Động cơ dầu (Diesel) ô tô: Cấu tạo, Nguyên lý hoạt động & Ưu nhược điểm

Động cơ dầu ngày càng được ứng dụng phổ biến trong ngành sản xuất ô tô bởi tính bền bỉ và khả năng vận hành mạnh mẽ. Tuy nhiên, cũng như các loại động cơ khác, để có thể phát huy tốt những ưu điểm ấy, chủ xe cần biết phải chú ý sử dụng đúng cách và bảo dưỡng thường xuyên. Cùng Honda Mỹ Đình tìm hiểu chi tiết về loại động cơ này nhé!

Động cơ dầu là gì?

Động cơ dầu là loại động cơ sử dụng nhiên liệu dầu diesel để sản xuất công suất chuyển động. Đặc trưng của động cơ dầu so với động cơ xăng là cách nhiên liệu được đốt. Trong động cơ dầu, không có ngọn lửa từ bugi để đốt nhiên liệu, thay vào đó, nhiên liệu được đốt bằng áp suất nhiệt độ cao.

Lịch sử hình thành của động cơ dầu

Người sáng chế ra động cơ Diesel là Rudolf Diesel. Ông là kỹ sư tốt nghiệp xuất sắc tại Đại học Kỹ thuật Munich của nước Đức. Động cơ đốt trong mà ông đã sáng chế ra được cấp bằng sáng chế và bảo hộ quyền tác giả vào năm 1892, động cơ mang tên diesel.

Hàng trăm năm qua, động cơ diesel đã được cải tiến liên tục. Mặc dù vẫn còn nghi ngại về khả năng vận hành, độ tin cậy, mức tiêu thụ nhiên liệu…, nhưng một số công ty đã cố gắng ứng dụng động cơ diesel vào xe hơi.

Mercedes trở thành nhà sản xuất ô tô đầu tiên trên thế giới trang bị động cơ diesel cho chiếc 260D từ năm 1936. Quá trình thử nghiệm lô taxi 260D tại Đức đã thấy được hiệu quả và tuổi thọ thực sự của động cơ diesel nên động cơ diesel đã thu hút được sự quan tâm của người tiêu dùng thời bấy giờ.

Từ đó, nhiều hãng tham gia sản xuất và lắp đặt động cơ diesel trên ô tô, trong đó có Audi, Cadillac, Ford, Buick, Chevrolet, Volvo và BMW. Vai trò của động cơ diesel càng rõ nét hơn khi xảy ra hai cuộc khủng hoảng dầu lửa vào những năm 1970 và 1980.

Dù có nhiều ưu điểm vượt trội, nhất là tiết kiệm nhiên liệu hơn động cơ xăng khoảng 30% nhưng động cơ diesel vẫn ít phổ biến hơn động cơ xăng do những hạn chế cố hữu về tiếng ồn và khí thải.

Cấu tạo của động cơ dầu trên xe ô tô

Động cơ dầu Diesel thường được cấu tạo bởi các bộ phận cơ bản sau đây:

Piston

Piston là một phần quan trọng của động cơ dầu Diesel. Nó di chuyển trong xi lanh và thực hiện công việc đẩy khí nén trong buồng đốt để tạo áp lực và nhiệt độ cần thiết để đốt nhiên liệu Diesel.

Piston được thiết kế chắc chắn do áp suất nén, nhiệt độ đốt cháy và áp suất đốt cao hơn so với động cơ xăng. Vành chắn nhiệt sẽ được đặt trên rãnh xéc-măng số 1 hoặc phần đầu piston đến rãnh xéc-măng số 1 được làm bằng FRM (hợp kim được làm từ nhôm và các sợi gốm). Bên cạnh đó, một số loại piston được thiết kế rãnh làm mát bên trong đầu để làm mát rãnh xéc- măng số 1. Dầu sẽ được phun vào từ vòi phun dầu, qua rãnh làm mát từ đó piston sẽ được làm mát.

Xéc-măng

Xéc-măng (còn gọi là van xéc-măng) là bộ phận quan trọng của động cơ dầu diesel. Nhiệm vụ của xéc măng là kiểm soát lưu lượng khí và nhiên liệu vào buồng đốt. Thông quan xéc-măng, động cơ điều chỉnh lượng nhiên liệu cần thiết để duy trì hiệu suất và hiệu quả cao.

