Động Cơ Đốt Trong: Khái Niệm, Phân Loại Và Hư Hỏng Thường Gặp

Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt trong đó nhiên liệu được đốt cháy trực tiếp bên trong buồng đốt, tạo ra nhiệt năng và chuyển hóa thành công suất cơ học để vận hành piston, cánh quạt hoặc turbine. 

Theo Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô quốc tế (OICA) tính đến năm 2024, động cơ đốt trong vẫn chiếm hơn 90% lượng xe cơ giới toàn cầu, trở thành công nghệ trung tâm trong ngành giao thông vận tải hiện đại.

Cấu tạo động cơ đốt trong gồm nhiều bộ phận chính như xi lanh, piston, van, bugi hoặc kim phun và hoạt động theo chu trình bốn kỳ: nạp – nén – nổ – xả. Dựa trên nhiên liệu, chu trình, cấu hình và ứng dụng, động cơ được phân loại đa dạng nhằm đáp ứng các nhu cầu kỹ thuật khác nhau.

Bên cạnh đó, động cơ còn vận hành nhờ bảy hệ thống chính như hệ thống phát lực, nhiên liệu, bôi trơn, làm mát… đóng vai trò phối hợp liên tục để đảm bảo hiệu quả và tuổi thọ máy. Tuy nhiên, nếu thiếu bảo dưỡng, động cơ dễ gặp sự cố như khó nổ, rung lắc, xả khói bất thường.

Để đảm bảo hiệu suất và tránh hỏng hóc sớm, người dùng cần bảo dưỡng định kỳ, sử dụng dầu nhớt đạt chuẩn và phụ tùng chính hãng. 

Cùng tìm hiểu rõ hơn về cấu tạo, phân loại và các lỗi thường gặp của động cơ đốt trong – công nghệ chủ lực trong ngành cơ khí, ô tô hiện nay.

Động Cơ Đốt Trong Là Gì? Các Bộ Phận Chính Và Nguyên Lý Hoạt Động

Động cơ đốt trong (Internal Combustion Engine – ICE) là một loại động cơ nhiệt, trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu xảy ra bên trong buồng đốt của động cơ. Quá trình này chuyển đổi nhiệt năng từ việc đốt cháy nhiên liệu thành công suất cơ học, giúp vận hành các bộ phận như piston, cánh quạt, hoặc cánh turbine.

Cấu tạo gồm các bộ phận chính như xy lanh, piston, van, bugi hoặc kim phun, hoạt động theo chu trình bốn kỳ: nạp – nén – nổ – xả.

1. Các bộ phận chính của động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong có cấu trúc phức tạp, gồm nhiều chi tiết làm việc liên kết chặt chẽ với nhau. 6 bộ phận chủ chốt gồm:

• Xy lanh (Cylinder): Là không gian chứa piston di chuyển lên xuống. Mỗi xy lanh thường đi kèm một bugi hoặc kim phun và hai van (nạp và xả).
• Piston: Di chuyển theo phương tịnh tiến, tạo ra áp lực lên trục khuỷu thông qua thanh truyền.
• Trục khuỷu (Crankshaft): Nhận chuyển động từ piston để quay, từ đó truyền lực ra hệ thống truyền động của xe.
• Van (Valve): Có nhiệm vụ đóng mở để điều tiết khí nạp và khí xả trong mỗi chu kỳ làm việc.
• Bugi (Spark plug): Được dùng trong động cơ xăng để tạo tia lửa đốt cháy hỗn hợp không khí – nhiên liệu.
• Kim phun (Injector): Được dùng trong động cơ diesel để phun nhiên liệu vào buồng cháy với áp suất cao.

Mỗi bộ phận đều có vai trò quyết định đến hiệu suất, độ bền và tính ổn định của toàn bộ hệ thống động cơ.

2. Nguyên lý hoạt động cơ bản

Động cơ đốt trong hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển hóa năng lượng hóa học trong nhiên liệu thành nhiệt năng thông qua phản ứng cháy, sau đó chuyển hóa thành cơ năng thông qua chuyển động của piston và trục khuỷu. Chu trình này được lặp đi lặp lại hàng nghìn lần mỗi phút.

Chu trình bốn kỳ gồm:

Động Cơ Đốt Trong Được Phân Loại Như Thế Nào? 

