Động cơ ô tô: Cấu tạo, nguyên lý và các lỗi thường gặp

Cấu tạo động cơ ra sao? Nguyên lý hoạt động động cơ như thế nào? Động cơ ô tô có các lỗi thường gặp gì?

Động cơ ô tô là gì?

Động cơ ô tô là thiết bị giúp chuyển hoá một dạng nguồn năng lượng nào đó ( như xăng dầu – nhiệt năng, điện năng … ) thành động năng. Đây là bộ phận quan trọng nhất trong cấu trúc ô tô, được ví như “ trái tim ” của xe. Bởi chính động cơ là nơi sản sinh ra hiệu suất và mô men xoắn làm quay những bánh xe, nhờ đó mà ô tô hoàn toàn có thể chuyển dời .

Ngoài ra, động cơ còn chịu trách nhiệm dẫn động cho một số hệ thống phụ trợ khác trên xe như: máy phát điện, hệ thống trợ lực lái…

Các loại động cơ ô tô

Động cơ ô tô có nhiều loại, trong đó phổ biến nhất hiện nay có thể kể đến: động cơ đốt trong (sử dụng nhiên liệu xăng hoặc dầu Diesel), động cơ điện và động cơ lai hybrid.

Động cơ đốt trong

Động cơ nhiệt có hai loại chính là động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Trong đó, động cơ đốt trong cho hiệu suất cao hơn lại tiêu thụ ít nguyên vật liệu hơn, kích cỡ nhỏ gọn, khối lượng nhẹ hơn nên được sử dụng cho nhiều loại phương tiện đi lại, nhất là ô tô và xe máy .

Động cơ điện

Động cơ điện hoạt động giải trí theo nguyên lý đổi khác điện năng thành động năng. Do đó, động cơ điện không sử dụng nguyên vật liệu đốt như xăng hay dầu mà hoạt động giải trí nhờ điện tích trữ trong pin ( Lithium-ion ). Pin thường đặt ở sàn xe. Người dùng hoàn toàn có thể sạc pin cho xe tại những trạm sạc hay ổ điện trong nhà trải qua bộ sạc .

Pin sẽ cấp điện cho một động cơ cảm ứng gồm stator (phần đứng yên) và rotor (phần chuyển động). Khi stator được cấp điện nó sẽ tạo ra từ trường, cung cấp năng lượng cơ học làm quay rotor quanh trục, từ đó giúp xe lăn bánh. Ở Việt Nam hiện có xe VinFast VF e34 sử dụng động cơ này.

Động cơ hybird

Động cơ hybrid là loại động cơ lai điện, sử dụng song song hai nguồn động lực là động cơ đốt trong và động cơ điện. Động cơ hybrid có nhiều loại như tiếp nối đuôi nhau, song song và hỗn hợp. Tuỳ vào từng loại mà quyết định hành động động cơ điện hay động cơ đốt trong sẽ giữ vai trò dẫn động chính .

Ở Việt Nam, xe sử dụng động cơ hybrid vẫn còn khá hiếm. Hiện nay trong phân khúc phổ thông chỉ mẫu SUV 5 chỗ Toyota Corolla Altis.

Xem cụ thể : Cấu tạo, ưu điểm yếu kém xe hybird

Cấu tạo động cơ đốt trong

Trong động cơ đốt trong, mạng lưới hệ thống quan trọng nhất là cơ cấu tổ chức sinh lực gồm :

Xi lanh: Xi lanh là phần bao bọc bên ngoài chứa buồng đốt bên trong – nơi diễn ra quá trình đốt cháy hỗn hợp khí và nhiên liệu. Đây cũng chính là không gian mà các piston di chuyển lên/xuống.

Động cơ ô tô thường có 3 – 12 xi lanh, trong đó phổ biến nhất là 4, 6 và 8 xi lanh. Cách bố trí xi lanh bên trong động cơ cũng có nhiều kiểu như xếp thẳng hàng chữ I, xếp đối đỉnh chữ V, chữ W. Ngoài ra còn có kiểu xếp phẳng, nằm ngang đối xứng nhau, loại này gọi là động cơ Boxer.

