Động cơ dầu diesel: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng

Động cơ dầu diesel là loại động cơ được sử dụng vô cùng phổ biến trong nhiều loại máy móc, phương tiện hiện nay. Vậy động cơ này có công dụng gì? Chúng hoạt động ra sao và có những điểm gì nổi trội? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

1. Động cơ dầu diesel là gì?

Động cơ dầu diesel là một loại động cơ đốt trong sử dụng nguyên liệu dầu diesel để thực hiện sự cháy. Chúng hoạt động theo chu kỳ 2 kỳ hoặc 4 kỳ. Loại động cơ này tạo ra năng lượng bằng cách đốt cháy dầu trong xi lanh nhờ tác động nhiệt độ và áp suất cao của không khí nén.

Quá trình đốt trong của động cơ dầu tiêu tốn ít năng lượng hơn rất nhiều so với động cơ đốt ngoài bởi nhiệt không cần truyền từ hệ thống đánh lửa đến xi lanh mà cả quá trình làm nóng và đốt cháy đều diễn ra ở cùng một nơi. Vì vậy, chúng tạo ra nhiều năng lượng hơn từ cùng một khối lượng nhiên liệu so với động cơ đốt ngoài.

2. Cấu tạo của động cơ dầu diesel

Các thành phần chính của động cơ diesel tương tự như động cơ xăng và chức năng, nhiệm vụ của chúng cũng khá giống nhau. Tuy nhiên, các bộ phận của động cơ diesel phải được chế tạo mạnh mẽ hơn nhiều so với các bộ phận động cơ xăng tương đương do phải chịu áp lực nén lớn hơn gấp nhiều lần.

Các thành của khối động cơ dầu diesel thường dày hơn nhiều so với khối được thiết kế cho động cơ xăng và chúng có nhiều mạng lưới giằng hơn để cung cấp thêm sức mạnh và hấp thụ ứng suất. Ngoài việc mạnh mẽ hơn, thiết kế với khối nặng cũng có thể giúp động cơ dầu giảm tiếng ồn hiệu quả hơn. Các piston, thanh kết nối, trục khuỷu và nắp ổ trục phải được chế tạo chắc chắn hơn so với các bản động cơ xăng của chúng. Thiết kế đầu xi lanh phải rất khác biệt vì các kim phun nhiên liệu và cũng vì hình dạng của buồng đốt và buồng xoáy của nó.

Cấu tạo động cơ dầu diesel
Cấu tạo động cơ dầu diesel

2.1 Piston

Piston có vai trò kết hợp với xi lanh, nắp xi lanh bao kín tạo buồng cháy, đồng thời dẫn động cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí. Bộ phận này được chế tạo từ hợp kim nhẹ hoặc gang, thép nên độ chịu áp suất và nhiệt độ rất lớn, lên tới hơn 120kg/cm2 và 800 độ K.

2.2 Xi lanh

Xi lanh tiếp xúc trực tiếp với chất khí có áp suất và nhiệt độ cao, khoảng 30-35% nhiệt lượng do hỗn hợp làm việc đốt cháy tỏa ra được truyền qua thành xilanh. Vì vậy, để tránh cho động cơ khỏi bị quá nóng, người ta phải làm mát xilanh bằng nước.

2.3 Thanh truyền

Thanh truyền trong động cơ dầu diesel có vai trò kết nối piston với trục khuỷu, biến chuyển động tinh tiến của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu. Thông thường, thanh truyền được chế tạo từ thép hoặc cacbon chất lượng tốt.

2.4 Trục khuỷu

Đây là chi tiết rất quan trọng, có nhiệm vụ nhận lực tác động từ piston thông qua thanh truyền để tạo momen quay. Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu lực tác dụng rất lớn của khí cháy và lực quán tính từ piston- thanh truyền. Vì vậy, chúng yêu cầu phải được chế tạo bằng vật liệu có độ chịu lực cao, bền bỉ và ít bị hao mòn, thường là thép hợp kim hoặc gang.

2.5 Xunap

Chi tiết này có nhiệm vụ mở cửa nạp và đóng cửa xả. Để đáp ứng được yêu cầu làm việc trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao của động cơ dầu diesel, xunap được chế tạo từ thép hợp kim chịu nhiệt, có thể được mạ lên bề mặt một lớp mỏng cô ban để hạn chế ăn mòn.

