Động cơ ô tô máy xăng: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Động cơ ô tô máy xăng là loại động cơ được sử dụng phổ biến nhất hiện nay nhờ vào khả năng vận hành mạnh mẽ, êm dịu, gia tốc lớn và tiết kiệm nhiên liệu.

Vậy động cơ xăng ô tô là gì? Chúng có cấu tạo như thế nào? Nguyên lý vận hành ra sao? Động cơ xăng và động cơ dầu khác nhau như thế nào? Tất cả những câu hỏi liên quan đến động cơ xăng ô tô sẽ được AutogarageVN giải đáp trong bài viết sau đây. Hãy cùng theo dõi nhé!

Động cơ ô tô máy xăng là gì?

Động cơ máy xăng là loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu là xăng. Động cơ này có khả năng chuyển đổi nhiệt năng của xăng thành cơ năng và momen xoắn, sau đó tác động lên các bánh xe giúp xe chuyển động.(1)

Quá trình hình thành của động cơ xăng

Động cơ xăng được Nicholas August Otto phát triển vào cuối thế kỷ XIX, dựa trên động cơ ba kỳ bổ sung khí nén. Khi vẫn hành, hỗn hợp nhiên liệu và khí nổ sẽ tạo nên một lực đẩy piston bắn ra, sau đó quay trở lại và sinh ra công năng.

Vào năm 1886 ở Đức và 1888 – 1889 ở Áo, Gottlieb Daimler và Carl Benz, Siegfried Marcus đã độc lập chế tạo thành công chiếc ô tô đầu tiên sử dụng động cơ xăng. Đây được xem là cột mốc quan đánh đánh dấu sự hình thành và phát triển của động cơ xăng như hiện nay.

Cấu tạo của động cơ máy xăng

Một động cơ xăng ô tô được cấu tạo bởi 7 bộ phận chính, mỗi bộ phận sẽ có cấu tạo và đảm nhận một vai trò riêng biệt, cụ thể:

•       Xylanh: Là một bộ phận vô cùng quan trọng ở động cơ xăng – piston hoạt động ở đây để giúp xe có thể chuyển động. Thông thường, mỗi động cơ xăng sẽ có từ 4 – 8 xylanh được xếp theo chiều dọc, chiều ngang hoặc hình chữ I, chữ V…, tùy thuộc vào thiết kế của động cơ.
•       Van (xupap): Đảm nhận chức năng đóng/mở thường xuyên của van xả, van hút và xả khí nén ra bên ngoài môi trường. Trong quá trình nén và đốt, van của xupap sẽ đóng và trong hai chu kỳ tiếp theo, van sẽ mở để xả khí ra ngoài.
•       Bugi: Là thiết bị có khả năng tạo ra tia lửa điện để thực hiện quá trình đốt cháy ở cuối hành trình nén. Nếu như bugi không hoạt động, nhiệt năng sẽ không được sinh ra.
•       Trục cam: Là một bộ phận của van, đảm nhận chức năng đóng/mở và xả khí. Tại cuối chu trình, trục cam mở và xả khí thải ở động cơ.
•       Trục khuỷu: Có nhiệm vụ nhận lực đẩy từ thanh truyền và truyền tới bánh đà.
•       Hệ thống nạp nhiên liệu: Đảm nhận nhiệm vụ cung cấp hỗn hợp xăng và không khí đến các xylanh. Tùy theo cấu tạo của động cơ xăng mà sẽ có kiểu hệ thống nạp phù hợp như chế hòa khí, phun xăng trực tiếp hay gián tiếp.
•       Hệ thống làm mát: Bao gồm két nước làm mát, máy bơm nước, các đường ống và cảm biến nhiệt độ. Nước làm mát sẽ được đưa vào hệ thống, sau đó tuần hoàn qua động cơ và chảy ra két nước để làm mát.

Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng trên ô tô

Động cơ ô tô máy xăng hoạt động dựa trên nguyên lý biến xăng thành nhiệt năng, quá trình đốt nóng sẽ tạo nên áp suất đẩy piston ở điểm chết trên xuống điểm chết dưới, đồng thời trục khuỷu quay và truyền chuyển động này tới vị trí của hộp số, cuối cùng là đến bánh xe.

Để động cơ hoạt động và xe có thể chạy được, các thì trong động cơ xăng sẽ trải qua 4 chu kỳ chính:

–  Thì 1 (kỳ nạp): Khi pittong di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, hỗn hợp hòa khí sẽ được nạp vào cylinder.

–  Thì 2 (kỳ nén): Hỗn hợp hòa khí được nén bởi pittong khi nó di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên. Khi hoàn tất kỳ nén, hỗn hợp hòa khí sẽ được bugi đánh lửa.

–  Thì 3 (sinh công): Tại thì 3, hỗn hợp không khí và nhiên liệu và được đốt cháy và sinh ra nhiệt, áp suất tăng lên làm cho pittong chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới. Chuyển động này sẽ làm cho trục khuỷu quay. Khi trục khuỷu quay, chuyển động được truyền tới hộp số và sau đó là đến các bánh xe.