Xem chi tiết cụ thể : Xi lanh là gì ? Ý nghĩa ký hiệu i4, V6, V12, W12 ở động cơ ô tô

Piston: Piston có dạng hình trụ, chuyển động lên/xuống bên trong xi lanh và liên kết với thanh truyền. Khi nhiên liệu được đốt cháy sẽ tạo ra áp suất cao đẩy piston chuyển động, từ đó truyền lực lên thanh truyền để làm quay trục khuỷu.

Trên piston có những vòng găng piston ( xéc-măng ) gắn vào rãnh dọc thân piston. Xéc-măng giúp bảo vệ buồng đốt được đóng kín, ngăn hỗn hợp nguyên vật liệu / không khí hay khí thải lọt xuống dưới. Đồng thời ngăn dầu bôi trơn từ những te rò rỉ vào buồng đốt .

Xupap: Xupap có dạng hình nấm, đóng vai trò như một loại van giúp kiểm soát thời gian và lưu lượng hỗn hợp khí cháy trong động cơ. Xupáp giúp đóng/mở van nạp (cửa nạp) và van xả (cửa xả) của buồng đốt. Hoạt động của xupap được điều khiển bởi trục cam.

Bugi: Bugi có nhiệm vụ tạo tia lửa để thực hiện kích hoạt quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và khí bên trong buồng đốt động cơ.

Trục cam: Trục cam có nhiều mấu cam, khi trục cam quay các mấu cam sẽ điều khiển xupap để đóng/mở van nạp và van xả ở xi lanh. Có hai loại trục cam là trục cam đơn (SOHC) và trục cam đôi (DOHC). Trục cam đơn sẽ điều khiển cả việc đóng/mở van nạp và van xả. Còn trục cam đôi có hai trục, một điều khiển van nạp và một điều khiển van xả.

Thanh truyền: Thanh truyền kết nối piston và trục khuỷu, biến chuyển động thẳng của piston thành chuyển động xoay tròn trên trục khuỷu.

Trục khuỷu: Trục khuỷu giúp biến chuyển động tịnh tiến của piston biến đổi thành chuyển động quay. Trục khuỷu nhận lực từ thanh truyền và biến đổi thành mô men quay sinh công truyền đến bộ phận công tác, đồng thời nhận năng lượng từ bánh đà truyền ngược lại cho piston để thực hiện tiếp quá trình sinh công.

Trên trục khuỷu có cảm ứng vị trí trục khuỷu giúp xác lập vị trí và vận tốc quay của trục khuỷu rồi truyền về ECU động cơ. Nhờ đó mà ECU hoàn toàn có thể đo lường và thống kê thời gian phun nguyên vật liệu và đánh lửa đúng mực .Xem cụ thể : Dấu hiệu lỗi cảm ứng vị trí trục khuỷu và nguyên do

Dây curoa: Dây curoa có nhiệm vụ kết nối các bánh răng trục cam và trục khuỷu, tạo sự chuyển động đồng bộ giữa các trục với nhau. Điều này giúp xupap đóng và mở van vào thời điểm chính xác. Đồng thời ngăn piston không chạm vào van.

Xem thêm : Khi nào nên thay dây curoa cam ô tô ?

Các-te: Các-te là bộ phận bao quanh trục khuỷu. Đáy các-te chứa dầu bôi trơn giúp bôi trơn, làm mát và làm sạch các chi tiết khi động cơ hoạt động.

Nguyên lý làm việc động cơ đốt trong

Nguyên lý hoạt động giải trí của động cơ đốt trong ô tô : Nén hỗn hợp không khí và nguyên vật liệu trong một khoảng trống nhỏ, rồi đốt cháy làm không khí co và giãn để sinh ra nguồn năng lượng. Năng lượng này sẽ đẩy piston vận động và di chuyển. Động cơ đốt trong quản lý và vận hành theo nguyên lý này với một quy trình khép kín, mỗi phút xảy ra hàng trăm lần đốt cháy .Đa phần xe ô tô hiện này đều sử dụng động cơ 4 thì ( 4 kỳ ) với 4 chu kỳ luân hồi hoạt động giải trí gồm : nạp, nén, đốt và xả .

