Động cơ ô tô: cấu tạo, thông số và các lỗi thường gặp

Động cơ ô tô là bộ phận quan trọng nhất trên mỗi chiếc xe, nó quyết định khả năng vận hành và có giá trị nhất trên mỗi chiếc xe hơi. Bất kỳ ai cũng hiểu được vấn đề này. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách thức hoạt động của nó ra sao.

Việc hiểu hơn về những thông tin liên quan đến động cơ xe ô tô, sẽ giúp chủ động hơn trong việc chăm sóc và bảo vệ động cơ xe. Vậy động cơ xe ô tô là gì? Nó có cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? Có những loại động cơ xe ô tô nào?… Tất cả những câu hỏi liên quan đến động cơ xe hơi sẽ được gara ô tô AGM chúng tôi giải đáp trong bài viết sau đây. Hãy cùng theo dõi nhé!

Động cơ ô tô là gì?

Động cơ trên xe ô tô là bộ phận giúp chuyển hóa năng lượng nào đó (xăng, dầu, điện…) thành động năng để xe chuyển động. Đây là bộ phận quan trọng nhất trên mỗi chiếc xe, được ví như là “trái tim” của xe (1). Động cơ sẽ sản sinh ra công suất và momen xoắn để các bánh xe quay, nhờ đó xe ô tô có thể di chuyển.

Ngoài ra, động cơ còn đảm nhận nhiệm vụ dẫn động cho một số hệ thống khác trên xe như: Máy phát điện, hệ thống trợ lực lái…

Có những loại động cơ nào trên xe ô tô?

Ở thời điểm hiện tại, có 3 loại động cơ chính được sử dụng phổ biến nhất trên xe ô tô đó là: Động cơ đốt trong (xăng hoặc dầu), động cơ điện và động cơ Hybrid (lai xăng và điện).

1. Động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong hoạt động dựa trên nguyên lý đốt cháy nhiên liệu để sinh ra nhiệt năng, từ nhiệt năng này chuyển hóa thành công cơ học dưới dạng momen quay.

Chúng có hai loại là: động cơ xăng (nhiên liệu là xăng) và động cơ dầu (nhiên liệu là dầu). Trong đó, động cơ xăng được sử dụng phổ biến hơn nhờ khả năng vận hành êm ái, mượt mà và tăng tốc nhanh.

Động cơ ô tô đốt trong đang là loại động cơ được sử dụng phổ biến nhất do những ưu điểm mà nó mang đến. Tuy nhiên, với xu hướng “xanh hóa” của ngành ô tô, các nhà sản xuất đang không ngừng nghiên cứu và phát triển động cơ điện hay động cơ lai Hybrid để thay thế cho động cơ đốt trong.

2. Động cơ điện

Động cơ điện hoạt động nhờ khả năng biến đổi điện năng thành động cơ. Do đó, động cơ điện không hề sử dụng nhiên liệu đốt như xăng hay dầu để hoạt động, mà chúng hoạt động nhờ điện tích trữ trong pin Lithium-ion. Pin của xe động cơ điện thường được đặt ở sàn xe. Người dùng có thể sạc pin tại các trạm sạc hay ổ điện trong nhà thông qua bộ sạc.

3. Động cơ lai Hybrid

Động cơ lai Hybrid là loại động cơ lai xăng điện, nó sử dụng hai nguồn động lực song song là động cơ đốt trong và động cơ điện. Động cơ Hybrid có nhiều loại khác nhau như nối tiếp, hỗn hợp và song song.Tùy thuộc vào từng trường hợp mà bạn quyết định nên sử dụng động cơ điện hay động cơ đốt trong để giữ vai trò dẫn động chính.

Tại thị trường Việt Nam, động cơ Hybrid vẫn chưa được phổ biến. Chỉ có một số mẫu xe được trang bị loại động cơ này đó là SUV 5 chỗ Toyota Corolla Altis. Trong bài viết sau đây, chúng ta sẽ chỉ tìm hiểu chi tiết về loại động cơ ô tô được sử dụng phổ biến nhất là động cơ đốt trong.

