Bạn đã bao giờ mở nắp ca-pô chiếc ô tô của mình và tự hỏi cái gì xảy ra trong động cơ của nó chưa? Có thể bạn không hiếu kỳ và không muốn biết tường tận điều đó.
Thế nhưng khi mua một chiếc xe mới chắc chắn bạn cũng cần phải biết 3.0 V6 hay 2.4 G… nghĩa là gì? “Dual overhead cams” hay “tuned port fuel injection” là thế nào?… Để trả lời cho các câu hỏi trên, chúng ta hãy tìm hiểu về động cơ của ô tô.
Mục đích của động cơ ô tô (thường sử dụng nhiên liệu xăng hoặc dầu diesel) là chuyển đổi năng lượng sinh ra từ quá trình đốt cháy xăng, dầu thành năng lượng cơ học để chiếc xe của bạn có thể chuyển động được. Do quá trình cháy diễn ra bên trong xy-lanh nên động cơ này được gọi là động cơ đốt trong.
Trên thực tế, có cả loại động cơ đốt ngoài. Ví dụ như động cơ hơi nước sử dụng trên xe lửa cổ điển là loại động cơ đốt ngoài. Loại nhiên liệu như than, gỗ, dầu,… được sử dụng trên động cơ hơi nước để tạo ra nhiệt năng đun nước sôi thành hơi nước và chính hơi nước này lại tạo nên chuyển động bên trong động cơ. Hiệu suất của động cơ đốt trong cao hơn động cơ đốt ngoài (tức là cùng quãng đường như nhau, động cơ đốt trong tốn ít nhiên liệu hơn động cơ đốt ngoài), thêm nữa động cơ đốt trong có kích thước nhỏ hơn nhiều so với động cơ đốt ngoài tương đương. Đó là lý do tại sao ô tô lại sử dụng động cơ đốt trong.
Hầu hết các xe ô tô hiện nay sử dụng động cơ đốt trong loại pít-tông chuyển động tịnh tiến do có các ưu điểm: hiệu suất cao so với động cơ đốt ngoài, chi phí sử dụng vừa phải so với động cơ tua-bin khí, dễ dàng tiếp nhiên liệu duy trì hành trình so với động cơ điện. Những ưu điểm này làm cho động cơ đốt trong là công nghệ hầu như là duy nhất hơn 100 năm qua. Để rõ hơn về nguyên lý hoạt động, chúng ta hãy tìm hiểu những điều cơ bản nhất về động cơ đốt trong.
Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong
Trước hết, một ví dụ đơn giản nhất về động cơ đốt trong chính là khẩu súng đại bác. Khẩu súng là một ống hình trụ được bịt kín một đầu. Người ta nhồi thuốc súng vào lòng nòng súng sau đó cho một viên đạn (hình dạng hình trụ có đầu nhọn) để bịt kín hoàn toàn khối thuốc súng. Khi bắn, người ta châm lửa đốt cho khối thuốc súng cháy. Lượng khí sinh ra tức thời rất lớn làm áp suất trong nòng súng tăng mạnh đẩy viên đạn bắn ra khỏi nòng súng. Động cơ của các xe ô tô chính là một cơ cấu cơ khí tận dụng được năng lượng đó và chuyển hoá thành chuyển động quay cho trục khuỷu của động cơ.
Chúng ta có thể nhìn thấy chi tiết đang chuyển động lên xuống trong động cơ, đó là pít-tông. Pít-tông được nối với trục khuỷu nhờ thanh truyền. Toàn bộ quá trình của 4 kỳ có thể miêu tả như sau:
Nguyên lý hoạt động của động cơ 4 kỳ (nhấn vào “CLICK HERE TO ANIMATE” để xem mô phỏng).
Chú thích: A: Trục cam, B: Nắp máy, C: Van nạp, D: Họng hút, E: Nắp xi lanh, F: Dung dịch làm mát xi lanh, G: Thân động cơ, H: Các te chứa dầu, I: Dầu bôi trơn, J: Bugi, K: Van xả, L: Họng xả; M: Pít-tông; N: Thanh truyền; O: Vòng đệm; P: Trục khuỷu.
Hầu hết các xe ô tô hiện nay đang sử dụng loại động cơ 4 kỳ (do Nicolaus Otto phát minh năm 1867). 4 kỳ của động cơ đốt trong được minh hoạ ở hình trên. Chúng gồm có: 1. Kỳ hút (nạp), 2.Kỳ nén, 3.Kỳ cháy (nổ), 4.Kỳ xả.
1. Vị trí xuất phát đầu tiên của pít-tông là ở trên đỉnh, lúc này van (xu-páp) nạp mở ra và pít-tông chuyển động xuống dưới để lượng hỗn hợp không khí và các hạt xăng nhỏ (gọi tắt là hỗn hợp khí) nạp đầy vào trong xy-lanh (phần 1 – màu vàng).
2. Khi pít-tông chuyển động lên trên để nén khối không khí đã hoà trộn các hạt xăng nhỏ li ti. Việc nén không khí lại sẽ làm cho hiệu quả của việc đốt cháy không khí tăng thêm nhiều (phần 2 – màu tím).
3. Khi pít-tông chạm tới đỉnh (điểm chết trên) của hành trình đi lên, nến điện phát tia lửa đốt cháy xăng hoà trộn trong không khí. Lúc này hơi xăng cháy tức thời đã tạo nên sự nổ ở trong xy-lanh đẩy pít-tông đi xuống (phần 3 – màu đỏ).
4. Khi pít-tông đã ở điểm dưới cùng (điểm chết dưới), van (xu-páp) xả mở ra và khi pít-tông đi lên sẽ đẩy toàn bộ lượng khí trong xy-lanh ra ngoài qua ống xả (phần 4 – màu xanh).
Bây giờ, động cơ lại sẵn sàng cho chu trình tiếp theo và nó lại tiếp tục nạp hỗn hợp khí và hơi xăng. Lưu ý rằng, chuyển động của động cơ là chuyển động quay của trục khuỷu, còn chuyển động của pít-tông lại là chuyển động tịnh tiến. Để chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của pít-tông thành chuyển động quay cần nhờ đến trục khuỷu. Bây giờ chúng ta cùng xem xét sự ghép nối và phối hợp làm việc của các bộ phận trong động cơ như thế nào?
Phần cốt lõi của động cơ là xy-lanh và pít-tông chuyển động lên xuống trong đó. Động cơ mô tả trên đây là loại động cơ một xy-lanh. Thế nhưng đa số động cơ ô tô hiện nay không chỉ có một xy-lanh mà có tới 4, 6 hoặc 8 xy-lanh, 12 hay 16. Đối với động cơ nhiều xy-lanh, các xy-lanh được sắp xếp thành một trong những cách sau: thành một hàng dọc (hình 3: xy-lanh xếp thẳng hàng), thành hình chữ V (hình 4: xy-lanh xếp hình chữ V) , hai xy-lanh xếp đối nhau nằm ngang (hình 2: xy-lanh xếp đối đỉnh) hoặc hình sao (động cơ máy bay) như hình vẽ minh hoạ dưới đây.
Trung Tâm Huấn Luyện Kỹ Thuật Ô Tô Việt Nam VATC – Học Để Làm Được
