Động cơ xăng là gì? Cấu tạo chung của động cơ xăng gồm những bộ phận nào, hay nguyên lý làm việc của động cơ xăn 4 kỳ, 2 kỳ ra sao? Đây là câu hỏi của rất nhiều độc giả, hiểu được điều này ACC GROUP sẽ chia sẻ một cách chi tiết và đầy đủ về chủ đề này.
I. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XĂNG
Động cơ xăng và động cơ dầu diesel là 2 loại động cơ phổ biến nhất hiện tại. Động cơ xăng được sử dụng rộng rãi trong đời sống, chúng xuất hiện nhiều trên các phương tiện như xe máy, oto, tàu bè, cho tới các loại máy móc, máy công cụ,… Vậy Động cơ xăng là gì? Cấu tạo của chúng ra sao, chúng có điểm gì khác biệt so với các loại động cơ khác.
1.1 Động cơ xăng là gì?
Động cơ xăng (gasoline engine) là một dạng động cơ đốt trong sử dụng xăng làm nguyên liệu cho quá trình đốt cháy diễn ra bên trong buồng đốt của động cơ. Động cơ xăng giúp biến đổi hoá năng thành cơ năng cung cấp năng lượng cho các loại máy móc, phương tiện hoạt động. Động cơ xăng thường được sử dụng cho ô tô, máy bay, xe nâng, tàu bè, các loại máy móc nhỏ, máy nông cụ,…
Kỳ hay thì hoặc hành trình của piston là khái niệm để mô tả một pha trong chu kỳ làm việc của động cơ. Một kỳ được hoàn thành khi của piston di chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD) hoặc ngược lại. Hành trình của Piston là việc chuyển động tịnh tiến của Piston dọc theo xilanh, chiều dài của hành trình là chiều dài tối đa của không gian buồng đốt được tạo ra giữa Piston và đầu còn lại của xilanh. Động cơ xăng gồm 2 loại chính là động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ.
Động cơ xăng 2 kỳ
Động cơ xăng 2 kỳ hay động cơ xăng 2 thì là loại động cơ mà một chu kỳ sinh công của động cơ được hoàn tất khi piston thực hiện đầy đủ 2 kỳ: Nổ – Xả và Hút – Nén. Mỗi kỳ của động cơ ứng với nửa vòng quay trục khuỷ, và một chu kỳ sinh công của động cơ 2 kỳ hoàn tất tương ứng với một vòng quay trục khuỷu.
Động cơ 2 thì có cấu tạo đơn giản, dễ dàng bảo trì bảo dưỡng, ít hỏng vặt, chính vì vậy chúng thường được sử dụng trong động cơ ngành hàng hải (thường là động cơ cỡ lớn), hoặc các loại máy cỡ nhỏ như máy cắt cỏ, máy cưa và xe máy (dung tích 50 cm³).
Động cơ xăng 4 kỳ
Động cơ xăng 4 kỳ hay động cơ xăng 4 kỳ là động cơ mà một chu kỳ sinh công của động cơ được hoàn tất khi Piston thực hiện đầy đủ 4 kỳ gồm: Nạp – nén – nổ -xả. Mỗi kỳ của động cơ ứng với nửa vòng quay của trục khuỷu, đồng thời thực 1 nhiệm vụ riêng biệt. Chu kỳ sinh công của động cơ xăng 4 kỳ hoàn tất khi trục khuỷu quay được 2 vòng.
Động cơ xăng 4 kỳ thường được thiết kế với nhiều xilanh ghép với nhau (Động cơ I, Động cơ V, Động cơ VV, Động cơ VR) để tối ưu hoá hiệu suất, tăng sức mạnh động cơ. Động cơ xăng 4 kỳ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất phương tiện di chuyển. Chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp các loại động cơ này trên xe máy, oto, xe nâng, máy móc, máy công trình, xe quân sự,…
Động cơ xăng 1 kỳ, 3 kỳ, 6 kỳ
Ngoài động cơ xăng 2 kỳ, động cơ xăng 4 kỳ, còn có các loại: Động cơ xăng 1 kỳ, động cơ xăng 3 kỳ, động cơ xăng 6 kỳ. Tuy vậy chúng ta rất ít khi bắt gặp các loại động cơ xăng này trong thực tiễn, cụ thể như sau:
- Động cơ xăng 1 kỳ: Là loại động cơ có 4 buồng đốt độc lập và các piston di chuyển cùng lúc.