Kỳ nạp (hút): Khi này van nạp mở, van xả đóng, hỗn hợp khí và nhiên liệu được nạp vào xi lanh trong lúc piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới.

Kỳ nén: Piston chuyển động từ điểm chết dưới lên điểm chết trên để nén hỗn hợp khí và nhiên liệu lại. Ở cuối kỳ nén, bugi sẽ đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp khí và nhiên liệu.

Kỳ đốt (nổ): Hỗn hợp khí và nhiên liệu được đốt cháy làm áp suất tăng cao đẩy piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới. Chuyển động này sẽ tác dụng lên thanh truyền rồi đến trục khuỷu và được biến đổi thành chuyển động quay.

Kỳ xả: Sau khi kết thúc quá trình đốt cháy, piston chuyển động từ điểm chết dưới lên điểm chết trên để đẩy khí thải trong xi lanh qua van xả ra ngoài hệ thống khí thải.

Chuyển động của piston trong những kỳ nạp, nén và xả hầu hết nhờ vào nguồn năng lượng tích trữ bởi bánh đà gắn ở trục khuỷu trong kỳ đốt sinh công. Với 1 xi lanh, cứ 2 vòng xoay trục khuỷu sẽ có 1 lần đốt diễn ra. Do đó động cơ càng nhiều xi lanh thì góc đánh lửa càng chia nhỏ, công sinh ra đều hơn, động cơ vận hành êm hơn .Nhằm tối ưu hiệu suất động cơ, lúc bấy giờ đa phần những hãng ô tô đều vận dụng công nghệ tiên tiến van biến thiên cho động cơ của mình. Công nghệ này giúp can thiệp, tự động hóa đo lường và thống kê kiểm soát và điều chỉnh biến hóa thời hạn mở và độ mở của van nạp linh động theo từng thực trạng phối khí thực tiễn .

Dựa trên nguyên lý mỗi hãng xe phát triển hệ thống riêng như Toyota có VVT-i, Honda có i-VTEC, Mitsubishi có MIVEC, BMW có VANOS, Suzuki có VVT, Hyundai có CVVD…

ECU động cơ

ECU ( Electronic Control Unit ) là bộ phận giải quyết và xử lý TT, tinh chỉnh và điều khiển mọi hoạt động giải trí của động cơ, những mạng lưới hệ thống – thiết bị điện tử trên xe. Thông qua tài liệu truyền về từ những cảm ứng như cảm ứng kích nổ, cảm ứng vị trí bướm ga, cảm ứng vị trí trục khuỷu … ECU sẽ giám sát và đưa ra mệnh lệnh hiệu nhằm mục đích giúp cơ cấu tổ chức chấp hành hoạt động giải trí hài hòa và hợp lý và đúng mực theo từng điều kiện kèm theo trong thực tiễn .Cụ thể ECU sẽ điều khiển và tinh chỉnh mạng lưới hệ thống nạp nguyên vật liệu, mạng lưới hệ thống đánh lửa, đặc biệt quan trọng là cả mạng lưới hệ thống điều khiển và tinh chỉnh van biến thiên … Mục đích chính của ECU là giúp xe quản lý và vận hành không thay đổi, bảo đảm an toàn, tiết kiệm ngân sách và chi phí nguyên vật liệu, giảm thiểu tối đa khí thải, bảo vệ những cơ cấu tổ chức chấp hành thích ứng hoạt động giải trí tối ưu nhất ở những chính sách khác nhau .

Bên cạnh động cơ, ECU còn can thiệp vào các hệ thống an toàn ô tô như: hệ thống chống bó cứng phanh, hệ thống cân bằng điện tử, hệ thống điều khiển hành trình… cùng rất nhiều hệ thống thông minh khác trên xe.

