ĐỘNG cơ NHIỆT là gì

ĐỘNG CƠ NHIỆT LÀ GÌ ?
Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy
chuyển hóa thành cơ năng. Các động cơ nhiệt đầu tiên là máy hơi nước, chúng có đặc
điểm chung là nhiên liệu (củi, than, dầu ...) được đốt cháy ở bên ngoài xi lanh của động
cơ. Hằng trăm năm sau khi máy hơi nước ra đời mới xuất hiện động cơ đốt trong, là động
cơ nhiệt mà nhiên liệu được đốt cháy ngay ở bên trong xi lanh.
Động cơ nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, bao gồm từ những động cơ chạy
bằng xăng hoặc dầu ma dút của xe máy, ô tô, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy ... đến các động
cơ chạy bằng các nhiên liệu đặc biệt của tên lửa, con tàu vũ trụ, động cơ chạy bằng năng
lượng nguyên tử của tàu ngầm, tàu phá băng ...
================================
Cách mạng về động cơ Diesel
Những năm gần đây, với việc áp dụng hàng loạt công nghệ hiện đại “đa van,
phun nhiên liệu trực tiếp và kiểm soát tiền cháy nổ”, động cơ Diesel có những
bước phát triển mạnh mẽ và trở thành một đối trọng đáng kể với động cơ xăng
truyền thống.

Xe hơi động cơ Diesel ngày càng trở thành một đối trọng đáng kể với động cơ xăng
truyền thống.

Đến nay, động cơ Diesel cũng đã được áp dụng các tiêu chuẩn như Euro1,
Euro2, Euro3 và Euro4. Bên cạnh đó với kết quả nỗ lực của các nhà công
nghiệp dầu mỏ, hàm lượng lưu huỳnh (một hoá chất độc hại gây nguy hại lớn
cho môi trường) có trong nhiên liệu Diesel đã được giảm từ 500ppm(phần triệu)
xuống 50 ppm vào cuối năm 2004 tại một số quốc gia. Hiện nay tại Nhật Bản
nhiên liệu Diesel có hàm lượng lưu huỳnh dưới 50ppm đã được cung cấp rộng
rãi trên toàn quốc. Với lý do đó, việc áp dụng bộ xúc tác ô xy hoá cao và bộ lọc
bụi Diesel với khả năng phục hồi liên tục đã trở thành hiện thực.


Hơn nữa, vào năm 2007, nhiên liệu Diesel với hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn

10ppm sẽ được cung cấp. Do vậy, có thể áp dụng công nghệ xúc tác “bẫy” NOx
như NSR (NOx Storage Reduction - Bộ xử lý NOx) và DPNR (Diesel Particulates
and NOx Reduction - Bộ giảm lượng NOx và Bụi cho động cơ Diesel). Điều này
sẽ làm cho động cơ diesel trở nên cực kỳ sạch và thân thiện với môi trường,
giúp việc sử dụng nó ngày càng thông dụng hơn, nhất là trong lĩnh vực sản xuất
xe hơi.
Theo tính toán, xe dùng động cơ Diesel tiết kiệm nhiên liệu trung bình từ 25%
đến 40% so với động cơ xăng. Dầu Diesel được trộn với không khí và nén với
áp suất lớn khi phun vào buồng đốt, làm tăng hiệu suất của động cơ, tiết kiệm
nhiên liệu do tỷ lệ trộn là tối ưu. Động cơ thế hệ mới còn sử dụng hệ thống turbo
tăng áp giúp hoàn thiện quá trình phun nhiên liệu, làm tăng 30% công suất động
cơ và giảm mức tiêu hao nhiên liệu.
Ngoài ra, động cơ Diesel tạo mô men xoắn lớn, giúp xe có sức kéo mạnh hơn,
khả năng leo dốc và vượt địa hình phức tạp cao. Độ bền của động cơ Diesel
được tăng cường nhờ áp dụng công nghệ mới, làm giá trị bán lại của xe thường
cao hơn các dòng khác. Những lợi thế trên khiến các mẫu xe trang bị động cơ
Diesel càng ngày thu hút sự quan tâm của khách hàng khắp thế giới.
DIESEL LÀ GÌ???
Động cơ Diesel là một loại động cơ đốt trong, khác với động cơ xăng (hay động cơ Otto). Sự cháy của
nhiên liệu, tức dầu diesel, xảy ra trong buồng đốt khi piston đi tới gần điểm chết trên trong kỳ nén, là sự tự
cháy dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao của không khí nén.
Động cơ Diesel do một kỹ sư người Đức, ông Rudolf Diesel, phát minh ra vào năm 1892. Chu trình làm
việc của động cơ cũng được gọi là chu trình Diesel.
Do những ưu việt của nó so với động cơ xăng, như hiệu suất động cơ cao hơn hay nhiên liệu diesel rẻ tiền
hơn xăng, nên động cơ Diesel được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt trong ngành
giao thông vận tải thủy và vận tải bộ.
Dầu diesel là một loại nhiên liệu lỏng, sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ có thành phần chưng cất nằm giữa dầu
hoả (kesosene) và dầu bôi trơn (lubricating oil). Chúng thường có nhiệt độ bốc hơi từ 175 đến 370 độ C.
Các nhiên liệu Diesel nặng hơn, với nhiệt độ bốc hơi 315 đến 425 độ C còn gọi là dầu Mazut (Fuel oil).
Dầu Diesel được đặt tên theo nhà sáng chế Rudolf Diesel, và có thể được dùng trong loại động cơ đốt trong

mang cùng tên, động cơ Diesel.
Các thông số kỹ thuật của dầu Diesel
Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu Diesel
Loại nhiên liệu Diesel
Phương pháp thử
DO
0,5% S
DO
1,0% S
1.Chỉ số cetan
≥ 50
≥ 45
ASTM D 976
2.Thành phần chưng cất, t °C
50% được chưng cất ở


280 °C
280 °C
TCVN
90% được chưng cất ở
370 °C
370 °C
2693–95
3. Độ nhớt động học ở 20 °C
(đơn vị cSt: xenti-Stock)
1,8 ÷ 5,0
1,8 ÷ 5,0
ASTM D 445
4. Hàm lượng S (%)

≤ 0,5
≤ 1,0
ASTM D 2622
5. Độ tro (% kl)
≤ 0,01
≤ 0,01
TCVN 2690–95
6. Độ kết cốc (%)
≤ 0,3
≤ 0,3
TCVN6 324–97
7.Hàm lượng nước, tạp chất cơ học (% V)
≤ 0,05
≤ 0,05
TCVN 2693–95
8. Ăn mòn mảnh đồng ở 50 °C trong 3 giờ
N0 1
N0 1
TCVN 2694–95
9. Nhiệt độ đông đặc, t °C
≤5
≤5
TCVN 3753–95
10. Tỷ số A/F
14,4
14,4
—
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 4 KỲ
1. Kỳ một- Kỳ nạp:
Pittông còn nằm ở ĐCT. Lúc này trong thể tích buồng cháy Vc còn đầy khí sót của chu trình trước, áp suất

khí sót bên trong xilanh cao hơn áp suất khí quyển. Khi trục khuỷu quay, thanh truyền làm chuyển dịch
pittông từ ĐCT đến ĐCD, xuppap nạp mở thông xilanh với đường ống nạp. Cùng với sự tăng tốc của
pittông, áp suất môi chất trong »pk Thể tích không gian trong xilanh trở nên nhỏ dần hơn so với áp suất
trên đường ống nạp pk ( 0,01- 0,03Mpa). Sư giảm áp suất bên trong xilanh so với áp suất của đường ống
nạp tạo nên quá trình nạp (hút) môi chất mới (không khí) từ đường ống nạp vào xilanh. Áp suất môi chất
đối với động cơ bằng với áp suất khí quyển.
2. Kỳ hai- kỳ nén:
Pittông chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT, các xupap hút và xả đều đóng, môi chất bên trong xilanh bi nén lại.
Cuối kỳ nạp khi pittông còn ở tại ĐCD, áp suất môi chất bên trong xilanh pa còn nhỏ hơn pk. Đầu kỳ nén,
pittông từ ĐCD đến ĐCT khi tới điểm a’ áp suất bên trong xilanh mới đạt tới giá trị pk. Do đó, để hoàn


