(News.oto-hui.com) – Động cơ Diesel là một trong những loại động cơ phổ biến ngày nay, được sử dụng cho cả ngành nông nghiệp, công nghiệp tàu hỏa, tàu thủy, máy bay hay ô tô,… Tuy nhiên, có một loại động cơ Diesel đặc biệt, ắt hẳn nhiều người sẽ không biết đến. Đó chính là động cơ Diesel Deltic, động cơ ba trục khuỷu dành cho tàu thủy và tàu lửa.

Có rất nhiều người có hiểu biết về động cơ diesel ngày nay, tuy nhiên có thể chưa bao giờ biết đến loại động cơ đặc biệt này. Nhưng nếu quen thuộc với hải quân Anh hoặc ngành đường sắt, thì động cơ Deltic được xem là một phát minh vĩ đại thời điểm trước. Loại động cơ ba trục khuỷu này hoạt động như thế nào? Deltic Enigne (Napier Deltic Engine) có phải là một trong những động cơ diesel quan trọng nhất của thời đại, khi nó được phát triển trong chiến tranh thế giới thứ II?

Lược sử hình thành động cơ Deltic – Động cơ ba trục khuỷu

Thuật ngữ Deltic được sử dụng để nói về động cơ diesel tốc độ cao, với thiết kế các piston hoạt động ở phía đối nghịch.

Câu chuyện của động cơ Deltic bắt đầu vào năm 1943 khi Bộ Hải quân Anh thành lập một ủy ban để phát triển một động cơ diesel nhẹ, công suất cao cho các tàu phóng ngư lôi.

• Chúng được đẩy mạnh phát triển trong thế chiến thứ II, nhằm hạn chế sức mạnh lấn lướt của quân đội phát xít Đức trên biển, khi tấn công vào bờ biển nước Anh.
• Động cơ Diesel Deltic lần đầu tiên được hình thành dưới dạng dự án, thuộc Bộ Hải quân Anh năm 1944.

Tại thời điểm đó, Tàu Torpedo của Hải quân Hoàng Gia Anh được trang bị động cơ xăng, làm cho chúng cực kỳ dễ bị hỏa hoạn và nổ. Tàu E-Boats của Đức được trang bị động cơ diesel, mang lại cho họ một lợi thế tuyệt vời so với Tàu thuyền của hải quân Hoàng gia Anh Quốc.

Napier là công ty cơ khí hợp tác với quân đội Anh để sản xuất xuất động cơ ba trục khuỷu này. Trước chiến tranh thế giới thứ 2 nổ ra, Napier đã nghiên cứu thiết kế động cơ diesel sử dụng cho máy bay là Culverin sau khi cấp phép các phiên bản của Junkers Jumo 204. Động cơ Deltic dựa trên thiết kế của động cơ hai thì – Culverin Engine.

• Ở động cơ Culverin là một thiết kế hai thì, với các piston đối lập.
• Thiết kế dựa trên phiên bản Jumo khi nó sử dụng một xi-lanh thuôn dài, chứa hai piston chuyển động ngược chiều nhau về phía tâm.
• Do hai piston đối nghịch nhau nên không cần phải thiết kế piston có mỗi đầu xi lanh có trọng lượng nặng hơn.
• Mặt khác, việc bố trí yêu cầu trục khuỷu riêng biệt trên mỗi đầu của động cơ phải được ghép nối thông qua bánh răng hoặc trục.

Mặc dù động cơ không hoàn thành kịp trong Thế chiến II, nhưng những nỗ lực phát triển để tạo ra một loại động cơ Diesel mới và mạnh mẽ hơn đã thành công vào năm 1947. Chính thức tạo ra một nguyên mẫu đầu tiên của động cơ Deltic.

1. Cấu tạo, thiết kế của động cơ ba trục khuỷu

Động cơ ba trục khuỷu là động cơ tăng áp, được thiết kế gồm 3 ống xilanh, sáu quả piston làm việc trong ba trục khuỷu.

• Hãy tưởng tượng nó như là ba động cơ hình chữ V gắn liền với nhau tại các trục khuỷu của máy và mỗi khối xilanh kết hợp với một xi lanh khác giữa buồng đốt.

Do là động cơ phản ứng piston, nên động cơ không có van nạp hoặc xả, vì vậy không có cách nào thời điểm hút và xả.

• Trong mỗi xi lanh, một pit-tông đầu vào được sử dụng để mở cửa hút và đóng cổng xả, và piston “xả” trong xi lanh kế bên đã mở và đóng kín.

Ban đầu, thiết kế đó đã khiến cho mỗi phiên hành trình của piston đều ở mức 60 độ. Sau này, hệ thống được thiết kế lại để tiết kiệm thời gian cho mỗi xi lanh nhằm dẫn pit tông vào vị trí của nó, bằng 20 độ vị trí của trục khuỷu.

