Kiến thức Phân biệt động cơ xăng và động cơ diesel dùng trên xe tải

Dark Man

Member
Joined
Sep 27, 2017
Messages
5,852
Reaction score
1
Để có được thế giới hiện đại như hôm nay, nhân loại đã phải trải qua rất nhiều cuộc cách mạng về khoa học kỹ thuật. Có thể nói với cuộc cách mạng nông nghiệp diễn ra hàng ngàn năm trước, con người cơ bản đã tách bạch ra khỏi các loài động vật khác. Về cơ bản chúng ta đã tự chủ được nguồn lương thực, không còn phải săn bắt hái lượm, đánh cược mạng sống vào những chuyến đi săn đầy nguy hiểm. Chính nông nghiệp đã giúp nhân loại đứng trên các loài động vật khác, xây dựng nên những nền văn minh rực rỡ của riêng mình.


Tiền đề của công nghiệp

Nhưng sức người và sức động vật đều có giới hạn. Trâu bò không thể kéo hàng hoá đi thật nhanh. Lừa và ngựa sức thồ hàng có hạn. Nếu chỉ dựa vào mỗi văn minh nông nghiệp, con người không thể tiến xa và tiến cao hơn được, càng không thể bay lên trời cao được. Chính các cuộc cách mạng công nghiệp mà linh hồn là những động cơ có sức mạnh mạnh hơn những con bò mạnh nhất, khoẻ hơn những con ngựa khoẻ nhất đã thay đổi cơ bản các nền văn minh hiện đại.


Văn minh nông nghiệp chủ yếu dựa trên sức người và động vật

Có những ví dụ đơn giản cho sự thay đổi này. Những căn nhà trên 10 tầng không hề tồn tại trước khi máy móc ra đời, vì con người không thể... leo bộ liên tục suốt 10 tầng! Người ta không bao giờ nghĩ có thể mang tới hàng chục tấn hàng hoá đi khắp chiều dài đất nước chỉ trong vài ngày chỉ bằng một chuyến hàng duy nhất, cho tới khi có xe lửa. Cả việc vượt đại dương rộng hàng ngàn km cũng chưa bao giờ dễ dàng hơn khi động cơ hơi nước ra đời. Các cuộc cách mạng công nghiệp, mà linh hồn là những chiếc động cơ, đã làm được điều đó.

Cuộc cách mạng công nghiệp đầu tiên, được đánh dấu bởi sự ra đời của động cơ hơi nước, đặt ra nền tảng cho ngành công nghiệp xe lửa cũng như tàu thuỷ hơi nước. Vận chuyển hàng hoá công suất lớn cùng với chở người đường dài đã cùng nhịp bước với những cỗ máy phì phò khói đen thi thoảng lại phát ra những tiếng kêu TÚT TÚT...

Động cơ hơi nước thành công rực rỡ đến nỗi nó được ứng dụng cho hầu hết các ngành sản xuất vào cuối thế kỷ 19. Hầu như ở đâu có máy móc là ở đấy có hơi nước. Nhưng đến lượt mình, loại động cơ này cũng có các giới hạn mà bằng lý do này hoặc lý do khác, nó không còn là lựa chọn tốt nhất dùng trong công nghiệp.


Cách mạng công nghiệp lần 1 khởi động bằng động cơ hơi nước

Một lý do trên hết là hiệu suất năng lượng. Động cơ hơi nước có hiệu suất khá kém, trung bình chỉ từ 10 ~ 20%. Ngoại trừ các turbine hơi nước có hiệu suất cao nhất 40% nhưng chỉ đạt được khi làm việc ổn định ở một công suất nhất định. Đặc điểm này khiến cho việc áp dụng động cơ hơi nước vào các phương tiện vận chuyển đường bộ trở nên khó khăn hơn rất nhiều (do công suất biến thiên liên tục). Thêm vào đó, do đặc tính là động cơ đốt ngoài (external combustion engine), thiết kế của động cơ hơi nước thường khá cồng kềnh và có rủi ro an toàn cao. Các yếu tố này khiến cho việc đưa động cơ hơi nước vào các sản phẩm dân dụng phổ thông trở nên khó khăn. Nhất là khi có những điều luật "gây khó dễ" cho động cơ này khi dùng trên đường bộ.

