá nhiều yêu cầu như vậy thì không thể mà cần phải có nhiều xi lanh cùng vận hành.
Ngoài ra, động cơ bố trí nhiều xi lanh sẽ có tác dụng ổn định tốc độ quay trục khuỷu vì bánh đà càng nặng thì lực được phân bố sẽ càng đều, từ đó giúp trục khuỷu đều hơn và cân bằng tốt hơn. Bên cạnh đó, một ưu điểm lớn được các chuyên gia nhắc đến khi sử dụng nhiều xi lanh đó là tác dụng giảm lực cản đường ống nạp và xả vì động cơ 1 xi lanh chỉ có 1 ống xả duy nhất gây trở ngại cho việc luân chuyển các dòng khí, khi có nhiều xi lanh đồng nghĩa với việc nhiều ống nạp, xả sẽ giảm lực cản lên đường ống giúp xả khí 1 cách tối ưu nhất cho ra công suất cũng tối ưu.
Tuy nhiên số lượng xi lanh càng lớn càng nâng cao độ phức tạp về mặt tính toán thiết kế, lắp ráp và sửa chữa.
Trên đây là các thông tin cơ bản về động cơ đốt trong trên ô tô phổ biến hiện nay, hy vọng sẽ cho các bạn cái nhìn khái quát khi tìm hiểu về một chiếc ô tô. Hẹn các bạn ở bài viết sau về chi tiết các loại động cơ khác nhau trên ô tô.
Nguồn tham khảo: wikipedia, vinfastauto
