Diesel và động cơ diesel

Lời giới thiệu
Dầu mỏ đã được loài người đã tìm thấy hàng ngàn năm trước Công
Nguyên. Mãi đến thế kỷ 19 người ta mới bắt đầu khai thác dầu theo mô
hình công nghiệp. và cuộc khoan dầu được toàn thế giới biết đến là
của Edwin L. Drake vào năm 1859 ở Oil Creek, Pennsylvania. Sản phẩm
tinh chế đầu tiên từ dầu thô là dầu đèn (dầu hỏa). Ngày nay dầu mỏ là
một trong những nhiên liệu quan trọng nhất của xã hội hiện đại dùng để
sản xuất nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, nguyên liệu cho
ngành tổng hợp hữu cơ hoá dầu.Dầu thô khi khai thác lên phải trải qua
các quá trình làm sạch tạp chất sau đó đưa vào quá trình chưng cất phân
đoạn với các khoảng nhiệt độ khác nhau để thu được những sản phẩm
nhất định, pha thêm phụ gia để được các sản phẩm có giá trị thương mại.
Mỗi phân đoạn sản phẩm thu được có thành phần và tính chất khác nhau.
Và sản phẩm của dầu mỏ được ứng dụng nhiểu trong các động cơ xăng,
động cơ diesel và động cơ phản lực. Trong bài báo cáo này, chúng tôi sẽ
đề cập đến nhiên liệu diesel từ dầu mỏ và và sự ra đời của động cơ diesel.

Hình 1: Động cơ diesel cổ nhất
mercedes- benz
Diesel và động cơ diesel

Hình 2: Động cơ diesel của
Page 1


1 DIESEL VÀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG DIESEl
1.1 Nhiên liệu diesel

1.1.1








Thu sản phẩm diesel từ dầu mỏ

Thông thường quá trình chưng cất dâu mỏ được chia thành các giai
đoạn sau:
Phân đoạn xăng với khoảng nhiệt độ sôi dưới 1800C, bao gồm các thành
phần từ C5 đến C10, C11.
Phân đoạn kerosen với nhiệt độ sôi từ 1800C đến 2500C, chứa các
hydrocacbon từ C11 đến C16.
Phân đoạn Gas nhẹ( Diesel) với nhiệt độ sôi 2500C đến 3500C, chứa các
thành phần C16 đến C21.
Phân đoạn gas soil nặng ( phân đoạn dầu nhơn) với nhiệt độ sôi 3500C
đến 5000C, bao gôm từ C21 đến C25, thậm chí đến C40.
Phân đoạn Gudron với nhiệt đội sôi trên 5000C, gồm các thành phần có sô
nguyên tử cacbon từ C41 trở lên, giới hạn có thể lên đến C80.

Diesel và động cơ diesel

Page 2


1.1.2

Thành phần của nhiên liệu diesel.

Thành phần của nhiên liệu diesel được quyết định bởi các loại động cơ

diesel, đ:ược chia thành 3 nhóm nhiên liệu khác nhau về tính chất:
 Nhóm động cơ diesel cao tốc có số vòng quay > 1000 vòng/1 phút dùng
cho các loại ô tô buýt, ô tô tải,máy nông nghiệp … Các loại động cơ này
đòi hỏi có phạm vi nhiệt độ sôi thấp chất lượng cao.
 Nhóm động cơ có số vòng quay trung bình từ 500-100 vòng/1 phút dùng
cho tàu hỏa, xe lu,xe ũi ,xe làm đường… Nhiên liệu dùng cho động cơ này
có phạm vi nhiệt độ sôi cao hơn và độ nhớt lớn hơn.
 Nhóm động cơ có số vòng quay thấp dưới 500 vòng/1 phút dung cho tàu
thủy và các nhà máy phát điện… Nhiên liệu dung cho các loại đồng cơ này
khá nặng bao gồm 1 phần nhiên liệu đốt lò.
Dầu diesel cho xe ô tô có 2 loại:
• Loại super có chỉ số xetan là 50 có nhiệt độ sôi khoảng 180-320 độ C
dung cho động cơ tốc độ cao như xe bus,xe hang, xe tải. Loại này được
sản xuất từ phân đọa diesel khi chưng cất dầu thô
• Loại thường có chỉ số xetan là 52 có nhiệt độ sôi từ 175-345 độ C>
Loại này được sản xuất bằng cách pha trộn napta, kerozen và phân đoạn
của diesel của quá trình chế biến sâu(quá trình cracking,hydro cracking).
• Loại diesel cho động cơ diesel tốc độ chậm : yêu cầu chỉ số cetane ko
cao, chỉ từ 40-45 và độ bốc hơi thấp,nhiệt độ sôi cuối cao, từ 360-3700C
thường có nhiều loại, phân biệt theo độ nhớt