2.6 Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống này có nhiệm vụ chứa, lọc và cung cấp nhiên liệu cho quá trình đốt cháy, bao gồm các bộ phận cụ thể như sau:

  • Bình chứa dầu: Dùng để chứa dầu;
  • Lọc dầu: Có chức năng làm sạch, tách nước có trong dầu. Từ đó giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ;
  • Bơm phun dầu: Có nhiệm vụ đẩy dầu tới vòi phun, kiểm soát lượng phun và thời điểm phun dầu;
  • Vòi phun: Dầu từ bơm nhiên liệu, qua vòi phun tới buồng đốt theo dạng phun sương để đảm bảo dầu trải đều trong buồng đốt, góp phần tạo hiệu quả đốt cháy tối đa.
Động cơ diesel 4 kỳ với hiệu suất bền bỉ

3. Nguyên lý hoạt động của động cơ dầu diesel

Như đề cập ở trên, động cơ diesel được thiết kế để hoạt động theo chu trình hai hoặc bốn kỳ. Đối với mỗi loại chu trình, nguyên lý hoạt động có sự khác biệt nhất định.

3.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ bốn kỳ

Giống như động cơ xăng, động cơ dầu diesel thường hoạt động theo chu kỳ lặp lại bốn giai đoạn, trong đó piston chuyển động lên xuống hai lần trong suốt chu trình. Cụ thể như sau:

  1. Kỳ nạp: Không khí được hút vào xi lanh thông qua van nạp khí mở ở bên phải khi piston di chuyển xuống.
  2. Kỳ nén: Van đầu vào đóng lại, piston di chuyển lên và nén không khí vào khoảng 20% so với thể tích ban đầu của nó và làm nóng. Nhiên liệu được phun vào khí nóng thông qua van phun nhiên liệu trung tâm và tự bốc cháy. Không giống như động cơ xăng, động cơ dầu không cần phích cắm phát tia lửa điện để thực hiện điều này.
  3. Kỳ cháy: Hỗn hợp nhiên liệu-không khí bốc cháy đẩy pít-tông di chuyển xuống, dẫn động trục khuỷu truyền lực đến các bánh răng thúc đẩy máy móc hoạt động.
  4. Kỳ xả : Van thoát bên trái mở ra để thoát khí thải ra ngoài bằng piston hồi lưu. Vào cuối kỳ xả, xi lanh đã sẵn sàng để nạp không khí mới.
nguyên lý hoạt động động cơ dầu diesel
Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 4 kỳ

3.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ hai kỳ

Trong động cơ dầu diesel hai kỳ, chu trình hoàn chỉnh xảy ra khi piston di chuyển lên và xuống chỉ một lần. ó Tuy có tên gọi là Động cơ 2 kỳ nhưng trong đó có 3 giai đoạn:

  1. Kỳ xả và nạp: Không khí trong được thổi vào thành xylanh, đẩy khí thải cũ ra ngoài qua các van ở phía trên.
  2. Kỳ nén : Các van đầu vào và van xả đóng lại. Piston di chuyển lên, nén không khí và làm nóng. Khi pít-tông chạm tới đỉnh của xi-lanh, nhiên liệu sẽ được phun vào và tự bốc cháy.
  3. Kỳ sinh công: Hỗn hợp nhiên liệu – không khí bốc cháy đẩy pít-tông xuống, dẫn động trục khuỷu truyền lực đến các bánh răng.

Động cơ 2 kỳ nhỏ hơn và nhẹ hơn động cơ 4 kỳ và có xu hướng hiệu quả hơn vì chúng tạo ra công suất một lần trong mỗi vòng quay (thay vì một lần trong hai vòng quay như ở động cơ bốn thì. Điều này cũng dẫn tới việc chúng cần được làm mát nhiều hơn và bị hao mòn cao hơn.

4. Ưu, nhược điểm của động cơ dầu diesel

Động cơ diesel là động cơ đốt nhiên liệu linh hoạt nhất đang được sử dụng phổ biến hiện nay. So với động cơ xăng, chúng đơn giản hơn, hiệu quả hơn và tiết kiệm hơn. Tuy nhiên, chúng vẫn còn tồn tại nhược điểm nhất định.