- Động cơ xăng 2 kỳ: Là loại động cơ xăng có cấu tạo gồm hai piston bên trong cùng một xi lanh. Hai piston này được gắn trên cùng một trục khuỷu.
- Động cơ xăng 6 kỳ: Loại động cơ đốt trong này có thêm hành trình phụ trong quá trình đốt nhiên liệu
1.2 Cấu tạo của động cơ xăng
Mỗi loại động cơ xăng khác nhau lại có những cấu tạo riêng. Tuy vậy động cơ xăng vẫn là một loại động cơ đốt trong, chính vì vậy chúng cũng cso những bộ phận chung cho tất cả các loại động cơ. Dưới đây chúng tôi chia sẻ cấu tạo của một số loại động cơ xăng.
Động cơ xăng cấu tạo chung gồm
Động cơ xăng cấu tạo chung gồm có 2 cơ cấu (Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền và Cơ cấu phân phối khí) và 5 hệ thống (Hệ thống bôi trơn, Hệ thống làm mát, Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí, Hệ thống khởi động, Hệ thống đánh lửa), cùng rất nhiều bộ phận nhỏ cấu thành như: xi lanh, piston, bugi, trục cam, trục khuỷu, thanh truyền, ống dẫn, nắp máy. Với động cơ 4 kỳ, động cơ xăng sẽ có thêm các van (xu náp)
| 2 cơ cấu và 5 hệ thống của động cơ xăng | ||
| STT | Cơ cấu – Hệ thống | Mô tả |
| 1 | Cơ cấu Trục khuỷu thanh truyền |
Thanh truyền là bộ phận kết nối trực tiếp với Piston và trục khuỷu. Thanh truyền còn được gọi là tay biên. |
| 2 | Cơ cấu phân phối khí |
Là tên gọi chung của các chi tiết bên trong động cơ, chúng làm nhiệm vụ nạp không khí mới vào buồng đốt, và xả lượng khí sinh ra trong quá trình đốt ra ngoài. |
| 3 | Hệ thống bôi trơn |
Hệ thống bôi trơn hay hệ thống cấp dầu, là hệ thống được thiết kế với nhiệm vụ tạo và duy trì các chuyển động trơn, mượt mà, giảm ma sát giữa các chi tiết khi động cơ hoạt động. |
| 4 | Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí |
Hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm kim phun, các cơ cấu lọc, chế hòa khí, và các chi tiết khoác. Bộ phận này có nhiệm vụ hòa trộn không khí sạch với nhiên liệu và phun chúng vào bên trong buồng đốt khi mỗi chu kỳ mới bắt đầu |
| 5 | Hệ thống làm mát |
Hệ thống làm mát gồm 2 loại phổ biến gồm hệ thống làm mát bằng nước và hệ thống làm mát bằng không khí. Chúng có nhiệm vụ làm giảm nhiệt lượng trên bề mặt của máy, hệ thống ống xả,… giúp động cơ và các hệ thống liên quan hoạt động bình thường. |
| 6 | Hệ thống khởi động |
Hệ thống khởi động là một hệ thống có cấu tạo phức tạp, chúng có thể được điều khiển thủ công hoặc điều khiển bằng hệ thống điện tử. Chúng tạo ra những chuyển động-hoạt động đầu tiên của của động cơ |
| 7 | Hệ thống đánh lửa |
Hệ thống đánh lửa chỉ xuất hiện tại các loại động cơ dầu diesel, động cơ gas,… Hệ thống đánh lửa làm nhiệm vụ phát ra tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp hoà khí bên trong buồng đốt. |
Cấu tạo của động cơ xăng 2 kỳ
Cấu tạo của động cơ xăng 2 kỳ (kì) gồm có 8 bộ phận chính: Buồng đốt (Xi lanh), Piston, Trục khuỷu, Thanh truyền, Bugi, Cửa nạp, Cửa xả, và Bánh đà. Đồng thời động cơ xăng 2 kỳ cũng bao gồm 2 cơ cấu, và 5 hệ thống giống bất kỳ một loại động cơ xăng nào khác.