–  Thì 4 (xả): Ở thì 4, quá trình nổ đã diễn ra và khí thải sẽ được đẩy ra ống xả và xả ra bên ngoài môi trường.

Ưu và nhược điểm của động cơ máy xăng

Mỗi loại động cơ trên ô tô đều sẽ có những ưu và nhược điểm riêng. Động cơ ô tô máy xăng cũng không ngoại lệ:

•       Ưu điểm:

– Khả năng vận hành êm ái và không gây nhiều tiếng ồn.

– Cho khả năng tăng tốc tốt hơn so với những loại động cơ khác.

– Tiết kiệm nhiên liệu.

•       Nhược điểm:

– Khả năng chịu tải thấp.

– Sử dụng sai cách có thể dẫn đến cháy nổ.

Động cơ xăng và động cơ Diesel khác nhau như thế nào?

Cả động cơ xăng và động cơ Diesel đều là loại động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu là chất lỏng (có những loại động cơ sử dụng pin hoặc khí gas). Cả hai loại động cơ này cũng đều thực hiện 4 chu kỳ (4 kỳ – 4 thì) bao gồm hút – nén – nổ – xả, tương ứng với 2 chu kỳ quay của trục khuỷu động cơ.

Trên cùng một mẫu xe của một nhà sản xuất, nếu như có hai phiên bản là động xăng và động cơ diesel với cùng dung tích, thì sẽ cho khả năng vận hành khác nhau.

Động cơ xăng thường sẽ đạt số vòng tua máy cao/nhanh hơn và có công suất lớn hơn, nên khả năng gia tăng cũng sẽ tốt hơn. Còn đối với động cơ dầu diesel thì thường có vòng quay cực đại thấp, gia tốc thấp hơn, nhưng lại có momen xoắn cao hơn, nên sức kéo sẽ lớn hơn ở vòng quay máy thấp.

Sự khác biệt cơ bản của động cơ ô tô máy xăng và máy dầu năm ở 3 yếu tố là: nhiên liệu, cơ cấu buồng đốt và hiệu năng sử dụng:

–  Động cơ xăng sử dụng nhiên liệu là xăng, sinh công dựa trên quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí nhờ vào tia lửa điện ở bugi. Còn động cơ Diesel sử dụng nhiên liệu là dầu diesel, không có bugi đánh lửa, khả năng sinh công dựa trên quá trình nén hỗn hợp nhiên liệu và không khí bên trong xylanh.

–  Động cơ xăng sử dụng chế hòa khí hoặc phun nhiên liệu điện tử đơn thuần, nên hỗn hợp hòa khí được hòa trộn trước khi đưa vào buồng đốt. Còn ở động cơ Diesel, hỗn hợp sẽ được hòa trộn trực tiếp bên trong buồng cháy.

–  Hiệu suất của động cơ Diesel sẽ lớn hơn khoảng 1.5 lần so với động cơ xăng. Nhiên liệu Diesel sẽ rẻ hơn xăng, 1 lít diesel khi đốt cháy hoàn toàn nhận được khoảng 8.755 calo, trong khi 1 lít xăng khi đốt cháy hoàn toàn sẽ nhận được khoảng 8.140 calo. Hiệu suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ xăng là 260 – 380g/kWh, lớn hơn so với động cơ diesel là 200 – 285/kWh.

Tuy nhiên, nhìn chung thì động cơ ô tô máy xăng sẽ có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với động cơ máy dầu. Nếu như so sánh giữa động cơ xăng và dầu có cùng công suất, thì trọng lượng của động cơ diesel luôn lớn hơn động cơ xăng, tỷ số nén của động cơ diesel cũng lớn hơn, vật liệu và công nghệ chế hệ thống cung cấp nhiên liệu đòi hỏi cao hơn, tốc động độ của động cơ thấp hơn, đồ ồn lớn hơn và lượng khí thải ra môi trường cũng lớn hơn

Động cơ xăng đang được ưa chuộng sử dụng phổ biến

Hiện tại các dòng xe đời mới và xe hạng sang vẫn ưu tiên sử dụng động cơ xăng là chủ yếu, bởi nó mang lại khả năng vận hành êm ái và gia tốc lớn. Các nghiên cứu mới để cải thiện công suất và khả năng tiết kiệm nhiên liệu vẫn đang ngày càng hoàn thiện như hệ thống phun xăng trực tiếp, hệ thống đánh lửa nhiều lần.

Khách quan mà nói, động cơ xăng và dầu diesel đều có những ưu điểm riêng. Mỗi loại động cơ sẽ được nhà sản xuất áp dụng sao cho phù hợp với từng mục đích sử dụng riêng biệt. Nếu bạn muốn một chiếc xe có khả năng tăng tốc tốt và vận hành êm ái thì bạn có thể chọn động cơ ô tô máy xăng. Còn nếu bạn muốn một chiếc xe có khả năng tải trọng và vượt địa hình tốt thì động cơ dầu sẽ là sự lựa chọn tối ưu!