thiện quá trình nạp người ta vẫn để xupap nạp tiếp tục mở . Việc đóng xupap nạp là nhằm để lợi dụng sự
chênh áp giữa xilanh và đường ống nạp cũng như động năng của dòng khí đang lưu động trên đường ống
nạp để nạp thêm môi chất mới vào xilanh. Sau khi đóng xupap nạp, chuyển động đi lên của pittông sẽ làm
áp suất và nhiệt độ của môi chất tiếp tục tăng lên. Giá trị của áp suất cuối quá trình nén, phụ thuộc vào tỷ số
, độ kín của buồng đốt, mức độ tản nhiệt của thành vách xilanh . Việc tự bốc cháy của hỗn hợp khí phải cần
một thời gian nhất định, mặc dù rất ngắn. Muốn sử dụng tốt nhiệt lượng do nhiên liêu cháy sinh ra thì điểm
bắt đầu và điểm kết thúc quá trình cháy phía ở lân cận ĐCT. Do đó việc phun nhiên liệu vào xilanh động cơ
đều được thực hiện trước khi pittông đến ĐCT.
3. Kỳ ba- kỳ cháy và giãn nở:
Đầu kỳ cháy và giãn nở, hỗn hợp không khí-nhiên liệu được tạo ra ở cuối quá trình nén được bốc cháy
nhanh. Do có một nhiệt lượng lớn được toả ra, làm nhiệt độ và áp suất môi chất tăng mạnh, mặt dù thể tích
làm việc có tăng lên chút ít. Dưới tác dụng đẩy của lực do áp suất môi chất tạo ra, pittông tiếp tục đẩy
xuống thực hiện quá trình giãn nở của môi chất trong xilanh. Trong quá trình giãn nở môi chất đẩy pittông
sinh công, do đó kỳ cháy và giãn nở được gọi là hành trình công tác (sinh công).
4. Kỳ bốn- kỳ thải:
Kỳ thải trong kỳ này, động cơ thực hiện quá trình xả sạch khí thải ra khỏi xilanh. Pittônng chuyển dịch từ
ĐCD đến ĐCT đẩy khí thải ra khỏi xilanh qua đường xupap thải đang mở vào đường ống thải, do áp suất
bên trong xilanh ở cuối quá trình thải còn khá cao, nên xupap xả bắt đầu mở khi pittông còn cách ĐCD 430

góc quay của trục khuỷu. nhờ vậy, giảm được lực cản đối với pittông trong quá trình thải khí và nhờ sự
chênh áp lớn tạo sự thoát khí dễ dàng từ xilanh ra đường ống thải, cải thiện được việc quét sạch khí thải ra
khỏi xilanh động cơ. Kỳ thải kết thúc chu trình công tác, tiếp theo pittông sẽ lặp lại kỳ nạp theo trình tự chu
trình công tác động cơ nói trên. Để thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh, xupap xả không đóng tại vị trí
ĐCT mà chậm hơn một chút, sau khi pittông qua khỏi ĐCT 170 góc quay trục khuỷu, nghĩa là khi đã bắt
đầu kỳ một. Để giảm sức cản cho quá trình nạp, nghĩa là cửa nạp phải được mở dần trong khi pittông đi
xuống trong kỳ một, xupap nạp cũng được mở sớm một chút trước khi pittông đến điểm chết trên 170 góc
quay trục khuỷu. Như vậy vào cuối kỳ thải và đầu kỳ nạp cả hai xupap nạp và xả đều mở Tóm lại, quá trình
động cơ thực hiện hoàn thiện bốn kỳ xem như là quá trình làm việc của động cơ diesel bốn kỳ nói chung.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 2 KỲ


Theo nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ sẽ cho thấy sự khác biệt rất lớn
trong việc sản sinh công giữa động cơ 2 kỳ và 4 kỳ. Trong động cơ 2 kỳ 1 chu
kỳ quay Buzi đánh lửa 2 lần (đánh lửa mỗi một chu trình quay của trục
khuỷu). Ngược lại, ở động cơ 4 kỳ buzi chỉ đánh lửa khi trục khuỷu thực hiện
được hai chu trình quay. Điều đó nghĩa là, xét về mặt năng lượng với hai
động cơ cùng kích thước, động cơ 2 kỳ sản sinh công gấp hai lần động cơ 4
kỳ.
Phương pháp dùng nhiên liệu Diesel, chỉ nén không khí sau đó phun trực


tiếp nhiên liệu vào khí nén áp xuất cao rất phù hợp cho động cơ 2 kỳ. Các
nhà sản xuất động cơ Diesel cỡ lớn hiện nay đang sử dụng phương pháp này
để tạo ra các động cơ mạnh mẽ hơn.
Tại điểm chết trên, có 2 hoặc 4 van xả ( Xu páp) luôn mở cùng một lúc. Phun
nhiên liệu Diesel vào buồng đốt được thực hiện do kim phun (xem hình mầu
vàng). Khi piston di chuyển xuống phía dưới, tương tự như động cơ xăng 2
kỳ, piston hoạt động như một van hút (nạp). Tại điểm chết dưới, piston mở
cửa nạp để khí lọt vào. Khí đã bị nén bởi Turbin tăng áp hoặc cụm tăng áp

(mầu xanh nhạt). Trục khuỷu được bao bọc bởi dầu nhớt, tương tự như động
cơ 4 kỳ.
Quy trình của động cơ 2 kỳ Diesel như sau:
• Khi piston tại điểm chết trên, xi lanh được làm đầy bởi khí nén. Dầu
Diesel được phun dạng sương mù vào xi lanh bởi kim phun và ngay
lập tức đốt cháy do nhiệt độ cao và áp xuất rất cao bên trong xilanh
(Tỷ số nén của động cơ diesel vào khoảng 15-25, cao hơn nhiều so với
động cơ xăng từ 9 đến 13). Quy trình này giống như quy trình mô tả
trong phần Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel
• Áp xuất được tạo ra bởi hỗn hợp bị đốt cháy trong buồng đốt sẽ đẩy
piston chuyển động xuống. Đây là kỳ sinh công.
• Khi piston gần đến điểm chết dưới của hành trình, các cửa van xả đều
mở. Khí xả sẽ đi ra ngoài khỏi xi lanh, giải phóng áp xuất.
• Khi piston tại điểm chết dưới, piston mở các cổng hút khí. Khí nén tràn
vào đầy xi lanh, đẩy số khí xả còn lại ra ngoài.
• Van xả đóng lại và piston bắt đầu chuyển động ngược lại, đóng cửa
cổng hút gió nà nén số khí vừa mới nạp lại. Đây là kỳ nén.
•
• Khi piston chuyển động gần đến điểm chết trên của xi lanh, quy trình
lại lặp lại từ bước 1.
Với mô tả trên, có thể thấy sự khác biệt lớn giữa động cơ Diesel 2 kỳ và động
cơ xăng 2 kỳ. Trong động cơ Diesel, chỉ có khí được nạp vào xi lanh, khác
hẳn khí và nhiên liệu được hoà trộn ở động cơ xăng 2 kỳ. Điều đó có nghĩa là
động cơ Diesel 2 kỳ không phải gánh chịu vấn nạn môi trường như là động
cơ xăng 2 kỳ. Tuy nhiên, một động cơ Diesel 2 kỳ phải có Turbin tăng áp hay
Cụm tăng áp, do vậy giá thành của động cơ Diesel 2 kỳ rất cao, và điều này
đã làm cho loại động cơ này không thể lắp rộng rãi như các loại động cơ
khác được.