Và sau cùng, một biến cố lịch sử đã đẩy động cơ hơi nước "ra rìa" là Đệ Nhị Thế Chiến (WW2). Cuộc chiến này đẩy mạnh nhu cầu cho các phương tiện di chuyển trên đường bộ. Trong khi các tuyến đường sắt thường xuyên bị bomb đạn cắt đứt và phải mất nhiều thời gian để sửa chữa thì đường bộ lại tiện dụng hơn, dễ mở hơn và cũng dễ sửa chữa hơn. WW2 là tiền đề giúp động cơ đốt trong (internal combustion engine) giành lấy vị trí thống trị của động cơ hơi nước.

Cuộc cách mạng công nghiệp lần 2

Không phải đến tận WW2, động cơ đốt trong mới xuất hiện. Thực tế là động cơ đốt trong vốn được phát triển gần như cùng lúc với động cơ hơi nước, nhưng chỉ muộn hơn vài chục năm cho đến khi ra được sản phẩm thương mại. Song ngần đó thời gian đã giúp động cơ hơi nước "cứng chân" trong rất nhiều ngành công nghiệp.


Cách làm việc của động cơ đốt trong 4 kỳ

Mặc dù vậy, động cơ đốt trong vẫn có ưu thế hơn động cơ hơi nước ở khoản hiệu suất cao hơn, từ 20 ~ 50% (hơn gấp đôi). Nhờ ưu thế đó, những loại phương tiện "nhạy cảm" về kích thước động cơ có xu thế dùng động cơ đốt trong thay vì hơi nước.

Những chiếc máy bay là ví dụ điển hình cho việc này. Do hiệu suất thấp, trong khi khối lượng lại cao, động cơ hơi nước gần như không thể dùng trên máy bay vì mức năng lượng sinh ra gần như không thể đủ "bù" với khối lượng cộng thêm vào khung máy bay. Không ngoa khi nói rằng, chúng ta sẽ chẳng bao giờ có ngành hàng không nếu như không có động cơ đốt trong.

Và như đã nêu, nhờ hiệu suất cao hơn đáng kể, cộng thêm việc thay đổi công suất dễ dàng hơn động cơ hơi nước (vì lượng nhiên liệu đốt rất dễ điều chỉnh), động cơ đốt trong dần dần chiếm lĩnh được các vị trí mà trước đấy là của động cơ hơi nước. Các nhà máy, khu công nghiệp, tàu hoả, tàu biển... đều chuyển qua động cơ đốt trong. Đặc biệt nhất là ngành công nghiệp auto - vận tải đường bộ. Giờ đây chúng ta đã có thể chở được nhiều hàng hoá trên những con đường nhựa mà không phải "chờ" tới khi có tàu chạy.


Động cơ đốt trong đã thay đổi hoàn toàn ngành công nghiệp toàn cầu

Cuộc cách mạng công nghiệp lần 2 chính thức bùng nổ, nền kinh tế cũng tăng trưởng rực rỡ theo, mà trái tim của nó chính là động cơ đốt trong.

Động cơ xăng và động cơ diesel

Đến lượt động cơ đốt trong, các kỹ sư tài ba đã nảy sinh ra rất nhiều kiểu thiết kế và vận hành khác nhau. Có thể kể đến như động cơ phản lực, turbine khí, động cơ Wankel... Nhưng 2 loại chiếm số đông nhất trong hầu hết các lĩnh vực, nhất là giao thông vận tải gồm - động cơ xăng và động cơ diesel. Trong đó động cơ xăng phổ biến nhất ở các phương tiện kích thước nhỏ còn diesel phổ biến trên các thiết bị công suất lớn.

Về cơ bản, động cơ xăng và diesel rất giống nhau. Cả 2 đều dựa trên việc nén nhiên liệu rồi đốt (trong buồng đốt) để sinh công, đến mức chúng ta có thể sử dụng chung một mô hình để mô tả cách vận hành của cả 2. Vậy đâu là điểm khác biệt?

Trước hết là ở loại nhiên liệu, giữa 1 bên là... xăng và 1 bên là... dầu diesel! Về mặt hoá học, xăng được xem "dầu nhẹ" còn diesel là "dầu nặng". Vì "nhẹ" nên xăng dễ cháy hơn (điểm phát hoả thấp). Còn diesel "nặng" hơn nên khó bắt lửa hơn. Tuy vậy, mạch carbon của xăng ngắn hơn nên lượng công suất phát sinh khi cháy không cao. Còn diesel thì ngược lại.

