Sự khác nhau giữa động cơ xăng và động cơ diesel

Đầu tiên cùng xem xét một động cơ xăng 4 thì bao gồm 1 buồng đốt xi-lanh. Điều đầu tiên mà chúng ta sẽ nói tới, có lẽ là điểm khác biệt lớn nhất là điểm hỏa chế hòa khí ở từng động cơ.

Ở động cơ xăng, chúng ta điểm hỏa bằng bu-gi còn ở động cơ diesel, chúng ta sử dụng áp suất. Và chúng ta cần nắm được cái gọi là nhiệt độ tự cháy của chế hòa khí. Đó là mức nhiệt độ đủ khiến cho chế hòa khí bắt đầu tự cháy và giải phóng năng lượng, không cần đến bu-gi điểm hỏa. Vì vậy nếu bạn khiến hỗn hợp khí đạt nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tự cháy, ví dụ khi bạn dẫn chế hòa khí vào buồng xi-lanh, hỗn hợp này sẽ ngay lập tự bốc cháy mà không cần điểm hỏa từ bên ngoài. Điều quan trọng đối với động cơ xăng ở đây, sau khi hiểu về nhiệt độ tự cháy, đó là đảm bảo được trong quá trình hoạt động (thì nén) bạn không nén chế hòa khí quá mức khiến nhiệt độ của hỗn hợp tăng vượt quá nhiệt độ tự cháy và bắt đầu cháy trước khi bu-gi của bạn điểm hỏa. Mặt khác, trên động cơ diesel, bạn lại muốn đảm bảo rằng trong quá trình nén chế hòa khí, nhiệt độ của hỗn hợp sẽ được đẩy lên trên nhiệt độ tự cháy của nó.

Do đó, một khi bạn đưa hỗn hợp nhiên liệu vào buồng xi-lanh sau đấy bắt đầu thì nén, áp suất của hỗn hợp khí tăng lên cùng với nhiệt độvậy nên ngay khi bạn bơm nhiên liệu vào buồng xi-lanh, hỗn hợp nhiệt liệu và khí ngay lập tức có thể bắt lửa để bắt đầu kỳ nổ

Cả 2 loại động cơ về cơ bản đều giống nhau, bao gồm 4 thì trong 1 chu kỳ hoạt động.

Quá trình diễn ra tại xi-lanh

Đầu tiên bạn nạp đầy buồng xi-lanh sau đó bạn sẽ nén hỗn hợp bên trong buồng xi-lanh, có thể là không khí hoặc không khí và nhiên liệu. Ở động cơ diesel thì các bạn có nhiên liệu được phun thành tia vào thẳng xi lanh. Để làm được điều đó thì ở vị trí của bu-gi, các bạn sẽ có đầu phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng xi-lanh. Trên động cơ xăng thì bu-gi làm nhiệm vụ đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu tạo lực đẩy làm quay trục động cơ.

Cuối cùng là kỳ xả được diễn ra khi pit-tông chuyển động ngược lên phía trên, đẩy hỗn hợp khí và nhiên liệu đã cháy ra ngoài. Đây chính là khí thải của chu trình hoạt động của động cơ. Cũng chính bởi nhiệt độ tự cháy đóng vai tròn then chốt trong hoạt động của 2 loại động cơ bạn sẽ muốn đảm bảo rằng nhiệt độ trong buồng đốt của động cơ diesel sẽ lớn hơn nhiệt độ này. Mặt khác, nhiệt độ trong buồng đốt của động cơ xăng cần phải nhỏ hơn. Điều này giải thích tại sao lại có sự khác nhau cơ bản giữa các tỉ số nén giữa động cơ diesel và động cơ xăng.

