Điểm khác nhau giữa động cơ Diesel và động cơ xăng, và ưu nhược điểm

Sự khác nhau giữa động cơ chạy xăng và máy chạy dầu là gì? Vậy sự khác biệt giữa hai loại động cơ này ra sao? Ưu nhược điểm của động cơ xăng và Diesel thế nào? Động cơ dầu Diesel và xăng loại nào tốt hơn, ưu điểm hơn, kinh tế hơn. Bài viết sau đây sẽ giúp bạn hiểu kỹ hơn về vấn đề này.

Trong tổ máy phát điện diesel, động cơ luôn được coi là “linh hồn” và chiếm tới 70% giá trị của cả tổ máy. Nó có vai trò chuyển hóa năng lượng từ dầu diesel thành cơ năng (dạng mô-men quay) và truyền sang đầu phát – để phát ra điện.

Động cơ diesel cho máy phát điện là loại động cơ diesel 4 kỳ, công suất lên tới 4.000 kW. Tùy theo công suất, động cơ diesel có thể sử dụng từ 3 tới 20 xilanh, và được trang bị turbo tăng áp khí nạp (một số rất ít động cơ nhỏ không có turbo).

>>>>Xem thêm: máy phát điện Cummins

Trong bài viết này, AKS sẽ giới thiệu với các bạn về nguyên lý làm việc của đông cở diesel 4 thì được dùng trong máy phát điện và ưu nhược điểm của nó.

>>>>Đọc thêm: Máy phát điện Denyo

1. Khái niệm về động cơ diesel là gì?

Động cơ diesel là một kiểu của động cơ đốt trong kiểu piston. Trong quá trình động cơ diesel làm việc, piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xilanh nhưng nó có hai vị trí giới hạn, đó là “Điểm chết trên” và “Điểm chết dưới”.

 – Điểm chết trên (viết tắt là ĐCT) là vị trí của đỉnh piston trong xilanh khi khoảng cách giữa piston đến đường tâm của trục khuỷu là lớn nhất.

– Điểm chết dưới (viết tắt là ĐCD) là vị trí của đỉnh piston trong xilanh khi khoảng cách giữa piston đến đường tâm của trục khuỷu là nhỏ nhất.

– Hành trình piston (ký hiệu bằng chữ S) là khoảng cách giức ĐCT và ĐCD. Khi piston dịch chuyển được một khoảng cách S thì trục khuỷu quay được một góc 180⁰.

– Thể tích buồng đốt của xilanh (ký hiệu V_D) là khoảng không gian trong xilanh giới hạn bởi nắp xilanh và đỉnh piston ở ĐCT.

– Thể tích làm việc của xilanh (ký hiệu V_LV) là dung tích của xilanh giữa hai “điểm chết” của piston.

– Thể tích toàn phần của xilanh (ký hiệu V_TP) là tổng thể tích buồng đốt và thể tích làm việc của xilanh: V_TP= V_D + V_LV
– Tỷ số nén của động cơ (ký hiệu là e) là tỉ số của thể tích toàn phần và thể tích buồng đốt: e = V_TP/V_D = (V_D + V_LV)/ V_D. Tỷ số nén của động cơ cho ta thấy thể tích toàn phần của xilanh đã giảm bao nhiêu lần, tức là bị ép nhỏ bao nhiêu lần khi piston đi từ ĐCD đến ĐCT. Thông thường đối với động cơ diesel thì tỷ số nén e = 12-21.

– Hỗn hợp đốt: Là hỗn hợp dầu diesel trộn đều với không khí theo một tỷ lệ nhất định, được tạo thành ngay trong lòng xilanh động cơ.

2. Nguyên lý hoạt động động cơ diesel của máy phát điện

Động cơ diesel 4 kỳ dùng trong máy phát điện hoạt động với nguyên lý của động cơ diesel 4 kỳ nói chung. Động cơ diesel muốn làm việc được liên tục phải có các quá trình sau đây xảy ra theo một trình tự nhất định ở trong xilanh động cơ:

– Nạp đầy không khí vào xilanh.

– Nén không khí nạp trong xilanh và đốt cháy hỗn hợp.

– Dãn khí cháy trong xilanh (sinh công)

– Xả sạch khí đã làm việc ra khỏi xilanh

Toàn bộ quá trình đó gọi là chu trình làm việc của động cơ. Trong mỗi chu trình làm việc của động cơ diesel, piston sẽ thực hiện 4 lần chuyển động tịnh tiến qua lại, tương ứng với hai vòng quay của trục khuỷu.

