Động cơ hai kỳ, hoặc động cơ hai thì từng được sử dụng phổ biến trên xe máy trong giai đoạn 1970-2000. Khuyết điểm nhiều hơn ưu điểm là nguyên nhân khiến động cơ này dẫn biến mất trên các mẫu xe 2 bánh, nhất là sản phẩm thương mại.
Thế nhưng, bạn có biết động cơ 2 kỳ là gì? Chức năng, cấu tạo như thế nào? Bài viết này chúng em sẽ giải đáp chi tiết:
Lịch sử của động cơ 2 kỳ
Động cơ xăng hai kỳ (The two-stroke-cycle petrol Engine)
Động cơ xăng 2 kỳ là một động cơ đốt trong thường được chế tạo theo kiểu động cơ có pít tông đẩy. Ngược với động cơ bốn thì, động cơ hai thì cần hai thì để tạo ra đủ năng lực hoàn thành một vòng quay của trục khuỷu.
Thiết kế thành công đầu tiên của động cơ hai thì ba cổng. Được cấp bằng sáng chế vào năm 1889 bởi Joseph Day & Son of Bath. Điều này sử dụng mặt dưới của piston kết hợp với trục khuỷu kín để tạo thực hiện chức năng vừa nạp hóa khí vừa giúp thải hòa khí sau khi cháy.
Động cơ này hoàn thành chu trình bao gồm nạp, nén, nổ, xả trong một vòng quay của trục khuỷu hoặc hai hành trình piston hoàn chỉnh.
Hòa khí dịch chuyển từ hộp trục khuỷu vào xi lanh
Pistong dịch chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới hòa khí sẽ từ hộp trục khuỷu vào lòng xi lanh và cửa xả mở [E], khí thải đã cháy bị đẩy vào khí quyển. Đồng thời, chuyển động đi xuống điểm chết dưới, mặt dưới của piston sẽ nén hỗn hợp không khí và xăng tạo thành hòa khí khi mà piston dịch chuyển lên điểm chết trên thì hòa khí đã được đi vào trước đó. Chuyển động xuống của piston sẽ mở cổ quét (T), và hỗn hợp nén trong cacte sau đó sẽ được chuyển sang phía buồng đốt của xi lanh. Khi đó, trong xi lanh sẽ sảy ra hiện tượng hòa khí mới được nạp vào sẽ đi vào xi lanh và đẩy ra mọi sản phẩm cháy còn sót lại của quá trình đốt cháy.
Xi lanh thực hiện quá trình nén và hộp trục khuỷu thực hiện quá trình nạp
Trục khuỷu quay, piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên. Đầu tiên, piston bịt kín cổ quét và sau đó một thời gian ngắn, cửa xả sẽ đóng hoàn toàn. Khi piston lên đến điểm chết trên sẽ nén hỗn hợp hòa khí xuống khoảng 1/7 đến 1/8 thể tích ban đầu của nó.
Đồng thời khi hòa khí mới bị nén giữa buồng đốt và đầu pít-tông, chuyển động vào trong của pít-tông làm tăng tổng thể tích trong hộp trục khuỷu do đó tạo ra một không gian trống. Khoảng nửa hành trình xi lanh, phần dưới của váy piston sẽ mở ra cửa nạp (I), và hỗn hợp mới gồm không khí và xăng do bộ chế hòa khí chuẩn bị sẽ được dẫn vào buồng cacte.
Xi lanh thực hiện quá trình cháy và hộp trục khuỷu thực hiện quá trình nén
Ngay trước khi piston chạm tới điểm chết trên, một bugi đánh lửa nằm ở giữa đầu xi lanh sẽ đánh lửa và đốt cháy hỗn hợp đậm đặc. Tốc độ đốt cháy của hòa khí sẽ nhanh chóng nâng áp suất khí lên tối đa khoảng 50 bar khi đầy tải. Sau đó, hỗn hợp cháy nở ra, buộc piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới với sự giảm áp suất xi lanh tương ứng
Tình trạng khi piston và hộp trục khuỷu sau khi piston dịch chuyển xuống điểm chết dưới, với lúc đầu piston ở điểm chết trên, hỗn hợp mới sẽ đi vào hộp trục khuỷu qua cổng nạp. Khi piston di chuyển xuống điểm chết dưới, mặt côn dưới piston sẽ che cổng nạp và piston tiếp tục chuyển động đi xuống sẽ nén hỗn hợp trong hộp trục khuỷu để chuẩn bị cho lần nạp hòa tiếp theo vào xi lanh và trong buồng đốt.
Chu trình kết hợp của các quá trình thích ứng với động cơ ba xi-lanh được thể hiện trong chu trình hoàn chỉnh về các kỳ đóng và mở cũng như sự thay đổi thể tích và áp suất xi lanh tương ứng.