Động cơ đốt trong được phân loại dựa trên nhiên liệu, chu trình hoạt động, cách bố trí xy lanh và ứng dụng thực tế. Mỗi tiêu chí phản ánh đặc điểm kỹ thuật và phạm vi sử dụng khác nhau.

1. Theo loại nhiên liệu

Phân loại theo loại nhiên liệu giúp nhận diện ưu – nhược điểm giữa động cơ xăng, diesel và nhiên liệu thay thế, từ đó hiểu rõ tính ứng dụng phù hợp từng loại phương tiện.

Động cơ xăng:

• Ưu điểm: Tốc độ phản ứng nhanh, vận hành êm ái, chi phí bảo trì thấp.
• Nhược điểm: Hiệu suất thấp hơn diesel, không phù hợp tải nặng.
• Ứng dụng: Ô tô gia đình, xe máy, máy phát nhỏ.

Động cơ diesel:

• Ưu điểm: Mô-men xoắn lớn, tiết kiệm nhiên liệu, phù hợp vận hành tải nặng.
• Nhược điểm: Rung mạnh, tiếng ồn lớn, phát thải NOx và bụi mịn.
• Ứng dụng: Xe tải, xe bus, tàu thủy, máy công trình.

Động cơ dùng nhiên liệu thay thế:

• LPG/CNG: Sạch, tiết kiệm, phổ biến ở taxi và xe công vụ.
• Nhiên liệu sinh học: Thân thiện môi trường, đang được nghiên cứu mở rộng.

Theo báo cáo của IEA (2023), tỷ lệ xe chạy LPG tại châu Á đạt gần 9%, thể hiện xu hướng chuyển dịch dần sang nhiên liệu sạch.

2. Theo số kỳ

Phân loại theo số kỳ làm rõ sự khác biệt giữa động cơ 2 kỳ và 4 kỳ về cấu tạo, hiệu suất và lĩnh vực sử dụng.

Động cơ 4 kỳ:

• Hiệu suất cháy sạch, ít hao nhiên liệu, độ bền cao.
• Chi phí sản xuất và bảo trì cao hơn do cấu tạo phức tạp.

Động cơ 2 kỳ:

• Ít linh kiện, kích thước nhỏ gọn, dễ bảo trì.
• Thường dùng cho xe gắn máy đời cũ, máy cưa, máy cắt cỏ.

3. Theo cách bố trí xy lanh

Phân loại theo cách bố trí xy lanh cho thấy ảnh hưởng của thiết kế đến hiệu suất, không gian và đặc tính vận hành của động cơ. Có 5 loại phổ biến:

• Động cơ thẳng hàng (Inline): Ứng dụng phổ biến ở xe hạng trung và cao.

• Động cơ chữ V (V-type): Hiệu suất cao, gọn gàng, dùng trong xe thể thao.

• Động cơ boxer (Đối xứng ngang): Giúp hạ trọng tâm xe, dùng nhiều ở xe Subaru và Porsche.

• Động cơ W-type: Thiết kế cho xe hiệu suất cực cao, như Bugatti Veyron.

• Động cơ hình sao: Có kích thước và khối lượng rất lớn, đồng thời hiệu quả làm việc cũng thấp hơn động cơ turbin khí, được ứng dụng phổ biến trên các dòng máy bay dân dụng và quân sự hiện nay.

Theo Tạp chí SAE Mobility Engineering (2023), bố trí xy lanh ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất thể tích, khả năng làm mát và tính cân bằng động, từ đó quyết định độ mượt, mức tiêu hao nhiên liệu và thiết kế khung gầm xe.

4. Theo ứng dụng

Phân loại theo ứng dụng phản ánh vai trò đa dạng của động cơ đốt trong trong ô tô, xe máy, tàu thủy, máy phát điện và hàng không.

• Ô tô: ICE chiếm 85% trong ngành ô tô toàn cầu năm 2024.
• Xe máy: Động cơ nhỏ gọn, phổ biến ở châu Á.
• Tàu thủy: Dùng động cơ diesel công suất lớn.
• Máy phát điện: Dự phòng cho các công trình và bệnh viện.
• Máy bay: Trước đây sử dụng ICE piston, nay chủ yếu dùng động cơ tuabin.