• Sự thay đổi đó cho phép mở cổng xả trước cổng đầu vào, và cổng đầu vào phải đóng sau cổng xả.
• Điều này tạo ra sự đốt cháy hết hỗn hợp nhiên liệu, khí thải tốt hơn, cũng như hiệu quả thể tích được cải thiện, cho không khí trong lành.

Bằng cách thay đổi thiết kế động cơ theo cách này, phiên hành trình của các xi lanh lân cận bây giờ đã cách nhau 40 độ. Trong trường hợp của động cơ Deltic 18 xi lanh, chu kỳ nổ được thiết kế sao cho có thể xen kẽ trên cả sáu ngăn máy của động cơ.

• Bấy giờ, động cơ đã sản xuất ra lượng khí thải ít nhất, một động cơ đánh lửa mỗi 20 độ của cuộc cách mạng trục khuỷu, và triệt tiêu được rung động xoắn.
• Đây là lý tưởng cho việc áp dụng nó trong các tàu hải quân nhỏ. Một trong số đó, một chiếc PTF Boat được sử dụng tại chiến tranh Việt Nam.

2. Nguyên lý hoạt động của động cơ ba trục khuỷu

Sau khi đốt cháy, (các) pít-tông mở (các) cửa xả trước, do đó khí thải áp suất cao trong xi-lanh lao ra khỏi cửa xả. Sau đó, pít-tông (khi nó tiếp tục di chuyển) sẽ mở ra các cửa nạp và hỗn hợp nhiên liệu/không khí mới được đẩy vào xi lanh. Tại thời điểm này, khí thải vẫn chưa hoàn toàn ra khỏi xi-lanh, và hỗn hợp nhiên liệu/không khí tươi “vớt” các khí thải còn lại ra khỏi cổng xả chỉ bằng cách đẩy khí thải ra ngoài.

Thông thường, một phần nhỏ hỗn hợp nhiên liệu/không khí mới nạp vào, sẽ bị đẩy ra khỏi ống xả để đảm bảo rằng tất cả các khí thải đã được loại bỏ khỏi xi lanh.

• Ống xả có thể được điều chỉnh đến một vòng tua máy cụ thể nào đó, để khi động cơ đang chạy ở RPM mà ống bị thay đổi, một làn sóng áp suất sinh ra trong piston sẽ đẩy một ít hỗn hợp không khí/nhiên liệu ra khỏi cổng xả trở lại xi lanh nơi nó có thể được đốt cháy.

3. Thách thức trong việc thiết kế động cơ ba trục khuỷu

Một trong những thách thức lớn nhất trong việc thiết kế động cơ diesel Deltic là nhận được piston để di chuyển theo đúng thứ tự.

Cuối cùng, sau nhiều năm nghiên cứu, Herbert Penwarden, người từng là một nhà soạn thảo cấp cao với Bộ Hải quân Anh đã tìm ra cách tốt nhất để đạt được điều này là phải có một trong ba trục khuỷu xoay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ để hiệu năng tốt nhất.

Không cần phải nói, động cơ ba trục khuỷu Deltic là một thành công lớn, và trở thành một máy tàu tiêu chuẩn trong các tàu chiến nhỏ gọn và nhanh chóng của Hải quân Hoàng gia.

• Động cơ Deltic cũng từng được sử dụng trong các đầu máy xe lửa của Anh.
• Trong những năm 1960, những chiếc Deltics D18-25 Series II loại V (18 xi lanh) cung cấp các đầu máy loại 55, và những chiếc Deltics T9-29 (9 xi lanh) đã được tìm thấy với các đầu máy loại 23.
• Ở mẫu Deltic đầu tiên là D18-11B, động cơ có thể sản xuất 2.500 mã lực (1.900 kW) ở 2000 vòng/phút trong 15 phút; với công suất liên tục là 1.875 mã lực (1.398 kW) tại 1700 vòng / phút. Động cơ này bắt buộc phải được đại tu hoặc sửa chữa sau 1000 giờ hoạt động.
• Đến ngày nay, loại động cơ này vẫn được tiếp tục phát triển và được sử dụng cho các tàu hải quân Anh (tàu quét mìn).

Tại Mỹ, Động cơ ba trục khuỷu Napier Deltic được ứng dụng trong việc cứu hỏa khi dùng để cung cấp năng lượng cho “Hệ thống siêu máy bơm”.

---

Bài viết liên quan:

• Lịch sử về Động cơ Cadillac V16 – Bông hoa sớm nở tối tàn giữa “rừng động cơ”
• Động cơ V8 của siêu xe Aston Martin Vantage được tạo ra như thế nào?
• 5 cách xác định thứ tự nổ của động cơ ô tô