Động cơ xăng về cơ bản có tỉ số nén thấp hơn rất nhiều, vào khoảng 10:1 so với động cơ diesel, có tỉ số nén cao hơn, khoảng 16:1 thậm chí lớn hơn. Đây chính là 1 trong những điểm khác biệt lớn nhất bạn muốn đảm bảo rằng không khí trong buồng đốt của động cơ diesel đủ nóng để có thể bắt lửa ngay khi nhiên liệu được phun vào buồng đốt

Chúng ta cùng tiến tới điểm khác biệt thứ 2 giữa 2 loại động cơ.

Cụ thể là giữa việc có và không có van bướm ga

Thông thường, ở động cơ diesel, các bạn sẽ không thấy sự tồn tại của bướm ga còn trên động cơ xăng, bướm ga là bộ phận không thể tách rời. Lý do bạn buộc phải có bướm ga ở trên động cơ xăng đó là vì nhờ nó bạn có thể kiểm soát được công suất sinh ra bởi động cơ.

Cụ thể, khi bạn đạp ga, điều bạn làm chính là mở rộng bướm ga giúp không khí đi vào buồng đốt nhiều hơn. Điều đó cũng đồng nghĩa với lượng nhiên liệu đi vào tăng lên và công suất sản sinh cũng vì thế mà tăng lên. Mặt khác, với động cơ diesel, điều bạn làm đơn giản hơn nhiều, đó là bạn chỉ việc kiểm soát lượng nhiên liệu được phun vào trong buồng đốt. Do đó, bạn sẽ không có bướm ga mà thay vào đó là 1 lỗ mở giúp không khí đi vào buồng đốt.

Bạn sẽ luôn luôn có 1 lượng không khí ổn định đi vào trong buồng đốt điều tạo ra sự khác biệt đó là lượng nhiên liệu phun vào lượng nhiên liệu phun vào tỉ lệ thuận với công suất sinh ra, lượng khí thải cũng vì thế mà tăng lên và Công suất của Turbo cũng được đẩy lên cao hệ thống là nạp nhiều không khí hơn nữa vào buồng đốt, lượng nhiên liệu được phun vào tiếp tục tăng và động cơ tiếp tục sinh ra công suất ngày càng lớn.

Trong thực tế, có một số động cơ diesel vẫn được trang bị bướm ga, bướm ga trong trường hợp này giúp bạn kiểm soát được áp suất trong đường ống dẫn khí nạp bằng cách này, bạn có thể điều chỉnh lượng khí thải tuần hoàn tham gia vào mỗi chu kì của động cơ. Một tác dụng nữa của bướm ga đối với động cơ diesel đó là khi bạn tắt động cơ, bạn có thể điều chính đóng bướm ga 1 cách từ từ tránh tình trạng dừng đột ngột có thể gây ra hỏng hóc các bộ phận của động cơ vì khi đó bạn đã chặn đường cung cấp không khí cho buồng đốt 1 cách từ từ, qua đó giảm dần công suất sinh ra bởi động cơ. Động cơ sẽ dừng 1 cách mượt mà hơn đó chính là tỉ lệ hỗn hợp giữa không khí và nhiên liệu

Qua phần này, chúng ta có thể hiệu tại sao động cơ diesel lại có thể điều chỉnh công suất sinh ra nhiều hay ít đơn giản bằng cách tăng giảm lượng nhiên liệu phun vào và điều thú vị ở đây về 2 loại động cơ này là cả 2 có tỉ lệ hỗn hợp giữa không khí và nhiên liệu lí tưởng rất giống nhau. Đây là tỉ lệ mà toàn bộ lượng không khí sẽ được sử dụng hết nhằm đốt cháy hết toàn bộ lượng nhiên liệu. Tỉ lệ này rơi vào khoảng 14.5:1 hoặc 15:1.

Ở đây chúng ta có 1 biểu đồ về tỉ lệ trộn giữa không khí và nhiên liệu từ 1:1 đến 75:1

Điều thú vị là dù có tỉ lệ lí tưởng tương đồng nhưng 2 loại động cơ lại có dải hoạt động rất khác nhau.

