Động
cơ bốn th́, 3 lít, V6 là ǵ?
Hà Dương Cự |
Một
máy xe hơi V6 của Mercedes. Khi bạn đi mua xe hơi chắc đă
nghe người bán xe nói tới những từ như
2 lít, V6 hay bộ tăng áp (turbocharger). Những từ
đó có nghĩa ǵ trong kỹ nghệ xe hơi? Trong bài
này tôi nói về lịch sử, những nguyên lư
căn bản của động cơ nổ và áp
dụng vào xe hơi. Động cơ nổ có tên chính
thức là động cơ đốt trong (internal
combustion engine) có nghĩa là nhiên liệu được
đốt trong một khoang kín trong máy, gọi là
buồng đốt (combustion chamber). Sở dĩ
gọi là động cơ đốt trong để
phân biệt với loại động cơ đốt
ngoài (external combustion engine). Một thí dụ của
động cơ đốt ngoài là máy hơi nước
(steam engine), hồi xưa các xe lửa đều dùng
máy hơi nước. Nguyên liệu như than hay
củi được đốt ở ngoài máy để
tạo hơi nước và hơi nước
được dùng trong máy để gây ra sự
chuyển động. Động cơ đốt ngoài không có
hiệu năng bằng động cơ đốt
trong nên dần dần không được dùng
nữa. Lịch sử động cơ
nổ Có nhiều nhà khoa học đă đóng
góp cho việc chế tạo động cơ nổ,
mỗi người góp một chút và không thể nói
ai là người sáng chế ra động cơ
nổ. Trước thế kỷ thứ 19 các động
cơ nổ thường là loại động cơ
đốt ngoài như máy hơi nước. V́
những ǵ có thể đốt cháy được như
củi hay than đá đều có thể làm nhiên
liệu nên loại động cơ đốt ngoài
được phát triển dễ dàng. Vào thế kỷ thứ 17, nhiều nhà
nghiên cứu cũng đă thử nghiệm với
động cơ đốt trong. Nhà vật lư gia người
Ḥa Lan, ông Christian Huygens là người đầu tiên
đă thử động cơ đốt trong nhưng
chưa có một nguồn nguyên liệu thích hợp nên
không thành công. Măi đến năm 1859, một kỹ
sư người Pháp J. J. Étienne mới chế
tạo được một động cơ đốt
trong. Vào cuối thế kỷ thứ 19
một kỹ sư người Đức, ông Nikolaus
Otto đă phát minh ra một loại động cơ
nổ gọi là động cơ 4 th́. Thiết
kế của ông Otto vẫn được dùng cho
đến bây giờ. Các loại động cơ
nổ Nguyên tắc căn bản của động
cơ nổ là đốt cháy một hỗn hợp
nhiên liệu và không khí trong một xy-lanh. Nhiên
liệu khi cháy sẽ biến thành một lượng
hơi lớn và gây ra một lực đẩy pít-tông
xuống. Pít-tông được nối với một
trục khuỷu (crankshaft). Khi pít tông chuyển động
lên xuống sẽ làm quay trục khuỷu và bánh xe. 1-Động cơ bốn th́ Một chu kỳ của động cơ
nổ bốn th́ có bốn giai đoạn như h́nh
minh họa sau đây: Động cơ bốn th́.
Nạp
(induction) – trong giai
đoạn này pít tông đi xuống để cho
hỗn hợp nhiên liệu và không khí vào xy-lanh qua van
nạp (Fuel and air inlet). Van xả (exhaust outlet) đóng
trong giai đoạn này. Nén
(compression) – trong giai
đoạn này pít tông đi lên nén hỗn hợp
nổ lại. Cả hai van xả và nạp đều
được đóng. Khi bị nén không khí nóng lên
và hỗn hợp cũng nóng theo làm cho hỗn hợp
nổ dễ cháy. Lực
(power) – sau khi pít tông lên
hết th́ một tia lửa phát ra từ cái đánh
lửa (spark plug) làm cháy hỗn hợp nổ và sinh ra
một luồng hơi đẩy pít tông xuống.
Trong bốn giai đoạn chỉ có giai đoạn này
là sinh ra lực đẩy. Cả hai van đều
được đóng. Giai đoạn này cũng
được gọi là nổ (combustion). Xả
(exhaust) – Trong giai đoạn
này van nạp đóng và van xả mở, pít tôngđi
lên và đẩy hơi đă bị đốt ra ngoài
qua van xả. Khi pít tông lên đến đỉnh
của xy-lanh th́ bắt đầu đi xuống và
một chu kỳ mới bắt đầu. 2-Động
cơ hai th́ Động
cơ hai th́ cũng có đủ bốn bước:
nạp, nén, lực và xả. Nhưng pít tông chỉ có
lên và xuống một lần trong một chu kỳ. Có
nhiều thiết kế của động cơ hai th́.