Tham khảo: nguyên nhân ô tô chết máy

Cấu tạo của động cơ đốt trong

Đối với loại động cơ đốt trong là loại động cơ phổ biến trên thế giới nhất hiện nay, tuy động cơ lai và động cơ điện đã được sản xuất khá nhiều, nhưng ô tô động cơ đốt trong vẫn là điều mà nhiều người sử dụng xe muốn, chúng ta cùng tìm hiểu cấu tạo:

1. Xylanh

Xylanh là bộ phận bọc bên ngoài chứa buồng đốt bên trong, nơi diễn ra quá trình đốt cháy hỗn hợp hòa khí (không khí và nhiên liệu). Đây cũng chính là nơi mà các piston di chuyển lên/xuống.

Tùy thuộc vào từng loại động cơ mà chúng sẽ có từ 3 – 12 xylanh. Trong đó, phổ biến nhất là loại động cơ 4 – 6 – 8 xylanh. Các bố trí các xylanh bên trong động cơ cũng có nhiều kiểu khác nhau như: xếp thằng hàng hình chữ I, xếp đối đỉnh hình chữ V hay chữ W. Ngoài ra, còn có kiểu xếp nằm ngang đối xứng nhau như loại động cơ Boxer.

2. Piston

Piston được cấu tạo theo dạng hình trụ, chúng chuyển động/lên xuống bên trong xylanh và liên kết với thanh truyền. Khi nhiên liệu được đốt cháy sẽ tạo nên áp suất cao, đẩy piston chuyển động và truyền lực lên thanh truyền để trục khuỷu quay.

Trên mỗi piston có các vòng găng piston (xéc măng) gắn vào rãnh dọc thân piston. Xéc măng này giúp đảm bảo buồng đốt được kín khít, ngăn hỗn hợp hòa khí hay khí thải lọt xuống, đồng thời ngăn ngừa dầu bôi trơn từ cácte rò rỉ vào buồng đốt động cơ ô tô.

3. Xupap

Xupap được cấu tạo theo dạng hình nấm, nó đảm nhận nhiệm vụ như là một loại van giúp kiểm soát thời gian và lưu lượng hỗn hợp khí chảy trong động cơ. Xupap giúp đóng/mở van nạp/xả (cửa nạp/cửa xả) của buồng đốt. Hoạt động của xupap được điều khiển thông qua trục cam.

4. Trục cam

Trục cam có nhiều mấu cam khác nhau. Khi trục cam quay, các mấu cam sẽ điều khiển xupap để đóng/mở các van nạp/xả ở xylanh.

Có hai loại trục cam đó là trục cam đơn (SOHC) và trục cam đôi (DOHC). Trục cam đơn đảm nhận nhiệm vụ đóng/mở van nạp và van xả. Trong khi đó, trục cam đôi có hai trục riêng, môt điều khiển va xả và một điều khiển van nạp.

5. Bugi

Bugi đảm nhận nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện để quá trình đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu được diễn ra trong buồng đốt động cơ ô tô.

6. Trục khuỷu

Trục khuỷu đảm nhận nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay. Trục khuỷu nhận lực từ thanh truyền và biến đổi chúng thành momen quay sinh công, truyền tới 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 sẽ có cảm biến vị trí trục khuỷu, giúp xác định vị trí và tốc độ quay của trục khuỷu rồi truyền về ECU động cơ. Nhờ vậy mà ECU có thể tính toán được thời điểm phun nhiên liệu và đánh lửa chính xác.

7. Cácte

Cácte là bộ phận bao quanh trục khuỷu. Đáy của cácte chứa dầu bôi trơn giúp bôi trơn, làm mát và làm sạch các chi tiết khi động cơ ô tô vận hành.

