Tìm hiểu về động cơ diesel: công nghệ, nguyên lý hoạt động

Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ, các vấn đề được giải quyết và diesel này càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn.

Về nguyên lý cơ học, động cơ diesel hoạt động đơn giản hơn động cơ xăng. Cả hai cùng sử dụng xi-lanh, piston, truyền năng lượng thông qua trục khuỷu và chia thành hai loại 2 thì và 4 thì. Động cơ 2 thì thường sử dụng đa dạng từ xe loại nhỏ, máy xén cỏ đến tàu chở hàng. Trong khi đó, động cơ 4 thì được sử dụng cho xe hạng trung cần hiệu suất nhiên liệu tối đa như xe du lịch.

Sự khác biệt duy nhất giữa động cơ xăng và động cơ diesel là cơ chế đánh lửa. Trong khi động cơ xăng cần có thiết bị đánh lửa (bugi) để kích hoạt quá trình cháy nổ của hỗn hợp khí nén xăng - không khí thì động cơ diesel lại hoạt động theo nguyên lý tự nổ. Khi hòa khí diesel - không khí được nén ở áp suất cao (tỷ số nén lớn), nhiệt sinh ra sẽ kích hoạt quá trình tự cháy nổ. Chính đặc điểm này làm động cơ diesel có hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao.

Tỷ số nén của động cơ diesel vào khoảng 15-25, cao hơn nhiều so với động cơ xăng (từ 9 đến 13). Chính vì vậy, công nghệ và vật liệu chế tạo động cơ diesel cao hơn để đảm bảo độ bền và giảm thiểu độ mài mòn. Nhược điểm nữa của động cơ diesel là nhiên liệu. Do nằm trong phân đoạn nặng hơn xăng nên khả năng bay hơi của diesel kém, do đó khó khởi động. Cũng vì diesel chứa các phân tử lớn hơn xăng nên khả năng đốt cháy hoàn toàn thấp, nên hay sinh ra bụi than và khí độc.

Chỉ tiêu của nhiên liệu diesel cũng khác với xăng. Trong khi xăng sử dụng chỉ số chống kích nổ Octan thì diesel sử dụng chỉ số kích nổ Cetan. Nghĩa là loại diesel nào càng dễ kích nổ càng tốt. Tuy nhiên, đặc điểm quan trọng nhất là nồng độ lưu huỳnh trong của nhiên liệu diesel. Ở Việt Nam, diesel hiện được bán có nồng độ lưu huỳnh dưới 5%.

Ngành vận tải có lẽ là nơi duy nhất ưu ái với động cơ diesel ngay từ khi ra đời do nó bền hơn từ 2 đến 3 lần so với động cơ xăng và sinh ra nhiều mô-men xoắn hơn. Đại lượng mô-men xoắn đồng nghĩa với khả năng đẩy một vật từ vị trí đứng yên sang trạng thái chuyển động. Vì vậy, khi mô-men xoắn đủ lớn, động cơ dễ dàng giúp chiếc xe đạt vận tốc như mong muốn từ trạng thái dừng.

Trong khi người Mỹ giữ thái độ “ghẻ lạnh” với diesel thì châu Âu và châu Á lại coi đó như một nguồn nhiên liệu hiệu quả. Các phát minh cải tiến xuất phát chủ yếu từ những hãng xe của hai châu lục này. Cùng với sự phát triển của công nghệ, vấn đề khí thải của động cơ diesel được giải quyết thông qua bộ trung hòa xúc tác. Còn để giảm thiểu tiếng ồn, các nhà nghiên cứu tập trung phát triển hệ thống nạp nhiên liệu mới hoạt động êm ái hơn. Giới thiệu lần đầu tiên năm 1995, hệ thống nạp liệu CRD (common rail direct injection) sử dụng bơm cao áp (lên tới 1.579 atm) cung cấp nhiên liệu sơ cấp tới các đầu phun. Động cơ ứng dụng công nghệ CRD có công suất cao, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu tiếng ồn. Những năm sau đó, hệ thống điều khiển điện tử tích hợp trên CRD khiến công nghệ này ngày càng trở nên tối ưu hơn.

Hiện nay, không chỉ có các dòng xe tải, xe van chở hàng mà dòng xe du lịch cũng sử dụng diesel. Mercedes, BMW và Volkswagen là những hãng đi đầu trong ứng dụng công nghệ diesel trên các sản phẩm hạng sang. Mercedes có E320 CDI với mức tiêu hao nhiên liệu 8 lít cho 100 km trong thành phố và 6 lít trên đường trường. Volkswagen có các mác xe chạy diesel nổi tiếng như Golf, Jetta, New Beetle. Còn các sản phẩm chạy diesel của BMW có kí hiệu “d” dưới mã tên như 318d, 325d, 525d thậm chí cả dòng xe sang cao cấp serie 7 như 730d.