Mọi thứ bạn cần biết về các loại động cơ ô tô khác nhau

Động cơ xe hơi có lịch sử phát triển lâu dài, bắt đầu từ những năm 1800 khi Etienne Lenoir phát minh ra động cơ đốt trong đầu tiên. Ngày nay, chúng đã trở nên cực kỳ hiệu quả, tạo ra nhiều năng lượng hơn với ít nhiên liệu hơn, giúp giảm khí thải và thúc đẩy tính bền vững của môi trường. 

Trong hướng dẫn toàn diện này, chúng ta sẽ đi sâu vào lĩnh vực hấp dẫn của động cơ ô tô, khám phá vô số lợi ích của chúng; từ sức mạnh thô do động cơ xăng tạo ra đến hiệu quả thân thiện với môi trường của động cơ điện, chúng ta sẽ khám phá hoạt động bên trong, điểm mạnh và các tính năng riêng biệt của từng loại. 

Mục lục
Thị phần và quy mô động cơ ô tô
Động cơ ô tô hoạt động như thế nào
Bố trí điển hình của động cơ ô tô
Các sắp xếp xi lanh động cơ khác nhau
Kết luận

Thị phần và quy mô động cơ ô tô

Thị trường động cơ ô tô toàn cầu bao gồm sản xuất, bán hàng và dịch vụ hậu mãi liên quan đến nhiều loại động cơ xe khác nhau. Nghiên cứu ưu tiên định giá thị trường động cơ ô tô toàn cầu năm 2022 ở mức 102.89 tỷ đô la Mỹ và kỳ vọng sẽ tăng trưởng ở tốc độ CAGR là 2.8% từ năm 2023 đến năm 2032. Do đó, đến cuối năm 2023, thị trường động cơ ô tô toàn cầu dự kiến ​​sẽ đạt giá trị 136.81 tỷ đô la Mỹ. 

Thị trường động cơ ô tô đang phát triển chủ yếu do sự gia tăng bán xe, từ 66.7 triệu vào năm 2021 lên 67.2 triệu vào năm 2022. Ngoài ra, các quy định nghiêm ngặt về tiết kiệm nhiên liệu đã buộc các nhà sản xuất ô tô phải tập trung vào việc phát triển động cơ hiệu quả và tiên tiến hơn, tạo ra một thị trường phát triển mạnh mẽ cho các công nghệ động cơ cải tiến đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt đồng thời cải thiện hiệu suất và giảm lượng khí thải.

Các khu vực có nhu cầu cao về động cơ ô tô bao gồm Bắc Mỹ, Châu Á Thái Bình Dương, Châu Âu, Nam Mỹ và Trung Đông. Năm 2021, thị phần doanh thu của Bắc Mỹ đã vượt quá 30%. Khu vực này tự hào có các nền kinh tế phát triển, bao gồm Hoa Kỳ và Canada. Trong giai đoạn dự báo (2023 đến 2032), dự kiến ​​thị trường Châu Á Thái Bình Dương sẽ trải qua tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm 3.2%. 

Động cơ ô tô hoạt động như thế nào

Trọng tâm của hoạt động của động cơ ô tô là một tập hợp các thành phần quan trọng hoạt động hài hòa. Ví dụ, được neo trong khối động cơ là các xi-lanh, nơi diễn ra quá trình đốt cháy được kiểm soát. Trong khi đó, các piston nằm trong các xi-lanh này thực hiện các chuyển động theo chiều dọc, tạo ra công suất thiết yếu. Truyền công suất này từ các piston đến trục khuỷu là các thanh truyền, biến chuyển động thẳng thành chuyển động quay. Cuối cùng, sự phối hợp phức tạp của các van, được giám sát bởi trục cam, điều chỉnh lượng nhiên liệu đi vào và đi ra khỏi các khí thải bên trong các xi-lanh.

Bước 1: Hút không khí

Khi động cơ đang chạy, trước tiên phải đảm bảo thông gió thích hợp. Điều này được thực hiện bằng cách hút không khí qua ống nạp được trang bị van tiết lưu để điều chỉnh luồng không khí đi vào động cơ. Để duy trì không khí sạch và không có chất gây ô nhiễm, bộ lọc không khí đóng vai trò quan trọng trong việc tạo điều kiện cho quá trình đốt cháy tối ưu. Ngoài ra, động cơ hiệu suất cao có thể sử dụng bộ làm mát trung gian để làm mát khí thải, tăng thể tích và tối ưu hóa hiệu suất đốt cháy.