| Cấu tạo của động cơ xăng 2 kỳ | ||
| STT | Tên bộ phận | Mô tả |
| 1 | Buồng đốt | Bộ phận buồng đốt đôi khi còn được gọi là xilanh, đây là không được tạo thành bởi xi lanh, piston và nắp máy. Buồng đốt là nơi diễn ra quá trình đốt chay hỗn hợp hoà khí, cung cấp năng lượng cho động cơ hoạt động. |
| 2 | Piston |
Là bộ phận tiếp xúc trục tiếp với áp suất do quá trình đốt nhiên liệu tạo ra. Piston sẽ nhận toàn bộ lực đẩy tạo thành chuyển động tịnh tiến, từ đó kế hợp với cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền để chuyển đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay. |
| 3 | Trục khuỷu | Trục khuỷu là bộ phận có có chức năng nhận chuyển động từ thanh truền và chuyển động chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay. |
| 4 | Thanh truyền |
Thanh truyền là bộ phận có cấu tạo một đầu to và một đầu nhỏ. Thanh truyền làm nhiệm vụ truyền chuyển động từ Piston tới trục khuỷu |
| 5 | Bugi |
Là chi tiết bên trong hệ thống đánh lửa, đây là bộ phận trực tiếp tạo ra tia lửa điện giúp đốt cháy hỗn hợp hoà khí bên trong buồng đốt. |
| 6 | Cửa Nạp |
Cửa nạp của động cơ xăng 2 kỳ không có van xu náp, cửa nạp tạo điều kiện cho hòa khí đi vào bên trong buồng đốt để thực hiện việc đốt cháy. |
| 7 | Cửa xả |
Giống như cửa nạp, cửa xả của động cơ đốt trong không có van, chúng giúp đưa khí thải ra bên ngoài |
| 8 | Bánh đà |
-Là bộ phận được gắn với trục khuỷu, chúng đóng vai trò như một bộ phận lưu trữ năng lượng, giúp tạo ra lực quán tính giúp piston chuyển động. |
Cấu tạo của động cơ xăng 4 kỳ
Cấu tạo của động cơ xăng 4 kỳ cũng tương tự như động cơ xăng 2 kỳ, nhưng có thêm các van (xu náp). Động cơ xăng 4 kỳ gồm có các bộ phận chính: Piston, Xi lanh, Trục khuỷu, thanh truyền, van xupap (van nạp, van xả), bugi, đối trọng. Để động cơ 4 kỳ hoạt động, chúng cũng cần sự hỗ trợ của 2 cơ cấu và 5 hệ thống như bất kỳ loại động cơ 4 kỳ nào khác.
Sự khác biệt lớn nhất của động cơ xăng 4 kỳ, và động cơ xăng 2 kỳ là việc bố trí, sắp xếp của cửa nạp và cửa xả, kết hợp với các van xupap. Cùng với một vài thay đổi nhỏ khác mà nguyên lý làm việc cũng như hiệu suất của động cơ 2 kỳ và 4 kỳ khác nhau rõ dệt.
II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG
Nguyên lý làm việc chung của động cơ xăng là quá trình biến đổi nhiệt năng thành động năng. Quá trình này được thực hiện bằng việc đưa hỗn hợp hoà khí vào trong buồng đốt thông qua sự chênh lệch áp suất khi piston chuyển động, sau đó kích nổ hỗn hợp này bằng Bugi tạo ra lực đẩy bên trong buồng đối, cuối cùng là xả toàn bộ lượng khí thải ra ngoài để bắt đầu 1 chu kỳ mới.
Với động cơ xăng 2 kỳ, và động cơ xăng 4 kỳ nguyên lý làm việc của chúng sẽ khác nhau đôi chút. Theo đó, ở động cơ xăng 2 kỳ một chu kỳ sinh công của động cơ chỉ diễn ra sau 2 hành trình của piston, trong khi đó ở động cơ 4 kỳ thì chu kỳ sinh công cần tới 4 hành trình piston.