Do các đặc tính trên, quá trình đốt nhiên liệu của xăng và diesel không giống nhau. Trong khi xăng có thể bốc cháy ở khoảng 300 °C thì diesel cần tới 700 °C. Điều đó khiến cho quá trình nén-đốt giữa 2 loại động cơ trở nên khác nhau. Nếu ở động cơ diesel, bản chất của phản ứng cháy nằm ở khối nhiên liệu bị nén đặc đến mức tự cháy (nhiệt độ của khối nhiên liệu tăng khi thể tích giảm - và ngược lại), thì ở động cơ xăng, phản ứng cháy được kích hoạt bởi bộ phận đánh lửa.

So sánh động cơ diesel và động cơ dùng xăng (petrol)

Trên thực tế, xăng hoàn toàn có thể tự cháy giống như diesel ở cùng cơ chế nén-cháy nêu trên. Song vấn đề nảy sinh nằm ở điểm cháy của xăng (và các loại dầu nhẹ khác) rất thấp. Việc để cho xăng tự cháy vô hình chung khiến cho quá trình nạp nhiên liệu vô buồng đốt trở nên cực kỳ nguy hiểm vì xăng sẽ tự cháy trước khi valve nạp kịp đóng lại (để quá trình nén diễn ra). Từ đó dẫn tới hệ thống dẫn nhiên liệu vào buồng đốt có thể bị phá huỷ do xăng tự cháy quá sớm. Do vậy để đảm bảo sự an toàn, động cơ xăng không dựa trên cơ chế nén-cháy mà dùng bugi đánh lửa (đốt-cháy) để quá trình cháy diễn ra đúng thời điểm như mong muốn của các kỹ sư.

Vì lẽ trên, động cơ xăng được xếp vào loại động cơ đánh lửa (spark-ignition) và tại điểm cao nhất của cylinder là bugi (spark plug). Còn động cơ diesel xếp vào loại động cơ nén cháy (compression-ignition), tại điểm cao nhất của cylinder là kim phun nhiên liệu (fuel injector). Khác biệt này đồng thời dẫn đến việc động cơ xăng cần tới bộ chế hoà khí (carburetor) để trộn xăng và không khí lẫn vào nhau trước khi được nạp vô buồng đốt. Còn động cơ diesel không cần tới thiết bị này mà chỉ cần kim phun nhiên liệu, do không khí được nạp độc lập với nhiên liệu (quá trình nén thực chất chỉ nén không khí, nhiên liệu chỉ được phun ở quá trình đốt).

Ưu nhược điểm của động cơ xăng và diesel

Do đặc tính khác nhau nên từng loại động cơ có những ưu nhược điểm của riêng chúng. Chúng ta không thể nói được mẫu nào tốt hơn mẫu nào mà chỉ có thể nói mẫu nào phù hợp với loại ứng dụng nào. Có thể tóm tắt như sau.

Động cơ diesel

- Cấu tạo đơn giản hơn động cơ xăng vì không cần bộ chế hoà khí và bugi đánh lửa. Vì vậy ít chi tiết bị hư hỏng hơn
- Dầu DO rẻ hơn xăng vì xăng đòi hỏi quá trình chưng cất phức tạp hơn. Nên chi phí nhiên liệu cho diesel thấp hơn xăng
- Mạch carbon của diesel dài hơn xăng, dẫn tới công suất cháy mạnh hơn. Do đó với cùng thể tích cylinder, diesel sinh công nhiều hơn xăng
- Cũng do mạch carbon dài, diesel có chỉ số cetane cao hơn xăng. Chỉ số cetane càng cao thì quá trình nhiên liệu cháy đồng thời càng triệt để. Từ đó giúp hạn chế tình trạng nhiên liệu không cháy hết khi tăng thể tích cylinder hơn so với động cơ xăng


Động cơ diesel thường có công suất lớn được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp

- Do các yếu tố kể trên, động cơ diesel cho hiệu suất năng lượng cao hơn động cơ xăng ở cùng thể tích làm việc. Trong khi động cơ xăng chỉ đạt 30% hiệu suất năng lượng thì động cơ diesel đạt tới 45%. Nên chúng ta thường nghe "máy diesel mạnh gấp rưỡi máy xăng"
- Và vì khoẻ hơn, động cơ diesel thường được ứng dụng trong các ngành công nghiệp nặng, vận tải hạng nặng, tàu biển do có khả năng tăng tải tốt hơn động cơ xăng
- Không dùng bugi đánh lửa lẫn các hệ thống mạch điện như động cơ xăng nên động cơ diesel không gặp các vấn đề về nhiễu sóng radio. Vì thế diesel được ưu ái ở những ứng dụng "nhạy cảm" về tín hiệu radio như tàu ngầm, vận tải biển, hàng không
- Động cơ diesel cũng không phải "hy sinh" bớt một phần công sinh ra để vận hành hệ thống đánh lửa. Khi số vòng tua càng tăng thì tần suất đánh lửa càng phải tăng theo và đánh lửa làm sao cho hiệu quả để đốt hết xăng trở thành một vấn đề khó với động cơ xăng
- Do phải chịu công suất lớn hơn, kích thước của động cơ diesel cũng lớn hơn và tuổi thọ "vô tình" cao hơn động cơ xăng ở cùng thể tích

Động cơ xăng

- Ưu điểm của diesel là nhược điểm của xăng và ngược lại
- Tuy có nhiều chi tiết hơn, nhưng máy xăng dễ chế tạo hơn máy diesel. Nguyên do nằm ở công suất của xăng thấp hơn dẫn tới kết cấu máy xăng không cần phải bền bằng máy diesel, vì thế dễ thiết kế và sản xuất hơn
- Tuy hiệu suất năng lượng không bằng, nhưng máy xăng có thể vận hành ở số vòng tua cao và dễ biến thiên hơn máy diesel. Đa phần máy diesel chỉ chạy dưới 3000 rpm còn máy xăng có thể đạt trên 10000 rpm
- Do số vòng tua cao hơn, máy xăng dễ tăng tốc hơn máy diesel. Hầu hết các xe đua đều dùng động cơ xăng. Cũng do yếu tố này nên trong giao thông dân sự, máy xăng thường được chuộng vì dễ tăng/giảm tốc độ hơn


Bugi đánh lửa là điểm đặc trưng nhất của động cơ dùng xăng

- Do vận hành dựa trên nguyên tắc "nén-cháy" ở nhiệt độ cao nên một số máy diesel có thể gặp trục trặc khi trời lạnh. Chúng cần được "làm ấm" trước khi có thể khởi động bình thường. Máy xăng dựa vào nguyên tắc "đốt-cháy" nên gần như có thể khởi động ở mọi nhiệt độ
- Vì là "dầu nặng" nên khi trời lạnh, dầu diesel có thể bị đông lại và cần phải được "làm ấm" trước khi nạp vào buồng đốt. Xăng "nhẹ" hơn nên không bị tình trạng này. Một số máy diesel có thể phải "hy sinh" một phần công suất để làm ấm dầu để vận hành khi vào mùa đông
- Cũng do dễ chế tạo hơn và khối lượng nhẹ hơn, máy xăng dễ áp dụng cho những phương tiện có kích thước nhỏ như xe máy. Trong khi điều này khá khó cho máy diesel vì khối lượng và kích thước cồng kềnh của chúng

Tổng quan

Cho đến nay, lịch sử nhân loại đã trải qua 3 cuộc cách mạng công nghiệp. Trong đó, cuộc cách mạng lần 3 được đánh dấu bởi sự ra đời của máy tính và mạng Internet, với điện tử tự động hoá là trọng tâm để cải tiến các ngành sản xuất khác. Song về cơ bản, nền tảng của các ngành công nghiệp vẫn dựa trên động cơ xăng và động cơ diesel (kết hợp với động cơ điện). Khác với việc "tiếm ngôi" động cơ hơi nước, ngành điện tử không hề thế chỗ của động cơ đốt trong mà thay vào đó, giúp chúng vận hành một cách hiệu quả và thông minh hơn.