Diesel và động cơ diesel

Page 3


Thành phần chủ yếu của nhiên liệu diesel chủ yếu trong phân đoạn này là
n-parafin còn hydrocacbon thơm chiếm không nhiều.Nhưng
n-paraffin mạch dài có nhiệt độ kết tinh cao, chúng làm mất ổn định của
phân đoạn ở nhiệt độ thấp. Ở phân đoạn diesel thì ngoài naphten và thơm

hai vòng là chủ yếu, các hợp chất ba vòng bắt đầu tăng lên. Đã bắt đầu
xuất hiện các hợp chất có cấu trúc hỗn hợp giữa naphten và thơm.
Hàm lượng các hợp chất chứa S,N và O bắt đầu tăng nhanh. Các hợp
chất của lưu huỳnh chủ yếu ở dạng dị vòng disulfur. Những hợp chất chứa
oxy dạng axit naphtenic có nhiều và đạt cực đại ở phân đoạn này. Ngoài ra
còn có những chất dạng phenol như dimetylphenol. Cũng xuất hiện nhựa
nhưng còn ít và trọng lượng phân tử cũng thấp, chỉ vào khoảng 300 – 400
đ.v.C.
.

Ngoài các phân đoạn gasoil của chưng cất trực tiếp còn dung các
phân đoạn gasoil của các quá trình chế biến thứ cấp khác như là cracking,
hydrocracking nhiệt phân và cốc hóa. Thành phần tốt nhất cho nhiên liệu là
các hydrocacbon, n-parafin, các dạng hydrocacbon naphten và mạch nhánh,
có chất lượn kém hơn và kém nhất là các hydrocacbon thơm.
Diesel và động cơ diesel

Page 4


Ngoài ra các nguyên liệu diesel còn có chưa 1 số phụ gia nhằm nâng
cao chất lượng nhiên liệu như phụ gia cải thiện chỉ số xetan, phụ gia chống
đông….

Diesel và động cơ diesel

Page 5


1.1.3

So sánh tính chât của nhiên liệu biodiesel và diesel.

Một số ưu điểm: Biodiesel có những ưu điểm lớn vượt
trội so với diesel khoáng như sau:
– An toàn cháy nổ: Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy trên
1100C cao hơn so với diesel khoáng nên nó an toàn hơn
trong quá trình tồn chứa và bảo quản.
– Hàm lượng lưu huỳnh: Biodiesel có hàm lượng lưu huỳnh
rất thấp, chỉ khoảng 0,001%, nên khi cháy nó thải ra rất ít
SO2. Với đặc tính quý giá như vậy biodiesel đựoc coi là nhiên liệu sạch và
thân thiện với môi trường.
– Giảm lượng khí thải độc hại: Theo các nghiên cứu của Bộ Năng lượng
Mỹ thực hiện ở một trường đại học của bang Califonia thì việc sử dụng
biodiesel tinh khiết thay cho diesel khoáng có thể làm giảm 93,6% nguy cơ
mắc bệnh ung thư từ khí thải của diesel do biodiesel chứa rất ít các hợp
chất thơm và lưu huỳnh nên quá trình cháy của nó triệt để hơn và giảm rất
nhiều hydrocacbon trong khí thải.
– Có khả năng bôi trơn giảm mài mòn: Biodiesel có khả năng bôi trơn tốt
hơn diesel khoáng. Ta biết là khả năng bôi trơn của nhiên liệu được đặc
trưng bằng một giá trị gọi là HFRR (high frequency receiprocating rig). Giá
trị này càng thấp thì khả năng bôi trơn của nhiên liệu càng tốt. Diesel
khoáng đã xử lý lưu huỳnh có HFRR ≥ 500 khi không có phụ gia trong khi
giới hạn đặc trưng của diesel là 450. Vì vậy diesel khoáng cần phải được
bổ sung phụ gia để tăng bôi trơn. Trong khi đó HFRR của biodiesel khoảng
200 và như vậy chính biodiesel sẽ là phụ gia tốt nhất cho diesel khoáng.
Khi thêm biodiesel vào với tỉ lệ nhất định thì sẽ mài mòn động cơ giảm
đáng kể, thậm chí sau 15 000 giờ làm việc vẫn không phát hiện được sự
mài mòn đáng kể.

