Động cơ đốt trong là gì, Cấu tạo, nguyên lý và cách phân loại

Động cơ đốt trong là một loại động cơ đóng vai trò là nguồn động lực chính cho nhiều loại máy móc và phương tiện di chuyển, đặc biệt là ô tô. Bài viết này sẽ đi sâu vào cấu tạo và nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ đốt trong, giúp bạn có cái nhìn toàn diện và dễ hiểu nhất.

Động cơ đốt trong là gì?

Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt biến đổi năng lượng hóa học từ nhiên liệu thành năng lượng cơ học thông qua quá trình cháy xảy ra bên trong xilanh. Khác với động cơ đốt ngoài (như động cơ hơi nước), quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ đốt trong diễn ra trực tiếp trong buồng đốt nằm bên trong xilanh, nơi sinh ra áp suất đẩy piston chuyển động.

Cấu tạo động cơ đốt trong

Cấu tạo động cơ đốt trong là một phần quan trọng trong kiến thức ô tô, gồm hai loại chính là động cơ 2 thì và động cơ 4 thì:

Cấu tạo động cơ 2 thì

Động cơ 2 thì có thiết kế đơn giản, nhẹ và nhỏ gọn, thường sử dụng trên xe ô tô. Cấu tạo chính của động cơ 2 thì gồm các bộ phận sau:

• Xi-lanh (Cylinder): Là nơi diễn ra quá trình cháy và sinh công.
• Piston: Di chuyển lên xuống trong xi-lanh để thực hiện các kỳ nén, cháy và xả.
• Buồng đốt: Nơi hòa trộn không khí và nhiên liệu, sau đó diễn ra quá trình đốt cháy.
• Trục khuỷu: Chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay.
• Bugi: Đánh lửa để đốt cháy nhiên liệu (chỉ có ở động cơ xăng).
• Cửa nạp và cửa xả: Điều khiển dòng khí vào và ra khỏi xi-lanh, không có van như động cơ 4 thì.
• Hệ thống bôi trơn: Dầu nhớt được trộn trực tiếp vào nhiên liệu để bôi trơn các bộ phận chuyển động.

Cấu tạo động cơ 4 thì

Động cơ 4 thì có kết cấu phức tạp hơn nhưng hiệu suất nhiên liệu cao hơn, thường được sử dụng trên xe ô tô. Cấu tạo chính gồm:

• Xi-lanh: Là nơi diễn ra các kỳ hút, nén, cháy, xả.
• Piston: Tịnh tiến trong xi-lanh, giúp thực hiện quá trình sinh công.
• Buồng đốt: Hòa trộn nhiên liệu và không khí trước khi đốt cháy.
• Trục khuỷu: Chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay.
• Bugi: Chỉ có trên động cơ xăng, dùng để đánh lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu.
• Hệ thống van: Gồm van nạp và van xả, đóng/mở để điều khiển dòng khí vào và khí thải ra ngoài.
• Trục cam: Điều khiển hoạt động đóng/mở của hệ thống van.
• Hệ thống bôi trơn: Dùng dầu nhớt tuần hoàn giúp giảm ma sát và tăng tuổi thọ động cơ.
• Hệ thống làm mát: Gồm làm mát bằng nước hoặc làm mát bằng không khí để tránh động cơ quá nhiệt.

Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong

Nguyên lý cơ bản của động cơ đốt trong dựa trên sự chuyển đổi năng lượng nhiệt thành cơ năng thông qua việc đốt cháy nhiên liệu và tạo áp suất đẩy piston. Tùy theo thiết kế, động cơ đốt trong có thể hoạt động theo chu trình 2 kỳ hoặc 4 kỳ.

Nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ

Động cơ 2 kỳ hoàn thành một chu trình công tác trong hai hành trình của piston (một vòng quay của trục khuỷu):

• Kỳ 1 – Nén và Nạp: Khi piston chuyển động từ dưới lên trên, hỗn hợp khí trong xilanh bị nén lại. Đồng thời, khi piston di chuyển lên, nó tạo ra áp suất âm trong buồng trục khuỷu, hút hỗn hợp không khí-nhiên liệu mới vào qua cửa nạp.
• Kỳ 2 – Nổ và Xả: Khi piston đạt tới vị trí cao nhất (TDC – Top Dead Center), bugi đánh lửa, đốt cháy hỗn hợp đã được nén, tạo áp suất đẩy piston xuống. Khi piston di chuyển xuống, nó mở cửa xả cho phép khí thải thoát ra và đồng thời nén hỗn hợp mới trong buồng trục khuỷu, đẩy hỗn hợp này vào xilanh thông qua cửa chuyển.

Động cơ 2 kỳ đơn giản về cấu tạo, nhẹ và có công suất riêng cao (công suất trên một đơn vị thể tích) nhưng tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn và thải ra nhiều khí độc hại hơn so với động cơ 4 kỳ.