Sự đổi chiều của dòng khí quét (2 kỳ) (Schnuerle)
Để cải thiện hiệu quả quét, một hệ thống quét khí cháy theo vòng được gọi là reverse-flow hoặc (theo tên người phát minh ra nó, Tiến sĩ E. Schnuerle ) là hệ thống quét khí cháy Schnuerle đã phát triển. Dòng khí được quét sẽ đi theo đường vòng, các cửa quét và cửa xả được bố trí ở phần dưới của xylanh và được đóng, mở bằng piston của động cơ. Khí mới được thổi vào xylanh qua cửa quét, lúc đầu men theo thành xylanh đi lên phía nắp, tới nắp dòng khí sẽ đổi chiều và đi vòng xuống hướng tới các cửa xả.
Hệ thống nạp bằng van đĩa và van lưỡi gà
Một giải pháp thay thế cho cổng vào hộp trục khuỷu vận hành bằng piston là sử dụng van đĩa được gắn và dẫn động bởi trục khuỷu
Van đĩa này được để mở và đóng sao cho lượng hòa khí mới được tạo ra để đi vào hộp trục khuỷu càng sớm càng tốt, và chỉ khi hòa khí chuẩn bị chuyển vào xi lanh thì nó mới đóng lại. Phương pháp điều khiển này không phụ thuộc vào sự dịch chuyển của piston để mở cổng – do đó nó có thể được thực hiện theo từng giai đoạn để kéo dài thời gian làm đầy
Một phương pháp khác để cải thiện khả năng làm đầy hộp trục khuỷu là sử dụng van lưỡi gà. Các van này không được thiết kế để mở và đóng mà hoạt động tự động khi chênh lệch áp suất giữa cacte và cửa nạp khí đủ để làm lệch lò xo lưỡi gà.
So sánh động cơ xăng hai kỳ và động cơ xăng bốn kỳ
Những nhận xét sau đây so sánh những điểm chính liên quan đến hiệu quả của cả hai chu trình động cơ.
1) Động cơ hai kì hoàn thành một chu trình là một vòng quay của trục khuỷu. Động cơ 4 kỳ thực hiện hoàn thành một chu trình là hai vòng quay của trục khuỷu.
2) Về mặt lý thuyết, cùng một dung tích xi lanh động cơ hai kì tạo ra công suất bằng một nửa động cơ xăng bốn kì
3) Trong thực tế, động cơ hai kỳ thải ra khí thải và làm đầy xi lanh bằng hỗn hợp mới được đưa vào qua thân máy là kém hiệu quả hơn nhiều so với việc có ống xả và ống nạp riêng biệt. Do đó , áp suất xi lanh hiệu dụng trung bình ở động cơ hai thì thấp hơn nhiều hơn ở động cơ bốn thì tương đương.
4) Với chỉ một lần thực hiện cả kì nén và nổ thay vì hai lần như động cơ xăng bốn kì. Sẽ chạy êm hơn động cơ bốn thì cho cùng kích thước bánh đà.
5) Quá trình thu hồi chất thải kém, động cơ hai kỳ có thể gặp phải các vấn đề sau:
- Lượng hòa khí được nạp vào không đủ do quá trình thải một phần lượng hòa khí được dùng để đầy sản phẩm thải ra ngoài
- Lượng khí thải dư còn lại trong xi lanh quá lớn
6) Những điều kiện không mong muốn này có thể xảy ra trong các tình huống tải và tốc độ khác nhau, ảnh hưởng lớn đến cả công suất và mức tiêu thụ nhiên liệu.
Động cơ hai thì cần phải bảo trì ít hơn nhiều so với động cơ bốn thì, nhưng có thể có vấn đề với các sản phẩm của quá trình đốt cháy cacbon ở đầu vào, chuyển giao và các cổng xả.
Việc bôi trơn động cơ hai thì đạt được bằng cách trộn một lượng nhỏ dầu với xăng theo tỷ lệ từ 1:16 đến 1:24 sao cho, khi quá trình nạp hộp trục khuỷu diễn ra, các các bộ phận quay và chuyển động qua lại sẽ được bôi trơn bằng sương mù bởi hỗn hợp dầu. Rõ ràng một phần dầu liên tục sẽ bị đốt cháy trong xi lanh và thải vào khí quyển làm tăng lượng phát thải không mong muốn
Có ít bộ phận làm việc hơn trong động cơ hai thì hơn so với động cơ bốn thì, vì vậy động cơ hai thì động cơ thường rẻ hơn để sản xuất.
Kết luận
Đến đây thì bạn đã tìm ra bài viết có nội dung đầy đủ về “động cơ 2 kỳ” rồi chứ? Còn nếu bạn còn muốn tìm hiểu thêm kiến thức, hãy để lại bình luận team chúng em sẽ giúp bạn giải đáp những thắc mắc liên quan tới hệ thống gầm ô tô chi tiết nhất!
Trong trường hợp bạn tìm hiểu đọc hết những kiến thức ở khắp nơi nhưng vẫn không thể tóm gọn lại kiến thức, bạn hoàn toàn có thể theo dõi các bài chia sẻ kiến thức của team chúng em nhé!
Tổng hợp chia sẻ bởi Duy Anh – Team DANOTO