Diesel và động cơ diesel

Page 6


– Khả năng thích hợp cho mùa đông: Nhiên liệu cho động cơ diesel nói
chung phải giữ được tính lưu biến tốt vào mùa đông khi nhiệt độ hạ đến –
200C. Cả những nhiên liệu đã pha thêm phụ gia cũng vậy. Sự kết tinh tạo
parafin xảy ra trong khối nhiên liệu diesel sẽ gây trở ngại cho các đường
ống dẫn và quá trình phun nhiên liệu. Khi đó cần thiết phải làm sạch hệ
thống. Còn đối với biodiesel, chỉ bị đông đặc khi nhiệt độ tăng nên không
cần thiết phải làm sạch hệ thống nhiên liệu.
– Khả năng phân huỷ sinh học: Biodiesel có khả năng phân huỷ trong
thiên nhiên nhanh gấp bốn lần so với diesel khoáng. Do tính chất an toàn
như vậy mà biodiesel rất thích hợp làm nhiên liệu cho máy móc ở những
khu vực nhạy cảm như các khu đông dân cư hoặc gần nguồn nước.
– Quá trình cháy sạch: Do biodiesel chứa 11% oxy nên quá trình cháy diễn
ra hoàn toàn và tạo ra rất ít muội trong động cơ.
– Dễ dàng sản xuất: Do nguyên liệu cho sản xuất biodiesel là dầu thực
vật, mỡ động vật đều là những nguyên liệu có khả năng tái sinh và không
làm ảnh hưởng đến nguồn năng lượng tự nhiên.Nguồn nguyên liệu đó lại
có thể được cung cấp chủ động và dễ dàng.
– Trị số xetan cao: Thông thường, diesel khoáng có trị số xetan 50 – 52
đối với động cơ thường và 35 – 54 đối với động cơ cao tốc. Trong khi đó
biodiesel có trị số xetan 56 – 58. Với giá trị như vậy biodiesel hoàn toàn
đáp ứng được những yêu cầu khắt khe nhất của động cơ diesel cao tốc là
cần nhiên liệu chất lượng cao với khả năng tự bắt cháy nhanh mà không
cần bất cứ phụ gia nào

1.1.4

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel

1.1.4.1

Chỉ số xetan

a.Chỉ số xetan đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu.
Chỉ số xetan là đơn vị đo quy ước đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy
của nhiên liệu diesel, là một số nguyên có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn
hợp chuẩn cùng khả năng tự bốc cháy. Hỗn hợp chuẫn này gồm 2
Diesel và động cơ diesel

Page 7


hydrocacbon n-xetan(C16H34) công thức cấu tạo mạch thẳng dễ tự cháy
và chỉ số xetan bằng 100 và methylnaphtalen (C11H10) là chất rất khó tự
cháy và chỉ số xetan bằng 0. Chỉ số xetan bằng số % thể tích n-xetan
trong hỗn hợp
Chỉ số xetan của nhiên liệu càng cao thì chất lượng nhiên liệu diesel
càng tốt, tuy vậy cũng ko nên khá cao từ 45 tới 55 vì quá cao sẽ dễ bốc
cháy tạo cốc nhanh ở mũi vòi phun.
1.1.4.1.1
Cơ sở phương pháp xác định trị số xetan của nhiên liệu
Cho nhiên liệu thì nghiệm cần đo chỉ số xetan vào thiết bị xác định .Ghi
nhận trạng thái tự cháy của nhiên liệu đem thử. Cho từng nhiên liệu chuẩn
có trị số xetan khác nhau vào thiết bị xác định và cũng ghi lại trạng thái tự
cháy của nhiên liệu để tìm ra trạng thái giống nhau giữa trạng thái tự cháy
của nhiên liệu cần xác định và nhiên liệu chuẩn từ đó xác định trị số xetan

của nhiên liệu.
1.1.4.1.2
Trị số xetan của các hydrocacbon
Các hydrocacbon khác nhau có trị số xetan khác nhau , có thể tóm tắt
như sau:
• Khi có cùng số nguyên tử Cacbon trong mạch thì hydrocacbon n-parafin
có trị số xetan cao nhất, rồi tới hydrocacbon naphten, hydrocacbon dạng
izo có trị số xetan thấp hơn, còn hydrocacbon thơm có trị số xetan thấp
nhất. Trong cùng 1 dãy đồng đẳng hydrocacbon thì mạch hydrocacbon
càng dài thì trị số xetan càng cao.
Phân đoạn gasoil chưng cất trực tiếp từ dầu mỏ bao giờ cũng có trị số
xetan rất cao
VD: Trị số xetan của gasoil từ dầu mỏ Bacu là 60, của mỏ Grosny là
75-80
Nếu trị số xetan quá cao sẽ không cần thiết vì gây lãng phí nhiên
liệu, một số thành phần nhiên liệu trước khi cháy ở nhiệt độ cao trong xilanh thiếu oxi nên phân hủy thành các Cacbon tự do. Nếu trị số xetan thấp
sẽ xảy ra quá trình kích nổ do nhiên liệu có nhiều thành phần khó bị oxi
hóa, khi lượng nhiên liệu phun vào xi-lanh quá nhiều mới xảy ra quá trình

