Hiểu rõ động cơ điện và động cơ đốt trong

Trang Chủ / Tin tức / Hiểu rõ động cơ điện và động cơ đốt trong

Trong thế giới phương tiện di chuyển hiện đại, cuộc cách mạng xe điện đang diễn ra mạnh mẽ, song hành cùng các loại xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống. Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa động cơ điện và động cơ đốt trong là điều cần thiết để đánh giá ưu nhược điểm của từng công nghệ, từ đó có cái nhìn sâu sắc hơn về xu hướng phát triển của ngành công nghiệp xe cộ.

Khái niệm cơ bản về động cơ điện và động cơ đốt trong

Nội Dung Bài Viết

Để hiểu rõ sự khác biệt, trước hết chúng ta cần nắm vững khái niệm cơ bản về hai loại động cơ này cùng cách thức hoạt động của chúng. Cả hai đều có chung mục đích là chuyển hóa năng lượng (điện hoặc hóa học) thành cơ năng để di chuyển xe, nhưng lại thực hiện điều đó theo những nguyên lý hoàn toàn khác nhau.

Động cơ đốt trong hoạt động thế nào?

Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt, hoạt động dựa trên nguyên lý đốt cháy nhiên liệu (xăng, dầu diesel) trộn lẫn với không khí bên trong một không gian kín gọi là buồng đốt hoặc xi-lanh. Quá trình đốt cháy này tạo ra nhiệt độ và áp suất rất cao. Lực do sự giãn nở của khí nóng đẩy piston di chuyển. Chuyển động tịnh tiến của piston sau đó được biến đổi thành chuyển động quay nhờ trục khuỷu, từ đó truyền lực tới bánh xe thông qua hệ thống truyền động. Đây là công nghệ đã tồn tại hàng thế kỷ và là nền tảng cho hầu hết các loại xe động cơ xăng và động cơ dầu truyền thống.

Động cơ điện hoạt động thế nào?

Ngược lại, động cơ điện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi điện năng thành cơ năng. Một mô-tơ điện sử dụng các nam châm (vĩnh cửu hoặc điện từ) để tạo ra từ trường. Khi dòng điện chạy qua các cuộn dây bên trong, nó tương tác với từ trường này, tạo ra lực quay trên rotor. Lực quay này được truyền trực tiếp hoặc thông qua một hộp số đơn giản tới bánh xe, giúp xe di chuyển. Xe điện không cần quá trình đốt cháy phức tạp và có cấu tạo đơn giản hơn nhiều so với động cơ đốt trong.

Minh họa khái niệm động cơ điện và động cơ đốt trong trong ngành ô tô

Những khác biệt chính giữa hai loại động cơ này

Sự khác biệt về nguyên lý hoạt động dẫn đến nhiều điểm khác biệt quan trọng giữa động cơ điện và động cơ đốt trong về hiệu suất, khả năng vận hành, chi phí và tác động môi trường.

<>Xem Thêm Bài Viết:<>

Về hiệu suất năng lượng

Hiệu suất là tỷ lệ năng lượng hữu ích được chuyển hóa thành công cơ học so với tổng năng lượng tiêu thụ. Động cơ đốt trong có hiệu suất tương đối thấp, thường chỉ đạt khoảng 20-35%. Điều này là do một lượng lớn năng lượng bị mất đi dưới dạng nhiệt thải và ma sát trong quá trình đốt cháy và chuyển đổi năng lượng từ nhiệt năng sang cơ năng thông qua nhiều bộ phận chuyển động phức tạp.

Trong khi đó, động cơ điện có hiệu suất cao hơn đáng kể, thường đạt trên 85%, thậm chí có thể lên tới 90-95%. Quá trình chuyển hóa điện năng thành cơ năng diễn ra trực tiếp hơn, ít tổn thất nhiệt và ma sát hơn do số lượng bộ phận chuyển động ít hơn đáng kể. Điều này có nghĩa là một lượng năng lượng nhỏ hơn từ nguồn cung cấp (pin) có thể giúp xe đi được quãng đường xa hơn so với cùng một lượng năng lượng tương đương từ nhiên liệu hóa thạch.

Về lực mô-men xoắn và khả năng tăng tốc

Một điểm khác biệt rõ rệt nằm ở đặc tính về mô-men xoắn. Mô-men xoắn là thước đo lực quay, quyết định khả năng kéo và tăng tốc của xe. Động cơ đốt trong thường cần đạt một vòng tua máy nhất định để sản sinh ra mô-men xoắn cực đại. Do đó, khả năng tăng tốc mạnh mẽ chỉ có được khi động cơ quay ở tốc độ cao.