Bước 2: Phun nhiên liệu

Phun nhiên liệu là một quá trình chính xác đưa nhiên liệu vào xi-lanh của động cơ. Mỗi xi-lanh có một kim phun chuyên dụng phun nhiên liệu dưới dạng sương mù mịn vào không khí đi vào. Ngày nay, hầu hết các động cơ đều sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử (EFI), tự động điều chỉnh lượng nhiên liệu được cung cấp dựa trên các yếu tố như tải động cơ, tốc độ và nhiệt độ. 

Công nghệ cải tiến này giúp cải thiện hiệu suất nhiên liệu, giảm lượng khí thải và nâng cao hiệu suất động cơ tổng thể khi so sánh với các hệ thống chế hòa khí lỗi thời. Một số động cơ thậm chí còn kết hợp phun nhiên liệu trực tiếp, trong đó nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt để đạt hiệu suất tối ưu.

Bước 3: Nén

Khi piston di chuyển lên trong xi lanh, nó nén hỗn hợp không khí-nhiên liệu, làm tăng áp suất và nhiệt độ. Điều này tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình đốt cháy. Tỷ số nén, so sánh thể tích của xi lanh ở hành trình thấp nhất so với ở hành trình cao nhất, là một yếu tố quan trọng trong thiết kế động cơ. Động cơ diesel, cụ thể, phụ thuộc vào tỷ số nén cao để đánh lửa nén, trong đó chỉ riêng nhiệt độ cao của không khí đã đốt cháy nhiên liệu.

Bước 4: Đánh lửa

Trong động cơ xăng, bugi đóng vai trò quan trọng bằng cách tạo ra tia lửa điện đánh lửa hỗn hợp không khí-nhiên liệu. Tia lửa này được tạo ra khi dòng điện chạy qua khe hở của bugi. Thời điểm đánh lửa này được kiểm soát tỉ mỉ bởi bộ điều khiển điện tử (ECU) của động cơ. Mặt khác, động cơ diesel không dựa vào bugi để đánh lửa. Thay vào đó, chúng đạt được sự đánh lửa thông qua nhiệt độ cao do nén, gây ra sự đốt cháy tự phát của nhiên liệu diesel được phun.

Bước 5: Đánh mạnh

Sau khi đánh lửa, khí từ quá trình đốt cháy giãn nở nhanh chóng, buộc piston di chuyển xuống dưới trong xi lanh. Chuyển động này sau đó được truyền đến trục khuỷu, chuyển đổi thành chuyển động quay. Trong quá trình công suất này, xe đạt được lực đẩy về phía trước. Đảm bảo hiệu quả tối đa trong quá trình này là điều cần thiết để tối ưu động cơhiệu suất và khả năng tiết kiệm nhiên liệu vì bất kỳ tổn thất hoặc thiếu hiệu quả nào cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất chung của xe.

Bước 6: Hành trình xả

Trên đường trở lại, van xả mở ra sau hành trình công suất của piston. Khí thải bị đốt cháy di chuyển ra khỏi động cơ qua ống xả khi piston co lại lên trong xi lanh. Khí thải đầu tiên được dẫn bằng một ống qua ống xả, tại đó chúng di chuyển qua ống xả và cuối cùng được thải ra không khí bên ngoài. 

Để đi sâu hơn vào bản giao hưởng cơ học này, chúng ta sẽ khám phá hai phần quan trọng: cách sắp xếp điển hình của động cơ ô tô và các cách sắp xếp xi lanh động cơ khác nhau. Các phần này đóng vai trò là người bạn đồng hành thiết yếu giúp chúng ta hiểu cách động cơ ô tô hoạt động.

Các sắp xếp điển hình của động cơ ô tô làm sáng tỏ các bố cục động cơ phổ biến, làm rõ cách các thành phần được thảo luận trước đó kết hợp với nhau trong các tình huống thực tế. Trong khi đó, các sắp xếp xi lanh động cơ khác nhau sẽ đi sâu vào các cấu hình đa dạng mà động cơ có thể áp dụng, giải thích cách các sắp xếp này tác động đến hiệu suất, hiệu quả và hoạt động chung của động cơ. 