Diesel và động cơ diesel

Page 8


tự cháy dẫn đến cháy cùng lúc , gây tỏa nhiệt mạnh, áp suất tăng mạnh,
động cơ rung giật gọi là cháy kích nỗ.

1.1.4.2

Tính bay hơi của nhiên liệu diesel

Ảnh hưởng rất lớn đến sự tạo thành hỗn hợp nhên liệu và không khí. Khi
quá trình tạo hỗn hợp cháy thực hiện đều đặng, động cơ sẽ hoạt động
bình thường và ổn định. Khi quá trình tạo hỗn hợp cháy xảy ra thất thường
sẽ làm cho hoạt động của động cơ bị trục trặc.

1.1.4.3

Tính lưu chuyển của nhiên liệu diesel.

Là một trong những chỉ tiêu đánh giá chất lượng quan trọng của nhiên liệu
diesel nói lên sự lưu chuyển dễ dàng trong hệ thống cung cấp và nạp
nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ. Tính chất đặc biệt quan trọng khi
động cơ diesel làm việc ở các khu vực có nhiệt độ môi trường thấp như
các vùng lạnh ,có tuyết….
Chật lượng này được đánh giá qua chỉ tiêu độ nhớt và nhiệt độ đông
đặc .
Ngoài ra còn một số chỉ tiêu khác như : ăn mòn nhiên liệu, ăn mòn kim
loại, và tính năng an toàn và chảy nổ.

Diesel và động cơ diesel

Page 9


1.1.5

Các phương pháp nâng cao chất lượng của nhiên liệu

diesel

Có nhiều cách để làm sạch diesel nhưng tập trung lại là 4 phương pháp
sau:
– Phương pháp pha trộn : Thực chất là pha trộn nhiên liệu diesel sạch và
diesel bẩn để thu được nhiên liệu diesel có chất lượng chấp nhận được .
Phương pháp này có hiệu quả kinh tế không cao và chỉ có thể pha trộn
trong giới hạn nhất định . Thế nhưng trên thực tế rất ít có dầu mỏ sạch ít
lưu huỳnh và hydrocacbon mà chủ yếu là dầu mỏ có hàm lượng lưu huỳnh
cao và khí hydrocacbon nhiều nên phương pháp này không phổ biến rộng
rãi được .
– Phương pháp hydro hóa : Cho hiệu quả rất cao , các hợp chất khí
hydrocacbon giảm xuống rất thấp nên nhiên liệu diesel rất sạch . Tùy vậy
phương pháp nào có đầu tư cao đến 60 – 80 triệu USD cho một dây
chuyền hydro hóa nên hiệu quả kinh tế không cao .
– Phương pháp nhũ hóa diesel : Đưa nước vào diesel để tạo nhũ
tương. Loại nhũ tương này có hàm lượng oxy cao nên quá trình cháy sạch
hơn và nếu khả thi thì chẳng những giảm được ô nhiễm mà còn có giá trị
kinh tế cao. Tuy nhiên phương pháp này vẫn còn đang nghiên cứu trong
phòng thí nghiệm.
– Phương pháp thay thế: Đưa hợp chất chứa oxy vào nhiên liệu diesel
và sản phẩm thu được gọi là nhiên liệu diesel sinh học. Dạng nhiên liệu
này có nồng độ oxy cao, ít tạp chất nên quá trình cháy hoàn toàn ít tạo
cặn.
Trong 4 phương pháp trên thì phương pháp thì phương pháp thứ tư được
quan tâm và tập trung và quan tâm nghiên cứu nhiều nhất vì đây là
phương pháp xuất phát từ nguyên liệu sinh học là nguồn nhiên liệu vô tận.
Hơn thế, khi cháy lại tạo ít khí độc hại như CO, SOx, H2S, Hydrocacbon
thơm…chính là những chất gây ô nhiễm môi trường.
Diesel và động cơ diesel