Công suất lớn, tiết kiệm nhiên liệu, dùng được cho hành trình dài là các ưu điểm của động cơ diesel

Mặc dù trong tương lai, rất có thể chúng ta sẽ thấy sự trỗi dậy của động cơ điện hoặc động cơ hydrogen, do có hiệu suất năng lượng tốt hơn (90% cho động cơ điện). Song một vấn đề đặt ra là thể tích khối pin dùng để chứa "nhiên liệu" vẫn khá lớn, đôi khi quá lớn đến mức trở thành "gánh nặng" cho phương tiện. Về tổng quan, động cơ điện/hydrogen có thể phần nào sẽ thế chỗ động cơ xăng trong tương lai, vì chúng khá phù hợp cho các hành trình ngắn, vốn cần ít "nhiên liệu" hơn. Nhưng để thay thế được động cơ diesel dùng trong các ngành công nghiệp sẽ là cả một câu chuyện dài...

Cụ thể hơn, để hiểu rõ vai trò của động cơ diesel, đặc biệt là trong giao thông vận tải hàng hoá, các bạn có thể xem thêm bài viết về phân hạng xe tải sau để thấy được khác biệt chính giữa xe tải và xe con cũng như các phương tiện giao thông khác.
 

bianhchum

New Member
Joined
Sep 28, 2017
Messages
11,275
Reaction score
0
Trước làm máy dầu đc 1 năm. Máy dầu dễ sửa cực, tăng dung tích cũng dễ. Mà nặng khiếp.
Máy xăng thì nhỏ nhẹ, mà cần độ chính xác cao, hại não hơn mấy dầu.
 

sehtr7

New Member
Joined
Sep 28, 2017
Messages
776
Reaction score
0
Diesel :
-Giá diesel rẻ hơn xăng
-Ko cần mồi lữa, 4 kì hút-nén-nổ-xả thì cuối kì nén áp suất cực cao, tự nổ ko cần bugi đánh lữa. Bugi chỉ hoạt động khi đề máy.
-Nổ ko đều trong lòng xy lanh, áp lực loạn xạ và ko lần nổ nào giống lần nổ nào -> dẫn tới thiết kế xylanh dày để chống chọi áp lực -> dẫn tới máy diesel lúc nào cũng to nặng hơn máy xăng cùng dung tích.
-Hiệu suất nhiên liệu cao hơn xăng, 40-45%, trong khi xăng chỉ 30% -> xài ít nhiên liệu hơn mà giá từng lít lại rẻ hơn xăng nên đối với kinh doanh vận tải tiết kiệm rất tốt.
-Momen xoắn cao, phù hợp cho tải nặng cần đề pa khi đang full load.
-Khí thải dơ hơn xăng -> VW DieselGate.

Xăng
-Giá xăng mắc
-Xài bugi đánh lữa
-Ap suất nổ đều, dễ kiểm soát áp lực lên lòng xylanh, nên thiết kế động cơ ko cần to nặng như diesel.
-Hiệu suất nhiên liệu cực kì kém cỏi, 30%, đổ 1 lít xăng thì có tới 0.7 bị lãng phí ko sinh ra công:stick:, ko hiệu quả kinh tế bằng diesel.
-Momen xoắn thấp hơn diesel.
-Khí thải dễ lọc hơn diesel.
 

huydaika13

New Member
Joined
Sep 29, 2017
Messages
2,462
Reaction score
1
bianhchum said:
Trước làm máy dầu đc 1 năm. Máy dầu dễ sửa cực, tăng dung tích cũng dễ. Mà nặng khiếp.
Máy xăng thì nhỏ nhẹ, mà cần độ chính xác cao, hại não hơn mấy dầu.
hệ thống phun nl trên máy dầu phức tạp hơn nhiều, k phải thợ nào cũng sửa đc
 

bianhchum

New Member
Joined
Sep 28, 2017
Messages
11,275
Reaction score
0
huydaika13 said:
hệ thống phun nl trên máy dầu phức tạp hơn nhiều, k phải thợ nào cũng sửa đc
Cái đó thì chia nhỏ ra bác à, mình thợ máy chỉ làm máy, như vs máy, canh chỉnh khe hở, thay sơ mi - pistong ... Còn bơm-béc dầu thì sẽ có chỗ họ canh chỉnh riêng bác à :byebye::byebye: . Và mình cũng chỉ biết làm máy thôi, chứ quăng qua khung gầm hay điện thì k bằng thợ chuyên đc.
 
Top