Động cơ diesel hoạt động bằng cách hút không khí vào, nén nó đến một tỷ lệ rất cao (thường là giữa 14:1 và 23:1 ), rồi phun nhiên liệu trực tiếp vào khí nén nóng đó để nó tự bốc cháy mà không cần bugi. Quá trình này, được gọi là đánh lửa do nén, là đặc điểm xác định để phân biệt động cơ diesel với động cơ xăng và đó là lý do tại sao các nhà máy điện diesel được ưa chuộng trong xe tải, máy phát điện, tàu thủy và thiết bị xây dựng hạng nặng, nơi mô-men xoắn và hiệu suất nhiên liệu quan trọng hơn hiệu suất vòng tua cao.
Bốn bước đằng sau mỗi động cơ diesel
Mọi động cơ diesel, bất kể kích thước, đều tuân theo cùng một trình tự bốn thì chuyển hóa năng lượng hóa học trong nhiên liệu thành chuyển động quay cơ học ở trục khuỷu.
Đột quỵ nạp
Pít-tông di chuyển xuống bên trong xi-lanh trong khi van nạp mở ra, chỉ hút không khí trong lành vào, ở giai đoạn này không có nhiên liệu trộn vào. Điều này khác với động cơ xăng, nơi nhiên liệu và không khí thường được hòa trộn trước khi vào buồng.
Hành trình nén
Van nạp đóng lại và piston di chuyển lên trên, nén không khí thành một thể tích nhỏ hơn nhiều. Do tỷ số nén của động cơ diesel quá cao nên nhiệt độ không khí bên trong xi lanh có thể tăng lên trên 700 độ C , đủ nóng để đốt cháy nhiên liệu diesel mà không cần có tia lửa điện bên ngoài.
Đột quỵ điện
Gần đỉnh của hành trình nén, một kim phun nhiên liệu phun một lớp sương mù diesel trực tiếp vào không khí quá nóng. Nhiên liệu bốc cháy gần như ngay lập tức và sự giãn nở tạo ra lực đẩy pít-tông lùi xuống, tạo ra lực quay cuối cùng truyền tới các bánh xe hoặc trục truyền động.
Hành trình xả
Pít-tông lại nâng lên, van xả mở ra và khí đốt đã qua sử dụng được đẩy ra khỏi xi-lanh qua ống xả, sau đó chu trình bắt đầu lại với hành trình nạp mới.
Tại sao thời điểm phun nhiên liệu lại quyết định hiệu suất
Hệ thống phun nhiên liệu được cho là quan trọng nhất bộ phận ô tô trong động cơ diesel, vì thời điểm và áp suất phun trực tiếp kiểm soát công suất đầu ra, tiếng ồn và khí thải.
Động cơ diesel hiện đại sử dụng hệ thống phun nhiên liệu chung, trong đó nhiên liệu được giữ ở áp suất cực cao, thường ở giữa Thanh 1.500 và 2.500 , bên trong một đường ray chung trước khi được phân phối tới các kim phun điều khiển điện tử riêng lẻ. Thiết lập này cho phép bộ điều khiển động cơ bắn nhiều xung phun nhỏ trong mỗi chu kỳ thay vì một đợt phun lớn, giúp quá trình đốt cháy diễn ra suôn sẻ và giảm tiếng nổ đặc trưng của động cơ diesel.
| Hệ thống phun | Áp suất điển hình | Sử dụng chung |
|---|---|---|
| Đường sắt chung | 1.500 đến 2.500 thanh | Xe tải chở khách, SUV |
| Đơn vị phun | Lên đến 2.000 thanh | Xe tải đường cao tốc hạng nặng |
| Bơm phân phối | 300 đến 1.000 thanh | Động cơ diesel cũ, thiết bị nông nghiệp |
Bộ tăng áp và phía không khí của quá trình đốt cháy
Động cơ diesel chỉ đốt cháy hiệu quả như không khí mà nó nhận được, đó là lý do tại sao gần như mọi động cơ diesel hiện đại đều dựa vào bộ tăng áp để ép thêm không khí vào xi-lanh. Bộ tăng áp quay bằng cách sử dụng năng lượng khí thải mà lẽ ra sẽ bị lãng phí và bánh xe máy nén quay sẽ chứa nhiều oxy hơn vào mỗi hành trình nạp.