Page 10

Biodiesel là nhiên liệu sinh học điển hình, được điều chế từ dầu thực vật
như dầu dừa,dầu bông, dầu hạt hướng dương,dầu cọ, dầu đậu nành…
hoặc dầu mỡ động vật. Đây là những nguyên liệu không độc hại, có khả
năng tự phân huỷ trong thiên nhiên, có thể sản xuất qua ngành trồng trọt
và chăn nuôi. Ngoài ra, quá trình sản xuất biodiesel còn tạo ra sản phẩm
phị glycerin có giá trị kinh tế cao, được sử dụng trong ngành dược phẩm
và mỹ phẩm.
Biodiesel là nhiên liệu rất sạch, thay thế cho động cơ đốt trong khi nguồn
nhiên liệu hoá thạch can kiệt, lại không làm suy yếu các nguồn lợi tự nhiên
khác và có lợi sức về khoẻ và môi trường. Việc sản xuất biodiesel từ dầu
thực vật và mỡ động vật không những giúp cân bằng sinh thái mà còn làm
đa dạng hoá các dạng năng lượng cung cấp cho con người, góp phần
đảm bảo an ninh năng lượng, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch
đồng thời đem lại lợi nhuận và việc làm cho người dân.

1.2

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ diesel

Nếu quá trình vận hành của chu kì 4 thì trong động cơ Diesel chỉ hơi khác
so với động cơ cháy cưỡng bức (động cơ xăng), thì điều kiện cháy của hai
loại động cơ này lại rất khác nhau.

1.2.1

Khái quát về động cơ diesel

Động cơ diesel được phát minh vào năm 1892, nhờ một kĩ sư người Đức

Rudolf Diesel. Hoạt động theo nguyên lý tự cháy, ở cuối quá trình nén
nhiên liệu được phun vào vùng cháy động cơ để thánh hòa khí rồi tự bốc
cháy. Đến năm 1927, Robert Bosh phát triển Bơm cao áp- bơm phun Bosh
lắp cho động cơ Diesel trên ôtô thương mại và ô tô khách vào năm 1936.
• Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển bằng động cơ xăng vì
gây ra nhiều tiếng ôn và các khí bẩn ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên với sự
phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật cao, các vấn đề của động cơ
diesel được giải quyết và trở nên phổ biến và hữu dụng hơn.
• Năm 1986, Bosh đã đưa ra thị trường việc điều khiển điện tử cho hệ thống
cung cấp nhiên liệu Diesel được gọi là hệ thống nhiên liệu Common Rail
•

Diesel và động cơ diesel

Page 11


Diesel. Hệ thống đã đáp ứng và giải quyết những vấn đề như: giảm tối đa
mức độ tiếng ồn, có thể thay đổi áp suất phun và thời điểm phun tùy theo
chế độ làm việc của động cơ, do đó làm tăng hiệu suất động cơ và tính
kinh tế nhiên liệu của động cơ…
• Ngày nay, động cơ diesel được sử dụng trên toàn thế giới cho vận
chuyển, sản xuất, điện thế hệ, xây dựng và nông nghiệp.

Diesel và động cơ diesel

Page 12


1.2.2

Tình hình sử dụng động cơ diesel hiện nay.

Tập đoàn Toyota mới đây cho biết, họ đã chi 375 triệu USD mua lại 5,6%
cổ phiếu của Isuzu từ Mitsubishi và Itochu, 2 cổ đông lớn nhất của Isuzu.
Mục đích của Toyota là tận dụng công nghệ và dây chuyền sản xuất động
cơ diesel của Isuzu vì Isuzu là nhà sản xuất động cơ Diesel hàng đầu thế
giới.
Tại một vài nước như Pháp, Đức, Áo, Thụy Sỹ, động cơ Diesel chiếm thị
phần cao hơn động cơ xăng. Nhu cầu giảm tiêu thụ nhiên liệu cũng giúp
tăng lượng xe động cơ Diesel tại Hoa Kỳ và châu Á trong thời gian qua.
Ngay Nhật Bản, với tỷ lệ xe sử dụng động cơ Diesel hiện mới chiếm
khoảng 3% đến 5%, cũng đang trở thành thị trường mục tiêu cho những
nhà sản xuất xe động cơ Diesel. Toyota cũng có động cơ Diesel cho châu
Âu, tuy nhiên, nhà sản xuất lớn thứ 2 thế giới này lại bị tụt hậu trong công
nghệ Diesel sạch.Ngày nay nhiều tập đoàn ôtô lớn trên thế giới đã cho ra
đời những động cơ Diesel thế hệ mới phun dầu trực tiếp điện tử hết sức
hiện đại như CRDi của Hyundai, hay CDi của Mercedes...

