Động cơ hai thì

Động cơ hai thì, còn gọi là động cơ hai kỳ, là một loại động cơ đốt trong hoạt động với pít tông đẩy. Khác với động cơ bốn thì, động cơ này chỉ cần hai thì để hoàn thành một vòng quay trục khuỷu. Mỗi thì là một chuyển động của pít tông từ điểm chết này sang điểm chết khác, giúp trục khuỷu quay nửa vòng. Động cơ diesel hai thì vẫn được dùng trên tàu thủy, tàu hỏa, và máy phát điện dự phòng, trong khi động cơ xăng thường dùng trên xe nhỏ 50 cm³, máy cắt cỏ và máy cưa.

Chu trình hoạt động của động cơ hai kỳ

Động cơ Otto hai kỳ

Thì 1: Sinh công và nén trước

• Pít tông gần đạt điểm chết trên. Khi nhiên liệu đạt đủ áp suất và nhiệt độ, nó sẽ tự bốc cháy, làm tăng nhiệt độ và áp suất trong buồng đốt, đẩy pít tông xuống và tạo ra công cơ học.
• Khí mới ở phía dưới pít tông sẽ bị nén lại khi pít tông di chuyển xuống.
• Cuối quá trình, khi pít tông đi xuống, lỗ thải khí và ống dẫn khí mở ra, cho phép hỗn hợp khí mới bị nén di chuyển vào xy lanh và đẩy khí thải ra ngoài.

Thì 2: Nén và hút khí

• Khi pít tông đi lên, lỗ thải khí và ống dẫn khí lần lượt được đóng lại.
• Khi pít tông tiếp tục lên, hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong xy lanh bị nén và cháy trước khi pít tông đạt điểm chết trên.
• Khí mới được hút vào qua ống dẫn ở buồng nén phía dưới pít tông.

Động cơ diesel hai kỳ

Trong động cơ diesel hai kỳ, không khí nén trước được đưa vào xy lanh tại điểm chết dưới để đẩy khí thải ra ngoài. Giống như động cơ bốn kỳ, nhiên liệu được phun vào không khí đã nén, đạt nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tự bốc cháy của nhiên liệu, thường trước điểm chết trên. Lỗ thải khí nằm ở đầu xy lanh.

Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm lý thuyết của động cơ hai kỳ là hiệu suất cao hơn so với động cơ bốn kỳ, vì mỗi vòng quay trục khuỷu đều tạo công. Tuy nhiên, các cải tiến gần đây, như hệ thống phun nhiên liệu, đã giúp động cơ bốn kỳ thu hẹp khoảng cách này, làm cho xe máy động cơ bốn kỳ không còn kém tốc độ so với loại hai kỳ. Tốc độ pít tông của động cơ hai kỳ chậm hơn do có ống dẫn khí trong xy lanh, giới hạn hiệu suất của nó.

Động cơ hai kỳ đơn giản hơn trong chế tạo, dễ bảo trì, và có khối lượng di động nhỏ hơn nhiều so với động cơ bốn kỳ tương tự. Điều này mang lại một xung lượng góc nhỏ hơn, rất quan trọng cho xe mô tô địa hình, giúp linh hoạt hơn khi vượt chướng ngại vật. Động cơ diesel dung tích lớn thường hoạt động theo nguyên tắc hai kỳ.

Khí thải từ động cơ hai kỳ chứa nhiều cacbon monoxit và hydrocarbon do lượng lớn nhớt bôi trơn trong khí nạp và khí thải tồn dư trong buồng đốt.

Động cơ Otto hai kỳ

Khuyết điểm chính của động cơ Otto hai kỳ là sự thất thoát nhiên liệu do hỗn hợp khí mới và khí thải pha trộn, khiến một phần nhiên liệu thoát ra theo ống xả, gây ô nhiễm môi trường.

Khác với động cơ bốn kỳ và diesel hai kỳ, động cơ Otto hai kỳ thường không có hệ thống bôi trơn riêng mà sử dụng hỗn hợp xăng và nhớt làm nhiên liệu và chất bôi trơn. Vì nhớt chỉ cháy một phần, nên động cơ này gây ô nhiễm hơn so với động cơ bốn kỳ.

Phương pháp bôi trơn này là ưu điểm cho các động cơ thường xuyên thay đổi tư thế như máy cưa hoặc máy cắt cỏ, vì đảm bảo bôi trơn liên tục.

Nhiều giải pháp đã được đề xuất cho vấn đề này, như bôi trơn riêng tùy thuộc vào tải trọng, hoặc động cơ hai kỳ phun trực tiếp, có ưu thế về mặt lý thuyết nhưng chưa phổ biến do lý do thương mại từ các nhà sản xuất.

Động cơ diesel hai kỳ

Động cơ diesel hai kỳ trên tàu thủy được chế tạo và vận hành phức tạp hơn so với động cơ Otto hai kỳ. Chúng có hệ thống phun nhiên liệu và van thải khí ở đầu xy lanh, với một số động cơ có nhiều van thải mở đồng thời. Không khí được nén trước bởi các thiết bị như máy nén khí (Turbocharger) và sau đó nén vào xy lanh, làm cho động cơ diesel hai kỳ không phù hợp với các ứng dụng nhỏ.

Động cơ diesel hai kỳ lớn trên tàu thủy (nòng xy lanh 1 mét) dẫn đầu về hiệu suất nhiệt, chuyển đổi đến 65% năng lượng hóa học của nhiên liệu thành công cơ học. Trong khi đó, động cơ Otto trên ô tô hiếm khi vượt quá 30%, và chỉ có ô tô diesel hiện đại mới đạt hiệu suất trên 40%.