>>>Tham khảo thêm: Máy phát điện Doosan
 

Quy trình nạp (còn gọi là quá trình hút)

Piston chuyển động từ ĐCT đến ĐCD, tương ứng với trục khuỷu quay một góc từ 0-180⁰. Thể tích trong xilanh tăng lên và áp suất giảm từ từ, đến mức nhỏ hơn áp suất khí quyển P₀ (khoảng 7.4-8.5 N/cm²). Xupap nạp dưới tác động của cơ cấu phân phối khí sẽ mở ra (xupap xả vẫn đóng). Do áp suất bên trong xilanh động cơ nhỏ hơn áp suất bên ngoài nên không khí được nạp vào xilanh.

Quá trình nén cháy

Piston chuyển động từ ĐCD đến ĐCT, tương ứng với trục khuỷu quay một góc 180⁰-360⁰. Xupap nạp và xả lúc này đã được đóng lại, không khí trong xilanh bắt đầu bị nén lại. Thể tích trong xilanh giảm và áp suất bắt đầu tăng dần lên.

Khi piston cách ĐCT tương ứng góc quay trục khuỷu khoảng 15-30⁰ thì vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào dưới dạng sương mù, trộn đều với khống khí nén, tạo thành hỗn hợp đốt và tự bốc cháy dưới áp suất và nhiệt độ cao. Khi hỗn hợp đốt cháy, áp suất và nhiệt độ trong xilanh tăng vọt lên: Áp suất khoảng 500-800 N/cm², nhiệt độ khoảng 1.600-1.900⁰C.

Quá trình dãn (còn gọi là quá trình sinh công)

Dưới tác dụng của áp suất cao do hỗn hợp làm việc bị đốt cháy, piston bị đẩy tư ĐCT đến ĐCD và nhờ cơ cấu biên tay quay, chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu, tương ứng góc quay 360-540⁰.

Trong quá trình này, năng lượng nhiệt biến thành năng lượng cơ học nên gọi là quá trình sinh công. Áp suất của kì cuối quá trình sinh công giảm xuống còn 25-30 N/cm². Nhiệt độ trong động cơ vào khoảng 800-900⁰C.

Quá trình xả (còn gọi là quá trình thoát)

Piston chuyển động từ ĐCD đến ĐCT, tương ứng với trục khuỷu quay một góc 540-720⁰. Ở quá trình này xupap nạp vẫn đóng nhưng xupap xả mở ra, piston đẩy khí đã làm việc ra ngoài. Cuối quá trình xả, áp suất giảm xuống còn 11-12.5 N/cm² và nhiệt độ vào khoảng 600-700⁰C.

Sau quá trình xả, piston lại chuyển động tờ ĐCT đến ĐCD, khi đó xupap nạp lại mở và quá trình nạp lại tiếp tục thực hiện cho chu trình tiếp theo.

Nói chung trong bốn quá trình: Nạp, nén cháy, sinh công, xả – của động cơ diesel, chỉ có quá trình sinh công là quá trình có ích (tạo ra năng lượng cơ học), còn lại ba quá trình khác là các quá trình cản, được thực hiện nhờ động năng của bánh đà và của các chi tiết quay khác, hoặc nhờ công của các xilanh khác trong động cơ.

>>>>Đọc thêm: Máy phát điện Isuzu

3. So sánh động diesel với động cơ xăng

Ưu điểm của động cơ diesel so với động cơ xăng

– Hiệu suất nhiệt cao hơn, thường hiệu suất nhiệt của động cơ diesel khoảng 35-45%, còn động cơ xăng khoảng 30-35%.

– Động cơ diesel tiêu hao nhiên liệu ít hơn 30-35% nhiên liệu so với động cơ xăng. Ví dụ, động cơ xăng có suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 150-240 g/kW.h còn động cơ diesel là khoảng 110-190 g/kW.h.

– Nhiên liệu dùng trong động cơ diesel là dầu diesel, nó có chi phí rẻ hơn và ít gây cháy hơn so với xăng dùng trên động cơ xăng.

– Động cơ diesel làm việc chắc chắn, bền vững, ít hư hỏng bởi hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel tuy cấu tạo tinh vi chính xác nhưng có bộ bền cao, dễ sử dụng. Còn ở động cơ xăng có bộ chế hòa khí và hệ thống đốt cháy bằng tia lửa điện hay bị hư hỏng, phải sửa chữa và điều chỉnh thường xuyên.

– Động cơ diesel có khối lượng quán tính của các bộ phận chuyển động lớn hơn động cơ xăng nên khả năng vượt tải cũng ít tốn kém hơn.