- Nhiều không khí hơn cho phép đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn trong mỗi chu kỳ, nâng cao công suất mà không cần mở rộng khối động cơ.
- Một bộ làm mát khí nạp thường nằm giữa turbo và ống nạp để làm mát khí nén, vì không khí mát đậm đặc hơn chứa nhiều phân tử oxy hơn không khí nóng có cùng thể tích.
- Bộ tăng áp hình học biến thiên điều chỉnh các góc cánh để mang lại khả năng tăng tốc trên phạm vi tốc độ động cơ rộng hơn, giúp động cơ diesel kéo mạnh mẽ từ vòng tua thấp.
Đây là một lý do khiến động cơ diesel tạo ra mô-men xoắn cao ở tốc độ động cơ thấp, thường đạt cực đại ở điều kiện 2.000 vòng/phút , điều này làm cho chúng rất phù hợp với công việc kéo và vận chuyển.
Các bộ phận ô tô có thể tạo ra khả năng đánh lửa do nén
Một số bộ phận ô tô phối hợp với nhau để duy trì quá trình đánh lửa do nén bên trong động cơ diesel và mỗi bộ phận đóng một vai trò cơ học riêng biệt.
- Nút phát sáng làm ấm buồng đốt khi khởi động ở nhiệt độ lạnh, vì chỉ riêng không khí lạnh có thể không đạt đến nhiệt độ đánh lửa khi động cơ nguội.
- Kim phun nhiên liệu phun diesel thành dạng phun mịn để trộn đều với khí nén.
- Trục khuỷu và các thanh truyền chuyển chuyển động lên xuống của piston thành chuyển động quay.
- Van tuần hoàn khí thải sẽ định tuyến lại một phần khí thải quay trở lại cửa nạp để giảm nhiệt độ đốt và giảm sự hình thành oxit nitơ.
- Bộ lọc hạt diesel bẫy các hạt bồ hóng từ dòng khí thải trước khi khí thoát ra khỏi ống xả.
Tại sao động cơ Diesel chạy hiệu quả hơn động cơ xăng
Lợi thế về hiệu suất nhiệt của động cơ diesel đến trực tiếp từ tỷ số nén cao hơn. Theo dữ liệu kỹ thuật do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ công bố, động cơ diesel có thể chuyển đổi gần như 30 đến 35 phần trăm năng lượng nhiên liệu thành công có thể sử dụng được, so với khoảng 20 đến 25 phần trăm đối với động cơ xăng thông thường, bởi vì độ nén cao hơn cho phép sự giãn nở hoàn toàn hơn của khí đốt đối với pít-tông.
Nhiên liệu diesel cũng mang nhiều năng lượng hơn trên mỗi gallon so với xăng, điều này mang lại lợi thế về số dặm. Sự kết hợp giữa hiệu suất nén cao hơn và năng lượng nhiên liệu dày đặc hơn giải thích tại sao xe tải đường dài, động cơ hàng hải và máy phát điện cố định hầu như đều dựa vào năng lượng diesel thay vì xăng.
Điểm hao mòn phổ biến mà chủ sở hữu nên xem
Việc giữ cho động cơ diesel hoạt động trơn tru phụ thuộc vào việc giám sát một số bộ phận ô tô chịu áp lực nhiều nhất theo thời gian.
Bộ lọc nhiên liệu
Kim phun nhiên liệu diesel hoạt động với dung sai cực kỳ chặt chẽ, do đó, ngay cả một lượng nhỏ mảnh vụn hoặc nước trong nhiên liệu cũng có thể gây mòn kim phun. Bộ lọc nhiên liệu nên được thay đổi theo định kỳ được liệt kê trong sách hướng dẫn sử dụng để bảo vệ hệ thống phun xăng.
Phốt tăng áp
Bởi vì bộ tăng áp quay với tốc độ có thể vượt quá 100.000 vòng/phút , vòng bi và vòng đệm bên trong của nó rất nhạy cảm với chất lượng dầu. Sử dụng loại dầu do nhà sản xuất chỉ định giúp turbo có tuổi thọ lâu dài như các loại dầu còn lại của động cơ diesel.
Tình trạng phích cắm phát sáng
Phích cắm phát sáng bị mòn có thể khiến việc khởi động ở nhiệt độ lạnh khó khăn hơn đáng kể, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp, vì buồng đốt sẽ không đạt đến nhiệt độ bắt lửa nhanh chóng nếu không có sự trợ giúp.