Ngược lại, mô-tơ điện có khả năng sản sinh mô-men xoắn cực đại gần như tức thời ngay từ khi bắt đầu quay (vòng tua bằng 0). Điều này mang lại cho xe điện khả năng tăng tốc cực kỳ nhanh và phản ứng tức thì với chân ga, thường vượt trội so với các loại xe sử dụng động cơ đốt trong có cùng phân khúc công suất. Đây là lý do tại sao nhiều xe điện dù không có công suất quá lớn vẫn có thể tăng tốc từ 0-100 km/h rất ấn tượng.

Về chi phí vận hành và bảo dưỡng

Chi phí vận hành và bảo dưỡng là yếu tố quan trọng đối với người dùng. Động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu như xăng hoặc dầu, có giá biến động và thường chiếm phần lớn chi phí vận hành hàng ngày. Ngoài ra, động cơ đốt trong có cấu tạo phức tạp với hàng ngàn bộ phận chuyển động, cần được bảo dưỡng định kỳ thường xuyên như thay dầu, thay lọc, kiểm tra hệ thống làm mát, bugi… Điều này dẫn đến chi phí bảo dưỡng tương đối cao.

Đối với xe điện, nguồn năng lượng chính là điện từ bộ pin. Chi phí sạc điện thường thấp hơn đáng kể so với đổ xăng hoặc dầu cho cùng một quãng đường di chuyển. Về bảo dưỡng, mô-tơ điện có ít bộ phận chuyển động hơn, không cần thay dầu động cơ hay các loại lọc liên quan đến quá trình đốt cháy. Các hạng mục bảo dưỡng chính thường chỉ bao gồm kiểm tra hệ thống phanh (ít mòn hơn do phanh tái tạo năng lượng), lốp, hệ thống treo, và làm mát pin. Nhờ đó, chi phí bảo dưỡng định kỳ cho xe điện thường thấp hơn so với xe động cơ đốt trong.

Sơ đồ mô tả cấu tạo và nguyên lý động cơ đốt trong

Về tác động đến môi trường

Tác động môi trường là một trong những lý do chính thúc đẩy sự phát triển của xe điện. Động cơ đốt trong trực tiếp thải ra các khí gây ô nhiễm vào không khí khi hoạt động, bao gồm carbon dioxide (CO2) gây hiệu ứng nhà kính, nitrogen oxides (NOx) gây mưa axit và các vấn đề hô hấp, cùng các hạt vật chất (PM). Các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt đã giảm thiểu lượng khí thải này, nhưng vẫn không thể loại bỏ hoàn toàn.

Xe điện là phương tiện không phát thải tại ống xả (zero tailpipe emissions). Việc chuyển sang xe điện giúp cải thiện chất lượng không khí ở các khu vực đô thị. Tuy nhiên, tác động môi trường tổng thể (hay còn gọi là “từ giếng dầu đến bánh xe”) phụ thuộc vào nguồn năng lượng dùng để sản xuất điện. Nếu điện được sản xuất từ các nguồn tái tạo như năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, thì tác động môi trường tổng thể của xe điện sẽ rất thấp. Ngược lại, nếu điện chủ yếu từ nhiệt điện than, thì lượng khí thải sẽ chuyển từ xe sang nhà máy điện.

Ô tô điện VinFast VF e34 hướng tới tương lai xanh

Về độ phức tạp cấu tạo

Như đã đề cập, động cơ đốt trong là một cỗ máy rất phức tạp với hàng trăm, thậm chí hàng nghìn bộ phận chuyển động như piston, thanh truyền, trục khuỷu, xu páp, trục cam, hệ thống nhiên liệu, hệ thống đánh lửa, hệ thống làm mát… Sự phức tạp này đòi hỏi kỹ thuật chế tạo chính xác và quy trình lắp ráp tinh vi.

Trong khi đó, mô-tơ điện có cấu tạo đơn giản hơn nhiều, về cơ bản chỉ gồm rotor (phần quay) và stator (phần đứng yên), cùng với các cuộn dây và nam châm. Hệ thống truyền động của xe điện cũng thường đơn giản hơn, nhiều mẫu xe chỉ có một cấp số thay vì hộp số đa cấp phức tạp như ở xe động cơ đốt trong. Sự đơn giản này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất và bảo dưỡng mà còn tăng độ tin cậy do ít bộ phận có khả năng hỏng hóc.

Động cơ điện và động cơ đốt trong trong thực tế

Cả hai loại động cơ này đều đang được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là trong lĩnh vực phương tiện cá nhân. Mặc dù bài viết gốc tập trung vào xe ô tô, nguyên lý cơ bản vẫn có thể áp dụng để xem xét sự khác biệt khi ứng dụng chúng trên các loại phương tiện khác.