Rudolf Diesel - Ông là ai???

Rudolf Diesel (tên đầy đủ Rudolf Christian Karl Diesel; 1858–1913) là một
nhà phát minh và kỹ sư người Đức.
Cuộc đời
Ông Diesel sinh ngày 18 tháng 3 năm 1858 tại Paris. Năm 1872 Diesel quyết
định trở thành một kỹ sư và là học sinh tốt nghiệp giỏi nhất các khóa đào
tạo tại trường dạy nghề (1873) và trường công nghiệp (mùa hè 1875). Sau
đó ông bắt đầu học đại học tại trường Đại học Kỹ thuật München. Tháng 1
năm 1880 ông thi tốt nghiệp tại trường Đại học Kỹ thuật München với điểm
tốt nhất từ khi thành lập trường.
Ngày 27 tháng 2 năm 1892 Diesel đăng ký tại cơ quan về bằng phát minh
của Đế chế Đức và ngày 23 tháng 2 năm 1893 ông nhận được bằng phát
minh DRP 67 207 "về qui trình làm việc và cách chế tạo cho máy đốt". Bằng


phát minh thứ hai của ông (DRP 82 168, ngày 29 tháng 11 năm 1893) sửa
đổi qui trình của động cơ nhiệt Carnot.
Bắt đầu từ năm 1893 Rudolf Diesel phát triển động cơ Diesel trong nhà máy
cơ khí Ausburg (sau này là MAN AG) với sự tham gia về tài chính của công ty
Friedrich Krupp. Năm 1897 mô hình động cơ diesel đầu tiên có thể hoạt
động được hoàn thành.
Ngày 1 tháng 1 năm 1898 nhà máy động cơ Diesel Ausburg được thành lập,
sau đó là Diesel Engine Company vào mùa thu năm 1900 tại London (Vương
quốc Anh). Tàu thủy được trang bị động cơ diesel đầu tiên ra đời năm 1903.
Năm 1908 động cơ Diesel loại nhỏ đầu tiên, xe tải và đầu tàu hỏa diesel đầu
tiên được chế tạo. Động cơ diesel dùng cho ô tô được chế tạo hằng loạt lần
đầu tiên trong năm 1936 và được trang bị cho chiếc Mercedes-Benz 260-D.
Ngày 29 tháng 9 năm 1913 Rudolf Diesel lên tàu "Dresden" tại Antwerpen
(Bỉ) đi London trên eo biển Manche để tham dự buổi họp mặt của

Consolidated Diesel Manufacturing Ltd. Sau đấy người ta không còn thấy
ông nữa. Vào ngày 10 tháng 10 thủy thủ của tàu Hà Lan "Coertsen" nhìn
thấy một thi thể trôi dạt trên biển trong lúc biển động mạnh. Họ không thể
vớt được thi thể mà chỉ có thể vớt được một vài vật nhỏ như ví tiền, dao bỏ
túi và bao đựng kính mắt, những vật được Eugen Diesel, con trai của Rudolf
Diesel, nhận dạng vào ngày 13 tháng 10 tại Vlissingen (tây nam Hà Lan).
Tình huống dẫn đến cái chết của Rudolf Diesel không được làm sáng tỏ, gia
đình của ông hoài nghi giả thuyết cho rằng ông đã tự tử và tin rằng ông đã
bị giết chết. Một giả thuyết cho rằng nước Đức lúc bấy giờ đã cho người giết
chết ông vì chiến tranh đang đến gần kề và Rudolf Diesel đã cấp giấy phép
về kỹ thuật Diesel cho nước Pháp và Anh, là hai quốc gia địch thủ lúc bấy
giờ. Một giả thuyết khác cho rằng diesel đã bị ngành công nghiệp dầu cho
người ám sát vì ông đang phát triển loại động cơ diesel sinh học. Mặc dầu
vậy việc ông tự tử cũng được cho là rất có thể vì ông đang đứng trước sự sụp
đổ về tài chính. Sau cái chết của Rudolf Diesel việc nghiên cứu về động cơ
diesel sinh học bị chấm dứt và chỉ còn loại động cơ diesel dùng dầu diesel có
nguồn gốc hóa thạch là được tiếp tục phát triển.
Ô nhiễm khí thải : tổng quan
Ô nhiễm không khí là hậu quả từ các hoạt động của cuộc sống hiện đại như : sự gia tăng tiêu thụ
năng lượng, sự phát triển của các ngành công nghiệp mũi nhọn : công nghiệp luyện kim, hóa
học, giao thông đường bộ và hàng không, v.v. Ô nhiễm có nguồn gốc từ ba nguồn chính : nguồn
gốc thiên nhiên (thực vật, đất), nguồn gốc cố định (sưởi ấm gia đình, sản xuất điện, công
nghiệp), và giao thông. Trong đó, ôtô và các phương tiện vận chuyển là một phần nguyên
nhân của tình trạng mô trường ô nhiễm như ngày nay.
Các hợp chất ô nhiễm chính trong khí thải có thể chia làm hai nhóm : khí và hạt rắn. Người ta
phân biệt các chất ô nhiễm sơ cấp được thải ra từ các nguồn xác định (CO, HC,…) với các chất
ô nhiễm thứ cấp (O3, …) được sản sinh ra từ các phản ứng giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với
nhau dưới tác động của điều kiện môi trường như bức xạ mặt trời.
Nhìn chung chất gây ô nhiễm môi trường thải ra từ động cơ gồm các chất sau :
•

Dioxyde de carbone (CO2), sản phẩm của quá trình oxi hóa hoàn toàn nhiên liệu

•

Monoxyde de carbone (CO), đến từ quá trình oxi hóa không hoàn toàn nhiên liệu

•

Oxyde d’azote (NOx), bao gồm monoxyde d’azote (NO) và dioxyde d'azote (NO 2).

•

Các hạt rắn, sản phẩm của các quá trình hình thành phức tạp.


•

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (COV-composés organiques volatils), là các hợp chất
hóa học hữu cơ có áp suất hơi đủ cao để dưới các điều kiện bình thường có thể bay hơi
một lượng đáng kể vào không khí. Về thành phần COV là sự kết hợp giữa các
hydrocarbure (như alcane, alcène, aromatique, …) và các hợp chất chứa oxi (aldéhyde,
kétone, …).

•

Các hợp chất hữu cơ đa vòng (hydrocarbures aromatiques polycycliques – HAP), như
benzoapyrene

•

Dioxyde de sulfure (SO2), hình thành từ lưu huỳnh có sẵn trong nhiên liệu.

•

Các kim loại, có trong dầu và nhiên liệu.

Những chất ô nhiễm này thải ra môi trường sẽ dẫn đến rất nhiều ảnh hưởng tai hại cho sức khỏe
và môi trường. Một vài chất trong đó sẽ góp phần hình thành sương mù trong đô thị (brouillards
urbains), mưa acide từ SO2 và NOx. Trong đó NOx và VOCs là nguyên nhân gây ra các phản
ứng khác nhau dẫn đến sự hình thành ozone ở tầng đối lưu của khí quyển. Các hydrocarbon
chưa cháy gây ra bệnh ung thư, còn các hạt rắn, đặc biệt là các hạt rắn nhỏ, rất nguy hiểm cho
sức khỏe, vì nó có thể đi vào trong phổi, gây ra các bệnh về hô hấp.
2. Ô nhiễm khí thải động cơ Diesel
2.1. Lịch sử động cơ Diesel
Rudolf Diesel, kĩ sư người Đức, là người đầu tiên nghiên cứu việc ứng dụng một loại động cơ
đốt trong hoạt động với các loại nhiên liệu nặng, mà ngày nay được biết đến với tên động cơ
Diesel. Nghiên cứu của ông đã được đăng kí bằng phát minh vào năm 1982 ở Berlin với tên gọi
“Lý thuyết và cấu tạo của động cơ nhiệt thuần lý”. Động cơ trong phiên bản cuối cùng, sau đó đã
được giới thiệu trước công chúng vào năm 1987. Thành công đã đến ngay lập tức, và vào năm
1990, tại cuộc triển lãm quốc tế ở Paris, buổi trình bày của ông đã đưa động cơ Diesel nổi tiếng
ở phạm vi toàn cầu.
Hơn một thế kỉ sau, ôtô đã chiếm một vị trí quan trọng trong cuộc sống thường nhật của hàng
triệu người. Và ngày nay, sự phát triển như vũ bão của ngành vận chuyển đường bộ sẽ củng cố
thành công hiện tại của động cơ Diesel.
2.2. So sánh giữa động cơ Diesel và động cơ xăng
Nếu quá trình vận hành của chu kì 4 thì trong động cơ Diesel chỉ hơi khác so với động cơ cháy
cưỡng bức (động cơ xăng), thì điều kiện cháy của hai loại động cơ này lại rất khác nhau. Chu kì
của động cơ Diesel gồm 4 giai đoạn: nạp/ nén/ nổ, giãn nở sinh công/ xả (H. 1)

