Tại sao động cơ Diesel lại cho mo-men xoắn cao hơn động cơ xăng?

Mô-men xoắn là đại lượng vật lý thể hiện lực tác động làm quay một vật quanh một trục. Đối với động cơ ô tô, mô-men xoắn càng lớn thì khả năng kéo và vượt dốc của xe càng tốt. Vì vậy, đối với những dòng xe cần sức kéo lớn như SUV địa hình khung gầm rời, bán tải và xe tải thường sẽ được thiết kế sử dụng động cơ Diesel. Cùng tìm hiểu 5 lý do khiến động cơ máy dầu có mô-men xoắn lớn hơn động cơ xăng.
 

1. Động cơ Diesel hoạt động với tỉ số nén cao hơn

Điểm khác biệt cơ bản giữa động cơ diesel và động cơ xăng nằm ở đặc tính của nhiên liệu, hỗn hợp xăng và không khí dễ cháy, thường sẽ sử dụng bugi để đánh lửa và đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu để tạo hiệu suất động cơ như mong muốn. Nếu thiết kế động cơ có tỷ số nén cao (tỷ lệ giữa dung tích tối đa và tối thiểu bên trong xi lanh) có thể gây hiện tượng kích nổ, đây là hiện tượng tạo ra sóng áp suất không mong muốn, quá trình này tạo ra âm thanh khác thường (tiếng gõ kích nổ) và có thể làm hỏng một số chi tiết bên trong động cơ (xi lanh, piston). 
 

Ngược lại, dầu diesel một loại nhiên liệu khó cháy hơn, do đó nó có thể chịu được áp suất nén cao hơn rất nhiều mà không bị kích nổ, dầu diesel chỉ tự bốc cháy khi được nén đến một nhiệt độ và áp suất cực cao. Nhờ đặc tính này nên động cơ diesel sẽ không dùng đến cơ chế đánh lửa bởi bugi, hỗn hợp nhiên liệu tự bốc cháy khi được nén đến điểm cháy. Để làm được điều này thì các chi tiết của động cơ diesel cũng được thiết kế để chịu được áp suất và nhiệt độ cao hơn so với động cơ xăng.

2. Đốt cháy sớm hơn

Trong động cơ xăng, bugi cung cấp tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí. Ngọn lửa lan tỏa từ đó, đốt cháy toàn bộ hỗn hợp trong xi lanh. Ngược lại, động cơ diesel không sử dụng bugi. Nhiên liệu diesel được phun vào xi lanh khi không khí đã được nén đến nhiệt độ và áp suất rất cao, đủ để tự bốc cháy. Do đó, quá trình cháy trong động cơ diesel bắt đầu muộn hơn so với quá trình đánh lửa ở động cơ xăng, nhưng lại diễn ra nhanh hơn và hiệu quả hơn nhờ áp suất nén cao.

3. Kích thước Piston lớn hơn

Ở động cơ diesel, để nâng cao tỷ số nén thì phải làm tăng thể tích công tác của động cơ lên. Muốn vậy, thì phải làm piston to và dài hơn. Khi piston dài hơn, hành trình của piston cũng lớn lên và thanh truyền cũng phải chế tạo dài tương ứng. Thanh truyền dài hơn đồng nghĩa với việc có một "tay đòn" dài hơn. Mà Mô-men xoắn bằng lực nhân cánh tay đòn. Vì vậy, momen xoắn trên động cơ diesel sẽ lớn hơn động cơ xăng tương ứng. Nhưng cũng chính đặc điểm này khiến cho loại máy dầu thường không đạt tốc độ máy (vòng tua) lớn như động cơ xăng do piston phải di chuyển quãng đường xa hơn đáng kể. Trong khi đó, máy xăng lại dùng hành trình piston ngắn và bùng lên theo từng đợt ngắn cho phép tua máy cao hơn. Đây là nguyên nhân vì sao, trên xe du lịch thường sử dụng động cơ xăng do đặc tính tăng tốc tốc độ của nó.

4. Động cơ Diesel thường sử dụng tăng áp (TurboCharged)

Để đạt được tỉ số nén cao, động cơ diesel cần một lượng không khí lớn được nén chặt vào buồng đốt. Điều này giúp tạo ra nhiệt độ và áp suất đủ để tự bốc cháy nhiên liệu. Để đảm bảo lượng không khí nạp vào đủ lớn, nhiều động cơ diesel hiện đại được trang bị turbocharger. Turbocharger giúp tăng áp suất của không khí nạp, từ đó tăng cả lượng không khí và mật độ không khí trong buồng đốt. Tuy nhiên, việc sử dụng turbocharger không phải là điều kiện bắt buộc để động cơ diesel hoạt động. Nhiều động cơ diesel vẫn có thể đạt được công suất tốt mà không cần đến turbocharger, đặc biệt là các động cơ diesel dung tích lớn.
Tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong động cơ diesel thường dao động trong khoảng 18:1 đến 70:1 (theo khối lượng), tùy thuộc vào tải trọng và điều kiện hoạt động. Điều này có nghĩa là động cơ diesel sử dụng lượng không khí nhiều hơn so với động cơ xăng để đốt cháy một lượng nhiên liệu nhất định. Việc sử dụng lượng không khí lớn giúp quá trình đốt cháy diễn ra hoàn toàn hơn, giảm thiểu khí thải độc hại và tăng hiệu suất động cơ.

5. Đánh giá nhiệt

Bản chất dầu Diesel (45.500 kJ/kg) có nhiệt trị thấp hơn so với xăng (45.800 kJ/kg) - dù không nhiều. Nói cách khác, lượng nhiệt tiềm tàng bên trong cùng một thể tích xăng luôn nhiều hơn so với dầu. Tuy nhiên, do tính chất đậm đặc hơn đáng kể, thực tế cho thấy ở cùng thể tích tự nhiên, dầu luôn trữ được nhiều hơn khoảng 15% năng lượng so với xăng (dễ giãn nở). Chính vì thế, mỗi khi động cơ diesel bị cháy, nó tạo ra nhiều năng lượng hơn để tạo áp lực cho piston và nhiều mô-men xoắn hơn cho trục khuỷu - đồng nghĩa với mô men xoắn lớn hơn được truyền qua trục khuỷu, qua hộp số và xuống các bánh xe.

Toyota cung cấp đa dạng các mẫu xe sử dụng động cơ diesel, bao gồm cả dòng bán tải (Hilux) và SUV (Fortuner) được phân phối chính hãng tại Việt Nam. Bên cạnh đó, tại thị trường quốc tế, Toyota còn trang bị động cơ diesel cho các mẫu xe đa dụng như Innova và các dòng xe địa hình như Land Cruiser, Land Cruiser Prado.