Động cơ xe máy bốn thì: nạp, nén, nổ, xả trong hai vòng quay trục khuỷu | Viết bởi osx

Trong hầu hết xe máy và ô tô chạy xăng ngày nay, mỗi xylanh không cháy liên tục mà lặp lại bốn bước rõ ràng: hút hỗn hợp không khí với nhiên liệu, nén hỗn hợp đó, đốt để pittông bị đẩy sinh công, rồi đẩy khí cháy ra ngoài. Bốn bước này gọi là bốn thì, và cần đúng hai vòng quay của trục khuỷu để hoàn thành một chu kỳ.

Theo Wikipedia, thì là hành trình đầy đủ của pittông trong xylanh, đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới hoặc ngược lại. Thì nạp bắt đầu khi pittông ở điểm chết trên: van nạp mở, pittông đi xuống tạo áp suất thấp, hút hỗn hợp không khí và nhiên liệu vào xylanh. Thì nén bắt đầu từ điểm chết dưới: cả hai van đóng, pittông đi lên nén hỗn hợp để chuẩn bị đánh lửa.

Thì nổ, còn gọi là thì công hoặc thì đốt, mở đầu vòng quay thứ hai của trục khuỷu. Khi pittông gần điểm chết trên, bugi tạo tia lửa ( động cơ xăng) hoặc nhiệt do nén cao tự đốt (động cơ diesel). Khí cháy giãn nở đẩy pittông xuống, sinh công cơ học quay trục khuỷu. Thì xả đưa pittông trở lại điểm chết trên trong khi van xả mở, đẩy khí cháy ra khỏi xylanh, rồi chu kỳ bắt đầu lại.

Bốn thì của động cơ đốt trong: nạp hỗn hợp, nén, đánh lửa để pittông sinh công, rồi xả khí cháy. Hai vòng quay trục khuỷu mới đủ một chu kỳ

Từ ý tưởng năm 1862 tới động cơ năm 1876

Theo bài trên tạp chí Science và các nguồn lịch sử động cơ, kỹ sư Pháp Alphonse Beau de Rochas đã mô tả nguyên lý bốn thì trong bằng sáng chế năm 1862, nhưng không có bằng chứng ông dựng được động cơ loại này. Người biến nguyên lý thành máy chạy được và bán ra thị trường là Nicolaus August Otto. Năm 1876, Otto cùng cộng sự tại xưởng ở Deutz (Đức) hoàn thành động cơ đốt trong bốn thì thực dụng đầu tiên.

Động cơ Otto bốn thì trưng bày tại bảo tàng. Nicolaus Otto làm ra động cơ bốn thì thực dụng năm 1876, sau này gọi là chu kỳ Otto

Trước đó Otto đã biết động cơ Lenoir chạy bằng khí đốt, hiệu suất thấp và hầu như không nén hỗn hợp trước khi đốt. Động cơ Otto 1876 nén hỗn hợp trước khi đánh lửa, nên hiệu suất cao hơn rõ rệt so với các máy đương thời. Chu kỳ bốn thì về sau thường được gọi là chu kỳ Otto. Gottlieb Daimler và Wilhelm Maybach từng làm việc tại xưởng của Otto, rồi tách ra phát triển động cơ tốc độ cao; năm 1885 họ gắn động cơ kiểu Otto lên xe Reitwagen, và năm sau Karl Benz ra chiếc ô tô bốn thì được xem là xe hơi đầu tiên.

Vì sao xe máy cũng dùng bốn thì

Wikipedia ghi nhận động cơ bốn thì là thiết kế phổ biến nhất cho giao thông đường bộ có động cơ: ô tô, xe tải, tàu hỏa diesel, máy bay hạng nhẹ và xe máy. Phương án thay thế chính là động cơ hai thì, cháy mỗi vòng quay trục khuỷu một lần, nhẹ và đơn giản hơn nhưng thường thải nhiều hơn và tiêu thụ nhiên liệu kém hiệu quả hơn ở nhiều ứng dụng hiện đại.

Mặt cắt động cơ xe máy Moto Guzzi Stornello Sport 125: thấy xylanh, pittông, trục khuỷu và các bộ phận truyền chuyển động

Theo NASA Glenn Research Center, hiệu suất lý thuyết của chu kỳ Otto phụ thuộc tỷ số nén: tỷ số nén càng cao, hiệu suất lý thuyết càng tăng, nhưng thực tế ma sát, tổn thất nhiệt và cháy không hết làm hiệu suất thực thấp hơn nhiều. Phần lớn năng lượng của nhiên liệu vẫn thành nhiệt; chỉ thì nổ sinh công, còn ba thì kia lấy lại một phần công đó để duy trì chuyển động. Dù vậy, bốn bước nạp, nén, nổ, xả vẫn là khung cơ bản của hầu hết động cơ xe máy bốn thì đang chạy trên đường.

Nguồn: Wikipedia: Four-stroke engine , NASA Glenn: Internal Combustion Engine - Otto Cycle , Science: Engineering the Engine , Wikipedia: Otto cycle , EBSCOhost Research Starters: Otto's Practical Internal Combustion Engine