Động cơ diesel là gì? Các loại động cơ diesel hoạt động thế nào?

Động cơ diesel là gì? Động cơ diesel với cấu tạo gồm 6 thành phần, nguyên lý làm việc theo 4 kỳ giúp sản sinh công năng một cách tối đa và nhanh chóng. Hiện nay, động cơ diesel được sử dụng rộng rãi ở ngành hàng không, vận tải, thiết bị xây dựng và một số ngành công nghiệp khác.

Động cơ diesel là gì?

Động cơ diesel (hay còn gọi là động cơ diezen) là động cơ sử dụng công nghệ đốt trong. Động cơ diesel thường được ứng dụng trong ngành công nghiệp, thương mại hoặc phương tiện giao thông đi lại như: xe tải, ô tô, tàu thuỷ và máy bay. Sự khác biệt giữa động cơ diesel và động cơ xăng chính là việc sử dụng nguyên liệu dầu diesel để đốt cháy trong khoang buồng đốt thay vì sử dụng xăng để tạo ra năng lượng. 

Động cơ diesel được sử dụng lần đầu tiên trên thế giới vào năm 1897. Sau đó nó đã nhanh chóng trở nên phổ biến và được dùng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực khác nhau.

Động cơ diesel thường được ứng dụng trong ngành công nghiệp, thương mại hoặc phương tiện giao thông đi lại

Các loại động cơ diesel 

Hiểu về định nghĩa động cơ diesel là gì, vậy có mấy loại động cơ diesel? Tuỳ thuộc vào tiêu chí mà động cơ diesel có thể được phân chia thành các loại khác nhau. Cụ thể:

Phân loại dựa theo số lượng xylanh bao gồm:

• Động cơ 1 xylanh

• Động cơ nhiều xylanh

Phân loại dựa theo cách đặt xylanh bao gồm:

• Động cơ diesel đặt thẳng đứng

• Động cơ diesel đặt thẳng hàng

• Động cơ diesel đặt nằm ngang

• Động cơ diesel đặt theo kiểu chữ V

Phân loại dựa theo cấu tạo buồng đốt trong và nguyên tắc hoà khí bao gồm:

• Động cơ diesel dùng buồng đốt thống nhất: Động cơ chạy dầu dùng buồng đốt thống nhất: Buồng đốt này được thiết kế như một khối thể tích đồng nhất. Tại đây, cả quá trình hòa khí và quá trình cháy đều hoạt động.

• Động cơ diesel dùng buồng đốt dự bị: Động cơ này có một thiết kế buồng đốt phân chia thành hai phần chính: buồng đốt chính và buồng đốt dự bị. Thông thường, buồng đốt dự bị chiếm khoảng 30 - 40% dung tích của buồng đốt. Tuy nhiên có những động cơ chỉ sử dụng khoảng 10 - 15% dung tích này. Hai buồng đốt được kết nối thông qua một số lỗ nhỏ. Buồng đốt dự bị trong động cơ có thể được chia nhỏ thành hai loại: Động cơ dầu dùng buồng đốt dự bị rối và động cơ dầu dùng buồng đốt dự bị xoáy lốc.

Phân loại dựa theo chu trình hoạt động:

• Động cơ diesel 2 kỳ: Động cơ này có chu trình hoạt động trong 1 vòng quay trục khuỷu hoặc 2 hành trình piston.

• Động cơ diesel 4 kỳ: Là động cơ có 4 chu trình piston tương ứng với 2 vòng quay trục khuỷu khi vận hành.