Bảy Hệ Thống Chính Của Động Cơ Đốt Trong

Bảy hệ thống chính của động cơ đốt trong gồm hệ thống phát lực, cố định, phân phối khí, nhiên liệu, bôi trơn, làm mát và đánh lửa/điều khiển điện tử. Mỗi hệ thống đảm nhận một vai trò riêng biệt, phối hợp chặt chẽ để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả, bền bỉ và tiết kiệm nhiên liệu. 

1. Hệ thống phát lực

Hệ thống phát lực có nhiệm vụ bao kín buồng cháy và tiếp nhận lực khí cháy truyền xuống trục khuỷu tới máy công tác. Hệ thống bao gồm các chi tiết như piston, xéc măng (bạc piston), chốt piston, thanh truyền (tay dên), bạc đầu to (miễn dên) và đầu nhỏ (nếu có) thanh truyền, trục khuỷu (cốt máy), bạc trục khuỷu (miễn cốt máy) và bánh đà.

2. Hệ thống cố định

Hệ thống cố định bao gồm các chi tiết chiếm phần lớn khối lượng của động cơ như thân máy, nắp quy-lát, nắp cò, cạc te nhớt, đường ống nạp và thải… Đây là những chi tiết có kết cấu rất phức tạp dùng để ghép các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ. Hình dạng và kết cấu của chúng phụ thuộc vào công suất động cơ, kiểu làm mát động cơ hay phương pháp chế tạo…

3. Hệ thống phân phối khí

Hệ thống phân phối khí động cơ có nhiệm vụ nạp đầy không khí hoặc hòa khí (xăng hòa trộn với không khí) vào buồng đốt trong kỳ nạp và thải sạch khí cháy ra khỏi xy lanh trong kỳ thải. Hệ thống phân phối khí phải làm việc rất chính xác để đáp ứng được nhiệm vụ trên.

Theo Toyota Global Tech Report (2022), việc tối ưu thời điểm đóng/mở van bằng công nghệ VVT-i giúp tăng 10–12% hiệu suất nhiên liệu và giảm khí thải HC lên tới 40% so với hệ thống van cơ khí truyền thống.

Hệ thống phân khối bao gồm các chi tiết như trục cam, xích cam (dây cuaroa cam), xupap, lò xo xupap, cò mổ,… 

Ngoài ra trên các hệ thống phân phối khí hiện đại trên các dòng xe của TOYOTA như Camry, Altis, Fortuner, LandCruiser… còn trang bị thêm các cơ cấu điều khiển cam thông minh VVT-i. Tương tự trên các dòng xe khác như HONDA, MAZDA, KIA, HYUNDAI, BMW, MERCEDES, AUDI… đều trang bị thêm các cơ cấu để cải thiện hiệu quả làm việc của các hệ thống phân phối khí.

4. Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu trên động cơ có nhiệm vụ cung cấp đúng lượng nhiên liệu cần thiết cho động cơ trong kỳ nạp, lượng nhiên liệu phụ thuộc vào các điều kiện vận hành của động cơ như: khởi động, cầm chừng (không tải), tăng tốc, nửa tải, toàn tải…

Các loại động cơ xăng hiện đại ngày nay đều đang sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử nhằm tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm phát thải ô nhiễm…

Các loại động cơ Diesel ngày nay vẫn còn sử dụng bơm cao áp (bơm phân phối) để cấp nhiên liệu tới động cơ. Bên cạnh đó, hệ thống phun nhiên liệu điện tử Common Rail cũng được ứng dụng để giảm phát thải ô nhiễm, tăng công suất động cơ Diesel.

5. Hệ thống bôi trơn

Động cơ đốt trong hoàn toàn được chế tạo từ kim loại, do đó khi hoạt động sẽ có ma sát  giữa các bề mặt chi tiết gây mài mòn. Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ làm giảm tối đa sự ma sát mài mòn đó, đồng thời giúp cho động cơ hoạt động mượt mà hơn. Hệ thống bôi trơn động cơ là một hệ thống quan trọng ảnh hưởng tới tuổi thọ lẫn khả năng sinh công suất của động cơ.

Theo Lubrication Science Journal (2023), ma sát trong động cơ có thể chiếm tới 10–15% công suất tiêu hao nội tại, và việc duy trì lớp dầu bôi trơn ổn định giúp tăng tuổi thọ các chi tiết ma sát lên gấp 2–3 lần.