Các hệ thống phụ trợ động cơ

Để động cơ hoạt động giải trí ngoài cơ cấu tổ chức sinh lực còn cần có nhiều mạng lưới hệ thống phụ trợ khác như :

Hệ thống nạp nhiên liệu

Hệ thống nạp nguyên vật liệu có vai trò cung ứng hỗn hợp nguyên vật liệu xăng / dầu và không khí vào buồng đốt. Hệ thống nguyên vật liệu có 3 loại : chế hoà khí, phun nguyên vật liệu gián tiếp và phun nguyên vật liệu trực tiếp. Hầu hết những xe ô tô lúc bấy giờ đều sử dụng mạng lưới hệ thống phun nguyên vật liệu gián tiếp ( phía trên cổng nạp ) hoặc trực tiếp ( vào xi lanh ) .Cấu tạo mạng lưới hệ thống nạp nguyên vật liệu thường gồm những bộ phận chính :

Bình nhiên liệu: Dùng để trữ nhiên liệu trong xe.

Bơm nhiên liệu: Bơm nhiên liệu đến kim phun.

Xem cụ thể :

• Các dấu hiệu lỗi hỏng và cách kiểm tra bơm xăng ô tô
• Ưu nhược điểm các loại bơm cao áp ô tô

Lọc nhiên liệu: Loại bỏ tạp chất trong nhiên liệu trước khi đưa đến kim phun.

Xem chi tiết cụ thể : Khi nào cần thay lọc xăng ô tô ?

Bộ điều áp nhiên liệu: Điều chỉnh áp suất nhiên liệu ở mức phù hợp, giúp nhiên liệu được bơm vào buồng đốt chính xác về thời gian và lượng mức.

Xem chi tiết cụ thể : Dấu hiệu lỗi van điều áp nguyên vật liệu và cách kiểm tra

Kim phun: Phun nhiên liệu vào buồng đốt.

Xem cụ thể : Kinh nghiệm vệ sinh và thay thế sửa chữa kim phun ô tô

Hệ thống nạp khí

Hệ thống nạp không khí giúp nạp không khí vào buồng đốt. Bởi để đốt cháy nguyên vật liệu cần phải có không khí ( oxy ). Đa số những dòng xe đại trà phổ thông sử dụng mạng lưới hệ thống nạp thông thường là mạng lưới hệ thống hút khí tự nhiên nhờ tận dụng độ chênh lệch giữa áp suất không khí bên ngoài và độ chân không trong xi lanh .Cấu tạo mạng lưới hệ thống nạp khí ô tô gồm những bộ phận chính :

Bộ lọc gió: Loại bỏ các bụi bẩn trước khi không khí đi vào bên trong hệ thống.

Xem cụ thể : Cách vệ sinh và thay lọc gió xe ô tô để tránh hao xăng

Cổ họng gió và bướm ga: Hút không khí vào bên trong. Cổ họng gió được điều khiển bởi bướm ga nối với bàn đạp ga. Khi người lái nhấn bàn đạp ga, bướm ga sẽ mở ra để hút không khí. Ngoài ra bộ phận này còn có van điều khiển tốc độ không tải để điều khiển lượng khí nạp khi xe chạy không tải.

Đường ống nạp: Dẫn không khí đến từ xi lanh.

Các cảm biến: Hệ thống khí nạp có cảm biến vị trí cánh bướm ga giúp đo độ mở của cánh bướm ga, cảm biến đo lưu lượng khí nạp giúp xác định lượng không khí đi vào, cảm biến nhiệt độ khí nạp giúp đo nhiệt độ không khí đi vào. Các cảm biến này sẽ truyền tín hiệu về ECU động cơ để ECU tính toán cân bằng tỷ lệ hoà khí chính xác.

Xem cụ thể :Ngoài mạng lưới hệ thống nạp khí tự nhiên ở trên còn có một số ít mạng lưới hệ thống nạp khí khác như mạng lưới hệ thống nạp tăng áp Turbocharged và Supercharged. Hệ thống nạp tăng áp có khă năng tăng lượng không khí nạp vào động cơ, từ đó đẩy áp suất nén lên cao giúp động cơ sản sinh ra hiệu suất lớn hơn, hiệu suất hoạt động giải trí cao hơn .