Phân loại dựa theo phương pháp nạp bao gồm:

• Động cơ diesel không tăng áp

• Động cơ diesel tăng áp

Tuỳ thuộc vào tiêu chí mà động cơ diesel có thể được phân chia thành các loại khác nhau

Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel

Trong quá trình hoạt động, nhiên liệu diesel được phun trực tiếp vào buồng đốt và bị nén bởi khí nén trong buồng. Quá trình này làm nhiệt độ buồng đốt trong tăng lên rất cao và đốt cháy nhiên liệu diesel. Khi nhiên liệu diesel cháy tạo ra áp suất đẩy piston xuống, tạo ra sức mạnh và chuyển động cho động cơ diesel. Dưới đây là nguyên lý làm việc của động cơ diesel 4 kỳ:

• Kỳ nạp (Hút không khí vào xylanh)

Khi động cơ hoạt động, pít-tông sẽ di chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD), tương ứng với một góc quay của trục khuỷu từ 0 - 180 độ. Trong quá trình này, thể tích trong xi-lanh tăng lên và áp suất bên trong giảm dần cho đến khi nhỏ hơn áp suất khí quyển.

Dưới tác động của cơ cấu phân phối khí, xupap nạp sẽ mở ra (còn xupap xả vẫn đóng). Do áp suất bên trong xi-lanh nhỏ hơn áp suất bên ngoài nên không khí vẫn sẽ tiếp tục được nạp vào xi-lanh một cách nhanh chóng và dễ dàng.

• Kỳ nén (Nén không khí tới áp suất và nhiệt độ cao)

Khi pít-tông di chuyển từ điểm chết dưới (ĐCD) lên điểm chết trên (ĐCT), nghĩa là trục khuỷu đã quay được một vòng từ 180 - 360 độ. 

Sau khi xupap nạp và xupap xả đã được đóng lại, không khí bên trong xi-lanh bắt đầu bị nén. Trong thời gian này, thể tích trong xi-lanh giảm và áp suất bắt đầu tăng dần lên. Khi pít-tông di chuyển một khoảng góc quay từ ĐCT khoảng 15 đến 30 độ, vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào trong xi-lanh dưới dạng sương mù. Sương mù kết hợp với không khí bị nén tạo thành một hỗn hợp đốt và tự bốc cháy trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao.

• Kỳ sinh công (Sinh ra năng lượng)

Hỗn hợp không khí cùng với nhiên liệu được phun vào buồng đốt, dưới áp suất và nhiệt độ cao bốc cháy nhanh, toả ra một nhiệt lượng cực kỳ lớn. Tác dụng của lực đẩy do áp suất chất môi tạo ra, hỗ trợ quá trình giãn nở của môi chất, từ đó sinh công cho động cơ.

Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 4 kỳ

• Kỳ xả (Xả khí thải ra bên ngoài)

Trong quá trình hoạt động, pít-tông di chuyển từ ĐCD đến ĐCT, tương ứng với một góc quay của trục khuỷu từ 540 đến 720 độ. Xupap nạp vẫn đóng trong khi xupap xả mở ra, cho phép pít-tông đẩy lượng khí đã sử dụng ra khỏi xylanh.

Quá trình nén khí đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong chu trình hoạt động của động cơ diesel. Nén khí giúp nhiệt độ và áp suất bên trong buồng đốt tăng lên nhanh chóng. Nhiên liệu diesel nhờ đó cũng cháy một cách dễ dàng hơn, sinh ra công cho động cơ. Điểm khác biệt của động cơ diesel so với động cơ xăng chính là nhiên liệu sẽ cháy một cách tự nhiên, không dùng đến hệ thống điện cực để mồi hoặc tạo ra lửa đốt cháy nhiên liệu.

Động cơ diesel được đánh giá là tối ưu hơn trong hiệu suất và tiết kiệm tối đa mức tiêu thụ nhiên liệu. Bởi hoạt động phun nhiên liệu vào buồng đốt có thể được điều chỉnh một cách chủ động. Động cơ diesel hiện đại và mới nhất cũng được trang bị các thiết bị phụ trợ như: hệ thống tái chế khí thải, nhằm giảm thiểu lượng khí thải độc hại và cải thiện chất lượng không khí.

Tuy nhiên, động cơ diesel cũng có những hạn chế. Ví dụ, nó tạo ra tiếng ồn cao hơn so với động cơ xăng và gặp khó khăn trong việc khởi động ở mức nhiệt độ thấp. Hơn nữa, để đảm bảo hoạt động hiệu quả và tuổi thọ lâu dài, động cơ diesel cũng cần một hệ thống bảo dưỡng chính xác và toàn diện đi kèm.