Cụ thể, ở động cơ xăng, thì nổ có thể diễn ra khi hỗn hợp có tỉ lệ vào khoảng 6:1 đến khoảng 25:1 1 số loại động cơ đặc biệt hơn thì có dải hoạt động hẹp hơn vào khoảng 12:1 đến 18:1. Mặt khác, động cơ diesel lại có dải hoạt động rộng hơn rất nhiều từ khoảng 18:1 đến khoảng 70:1. Khi hỗn hợp có tỉ lệ lớn hơn tỉ lệ lí tưởng, chúng ta gọi đó là 1 hỗn hợp "nghèo", nhiên liệu quá ít so với lượng không khí. Tất cả tỉ lệ nhỏ hơn tỉ lệ lí tưởng, chúng ta gọi đó là hỗn hợp "giàu", không khí ko đủ để đốt cháy toàn bộ nhiên liệu

Và ở đây bạn có thể nhìn thấy rằng động cơ diesel có khả năng hoạt động trong dải tỉ lệ rất rộng này, bạn không phải quá lo đến việc tăng lượng nhiên liệu đưa vào sẽ khiến hỗn hợp trở nên "nghèo" gây ra hao tổn nhiên liệu như trên động cơ xăng với dải hoạt động hẹp khi bạn đưa thêm nhiên liệu vào buồng đốt, tương đương với việc bạn đang giảm dần tỉ lệ hỗn hợp, tiến sát gần hơn với tỉ lệ lí tưởng, tức là lượng không khí trong buồng đốt vẫn đủ để đốt cháy lượng nhiên liệu đang tiếp tục tăng lên, qua đó giúp tăng công suất.

Vậy tại sao mà động cơ diesel lại có dải hoạt động rộng đến vậy?

Điều quan trọng phải hiểu được ở đây đó là, ở động cơ diesel, các bạn có cơ chế phun nhiên liệu trực tiếp vào thẳng buồng đốt việc phun trực tiếp vào như vậy sẽ không thể đảm bảo bạn có 1 hỗn hợp đồng nhất với tỉ lệ đều nhau. Bạn sẽ có 1 số vùng hỗn hợp đủ khả năng cháy vì chúng ở trong dải hoạt động cho phép nhưng cũng sẽ tồn tại những vùng quá "nghèo" hoặc quá "giàu" Ví dụ như có thể bạn có tỉ lệ hỗn hợp trung bình rơi vào khoảng 65:1 sẽ có 1 số vùng sẽ có tỉ lệ thấp hơn rất nhiều. Đấy chính là những vùng sẽ cháy những vùng quá "giàu" hoặc quá "nghèo" sẽ chưa cháy, ngay lập tức các vùng này sẽ phải đợi đến khi đạt được tỉ lệ hỗn hợp phù hợp hơn để cháy.

Do đó, dù tỉ lệ hỗn hợp trung bình ở khoảng này nhưng bạn vẫn sẽ có những vùng có tỉ lệ thấp hơn, có thể cháy ngay đấy chính là thời điểm thì nổ bắt đầu diễn ra trong động cơ diesel.

Và giờ cùng đến với điểm cuối cùng, chúng ta sẽ nói đến cơ chế phanh của động cơ.

Trên động cơ xăng, phương thức để phanh động cơ đó là khi bạn nhả ga, bướm ga bắt đầu đóng và vì bướm ga nạp bị đóng, pít-tông trong buồng đốt pít tông đang di chuyển xuống vị trí phía dưới ở thời điểm đầu của thì nạp nhằm hút hỗn hợp nhiên liệu và không khí vào buồng đốt bướm ga nạp lúc này bị đóng không cho hỗn hợp đốt lọt vào buồng đốt dẫn đến hiện tượng chân không xảy ra trong buồng đốt và chính môi trường chân không trong buồng đốt có tác dụng hãm chuyển động của động cơ, giúp xe bạn giảm tốc thông qua hệ thống dẫn động trên xe.