Nguyên lý hoạt động của động cơ 4 kỳ

Động cơ 4 kỳ hoàn thành một chu trình công tác trong bốn hành trình của piston (hai vòng quay của trục khuỷu):

• Kỳ nạp (Intake Stroke): Piston di chuyển từ trên xuống dưới, van nạp mở, tạo áp suất âm hút hỗn hợp không khí-nhiên liệu vào xilanh.
• Kỳ nén (Compression Stroke): Piston di chuyển từ dưới lên trên, cả van nạp và van xả đều đóng, nén hỗn hợp không khí-nhiên liệu lại.
• Kỳ nổ/giãn nở (Power Stroke): Khi piston ở vị trí cao nhất, bugi tạo tia lửa đốt cháy hỗn hợp đã nén (trong động cơ xăng) hoặc nhiên liệu được phun vào buồng đốt và tự bốc cháy do nhiệt độ cao của không khí đã nén (trong động cơ diesel). Áp suất từ việc đốt cháy đẩy piston xuống, tạo công.
• Kỳ xả (Exhaust Stroke): Piston di chuyển từ dưới lên trên, van xả mở, đẩy khí thải ra ngoài.

Động cơ 4 kỳ có hiệu suất cao hơn, tiêu hao nhiên liệu ít hơn và thân thiện với môi trường hơn so với động cơ 2 kỳ, nhưng cấu tạo phức tạp hơn và nặng hơn.

Cách phân loại động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, dưới đây là một số cách phân loại phổ biến:

Phân loại theo nhiên liệu sử dụng

1. Động cơ xăng: Sử dụng xăng làm nhiên liệu, đốt cháy bằng tia lửa điện từ bugi. Ưu điểm của động cơ xăng là vận hành êm ái, khởi động dễ dàng và ít tiếng ồn, nhưng hiệu suất thấp hơn động cơ diesel.
2. Động cơ diesel: Sử dụng dầu diesel làm nhiên liệu, đốt cháy bằng phương pháp tự cháy do nhiệt độ cao của không khí nén. Động cơ diesel có hiệu suất cao hơn, mô-men xoắn lớn, nhưng nặng hơn và tạo ra tiếng ồn lớn hơn so với động cơ xăng.
3. Động cơ gas: Sử dụng khí đốt như LPG (Liquefied Petroleum Gas) hoặc CNG (Compressed Natural Gas) làm nhiên liệu. Loại động cơ này thải ít khí độc hại hơn, nhưng công suất thấp hơn so với động cơ xăng và diesel.
4. Động cơ đa nhiên liệu: Có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau, thường là kết hợp giữa xăng và nhiên liệu sinh học hoặc gas.

Phân loại theo hoạt động của piston

• Động cơ piston chuyển động tịnh tiến: Đây là loại phổ biến nhất, piston chuyển động lên xuống trong xilanh.
• Động cơ piston quay (Wankel): Piston có hình dạng tam giác và quay trong buồng đốt hình bầu dục. Loại động cơ này nhẹ, nhỏ gọn và ít rung động, nhưng có vấn đề về độ bền và tiêu hao nhiên liệu.
• Động cơ đối xứng (Opposed-piston engine): Có hai piston chuyển động ngược chiều nhau trong cùng một xilanh.

Phân loại theo phương pháp tạo hòa khí

• Động cơ sử dụng bộ chế hòa khí (Carburetor): Hỗn hợp không khí và nhiên liệu được tạo ra trong bộ chế hòa khí trước khi đi vào xilanh. Đây là công nghệ cũ, hiện nay ít được sử dụng trên các phương tiện hiện đại.
• Động cơ phun xăng (Fuel Injection Engine): Nhiên liệu được phun trực tiếp vào đường nạp (phun gián tiếp) hoặc vào buồng đốt (phun trực tiếp) thông qua béc phun, mang lại hiệu suất cao hơn và kiểm soát tốt hơn quá trình đốt cháy.
• Động cơ phun trực tiếp (Direct Injection Engine): Nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt, giúp tăng hiệu suất đốt cháy và giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ.

Phân loại theo phương pháp làm mát

• Động cơ làm mát bằng không khí: Sử dụng không khí lưu thông qua các cánh tản nhiệt trên thân động cơ để làm mát. 
• Động cơ làm mát bằng chất lỏng: Sử dụng chất lỏng làm mát (thường là nước kết hợp với chất chống đông) lưu thông trong các kênh làm mát của động cơ, sau đó được làm mát trong két nước. Loại này hiệu quả làm mát cao hơn, động cơ hoạt động ổn định hơn.

Động cơ đốt trong không chỉ là một phát minh mang tính cách mạng, mà còn là nền tảng vững chắc giúp ngành công nghiệp ô tô và vận tải toàn cầu phát triển vượt bậc. Với cơ chế hoạt động thông minh và khả năng ứng dụng rộng rãi, loại động cơ này vẫn đang chứng minh vai trò không thể thay thế trong cuộc sống hiện đại.

Nếu bạn đang quan tâm đến việc bảo dưỡng xe hoặc cần tìm phụ tùng ô tô chất lượng cao, đừng ngần ngại liên hệ Hotline/Zalo: 0979722210 để được tư vấn chi tiết. Bạn cũng có thể tham khảo các mẫu phụ tùng hoặc đọc thêm các bài viết hữu ích tại Phụ Tùng Đức Anh để hiểu rõ hơn trước khi đưa ra lựa chọn.