.
Theo thống kê của Automotive Engineering, lượng xe đăng kí lưu thông tại
thị trường Mỹ sử dụng nhiên liệu Diesel đã tăng tới 70% so với năm 2010
với tốc độ tăng trưởng hằng năm 14,3%.

Diesel và động cơ diesel

Page 13


1.2.3

Cấu tạo

Xét về mặt cấu tạo động cơ đốt trong 4 kỳ sử dụng nhiên liệu xăng hoặc
diesel về cơ bản là giống nhau, chỉ khác nhau về hệ thống cung cấp nhiên
liệu và cơ chế đốt cháy nhiên liệu.

biên; P-Trục

A-Con đội, lò xo
và xupap
nạp; B-Nắp
giàn cò; C-Cổ
góp nạp; DMặt máy; ENước làm
mát; F-Thân
máy; G-Đáy
các te; H-Dầu động cơ; I-Trục
cam; J-Con đội, lò xo và
xupap xả; K-Bugi đánh
lửa; L-Cổ góp xả; M-Piston;
N-Tay biên (thanh truyền); O-Cổ
khuỷu (trục cơ, cốt máy).

Hình 3: Cấu tạo động cơ 4 kì theo mặt cắt ngang

Diesel và động cơ diesel

Page 14

1.2.3.1

Phần tĩnh

a. Nắp máy

Nắp máy là chi tiết được lắp ở phía trên cùng của
động cơ, có tác dụng là cùng với thân máy (xylanh) và
đỉnh piston tạo thành buồng đốt của động cơ, đồng
thời cũng là giá đỡ của nhiều chi tiết lắp ghép liên
quan như trục cam, xupap, cò mổ…Nắp máy thường
được chế tạo bằng hợp kim nhôm đúc và gia công.
Trên nắp máy có bố trí các ổ đỡ trục cam, cổ góp nạp

và cổ góp hút…

Hình 4: Nắp máy của động cơ 4 xylanh thẳng hang
b. Thân máy
Thân máy là chi tiết chính, cấu trúc lên hình dạng của động cơ, nó là nơi
Diesel và động cơ diesel

Page 15


gá lắp hầu hết các chi tiết của động cơ như: cơ cấu trục khuỷu thanh
truyền, xylanh, bơm nước, bơm dầu bôi trơn…Thân máy thường được
chế tạo bằng gang đúc, hợp kim hoặc hợp kim nhôm đúc, bên trong thân
máy có gia công các khoang và rãnh chứa nước làm mát bao quanh các
xylanh động cơ (gọi là áo nước), các rãnh dẫn dầu bôi trơn của hệ thống
bôi trơn động cơ…Việc chế tạo thân máy là rất phức tạp.

Hình 5: Thân máy một động cơ V8

c. Đáy các te
Đáy các te là chi tiết nằm phía dưới cùng của động cơ, các te cùng với
thân máy tạo hộp trục khuỷu có tác dụng chứa dầu bôi trơn động cơ và là
nơi gom khí bức xạ (khí các bon) phát sinh trong quá làm việc của động

Diesel và động cơ diesel

Page 16


cơ từ đó theo hệ thống thoát khi đi vào buồng đốt của động cơ. Đáy các te
thường được làm bằng tôn dập hoặc hợp kim đúc.

Hình 6: Đáy các te động cơ

Diesel và động cơ diesel

Page 17


1.2.3.2

Phần động

a. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Hình 7: Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền động cơ I4

Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền có chức năng biến chuyển động tịnh
tiến của piston (do tác dụng của lực khí thể sinh ra trong kỳ nổ sinh công)
thành chuyển động quay của trục khuỷu và đưa ngoài động cơ để vận
hành các hệ thống, thiết bị khác cho xe ô tô hoạt động.

b. Hệ thống phối khí
Hệ thống phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển sự phối hợp đồng bộ giữa
Diesel và động cơ diesel

Page 18


hành trình hoạt động của piston với việc nạp khí sạch (hoặc hỗn hợp
không khí – nhiên liệu) vào bên trong động cơ để thực hiện việc nén, nổ
máy và thải khí đốt bên trong xylanh động cơ ra ngoài một cách phù hợp
đúng thời điểm.

Hình 8:Hệ thống phân phối khí động cơ V8
1. Trục cam xả; 2. Trục cam nạp; 3. Xupap nạp; 4. Xích dẫn động; 5. Trục
khuỷu động cơ

c. Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu có chức năng cung cấp nhiên liệu (xăng
hoặc dầu diesel) từ thùng chứa vào bên trong buồng đốt của động cơ
Diesel và động cơ diesel

Page 19

hoặc hòa trộn với không khí trước khi vào trong xylanh động cơ thực hiện
việc chuyển hóa năng lượng từ hóa năng sang cơ năng khi động cơ hoạt
động.