8. Thanh truyền

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

9. Dây curoa

Dây curoa kết nối các bánh răng trục cam và trục khuỷu để tạo nên sự chuyển động đồng bộ giữa các trục với nhau. Điều này sẽ giúp xupap đóng/mở vào đúng thời điểm, đồng thời ngăn piston không chạm vào van.

Tìm hiểu: vì sao ô tô nóng máy

Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong

Động cơ ô tô đốt trong hoạt động dựa trên nguyên lý nén hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong một không gian nhỏ, sau đó đốt cháy để không khí giãn nở nhằm sinh ra năng lượng. Năng lượng này sẽ đẩy piston di chuyển. Chúng hoạt động trong một chu trình khép kín, mỗi phút diễn ra hàng trăm lần đốt cháy.

Đa phần các dòng xe hơi hiện nay đều sử dụng động cơ 4 thì (4 kỳ) với 4 chu kỳ hoạt động là: nạp – nén – đốt – xả.

• Kỳ nạp (hút): Van nạp mở, van xả đóng, hỗn hợp không khí và nhiên liệu được nạp vào xylanh trong lúc piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới.
• Kỳ nén: Piston chuyển động từ điểm chết dưới đến điểm chết trên để nén hỗn hợp hòa khí. Tại cuối kỳ nén, bugi sẽ đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu.
• Kỳ đốt (nổ): Hỗn hợp hòa khí được đốt cháy làm gia tăng áp suất, 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 chuyển đổi thành chuyển động quay.
• Kỳ xả: Sau khi kết thúc quá trình đốt cháy, piston sẽ chuyển động từ điểm chết dưới đến điểm chết trên, để đẩy khí thải trong xylanh qua van xả, xả ra ngoài hệ thống khí thải.

Chuyển động của piston trong các kỳ nạp, nén và xả, chủ yếu là nhờ vào năng lượng tích trữ bởi bánh đà gắn ở trục khuỷu trong kỳ đốt sinh công. Với 1 xylanh thì cứ 2 vòng quay trục khuỷu sẽ có một lần đốt được diễn ra. Do đó, động cơ mà càng nhiều xylanh thì góc đánh lửa càng được chia nhỏ, công sinh ra đều hơn và động cơ vận hành êm ái hơn.

Để tối ưu hiệu suất cho động cơ, đa số các hãng xe hơi hiện nay đều áp dụng công nghệ van biến thiên cho động cơ ô tô của mình. Công nghệ này có khả năng can thiệp và tự động tính toán điều chỉnh thay đổi thời gian mở và độ mở của van nạp linh hoạt, dựa trên từng tình trạng phối khí thực tế.

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 là gì?

ECU – Electronic Control Unit là bộ phận xử lý trung tâm, có khả năng điều khiển toàn bộ các hoạt động của động cơ, các hệ thống – thiết bị điện tử trên xe.

Thông qua các dữ liệu được truyền về từ những cảm biến như cảm biến kích nổ, cảm biến trục khuỷu, cảm biến vị trí bướm ga… ECU sẽ tính toán và đưa ra các mệnh lệnh để các cơ cấu chấp hành hoạt động một cách chính xác và phù hợp với từng điều kiện vận hành thực tế.

Cụ thể, ECU sẽ điều khiển hệ thống nạp nhiên liệu, hệ thống đánh lửa và cả hệ thống điều khiển van biến thiên… Mục đích của ECU là giúp xe vận hành ổn định, an toàn, tối ưu nhiên liệu, giảm tối đa khí thải, đảm bảo toàn bộ các cơ cấu chấp hành thích ứng hoạt động hiệu quả ở từng chế độ khác nhau.

Ngoài việc điều khiển các hoạt động của động cơ, ECU còn can thiệp vào các hệ thống an toàn trên xe như: chống bó cứng phanh, điều khiển hành trình, cân bằng điện tử… cùng nhiều hệ thống điện tử khác trên xe.