6. Hệ thống làm mát

Trong quá trình hoạt động, động cơ đốt trong sẽ sinh ra một lượng nhiệt rất lớn. Nhiệt độ quá cao sẽ làm các chi tiết giãn nở gây bó kẹt với nhau, đồng thời sự mài mòn sẽ tăng lên và độ bền của chi tiết cũng sẽ giảm xuống. 

Do đó, hệ thống làm mát động cơ ô tô được thiết kế để làm giữ nhiệt độ của động cơ trong một phạm vi nhiệt độ mà động cơ hoạt động ổn định, nhiệt độ sẽ không quá cao cũng không quá thấp.

7. Hệ thống đánh lửa / điều khiển điện tử

Hệ thống đánh lửa giúp tạo tia lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu – không khí trong buồng đốt, gồm các bộ phận chính như bugi, bobin và cảm biến vị trí trục khuỷu. Trên các động cơ hiện đại, việc đánh lửa và phun nhiên liệu được kiểm soát bởi ECU (bộ điều khiển điện tử trung tâm), giúp tối ưu công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải thông qua việc xử lý dữ liệu từ nhiều cảm biến.

Các Hư Hỏng Thường Gặp Ở Động Cơ Đốt Trong: Nhận Biết Và Xử Lý

Động cơ đốt trong có thể hư hỏng do thiếu bảo dưỡng, biểu hiện qua khởi động khó, rung mạnh, khói bất thường và cần xử lý tùy theo hệ thống liên quan như đánh lửa, nhiên liệu, làm mát.

Làm Sao Bảo Dưỡng Động Cơ Đốt Trong Đúng Cách?

Bảo dưỡng động cơ đốt trong đúng cách gồm thay dầu nhớt, lọc gió, bugi, kiểm tra hệ thống làm mát và cảm biến định kỳ theo khuyến cáo, giúp động cơ vận hành bền bỉ, tiết kiệm nhiên liệu và tránh hư hỏng sớm. Việc chọn dầu nhớt đạt chuẩn và phụ tùng chính hãng cũng rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ an toàn.

Các công việc bảo dưỡng cần thiết:

• Thay dầu nhớt đúng chuẩn và chu kỳ.
• Thay lọc gió, lọc nhiên liệu theo khuyến cáo.
• Kiểm tra bugi, kim phun, dây điện.
• Đảm bảo két nước, bơm nước hoạt động bình thường.
• Kiểm tra cảm biến oxy, cảm biến nhiệt, ECU nếu xe hiện đèn check engine.

Lịch trình bảo dưỡng khuyến nghị:

Lựa chọn dầu nhớt và phụ tùng thay thế phù hợp:

• Ưu tiên dầu đạt tiêu chuẩn quốc tế như API, ILSAC.
• Chọn đúng cấp độ nhớt theo khí hậu và động cơ.
• Phụ tùng nên thay thế bằng linh kiện chính hãng hoặc OEM để đảm bảo độ tương thích và an toàn.

Theo khảo sát của Bosch Việt Nam (2023), xe được bảo dưỡng đúng lịch giảm tới 20% nguy cơ hỏng hóc lớn.

Những Câu Hỏi Thường Gặp

1. Vì sao hiểu rõ cấu tạo động cơ đốt trong lại quan trọng trong việc chẩn đoán và khắc phục sự cố?

Nắm vững cấu tạo cơ bản của động cơ đốt trong giúp kỹ thuật viên xác định nhanh nguyên nhân hư hỏng – ví dụ, nếu động cơ khó khởi động, họ có thể kiểm tra bugi và hệ thống đánh lửa; nếu xe hao nhiên liệu, cần kiểm tra kim phun, piston hoặc xu-páp. Kiến thức này rút ngắn thời gian sửa chữa và tối ưu chi phí bảo dưỡng.

2. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ đốt trong?

Tuổi thọ của động cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

• Chất lượng nhiên liệu: Sử dụng nhiên liệu kém chất lượng sẽ làm tăng ma sát và ăn mòn các chi tiết trong động cơ.
• Dầu nhớt: Dầu nhớt không phù hợp hoặc không thay đổi định kỳ sẽ làm giảm khả năng bôi trơn và làm tăng ma sát.
• Điều kiện làm việc: Vận hành động cơ quá tải hoặc trong điều kiện khắc nghiệt sẽ làm giảm tuổi thọ.
• Bảo dưỡng: Việc bảo dưỡng định kỳ là rất quan trọng để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và bền bỉ.

