Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel

Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel
Trên thực tế, quy trình hoạt động của động cơ diesel cũng giống như động cơ xăng. Mỗi chu kỳ làm việc đều trải qua các giai đoạn nạp, nén, đốt và xả. Tuy nhiên, do nhiên liệu diesel có độ nhớt cao hơn xăng và khó bay hơi hơn, đồng thời nhiệt độ tự cháy của nó thấp hơn xăng, nên quá trình hình thành hỗn hợp nhiên liệu và quá trình đốt cháy diễn ra theo cách khác so với động cơ xăng.
Trong hành trình nạp, động cơ diesel hút không khí tinh khiết vào. Gần cuối hành trình nén, bơm phun nhiên liệu diesel tạo áp suất dầu lên đến 10 MPa hoặc cao hơn, sau đó qua các vòi phun, nhiên liệu được phun vào xi-lanh, trộn lẫn với không khí nóng đã được nén trong một khoảng thời gian rất ngắn, tạo thành hỗn hợp dễ cháy. Do tỷ số nén của động cơ diesel (thường là 16-22), nên áp suất không khí nén trong xi-lanh vào cuối hành trình nén lên đến 3,5-4,5 MPa và nhiệt độ lên đến 750-1.000 K; trong khi đó, hỗn hợp xăng tại thời điểm này, áp suất không khí 0,6–1,2 MPa và nhiệt độ lên đến 600–700 K, vượt xa nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu diesel; do đó, khi nhiên liệu diesel được phun vào xi-lanh và trộn với không khí trong thời gian rất ngắn, quá trình cháy tự phát xảy ra ngay lập tức. Áp suất trong xi-lanh tăng lên đến 6–9 MPa, nhiệt độ tăng nhanh lên 2000–2500 K, tạo ra khí áp suất cao, đẩy piston di chuyển xuống và quay trục khuỷu để tạo ra công suất; khí thải được thải ra ngoài qua ống xả vào khí quyển.
Trong động cơ diesel thông thường, nhiên liệu diesel được bơm vào buồng đốt của từng xi-lanh nhờ trục cam động cơ, được truyền động bởi bơm áp suất cao. Cách thức cung cấp nhiên liệu này thay đổi theo tốc độ quay của động cơ, do đó không thể đảm bảo việc cung cấp nhiên liệu tối ưu ở các mức tốc độ khác nhau. Hiện nay, hệ thống phun nhiên liệu diesel Common Rail điều khiển điện tử đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi và có thể giải quyết vấn đề này một cách hiệu quả hơn.
Hệ thống phun nhiên liệu Common Rail bao gồm bơm cấp nhiên liệu áp suất cao, đường ống chung, kim phun, bộ điều khiển điện tử (ECU) và một số cảm biến áp suất đường ống; trong hệ thống này, mỗi kim phun được kết nối với đường ống chung thông qua đường ống áp suất cao của riêng mình, và đường ống chung đóng vai trò như bộ tích áp thủy lực đối với các kim phun. Trong quá trình hoạt động, bơm nhiên liệu áp suất cao cung cấp nhiên liệu áp suất cao vào đường ống chung; hệ thống này hoạt động theo cơ chế vòng kín bao gồm bơm áp suất cao, cảm biến áp suất và ECU, giúp thực hiện kiểm soát thủy lực chính xác trong đường ống chung, từ đó loại bỏ hoàn toàn hiện tượng áp suất nhiên liệu thay đổi theo tốc độ quay của động cơ. Các đặc điểm chính của hệ thống này bao gồm ba khía cạnh sau:
1. Thời điểm phun và lượng nhiên liệu được điều chỉnh hoàn toàn độc lập với áp suất phun và thời gian phun do ECU điều khiển trong quá trình phun nhiên liệu.
2 có thể dựa trên các điều kiện vận hành của động cơ để điều chỉnh áp suất phun nhiên liệu vào xi-lanh, điểm bắt đầu phun và thời gian phun, nhằm đạt được các thông số điều khiển phun nhiên liệu tối ưu.
3 có thể đạt được áp suất phun cao và có thể thực hiện quá trình phun trước đối với dầu diesel.
So với động cơ xăng, động cơ diesel có mức tiêu thụ nhiên liệu thấp (trung bình thấp hơn 30% so với xăng) và giá dầu diesel cũng thấp, do đó hiệu quả sử dụng nhiên liệu cao hơn; trong khi tốc độ quay của động cơ thường thấp hơn nhiều so với động cơ xăng, nhưng mô-men xoắn lại lớn hơn so với xăng, nhưng động cơ diesel hoạt động ồn ào, chi phí sản xuất và bảo trì cao, đồng thời lượng khí thải cũng cao hơn so với động cơ xăng. Tuy nhiên, nhờ công nghệ hiện đại, những nhược điểm này đang dần được khắc phục.