Cấu tạo động cơ diesel

Cấu tạo động cơ diesel bao gồm 6 phần chính: pít-tông, xéc-măng, buồng đốt, áo xylanh, gioăng nắp quy lát và cơ cấu phối khí. Mỗi chi tiết đảm nhận một nhiệm vụ khác nhau.

• Pít tông

Pít tông đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong hoạt động của động cơ diesel. Pít tông được thiết kế chắc chắn, đảm bảo có thể chịu được áp suất nén và nhiệt độ đốt cháy cao. Bởi áp suất đốt cháy thường cao hơn rất nhiều so với áp suất được tạo ra từ động cơ xăng.

Vành chắn nhiệt đặt phía trên rãnh xéc-măng số 1 hoặc trong khoảng từ phần đầu pít tông đến rãnh xéc-măng số 1. Phần này thường được chế tạo từ một loại hợp kim nhôm và các sợi gốm có tên gọi là FRM. Ngoài ra, một số loại pít tông trang bị rãnh làm mát ngay phía trong đầu pít tông chịu trách nhiệm làm mát rãnh xéc-măng số 1. Khi đó, dầu từ vòi phun dầu sẽ được trực tiếp phun vào, đi qua rãnh làm mát này, làm mát pít tông.

• Xéc-măng

Trong động cơ diesel, có nhiều loại xéc-măng phổ biến như: xéc măng có vát mặt trên, xéc măng côn, xéc măng côn-cắt phía dưới, xéc măng dầu, xéc măng có lò-xo, xéc măng loại 3 vòng và nhiều loại khác. 

• Buồng đốt

Trong động cơ diesel, quá trình đốt xảy ra khi nhiên liệu được phun vào dưới dạng sương từ vòi phun và kết hợp với không khí, sau đó được đánh lửa và đốt cháy. Để đảm bảo quá trình đốt xảy ra tối ưu, nhiên liệu và không khí cần được trộn đều trong buồng đốt.

Cấu trúc của buồng đốt trong động cơ diesel có một số loại phổ biến như: buồng đốt kiểu phun nhiên liệu trực tiếp, buồng đốt kiểu xoáy lốc (bao gồm xoáy hình cầu và buồng đốt chính). Mỗi loại buồng đốt này có vai trò quan trọng trong việc tạo ra sự trộn đều và tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình đốt cháy.

• Áo xylanh

Áo xylanh là bộ phận không thể thiếu trong động cơ diesel. Dựa vào số lượng áo xylanh mà động cơ diesel được chia làm 2 nhóm:

Động cơ diesel có áo xylanh: Được chế tạo với đỉnh áo nhô ra trên đỉnh mặt thân máy để ngăn rò rỉ khí. Có hai loại đỉnh áo phổ biến là áo xylanh ướt và khô.

Động cơ diesel không có áo xylanh: Trong loại động cơ này, sử dụng một loại gang hợp kim đặc biệt có khả năng chống mòn tốt hơn. Đồng thời, để làm cho động cơ gọn nhẹ hơn, khoảng cách giữa các lỗ xi-lanh được thu hẹp lại.

• Gioăng nắp quy lát 

Gioăng nắp quy lát được lắp đặt ở phần giữa thân máy và nắp quy lát. Nó có công dụng ngăn chặn dòng nước làm mát, khí cháy, hạn chế dầu rò rỉ giữa phần thân máy và nắp quy lát. Do đó, gioăng nắp quy lát thường có độ đàn hồi cao mới có thể chịu đựng được áp suất và nhiệt độ cao.

Gioăng nắp quy lát được làm từ thép, cán mỏng. Gioăng nắp quy lát cần phù hợp với độ nhô ra của pít tông để có thể sử dụng hiệu quả.