Xéc-măng trên động cơ dầu thường có các loại như: xéc-măng có vát mặt trên, xéc-măng dầu, xéc-măng côn, xéc-măng có lò xo, xéc-măng loại 3 vòng.

Buồng đốt

Buồng đốt là nơi mà quá trình đốt cháy diễn ra. Trong buồng đốt, nhiên liệu dầu diesel được phun vào và kết hợp với không khí nén, tạo ra môi trường áp suất và nhiệt độ cao để cháy hiệu quả.

Nhiên liệu sẽ được phun vào buồng đốt dưới dạng sương từ vòi phun, sau đó sẽ được trộn với không khí được đánh lửa và đốt cháy. Hiện nay, có một số loại buồng đốt được dùng cho động cơ dầu diesel như: buồng đốt phun trực tiếp, buồng đốt phụ xoáy lốc.

Áo xi lanh

Áo xi lanh là bộ phận bọc quanh xi lanh và giúp duy trì áp suất và nhiệt độ cao trong buồng đốt. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rò rỉ ít nhất có thể.

Có 2 loại áo xi lanh phổ biến như: Xi lanh có áo (cấu tạo bởi đinh áo nhô ra trên mặt thân mát giúp hạn chế rò rỉ) và xi lanh không có áo (sử dụng gang hợp kim đặc biệt giúp chống mòn hiệu quả, cấu tạo gọn nhẹ hơn nhờ việc thu hẹp khoảng cách giữa các lỗ xi lanh).

Gioăng nắp quy lát

Gioăng nắp quy lát là một phần quan trọng nằm giữa nắp quy lát và xi lanh, ngăn chặn rò rỉ dầu và nước, đảm bảo quá trình đốt nhiên liệu diễn ra một cách hiệu quả. Bộ phận này được làm từ thép cán mỏng giúp tăng tuổi thụ và ngăn ngừa sự rò rỉ khi cháy.

Cơ cấu phối khí

Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ điều khiển lưu động khí và nhiên liệu vào động cơ dầu diesel. Việc phối khí chính xác đảm bảo rằng hỗn hợp khí và nhiên liệu đạt đủ nhiệt độ và áp suất để cháy hiệu quả.

Nguyên lý hoạt động của động cơ dầu trên xe ô tô

Thông thường, các loại động cơ đốt trong sẽ hoạt động theo 4 kỳ: Nạp – nén – sinh công – xả. Cụ thể như sau:

Kỳ nạp: Hút không khí vào xi lanh

Piston chuyển động từ điểm chết trên xuống điểm chất dưới sao cho tương ứng với trục khuỷu quay ở một góc từ 0 – 180 độ. Tiếp theo, thể tích trong xi lanh sẽ tăng lên, áp suất giảm từ từ đến khi áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển. Sau đó, dưới sự tác động của cơ cấu phân phối khí xupap nạp sẽ được mở ra. Lúc này, áp suất bên trong xi lanh nhỏ hơn áp suất bên ngoài nên không khí vẫn sẽ được nạp vào xi lanh.

Kỳ nén: Nén khí đến áp suất và nhiệt độ cao

Piston sẽ chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên sao cho tương ứng với trục khuỷu quay một góc 180 – 36 độ. Đóng xupap nạp và xupap xả lại, không khí trong xi lanh lúc này cũng nén lại. Đây cũng là lúc thể tích trong xi lanh giảm và áp suất bên trong bắt đầu tăng dần lên. Khi mà piston cách điểm chết trên một góc quay trục khuỷu khoảng 15 – 30 độ thì vòi bắt đầu phun nhiên liệu dưới dạng sương mù. Nhiên liệu sẽ được trộn đều với không khí nén để tạo thành hỗn hợp đốt. Lúc này, dưới áp suất và nhiệt độ cao thì nhiên liệu sẽ bốc cháy.

Kỳ sinh công: Sinh năng lượng

Ở kỳ sinh công, vòi phun nhiên liệu vào buồng đốt trộn với không khí được nén ở áp suất và nhiệt độ cao sẽ tự động bốc cháy và sinh công cho động cơ diesel.

