Về động cơ ô tô, động cơ diesel rất cần thiết cho nhiều loại xe, bao gồm xe tải, xe buýt, thiết bị công nghiệp và máy phát điện. Cả người mới bắt đầu và chuyên gia trong ngành công nghiệp ô tô đều cần hiểu rõ cách thức hoạt động của động cơ diesel. Trong chủ đề sẽ thảo luận về sự phức tạp của động cơ diesel, ưu điểm của chúng so với động cơ xăng, các bộ phận giúp chúng hoạt động và ứng dụng của chúng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Động cơ diesel là gì?
Một ví dụ về động cơ đốt trong đốt cháy nhiên liệu diesel trong xi-lanh là động cơ diesel. Trái ngược với động cơ xăng, động cơ diesel sử dụng cơ chế đánh lửa nén, trong đó không khí nóng bên trong xi-lanh tự bốc cháy. Động cơ diesel hiệu suất cao hơn so với động cơ xăng tương đương và tiết kiệm nhiên liệu hơn vì quá trình đốt cháy không cần bugi. Tuy nhiên, động cơ diesel thường hoạt động kém hiệu quả hơn ở tốc độ cao so với động cơ xăng.
Sự khác biệt giữa động cơ diesel và động cơ xăng
Hệ thống phân phối nhiên liệu
Hệ thống phân phối nhiên liệu là một trong những điểm khác biệt chính giữa động cơ diesel và động cơ xăng. Động cơ diesel sử dụng hệ thống phun nhiên liệu, trong đó nhiên liệu áp suất cao được bơm trực tiếp vào buồng đốt. Quá trình này đảm bảo quá trình đốt cháy hiệu quả và cải thiện khả năng kiểm soát việc cung cấp nhiên liệu. Ngược lại, kim phun nhiên liệu, phun nhiên liệu vào ống nạp trong các động cơ hiện đại, thường được sử dụng trong động cơ xăng.
Vòi phun nhiên liệu và vai trò của chúng
Trong động cơ diesel, vòi phun nhiên liệu đóng vai trò thiết yếu. Các vòi phun này có nhiệm vụ phun nhiên liệu chính xác vào buồng đốt. Chúng đảm bảo nhiên liệu được phân phối và phun sương đúng cách, đảm bảo quá trình đốt cháy hiệu quả và công suất tối đa. Hiệu suất và lượng khí thải của động cơ bị ảnh hưởng rất nhiều bởi hình dạng và cách bố trí của vòi phun nhiên liệu.
Quá trình đốt cháy
Động cơ diesel có quá trình đốt cháy khác với động cơ xăng. Động cơ diesel sử dụng quá trình đánh lửa nén, trong đó nhiệt độ cao do khí nén tạo ra khiến nhiên liệu tự bốc cháy. Ngược lại, hỗn hợp không khí-nhiên liệu trong động cơ xăng được đánh lửa bằng bugi. Những đặc tính riêng biệt của động cơ diesel là kết quả của sự khác biệt cơ bản này trong kỹ thuật đánh lửa.
Tỷ số nén cao trong động cơ Diesel
Động cơ diesel có tỷ số nén cao hơn đáng kể so với động cơ xăng. Điều này cho thấy rằng trước khi quá trình đốt cháy diễn ra, hỗn hợp không khí-nhiên liệu trong xi-lanh được nén lại thành thể tích nhỏ hơn đáng kể. Với quá trình đốt cháy hiệu quả hơn và năng lượng được khai thác nhiều hơn từ nhiên liệu, tỷ số nén cao làm tăng nhiệt độ và áp suất bên trong xi-lanh.
So sánh Hiệu suất và Công suất
Động cơ diesel vượt trội hơn động cơ xăng về hiệu suất và công suất. Tỷ số nén cao hơn của động cơ diesel giúp cải thiện hiệu suất nhiệt, giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và tăng quãng đường di chuyển. Ngoài ra, động cơ diesel cung cấp mô-men xoắn lớn hơn, giúp chúng phù hợp cho các nhiệm vụ đòi hỏi lực kéo mạnh, chẳng hạn như kéo và chở hàng hóa nặng.