Các hệ thống phụ trợ cho động cơ

Để động cơ ô tô có thể hoạt động, thì ngoài cơ cấu sinh lực ra còn cần rất nhiều hệ thống phụ trợ khác như:

1. Hệ thống nạp nhiên liệu

Hệ thống nạp nhiên liệu đảm nhận vai trò cung cấp nhiên liệu vào buồng đốt. Hệ thống nhiên liệu có 3 loại là: Chế hòa khí (xe đời cũ), phun nhiên liệu trực tiếp và gián tiếp. Đa phần các dòng xe hơi ngày nay đều sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp (vào xylanh) hoặc gián tiếp (trên cổng nạp).

Cấu tạo của một hệ thống nạp nhiên liệu thường sẽ bao gồm các bộ phận chính sau:

• Bình nhiên liệu: Tích trữ nhiên liệu trong xe.
• Bơm nhiên liệu: Giúp bơm nhiên liệu tới kim phun.
• Lọc nhiên liệu: Loại bỏ các tạp chất trong nhiên liệu trước khi nhiên liệu được đưa tới kim phun.
• Bộ điều áp nhiên liệu: Điều chỉnh áp suất nhiên liệu luôn ở mức phù hợp, giúp nhiên liệu bơm vào buồng đốt chính xác cả về lượng mức và thời gian.
• Kim phun: Phun nhiên liệu vào buồng đốt động cơ ô tô.

2. Hệ thống nạp không khí

Hệ thống nạp khí giúp nạp không khí vào trong buồng đốt. Bởi để quá trình đốt cháy nhiên liệu có thể diễn ra thì cần phải có không khí. Đa số các dòng xe phổ thông đều sử dụng hệ thống nạp bình thường là hệ thống hút khí tự nhiên, thông qua độ chênh lệch giữa áp suất không khí bên ngoài và độ chân không trong xylanh.

Một hệ thống nạp khí ô tô sẽ được cấu tạo bởi những bộ phận chính sau:

• Lọc gió: Giúp lọc sạch các bụi bẩn lẫn trong không khí trước khi đi vào hệ thống.
• Cổ họng gió và bướm ga: Có nhiệm vụ hút không khí vào bên trong. Cổ họng gió được điều khiển bởi bướm ga nối với bàn đạp ga. Khi người lái đạp bàn đạp ga, bướm ga sẽ mở để hút không khí vào. Ngoài ra, bộ phận này còn có van điều khiển tốc độ không tải, để điều khiển lưu lượng khí nạp khi xe chạy ở chế độ không tải.
• Đường ống nạp: Dẫn không khí từ xylanh đến.
• Các cảm biến: Có nhiều cảm biến khác nhau trong hệ thống nạp không khí như cảm biến đo lưu lượng khí nạp giúp xác định chính xác lượng không khí đi vào, cảm biến vị trí bướm ga giúp đo độ mở của cánh bướm ga, cảm biến nhiệt độ khí nạp giúp đo nhiệt độ không khí. Các cảm biến này sẽ truyền tải tín hiệu về ECU động cơ ô tô, để ECU tính toán và cân bằng tỷ lệ không khí và nhiên liệu chính xác nhất.

3. Hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa đảm nhận nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí bên trong buồng đốt động cơ. Cấu tạo của một hệ thống đánh lửa bao gồm các bộ phận chính sau:

• Bobin đánh lửa: Tạo ra dòng điện cao áp.
• Bộ chia điện: Phân chia nguồn điện cao áp từ bobin đánh lửa tới các bugi ở từng xylanh.
• Bugi: Tạo ra tia lửa điện để hình thành sự cháy trong buồng đốt động cơ.

4. Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn giúp đưa dầu luân chuyển trong động cơ ô tô, giúp bôi trơn các chi tiết chuyển động trong động cơ như: Piston, bạc trục khuỷu, ổ bi, trục cam… để giảm độ ma sát, làm mát, vệ sinh và giúp các chi tiết máy hoạt động trơn tru.

