Thuật ngữ động cơ sáu kỳ đã được áp dụng cho một số thiết kế động cơ đốt trong thay thế nhằm cải thiện động cơ hai kỳ và bốn kỳ truyền thống. Các ưu điểm được tuyên bố có thể bao gồm tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu, giảm độ phức tạp cơ khí và/hoặc giảm lượng khí thải. Những động cơ này có thể được chia thành hai nhóm dựa trên số lượng pít-tông góp phần tạo nên sáu hành trình.
1. Cơ bản
Trong các thiết kế một pít-tông, động cơ thu nhiệt bị mất từ chu trình Otto hoặc chu trình Diesel bốn kỳ và sử dụng nhiệt đó để tạo ra một công suất bổ sung và hành trình xả của pít-tông trong cùng một xi-lanh nhằm cải thiện hiệu suất nhiên liệu và/ hoặc hỗ trợ làm mát động cơ. Các pít-tông trong loại động cơ sáu kỳ này di chuyển lên xuống ba lần cho mỗi lần phun nhiên liệu. Những thiết kế này sử dụng hơi nước hoặc không khí làm chất lỏng công tác cho hành trình công suất bổ sung.
Các thiết kế trong đó sáu hành trình được xác định bởi sự tương tác giữa hai pít-tông khác nhau. Các pít-tông có thể nằm đối diện trong một xi-lanh đơn hoặc có thể nằm trong các xi-lanh riêng biệt. Thông thường, một xi lanh thực hiện hai hành trình trong khi xi lanh kia thực hiện bốn hành trình, tạo ra sáu chuyển động của pít-tông mỗi chu kỳ. Pít-tông thứ hai có thể được sử dụng để thay thế cơ chế van của động cơ thông thường, điều này có thể làm giảm độ phức tạp cơ học và cho phép tăng tỷ lệ nén bằng cách loại bỏ các điểm nóng có thể hạn chế lực nén. Pít-tông thứ hai cũng có thể được sử dụng để tăng tỷ lệ giãn nở, tách nó ra khỏi tỷ lệ nén. Việc tăng tỷ lệ giãn nở theo cách này có thể làm tăng hiệu quả nhiệt động theo cách tương tự như chu trình Miller hoặc Atkinson.
Theo thiết kế cơ học, động cơ sáu kỳ với đốt trong và ngoài và dòng chảy kép tương tự như động cơ đốt trong thực tế. Động cơ sáu kỳ tự phân biệt do chu trình nhiệt động lực học của nó và một xi lanh được sửa đổi có một buồng đốt và một buồng gia nhiệt không khí, cả hai đều độc lập với xi lanh. Quá trình đốt cháy không xảy ra bên trong xi lanh mà trong buồng đốt phụ, không tác động ngay lên pít-tông và thời gian của nó không phụ thuộc vào chuyển động quay 180 độ của trục khuỷu xảy ra trong quá trình giãn nở khí đốt (công).
Buồng đốt được giữ bên trong buồng gia nhiệt không khí. Áp suất không khí trong buồng gia nhiệt tăng lên và tạo ra năng lượng cho một hành trình công tác bổ sung nhờ sự trao đổi nhiệt thông qua các vách buồng đốt phát sáng. Một số lợi thế là kết quả của điều này, một điều rất quan trọng là sự gia tăng hiệu suất nhiệt. Trong động cơ đốt trong hiện nay, tổn thất nhiệt lượng quan trọng được tạo ra do yêu cầu làm mát thành buồng đốt.
2. Nguyên lý động cơ 6 kỳ
Động cơ sáu kỳ mô tả một số cách tiếp cận khác nhau trong động cơ đốt trong để thu nhiệt thải từ chu trình Otto bốn kỳ và sử dụng nó để cung cấp năng lượng bổ sung và hành trình xả của pít-tông. Các thiết kế sử dụng hơi nước hoặc không khí làm chất lỏng công tác cho hành trình công suất bổ sung. Cùng với việc giải phóng năng lượng, hành trình bổ sung làm mát động cơ và loại bỏ sự cần thiết của hệ thống làm mát giúp động cơ nhẹ hơn và tăng hiệu suất 40% so với Chu trình Otto. Các pít-tông trong động cơ sáu thì đi lên và đi xuống sáu lần cho mỗi lần phun nhiên liệu. Động cơ sáu kỳ có 2 kỳ sinh công, một do nhiên liệu, một do hơi nước hoặc không khí.
