Bạn đang tìm kiếm một giải pháp động cơ mạnh mẽ, bền bỉ và tiết kiệm chi phí cho công việc của mình? Động cơ diesel chính là câu trả lời. Từ những chiếc xe tải đường dài đến các tổ máy phát điện khổng lồ, loại động cơ này đã và đang là xương sống của nền kinh tế toàn cầu. Cùng DAT Group khám phá chi tiết cấu tạo và bí kíp giúp bạn tối ưu chi phí vận hành động cơ diesel một cách hiệu quả nhất trong bài viết này.

1. Động cơ diesel là gì?

Động cơ diesel là một loại động cơ đốt trong, hoạt động theo nguyên lý tự cháy. Điểm đặc trưng nhất là nhiên liệu diesel được phun vào buồng đốt ở cuối kỳ nén, nơi không khí đã được nén ở áp suất và nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ này đủ để làm nhiên liệu tự bốc cháy mà không cần tia lửa điện từ bugi như động cơ xăng.

Phân loại: Phạm vi hoạt động RPM Günter Mau phân loại động cơ diesel theo tốc độ quay thành ba nhóm

• Động cơ tốc độ cao (> 1.000 vòng/phút),
• Động cơ tốc độ trung bình (300–1.000 vòng/phút), và
• Động cơ tốc độ thấp (< 300 vòng/phút).

Rudolf Diesel là cha đẻ phát minh ra động cơ mang tên Diesel, ông sinh ra tại pháp vào năm 1858. Những phát minh khác của Rudolf Diesel:

• Động cơ của Akroyd-Stuart
• Động cơ phun nhiên liệu
• Động cơ tốc độ cao cho xe thương mại
• Động cơ ô tô chở khách tốc độ cao

 Năm 1885: Diesel thành lập cửa hàng đầu tiên tại Paris, để bắt đầu phát triển động cơ đánh lửa nén. Quá trình kéo dài 13 năm. 

Năm 1890: ông đã nhận được một số bằng sáng chế cho phát minh của mình về động cơ đốt trong đốt trong, đốt chậm, đốt chậm, hiệu quả .

Năm 1893 – 1897: Diesel tiếp tục phát triển ý tưởng của mình tại Maschinenfabrik – Augsburg AG (sau này là Maschinenfabrik-Augsburg-Nürnberg hay MAN)

Vào năm 1893: Tại MAN ở Augsburg, thử nghiệm nguyên mẫu bắt đầu với thiết kế hành trình 150 mm / 400 mm

Năm 1897: Trong khi thử nghiệm động cơ đầu tiên không thành công, một loạt cải tiến và thử nghiệm tiếp theo đã dẫn đến thử nghiệm thành công, khi Diesel đã chứng minh hiệu suất 26,2% với động cơ, một thành tựu đáng kể khi động cơ hơi nước phổ biến lúc bấy giờ có hiệu suất khoảng 10%

Năm 1898: Động cơ Diesel đầu tiên do Sulzer chế tạo và được khởi động.

Năm 1913: Ông lo lắng về những lời chỉ trích về vai trò của mình trong việc phát triển động cơ và ông lui về ở ẩn một thời gian. 

Vào những năm 1910, chúng được sử dụng rộng rãi trong tàu ngầm, tàu thủy. Sau đó, nó còn sử dụng trong đầu máy xe tải, máy xây dựng và nhà máy điện. 

Năm 1930, chúng dần bắt đầu được sử dụng trên ô tô. 

1970: Động cơ Diesel được sử dụng trên các phương tiện trên đường và xe địa hình ở Mỹ. 

Đến năm 2006: Động cơ Diesel mạnh nhất thế giới Wartsila RT-Flex96C được sản xuất, nó có công suất 80.080 Kw.  

Năm 2008: Subaru giới thiệu động cơ Diesel đối theo chiều ngang đầu tiên được trang bị cho xe khách. 

Vào những năm 2010, các mục tiêu phát triển chính của động cơ Diesel trong tương lai được mô tả cải thiện khí thải, giảm mức tiêu thụ nguyên liệu và tăng tuổi thọ. 

