Tìm hiểu về động cơ của xe ô tô
Những chiếc ô tô đang ngày càng trở nên quen thuộc trong cuộc sống hiện đại ngày này, trở thành một trong
những phương tiện đi lại chính của con người. Để có thể tạo nên một chiếc ô tô hoàn thiện yêu cầu rất
nhiều công nghệ khác nhau như cơ khí, điện, điện tử kết hợp lại. Những chiếc ô tô ngày này cũng đã khác xa so
với những chiếc xe của thế kỷ trước, với rất nhiều cải tiến về công nghệ từ động cơ, nhiên liệu, hệ thống điều
khiển v.v…
Trong loạt bài sắp tới của Genk, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu những công nghệ hiện đại được sử dụng trên những
chiếc ô tô ngày nay, góp phần giúp bạn đọc nâng cao kiến thức và hiểu biết về một trong những phương tiện đi
lại phổ biến hiện nay và trong tương lai. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tiềm hiểu về động cơ của xe ô tô,
trái tim của chiếc xe.
Động cơ đốt trong
Động cơ được sử dụng trong các loại xe ô tô ngày nay đều là động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu là xăng hoặc
dầu diesel. Nguyên tắc hoạt động của nó dựa trên cơ chế khi sử dụng một lượng nhỏ nhiên liệu năng lượng cao
như xăng (hoặc dầu diesel) trong một không gian khép kín nhỏ và đốt cháy, một lượng lớn năng lượng sẽ được
sinh ra thông qua sức ép không khí giãn nở. Năng lượng này có thể làm một củ khoai tây bay xa 150m.
Động cơ đốt trong sử dụng nguyên lý đó với một chu trình khép kín với các vụ nổ xảy ra hàng trăm lần mỗi phút
bên trong xilanh động cơ. Hỗn hợp không khí và nhiên liệu (gọi là hoà khí được đốt trong cylinder của động cơ
đốt trong. Khi đốt cháy nhiệt độ tăng làm cho khí đốt giãn nở tạo nên áp suất tác dụng lên một piston (pít-tông)
đẩy piston này di chuyển đi. Hầu hết tất cả các xe ô tô hiện nay đều sử dụng một động cơ với chu kỳ 4 thì để
chuyển đổi xăng thành năng lượng chuyển động, hay còn gọi là động cơ 4 thì. Các thì bao gồm: nạp, nén, đốt và
xả.
- Trong kì thứ nhất (nạp – van nạp mở, van xả đóng), hỗn hợp không khí và nhiên liệu được "nạp" vào cylinder
trong lúc piston chuyển động từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD).
- Trong kì thứ hai (nén – hai van đều đóng), piston nén hỗn hợp khí và nhiên liệu trong cylinder khi chuyển
động từ ĐCD lên ĐCT. Ở cuối kì thứ hai (piston ở tại ĐCT), hỗn hợp khí và nhiên liệu được đốt trong động cơ
xăng bằng bộ phận đánh lửa gọi là bougie (bu-gi), trong động cơ diesel bằng cách tự bốc cháy.
- Trong kì thứ ba (sinh công – các van vẫn tiếp tục được đóng), hỗn hợp khí và nhiên liệu được đốt cháy. Vì
nhiệt độ tăng dẫn đến áp suất của hỗn hợp khí tăng và làm cho piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD. Chuyển
động tịnh tiến của piston được chuyển bằng thanh truyền (còn gọi là tay biên) đến trục khuỷu và được biến đổi
thành chuyển động quay.
- Trong thì thứ tư (xả - van nạp đóng, van xả mở) piston chuyển động từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí từ trong cylinder

lớn thì chiếc xe có lực kéo càng khỏe, giúp nó vượt chướng ngại vật hoặc kéo xe, trở hàng … Khi thiết kế động
cơ của xe tải hay xe địa hình thì tốc độ không phải vấn đề quan trọng, mà là lực kéo khi ở vòng quay thấp.
Các bộ phận chính
Bộ phận chính của động cơ là các xilanh, với piston di chuyển lên xuống bên trong xilanh. Hầu hết các động cơ
ô tô đều có nhiều hơn 1 xilanh, thông thường là 4, 6 hoặc 8 xilanh, đối với những chiếc xe thể thao có thể là 12
hoặc 16 xilanh. Đối với động cơ nhiều xilanh, các xilanh được sắp xếp thành một trong những cách sau: thành
một hàng dọc (xilanh xếp thẳng hàng), thành hình chữ V (xilanh xếp hình chữ V) , hai xilanh xếp đối nhau nằm
ngang (xilanh xếp đối đỉnh).
Động cơ xilanh xếp thẳng hàng.
Động cơ xilanh xếp hình chữ V.
Đông cơ xilanh xếp đối đỉnh.
Bugi
Bugi trong động cơ ô tô cũng giống với xe máy, có nhiệm vụ tạo tia lửa điện để đốt hỗn hợp không khí và nhiên
liệu trong xilanh. Tia lửa điện phải được tạo ra đúng thời điểm cuối của kỳ nén để tạo hiệu suất tối đa.
Van (xu-páp)
Van xả và hút đóng mở đúng thời điểm để cung cấp nhiên liệu cũng như giúp khí thải thoát ra. Trong kỳ nén và
đốt thì các van này được đóng kín. Các van này hoạt động nhờ hệ thống trục cam có cấu tạo như hình dưới.
Trục cam
Trên trục cam có các mấu cam, khi quay các mấu cam này sẽ đẩy van xuống giúp van mở ra. Có hai loại trục
cam là trục cam đơn và trục cam kép, trục cam đơn sẽ điều khiển sự đóng mở của cả van hút và xả. Trong khi đó
trục cam kép có hai trục cam điều khiển riêng biệt van hút, xả.
Trục khuỷu
Trục khuỷu dùng để biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay giống như trục ở bộ
bánh vít – trục vít.
Trong phần II của bài viết chúng ta sẽ tìm hiểu cách thức hoạt động của từng hệ thống trong động cơ và một số
công nghệ hiện đại mà các nhà sản xuất ô tô đang sử dụng.
Trong phần I của bài viết chúng ta đã được tìm hiểu cấu tạo cơ bản của một chiếc động cơ đốt trong trên xe ô
tô, cùng với một số thuật ngữ hay dùng để chỉ công suất và độ mạnh yếu của một chiếc động cơ. Trong phần hai
này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu xem các hệ thống trong một chiếc động cơ hoạt động như thế nào?
Động cơ ô tô là một trong những thành phần có cấu tạo và hoạt động phức tạp nhất trong cả chiếc xe, bên cạnh