2.1 Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ
Nguyên lý làm việc của động cơ 2 kỳ được thực hiện thông qua 2 kỳ hoạt động của động cơ gồm Nổ – Xả và Hút – Nén. Ban đầu hỗn hợp hoà khí sẽ được hút vào bên trong buồng đốt thông qua cửa nạp, đồng thời bị nén đến 1 áp suất nhất định; sau đó bugi sẽ được kích hoạt đốt cháy hỗ hợp hoà khí tạo thành áp suất đẩy piston chuyển động; khi piston di chuyển qua cửa xả toàn bộ lượng khí thải sẽ được đẩy ra khỏi buồng đốt tạo không gian mới cho quá trình nạp.
- Tại kỳ Hút – Nén: Lúc này Piston sẽ di chuyển từ ĐCT (Điểm chết trên) xuống ĐCD (Điểm chết dưới) thông qua lực quán tính của bánh đà. Khi Piston chuyển động sẽ tạo ra áp suất hút hỗn hợp hoà khí (nguyên liệu – không khí) vào bên trong buồng đốt. Khi piston tiếp tục di chuyển hỗn hợp hoà khí tiếp tục bị nén tới 1 áp xuất nhất định trước khi bị kích nổ. Kỳ nạp nén kết thúc cũng là khi trục khuỷu sẽ quay được nửa vòng tròn (180 độ).
- Tại kỳ Nổ – Xả: Lúc này bugi đánh lửa sẽ đánh lửa và đốt cháy hỗn hợp hoà khí tạo ra lực đẩy, đẩy piston di chuyển từ ĐCD lên đến ĐCT. Khi piston di chuyển qua cửa xả, toàn bộ khí thải từ quá trình đốt sẽ được đẩy ra ngoài. Khi Piston di chuyển sẽ cung cấp lực đẩy cho thanh truyền và tục khuỷu giúp biến chuyển động tịnh tiến thành truyển động quay
2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ
Cũng giống như động cơ 2 kỳ, Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ được thực hiện dựa trên việc chuyển đổi hoá năng thành động năng thông qua quá trình đốt cháy hỗn hợp bên trong buồng đốt. Khi hỗn hợp hoà khí bị đốt cháy sẽ khiến không khí giãn nở mạnh đẩy Piston chuyển động tịnh tiến bên trong xilanh và sinh công. Quá trình đốt cháy nhiên liệu, sinh công của động cơ xăng 4 kỳ được thực hiện bởi 4 kỳ gồm: Nạp – Nén – Nổ – Xả.
- Tại kỳ nạp: Lúc này Piston sẽ di chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) đến chết dưới (ĐCD). Trong kỳ này nhờ áp suất tạo ra bên trong buồng đốt mà hỗn hợp hoà khí (hỗn hợp xăng ở dạng hơi và không khí) được hút vào bên trong buồng đốt, hoặc được bơm vào thông qua hệ thống phun xăng điện tử.
- Tại kỳ nén: Khi hoà khí được hút vào buồng đốt, Piston sẽ di chuyển từ điểm chết dưới (ĐCD) đến điểm chết trên (ĐCT). Lúc này toàn bộ van nạp và van xả đều đóng chặt, chuẩn bị cho quá trình kích nổ.
- Tại kỳ nổ: Khi hoà khí bị nén đến áp suất thích hợp, hệ thống đánh lửa được kích hoạt, đốt cháy hoàn toàn hoà khí bên trong buồng đốt. Áp suất sinh ra từ vụ cháy đẩy Piston di chuyển từ điểm chết trên (ĐCT), về điểm chết dưới (ĐCD)
- Tại Kì xả: Tại kỳ xả một lần nữa Piston sẽ di chuyển từ điểm chết dưới (ĐCD) đến điểm chết trên (ĐCT). Piston di chuyển đẩy toàn bộ lượng khí sản sinh trong quá trình đốt nhiên liệu ra ngoài.
III. NHỮNG CÂU HỎI THƯỜNG GẶP VỀ ĐỘNG CƠ XĂNG
Có rất nhiều câu hỏi thường gặp về động cơ xăng. Với mục tiêu giúp giải đáp nhanh những câu hỏi, thắc mắc xoay quanh chủ đề này, chúng tôi đã tổng hợp một số câu hỏi thường gặp nhất về loại động cơ này dưới đây.