Bố trí điển hình của động cơ ô tô

Việc một chiếc xe có cách bố trí động cơ thông thường hay không phụ thuộc vào hiệu quả không gian, phân bổ trọng lượng và hiệu suất. Phổ biến nhất là cách bố trí động cơ trước, dẫn động cầu trước. Tuy nhiên, động cơ trước, dẫn động cầu sau mang lại khả năng xử lý tốt hơn nhưng có khả năng phải hy sinh không gian nội thất. Cách bố trí động cơ sau ít phổ biến hơn nhưng mang lại những lợi ích độc đáo, chẳng hạn như cải thiện lực kéo trong một số điều kiện lái xe nhất định. Việc lựa chọn cách bố trí phụ thuộc vào mục đích sử dụng và ưu tiên thiết kế của xe.

1. Bố trí động cơ thẳng hàng

Bố trí động cơ thẳng hàng sắp xếp các xi-lanh theo một đường thẳng, cái này sau cái kia. Cấu hình này thường được thấy trong động cơ bốn xi lanh, nơi các xi-lanh được đặt thành một hàng duy nhất. Động cơ thẳng hàng được ưa chuộng vì thiết kế đơn giản, kích thước nhỏ gọn và hiệu suất cân bằng tốt. Các mẫu xe tiêu biểu bao gồm Honda Civic (động cơ thẳng hàng bốn xi-lanh) và BMW 3 Series (động cơ thẳng hàng bốn xi-lanh và sáu xi-lanh).

Ưu điểm

• Thiết kế đơn giản và ít thành phần hơn
• Kích thước nhỏ gọn và hiệu quả về không gian
• Hiệu suất cân bằng tốt

Nhược điểm

• Công suất hạn chế so với các cấu hình khác
• Một số rung động do sự sắp xếp thẳng hàng
• Những thách thức trong việc đóng gói, đặc biệt là trong một số thiết kế xe

2. Bố trí động cơ thẳng

Bố trí động cơ thẳng, còn được gọi là động cơ thẳng hàng, bao gồm các xi-lanh được sắp xếp thành một hàng, rất giống với bố trí động cơ thẳng hàng. Tuy nhiên, động cơ thẳng hàng thường có nhiều hơn bốn xi-lanh, thay vào đó là sáu hoặc tám xi-lanh. Bố trí này đảm bảo sự cân bằng tuyệt vời, hoạt động trơn tru và phân phối công suất lớn. Các mẫu xe tiêu biểu bao gồm BMW 5 Series và Audi A8.

Ưu điểm

• Cân bằng tuyệt vời và hoạt động trơn tru do sự sắp xếp thẳng hàng của các xi-lanh
• Khả năng cung cấp công suất tuyệt vời, đặc biệt là ở cấu hình có sáu hoặc tám xi-lanh, như được thấy ở BMW 5 Series và Audi A8
• Thiết kế đơn giản và ít thành phần hơn so với các động cơ nhiều xi-lanh khác

Nhược điểm

• Có thể cần khoang động cơ mở rộng hơn để chứa nhiều xi-lanh hơn
• Một số mô hình có thể bị rung động nhiều hơn so với các kiểu bố trí động cơ khác
• Không gian hạn chế cho một số phụ kiện hoặc thành phần do sắp xếp dài hơn

3. Bố trí động cơ V

Những động cơ này được đặc trưng bởi các xi-lanh được sắp xếp theo hai hàng hoặc "hình chữ V" theo một góc với nhau. Góc cụ thể giữa các hàng có thể thay đổi và các biến thể phổ biến bao gồm động cơ V6, V8 và V12. Bố cục này cho phép thiết kế nhỏ gọn hơn, cân bằng hiệu suất và vận hành trơn tru. Các mẫu xe tiêu biểu bao gồm Mercedes-Benz C-Class (động cơ V6), Chevrolet Corvette (động cơ V8) và Aston Martin DB11 (động cơ V12).

Ưu điểm

• Thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp vào khoang động cơ
• Sự cân bằng vốn có giúp động cơ hoạt động mượt mà hơn
• Cung cấp công suất đầu ra tuyệt vời và tính linh hoạt

Nhược điểm

• Tăng tính phức tạp trong sản xuất và bảo trì
• Hiệu suất nhiên liệu thấp hơn một chút trong một số trường hợp
• Chi phí sản xuất cao hơn do tính phức tạp tăng lên

4. Bố trí động cơ phẳng

Bố trí động cơ phẳng, còn được gọi là động cơ đối diện theo chiều ngang, có các xi-lanh được bố trí theo chiều ngang ở cả hai bên của trục khuỷu. Cấu hình độc đáo này tạo ra trọng tâm thấp, tăng cường độ ổn định và khả năng xử lý. Phẳng động cơ thường được sử dụng trong các loại xe như xe thể thao Porsche (ví dụ như Porsche 911 với động cơ sáu xy-lanh phẳng) và động cơ Subaru Boxer (ví dụ như Subaru Impreza với động cơ bốn xy-lanh phẳng), cho thấy lợi ích của chúng về mặt hiệu suất và khả năng kiểm soát.