Một kiểu hiện đại có hoạt động
như sau: Pít tông
đi lên, van xả và van nạp đóng lại,
hổn hợp nổ bị nén lại. Pít tông lên
hết th́ một tia lửa xẹt ra từ cái đánh
lửa. Hỗn hợp bùng cháy thành hơi nóng và
đẩy pít tông xuống. Trong khi pít tông đi
xuống th́ hỗn hợp nhiên liệu và không khí
luồn vào trong xy-lanh và đồng thời làm hơi
nóng thoát ra ngoài. Động
cơ bốn th́ có hiệu năng cao hơn và không ô
nhiễm không khí bằng động cơ hai th́.
Động cơ hai th́ đơn giản hơn động
cơ bốn th́ v́ không cần hệ thống van
phức tạp, nên động cơ hai th́ nhẹ hơn
động cơ bốn th́. V́ vậy những
dụng cụ cầm tay hay những xe gắn máy
thời xưa đều dùng động cơ hai th́. 3-Động
cơ dầu cặn (diesel) Động
cơ dầu cặn cũng hoạt động tương
tự như động cơ bốn th́. Đầu
tiên pít tông đi xuống và không khí được
hút vào xy-lanh, rồi pít tông đi lên nén không khí
lại.Với động cơ bốn th́ th́ hỗn
hợp không khí và nhiên liệu được nén
tới khoảng 1 phần mười thể tích trước
đó. Nhưng động cơ dầu cặn th́ không
khí bị nén tới từ 14 tới 25 lần. Khi
bị nén th́ không khí trở nên nóng, sức ép càng
cao th́ càng nóng, thường lên tới trên 500 độ
C. Sau khi không
khí bị nén th́ dầu cặn được phun vào
xy-lanh. V́ không khí quá nóng, dầu cặn tự
bốc cháy không cần cái đánh lửa. Nhiên
liệu cộng với không khí bốc cháy thành hơi
nóng, sinh ra lực đẩy pít tông xuống. Khi pít tông
đi lên lại th́ hơi nóng bị đẩy ra ngoài
theo van xả. Rồi pít tông lại đi xuống làm
một chu kỳ kế tiếp. So với
động cơ chạy xăng, động cơ
dầu cặn đơn giản hơn, có hiệu năng
hơn và ít tốn kém hơn. Động cơ
dầu cặn là động cơ được dùng
nhiều nhất trong kỹ nghệ. Động cơ
dầu cặn được dùng làm đầu máy xe
lửa, xe ủi đất và tàu ngầm (trước
khi có tàu ngầm nguyên tử). Một
điểm yếu của động cơ dầu
cặn là ô nhiễm môi trường v́ nó phun ra
nhiều hạt nhỏ độc hại. Nhiều công
ty xe hơi đă sản xuất xe du lịch có động
cơ dầu cặn, nhưng vấn đề lọc
chất ô nhiễm vẫn không được giải
quyết thỏa đáng. Trong tương lai chắc xe
du lịch chạy dầu cặn không được dùng
nữa và thay vào đó là xe điện. Tuy nhiên động
cơ dầu cặn vẫn là động cơ chính
trong những máy móc nặng. 4-Động
cơ nổ trong kỹ nghệ xe du lịch Các xe du
lịch đa số dùng loại động cơ
bốn th́, chỉ một số nhỏ dùng động
cơ dầu cặn. Máy xe có thể có 4 xy-lanh hay 6 hay
8. Tiếng Việt th́ nói xe 4 máy hay 6, 8 máy. Tiếng
Mỹ th́ nói 4, 6 hay 8 cylinder. Thường th́ càng
nhiều xy-lanh th́ xe càng mạnh, nhưng tốn xăng
hơn. Các xy-lanh
này có thể được sắp thẳng hành
với nhau, tiếng Mỹ gọi là inline. Xe
4 máy thẳng hàng th́ gọi là “inline 4” hay “I4”
hay “L4.” Xy-lanh cũng có thể sắp thành hai hàng
chéo nhau như h́nh chữ V. Xe V6 có nghĩa là máy xe có
6 xy-lanh và được đặt thành hai hàng hơi
chéo nhau. Động cơ được tính
bằng dung tích của xy-lanh và đơn vị là phân
khối (cubic centimeter viết tắt là cc) hay lít.
Thí dụ một xe có 4 xy-lanh và dung tích của
mỗi xy-lanh là 650 cc, tổng cộng là 2600 cc. Như
vậy xe là 2.6 lít. Trên nguyên tắc dung tích càng
lớn th́ xe càng mạnh. Để tăng thêm sức nhiều xe
có trang bị thêm bộ tăng áp (turbocharger). Bộ
tăng áp là một dụng cụ dùng hơi thoát
để quay một cánh quạt. Cánh quạt này
quay một bộ nén để đẩy thêm không khí
vào xy-lanh và đốt thêm nhiên liệu. Kết
quả là xe có thêm sức đẩy. Các xe thể
thao thường có bộ tăng áp. Hà Dương Cự ——————- |