Tại sao xe máy hai thì biến mất?

Xe hai thì biến mất khỏi thị trường vì công nghệ này không thể đáp ứng các tiêu chuẩn liên tục thắt chặt về khí thải tại các nước phát triển. Một động cơ 4 thì, mỗi piston gồm 4 chu kỳ riêng biệt để nổ máy là hút, nén, nổ và xả. Sự tách biệt này có thể được thực hiện bằng việc cung cấp những loại van (xu-páp) vận hành cho hai chức năng hút và xả.

Minsk - một trong những mẫu xe động cơ 2 thì được ưa chuộng. Ảnh: Đỗ Mười.

Trong động cơ 2 thì đơn giản, hoạt động đóng mở của van được thực hiện thông qua chuyển động của piston. Bốn chu kỳ được tổng hợp lại chỉ trong 2 kỳ trượt lên xuống của piston trong lòng xi-lanh. Khi piston đi xuống trong kỳ nổ, ở khoảng một nửa kỳ bắt đầu mở ra một cổng xả lớn và khí thải bắt đầu rời khỏi xi-lanh. Một phần tư kỳ sau đó, piston mở ra các cổng chuyển liệu. Khí tự nhiên và xăng được rút vào trong các-te và piston đi xuống nén hỗn hợp khí. Khi các cổng chuyển liệu mở ra, hỗn hợp khí qua các cổng này đi vào buồng đốt.

Vấn đề ở đây là thậm chí với hiệu suất cao nhất của các cổng chuyển liệu (để không làm thất thoát khí tươi ra ngoài bằng đường xả khí thải) thì vẫn có một lượng khí không hoàn toàn thực hiện chu kỳ nổ mà thoát thẳng ra ngoài gọi là chu kỳ ngắn (short-circuit). Trong động cơ 4 thì, điều này được khắc phục bởi sự vận hành ổn định của các van riêng biệt.

Một chu kỳ ngắn làm thất thoát bao nhiêu nhiên liệu? Một vòng 4 kỳ tốt cần khoảng 0,2 kg nhiên liệu để tạo ra 1 mã lực trong 1 giờ, nhưng một động cơ 2 kỳ tốt (với cổng chuyển liệu đóng mở tốt) cần khoảng 0,3 kg. Điểm khác biệt, khoảng 25%, là lượng nhiên liệu bị thất thoát trực tiếp ra cổng xả. Sự thất thoát này được chấp nhận trước năm 1980 bởi nhiên liệu rẻ và việc giảm thiểu lượng khí thải sau đó đã được ôtô khắc phục. Những chiếc xe hai thì không được sử dụng từ sau năm 1984.

Có những công nghệ hiệu quả để loại bỏ hiện tượng chu kỳ ngắn trong động cơ hai thì, đó là phun nhiên liệu trực tiếp DFI (Direct Fuel Injection) và phu nhiên liệu gián tiếp IFI (Indirect Fuel Injection). Trong một động cơ hai thì sử dụng DFI, như trong một số mẫu xe trượt tuyết hay tàu thuyền cá nhân, động cơ chỉ nạp và chuyển không khí, còn nhiên liệu sẽ chỉ được phun sau khi ống xả của xi-lanh đã đóng. Công nghệ này khiến hiện tượng short-circuit không còn, nhờ đó tạo ra những động cơ hai thì có lượng khí thải thấp. Những nhà sản xuất ôtô lớn trên thế giới như GM, Ford, Toyota, Chrysler, Peugeot phát triển ít nhất 22 động cơ 2 thì DFI khác nhau trong thời kỳ 1986 và 1994.

Phun nhiên liệu gián tiếp IFI cho kết quả giống với DFI, nhưng bằng cách phun nhiên liệu ngược dòng trước khi cổng xả đóng, trong một khoảng thời gian mà không có lượng nhiên liệu nào có thể tới cổng xả trước khi nó đóng. Lợi thế của IFI là cung cấp nhiên liệu sớm hơn, trừ hao thời gian bay hơi, do đó sử dụng loại phun xăng đơn giản hơn so với DFI, tiết kiệm được chi phí sản xuất.

Động cơ 2 thì lắm tài nhưng nhiều tật.

Ví dụ một chiếc scooter Aprilia 50 phân khối, trang bị công nghệ đốt cháy Orbital DFI có thể làm chứng cho sự khác biệt. Đầu tiên, động cơ hoạt động êm ái như động cơ 4 thì. Khi xe lăn bánh, động cơ tiếp tục đốt cháy bình thường. Tại sao? Khi một động cơ hai thì chạy không tải, một lượng nhỏ khí tươi trộn với với một xi-lanh đầy khí thải, kết quả nhìn chung là không nổ. Nhưng sau một hoặc hai chu kỳ, đủ khí tươi tích lũy trong xi-lanh, khiến bugi có thể đốt cháy. Kết quả là một series nối tiếp nhau nổ-không nổ, tạo ra thứ âm thanh giật cục đặc trưng của động cơ 2 thì.  Khi người lái vặn tay ga để mở bướm ga, nhiều khí tươi tràn vào, hiện tượng không nổ của động cơ ít dần đi, đến khoảng độ mở 30% của bướm ga, máy nổ trở nên trơn tru.

Trong chiếc Orbital Aprilia 50 phân khối, hỗn hợp nhiên liệu được hướng thẳng tới bu-gi, vì thế không có hiện tượng không nổ. Khi bướm ga mở, động cơ nổ mượt mà.

Orbital không phải là hệ thống DFI duy nhất trên động cơ hai thì. Cycleworld cho biết Yamaha phát triển Hitchi DFI trên một vài mẫu môtô và tàu biển. Kim phun DFI đắt hơn kim phun trên ôtô vì chúng phải phun đồng thời làm bay hơi nhiên liệu trong khoảng thời gian rất ngắn giữa lúc cổng xả đóng và đánh lửa (khoảng 1/5 thời gian quay của trục khuỷu).

Tại sao các nhà sản xuất xe hơi không sản xuất động cơ hai thì mà họ đang phát triển cách đây 25 năm? Đó là một quyết định đúng đắn bởi không ai có thể đoán trước được những yêu cầu khắt khe về môi trường và những cơ quan bảo vệ môi trường ban hành, do đó kinh tế và an toàn nhất là phát triển động cơ 4 thì. Nhưng nghiên cứu của họ đã chứng minh rằng việc làm giảm lượng khí thải từ động cơ 2 thì là hoàn toàn khả thi.

Đức Huy