Người ta nói rằng động cơ diesel, đặc biệt là động cơ diesel cho xe thương mại, sẽ vẫn là động cơ xe quan trọng nhất cho đến giữa những năm 2030

2. Đặc điểm nổi bật của động cơ diesel

Động cơ diesel sở hữu nhiều đặc tính ưu việt, giúp nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng đòi hỏi sức mạnh và tính kinh tế.

2.1. Hiệu suất và tính kinh tế nhiên liệu

Một trong những lợi thế lớn nhất của động cơ diesel là hiệu suất nhiệt cao. Do có tỷ số nén cao hơn nhiều so với động cơ xăng, động cơ diesel chuyển hóa được nhiều năng lượng từ nhiên liệu thành công cơ học hơn, giúp tiết kiệm nhiên liệu đáng kể, thường từ 20-30%.

Điều này làm cho chi phí vận hành trên mỗi km hoặc mỗi giờ làm việc của động cơ diesel thường thấp hơn, đặc biệt quan trọng đối với các hoạt động thương mại và công nghiệp.

2.2. So sánh giữa động cơ diesel và động cơ xăng

Mặc dù cùng là động cơ đốt trong, hai loại động cơ này có những khác biệt cơ bản về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc tính vận hành.

2.3. Ưu điểm và hạn chế của động cơ diesel

Để đưa ra quyết định lựa chọn đúng đắn, việc hiểu rõ các thế mạnh và điểm yếu cố hữu của động cơ diesel là vô cùng quan trọng.

Ưu điểm:

• Chi phí nhiên liệu thấp, vì dầu nhiên liệu tương đối rẻ
• Tính bôi trơn tốt
• Mật độ năng lượng cao
• Nguy cơ bắt lửa thấp, vì chúng không tạo thành hơi dễ cháy

Dầu diesel sinh học là một loại nhiên liệu dễ tổng hợp, không có nguồn gốc từ dầu mỏ (thông qua quá trình chuyển hóa este) có thể sử dụng trực tiếp trong nhiều động cơ diesel, trong khi động cơ xăng cần được điều chỉnh để sử dụng nhiên liệu tổng hợp hoặc sử dụng chúng làm phụ gia cho xăng (ví dụ: etanol được thêm vào xăng pha cồn).

Hạn chế:

• Chi phí sản xuất cao: Cấu trúc phức tạp và vật liệu bền hơn làm tăng giá thành. Giá thành của động cơ diesel và chi phí sửa chữa các bộ phận cốt lõi thường đắt hơn đáng kể so với động cơ xăng.
• Tỷ số công suất/trọng lượng thấp: Tất cả các chi tiết được gia cố để tăng độ bền đều làm cho tổng thể động cơ diesel nặng hơn. Do đó, nếu so sánh hai động cơ có cùng công suất, động cơ diesel thường có trọng lượng nặng hơn và kích thước cồng kềnh hơn.
• Ồn và rung hơn: Quá trình đốt cháy diễn ra mạnh mẽ khi nhiên liệu tự bốc cháy tạo ra sóng áp suất lớn, gây ra tiếng ồn và độ rung cao hơn so với quá trình đốt cháy mượt mà hơn của động cơ xăng được kích hoạt bằng bugi..
• Vấn đề môi trường: Quá trình đốt cháy ở nhiệt độ và áp suất cao của động cơ diesel lại sinh ra hai loại khí thải độc hại chính: Oxide nito (NOx) và bụi mịn (PM 2.5), đòi hỏi các hệ thống xử lý khí thải phức tạp.

2.4. Mối quan hệ và ứng dụng kết hợp động cơ diesel với điện mặt trời trong hệ thống điện hybrid

Trong các khu vực xa lưới điện hoặc cần nguồn điện dự phòng tin cậy, hệ thống điện hybrid kết hợp máy phát điện diesel và năng lượng mặt trời là một giải pháp tối ưu.

• Ban ngày: Hệ thống ưu tiên sử dụng năng lượng mặt trời, giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu diesel.
• Ban đêm hoặc khi trời nhiều mây: Máy phát điện diesel sẽ tự động khởi động để cung cấp điện và sạc cho hệ thống lưu trữ.