Ứng dụng trên xe ô tô và xe máy

Trong ngành xe hơi, động cơ đốt trong đã thống trị trong hơn một thế kỷ. Tuy nhiên, xu hướng chuyển dịch sang xe điện đang diễn ra mạnh mẽ với ngày càng nhiều mẫu xe điện được giới thiệu và phổ biến như VinFast VF e34 được đề cập trong bài gốc. Xe điện đang chứng tỏ ưu thế ở môi trường đô thị nhờ khả năng tăng tốc, vận hành êm ái và không phát thải tại chỗ.

Đối với xe máy, động cơ đốt trong (đặc biệt là động cơ xăng) vẫn là loại phổ biến nhất trên toàn thế giới, bao gồm cả tại Việt Nam. Tuy nhiên, thị trường xe máy điện cũng đang phát triển nhanh chóng, đặc biệt là ở phân khúc xe tay ga và xe nhỏ. Mặc dù xe mô tô phân khối lớn với động cơ đốt trong vẫn chiếm ưu thế về công suất và âm thanh đặc trưng, các mẫu xe mô tô điện hiệu năng cao cũng đang dần xuất hiện và cho thấy tiềm năng về khả năng tăng tốc vượt trội. Việc lựa chọn giữa hai loại động cơ trên xe máy cũng phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng (di chuyển hàng ngày trong đô thị hay đi phượt đường dài), ngân sách và ưu tiên về môi trường.

Tóm lại, động cơ điện và động cơ đốt trong đại diện cho hai kỷ nguyên khác nhau của công nghệ truyền động. Mỗi loại có những ưu điểm riêng về hiệu suất, chi phí, và tác động môi trường. Việc lựa chọn phụ thuộc vào nhu cầu và ưu tiên của người sử dụng. Tại Brixton Việt Nam, chúng tôi luôn cập nhật những thông tin hữu ích về các loại động cơ và công nghệ xe, giúp người đọc có cái nhìn toàn diện hơn về thế giới xe cộ.

Câu hỏi thường gặp về Động cơ Điện và Động cơ Đốt Trong

Động cơ điện hay động cơ đốt trong có hiệu suất cao hơn?
Động cơ điện có hiệu suất chuyển hóa năng lượng cao hơn đáng kể (trên 85%) so với động cơ đốt trong (khoảng 20-35%).
Xe nào tăng tốc nhanh hơn giữa xe điện và xe động cơ đốt trong có cùng công suất?
Xe điện thường có khả năng tăng tốc nhanh hơn từ trạng thái dừng do mô-tơ điện sản sinh mô-men xoắn cực đại ngay lập tức ở vòng tua thấp.
Chi phí vận hành hàng ngày của xe điện và xe động cơ đốt trong khác nhau thế nào?
Chi phí sạc điện thường thấp hơn chi phí đổ xăng/dầu cho cùng quãng đường.
Loại động cơ nào cần bảo dưỡng thường xuyên và tốn kém hơn?
Động cơ đốt trong thường cần bảo dưỡng định kỳ nhiều hạng mục hơn (thay dầu, lọc, bugi…) và có cấu tạo phức tạp hơn, dẫn đến chi phí bảo dưỡng có thể cao hơn.
Xe điện có gây ô nhiễm không khí không?
Xe điện không phát thải trực tiếp tại ống xả. Tuy nhiên, tác động môi trường tổng thể phụ thuộc vào nguồn năng lượng dùng để sản xuất điện.
Mô-men xoắn là gì và tại sao nó quan trọng?
Mô-men xoắn là lực quay mà động cơ tạo ra. Nó quyết định khả năng kéo, vượt dốc và cảm giác “bốc” khi tăng tốc của xe.
Xe máy có sử dụng cả động cơ điện và động cơ đốt trong không?
Có, cả hai loại động cơ này đều được ứng dụng trên xe máy, với động cơ đốt trong (xăng) vẫn phổ biến hơn nhưng xe máy điện đang ngày càng phát triển.
Độ bền của động cơ điện so với động cơ đốt trong?
Động cơ điện có ít bộ phận chuyển động hơn và ít chịu áp lực, nhiệt độ cao như buồng đốt, nên về lý thuyết có thể có độ bền cao hơn và ít hỏng hóc vặt hơn.
Tiếng ồn của hai loại động cơ này?
Động cơ đốt trong tạo ra tiếng ồn đặc trưng từ quá trình đốt cháy và các bộ phận chuyển động. Động cơ điện vận hành rất êm ái, tiếng ồn chủ yếu đến từ lốp lăn và gió.
Loại động cơ nào phù hợp hơn cho quãng đường dài?
Hiện tại, xe sử dụng động cơ đốt trong vẫn có lợi thế về phạm vi hoạt động và thời gian tiếp nhiên liệu (đổ xăng/dầu nhanh hơn sạc pin), phù hợp cho các chuyến đi đường dài. Tuy nhiên, công nghệ pin và hạ tầng sạc cho xe điện đang không ngừng cải thiện.

Tin tức