Động cơ Diesel bốn kỳ
Chu trình bốn kỳ, thường được gọi là chu trình Otto, được sử dụng trong phần lớn các động cơ diesel. Quá trình nạp, nén, công suất và xả là bốn bước của chu trình này. Để hiểu đúng cách thức hoạt động của động cơ diesel, điều bắt buộc là phải hiểu rõ từng giai đoạn.
Tổng quan về chu trình bốn kỳ
Bắt đầu với kỳ nạp, chu trình bốn kỳ hút không khí vào buồng đốt qua van nạp khi piston đi xuống. Trong các bước tiếp theo, quy trình này đảm bảo xi-lanh được nạp đầy không khí mới. Kỳ nén diễn ra sau kỳ nạp, khi piston chuyển động lên trên và nén không khí bên trong xi-lanh.
Nạp khí và Vai trò của Van Nạp
Van nạp mở ra trong kỳ nạp, cho không khí mới vào xi lanh. Kiểm soát thời điểm và lượng không khí nạp, duy trì quá trình đốt cháy tối ưu và nâng cao hiệu suất động cơ là tất cả các chức năng quan trọng của van nạp.
Kỳ nén
Nén không khí và chuẩn bị nhiên liệu
Không khí chứa trong xi lanh bị nén khi piston đi lên trong kỳ nén. Bằng cách tăng nhiệt độ và áp suất bên trong xi lanh, quá trình nén này giúp không khí sẵn sàng cho quá trình đốt cháy. Trong giai đoạn này, nhiên liệu cũng được đưa vào buồng đốt, hòa trộn với không khí nén trước khi đánh lửa.
Kỳ nổ
Quá trình đánh lửa và đốt cháy
Quá trình đốt cháy và tạo ra năng lượng thực sự diễn ra trong kỳ nổ. Nhiên liệu được phun vào tự bốc cháy do nhiệt độ và áp suất cao khi hỗn hợp không khí và nhiên liệu bên trong xi lanh được nén đủ. Khí được giãn nở nhanh chóng trong quá trình đốt cháy này, đẩy piston đi xuống và chuyển hóa năng lượng của quá trình đốt cháy thành cơ năng.
Vai trò của thời điểm và áp suất phun nhiên liệu
Quá trình đốt cháy của động cơ diesel chịu ảnh hưởng đáng kể bởi thời điểm và áp suất phun nhiên liệu. Thời điểm và áp suất được kiểm soát chính xác để mang lại quá trình đốt cháy tối ưu, khai thác năng lượng hiệu quả và giảm thiểu khí thải. Để tối đa hóa hiệu suất và hiệu quả sử dụng nhiên liệu, động cơ diesel hiện đại sử dụng hệ thống phun nhiên liệu tinh vi có thể thay đổi thời điểm và áp suất để đáp ứng các tình huống vận hành khác nhau.
Kỳ xả
Đẩy khí cháy ra ngoài
Trong kỳ xả, piston di chuyển lên trên, đẩy khí cháy sinh ra trong kỳ nổ ra. Ngay khi van xả mở, khí có thể thoát ra khỏi xi lanh và đi vào hệ thống xả. Việc đẩy khí thải hiệu quả là rất cần thiết để duy trì hiệu suất động cơ và giảm lượng khí thải.
Van xả hoạt động
Thời điểm và độ dài của quá trình đẩy khí được điều khiển bởi van xả, một bộ phận thiết yếu trong kỳ xả. Trong kỳ nạp thứ hai, van này cho phép không khí mới đi vào và đảm bảo khí thoát ra khỏi xi lanh một cách trơn tru.
Động cơ diesel chuyển đổi hiệu quả năng lượng được giải phóng trong quá trình đốt cháy nhiên liệu thành công suất cơ học có ý nghĩa bằng cách sử dụng chu trình bốn kỳ. Thông qua quy trình này, động cơ diesel được đảm bảo cung cấp sức mạnh, hiệu suất và độ tin cậy cần thiết cho nhiều ứng dụng khác nhau trong ngành công nghiệp ô tô, công nghiệp và phát điện. Hiểu rõ về chu trình bốn thì có thể giúp bạn hiểu rõ hơn về cách động cơ diesel hoạt động và tầm quan trọng của từng giai đoạn đối với hiệu suất tổng thể của động cơ.
Nguồn tham khảo