4.1 Ưu điểm của động cơ diesel

Động cơ diesel hoạt động hiệu quả hơn với chi phí thấp hơn

Tức là công suất làm việc của máy móc sẽ cao hơn so với khi sử dụng động cơ dầu thay vì động cơ xăng với cùng một lượng nhiên liệu tiêu thụ. Có một vài nguyên nhân dẫn đến điều này, cụ thể:

  • Động cơ dầu diesel nén với áp suất cao hơn và hoạt động ở nhiệt độ cao hơn tạo nên hiệu suất đốt cháy tốt hơn. Từ đó tạo công suất lớn hơn, sức kéo tốt hơn.
  • Việc không có hệ thống đánh lửa bằng bugi giúp thiết kế của đọng cơ đơn giản hơn, tại không gian nén khí lớn hơn. Và điều này giúp cho nhiên liệu được đốt nóng nhanh và an toàn hơn, giải phóng nhiều năng lượng hơn.
  • Trong động cơ xăng, nếu không hoạt động hết công suất, bạn cần cung cấp thêm nhiên liệu cho xi lanh để duy trì hoạt động. Động cơ dầu diesel không gặp vấn đề đó: chúng cần ít nhiên liệu hơn khi làm việc ở công suất nhỏ hơn.

Động cơ dầu có độ bền bỉ cao

Độ nén cao hơn đồng nghĩa với việc các bộ phận của động cơ dầu diesel phải chịu được áp suất và lực tác động lớn hơn nhiều so với các bộ phận của động cơ xăng. Bởi vậy, động cơ dầu thường mạnh mẽ hơn và tuổi thọ cao hơn rất nhiều so với động cơ xăng.

Động cơ diesel sử hữu nhiều ưu điểm vượt trội

Động cơ dầu diesel an toàn hơn nếu xảy ra va chạm

Trong khi xăng có thể bùng cháy chỉ với một tia lửa nhỏ thì dầu cần một áp suất đủ lớn và một nhiệt độ đủ cao để kích nổ. Vì vậy, trong những tình huống rủi ro va chạm khiến rò rỉ nhiên liệu, rõ ràng động cơ dầu ít nguy cơ gây cháy nổ hơn động cơ xăng.

Động cơ diesel vận hành ngày càng êm ái

Không thể phủ nhận rằng động cơ xăng êm ái hơn rất nhiều so với động cơ dầu. Tuy vậy, các động cơ dầu trong hơn một thập kỷ vừa qua đã được cải tiến đáng kể về vấn đề này. Công nghệ phát triển giúp động cơ diesel ngày càng có hiệu suất cao và ít ồn ào hơn.

4.2 Nhược điểm của động cơ diesel

Ô nhiễm môi trường là một trong những hạn chế lớn nhất của động cơ dầu diesel: Chúng tạo ra một hỗn hợp các chất ô nhiễm, bao gồm nitơ oxit, carbon monoxide, hydrocacbon và các hạt muội rất có hại cho sức khỏe con người và góp phần không nhỏ vào hiệu ứng nhà kính và sự nóng ên toàn cầu.

Không thể phủ nhận việc động cơ dầu diesel sẽ tiếp tục cung cấp năng lượng cho các loại xe hạng nặng như xe tải, xe nâng hàng, tàu thủy và đầu máy xe lửa,.. Tuy nhiên, sự phát triển mạnh mẽ của động cơ điện và sự cải tiếng của động cơ xăng hiện nay có thể ảnh hưởng không nhỏ đến vai trò của động cơ dầu trong ngành vận tải.

5. Sự khác biệt giữa động cơ dầu diesel và động cơ xăng

Động cơ dầu diesel và động cơ xăng đều hoạt động dựa trên nguyên lý đốt trong, tuy nhiên chúng có những điểm khách biệt nhất định. Trong động cơ xăng, nhiên liệu và không khí được phun vào các xi lanh kim loại nhỏ. Sau đó, piston nén hỗn hợp này xuống còn khoảng 1/10 thể tích ban đầu khiến chúng nổ và tạo tia lửa điện. Nhờ đó, piston được đẩy xuống xi lanh và làm quay bánh răng.

