 |
| Hình ảnh thí nghiệm dầu diesel cháy do nén trong video của kênh YouTube "Warped" |
Một trong những khác biệt lớn nhất giữa động cơ xăng và động cơ diesel là cách nhiên liệu được đốt cháy. Trong khi động cơ xăng cần bugi để tạo tia lửa, động cơ diesel chỉ dựa vào áp suất và nhiệt độ sinh ra trong quá trình nén để kích hoạt quá trình cháy. Đây cũng là nguyên lý được kênh YouTube “Warped” tái hiện trong một thí nghiệm sử dụng pít-tông đánh lửa (fire piston) trong suốt hết sức thú vị và trực quan.
Thiết bị có hình dạng tương tự một chiếc xi-lanh tiêm cỡ lớn, cho phép người xem quan sát trực tiếp điều gì xảy ra bên trong khi không khí bị nén nhanh. Theo người thực hiện, pít-tông này đạt tỷ số nén khoảng 25:1, cao hơn đôi chút so với nhiều động cơ diesel du lịch hiện đại nhưng vẫn phù hợp để minh họa hiện tượng cháy do nén.
Khi pít-tông được đẩy xuống với tốc độ cao, không khí trong xi-lanh bị nén mạnh, khiến nhiệt độ tăng nhanh. Trong môi trường đã có sẵn oxy, chỉ cần thêm một loại nhiên liệu hoặc vật liệu dễ cháy phù hợp là có thể tạo ra quá trình cháy mà không cần bất kỳ tia lửa điện nào.
Ban đầu, Warped đã sử dụng vải than hóa (char cloth), một loại vật liệu thường dùng để nhóm lửa. Dù không nhằm tái hiện chính xác hoạt động của động cơ diesel, lựa chọn này phần nào gợi nhớ đến những nghiên cứu ban đầu của nhà sáng chế Rudolf Diesel, người từng thử nghiệm nhiều loại nhiên liệu khác nhau, trong đó có bụi than, trước khi nhiên liệu lỏng trở thành lựa chọn phù hợp cho động cơ diesel.
Những lần thử đầu tiên với vải than hóa đã không thành công. Tuy nhiên, sau khi chuyển sang một pít-tông nhỏ hơn để tạo áp suất lớn hơn và dùng búa tạ tạo lực nén mạnh, người thực hiện đã tạo được hiện tượng cháy vào khoảng phút thứ tư của video.
Ở phần sau, Warped chuyển sang sử dụng dầu diesel. Lần thử đầu tiên chưa ghi lại được hình ảnh quay chậm như mong muốn, nhưng ở lần thứ hai, quá trình cháy đã được ghi hình rõ ràng hơn. Khoảng mốc 5 phút 53 giây, người xem có thể quan sát mặt cháy lan truyền trong buồng chứa, qua đó hình dung rõ hơn cách nhiên liệu diesel bốc cháy dưới tác động của quá trình nén.
Thí nghiệm này khác động cơ diesel thực tế ở điểm nào?
Video "Warped" thí nghiệm cách dầu diesel bốc cháy
Mặc dù minh họa cùng một nguyên lý vật lý, nhưng thí nghiệm trên không hoàn toàn giống cách một động cơ diesel vận hành. Trong pít-tông đánh lửa, vật liệu dễ cháy đã được đặt sẵn trong xi-lanh trước khi quá trình nén diễn ra. Trong khi đó, ở động cơ diesel, chỉ có không khí được nén trong kỳ nén. Khi pít-tông tiến gần điểm chết trên, kim phun mới đưa nhiên liệu diesel vào khối không khí có nhiệt độ và áp suất rất cao. Nhiên liệu sau đó tự bốc cháy mà không cần bugi.
Dù cách đưa nhiên liệu vào buồng đốt khác nhau, cả hai đều dựa trên cùng một nguyên lý. Quá trình nén nhanh làm nhiệt độ không khí tăng lên đủ cao để kích hoạt hiện tượng tự bốc cháy của nhiên liệu.
Vì sao động cơ diesel không cần bugi?
Sự khác biệt giữa động cơ xăng và động cơ diesel chủ yếu nằm ở đặc tính của nhiên liệu. Xăng có độ bay hơi cao và được thiết kế để cháy sau khi bugi tạo tia lửa đốt hỗn hợp không khí và nhiên liệu. Trong khi đó, dầu diesel có độ bay hơi thấp hơn và điểm chớp cháy cao hơn, khiến nó khó bắt lửa từ nguồn lửa bên ngoài trong điều kiện thông thường.
Quan trọng hơn, dầu diesel có nhiệt độ tự bốc cháy thấp hơn xăng. Đây là mức nhiệt mà nhiên liệu có thể tự cháy mà không cần nguồn đánh lửa bên ngoài.
Trong động cơ diesel, quá trình nén làm nhiệt độ của không khí tăng vượt ngưỡng tự bốc cháy của dầu diesel. Khi nhiên liệu được phun vào khối không khí nóng này, nó sẽ tự bốc cháy gần như ngay lập tức. Thí nghiệm của Warped đã trực quan hóa chính nguyên lý này bằng một thiết bị đơn giản nhưng hiệu quả.
Ngược lại, xăng cũng có thể tự bốc cháy nếu chịu nhiệt độ và áp suất quá cao. Tuy nhiên, trên động cơ xăng, đây lại là hiện tượng không mong muốn vì sẽ gây kích nổ hoặc cháy kích nổ, làm giảm hiệu suất và có thể gây hư hỏng động cơ. Đó là lý do các động cơ xăng có tỷ số nén cao thường yêu cầu sử dụng xăng có chỉ số octan cao để tăng khả năng chống tự bốc cháy.
Động cơ xăng cũng đang học theo nguyên lý của diesel
 |
Dù cháy do nén từ lâu gắn liền với động cơ diesel, nhiều hãng xe đã nghiên cứu cách ứng dụng nguyên lý này lên động cơ xăng nhằm cải thiện hiệu suất nhiên liệu. Một trong những ví dụ tiêu biểu là công nghệ SPCCI (Spark Controlled Compression Ignition) trên dòng động cơ Skyactiv-X của Mazda. Hệ thống này không hoạt động hoàn toàn như động cơ diesel mà kết hợp cả đánh lửa bằng bugi và cháy do nén.
Trong nhiều điều kiện vận hành, bugi sẽ đốt cháy một vùng hỗn hợp giàu nhiên liệu gần điện cực. Quá trình cháy này làm áp suất trong xi-lanh tăng nhanh, từ đó kích hoạt hiện tượng cháy do nén đối với phần hỗn hợp nghèo còn lại.
Nhờ kết hợp hai cơ chế đốt cháy, động cơ Skyactiv-X có thể khai thác một phần lợi ích về hiệu suất của động cơ diesel, đồng thời vẫn duy trì đặc tính vận hành và khả năng kiểm soát khí thải của động cơ xăng truyền thống.
Duy Thành
Copy link