• Xem chi tiết: Turbo tăng áp là gì? Những lưu ý khi đi xe động cơ turbo

Hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa giúp tạo tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp khí và nguyên vật liệu bên trong buồng đốt .Cấu tạo mạng lưới hệ thống đánh lửa ô tô gồm những bộ phận chính :

Bô bin đánh lửa: Tạo ra dòng điện cao áp.

Xem cụ thể : Dấu hiệu bô bin đánh lửa bị hỏng

Bộ chia điện: Phân chia nguồn điện cao áp từ bô bin đánh lửa đến các bugi ở từng xi lanh.

Bugi: Tạo ra tia lửa điện để kích hoạt sự cháy xảy ra trong buồng đốt.

Xem chi tiết cụ thể : Cách nhận ra bugi ô tô bị hỏng và giá thay mới

Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn giúp đưa dầu nhớt đi bôi trơn những cụ thể hoạt động bên trong động cơ như : piston, ổ bi, bạc trục khuỷu, trục cam … nhằm mục đích làm giảm độ ma sát, giải nhiệt, vệ sinh, giúp những chi tiết cụ thể này hoạt động giải trí trơn tru .Cấu tạo mạng lưới hệ thống bôi trơn ô tô gồm có những bộ phận chính :

Dầu nhớt: Bôi trơn, làm mát, vệ sinh các chi tiết động cơ.

Xem chi tiết cụ thể : Thay dầu ô tô loại nào tốt ? Cách thay dầu nhớt ô tô

Bơm dầu: Hút dầu từ đáy các te để đưa dầu đi vào chu trình bôi trơn động cơ.

Lọc dầu: Lọc bỏ cặn bẩn trước khi dầu được đưa vào chu trình bôi trơn mới.

Xem cụ thể : Hướng dẫn cách thay lọc dầu nhớt ô tô

Các-te: Chứa dầu, phần lớn dầu được chứa ở đây.

Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát ( còn gọi là mạng lưới hệ thống giải nhiệt ) giúp làm mát, duy trì nhiệt độ động cơ ở mức không thay đổi để hoạt động giải trí tối ưu nhất .Cấu tạo mạng lưới hệ thống làm mát ô tô gồm có những bộ phận chính :

Nước làm mát: Làm mát động cơ, duy trì nhiệt độ ổn định cho động cơ.

Xem chi tiết cụ thể : Nước làm mát ô tô loại nào tốt ? Bao lâu thay 1 lần ?

Két nước: Làm lạnh nước làm mát từ động cơ đi ra trước khi tham gia một chu trình mới.

Xem chi tiết cụ thể : Cách súc rửa két nước làm mát ô tô

Quạt làm mát: Đẩy không khí lưu thông qua két nước nhanh hơn, từ đó nước làm mát đi vào két nước được làm mát nhanh hơn.

Xem chi tiết cụ thể : Các lỗi hỏng quạt làm mát két nước thường gặp

Máy bơm nước: Luân chuyển nước làm mát từ két nước đến động cơ và quay ngược trở về.

Xem chi tiết cụ thể : Hiện tượng hỏng bơm nước làm mát ô tô và cách khắc phục

Van hằng nhiệt: Điều khiển nước làm mát từ động cơ đi vào két nước phù hợp với từng điều kiện thực tế.

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: Đo nhiệt độ nước làm mát và truyền thông tin về ECU để ECU tính toán chính xác thời gian phun nhiên liệu, góc đánh lửa sớm…

Xem chi tiết cụ thể : Lỗi cảm ứng nhiệt độ nước làm mát và cách đo kiểm tra

Hệ thống khí xả

Hệ thống khí xả giúp giải quyết và xử lý khí thải nhằm mục đích giảm âm, bảo vệ thiên nhiên và môi trường, giúp động cơ hoạt động giải trí một cách hiệu suất cao nhất .Cấu tạo mạng lưới hệ thống khí xả ô tô gồm có những bộ phận :

Ống dẫn xả: Thu thập khí thải từ các xi lanh khi van xả mở.

Cảm biến oxy: Đo lượng oxy còn dư trong khí thải và truyền tín hiệu về ECU động cơ. Nhờ đó ECU có thể tính toán cân chỉnh Fuel Trim để quá trình đốt cháy đạt hiệu quả tốt nhất.

