Động cơ xăng 4 kỳ là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chi tiết

Động cơ xăng 4 kỳ là loại động cơ đốt trong phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong xe máy, ô tô và nhiều thiết bị cơ giới khác nhờ vào hiệu suất ổn định, tiết kiệm nhiên liệu và tuổi thọ cao. Vậy cấu tạo của động cơ xăng 4 kỳ như thế nào? Nguyên lý vận hành ra sao? Hãy cùng Xe nâng Yale Việt Nam tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây!

1. Động cơ xăng 4 kỳ là gì?

Động cơ xăng 4 kỳ là loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng, hoạt động theo chu trình 4 kỳ (hay 4 hành trình) gồm: nạp, nén, nổ và xả. Đây là loại động cơ phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện giao thông như ô tô, xe máy và nhiều thiết bị cơ khí khác.

Khác với động cơ 2 kỳ, động cơ xăng 4 kỳ có hiệu suất cao hơn, tiêu hao nhiên liệu thấp hơn và thân thiện với môi trường hơn. Chu trình hoạt động của động cơ này đòi hỏi piston phải thực hiện 4 hành trình (2 vòng quay của trục khuỷu) để hoàn thành một chu kỳ công tác.

2. Cấu tạo chi tiết của động cơ xăng 4 kỳ

Động cơ xăng 4 kỳ có cấu tạo gồm nhiều bộ phận chính:

• Thân máy: Là phần chính của động cơ, chứa xi-lanh và hệ thống làm mát.
• Nắp máy: Bao phủ phía trên của block, chứa buồng đốt, xu-páp, bugi.
• Piston (Pít tông): Di chuyển lên xuống trong xi-lanh, truyền lực đến trục khuỷu.
• Thanh truyền: Nối piston với trục khuỷu.
• Trục khuỷu: Chuyển chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay.
• Xu-páp nạp và xu-páp xả: Điều khiển việc nạp hỗn hợp nhiên liệu-không khí và xả khí thải.
• Trục cam: Điều khiển việc mở và đóng các xupáp theo đúng thời điểm.
• Bugi: Tạo tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí.
• Hệ thống nhiên liệu: Bao gồm bình xăng, bơm xăng, bộ chế hòa khí hoặc hệ thống phun xăng.
• Hệ thống bôi trơn: Bao gồm dầu nhớt, bơm dầu và các kênh dẫn dầu.
• Hệ thống làm mát: Bao gồm két nước, bơm nước, quạt làm mát.
• Hệ thống đánh lửa: Bao gồm bugi, cuộn dây đánh lửa, bộ chia điện.

3. Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng 4 kỳ

Nguyên lí làm việc của động cơ xăng 4 kỳ hoạt động theo 4 hành trình sau:

Kỳ 1: Nạp

• Piston di chuyển từ điểm chết trên (TDC) xuống điểm chết dưới (BDC)
• Xupáp nạp mở, xupáp xả đóng
• Hỗn hợp của không khí và nhiên liệu được hút vào trong xi-lanh

Kỳ 2: Nén

• Piston di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên
• Cả xu-páp nạp và xu-páp xả đều đóng
• Hỗn hợp nhiên liệu-không khí bị nén, nhiệt độ và áp suất tăng cao

Kỳ 3: Nổ (Giãn nở)

• Khi piston gần đến điểm chết trên, bugi phát tia lửa điện
• Hỗn hợp nhiên liệu-không khí bị đốt cháy, tạo ra áp suất đẩy piston xuống
• Đây là kỳ sinh công duy nhất trong cả chu trình

Kỳ 4: Xả

• Piston di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên
• Xupáp xả mở, xupáp nạp đóng
• Khí thải được đẩy ra ngoài

Mỗi chu kỳ hoàn chỉnh yêu cầu trục khuỷu quay 2 vòng (720°) và trong đó chỉ có 1 hành trình sinh công.

4. Phân loại động cơ xăng 4 kỳ

Động cơ xăng 4 kỳ được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, phù hợp với từng mục đích sử dụng và yêu cầu kỹ thuật. Dựa trên cấu tạo và nguyên lý hoạt động, động cơ này có thể chia theo cách bố trí xi-lanh, hệ thống nạp nhiên liệu và áp dụng các công nghệ mới. Việc hiểu rõ các loại động cơ xăng 4 kỳ giúp lựa chọn được loại động cơ phù hợp, tối ưu hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

4.1 Theo cách bố trí xi lanh

Động cơ thẳng hàng (Inline Engine)