Hình 1: Chu kì 4 thì của động cơ Diesel [1]
1. Nạp khí; 2. Nén; 3. Nổ và giãn nở; 4. Xả
Không như trong động cơ cháy cưỡng bức – hỗn hợp nhiên liệu và không khí được hòa trộn đều
trước khi nạp vào cylindre, ở động cơ Diesel chỉ có không khí được nạp vào cylindre động cơ ở
pha nạp. Sau đó ở pha nén, không khí bị nén ở áp suất cao làm nhiệt độ khí tăng theo, nhiệt độ
khí thu được sẽ cao hơn nhiệt độ tự cháy (auto-inflammation) của nhiên liệu sử dụng. Đến cuối
chu kì nén, gazole được phun vào cylindre ở dạng những hạt sương nhỏ; nhiên liệu hoặc sẽ
được phun trực tiếp vào buồng cháy (injection directe), hoặc được phun vào một buồng hòa trộn
trước nhằm cải thiện quá trình cháy của nhiên liệu khi tiếp xúc với không khí nóng (injection
indirecte). Không khí nóng sẽ hòa trộn với nhiên liệu phun vào, gia nhiệt và hóa hơi nhiên liệu.
Quá trình cháy sau đó diễn ra rất nhanh, áp suất tăng nhanh và có thể đến cực đại (60 bar đến
100 bar). Không khí ở thời điểm này rất nóng (2000 đến 3000 °C). Áp suất và nhiệt độ cùng tăng.


Động cơ Diesel vận hành với khoảng dư oxygen rộng (large axcès d’oxygène), trái ngược với
trường hợp động cơ xăng, ở đấy hỗn hợp carburant/comburant gần với điều kiện tỷ lượng
(stoechiométrie). Cũng cần chú ý rằng nhiệt độ khí thải của động cơ Diesel chỉ ở khoảng 150 đến
500 °C, nhưng ở động cơ xăng khoảng nhiệt độ này cao hơn hẳn (600 đến 800 °C).
Nhưng sự khác nhau chủ yếu của hai loại động cơ này nằm ở phương thức đánh cháy nhiên liệu
(mode d’imflammation du carburant). Đối với động cơ Diesel, khi nhiên liệu được phun vào ở
dạng sương, quá trình cháy bắt đầu bằng sự tự bốc cháy của hỗn hợp nhiên liệu. Nhưng với
động cơ xăng, quá trình cháy được tạo một cách cưỡng bức bởi tia lửa điện của bougie. Do đó,
quá trình cháy trong động cơ Diesel là quá trình cháy dị thể hơn. Cơ chế chảy rối giữa nhiên liệu
và không khí làm cho nồng độ của các cấu tử hóa học và nhiệt độ trong buồng cháy không đồng
nhất. Sự không đồng nhất này là nguồn gốc của sự hình thành NOx trong các vùng có nhiệt độ
rất cao, và hình thành suie trong các vùng thiếu oxygen.
Tuy nhiên động cơ Diesel có nhiều ưu điểm so với động cơ xăng, như:
•

Thải ra CO2 ít hơn khoảng 25%, góp phần hạn chế hiệu ứng nhà kính.

•

Hiệu suất cháy tốt hơn, thải ra ít HC không cháy và ít CO hơn.

•

Tuổi thọ động cơ cao hơn.

Tuy nhiên ở mức độ ô nhiễm môi trường, động cơ Diesel thải ra các hạt rắn độc hại cho sức
khỏe và NOx.
2.3. Ô nhiễm từ động cơ Diesel
2.3.1. Thành phần khí thải từ động cơ Diesel
Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học (carburant, gazole) thành năng lượng
cơ học. Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong quá trình cháy lý tưởng, nó
chỉ sinh ra CO2 và H2O. Trong thực tế người ta quan sát thấy một vài sản phẩm khí
và rắn khác. Điều này liên quan một phần đến sự có mặt của các tạp chất chứa trong
các HC (như các hợp chất chứa lưu huỳnh), và mặt khác liên quan đến sự phức tạp
của các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cháy. Bảng 1 sau giới thiệu thành
phần điển hình của khí thải động cơ Diesel:

Bảng 1: Thành phần cơ bản của khí thải động cơ Diesel [1]
2.3.2. Cơ chế hình thành suie
Trong động cơ Diesel, nhiên liệu được phun vào buồng cháy ở dạng sương. Quá trình cháy được
khơi mào bằng sự tự bốc cháy của nhiên liệu. Điều này đã tạo ra quá trình cháy dị thể; và nó là
nguồn gốc của sự hình thành các hạt suie trong các vùng thiếu oxygen. Thuật ngữ suie chỉ một
loại vật liệu hóa than (matériau carboné) hình thành từ quá trình cháy của nhiên liệu trong điều
kiện giàu nhiên liệu (thiếu oxygen). Các hạt suie này sẽ tự kết hợp với nhau trong ống xả để hình
thành các agrégat. Cuối cùng khi khí thải được làm mát, các hydrocarbon và sulphate sẽ hấp thụ
lên các agrégats suie. Như vậy, suie Diesel sẽ gồm một lớp vật liệu rắn hóa than sinh ra từ quá

trình cháy, và trên đấy là các hợp chất hữu cơ khác nhau hấp thụ lên (SOF: Solube Organic
Fraction).
Hiện nay cơ chế hình thành suie từ quá trình cháy trong động cơ Diesel vẫn còn gây nhiều tranh
cãi, vì nó liên quan đến các hiện tượng ít có tính tái lập (phénomènes peu reproductibles), lại xảy
ra ở nhiệt độ cao, áp suất lớn, và với một loại nhiên liệu có thành phần phức tạp, trong một hỗn
hợp chảy rối (mélange turbulent). Tuy nhiên một cách tổng quan ta có thể xem quá trình hình
thành suie xảy ra qua 4 giai đoạn:


•

Giai đoạn 1: Hình thành các hợp chất trung gian (vd: éthylène, …) từ quá trình pyrolyse
nhiên liệu. Ethylène sẽ được polymer hóa và hình thành các cấu trúc đa vòng, hay chính
xác hơn là các cấu trúc turbostratique. Cấu trúc turbostratique là các chồng đồng tâm
của các vòng 6 carbon được sắp xếp một cách bất kì.

•

Giai đoạn 2: Phát triển nhân, và tạo thành các hạt rắn đầu tiên. Các hạt này có hình cầu,
và bán kính từ 1 đến 2 nm.

•

Giai đoạn 3: Kết tụ của các hạt rắn ở trên (các hạt rắn kết dính với nhau và hình thành
hạt rắn lớn hơn), cho đến khi hình thành các khối cầu có kích thước khoảng 10 – 30 nm.
Đến đây có thể gọi các hạt này là hạt suie sơ cấp.