Xem chi tiết cụ thể : Dấu hiệu cảm ứng oxy bị lỗi và cách kiểm tra

Bộ chuyển hoá xúc tác: Xử lý các hoá chất độc hại trước khi khí thải được xả ra ngoài.

Ống bô: Làm giảm tiếng ồn khi động cơ xả ra khí thải.

Xem cụ thể : Cấu tạo ống xả ô tô và những hư hỏng thường gặp

Ngoài những hệ thống trên, động cơ ô tô còn có một số hệ thống phụ trợ khác như hệ thống khởi động động cơ (nằm trong hệ thống điện), hệ thống van thông khí hộp trục khuỷu PCV…

Ý nghĩa thông số kỹ thuật xe ô tô

Dung tích động cơ

Dung tích động cơ hay dung tích xi lanh là tổng dung tích của tổng thể những xi lanh bên trong động cơ. Dung tích thường được tính theo đơn vị chức năng lít hoặc cc. Ví dụng động cơ 4 xi lanh có dung tích 2.0 lít nghĩa là mỗi xi lanh có dung tích 0,5 lít. Dung tích xi lanh càng lớn thì năng lực chứa hỗn hợp nguyên vật liệu và khí đốt cháy càng nhiều nên động cơ sẽ càng khoẻ .

Công suất (mã lực)

Công suất là một đại lượng cho biết sức mạnh của động cơ, xe hoàn toàn có thể chạy nhanh và mạnh thế nào. Tốc độ tối đa tỉ lệ thuận với hiệu suất. Công suất càng cao thì vận tốc tối đa sẽ càng cao .Đơn vị tính hiệu suất động cơ thường dùng là mã lực, viết tắt là HP ( Anh ), PS ( Đức ), CV ( Pháp ) … Mã lực là công cần có để nâng một vật nặng 75 kg lên độ cao 1 m trong 1 giây. Ngoài mã lực, hiệu suất còn có đơn vị chức năng tính khác như kilowatt ( kW ) .

Mô men xoắn (Nm)

Mô men xoắn là một đại lượng cho biết lực tác động ảnh hưởng để quay quanh trục. Nói cách khác, mô men xoắn cho biết năng lực chịu tải tức thời của động cơ. Mô men xoắn càng cao thì lực kéo của xe, năng lực tải nặng, leo dốc, vượt địa hình … càng tốt. Đơn vị tính của mô men xoắn là nanomet – viết tắt là Nm .Đây là một đại lượng quan trọng trong thông số kỹ thuật kỹ thuật động cơ ô tô. Tuy nhiên rất nhiều người khó thể hình dung về đại lượng này. Để dễ hiểu bạn có tưởng tượng để siết một con ốc bằng cờ-lê, tất cả chúng ta phải sử dụng lực kéo đủ mạnh thì con ốc mới xoay được. Và mô men xoắn chính là lực dùng để xoay con ốc đó .

Vòng tua máy (vòng/phút)

Vòng tua máy là đại lượng cho biết trục khuỷu hoàn toàn có thể quay bao nhiêu vòng trong 1 phút. Đơn vị của vòng tua máy là vòng / phút – Revolutions per minute – viết tắt rpm .

Trục khuỷu quay càng nhanh thì lực càng lớn. Vòng tua máy có mối quan hệ mật thiết với công suất và mô men xoắn. Khác với công suất và mô men xoắn, khi đánh giá hiệu suất của động cơ, vòng tua máy càng thấp càng cho thấy động cơ có được hiệu suất tốt hơn.

Mối quan hệ giữa công suất, mô men xoắn và vòng tua máy

Công suất mang ý nghĩa về vận tốc xe. Mô men xoắn mang ý nghĩa về năng lực kéo, tải nặng, thời hạn tăng cường xe nhanh hay chậm. Công suất hay mô men xoắn đạt cực lớn khi vòng tua máy càng thấp thì xe sẽ tăng cường nhanh hơn, tiết kiệm ngân sách và chi phí nguyên vật liệu hơn .

Văn Anh

Source: https://dvn.com.vn
Category: Bản Tin DVN