Split-single Engine (Động cơ tách đơn) là một dạng thiết kế của động cơ hai kỳ, trong đó hai xilanh chia sẻ một buồng đốt duy nhất. Đó chính là lý do gọi là tách đơn, tức tách một buồng đốt thành hai. Động cơ tách đơn còn được gọi là động cơ chia xilanh split-cylinder,…
Động cơ tách đơn sản xuất đầu tiên được chế tạo vào năm 1918 và thiết kế này được sử dụng trên một số xe máy và ô tô cho đến giữa những năm 1950, mặc dù một công ty vẫn tiếp tục sản xuất động cơ tách đơn cho xe máy cho đến năm 1970. Trong thời gian này, thiết kế này cũng thỉnh thoảng được sử dụng đối với động cơ có bốn xi lanh trở lên.
Nguyên lý hoạt động
Động cơ tách đơn Split-single sử dụng chu kỳ hai hành trình (tức là mỗi hành trình đi xuống đều tạo ra công suất) với các giai đoạn sau:
- Pít-tông di chuyển lên trên, nén hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong cả hai xi-lanh. Một bugi đánh lửa đốt cháy hỗn hợp khi các pít-tông ở gần đỉnh xi-lanh.
- Áp suất từ hỗn hợp không khí-nhiên liệu được đốt cháy sẽ đẩy cả hai pít-tông đi xuống. Gần cuối hành trình, một cổng xả lộ ra, khiến khí thải thoát ra khỏi cả hai xi lanh. Đồng thời, cửa nạp của xi lanh kia lộ ra ngoài, khiến hỗn hợp nhiên liệu-không khí mới (đã được nén trong cacte do chuyển động đi xuống của các pít-tông) được hút vào xi lanh cho chu trình tiếp theo.
Các đặc điểm kỹ thuật
Ưu điểm của động cơ tách đơn Split-single so với động cơ hai kỳ thông thường là động cơ tách đơn có thể giúp loại bỏ khí thải tốt hơn đồng thời giảm thiểu sự thất thoát nhiên liệu/không khí sạch qua cổng xả. Kết quả là, động cơ tách đơn có thể mang lại hiệu quả kinh tế tốt hơn và có thể chạy tốt hơn khi mở ga nhỏ.
Nhược điểm của động cơ tách đơn là, nó đơn giản chỉ là một cải tiến nhỏ so với động cơ một xi-lanh, động cơ tách đơn sẽ lớn hơn, nặng hơn và đắt hơn. Vì các nhà sản xuất có thể sản xuất động cơ hai xi-lanh thông thường với chi phí tương đương với động cơ tách đơn, nên động cơ hai xi-lanh thường là thiết kế tiết kiệm không gian và tiết kiệm chi phí hơn. Hầu hết các động cơ tách đơn sử dụng một buồng đốt duy nhất (động cơ hai xi-lanh), hoặc một số động cơ sử dụng hai buồng đốt (tức là bốn xi-lanh) trở lên.
Các thiết kế ban đầu của động cơ tách đơn từ năm 1905-1939 sử dụng một thanh truyền hình chữ Y hoặc hình chữ V duy nhất. Bên ngoài, những động cơ này trông rất giống với động cơ hai kỳ xi-lanh đơn thông thường; chúng có một ống xả, một bộ chế hòa khí ở vị trí thông thường phía sau xi-lanh và một bugi.
Sau Thế chiến thứ hai, các cơ chế bên trong tinh vi hơn đã cải thiện độ tin cậy cơ học và dẫn đến việc bộ chế hòa khí được đặt phía trước thùng, nằm gọn bên dưới và bên cạnh ống xả. Một ví dụ về sự sắp xếp này đã được sử dụng trên chiếc mô tô Puch 250 SGS 1953-1969.
Các động cơ ban đầu sử dụng cách bố trí “cạnh nhau” (với bộ chế hòa khí ở vị trí “bình thường” phía sau xi lanh) có các vấn đề về bôi trơn và ô nhiễm tương tự như động cơ hai kỳ thông thường của thời đại, tuy nhiên các thiết kế đã được sửa đổi sau Thế chiến II giải quyết những vấn đề này.
Lịch sử động cơ tách đơn
Trước Thế chiến thứ hai
Lucas
Động cơ tách đơn đầu tiên là Lucas, được chế tạo ở Anh vào năm 1905. Nó sử dụng 2 trục khuỷu riêng biệt được nối với nhau bằng bánh răng để dẫn động 2 pít-tông riêng biệt, nhờ đó động cơ có được sự cân bằng sơ cấp hoàn hảo.
Garelli
Từ năm 1911-1914, kỹ sư người Ý Adalberto Garelli đã được cấp bằng sáng chế cho một động cơ tách đơn sử dụng một thanh kết nối duy nhất và chốt dài đi qua cả hai pít-tông. Garelli Motorcycles được thành lập sau Thế chiến thứ nhất và sản xuất động cơ mô tô tách đơn 350 cc để sử dụng trên đường và đua từ năm 1918-1926.
Trojan
Động cơ hai kỳ Trojan, được sử dụng từ năm 1913 trên chiếc xe Trojan ở Anh, được phát minh độc lập nhưng được mô tả là động cơ tách đơn. Hình ảnh của một mô hình “song sinh” năm 1927 tại Bảo tàng Khoa học Luân Đôn cho thấy các bộ phận bên trong. Cách bố trí “trước và sau” của các xi lanh có nghĩa là thanh truyền hình chữ V phải uốn cong nhẹ theo mỗi vòng quay. Không giống như động cơ mô tô của Đức/Áo, động cơ này được làm mát bằng nước. Các quy định về thuế mã lực ở Vương quốc Anh dẫn đến thuế đường bộ đối với Trojan thấp hơn so với động cơ thông thường có dung tích tương tự.