Kỳ xả: Xả khí thải ra ngoài

Tại bước này, piston sẽ được chuyển động từ điểm chết dưới đến điểm chết trên tương ứng với trục khuỷu quay ở góc 540 – 720 độ C. Lúc này, xupap nạp đã đóng nhưng xupap xả đã mở và piston sẽ đẩy khí ra bên ngoài.

Phân loại động cơ dầu

Các động cơ dầu có thể được phân thành các loại như sau:

Phân loại theo số xi lanh

• Động cơ Diesel 1 xi lanh: Đây là các động cơ đơn giản với một xi lanh và thường sử dụng trong các ứng dụng nhỏ, như máy phát điện di động hoặc các thiết bị công nông nghiệp.
• Động cơ Diesel nhiều xi lanh: Các động cơ Diesel nhiều xi lanh có từ 2 xi lanh trở lên và thường được sử dụng trong các phương tiện giao thông như xe tải và ô tô.

Phân loại theo thiết kế buồng đốt và nguyên tắc hòa khí

• Buồng đốt trực tiếp (Direct Injection): Trong loại này, nhiên liệu Diesel được phun trực tiếp vào buồng đốt, tạo ra điều kiện cháy tốt và hiệu quả.
• Buồng đốt gián tiếp (Indirect Injection): Trong trường hợp này, nhiên liệu Diesel được phun vào một khu vực phụ hoặc buồng riêng trước khi tiếp xúc với không khí nén trong buồng đốt.

Phân loại dựa trên chu trình hoạt động

• Chu trình 2 thì (Two-Stroke): Động cơ Diesel 2 thì hoàn thành một chu trình hoạt động trong 2 thời kỳ của piston: nén và công suất. Đây là dạng phổ biến trong các ứng dụng như máy phát điện và tàu biển.
• Chu trình 4 thì (Four-Stroke): Động cơ Diesel 4 thì hoàn thành một chu trình hoạt động trong 4 thời kỳ của piston: hút, nén, công suất và xả. Đây là loại phổ biến trên ô tô và xe tải.

Phân loại theo phương pháp nạp

• Turbo Nạp (Turbocharged): Động cơ Diesel có bộ nạp turbocharger hoặc turbo sử dụng một quạt để nạp thêm không khí vào xi lanh, tăng cường hiệu suất và mô men xoắn. Thường được sử dụng trong xe tải và ô tô thể thao.
• Không Turbo Nạp (Naturally Aspirated): Các động cơ diesel không sử dụng turbocharger và hút không khí theo cách tự nhiên. Thường sử dụng trong các ứng dụng như máy phát điện và máy công trình.

Ưu nhược điểm của động cơ dầu

Ưu điểm

• Động cơ dầu Diesel có hiệu suất mạnh mẽ và cao nhất trong tất cả các loại động cơ đốt trong.
• Loại động cơ này có thể đốt cháy một số lượng rất lớn các loại nhiên liệu khác nhau.
• Chi phí mua dầu Diesel tương đối rẻ nên việc sử dụng loại động cơ này sẽ tiết kiệm được kinh phí mua nhiên liệu.
• Động cơ Diesel không tạo thành hơi dễ cháy nên nguy cơ bắt lửa rất thấp, hạn chế được tình trạng cháy nổ.
• Lượng khí thải ô nhiễm được giảm thiểu đáng kể, ưu Việt hơn các loại động cơ chạy bằng xăng hoặc bằng ga.
• Có thể trang bị thêm turbo tăng áp công suất lớn đối với động cơ Diesel.
• Ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đời sống.

Nhược điểm

• Động cơ dầu Diesel có khối lượng khá nặng khiến việc vận chuyển và lắp ráp gặp khó khăn.
• Mức giá thành chế tạo động cơ này đắt hơn các loại khác, chi phí sửa chữa tương đối cao.
• Tốc độ chạy của động cơ dầu thường thấp hơn so với động cơ xăng.