trong đó có Volswagen Beetles và các xe mô tô hay máy cắt cỏ, động cơ được làm mát bằng không khí (các
động cơ này rất dễ nhận ra bởi các cánh tản nhiệt bên ngoài mỗi xi lanh). Tản nhiệt không khí có ưu điểm là
trọng lượng của động cơ nhẹ hơn nhưng mức độ tản nhiệt kém hơn làm mát bằng nước nên nhiệt độ động cơ
nóng hơn, hiệu suất và tuổi thọ giảm đi.
Hệ thống nạp và hệ thống khởi động
Đa số các xe ô tô sử dụng hệ thống nạp bình thường (tức là hút khí tự nhiên nhờ độ chênh áp giữa áp suất của
không khí bên ngoài và độ chân không trong xilanh). Đối với các ô tô hiện đại, để tăng hiệu suất động cơ người
ta sử dụng hệ thống nạp khí Turbocharged hoặc Supercharged để tăng lượng không khí nạp vào động cơ đồng
thời tăng mức độ hòa trộn không khí và nhiên liệu giúp cho áp suất nén tăng lên, quá trình cháy hoàn hảo hơn và
hiệu suất cao hơn. Bộ Turbocharged sử dụng một tuabin nhỏ nhờ năng lượng của dòng khí thải làm quay máy
nén khí còn bộ Supercharged lại sử dụng trực tiếp nguồn công suất của động cơ để làm quay máy nén khí.
Hệ thống khởi động gồm có một động cơ điện và một cuộn dây khởi động từ. Khi bạn bật khóa điện khởi động,
động cơ điện làm quay trục khuỷu động cơ vài vòng để tạo nên quá trình nén, nổ. Động cơ khởi động cần phải
thắng được những sức cản sau:
- Toàn bộ lực ma sát của động cơ
- Lực nén của xilanh động cơ (đối với xilanh nào đó đang ở quá trình nén)
- Phần năng lượng để trục cam đóng và mở xu-páp
- Tất cả những hệ thống phụ khác như bơm nước làm mát, bơm dầu, máy phát điện,
Vì nguồn điện từ ắc quy của xe chỉ là 12 V trong đó công suất của động cơ điện lại phải rất lớn để thắng được
những lực cản trên đây, nên dòng điện sử dụng cho động cơ điện khá cao. Để tăng độ bền cho hệ thống khởi
động cần phải giảm tải cho khóa điện bằng cách sử dụng khởi động từ đóng mở dòng điện vào động cơ điện.
Như vậy khi bạn bật khóa điện khởi động động cơ, bạn đã cấp điện cho khởi động từ làm việc để đóng mở
nguồn điện cho máy khởi động.
Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn có tác dụng đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt của các chi tiết chuyển động của động cơ để
chúng di chuyển dễ dàng hơn. Có hai cụm chi tiết chính cần bôi trơn, đó là piston và các ổ bi hoặc bạc trục
khuỷu và trục cam của động cơ. Đối với đa số động cơ, dầu bôi trơn được hút từ bình chứa dầu sau đó qua bộ
lọc và được nén dưới áp suất cao đến các bề mặt bạc lót và thành xilanh. Sau đó lượng dầu này lại chảy về đáy
các-te để tiếp tục một chu trình tuần hoàn mới.
Hệ thống điện

Động cơ lai (Hybrid)
Giá nhiên liệu tăng cao cùng sự quan tâm lớn đến môi trường dẫn đến những thay đổi mà đáng kể nhất là động
cơ hybrid. Động cơ kết hợp giữa động cơ điện hiện đại và động cơ đốt trong kiểu truyền thống nhằm mục đích
giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và thải ra ít chất độc hại hơn. Toyota Prius là ô tô hybrid bán ra nhiều nhất tại
Mỹ. Động cơ đốt trong 1.8L đi cùng một mô-tơ điện sản sinh ra công suất 134 mã lực. Ở tốc độ thấp, động cơ
điện sẽ hoạt động và xe hoàn toàn không sử dụng nhiên liệu. Khi chạy ở tốc độ cao sẽ là sự kết hợp của truyền
thống và hiện đại. Lượng tiêu thụ nhiên liệu vào khoảng 4,7 lít/100 km cho đường hỗn hợp.