Các hiện tượng ở động cơ xăng
Ở động cơ xăng 2 kỳ, hòa khí qua cửa nạp vào Xilanh, sau đó khí thải sẽ từ xilanh được đẩy ra ngoài thông qua cửa xả. Quá trình nạp nhiên liệu, đốt cháy, và xả khí thải ra ngoài được thực hiện qua 2 hành trình của piston hay còn gọi là 2 kỳ Hút – Nén và Nổ – Xả.
Đối với động cơ xăn 4 kỳ, Khi nhiên liệu được hút vào ở kỳ nạp, và nén chặt ở kỳ nén. Lúc này ở cuối kỳ nén của động cơ xăng 4 kì, bugi bật tia lửa điện để châm cháy hòa khí. Đây cũng là điểm khác biệt của động cơ xăng và động cơ dầu diesel (cơ chế tự bốc cháy không cần bugi).
Động cơ xăng kỳ nạp van xả được đóng kín, van nạp mở ra giúp hỗn hợp hoà khí bị hút vào thông qua nguyên lý chênh lệch áp suất, hoặc bơm trực tiếp vào bên trong buồng đốt thông qua kim phun điện tử. Đây cũng là kỳ đầu tiên của động cơ khi mà Piston có hành trình di chuyển từ từ điểm chết trên (ĐCT) đến chết dưới (ĐCD)
Cấu tạo của hệ thống nhiên liệu động cơ xăng có
Với động cơ xăng hệ thống nhiên liệu gồm có 3 thành phần chính gồm Bộ phận cung cấp nguyên liệu, bộ phận cung cấp không khí, và bộ phận điều khiển tạo hỗn hợp hoà khí. Trong đó:
- Bộ phận cung cấp nhiên liệu gồm: Bình chứa (bình xăng), bơm xăng, bộ lọc xăng, bộ tích tụ xăng, các ống dẫn nhiên liệu và vòi phun xăng
- Bộ phận cung cấp không khí: Đường ống nạp, bộ phận lọc khí và bướm ga.
- Bộ phận điều khiển tạo hỗn hợp hoà khí gồm: Thiết bị đo lưu lượng khí và thiết bị định lượng nhiên liệu.
Nguồn gốc của động cơ xăng
Người chế tạo động cơ xăng đầu tiên thuộc nước Đức, ông tên là Nikolaus August Otto. Phát minh của ông dựa trên động cơ đốt trong do Étienne Lenoir chế tạo. Động cơ của Nikolaus August Otto được thêm vào một thì nén khí, năm 1876 Otto đăng ký bằng phát minh tại Đức cho một động cơ xăng bao gồm cảnguyên tắc bốn thì. 10 năm sau do áp lực của người Pháp Beau de Rocha nên bằng phát minh của Otto bị hủy bỏ.
Ở động cơ xăng có thêm hệ thống nào? Hỗn hợp xăng và không khí không thể tực bốc cháy được do chúng có tỉ số nén thấp, chính vì vậy quá trình đốt cháy nhiên liệu của động cơ xăng cần có thêm hệ thống đánh lửa. Trong đó Bugi là bộ phận trực tiếp phóng ra tia lửa điện, đốt cháy hoà khí bên trong buồng đốt. Như vậy Bugi cũng là đáp án cho câu hỏi trong động cơ xăng có chi tiết nào sau đây?
TẠM KẾT VỀ ĐỘNG CƠ XĂNG
Như vậy ACC GROUP vừa cùng quý anh chị tìm hiểu một cách chi tiết và đẩy đủ nhất về động cơ xăng là gì? cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ xăng 2 kỳ và động cơ xăng 4 kỳ. Theo đó động cơ xăng là một loại động cơ đốt trong sử dụng nguyên liệu xăng cho quá trình hoạt động của động cơ. Động cơ xăng có 2 loại chính gồm động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ. Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng vô cùng đơn giản, chúng giúp chuyển hoá hoá năng thành động năng (một số tài liệu ghi chuyển nhiệt năng thành động năng).