Sự kết hợp này vừa đảm bảo an ninh năng lượng 24/7, vừa giúp giảm đáng kể chi phí nhiên liệu, giảm tiếng ồn và phát thải ra môi trường.

3. Cấu tạo chi tiết của động cơ diesel

Để chịu được áp suất và nhiệt độ cực cao, cấu tạo của động cơ diesel được thiết kế rất vững chắc và phức tạp hơn so với động cơ xăng.

3.1. Các bộ phận chính

Dưới đây là các bộ phận chính của động cơ diesel: 

• Xilanh và Piston: Là không gian diễn ra quá trình nén khí và đốt cháy. Piston di chuyển lên xuống trong xilanh và được làm từ vật liệu siêu bền.
• Buồng đốt: Là phần không gian trên đỉnh piston khi nó ở điểm chết trên. Thiết kế buồng đốt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hòa trộn và đốt cháy nhiên liệu.
• Kim phun nhiên liệu: Bộ phận có độ chính xác cực cao, chịu trách nhiệm phun nhiên liệu diesel dưới dạng sương vào buồng đốt với áp suất rất lớn và đúng thời điểm.
• Trục khuỷu: Biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay, tạo ra công cơ học để vận hành máy móc.
• Hệ thống làm mát: Giữ cho động cơ hoạt động ở nhiệt độ tối ưu, tránh quá nhiệt gây hư hỏng các chi tiết.

3.2. Sự khác biệt cấu tạo so với động cơ xăng

Mỗi loại động cơ sẽ có cấu tạo khác nhau. Dưới đây là cấu tạo của động cơ xăng:

• Không có bugi: Động cơ diesel không cần bugi để đánh lửa.
• Tỷ số nén cao hơn: Piston và xilanh được chế tạo dày và chắc chắn hơn để chịu được áp suất lớn.
• Hệ thống phun nhiên liệu phức tạp: Bơm cao áp và kim phun của động cơ diesel có cấu tạo tinh vi và đắt tiền hơn nhiều so với hệ thống phun xăng hoặc bộ chế hòa khí.

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel

Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel dựa trên một hiện tượng vật lý đơn giản: khi một khối khí bị nén mạnh, nhiệt độ của nó sẽ tăng lên.

4.1. Nguyên lý nén cháy (compression-ignition)

Động cơ diesel nén không khí trong xilanh đến một áp suất cực lớn (gấp 15-25 lần áp suất khí quyển). Quá trình nén này làm nhiệt độ không khí tăng vọt lên khoảng 500-750°C. Khi nhiên liệu diesel được phun vào, nó ngay lập tức gặp nhiệt độ cao này và tự bốc cháy, tạo ra một vụ nổ đẩy piston đi xuống.

4.2. Chu kỳ làm việc động cơ diesel (2 kỳ và 4 kỳ)

Đa số động cơ diesel hiện nay hoạt động theo chu kỳ 4 kỳ để hoàn thành một chu trình sinh công:

1. Kỳ nạp: Piston đi xuống, hút không khí sạch vào đầy xilanh.
2. Kỳ nén: Piston đi lên, nén khối không khí trong xilanh làm tăng áp suất và nhiệt độ.
3. Kỳ cháy – giãn nở: Kim phun phun nhiên liệu vào buồng đốt. Nhiên liệu tự bốc cháy, tạo áp suất lớn đẩy piston đi xuống, sinh công.
4. Kỳ thải: Trong 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.

4.3. Quá trình phun nhiên liệu và đốt cháy

Đây là quá trình then chốt quyết định hiệu suất động cơ. Nhiên liệu được bơm cao áp đẩy đến kim phun và được phun vào buồng đốt dưới dạng các hạt sương cực nhỏ. Quá trình này giúp nhiên liệu hòa trộn nhanh với không khí nóng và cháy một cách hiệu quả nhất.

5. Các loại động cơ diesel phổ biến hiện nay

Công nghệ động cơ diesel đã phát triển không ngừng, tạo ra nhiều biến thể khác nhau để phù hợp với từng mục đích sử dụng.