Hình 9: Hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel

Hình 10: Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel

d. Hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát động cơ có chức năng giải nhiệt và giữ cho nhiệt độ làm
việc của động cơ luôn nằm trong khoảng phù hợp, tránh thất thoát và tổn
Diesel và động cơ diesel

Page 20


hao công vì nhiệt hoặc kích nổ do nhiệt quá cao, mang lại hiệu quả hoạt
động, công suất làm việc tốt nhất cho động cơ.

Hình 11: Hệ thống làm mát động cơ.

e. Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi có chức năng cung cấp dầu bôi trơn đến các vị trí, bề mặt cơ
cấu chi tiết có tính chuyển động tương đối với nhau nhằm hạn chế tối đa
Diesel và động cơ diesel

Page 21


lực ma sát đồng thời bảo vệ bề mặt các chi tiết khỏi sự ăn mòn hóa học

không đáng có.

Hình 11: Hệ thống bôi trơn động cơ

1.2.4

Nguyên lý làm việc của động cơ diesel.

Hầu hết động cơ trên ô tô hiện nay đang sử dụng đó là động cơ đốt
trong 4 kỳ.

Diesel và động cơ diesel

Page 22


Kỳ 1 – Kỳ hút (kỳ nạp):
Ở kỳ hút: xupap hút mở, xupap nạp đóng, piston di chuyển từ ĐCT
xuống ĐCD, không khí (hoặc hỗn hợp không khí – nhiên liệu) được nạp từ
bên ngoài vào bên trong xylanh động cơ. Kỳ hút kết thúc khi piston xuống
đến ĐCD và cả 2 xupap nạp và xả đều đóng kín.
Kỳ 2 – Kỳ nén:
Ở kỳ nén: cả 2 xupap nạp và xả đều đóng, piston di chuyển từ ĐCD lên
ĐCT. Hành trình đi lên piston sẽ nén không khí (hoặc hỗn hợp hòa khí)
bên trong lại, khi piston lên đến gần ĐCT hỗn hợp hòa khí được nén lại có
nhiệt độ và áp suất rất cao, rất dễ dàng cho sự cháy diễn ra trong kỳ nổ.
Kỳ 3 – Kỳ nổ (sinh công):
Tiếp nối kỳ nén khi piston lên đến ĐCT ,háy hỗn hợp hòa khí đang có
nhiệt độ và áp suất rất cao tự cháy tạo ra lực khỉ thể tác động lên đỉnh
piston, đẩy piston di chuyển từ ĐCT xuống ĐCD và truyền lực ra bên ngoài

động cơ. Ở kỳ nổ cả 2 xupap nạp và xả đều đóng kín.
Đối với động cơ diesel thì không có bugi phát tia lửa điện mà thay vào
đó là vòi phun nhiên liệu sẽ thực hiện việc phun nhiên liệu tơi sương vào
trong buồng đốt để hình thành hòa khí và tự đốt cháy sinh công.
Kỳ 4 – Kỳ xả (thải):
Kỳ nổ sinh công kết thúc khi piston di chuyển xuống ĐCT. Theo quán
tính piston tiếp tục chuyển động từ ĐCD lên ĐCT, lúc này xupap nạp đóng,
xupap xả mở, khí cháy bên trong xylanh động cơ có áp suất cao sẽ được
đẩy ra bên ngoài theo đường ống xả ra môi trường.

1.2.5

Quá trình cháy trong động cơ diesel

Trong quá trình vận hành động cơ diesel có thể quan sát thấy trong
những điều kiện cụ thể khác nhau, hai hiện tượng cháy hoàn toàn trái
ngược:hiện tượng cháy bình thường và cháy không bình thường của động
cơ. Một trong những nguyên nhân dẫn tới hiện tượng cháy không bình
thường là do việc sử dụng nhiên liệu không đúng quy định hoặc không
đảm bảo chất lượng. Trước hết cần tìm hiểu được hai hiện tượng cháy của
hơi nhiên liệu trong động cơ.