Đọc ngay bài viết: 6 Lỗi động cơ xe ô tô hiện đại thường gặp nhất và cách sửa chữa an toàn, hiệu quả.

3. Sự khác biệt giữa động cơ xăng, diesel, điện và hybrid là gì?

Các khác biệt gồm:

• Xăng: Đốt bằng tia lửa, công suất cao, êm ái, tiêu hao nhiều nhiên liệu.
  
• Diesel: Nén khí sinh nhiệt, tiết kiệm nhiên liệu hơn, lực kéo lớn nhưng ồn hơn.
  
• Điện: Không đốt nhiên liệu, không phát thải CO₂, mô-men xoắn tức thì.
  
• Hybrid: Kết hợp động cơ xăng và điện, tối ưu hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

Để hiểu rõ hơn về đặc điểm từng loại, bạn có thể tham khảo thêm bài viết: Top 4 loại động cơ ô tô phổ biến nhất hiện nay.

4. Vệ sinh họng nạp bằng máy bắn trấu giúp cải thiện hiệu suất động cơ như thế nào?

Công nghệ này hiện được Thanh Phong Auto áp dụng để khôi phục hiệu suất động cơ tối ưu với công nghệ vệ sinh họng nạp bằng máy bắn trấu, giúp loại bỏ cặn carbon mà không cần tháo rã, đồng thời cải thiện công suất, tiết kiệm nhiên liệu và tăng độ nhạy chân ga. 

5. Nguyên nhân nào gây ra tiếng ồn bất thường từ động cơ và hệ thống xả?

Tiếng ồn thường xuất phát từ bạc lót mòn, trục cam lệch, ống xả rò rỉ hoặc lò xo xu-páp yếu. Các tình trạng này dẫn đến mất cân bằng hoạt động, gây tiếng gõ, rung và thải khí không đều, cần kiểm tra tại garage chuyên nghiệp.

Nếu xe bạn gặp tình trạng tương tự, hãy tham khảo hướng xử lý chi tiết: Khắc phục tiếng ồn phát ra từ động cơ và hệ thống xả ô tô.

6. Vì sao động cơ xăng tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn bình thường?

Nguyên nhân khiến động cơ xăng ngốn nhiên liệu phổ biến gồm: Lọc gió bẩn, kim phun tắc, áp suất lốp không đúng, bu-gi yếu, cảm biến oxy sai lệch. Những vấn đề này làm ECU cung cấp nhiên liệu sai lệch, tăng tiêu hao từ 10–30%.

7. Gara nào sửa chữa động cơ ô tô uy tín, giá tốt tại HCM?

Thanh Phong Auto là một trong những gara sửa chữa động cơ ô tô uy tín, chuyên nghiệp và giá tốt tại TP.HCM, được nhiều khách hàng tin tưởng lựa chọn.

Ưu điểm nổi bật:

• Kinh nghiệm hơn 10 năm trong lĩnh vực bảo dưỡng – sửa chữa ô tô, đặc biệt là hệ thống động cơ.
  
• Đội ngũ kỹ thuật viên tay nghề cao, được đào tạo bài bản, giàu kinh nghiệm thực chiến.
  
• Quy trình sửa chữa hiện đại, kiểm tra – chẩn đoán lỗi kỹ lưỡng, sử dụng thiết bị công nghệ cao, đảm bảo phục hồi hiệu suất động cơ tối ưu.
  
• Dịch vụ đa dạng và linh hoạt, từ sửa chữa, thay thế linh kiện đến kiểm tra điện – nhiên liệu, bảo trì định kỳ…
  
• Cam kết minh bạch, rõ ràng, không phát sinh chi phí bất hợp lý, luôn tư vấn giải pháp phù hợp nhất với tình trạng xe.
  

Nếu bạn đang tìm gara sửa chữa động cơ ô tô đáng tin cậy tại TP.HCM, Thanh Phong Auto là lựa chọn không nên bỏ qua. Liên hệ ngay để được tư vấn!