5.1. Động cơ diesel 2 kỳ và 4 kỳ

Phân biệt sự khác nhau giữa động cơ 4 kỳ và 2 kỳ:

Động cơ diesel 4 kỳ: 

Phổ biến nhất, được sử dụng trong hầu hết các loại xe tải, xe buýt, máy phát điện và ô tô con. Hoạt động êm ái và hiệu quả hơn.

Động cơ diesel 2 kỳ: 

Hoàn thành chu trình sinh công chỉ trong 2 hành trình của piston. Có tỷ lệ công suất/trọng lượng cao, thường được dùng trong các động cơ tàu thủy cực lớn hoặc các ứng dụng nhỏ gọn.

Quá trình quét trong động cơ hai kỳ, nhìn chung, có ba loại quá trình quét có thể xảy ra:

• Quá trình quét dòng đơn
• Quá trình quét dòng chéo

• Quá trình quét dòng ngược

5.2. Động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp và gián tiếp

Giữa phun nhiên liệu trực tiếp khác như thế nào so với gián tiếp. Hãy xem thông tin dưới đây: 

• Phun trực tiếp (Direct Injection – DI): Nhiên liệu được phun thẳng vào buồng đốt chính trên đỉnh piston. Đây là công nghệ phổ biến hiện nay, cho hiệu suất cao và tiết kiệm nhiên liệu.
• Phun gián tiếp (Indirect Injection – IDI): Nhiên liệu được phun vào một buồng đốt phụ, sau đó mới lan vào buồng đốt chính. Công nghệ này cũ hơn, động cơ chạy êm hơn nhưng hiệu suất kém hơn.

5.3. Động cơ diesel turbo tăng áp

Turbo tăng áp (Turbocharger) là một thiết bị sử dụng khí thải để quay một tuabin, tuabin này nén không khí trước khi đưa vào xilanh. Việc này giúp đưa được nhiều không khí hơn vào buồng đốt, cho phép đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn, từ đó tăng đáng kể công suất và mô-men xoắn mà không cần tăng dung tích động cơ.

6. Ứng dụng của động cơ diesel trong đời sống và công nghiệp

Với những đặc tính ưu việt về hiệu suất, mô-men xoắn và độ bền, động cơ diesel đã khẳng định vai trò không thể thiếu, trở thành trái tim cung cấp năng lượng cho hàng loạt ngành công nghiệp và lĩnh vực quan trọng trong đời sống. 

6.1. Trong các phương tiện giao thông

Đây là lĩnh vực mà động cơ diesel thể hiện sự thống trị tuyệt đối. 

• Vận tải hàng hóa và hành khách hạng nặng: Toàn bộ ngành công nghiệp logistics, từ xe tải, xe đầu kéo container đến xe buýt đường dài, đều vận hành dựa trên sức mạnh của động cơ diesel để di chuyển những khối lượng hàng hóa và con người khổng lồ một cách kinh tế nhất.
• Ngành đường sắt và hàng hải: Các đầu máy xe lửa diesel-điện và động cơ tàu thủy (tàu chở hàng, tàu cá, tàu du lịch) yêu cầu nguồn năng lượng cực lớn, hoạt động bền bỉ trong nhiều ngày liên tục. 
• Phương tiện cá nhân chuyên dụng: Một số dòng xe bán tải (pickup) và SUV được trang bị động cơ diesel, hướng đến nhóm khách hàng cần sức kéo vượt trội để kéo rơ-moóc hoặc di chuyển trên các địa hình khó khăn, đồng thời tối ưu hóa chi phí nhiên liệu trên các chặng đường dài.

6.2. Trong máy móc công nghiệp và thiết bị xây dựng

Các cỗ máy khổng lồ như máy xúc, máy ủi, xe lu, xe ben cần một lực mô-men xoắn tức thời cực lớn để đào đất, đẩy đá và san lấp mặt bằng. Động cơ diesel đáp ứng hoàn hảo yêu cầu này.

Xe nâng hàng trong các nhà kho, nhà máy; máy bơm nước và máy nén khí công suất lớn trong các dây chuyền sản xuất đều dựa vào sự ổn định và mạnh mẽ của động cơ diesel.