• Xi-lanh được xếp thẳng hàng
• Thiết kế đơn giản và chi phí sản xuất thấp
• Phổ biến với động cơ 3, 4 và 6 xi-lanh
• Ví dụ: Động cơ Honda i-VTEC 4 xi-lanh, Toyota 2JZ-GTE

Động cơ chữ V (V Engine)

• Xi-lanh được bố trí theo hình chữ V
• Nhỏ gọn hơn so với động cơ thẳng hàng cùng số xi-lanh
• Thường sử dụng cho động cơ có nhiều xi-lanh (V6, V8, V12)
• Ví dụ: Ford Coyote V8, Audi V6 TFSI

Động cơ Boxer (Flat Engine)

• Xi-lanh nằm ngang đối diện nhau
• Trọng tâm thấp, cân bằng tốt
• Thường có 4 hoặc 6 xi-lanh
• Ví dụ: Subaru Boxer, Porsche 911 Flat-6

4.2 Theo hệ thống nạp nhiên liệu

Động cơ sử dụng chế hòa khí

• Sử dụng bộ chế hòa khí để trộn không khí và nhiên liệu lại với nhau
• Công nghệ cũ, đang dần trở nên bị thay thế
• Hiệu suất thấp hơn, ít chính xác trong việc điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu

Động cơ phun xăng điện tử

• Sử dụng vòi phun (injector) để phun nhiên liệu dưới áp suất
• Điều khiển bằng ECU (Electronic Control Unit)
• Hiệu suất cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu, khí thải thấp hơn
• Có các loại: phun xăng gián tiếp (PFI) và phun xăng trực tiếp (GDI)

4.3 Các công nghệ mới

Phun xăng trực tiếp (GDI – Gasoline Direct Injection)

• Nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt
• Hiệu suất cao, tiết kiệm nhiên liệu
• Công suất lớn hơn, khả năng kiểm soát khí thải tốt hơn
• Ví dụ: Công nghệ SkyActiv của Mazda, TSI của Volkswagen

Tăng áp (Turbocharging) và siêu nạp (Supercharging)

• Tăng lượng không khí nạp vào động cơ
• Tăng công suất mà không cần tăng dung tích của xi lanh
• Hiệu suất nhiên liệu tốt hơn với công suất tương đương
• Ví dụ: Động cơ EcoBoost của Ford, TFSI của Audi

5. Ưu và nhược điểm của động cơ xăng 4 kỳ

Động cơ xăng 4 kỳ là loại động cơ phổ biến, bên cạnh những ưu điểm, nó cũng tồn tại một số hạn chế nhất định. Hãy cùng tìm hiểu những điểm mạnh và điểm yếu của loại động cơ này.

Ưu điểm

• Vận hành êm, tiếng ồn nhỏ
• Hiệu suất nhiệt cao hơn so với động cơ 2 kỳ
• Tiêu thụ dầu nhớt thấp
• Tuổi thọ cao hơn
• Khí thải sạch hơn
• Bảo dưỡng đơn giản hơn
• Khả năng tăng tốc tốt, vòng tua máy cao

Nhược điểm

• Cấu tạo của động cơ xăng 4 kỳ phức tạp hơn so với động cơ 2 kỳ
• Chi phí sản xuất cao hơn
• Nặng hơn do có nhiều chi tiết cơ khí
• Công suất riêng thấp hơn so với động cơ 2 kỳ cùng dung tích
• Hiệu suất giảm ở vòng tua thấp
• Chi phí bảo dưỡng cao hơn

6. Bảo dưỡng và sửa chữa động cơ xăng 4 kỳ

6.1 Các công việc bảo dưỡng định kỳ

• Thay dầu nhớt và lọc dầu: Thường thực hiện sau 5,000-10,000 km tùy loại xe
• Kiểm tra và thay bugi: Thông thường sau 20,000-30,000 km
• Thay lọc gió: Thường sau 15,000-20,000 km
• Kiểm tra và điều chỉnh xupap: Tùy từng loại động cơ, thường sau 40,000-60,000 km
• Thay dây đai cam: Sau 60,000-100,000 km tùy loại xe
• Thay nước làm mát: Thường sau 40,000-60,000 km
• Kiểm tra áp suất nén: Định kỳ để đánh giá tình trạng động cơ
• Vệ sinh họng ga và bộ chế hòa khí/hệ thống phun xăng: Theo khuyến cáo của nhà sản xuất

