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

Động cơ 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 Hangchavn tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

Động cơ diesel là gì?

Động cơ diesel là một loại động cơ đốt trong sử dụng nguyên liệu dầu diesel để thực hiện sự cháy. Chúng hoạt động theo 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 so với động cơ đốt ngoài.

Cấu tạo của động cơ 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 được chế tạo mạnh mẽ hơn 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 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.

Piston

Piston có vai trò kết hợp với xi lanh và 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.

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.

Thanh truyền

Thanh truyền trong động cơ diesel có vai trò kết nối piston với trục khuỷu, biến chuyển động tịnh 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.

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 động rất lớn của khí cháy và lực quán tính từ piston – thanh truyền. Vì vậy, chúng 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.

Xupap

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 diesel, xupap được chế tạo từ thép hợp kim chịu nhiệt, có thể được mạ lên bề mặt một lớp mỏng coban để hạn chế ăn mòn.

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.

Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel

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.

Nguyên lý hoạt động của động cơ bốn kỳ

Giống như động cơ xăng, động cơ 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:

• Kỳ nạp: Không khí được hút vào xi lanh thông qua van nạp khí mở ở bên phải khi piston di chuyển xuống.
• Kỳ nén: Khi van đầu vào đóng lại, piston di chuyển lên và nén không khí vào khoảng 20% so với thể tích ban đầu và làm cho nó nóng lên. Nhiên liệu được phun vào khí nóng thông qua van phun nhiên liệu và tự động bốc cháy. Khác với động cơ xăng, động cơ dầu không cần phích cắm tia lửa điện để thực hiện điều này.
• Kỳ cháy: Hỗn hợp nhiên liệu-không khí bốc cháy đẩy piston di chuyển xuống và dẫn động trục khuỷu truyền lực đến các bánh răng thúc đẩy máy móc hoạt động.
• 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 của động cơ hai kỳ

Trong động cơ diesel hai kỳ, chu trình hoàn chỉnh xảy ra khi piston di chuyển lên và xuống chỉ một lần. Động cơ 2 kỳ có 3 giai đoạn:

• Kỳ xả và nạp: Không khí trong được thổi vào thành xylanh, đẩy khí thải cũ ra ngoài qua các van ở phía trên.
• 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.
• Kỳ sinh công: Hỗn hợp nhiên liệu – không khí bốc cháy đẩy piston xuống, dẫn động trục khuỷu truyền lực đến các bánh răng.

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

Xem thêm: Động cơ điện xoay chiều

Ưu, nhược điểm của động cơ 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.

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 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 động cơ đơn giản hơn vì không gian nén khí lớn hơn. 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 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 diesel phải chịu được áp suất và lực tác động lớn hơn nhiều so với các bộ phận của động cơ xăng. Do đó, động cơ dầu thường mạnh mẽ hơn và tuổi thọ cao hơn rất nhiều so với động cơ xăng.

Động cơ 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, 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 nhiên, trong hơn một thập kỷ qua, động cơ dầu đã được cải tiến đáng kể. Sự phát triển của công nghệ đã thúc đẩy động cơ diesel đạt hiệu suất cao hơn và giảm thiểu được tiếng ồn.

Nhược điểm của động cơ diesel

Ô nhiễm môi trường là một trong những hạn chế lớn nhất của động cơ diesel. Chúng tạo ra một hỗn hợp các chất ô nhiễm, bao gồm nitơ oxit, carbon monoxide, hydrocacbon và các hạt muội gây hại cho sức khỏe con người, tạo ra hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu.

Không thể phủ nhận việc động cơ 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.

Sự khác biệt giữa động cơ diesel và động cơ xăng

Động cơ diesel và động cơ xăng đều hoạt động dựa trên nguyên lý đốt trong, tuy nhiên chúng có những điểm khác biệt nhất định.

Ứng dụng của động cơ 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:

• Động cơ 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.
• 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. 
• 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%.

Bên cạnh đó, động cơ 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 diesel thương hiệu Hangchavn 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.

Tìm hiểu thêm sản phẩm xe nâng sử dụng động cơ diesel:

Xe nâng dầu tải trọng nhỏ:

• Xe nâng dầu 1.5 tấn

• Xe nâng dầu 2 tấn

• Xe nâng dầu 2.5 tấn

• Xe nâng dầu 3 tấn

• Xe nâng dầu 3.5 tấn

• Xe nâng dầu 4 tấn

• Xe nâng dầu 4.5 tấn

• Xe nâng dầu 5 tấn

Xe nâng dầu tải trọng lớn:

• Xe nâng dầu 6 tấn

• Xe nâng dầu 7 tấn

• Xe nâng dầu 8 tấn

• Xe nâng dầu 10 tấn

• Xe nâng dầu 12 tấn

• Xe nâng dầu 14 tấn

• Xe nâng dầu 16 tấn

• Xe nâng 20 tấn

• Xe nâng 22 tấn

• Xe nâng 30 tấn

• Xe nâng 35 tấn

Trên đây là nội dung cần biết về động cơ 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. Hangchavn 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 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.