Diesel và động cơ diesel

Page 23


1.2.5.1

Hiện tượng cháy bình thường và không bình thường

trong động cơ diesel.
Trong xylanh của động cơ diesel, piston nén không phải hỗn hợp không
khí và hơi nhiên liệu như động cơ xăng mà nén không khí đến khi đạt tới
nhiệt độ cần thiết. Lúc này hơi nhiên liệu được phun sương trực tiếp vào
buồng đốt. Gặp không khí nóng nhiên liệu bốc hơi, nóng dần lên và đạt tới
nhiệt độ tự cháy. Thực tế cho thấy nhiên liệu sau khi phun vào xylanh
không tự cháy ngay, mà phải có một thời gian để oxy hóa sâu các
hydrocarbon trong nhiên liệu, tạo hợp chất chứa oxy trung gian, có khả
năng tự bốc cháy. Khoảng thời gian đó gọi là thời gian cảm ứng hay thời
gian cháy trễ . Kết thúc thời gian này, sự cháy trong buồng đốt mới bắt
đầu. Thời gian cảm ứng càng ngắn càng tốt, lúc đó nhiên liệu sẽ cháy điều
hòa
1.2.5.1.1
Hiện tượng cháy bình thường:
Nếu hơi nhiên liệu có nhiệt độ tự cháy thích hợp, dễ tự bén cháy, thời
gian cháy trễ đủ ngắn thì khi bắt đầu cháy hơi nhiên liệu tích tụ trong
buồng cháy không quá nhiều, hiện tượng cháy xảy ra bình thường, áp
suất, nhiệt độ buồng cháy tăng đều đặn. Trường hợp này là cháy bình
thường
1.2.5.1.2
Hiện tượng cháy không bình thường
Nếu hơi nhiên liệu khó tự cháy, thời gian cảm ứng kéo dài, làm cho hơi
nhiên liệu tích lũy khá nhiều trong buồng đốt, làm cho khi bắt đầu tự cháy,
hơi nhiên liệu sẽ cháy một cách mãnh liệt, làm áp suất, nhiệt độ buồng cháy
tăng đột ngột, gây sóng chấn động đập vào vách xylanh, tạo tiếng động lách
cách. Hơi nhiên liệu cháy không hết, xả ra khói đen là hyrocarbon dư…giống
như hiện tượng cháy kích nổ của động cơ xăng và gây ra tác hại tới tuổi thọ
động cơ, lãng phí nhiên liệu, ô nhiễm môi trường. Như vậy để có thời gian
cháy trễ ngắn thì trong nhiên liệu phải có nhiều các chất n-parafin, vì các cấu

tử này dễ bị oxy hóa, tức là rất dễ tự bốc cháy. Còn các izo-parafin và các
hợp chất hydrocarbon thơm rất khó bị oxy hóa nên thời gian cháy trễ dài, khả
năng tự bốc cháy kém. Có thể sắp xếp thứ tự theo chiều giảm khả năng oxy
hóa ( tức là tăng thời gian cảm ứng ) của các hydrocarbon như sau: nDiesel và động cơ diesel

Page 24


parafin< naphten < n-olefin < izo-naphten < izo-parafin hydrocarbon đến tính chất cháy của nhiên liệu trong động cơ diesel hoàn
toàn trái ngược với tính chất cháy trong động cơ xăng.

2

So sánh động cơ xăng và động cơ diesel

Động cơ Diesel có một số ưu và nhược điểm so với động cơ xăng :
♣ Ưu điểm :
- Hiệu suất động cơ Diesel lớn hơn 1,5 lần so với động cơ xăng.
- Nhiên liệu Diesel rẻ tiền hơn xăng.
- Suất tiêu hao nhiên liệu riêng của động cơ Diesel thấp hơn động cơ xăng.
- Nhiên liệu Diesel không bốc cháy ở nhiệt độ bình thường, vì vậy ít gây nguy
hiểm.
- Động cơ Diesel ít hư hỏng lặt vặt vì không có bộ đánh lửa và bộ chế hoà khí.
♣ Nhược điểm :
- Cùng một công suất thì động cơ Diesel có khối lượng nặng hơn động cơ
xăng.
- Những chi tiết của hệ thống nhiên liệu như bơm cao áp, kim phun được chế
tạo rất tinh vi, đòi hỏi độ chính xác cao với dung sai 1/100mm.

- Tỉ số nén cao đòi hỏi vật liệu chế tạo các chi tiết động cơ như nắp xylanh…
phải tốt. Các yếu tố trên làm cho động cơ Diesel đắt tiền hơn động cơ xăng.
- Sửa chữa hệ thống nhiên liệu cần phải có máy chuyên dùng, dụng cụ đắt tiền
và thợ chuyên môn cao.
- Tốc độ động cơ Diesel thấp hơn tốc độ động cơ xăng.
-Động cơ diesel là nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường khí và tiếng ồn.

3 KẾT LUẬN
Diesel và động cơ diesel

Page 25