6.2 Các lỗi thường gặp và cách khắc phục

• Động cơ khó khởi động:
  • Nguyên nhân: Bugi hỏng, hệ thống nhiên liệu có vấn đề, ắc quy yếu
  • Khắc phục: Kiểm tra và thay bugi, vệ sinh hệ thống nhiên liệu, kiểm tra ắc quy
• Động cơ không đạt công suất:
  • Nguyên nhân: Lọc gió bẩn, hệ thống đánh lửa kém, áp suất nén thấp
  • Khắc phục: Thay lọc gió, kiểm tra hệ thống đánh lửa, kiểm tra áp suất nén
• Hao hụt nhiên liệu bất thường:
  • Nguyên nhân: Vòi phun nhiên liệu hỏng, cảm biến oxy không chính xác
  • Khắc phục: Kiểm tra và thay vòi phun, thay cảm biến oxy
• Khói xả bất thường:
  • Khói trắng: Nước lọt vào buồng đốt (đệm xi-lanh hỏng)
  • Khói đen: Đốt không hết nhiên liệu (tỷ lệ hỗn hợp không chính xác)
  • Khói xanh: Dầu nhớt lọt vào buồng đốt (xéc-măng hỏng)
• Tiếng gõ từ động cơ:
  • Nguyên nhân: Khoảng cách xupáp không đúng, trục cam mòn, bạc đạn rơ
  • Khắc phục: Điều chỉnh khoảng cách xupáp, thay thế các chi tiết bị mòn

7. Động cơ xăng 4 kỳ và môi trường

7.1 Các tiêu chuẩn khí thải

• Tiêu chuẩn Euro: Phổ biến tại châu Âu và nhiều quốc gia, hiện tại là Euro 7
• Tiêu chuẩn Tier: Áp dụng tại Mỹ
• Tiêu chuẩn CARB: California Air Resources Board, tiêu chuẩn khắt khe nhất
• Tiêu chuẩn khí thải Việt Nam hiện nay: được quy định theo Quyết định 19/2024/QĐ-TTg từ ngày 01/01/2025; cụ thể như xe ô tô nhập khẩu mới và sản xuất, lắp ráp tiếp tục áp dụng tiêu chuẩn khí thải Mức 5

Các tiêu chuẩn này quy định giới hạn phát thải cho Carbon monoxide (CO), Hydrocarbon (HC), Nitrogen oxide (NOx), và các hạt vật chất (PM).

7.2 Ảnh hưởng đến môi trường

• Phát thải khí nhà kính như CO2 góp phần vào hiện tượng biến đổi khí hậu
• Thải NOx, CO, HC gây ô nhiễm không khí đô thị
• Các chất độc hại từ khí thải gây bệnh hô hấp, tim mạch cho con người
• Tiêu thụ số lượng lớn nhiên liệu hóa thạch làm cạn kiệt tài nguyên không tái tạo

7.3 Các giải pháp giúp giảm thiểu ô nhiễm 

• Bộ xúc tác khí thải: Giúp chuyển đổi các khí độc hại thành các chất ít độc hại hơn
• Hệ thống EGR (Exhaust Gas Recirculation): Giảm NOx bằng cách tuần hoàn một phần khí thải
• Hệ thống DPF (Diesel Particulate Filter): Lọc các hạt bụi mịn
• Hệ thống phun xăng điện tử: Kiểm soát chính xác hơn lượng nhiên liệu, giảm phát thải
• Công nghệ Start-Stop: Tự động tắt động cơ khi dừng xe
• Các hệ thống hybrid: Kết hợp động cơ xăng với động cơ điện

8. So sánh động cơ xăng 4 kỳ và động cơ Diesel

Mỗi động cơ đều có những ưu và nhược điểm riêng. Động cơ xăng 4 kỳ thường được ưa chuộng ở các phương tiện dân dụng nhờ vận hành êm ái và chi phí ban đầu thấp. Trong khi đó, động cơ Diesel thường được sử dụng cho các phương tiện thương mại, xe tải và một số dòng xe du lịch cao cấp nhờ vào hiệu suất nhiên liệu và mô-men xoắn cao.

Qua bài viết trên, Xe nâng Yale Việt Nam đã giới thiệu đến bạn chi tiết về động cơ xăng 4 kỳ như cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm và hướng dẫn bảo dưỡng hiệu quả. Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp nâng cao hiệu suất công việc trong kho bãi, việc sử dụng xe nâng Yale là một lựa chọn tuyệt vời. Với thiết kế tối ưu, chất lượng vượt trội và tính năng an toàn cao, xe nâng Yale sẽ là công cụ hỗ trợ đắc lực giúp bạn vận hành kho bãi một cách hiệu quả và tiết kiệm thời gian.

Thông tin liên hệ:

• Địa chỉ: Số 39, Nguyễn Bỉnh Khiêm, P.1, Q.Gò Vấp, TP.HCM
• Điện thoại: 0896461728
• Email: info@yale.com.vn 
• Website: https://yale.com.vn/