Động cơ dầu diesel hoạt động đơn giản hơn. Đầu tiên, không khí được nén bởi piston khiến thể tích giảm xuống 14 đến 25 lần, đồng thời nhiệt độ tăng lên gấp nhiều lần. Phần không khí này ngay sau đó được phun vào xi lanh với mức nhiệt cao khiến dầu tự bốc cháy và phát nổ mà không cần đánh lửa. Điều này khiến cho piston đẩy ngược ra khỏi xi lanh, tạo ra công suất truyền động cho máy hoạt động. Khi piston quay trở lại xi lanh, khí thải được đẩy ra ngoài qua van xả và quá trình này cứ thế tiếp diễn với tần suất lên tới  hàng nghìn lần mỗi phút.

6. Ứng dụng của động cơ dầu diesel

Dựa theo tốc độ quay, động cơ diesel được chia thành 3 loại. Mỗi loại có những ứng dụng riêng biệt. Cụ thể như sau:

  1. Động cơ dầu diesel tốc độ cao (> 1.000 vòng/phút) thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các loại xe như xe tải, máy đầu kéo, du thuyền, máy bơm,… Trên các tàu lớn hơn, động cơ diesel tốc độ cao thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho máy phát điện.
  2. Động cơ dầu tốc độ trung bình (300–1.000 vòng/phút) được sử dụng trong các máy phát điện lớn, đầu máy tàu hỏa, tàu thủy nhỏ và các ứng dụng truyền động cơ khí như máy nén lớn hoặc máy bơm. Sử dụng động cơ tốc độ trung bình làm giảm chi phí của các tàu nhỏ hơn và tăng khả năng vận chuyển của chúng. Ngoài ra, một con tàu có thể sử dụng hai động cơ nhỏ hơn thay vì một động cơ lớn, giúp tăng độ an toàn cho tàu.
  3. Động cơ dầu tốc độ chậm (<300 vòng/phút) thường có kích thước rất lớn và chủ yếu được sử dụng để cung cấp năng lượng cho tàu thủy. Có hai loại động cơ tốc độ thấp khác nhau thường được sử dụng: Động cơ hai kỳ với một trục ngang và động cơ bốn kỳ với một piston thông thường. Động cơ diesel tốc độ thấp thường có hiệu suất hiệu quả lên đến 55%.
Xe nâng sử dụng động cơ dầu

Bên cạnh đó, động cơ dầu diesel còn được sử dụng rất phổ biến trong các loại thiết bị nâng hạ, đặc biệt là xe nâng hàng. Chúng được coi là bộ phận vô cùng quan trọng, trực tiếp cung cấp năng lượng để xe nâng có thể hoàn thành nhiệm vụ nâng hạ của nó. Tại Việt Nam, xe nâng động cơ dầu diesel thương hiệu Hangcha được đánh giá là hãng xe nâng hàng có chất lượng tốt nhất với mức giá vô cùng phải chăng. Tiêu biểu là các dòng sản phẩm xe nâng dầu 3 tấn, 5 tấn, 10 tấn,… thậm chí 45 tấn. Bên cạnh đó, còn có nhiều lí do khiến khách hàng tin tưởng và lựa chọn xe nâng Hangcha bởi:

  • Đa dạng sản phẩm: bên cạnh xe nâng động cơ dầu, Hangcha còn sở hữu nhiều loại sản phẩm khác như xe nâng điện, xe nâng điện pin Lithium, xe nâng tay,…
  • Hệ thống chi nhánh, kho xưởng trải dài từ Bắc vào Nam giúp quá trình giao xe diễn ra nhanh chóng, thủ tục đơn giản, dễ dàng.
  • Dịch vụ chăm sóc khách hàng chuyện nghiệp, luôn tận tình, chu đáo hỗ trợ khách hàng 24/24h.

Trên đây là nội dung cần biết về động cơ dầu diesel. Mong rằng chúng sẽ giúp ích cho quý khách hàng trong việc lựa chọn loại động cơ phù hợp với phương tiện của doanh nghiệp mình. Chúng tôi chuyên cung cấp các loại động cơ xe nâng và các sản phẩm xe nâng chính hãng, chất lượng tốt. Nếu có nhu cầu sử dụng xe nâng động cơ dầu diesel hoặc bất kỳ sản phẩm xe nâng nào khác, quý khách vui lòng liên hệ tới hotline 0975 645 225 để được tư vấn chi tiết.