Ưu điểm

• Trọng tâm thấp giúp cải thiện độ ổn định và khả năng xử lý
• Hiệu suất và khả năng kiểm soát được cải thiện, đặc biệt là ở những chiếc xe thể thao như Porsche 911
• Thiết kế nhỏ gọn cho phép sử dụng không gian hiệu quả, như được thấy ở Subaru Impreza

Nhược điểm

• Có khả năng phức tạp hơn trong sản xuất và bảo trì
• Không gian hạn chế cho các thành phần cụ thể do thiết kế nhỏ gọn
• Chi phí sản xuất cao hơn một chút so với các cách bố trí khác

Các sắp xếp xi lanh động cơ khác nhau

Một xi-lanh là nơi nhiên liệu và không khí hòa trộn, đốt cháy và tạo ra năng lượng đẩy xe. Số lượng và cách sắp xếp các xi-lanh trong động cơ quan trọng vì chúng ảnh hưởng đến cách động cơ hoạt động, lượng công suất mà nó có thể tạo ra, hiệu quả của nó và thậm chí cả cách động cơ trông như thế nào và phù hợp với xe ra sao. Mỗi cách bố trí đều có ưu và nhược điểm riêng.

1. Động cơ ba xi-lanh

Sự gia tăng mức độ phổ biến của động cơ ba xi-lanh động cơ ô tô có thể được quy cho sự kết hợp cân bằng giữa hiệu suất và hiệu quả nhiên liệu. Thường thấy ở những chiếc xe nhỏ gọn và thậm chí một số mẫu xe hiệu suất cao như Ford Fiesta (1.0L EcoBoost), Mini Cooper (1.5L Turbo) và BMW i8 (hybrid), cấu hình ba xi-lanh tạo nên sự thỏa hiệp có lợi giữa công suất, hiệu quả và tính nhỏ gọn. 

Với khả năng tiết kiệm nhiên liệu được cải thiện, những động cơ này cung cấp đủ công suất cho nhu cầu lái xe hàng ngày, khiến chúng trở thành lựa chọn hấp dẫn cho những ai tìm kiếm sự kết hợp tối ưu giữa hiệu suất và hiệu quả.

Ưu điểm

• Sự kết hợp cân bằng giữa sức mạnh và hiệu quả, đáp ứng nhiều nhu cầu lái xe khác nhau
• Giảm ma sát bên trong dẫn đến hiệu quả nhiên liệu tốt hơn và tiết kiệm chi phí
• Kết cấu nhỏ hơn và nhẹ hơn giúp tăng cường phân bổ trọng lượng và khả năng xử lý, khiến chúng trở nên lý tưởng cho xe nhỏ gọn và lái xe trong thành phố

Nhược điểm

• Có thể có công suất đầu ra thấp hơn một chút so với động cơ nhiều xi-lanh lớn hơn
• Ít xi lanh hơn có thể dẫn đến rung động đáng chú ý hơn trong quá trình vận hành, mặc dù vấn đề này đã được giảm thiểu trong các thiết kế hiện đại
• Mặc dù phù hợp cho việc lái xe hàng ngày, nhưng chúng có thể không tối ưu để sử dụng trong xe thể thao hiệu suất cao hoặc điều kiện khắc nghiệt

2. Động cơ bốn xi-lanh

Động cơ bốn xi-lanh được ưa chuộng vì sự cân bằng hài hòa giữa công suất, hiệu suất nhiên liệu và kích thước nhỏ gọn. Những động cơ này thường được tìm thấy trong xe sedan, SUV và hatchback, thể hiện tính linh hoạt của chúng. 

Nổi tiếng về tính thực tế và hiệu quả, động cơ bốn xi-lanh cung cấp đủ công suất cho việc đi lại hàng ngày trong khi vẫn duy trì mức tiết kiệm nhiên liệu đáng khen ngợi. Các mẫu xe tiêu biểu bao gồm Honda Civic, nổi tiếng về độ tin cậy và hiệu quả nhiên liệu, Toyota Camry với nhiều tùy chọn động cơ bốn xi-lanh và Volkswagen Golf, được ca ngợi vì bản chất lái xe thú vị và sự kết hợp tốt giữa hiệu suất và mức tiết kiệm nhiên liệu.