Puch
Sau khi Chiến tranh thế giới thứ nhất kết thúc, ngành công nghiệp Áo phải vật lộn để phục hồi. Kỹ sư người Ý Giovanni Marcellino đã đến nhà máy chính của Puch với chỉ thị ngừng hoạt động. Thay vì thanh lý nhà máy, ông định cư tại thị trấn, thiết kế và bắt đầu sản xuất một động cơ tách đơn mới ra mắt lần đầu trên chiếc mô tô đua Puch LM năm 1923. Bị ảnh hưởng bởi động cơ pít-tông đối diện công nghiệp, động cơ Puch có định thời cổng không đối xứng và các pít-tông được bố trí nối tiếp nhau (thay vì bố trí cạnh nhau như Garelli sử dụng). Để tránh uốn cong thanh truyền, ổ đỡ đầu nhỏ của pít-tông nạp làm mát được bố trí để trượt nhẹ về phía trước và sau trong pít-tông. Năm 1931, Puch đã giành được Grand Prix Đức với một động cơ tách đơn siêu nạp. Đến năm 1935, một phiên bản bốn xi-lanh của thiết kế tách đơn Puch sản sinh công suất 10 kW (14 mã lực) và được sử dụng cho xe máy.
Đua mô tô
Từ năm 1931 đến năm 1939, mô tô đua DKW chạy bằng động cơ tách đơn đã thống trị các hạng đua Lightweight và Junior.
Tại Indianapolis 500 năm 1931 và 1932, Leon Duray đã cạnh tranh với những chiếc xe chạy bằng động cơ Duray U16 16 xi-lanh sử dụng thiết kế tách đơn split-cylinder.
Năm 1935, chiếc xe Monaco-Trossi Grand Prix được chế tạo với động cơ xuyên tâm 16 xi-lanh sử dụng thiết kế tách đơn split-cylinder.
Sau Thế chiến II
Puch
Quá trình sản xuất và đua xe động cơ tách đơn của Puch được bắt đầu lại vào năm 1949, và một động cơ tách đơn đã được sử dụng trong mẫu Puch 125T.
Puch 250 SGS 1953-1969 (được Sears bán ở Hoa Kỳ với tên “Allstate 250” hoặc “Twingle”) được sử dụng với một hệ thống cải tiến gồm một thanh truyền được gắn vào mặt sau của thanh kia. Những động cơ này thường sử dụng pít-tông phía trước để kiểm soát cả cửa nạp và cửa xả, với kết quả thú vị là bộ chế hòa khí nằm ở phía trước động cơ, bên dưới và bên cạnh ống xả. Pít-tông phía sau điều khiển cổng chuyển từ cacte đến xi-lanh. Càng ngày, những mẫu xe này càng được trang bị một máy bơm trộn dầu, được cấp từ một bình chứa được tích hợp trong bình xăng. Một số còn có hệ thống đánh lửa bằng bugi kép bắn ra buồng đốt hình gần như hình số tám. Các cải tiến đã khắc phục, nếu không muốn nói là hầu như loại bỏ, vấn đề tắc nghẽn bugi hai kỳ trước đây. Tổng cộng có 38.584 chiếc xe máy Puch 250 SGS được sản xuất từ năm 1953 đến 1970.
Puch đã ngừng sản xuất động cơ tách đơn vào khoảng năm 1970
EMC Motorcycles
EMC Motorcycles ở Vương quốc Anh đã sản xuất động cơ tách đơn 350 cc (21 cu in) được sử dụng trong EMC 350 1947-1952. Sau năm 1948, động cơ cũng được trang bị một máy bơm dầu được điều khiển bởi bướm ga, giúp phân phối dầu hai kỳ vào nhiên liệu với tốc độ thay đổi tùy thuộc vào độ mở của bướm ga, thay vì phải trộn trước dầu vào nhiên liệu.
Iso Autoveicoli
Nhà sản xuất Ý bắt đầu sản xuất động cơ tách đơn 236 cc (14 cu in) vào năm 1952 cho xe máy Iso Moto của họ. Động cơ này sau đó được sử dụng trong chiếc ô tô Iso Isetta bubble từ năm 1953–1956.
Triumph-Werke Nürnberg
Triumph-Werke Nürnberg (TWN) ở Đức bắt đầu sản xuất động cơ tách đơn cho xe máy của họ vào năm 1946. Các mẫu TWN BDG 250 250 cc (15 cu in) và 500 cc (31 cu in) TWN BDG 500, được sản xuất từ năm 1946-1957, sử dụng thanh truyền hình chữ Y, vì vậy các pít-tông nằm “cạnh nhau”, làm cho động cơ có chút khác biệt về mặt hình ảnh so với động cơ hai kỳ thông thường. Các mẫu xe tách đơn khác của TWN là TWN Cornet 1954-1957 (200 cc với điện 12 volt), TWN Boss 1953-1957 (350 cc) và xe tay ga Contessa 1954-1957 (200 cc). Ống xả hình củ của Cornet và Boss là đặc điểm TWN hai thì, không liên kết với động cơ tách đơn. Tất cả việc sản xuất xe máy TWN đã dừng lại vào năm 1957.