Ở trên động cơ diesel thì như đã nói ở trên, không phải lúc nào bướm ga cũng xuất hiện dó đó mà cơ chế hoạt động có sự khác biệt bạn sẽ không thể tạo ra môi trường chân không bên trong buồng đốt được nữa. Trên động cơ diesel thì bạn sẽ có 2 phương thức để phanh động cơ, đối với những loại động cơ cỡ nhỏ điều mà các nhà sản xuất thường làm là thêm 1 van ở cổng xả. Lúc bạn ở thì xả, pít tông di chuyển lên vị trí cao nhằm đẩy khỉ thải ra ngoài. Tuy nhiên lúc đấy van xả của bạn đang bị đóng, và cũng tương tự như bướm ga nạp, khí thải sẽ không thể thoát ra ngoài. Điều này sẽ tạo ra áp lực tác dụng ngược trở lại lên pít tông trong buồng đốt điều này sẽ khiến pít tông bị di chuyển chậm lại qua đó giúp xe bạn giảm tốc độ, Pít tông sẽ cố gắng đẩy khí thải ra khỏi buồng đốt nhưng không thể, do lối ra đã bị chặn, do đó lượng khí thải bị ép sẽ tác dụng ngược trở lên pít tông và điều này sẽ khiến xe bạn chậm lại.

Cách còn lại để khiến động cơ diesel chuyển động chậm lại, được sử dụng phổ biến hơn cách này được biết đến nhiều bởi tên gọi phanh Jake:

- Cơ chế hoạt động của loại phanh động cơ này như sau:

+ Trong thì nén của động cơ bình thường, nếu bạn để van nạp và van xả đóng, điều mà bạn sẽ không muốn làm chút nào tất cả áp suất được hình thành trong quá trình nén, sẽ tác dụng ngược trở lại lên pít tông và đẩy pít tông chuyển động xuống phía dưới, bạn sẽ không thực sự mất quá nhiều năng lượng để làm chuyển động pít tông bởi vì năng lượng bạn dùng để nén không khí tạo áp suất rồi cũng chính áp suất tạo thành này giúp pít tông chuyển động xuống mà không cần nhờ 1 lực tác động nào khác bạn sẽ có rất ít năng lượng bị mất đi nhằm giúp pít tông chuyển động lên xuống và điều mà bạn muốn làm ở đây chính là trong quá trình diễn ra thì nén một khi pít tông đã lên đến vị trí cao nhất bạn sẽ cho mở van xả và khi van xả được mở bạn sẽ cho phép lượng khí thải di chuyể n ra khỏi buồng đốt đồng nghĩa với lượng không khí bị nén cũng sẽ thoát ra ngoài và bị lãng phí
không còn được sử dụng để đẩy pít tông đi xuống nữa như vậy, năng lượng được bạn dùng để nén không khí, nhưng sau đó bạn lại để không khí thoát ra ngoài cứ tiếp tục như vậy, năng lượng sinh ra tiếp tục bị lãng phí quá trình van xả mở trong thì nén và khí nén thoát ra ngoài thông thường gây ra khá nhiều tiếng động mà bạn có thể nghe được. Tất nhiên ở đây, 1 điểm cần lưu ý là thời điểm đóng mở van xả phải được tính toán kĩ để không chạm vào pít tông khi pít tông di chuyển đến vị trí cao nhất.

Tóm lại, nguyên tắc cơ bản nhất là giải phóng khí nén ra ngoài buồng đốt qua đó bạn loại bỏ áp lực tác dụng ngược lên pít tông giúp pít tông không di chuyển xuống pít tông sẽ không thể tiếp tục di chuyển để tạo ra chuyển động đến các bánh xe

Vậy đó là cách mà các bạn sẽ sử dụng khi muốn tận dụng lực phanh động cơ trên một chiếc xe dùng động cơ diesel.

Và cùng xem VIDEO để hiểu rõ hơn.