•

Giai đoạn 4: Sự kết tụ của các hạt suie sơ cấp tạo thành các agrégat. Agrégat thu được

có kích thước lên đến hàng trăm nm.

Các giai đoạn hình thành suie Diesel được mô tả trong Hình 2 sau:

Hình 2: Cơ chế hình thành suie [1].
1. Hình thành các hợp chất trung gian; 2. Phát triển nhân (nucléation); 3. Sự đông tụ các hạt
rắn; 4. Kết tụ suie sơ cấp thành agrégat.
2.3.3. Cấu trúc suie Diesel
Suie Diesel được tạo thành từ nhiều hạt rắn có kích thước khoảng 0,3 µ m. Các hạt
rắn này lại được tạo thành từ các hạt carbone nhỏ hơn có bán kính khoảng 10 – 60 nm liên kết
lại với nhau thành dạng chuỗi hay agrégat, có hình thù « kết túm » (floconneux) đặc trưng, và có
thể coi hạt suie Diesel là một hỗn hợp của các cấu tử hữu cơ và vô cơ (Hình 3).

Hình 3 : Cấu trúc agrégat của hạt suie và các hợp chất hấp thụ [1].
Suie được tạo nên từ một pha rắn ở tâm và một pha ngưng tụ trên bề mặt. Tâm của suie là than
carbone, pha ngưng tụ thực chất là các chất hữu cơ gồm các hydrocarbon ngưng tụ trong pha
lỏng trên bề mặt (SOF) và các sufates.
Các sulfates trong khí thải động cơ Diesel có nguồn gốc từ các chất hữu cơ chứa lưu huỳnh
trong nhiên liệu. Khi nhiên liệu cháy, lưu huỳnh trong các hợp chất hóa học này chuyển thành
SO2, và sau đấy một phần (khoảng 2%) sẽ bị oxi hóa thành SO 3. SO3 sau đó sẽ phản ứng với
nước để tạo thành các giọt lỏng acide sulfurique.
2.3.4. Ảnh hưởng của hạt rắn suie lên môi trường và sức khỏe.
Các hạt suie thải ra từ động cơ Diesel có ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như
sức khỏe con người. Thực vậy, các hạt rắn này góp phần tạo thành các đám bụi lơ
lửng trong môi trường đô thị. Kích thước của hạt suie đóng một vai trò quan trọng.
Hạt càng nhỏ, chúng càng lơ lửng lâu trong không khí, và khi đi vào phổi, thời gian
chúng lưu lại càng lâu. Đối với những hạt có đường kính lớn hơn 10 µm, chúng dễ
dàng bị đẩy ra khỏi đường hô hấp; các hạt có từ 3 – 10 µm, chúng dễ dàng lưu lại ở
khí quản và phế quản; dưới 3 µm, các hạt này có thể thâm nhập vào tận các phế nang của
phổi (les alvéoles pulmonaires), và có thể thâm nhập vào máu. Rõ ràng các hạt rắn này là nguồn

gốc của các bệnh về hô hấp thường gặp như: hen suyễn, viêm phế quản, và ung thư phổi.


3. Biện pháp hạn chế thải suie
3.1. Các qui định hạn chế liên quan đến suie Diesel

Hình 4 : Giới hạn cho phép về thải hạt rắn đối với động cơ nhẹ theo tiêu chuẩn của
châu âu đo theo chu trình ECE 15 + EUDC [1]
Ở nhiều nước công nghiệp phát triển, chất thải từ ôtô là chủ đề của nhiều quy định hạn chế ;
trong những năm gần đây, khi số lượng chất ô nhiễm ngày càng tăng thì các quy chế hạn chế
càng nghiêm ngặt và các quốc gia tham gia tuân thủ càng đông.
Chuẩn của châu âu hiện nay để đo mức độ thải hạt rắn có hai chu trình : chu trình trong thành thị
ECE 15 (Economic Commission for Europe) và chu trình quanh thành thị EUDC (Extra Urban
Driving Cycle). Các quy chế trên được đo theo đơn vị g/km và theo chủng loại xe ôtô. Ở châu âu,
các mức hạn chế này được gọi chung là EURO.
Hình 4 trên giới thiệu các giai đoạn giảm thải hạt rắn trong khí thải ôtô loại nhẹ “ light duty
vehicles ”. Có thể thấy rằng EURO 4 ra đời năm 2005 đã đặt ra quy định chung cho toàn châu âu
để giảm hơn 80% lượng hạt rắn thải ra so với mức yêu cầu của EURO 1 vào năm 1992. Từ đó
có thể thấy các tiêu chuẩn về môi trường ngày càng nghiêm ngặt hơn như thế nào. Điều này là
cần thiết khi tình hình khí hậu toàn cầu đang xuống cấp trầm trọng như hiện nay. Và từ năm
2005, chỉ những ôtô đạt chuẩn trên mới được phê chuẩn lưu thông.
3.2. Các công nghệ xứ lý suie
Người ta đã nghiên cứu nhiều công nghệ lọc suie thải ra từ động cơ Diesel. Một số thiết bị lọc
cho kết quả khá tốt như : bộ lọc vách xốp bằng ceramique dạng monolithe (cordiérithe) (Hình 5),
vải kim loại (toiles métalliques), hoặc bọt kim loại hoặc ceramique.

Hình 5 : Bộ lọc vách xốp bằng ceramique dạng monolithe
Hệ thống lọc loại này hoạt động một cách bán liên tục. Đầu tiên các hạt rắn không theo khí thải ra
ngoài mà bị giữ lại trên bộ lọc, sau đó bộ lọc sẽ được tái sinh bằng cách đốt cháy các hạt rắn tích
tụ bằng nhiệt. Do đó điều kiện tiên quyết để ứng dụng công nghệ này là khí thải phải có nhiệt độ

cao.
Nhưng vấn đề đặt ra là nhiệt độ trung bình của khí thải động cơ Diesel khá thấp (khoảng 150 –
500°C) khi so sánh với động cơ xăng (khoảng 600 – 800°C). Người ta đã đo được rằng ở chế độ
chạy bình thường trong đô thị, khí thải xe chạy bằng Diesel vào khoảng 240°C ; trong khi nhiệt
độ này khi xe chạy trên xa lộ ngoại thành vào khoảng 345°C. Chính vì nhiệt độ thấp như vậy nên
việc xử lý suie bằng phương pháp đơn thuần nhiệt là cả một vấn đề. Để giải quyết điều này,
người ta đã đề ra phương pháp khử suie bằng xúc tác. Và vai trò xúc tác trong các phương pháp
này là để giảm nhiệt độ cháy của suie.

•

Phương pháp nhiệt

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là cả bộ lọc và khí thải động cơ sẽ được gia nhiệt
đến một nhiệt độ tối thiểu cần thiết để có thế bắt đầu quá trình cháy của hạt rắn. Để nâng
nhiệt độ của bộ lọc, người ta có thể dùng một trong các cách sau :
+ Sử dụng năng lượng điện để gia nhiệt nhờ vi sóng (micro-ondes), bằng cách dùng một bộ
lọc làm bằng vật liệu bán dẫn, hoặc bằng cách lắp đặt bộ lọc ceramique có dây gia nhiệt.


+ Người ta có thể gia nhiệt bộ lọc bằng một brûleur với hệ thống tự động có hai lớp lọc : khí
thải được nạp qua lớp lọc thứ nhất, trong khi đó lớp thứ hai chứa đầy hạt rắn sẽ được tái
sinh đồng thời nhờ brûleur.
Các phương pháp này gặp khá nhiều vấn đề về mặt ứng dụng, như hệ thống choáng nhiều
chỗ lắp đặt trên ôtô, và cũng khá đắt.