Ưu điểm

• Sự cân bằng hài hòa giữa công suất, hiệu suất nhiên liệu và kích thước nhỏ gọn
• Phổ biến ở xe sedan, SUV và hatchback, phù hợp với nhiều loại xe khác nhau
• Công suất đủ cho việc đi lại hàng ngày và tiết kiệm nhiên liệu đáng khen ngợi

Nhược điểm

• Có thể thiếu công suất và hiệu suất so với động cơ lớn hơn, hạn chế các ứng dụng hiệu suất cao
• Trong một số trường hợp, áp lực bổ sung lên động cơ có thể làm giảm tuổi thọ
• Trong các tình huống tải nặng cụ thể, có thể biểu hiện mô-men xoắn giảm so với động cơ lớn hơn có nhiều xi-lanh hơn

3. Động cơ sáu xi-lanh

Động cơ sáu xi-lanh được đánh giá cao vì hiệu suất mạnh mẽ và đáng tin cậy. Chúng được tìm thấy trong nhiều loại xe, bao gồm xe sedan, xe SUV và xe thể thao, tạo nên sự cân bằng giữa công suất và hiệu quả nhiên liệu, đồng thời mang lại trải nghiệm lái xe nâng cao. Các mẫu xe tiêu biểu bao gồm BMW 3 Series, nổi tiếng với động lực lái thể thao, Toyota Highlander, cung cấp tùy chọn SUV cỡ trung mượt mà và mạnh mẽ, và Ford Mustang, với động cơ sáu xi-lanh mạnh mẽ phục vụ cho những người đam mê hiệu suất.

Ưu điểm

• Hiệu suất mạnh mẽ và nhiều sức mạnh hơn cho việc lái xe đầy hứng khởi
• Tính linh hoạt trong nhiều loại xe khác nhau, bao gồm xe sedan, xe SUV, xe thể thao, v.v.
• Hoạt động trơn tru với độ rung giảm nhờ các xi lanh bổ sung

Nhược điểm

• Tiêu thụ nhiên liệu cao hơn, dẫn đến chi phí vận hành có khả năng cao hơn
• Chi phí cao hơn so với các tùy chọn động cơ nhỏ hơn
• Hiệu quả sử dụng nhiên liệu hạn chế, đặc biệt là khi lái xe trong thành phố liên tục dừng và đi

4. Động cơ tám xi-lanh trở lên

Động cơ tám xi-lanh cung cấp công suất đặc biệt, khiến chúng trở nên phổ biến trong những chiếc xe hiệu suất cao, xe hạng sang và xe tải. Chúng mang lại trải nghiệm lái xe thú vị với mã lực và mô-men xoắn đáng kể nhưng tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn và có chi phí sản xuất cao hơn. Các mẫu xe tiêu biểu bao gồm Lamborghini Aventador (V12), Mercedes-Benz S-Class (V8) và Chevrolet Silverado (V8).

Ưu điểm

• Công suất và mô-men xoắn cao cho khả năng tăng tốc và hiệu suất ấn tượng
• Phổ biến ở nhiều loại xe khác nhau, chẳng hạn như xe thể thao, xe sedan hạng sang và xe tải
• Sự phong phú của các xi lanh cung cấp khả năng tăng tốc năng động và sự hiện diện chỉ huy

Nhược điểm

• Sử dụng nhiều nhiên liệu hơn dẫn đến tăng chi phí hoạt động
• Sự phức tạp và các thành phần bổ sung dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn
• Việc tăng mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải có thể gây ra hậu quả lớn hơn cho môi trường

Kết luận  

Mỗi loại cấu hình động cơ đều có những ưu điểm riêng biệt phù hợp với các ứng dụng xe khác nhau, từ động cơ hai xi-lanh nhỏ gọn và hiệu quả đến động cơ tám xi-lanh mạnh mẽ và bền bỉ. Cho dù bạn ưu tiên hiệu quả nhiên liệu, hiệu suất cao hay sự cân bằng giữa hai yếu tố này, thì vẫn có một loại động cơ đáp ứng nhu cầu cụ thể của bạn. Để khám phá thêm về lĩnh vực động cơ ô tô, hãy truy cập AliExpress và duyệt qua hàng ngàn sản phẩm và linh kiện ô tô.