• Cơ cấu phối khí

Động cơ đốt trong và động cơ diesel thường dùng cơ cấu phối khí 4 xupap (4 van). Hệ thống phối khí này có chu trình vận hành khá giống với động cơ xăng. Nhưng thời điểm trục cam đẩy cò mổ lên trong động cơ diesel thì cầu xupap mới trượt dọc và mở ra. Do đó, có thể vận hành cả 4 xupap trong 1 xylanh. Cơ cấu phối khí như vậy có thể làm tăng hiệu quả xả và nạp trong thời gian vận hành. 

Cấu tạo động cơ diesel bao gồm 6 phần chính

>>> Xem thêm: Động cơ Hybrid là gì? Động cơ Hybrid có tiết kiệm nhiên liệu

Ứng dụng của động cơ diesel

Động cơ diesel là động cơ thông minh, an toàn và tiện dụng chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:

• Phương tiện giao thông vận tải: Động cơ diesel được sử dụng rộng rãi trong ô tô, xe tải, xe buýt, xe khách và các phương tiện giao thông khác. Dựa theo kinh nghiệm lái xe của một số người dùng, động cơ diesel có hiệu suất nhiên liệu cao hơn so với động cơ xăng, điều này giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm lượng khí thải carbon dioxide (CO2) gây hiệu ứng nhà kính.

• Hàng không: Động cơ diesel được ứng dụng vào máy bay từ trước thế chiến II, trên chiếc khinh khí cầu. Từ đó được nâng cấp dần và sử dụng rộng rãi trong các loại máy bay.

• Thiết bị xây dựng: Động cơ diesel địa hình được sử dụng trong các máy xây dựng như máy xúc, máy đào, máy nén khí và máy trộn bê tông. Trong các động cơ diesel địa hình, phun nhiên liệu thường được điều khiển theo cơ học, bằng cách sử dụng hệ thống cơ khí để kiểm soát lượng nhiên liệu và thời điểm phun. Điều này đảm bảo sự chính xác và độ tin cậy trong quá trình phun nhiên liệu, giúp tăng hiệu suất nhiên liệu và hiệu suất hoạt động của động cơ. Hệ thống làm mát không khí để giải nhiệt thường được sử dụng. Ngoài ra động cơ diesel xe địa hình còn có công suất khác nhau. Động cơ diesel địa hình thường được thiết kế để hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, có khả năng chịu tải cao và đáng tin cậy.

• Ngành công nghiệp: Động cơ diesel được sử dụng trong các máy móc công nghiệp như máy phát điện, máy nén khí, máy bơm và máy kéo. Động cơ diesel có khả năng hoạt động liên tục và cung cấp công suất lớn, chính xác và đáng tin cậy trong các ứng dụng công nghiệp này.

• Các ngành khác: Động cơ diezen thải nhiệt thấp còn được gọi là động cơ đoạn nhiệt. Người ta ứng dụng một số piston và các bộ phận khác để làm bằng titan có độ dẫn nhiệt và mật độ thấp. Một số khác có thể loại bỏ sử dụng hệ thống làm mát và làm tổn thất liên quan.

Động cơ diesel là động cơ thông minh, an toàn và tiện dụng chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

So sánh động cơ diesel với động cơ xăng

Bảng so sánh ưu và nhược điểm của động cơ diesel với động cơ xăng:

Những thông tin về động cơ diesel là gì, nguyên lý hoạt động, cấu tạo giúp động cơ diesel có tính ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong cuộc sống. So với động cơ xăng, giá thành động cơ diesel có cao hơn nhưng có độ bền tốt hơn, hiệu quả hoạt động ổn định hơn.

Có thể bạn quan tâm: Động cơ đốt trong là gì? Ứng dụng của động cơ đốt trong 

Với mục tiêu giúp người sử dụng ô tô nắm được các thông tin về chi phí vận hành cho chiếc xe mơ ước, Nuoixe.vn ra mắt Công cụ tính chi phí sử dụng xe ô tô tại Việt Nam. Để tìm hiểu thêm về công dụng và tham khảo chi phí vận hành xe ô tô, bạn có thể truy cập trang chủ của Nuôi xe để được hỗ trợ hiệu quả nhất.