•

Phương pháp xúc tác

Mục đích của phương pháp này là giảm nhiệt độ tối thiểu cần thiết cho quá trình đốt cháy
suie nhờ sử dụng các xúc tác oxi hóa toàn phần (oxidation totale). Tuy nhiên hiệu quả
của các vật liệu này không những phụ thuộc vào hoạt tính oxi hóa của xúc tác, mà còn
phụ thuộc vào tính chất tiếp xúc (qualité de contact) của chúng với suie. Sự tiếp xúc của
hai pha rắn (suie – catalyseur) càng « chặt », hiệu quả xúc tác càng cao [2].
3.3. Các phương pháp khử suie bằng xúc tác
Ngày nay người ta đều công nhận rằng nếu tiếp xúc giữa xúc tác và suie không « bền chặt »
(contact intime intense), hiệu quả của xúc tác trong quá trình cháy suie là không đáng kể. Và
những nghiên cứu để đạt được sự tiếp xúc tốt nhất có thể giữa hai pha rắn này đã làm nảy sinh
ra hai dạng xúc tác : xúc tác nội (catalyse interne) và xúc tác ngoại (catalyse externe) (Hình 6).

Remarque : MP = métaux précieux et MB = métaux de base
Hình 6 : Hai phương pháp xúc tác (a,b : xúc tác nội ; c : xúc tác ngoại)

•

Xúc tác nội

Giải pháp đầu tiên (Hình 5-a) là thêm trực tiếp vào nhiên liệu một lượng rất bé (0,03 đến 0,1
g/l) các phụ gia có nền tảng là các hợp chất cơ kim nhằm cải thiện quá trình cháy trong
động cơ. Các phụ gia này đóng vai trò xúc tác vì các kim loại được sinh ra sau khi nhiên
liệu cháy (Ni, Cu, Mo, Mn, Zn, Ca, Ba…) [3] sẽ bám trên hạt suie dưới dạng các oxide vô
cơ và có hoạt tính xúc tác cao. Các xúc tác này ở trong các hạt rắn và hoàn toàn đảm
bảo sự tiếp xúc chặt với suie, tuy nhiên cũng không thể tránh khỏi phụ gia sẽ bám lên bộ
lọc. Điều này sẽ làm cho các lỗ xốp của nó bị nghẽn trong một thời gia ngắn.
Giải pháp thứ hai (Hình 5-b) là thêm phụ gia vào dòng khí thải của động cơ một cách liên tục
hoặc gián đoạn. Người ta dùng các đồng phân hữu cơ của đồng (Cu) làm phụ gia. Và
nhược điểm của phương pháp này cũng giống như phương pháp thứ nhất.

•

Xúc tác ngoại

Giải pháp này (Hình 5-c) liên quan đến việc dùng một bộ lọc xúc tác có khả năng giảm nhiệt
độ cháy của suie, cũng như có thể đốt một cách liên tục nhằm tránh việc các lỗ xốp của
bộ lọc bị bít lại do suie bám lên quá nhiều. Với phương pháp này người ta không phải
thêm vào một hệ thống tái sinh phụ, mà nó cũng không ảnh hưởng đến hoạt động của
động cơ như các phương pháp thêm phụ gia ở trên.
Nhưng vấn đề đặt ra với bộ lọc xúc tác là việc đảm bảo tiếp xúc tốt giữa hai pha rắn suie-xúc
tác. Hiện nay, đây là nguyên nhân chính cản trở khả năng ứng dụng của phương pháp
này vào thực tế, chứ không phải vấn đề hoạt tính của xúc tác không đảm bảo. Tuy nhiên
ở phạm vi nghiên cứu người ta đã đề ra rất nhiều dạng xúc tác dùng cho bộ lọc xúc tác.
Các xúc tác này có thể là các kim loại hiếm (Ni, Pt, …) [4], các xúc tác đơn (MnOx,
La2O3, CeO2, MgO, Fe2O3, Al2O3, VOx) [5-8], hoặc các xúc tác phức tạp hơn đặc biệt là
xúc tác dạng pérovskite (chromites [9-11], lanthanides [9], cobaltites [11], manganites [3,
11])


Trong các nghiên cứu gần đây người ta quan tâm nhiều đến
các xúc tác có cấu trúc phức tạp, đặc biệt là xúc tác dựa
trên các oxyde dạng pérovskite. Các oxyde đặc biệt này,
thường có công thức chung là ABO 3, thu hút sự quan tâm
ở chỗ người ta có thể tác động vào vị trí A và/hoặc vị trí B
để thay thế (riêng phần) bằng một ion của nguyên tố khác.
Bảng 1 : Hoạt tính xúc tác của các oxyde dạng
perovskite [11]

Ví dụ, bảng trên (Bảng 1) [11] tóm tắt hoạt tính xúc tác của
nhiều loại oxyde dạng perovskite đã được nghiên cứu ở
phạm vi phòng thí nghiệm. Ở đây hoạt tính của xúc tác

được thể hiện bằng nhiệt độ bắt cháy (temperature
d’ignition) của suie (Tig) (có thể hiểu nhiệt độ bắt cháy là
nhiệt độ tối thiểu cần để bắt đầu quá trình cháy của suie).
Nhìn vào bảng này ta có thể thấy hoạt tính của perovskite
phụ thuộc nhiều vào cation ở vị trí A và B, và sự thay thế riêng phần bằng các ion kim
loại kiềm (đặc biệt là K), hoặc ion kim loại kiềm thổ lên vị trí A. Và ta cũng thấy rằng nhiệt
độ bắt cháy của hầu hết các oxyde trên đều nằm trong khoảng từ 240 tới 315°C, hoàn
toàn thích hợp với nhiệt độ của khí thải động cơ Diesel (từ 240 đến 345°C – phần 3.2)
4. Kết luận
Ngày nay ô nhiễm môi trường ngày càng trở thành một vấn đề nhức nhối với con người. Trong
đó một phần không nhỏ nguyên nhân có nguồn gốc từ khí thải động cơ. Động cơ Diesel được
công nhận có nhiều ưu thế vượt trội nhưng vẫn tồn tại nhiều nhược điểm ở khía cạnh môi
trường, đặc biệt là việc thải suie. Suie Diesel là một hợp chất có cấu trúc phức tạp mà quá trình
hình thành của nó vẫn còn là một vấn đề đang nghiên cứu. Việc nắm rõ cấu trúc, đặc điểm, và
quá trình hình thành của suie có vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu các phương pháp khử
suie. Người ta đã và đang nghiên cứu nhiều phương pháp khác nhau để oxy hóa suie, như
phương pháp nhiệt, xúc tác, … Nói chung mỗi phương pháp đều có nhưng ưu và nhược điểm
nhất định. Trong đó bộ lọc xúc tác có vẻ là một phương pháp tối ưu nhất. Phương pháp này thể
hiện nhiều ưu điểm vượt trội, tuy nhiên việc tái sinh bộ lọc sau một thời gian sử dụng vẫn còn là
một vấn đề cần được tiếp tục cải thiện. Và trong các chất xúc tác dùng cho bộ lọc xúc tác, các
oxyde dạng perovskite chiếm được nhiều quan tâm vì hoạt tính xúc tác cao, và kinh tế.

Động cơ Diesel hai kỳ hoạt động như thế nào
Theo nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ sẽ cho thấy sự khác biệt rất lớn trong việc
sản sinh công giữa động cơ 2 kỳ và 4 kỳ. Trong động cơ 2 kỳ 1 chu kỳ quay Buzi đánh
lửa 2 lần (đánh lửa mỗi một chu trình quay của trục khuỷu). Ngược lại, ở động cơ 4 kỳ
buzi chỉ đánh lửa khi trục khuỷu thực hiện được hai chu trình quay. Điều đó nghĩa là, xét
về mặt năng lượng với hai động cơ cùng kích thước, động cơ 2 kỳ sản sinh công gấp hai
lần động cơ 4 kỳ.
Trong bài động cơ 2 kỳ cũng đề cập đến quy trình nhiên liệu, quy trình mà ở đó không

khí và nhiên liệu sẽ được hoà trộn và nén cùng nhau, đây không phải là phương pháp tối
ưu vì có một số nhiên liệu chưa đốt hết lọt ra ngoài mỗi khi xi lanh nạp hỗn hợp khí –
nhiên liệu mới ( xem bài nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ để biết chi tiết).