Một hệ thống bôi trơn trên ô tô bao gồm các bộ phận chính sau:

• Dầu nhớt: Có khả năng bôi trơn, làm mát và làm sạch các chi tiết động cơ.
• Lọc dầu: Giúp lọc bỏ các cặn bẩn lẫn trong dầu trước khi chúng đi vào chu trình bôi trơn mới.
• Bơm dầu: Hút dầu từ đáy cácte để đưa dầu đi vào chu trình bôi trơn động cơ.
• Các-te: Chứa dầu, phần lớn dầu được chứa ở đây.

5. Hệ thống làm mát

Đúng như tên gọi của mình, hệ thống làm mát có khả năng làm mát và duy trì nhiệt độ thích hợp cho động cơ. Cấu tạo của hệ thống làm mát ô tô bao gồm các bộ phận chính sau:

• Két nước: Làm lạnh nước làm mát từ động cơ đi ra, trước khi tham gia vào một chu trình làm mát mới.
• Nước làm mát: Làm mát động cơ, giúp duy trì nhiệt độ ổn định cho động cơ.
• Quạt làm mát : Thổi không khí lưu thông qua két nước nhanh hơn, từ đó giúp nước làm mát đi vào két nước được làm mát nhanh hơn.
• Máy bơm: Luân chuyển nước làm mát từ két nước đến động cơ ô tô và ngược lại.
• Van hằng nhiệt: Điều khiển nước làm mát từ động cơ đi vào két nước, sao cho phù hợp với từng điều kiện thực tế.
• Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: Đo nhiệt độ của nước làm mát, sau đó truyền thông tin về ECU để ECU tính toán thời gian phun nhiên liệu, góc đánh lửa… sao cho phù hợp nhất.

6. Hệ thống khí xả

Hệ thống khi xả giúp xử lý các khí thải ra từ động cơ, nhằm giảm ấm và bảo vệ môi trường. Một hệ thống khí xả trên ô tô bao gồm các bộ phận sau:

• Ống dẫn xả: Dẫn khí thải từ các xylanh khi van xả mở.
• Bộ chuyển đổi xúc tác: Xử lý các hóa chất độc hại trước khi khí thải được xả ra ngoài.
• Cảm biến oxy: Đo lường lượng oxy còn dư trong khí thải, sau đó truyền tín hiệu này về ECU động cơ, để ECU tính toán và cân chỉnh Fuel Trim sao cho quá trình đốt cháy được diễn ra một cách tối ưu nhất.
• Ống bô: Giúp giảm tiếng ồn của động cơ khi xả khí thải ra.

Ngoài những hệ thống chính trên, động cơ ô tô còn có các hệ thống phụ trợ khác như: hệ thống khởi động, hệ thống van thông khí hộp trục khuỷu PCV…

Ý nghĩa các ký hiệu liên quan đến động cơ

Các ký hiệu liên quan đến động cơ như dung tích, mã lực, momen xoắn, vòng tua máy… đều sẽ biểu thị một thông tin riêng cho động cơ. Cụ thể:

1. Dung tích động cơ

Dung tích động cơ hay dung tích xylanh là tổng lượng dung tích của toàn bộ các xylanh bên trong động cơ. Dung tích thường được tính theo đơn vị Lít hoặc CC. Chẳng hạn như, động cơ 4 xylanh dung tích 2.0L, nghĩa là mỗi xylanh sẽ có dung tích là 0.5L. Dung tích của xylanh càng lớn thì khả năng chứa hỗn hợp hòa khí đốt cháy càng nhiều, từ đó mà động cơ cũng sẽ khỏe hơn.

2. Công suất (HP)

Công suất là một đại lượng biểu thị sức mạnh của động cơ. Công suất càng lớn thì tốc độ mà xe chạy được sẽ càng cao.