6.3. Động cơ diesel trong phát điện và các ứng dụng khác

Động cơ diesel là trái tim của các tổ máy phát điện, đóng vai trò là nguồn điện dự phòng tối quan trọng cho các cơ sở trọng yếu như bệnh viện, trung tâm dữ liệu, nhà máy, và các tòa nhà thương mại, đảm bảo hoạt động không bị gián đoạn khi có sự cố lưới điện.

Các loại máy móc nông nghiệp công suất lớn như máy cày, máy gặt đập liên hợp phụ thuộc vào động cơ diesel để có đủ sức mạnh cày xới những cánh đồng rộng lớn và thu hoạch mùa màng một cách hiệu quả.

6.4. Hệ thống điện hybrid kết hợp động cơ diesel và năng lượng mặt trời

Đây là một trong những ứng dụng tiên tiến và hiệu quả nhất của động cơ diesel trong kỷ nguyên năng lượng sạch. Hệ thống điện hybrid kết hợp máy phát điện diesel và năng lượng mặt trời mang lại một giải pháp năng lượng toàn diện. Giải pháp này đặc biệt lý tưởng cho các trang trại, khu nghỉ dưỡng (resort), hải đảo, và các cơ sở sản xuất xa lưới điện.

7. Bảo dưỡng và vận hành động cơ diesel hiệu quả

“Của bền tại người” để tối ưu chi phí và kéo dài tuổi thọ động cơ, việc bảo dưỡng đúng cách là cực kỳ quan trọng.

• Thay dầu và lọc dầu định kỳ: Dầu nhớt là mạch máu của động cơ. Luôn tuân thủ lịch trình thay dầu và sử dụng loại dầu đúng tiêu chuẩn do nhà sản xuất khuyến nghị.
• Kiểm tra hệ thống làm mát: Đảm bảo mức nước làm mát luôn đủ và hệ thống không bị rò rỉ để tránh động cơ bị quá nhiệt.
• Vệ sinh/thay lọc không khí và lọc nhiên liệu: Lọc sạch giúp không khí và nhiên liệu vào buồng đốt sạch sẽ, đảm bảo quá trình đốt cháy hiệu quả và bảo vệ kim phun.
• Sử dụng nhiên liệu sạch: Tránh sử dụng nhiên liệu diesel kém chất lượng, lẫn tạp chất hoặc nước vì chúng có thể phá hỏng hệ thống bơm cao áp và kim phun.
• Khởi động và tắt máy đúng cách: Để máy chạy không tải vài phút trước khi tắt để turbo tăng áp được làm mát, giúp tăng tuổi thọ của bộ phận này.

Bằng cách hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý và thực hiện bảo dưỡng đúng cách, bạn có thể khai thác tối đa sức mạnh và tính kinh tế mà động cơ diesel mang lại, biến nó thành một cộng sự đắc lực và đáng tin cậy trong mọi công việc.

Bạn có câu hỏi về động cơ diesel hoặc cần một giải pháp năng lượng phù hợp? Đội ngũ chuyên gia của DAT Group luôn sẵn sàng lắng nghe và hỗ trợ. Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay qua site https://datsolar.com/ để biến thách thức về năng lượng thành lợi thế cạnh tranh của bạn.

Nguồn tham khảo: 

• Helmut Tschöke, Klaus Mollenhauer, Rudolf Maier (ed.): Handbuch Dieselmotoren, 8th edition, Springer, Wiesbaden 2018,

• Hua Zhao: Advanced Direct Injection Combustion Engine Technologies and Development: Diesel Engines, Elsevier, 2009.

• Günter P. Merker, Rüdiger Teichmann (ed.): Grundlagen Verbrennungsmotoren – Funktionsweise · Simulation · Messtechnik, 7th edition, Springer, Wiesbaden 2014

• Konrad Reif (ed.): Dieselmotor-Management im Überblick. 2nd edition. Springer, Wiesbaden 2014,

• Trường, P. Đ. (2021, June 1). Lịch sử phát triển động cơ dầu diesel