Phương pháp dùng nhiên liệu Diesel, chỉ nén không khí sau đó phun trực tiếp nhiên liệu
vào khí nén áp xuất cao rất phù hợp cho động cơ 2 kỳ. Các nhà sản xuất động cơ Diesel
cỡ lớn hiện nay đang sử dụng phương pháp này để tạo ra các động cơ mạnh mẽ hơn. Hình
minh hoạ dưới đây là một động cơ Diesel 2 kỳ điển hình:
Tại điểm chết trên, có 2 hoặc 4 van xả ( Xu páp) luôn mở cùng một lúc. Phun nhiên liệu
Diesel vào buồng đốt được thực hiện do kim phun (xem hình mầu vàng). Khi piston di
chuyển xuống phía dưới, tương tự như động cơ xăng 2 kỳ, piston hoạt động như một van
hút (nạp). Tại điểm chết dưới, piston mở cửa nạp để khí lọt vào. Khí đã bị nén bởi Turbin
tăng áp hoặc cụm tăng áp (mầu xanh nhạt). Trục khuỷu được bao bọc bởi dầu nhớt, tương
tự như động cơ 4 kỳ.
Quy trình của động cơ 2 kỳ Diesel như sau:
Khi piston tại điểm chết trên, xi lanh được làm đầy bởi khí nén. Dầu Diesel được phun
dạng sương mù vào xi lanh bởi kim phun và ngay lập tức đốt cháy do nhiệt độ cao và áp
xuất rất cao bên trong xilanh (Tỷ số nén của động cơ diesel vào khoảng 15-25, cao hơn
nhiều so với động cơ xăng từ 9 đến 13). Quy trình này giống như quy trình mô tả trong
phần Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel
1. Áp xuất được tạo ra bởi hỗn hợp bị đốt cháy trong buồng đốt sẽ đẩy piston chuyển
động xuống. Đây là kỳ sinh công.
2. Khi piston gần đến điểm chết dưới của hành trình, các cửa van xả đều mở. Khí xả
sẽ đi ra ngoài khỏi xi lanh, giải phóng áp xuất.
3. Khi piston tại điểm chết dưới, piston mở các cổng hút khí. Khí nén tràn vào đầy xi
lanh, đẩy số khí xả còn lại ra ngoài.
4. Van xả đóng lại và piston bắt đầu chuyển động ngược lại, đóng cửa cổng hút gió
nà nén số khí vừa mới nạp lại. Đây là kỳ nén.
5. Khi piston chuyển động gần đến điểm chết trên của xi lanh, quy trình lại lặp lại từ

bước 1.
Với mô tả trên, có thể thấy sự khác biệt lớn giữa động cơ Diesel 2 kỳ và động cơ xăng 2
kỳ. Trong động cơ Diesel, chỉ có khí được nạp vào xi lanh, khác hẳn khí và nhiên liệu
được hoà trộn ở động cơ xăng 2 kỳ. Điều đó có nghĩa là động cơ Diesel 2 kỳ không phải
gánh chịu vấn nạn môi trường như là động cơ xăng 2 kỳ. Tuy nhiên, một động cơ Diesel
2 kỳ phải có Turbin tăng áp hay Cụm tăng áp, do vậy giá thành của động cơ Diesel 2 kỳ
rất cao, và điều này đã làm cho loại động cơ này không thể lắp rộng rãi như các loại động
cơ khác được.
Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 2 kỳ
Theo nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ sẽ cho thấy
sự khác biệt rất lớn trong việc sản sinh công giữa động cơ
2 kỳ và 4 kỳ. Với 2 động cơ cùng kích thước, động cơ 2
kỳ sản sinh công gấp hai lần động cơ 4 kỳ...


Theo nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ sẽ cho thấy sự khác biệt rất lớn trong việc
sản sinh công giữa động cơ 2 kỳ và 4 kỳ. Trong động cơ 2 kỳ, buzi đánh lửa với 1 vòng
quay của trục khủy.Ngược lại, ở động cơ 4 kỳ, buzi đánh lửa với 2 vòng quay của trục
khủy. Điều đó nghĩa là, xét về mặt năng lượng với hai động cơ cùng kích thước, động cơ
2 kỳ sản sinh công gấp hai lần động cơ 4 kỳ.
Quy trình phun nhiên liệu : quy trình mà ở đó không khí và nhiên liệu sẽ được hoà trộn
và nén cùng nhau, đây không phải là phương pháp tối ưu vì có một số nhiên liệu chưa đốt
hết lọt ra ngoài mỗi khi xi lanh nạp hỗn hợp khí – nhiên liệu mới
Phương pháp dùng nhiên liệu Diesel chỉ nén không khí sau đó phun trực tiếp nhiên liệu
vào khí nén áp suất cao rất phù hợp cho động cơ 2 kỳ. Các nhà sản xuất động cơ Diesel
cỡ lớn hiện nay đang sử dụng phương pháp này để tạo ra các động cơ mạnh mẽ hơn. Hình
minh hoạ dưới đây là một động cơ Diesel 2 kỳ điển hình:

Tại điểm chết trên, có 2 hoặc 4 van xả ( Xu páp) luôn mở cùng một lúc. Phun nhiên liệu
Diesel vào buồng đốt được thực hiện do kim phun (xem hình mầu vàng). Khi piston di

chuyển xuống phía dưới. Tại điểm chết dưới, piston mở cửa nạp để khí lọt vào. Khí đã bị
nén bởi Tuabin tăng áp hoặc cụm tăng áp (mầu xanh nhạt). Trục khuỷu được bao bọc bởi
dầu nhờn, tương tự như động cơ 4 kỳ.
Quy trình của động cơ 2 kỳ Diesel như sau:


1. Khi piston tại điểm chết trên, xi lanh được làm đầy bởi khí nén. Dầu diesel được phun
dạng sương mù vào xi lanh bởi áp suất cao tạo ra từ bơm cao áp cùng kim phun và ngay
lập tức đốt cháy do nhiệt độ cao và áp suất rất cao bên trong xilanh ( tỷ số nén của động
cơ diesel vào khoảng 15-25, cao hơn nhiều so với động cơ xăng từ 9 đến 13).
2. Áp suất được tạo ra bởi hỗn hợp bị đốt cháy trong buồng đốt sẽ đẩy piston chuyển
động xuống. Đây là kỳ sinh công.
3. Khi piston gần đến điểm chết dưới của hành trình, các cửa van xả đều mở. Khí xả sẽ
đi ra ngoài khỏi xi lanh, giải phóng áp xuất.
4. Khi piston tại điểm chết dưới, piston mở các cổng hút khí. Khí nén tràn vào đầy xi
lanh, đẩy số khí xả còn lại ra ngoài.
5. Van xả đóng lại và piston bắt đầu chuyển động ngược lại, đóng cửa cổng hút & cổng
xả, nén khí vừa mới nạp lại. Đây là kỳ nén.
6. Khi piston chuyển động gần đến điểm chết trên của xi lanh, quy trình lại lặp lại từ
bước 1.


Với mô tả trên, có thể thấy sự khác biệt lớn giữa động cơ Diesel 2 kỳ và động
cơ xăng 2 kỳ. Trong động cơ Diesel, chỉ có khí được nạp vào xi lanh, khác
hẳn khí và nhiên liệu được hoà trộn ở động cơ xăng 2 kỳ. Điều đó có nghĩa là
động cơ Diesel 2 kỳ không phải gánh chịu vấn nạn môi trường như là động cơ
xăng 2 kỳ. Tuy nhiên, một động cơ Diesel 2 kỳ phải có Turbin tăng áp hay
Cụm tăng áp, do vậy giá thành của động cơ Diesel 2 kỳ rất cao, và điều này đã
làm cho loại động cơ này không thể lắp rộng rãi như các loại động cơ khác
được.