Đơn vị tính công suất mã lực của động cơ thường là mã lực (HP). Mã lực là công cần để nâng được một vật nặng 75kg lên độ cao 1 mét/giây. Ngoài mã lực ra, công suất của động cơ ô tô còn có thể được biểu thị qua các đơn vị khác như kilowatt (kW).

3. Momen xoắn (Nm)

Momen xoắn biểu thị cho lực tác động để quay quanh trục. Nói dễ hiểu, momen xoắn cho biết khả năng chịu tải tức thời của động cơ. Momen xoắn càng cao thì khả năng tải, lực kéo, vượt địa hình, leo dốc… càng lớn. Đơn vị tính của momen xoắn là Nm (Nanomet).

Đây là một đại lượng quan trong thuộc thông số kỹ thuật của động cơ. Tuy nhiên, có rất nhiều người cảm thấy khó hình dung về đại lượng này. Để bạn dễ hiểu hơn, bạn cứ tưởng tượng để siết chặt một con ốc bằng cờ lê, chúng ta cần một lực đủ mạnh để có ốc xoay được. Và momen xoắn chính là lực để xoay được con ốc đó.

4. Vòng quay máy (vòng/phút)

Vòng quay máy là đơn vị biểu thị vòng quay trong vòng một phút của trục khuỷu. Đơn vị vòng tua máy là vòng/phút Revolutions per minute – viết tắt rpm.

Khi trục khuỷu quay càng nhanh thì lực càng lớn. Vòng quay máy có mối quan hệ mật thiết với công suất và momen xoắn của động cơ ô tô. Khác với công suất và momen xoắn, khi đánh giá hiệu suất của động cơ thì vòng tua máy càng thấp thì hiệu suất của động cơ càng lớn.

5. Mối quan hệ giữa công suất, momen xoắn và vòng quay máy

Công suất biểu thị về tốc độ xe, momen xoắn mang ý nghĩa về khả năng tải, kéo và thời gian tăng tốc xe. Khi công suất hay momen xoắn cực đại khi vòng tua máy càng thấp, thì khả năng tăng tốc của xe cao cao và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn.

Các lỗi thường gặp và gara chuyên sửa chữa động cơ ô tô TPHCM

AGM Workshop là gara sửa chữa ô tô từ 4-7 chỗ chuyên sâu, với đầy đủ tất cả các dịch vụ điện, máy, gầm, điều hòa,… đặc biệt, việc bảo dưỡng và sửa chữa động xe cơ ô tô được chúng tôi thực hiện một cách bài bản, giúp xe của khách hàng đạt được hiệu suất cao, trong thời gian sớm nhất và cam kết chi phí tốt nhất.

Việc bắt bệnh và xử lý các lỗi từ phần động cơ chuyên sâu, cho phép AGM Workshop có thể bảo hành dịch vụ cho khách hàng lên tới 1 năm hoặc cao hơn nữa. Các phụ tùng thay thế chính hãng chất lượng cao nên khách hàng có thể an tâm tuyệt đối từ dịch vụ của chúng tôi.

Các lỗi thường gặp ở phần động cơ bao gồm: máy yếu, xì nhớt, có tiếng gõ lớn, hao xăng, hao nhớt, hao nước, chết máy đột ngột… hoặc các lỗi do ngập nước và bó máy. AGM có thể tự tin sửa chữa tất cả các lỗi trên các dòng xe tại Việt Nam từ Mercedes, Porsche, Audi, Land Rover, Bentley, BMW, Cadillac… đến các dòng xe Toyota, Mitsubishi, Honda, Nissan, Hyundai, Mazda…

Trên đây là toàn bộ thông tin liên quan đến động cơ ô tô mà chúng tôi muốn gửi đến bạn đọc. Hy vọng qua bài viết, bạn đọc đã có thêm những thông tin hữu ích dành cho bản thân. Nếu các bạn cần tư vấn về xe của mình, có thể liên hệ ngay với AGM để nhận giải đáp! Chúc các bạn lái xe an toàn!