Những lưu ý khi sử dụng xe động cơ dầu

Sử dụng đúng loại nhiên liệu

Để tránh việc đổ nhầm nhiên liệu, hãy gắn nhãn “Diesel” hoặc “Dầu” trên nắp bình xăng. Đổ nhầm nhiên liệu có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho động cơ. Xăng có thể làm giảm đặc tính bôi trơn của nhiên liệu diesel, khiến kim phun nhiên liệu bị hỏng, dẫn đến mất công suất, giảm hiệu quả sử dụng nhiên liệu và có thể gây hư hỏng nặng cho động cơ. Bên cạnh đó, xăng còn khiến cho động cơ chạy ì, gặp lỗi khi đánh lửa hoặc chết máy. Đồng thời, khi đổ nhầm xăng, hệ thống bơm nhiên liệu, đường dẫn nhiên liệu và các bộ phận khác của hệ thống nhiên liệu có nguy cơ bị hỏng nặng khiến việc sửa chữa trở nên tốn kém hơn.

Nhớ bảo dưỡng định kỳ

Động cơ dầu được đánh giá bền bỉ hơn động cơ xăng, tuy nhiên để động cơ luôn hoạt động hiệu quả, ít gây mùi và tiết kiệm nhiên liệu thì chủ xe cần biết cách bảo dưỡng và kiểm tra đúng cách:

• Nhớt máy dầu nhất định phải được thay thế định kỳ: Nhớt máy phải thay đúng loại và đúng định kỳ, nếu không sẽ dẫn đến việc động cơ phải hoạt động trong trạng thái “bị khô”. Sau một thời gian, các bộ phận như: vòng bi, bánh răng, bạc đạn,… sẽ nhanh chóng bị mài mòn vỡ khi chi phí thay thế sẽ tốn kém hơn.
• Thay lọc dầu và lọc nhiên liệu định kỳ: Lọc dầu sau một thời gian sử dụng sẽ tích tụ nhiều cặn bẩn làm tắc phin lọc, cặn bẩn sẽ đi theo dầu đến các chi tiết máy, gây ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình vận hành của động cơ. Do vậy, việc kiểm tra và thay lọc dầu, lọc nhiên liệu định kỳ là công việc rất cần thiết.
• Kiểm tra bộ phận tách nước khỏi dầu thường xuyên: Trong quá trình vận hành, xe có hiện tượng bị giật ở chế độ không tải, xe bị “hụt hơi” hoặc tắt máy khi tăng tốc, rất có thể trong nhiên liệu xe của bạn đã có nước. Đây là 1 vấn đề hết sức bình thường, cụ thể là phản ứng hóa học bạn không nhìn thấy được trong dầu. Đầu tiên phản ứng oxy hóa xảy ra khi nhiên liệu tiếp xúc với không khí chứa oxi, sau đó, phản ứng thủy phân xuất hiện khi nhiên liệu tiếp xúc với nước. Chúng là phản ứng dây chuyền tạo ra nước trong nhiên liệu. Ở nhiều xe có bộ phận tách nước, bạn chỉ cần xả nước ở bộ phận này. Tuy nhiên, có một số xe không được trang bị bộ phận này. Trong trường hợp gặp sự cố tương tự, bạn sẽ cần tháo lọc nhiên liệu để kiểm tra vấn đề.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao xe ô tô với động cơ dầu lại được ưa chuộng?

Động cơ dầu được ưa chuộng bởi:

• Chi phí di chuyển thấp hơn xe động cơ xăng: Chi phí di chuyển với những mẫu xe động cơ dầu sẽ thấp hơn so với các dòng máy xăng – thậm chí trong nhiều trường hợp có thể lên tới 25-30%. Khi kết hợp yếu tố này với dung tích bình nhiên liệu thường nhỉnh hơn của xe động cơ dầu.
• Vận hành bền bỉ trong nhiều điều kiện: Một trong những lý do để động cơ dầu luôn hiện diện trên các dòng xe cỡ lớn như SUV, bán tải hay xe thương mại (xe tải, xe buýt…) chính là do chúng được chế tạo hướng tới sự bền bỉ vượt trội trong vận hành. So với động cơ xăng, động cơ dầu thường có tỉ số nén cao hơn, duy trì hiệu quả vận hành theo thời gian tốt hơn.
• Sức kéo tốt hơn: Các loại động cơ dầu cùng dung tích và số xy lanh luôn chiếm ưu thế về mô men xoắn – đặc biệt là ở đầu dải tua máy. Với kết cấu bốn xy lanh thẳng hàng dung tích 2.8L, máy dầu dễ dàng đạt được mô men xoắn trên 450Nm ngay từ tua máy chỉ khoảng 1.500-1.800 vòng/phút. Trong khi đó, để đạt được mức này, động cơ xăng sẽ phải cần tới loại V8 4.7L (nếu không dùng hệ thống tăng áp), nhưng cũng phải từ tua máy 3.400 vòng/phút trở lên – nghĩa là trễ hơn rất nhiều.
• Không cần căn chỉnh nhiều thành phần: Với xe động cơ dầu, điều này không cần thiết nguyên tắc vận hành, kết cấu… đều khác biệt. Việc bớt “đỏng đảnh” hơn như vậy cũng là một trong những thế mạnh để xe động cơ dầu mạnh dạn di chuyển ở những khu vực hoang vu, xa xôi mà không quá lo lắng về rủi ro.
• An toàn hơn trong va chạm: Trong khi xăng có thể bùng cháy chỉ với một tia lửa dù là nhỏ nhất, dầu diesel cần có áp suất phù hợp để kích nổ. Như thế, trong các tình huống rủi ro va chạm, nhiên liệu rò rỉ ra ngoài cũng không thể gây nguy hiểm cho hành khách bên trong khoang lái và những người xung quanh được.

Cần chú ý gì khi khởi động chạy dầu diesel vào trời lạnh?

Để giúp khởi động xe dễ dàng, phần lớn các loại xe diesel đều được trang bị bộ sấy. Tại các đường ống nạp của động cơ diesel thường có các sợi đốt để làm nóng không khí trước khi vào xi-lanh. Động cơ diesel còn có các bugi sấy trong từng xi-lanh riêng rẽ, các bugi này sẽ sấy nóng trực tiếp không khí trong xi-lanh khi động cơ khởi động. Cả 2 bộ phận sấy này chỉ làm việc vài giây khi động cơ khởi động; nếu kéo dài thời gian hoạt động, chúng sẽ cháy, tuy nhiên ở các xe đời mới, nhiệm vụ kiểm soát bộ sấy là do bộ xử lý điện tử của xe đảm nhận. Nếu một trong các cuộn sấy hoặc bugi sấy bị hỏng, động cơ sẽ rất khó khởi động, động cơ giật cục, xả khói trắng khi khởi động và khi bắt đầu nổ. Một khi nhiệt độ xi-lanh đã lên cao động cơ lại hoạt động bình thường.

Cách khởi động động cơ diesel đúng là vặn chìa khoá khởi động ngay khi bộ sấy ngừng hoạt động. Chỉ chậm vài giây là bugi sấy và không khí sẽ lại nguội đi khiến động cơ khó nổ. Đa phần trên các xe diesel hiện nay đều có các đèn báo bộ sấy và bugi sấy hoạt động (thường có biểu tượng hình xoắn lò xo); khi bật ổ khoá, đèn này sẽ sáng, chờ 1 vài giây và khi đèn này tắt ngay lập tức vặn chìa khoá khởi động động cơ.

Động cơ dầu và động cơ xăng có điểm gì khác biệt?

Động cơ dầu và động cơ xăng có những điểm khác biệt như sau:

• Đại lý Honda Mỹ Đình: https://hondaotomydinh.vn/
• Fanpage: Honda Ôtô Hà Nội – Mỹ Đình
• Youtube: Honda Ôtô Hà Nội – Mỹ Đình
• Hotline: 037 583 7979

Honda Mỹ Đình

Với những chiến lược đầu tư và kinh doanh đúng đắn, Honda Ôtô Mỹ Đình tự hào được đánh giá là một trong các nhà phân phối uy tín nhất hiện nay. Honda Ôtô Mỹ Đình luôn cam kết phục vụ quý khách hàng theo phong cách chuyên nghiệpnhằm mang đến các dịch vụ tốt nhất, vượt trên cả sự mong đợi của quý vị.