>>>>Xem thêm: máy phát điện Mitsubishi

Nhược điểm của động cơ diesel so với động cơ xăng

– Kích thước và trọng lượng của động cơ diesel lớn hơn động cơ xăng vì áp suất khí cháy trong động cơ diesel lớn. Do đó, trọng lượng riêng của động cơ diesel (trọng lượng trên một đơn vị công suất tính bằng kW) lớn hơn trọng lượng riêng của động cơ xăng 40-70%.

– Cấu tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu phức tạp, đòi hỏi chế tạo chính xác.

– Từ hai nhược điểm trên dẫn đến nhược điểm thứ 3 của động cơ diesel so với động cơ xăng là giá thành cao hơn. Ví dụ, cùng tổ máy phát điện 10 kVA, giá của tổ máy phát điện chạy xăng chỉ bằng 50-70% so với tổ máy phát điện chạy bằng dầu diesel.

Từ những ưu và nhược điểm trên mà phạm vi sử dụng của động cơ diesel và động cơ xăng trên máy phát điện có sự khác nhau. Động cơ diesel được sử dụng trong những tổ máy phát điện công suất lớn từ 6-4.000 kVA, trong khi đó động cơ xăng chỉ được dùng trong các máy phát điện có công suất nhỏ dưới 15 kVA, phổ biến nhất là từ 6 kVA trở xuống.

4. Lịch sử của động cơ diesel (nói chung)

Vào những năm 1890, Rudolf Diesel đã phát minh ra động cơ đốt trong mang tên ông – là loại động cơ đánh lửa nén (hay còn gọi là nén nổ). Động cơ diesel được kỳ vọng là hoạt động hiệu quả hơn các loại động cơ nhiên liệu nặng khác – động cơ bóng đèn nóng do Akroyd-Stuart phát minh.

Động cơ diesel ban đầu có kích thước lớn và hoạt động ở tốc độ thấp do những hạn chế của hệ thống phun nhiên liệu hỗ trợ khí nén.

Năm 1920, động cơ diesel tốc độ cao ra đời và được sử dụng trên xe thương mại. Vào năm 1930, động cơ diesel đã được lắp trên các xe du lịch.

(Rudolf Christian Karl Diesel sinh năm 1858 tại Paris)

Phát minh của Rudolf Diesel

Rudolf Diesel sinh ra ở Paris, Pháp vào năm 1858. Ông tốt nghiệp trường Đại học Bách Khoa Munich (Đức) năm 1880.

Năm 1885, Diesel thành lập cửa hàng đầu tiên của mình ở Paris để bắt đầu phát triển động cơ đánh lửa nén.

Năm 1890, ông đã nhận được một số bằng sáng chế cho phát minh ra động cơ đốt trong, đốt chậm, đốt cháy chậm, hiệu quả.

Năm 1893, động cơ diesel nguyên mẫu đầu tiên được chế tạo nhưng không thành công. Sau đó ông đã tiến hành một loạt cải tiến và tiếp tục thử nghiệm.

Ngày 17 tháng 2 năm 1897, Diesel đã chế tạo thành công động cơ mang tên ông, và đạt hiệu suất cao, 26.2%. Động cơ diesel có hiệu suất cao hơn hẳn so với động cơ hơi nước phổ biến lúc bấy giờ (hiệu suất động cơ hơi nước chỉ đạt khoảng 10%).

Việc phát triển sáng chế của Diesel cần thêm thời gian và công sức để trở thành một thành công về mặt thương mại. Nhiều kỹ sư và nhà phát triển đã tham gia vào công việc cải thiện khả năng tồn tại trên thị trường của ý tưởng do Rudolf Diesel tạo ra. Mặt khác, anh ta bị đe dọa phần nào bởi quá trình này và không phải lúc nào cũng có thể tìm thấy tiếng nói chung với các nhà thiết kế động cơ khác đang phát triển dựa trên phát minh của ông.

Cái chết của Rudolf Diesel

Những nỗ lực quảng bá thị trường động cơ chưa sẵn sàng của Diesel cuối cùng đã dẫn đến suy nhược thần kinh. Năm 1913, vô cùng bối rối trước những lời chỉ trích về vai trò của mình trong việc phát triển động cơ, ông đã biến mất một cách bí ẩn khỏi một con tàu trong chuyến hành trình đến Anh, có lẽ là tự sát.

Sau khi các bằng sáng chế của Diesel bắt đầu hết hạn, một số công ty khác đã lấy phát minh của ông và phát triển nó để trở nên hoàn thiện như ngày nay.

Trên đây là chia sẻ của chuyên gia về sự khác nhau giữa động cơ Diesel và động cơ chạy xăng. Hy vọng nó sẽ giúp quý khách hiểu hơn về nguyên lý và hoạt động của động cơ.