Sales Engineer - Century Co., LTD

Sự khác nhau giữa động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ
Để hiểu sự khác biệt cơ khí giữa động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ, hãy xem động cơ 4 kỳ
hoạt động như thế nào.
Động cơ 4 kỳ;
Nạp: Piston chuyển động theo chiều xuống dưới xy lanh trong khi xupáp hút mở cho
phép hỗn hợp nhiên liệu và gió vào buồng đốt.
Nén: Xu páp hút đóng lại và piston chuyển động ngược lại chiều xi lanh do vậy nén hỗn
hợp nhiên liệu.
Đốt: Buzi đánh lửa hỗn hợp nhiên liệu gây ra sự đốt cháy, do đó đẩy piston xuống.
Xả: Piston chuyển động lên chiều xi lanh trong khí xupáp xả mở, cho phép piston dọn
sạch buồng đốt để thực hiện lại quy trình.
Mõi lần piston chuyển động tịnh tiến, nó tạo ra lực truyền lên trục cơ do đó làm quay
bánh xe. Đó là nguyên lý của nhiên liệu được chuyển hoá thành lực đẩy.
Các nguyên lý trên chỉ ra rằng buzi chỉ đánh lửa một lần mỗi chu kỳ. Cũng như vậy, một
cơ cấu kỹ thuật phức tạp hoạt động đồng bộ đã tạo ra động cơ 4 kỳ. Một trục cam phải
luân phiên đẩy trục cò mổ được nối liền nhau để đóng mở xupáp hút và xả. Trục cò mổ sẽ
trở lại vị trí đóng của nó do 1 lò xo. Xu páp phải được lắp đúng và kín khít trên mặt máy
để tránh áp xuất hơi bị rò dỉ.
Trong động cơ 2 kỳ, bốn chuyển động đó hợp lại tại một kỳ xuống và một kỳ lên ( Hai kỳ
). Hút và xả đều kết hợp với nhau để nén và đẩy piston, bỏ qua sự cần thiết của xupáp. Nó
được hoàn thành bởi chính các cửa hút xả trên thành buồng đốt. Khi piston chuyển động
xuống sau khi hỗn hợp khí được đốt cháy, khe xả sẽ mở và cho một lượng nhiên liệu đốt
vừa đủ thoát vào buồng đốt. Khi piston chuyển động lên, nó chặn van và cửa hút, nén
nhiên liệu tại đỉnh buồng đốt, buzi đánh lửa đốt là lặp lại quy trình. Thật là có giá trị khi
động cơ đốt cháy tại mọi chu kỳ, tạo cho động cơ 2 kỳ ưu điểm của riêng nó.


Tuy nhiên, tại điểm chết dưới của hành trình piston, khi buồng đốt

được nạp đầy hỗn hợp khí-nhiên liệu, cửa xả mở sẽ có một số nhiên
liệu/khí lọt ra ngoài buồng đốt, Điều này thật dễ nhận ra ở xuồng máy,
khi các vết nhiên liệu loang ra xung quanh động cơ, nhưng chỉ thấy tại
động cơ 2 kỳ. Đó – cùng với sự đốt cháy dầu… - tạo ra sự ô nhiễm đặc
biệt do nhiên liệu.
Vì những lý do đó, động cơ 2 kỳ đi ngược lại với mục đích sử dụng
thông thường mà ở đó tỷ lệ trọng lượng đối với công suất hoặc xu
hướng sử dụng thì quan trọng hơn là khoảng cách chặng đường. Trong
khi đó, các nhà sản xuất đang hướng đến sự gia tăng sự tiện lợi cho
động cơ 4 kỳ, làm cho nó nhỏ hơn, nhẹ hơn và mạnh hơn.
Để hiểu sâu hơn sự khác biệt giữa 2 kỳ và 4 kỳ, chúng ta hãy xem ưu điểm và khuyết
điểm của chúng.
Ưu điểm của 2 kỳ:
Mạnh mẽ hơn bởi vì động cơ đốt cháy nhiên liệu tại mỗi chu kỳ, tạo ra gấp đôi công năng
so với 4 kỳ, khi mà 4 kỳ chỉ tạo ra công năng sau chu kỳ kế tiếp.
Chịu đựng được tỷ lệ trọng lượng đối với công suất cao hơn, bởi vì nó nhẹ hơn.
Rẻ tiền hơn vì thiết kế đơn giản hơn vì không có xu páp và các bộ phận khác của cơ cấu
phối khí như trục cam, cò mổ...
Nhẹ hơn nếu cùng một công xuất do không có cơ cấu đóng mở xu páp và các cơ cấu phụ
thuộc.
Có thể hoạt động trong bất cứ hướng nào, bởi vì nó không có bình dầu như ở 4 kỳ. Đơn
giản hơn trong sửa chữa và hiệu chỉnh.
Đặc điểm trên đã tạo cho động cơ 2 kỳ sự thông dụng trong xe gắn máy, xe trượt tuyết,
xuồng máy, máy cắt cỏ trong vườn, máy cắt tỉa hoa, cưa máy và máy cắt tỉa…
Nhược điểm của động cơ 2 kỳ:
Tuổi thọ ngắn hơn 4 kỳ, do thiếu hệ thống bôi trơn.
Yêu cầu phải có ngăn tiền trộn nhiên liệu trong mọi bình nhiên liệu, thêm phụ gia hoặc
giảm tối đa cặn bẩn.
Ô nhiễm nặng nề, vì thiết kế đơn giản hơn, ống xả thải ra khói bụi từ hỗn hợp nhiên liệu,
và cũng tạo ra mùi khó chịu.

Không kinh tế khi dùng nhiên liệu do thiết kế đơn giản, do vậy không chạy xa hơn xe 4
kỳ.
Tiếng ồn to hơn sự cho phép tại một số nơi, tuỳ thuộc vào từng sản phẩm và luật pháp tại
nơi đó.
Thực tế hiệu suất động cơ hai kỳ thấp hơn. Về lý thuyết, công suất của động cơ phải gấp
hai lần động cơ bốn kỳ có cùng dung tích, nhưng trên thực tế thì chỉ gấp rưỡi vì các lý do
sau:
- Sự cần thiết phải mở cửa xả sớm làm cho quá trình giãn nở khí cháy không trọn vẹn.
- Một phần hoà khí bị thoát ra ngoài cùng khí thải.


- Dùng chính đáy piston để ép hoà khí dưới đáy hộp trục khuỷu làm giảm hiệu suất động
của động cơ.
Xét về sử dụng hiệu quả và kinh tế, động cơ 4 kỳ đều đáp ứng được các điều kiện yêu
cầu. Chính vì vậy động cơ 4 kỳ đã được sử dụng rộng rãi ngay từ khi nó xuất hiện. Động
cơ 4 kỳ có mặt trong hầu hết các lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành ôtô.
Nguồn điện cung cấp trên đảo hiện nay từ Nhà máy điện diezel, tổng công suất 3.000kW,
chỉ phát điện được 16 giờ/ngày. Ngoài ra, nhân dân và các doanh nghiệp tự trang bị các
máy phát điện với tổng công suất khoảng 1.000kW.
Khi dự án điện gió được triển khai và đi vào hoạt động sẽ góp phần giải quyết tình hình
thiếu điện hiện nay trên đảo, tăng thời gian có điện sử dụng để phục vụ nhu cầu sinh hoạt,
tiêu dùng và các hoạt động thiết yếu khác của địa phương, thúc đẩy kinh tế-xã hội đảo
Phú Quý phát triển, góp phần bảo vệ môi trường, đồng thời làm giảm chi phí sản xuất
điện do giảm thời gian vận hành của nhà máy điện diesel.
Khởi công ngày 26/11/2010 Dự kiến nhà máy sẽ hoàn thành và phát điện vào tháng
2/2011./.