Các thiết kế động cơ sáu kỳ đáng chú ý hiện nay bao gồm động cơ sáu kỳ của Crower, động cơ Bajulaz và động cơ Sáu kỳ Beare Head được nhà thiết kế của nó gọi là sáu kỳ nhưng khác biệt với những động cơ khác. Nó sử dụng một pít-tông đối diện thứ hai trong mỗi xi-lanh, chuyển động với tốc độ bằng một nửa chu kỳ của pít-tông chính, do đó tạo ra sáu chuyển động của pít-tông mỗi chu kỳ. Nó không sử dụng bất kỳ chất lỏng công tác bổ sung nào. Sau kỳ xả, thay vì hỗn hợp không khí/nhiên liệu (như trong trường hợp động cơ xăng), không khí được hút vào xi lanh từ bộ lọc không khí và được loại bỏ trong kỳ thứ sáu. Các phần trùng điệp của van đã được loại bỏ và hai hành trình bổ sung đã được cung cấp để làm sạch tốt hơn bằng cách sử dụng hệ thống phun khí. Động cơ cho thấy mức tiêu thụ nhiên liệu giảm 40% và giảm đáng kể ô nhiễm. Công suất riêng của nó không kém hơn động cơ xăng bốn thì. Động cơ có thể chạy bằng nhiều loại nhiên liệu khác nhau, từ xăng và dầu diesel đến LPG. Động cơ được sửa đổi cho thấy giảm 65% ô nhiễm CO khi so sánh với động cơ bốn thì mà nó được phát triển
3. Các loại động cơ 6 kỳ
3.1. Động cơ piston đơn
Thiết kế động cơ 6 kỳ piston đơn sử dụng một pít-tông trên mỗi xi-lanh, giống như động cơ hai hoặc bốn kỳ thông thường. Một chất lỏng thứ cấp, không gây nổ được bơm vào buồng hơi và nhiệt còn sót lại từ quá trình đốt cháy làm cho chất lỏng đó nở ra trong một kỳ công suất thứ hai, sau đó là một kỳ xả khí thứ hai.
Động cơ sáu kỳ Griffin
Động cơ sáu kỳ Griffin có bộ hóa hơi bên ngoài được làm nóng bằng khí thải, trong đó nhiên liệu được phun vào, và đó là nguyên tắc hoạt động chính của động cơ sáu kỳ Griffin. Nhiệt độ được giữ ở khoảng 550 °F, đủ để làm bay hơi dầu nhưng không làm dầu bị phân hủy về mặt hóa học. Quá trình chưng cất phân đoạn này đã hỗ trợ việc sử dụng nhiên liệu dầu nặng, hắc ín và nhựa đường không sử dụng được tách ra trong thiết bị hóa hơi.
Động cơ sáu kỳ Bajulaz
Động cơ sáu kỳ Bajulaz tương tự như động cơ đốt trong thông thường về thiết kế. Tuy nhiên, có những sửa đổi đối với đầu xi-lanh, với hai buồng có dung tích cố định bổ sung: buồng đốt và buồng sấy sơ bộ không khí phía trên mỗi xi-lanh. Buồng đốt nhận được một lượng không khí nóng từ xi lanh; việc phun nhiên liệu bắt đầu quá trình đốt cháy đẳng tích (thể tích không đổi) làm tăng hiệu suất nhiệt so với quá trình đốt cháy trong xi lanh.
Động cơ sáu kỳ Velozeta
Trong động cơ Velozeta, không khí trong lành được bơm vào xi lanh trong kỳ xả, khí này nở ra do nhiệt và do đó buộc pít-tông đi xuống để thực hiện thêm một kỳ. Các phần chồng lấp (trùng điệp) của van đã được loại bỏ và hai hành trình bổ sung sử dụng phun khí giúp loại bỏ khí tốt hơn.
Động cơ sáu kỳ NIYKADO
Đây là động cơ duy nhất được phân loại là nguyên mẫu hoạt động đầy đủ. Nguyên mẫu đầu tiên được phát triển vào năm 2004, chỉ sử dụng hai van. Nguyên mẫu thứ hai, được phát triển vào năm 2007, là một thiết kế cải tiến sử dụng bốn van.
Động cơ sáu kỳ Crower
Trong động cơ sáu kỳ do Bruce Crower chế tạo tại Hoa Kỳ, nước được bơm vào xi lanh sau kỳ xả và ngay lập tức biến thành hơi nước, hơi nước này nở ra và ép pít-tông đi xuống để tạo thêm một kỳ công suất. Do đó, nhiệt thải cần hệ thống làm mát bằng không khí hoặc nước thải ra trong hầu hết các động cơ được thu lại và đưa vào sử dụng để dẫn động pít-tông.
3.2. Thiết kế piston đối lập
Thiết kế piston đối lập sử dụng hai pít-tông trên mỗi xi-lanh hoạt động ở các tốc độ khác nhau, với sự kích nổ xảy ra giữa các pít-tông.
Động cơ Beare Head
Công nghệ động cơ đốt trong của động cơ Beare-head kết hợp pít-tông và đáy của động cơ bốn kỳ, với đầu xi-lanh có cổng gần giống với đầu của động cơ hai kỳ. Pít-tông đầu nhỏ hơn và di chuyển với tốc độ một nửa chu kỳ của pít-tông dưới cùng. Về mặt chức năng, pít-tông đầu xi-lanh thay thế một phần cơ chế van của động cơ bốn thì thông thường và bảo vệ phần còn lại khỏi áp suất cao hơn. Cấu hình này đã được mô tả là động cơ sáu kỳ dựa trên việc cộng bốn hành trình trên mỗi chu kỳ của pít-tông dưới cùng và hai hành trình của pít-tông đầu xi-lanh lại với nhau, nhưng về cơ bản chỉ có 4 hành trình, chỉ với một dạng thay thế của van.
Động cơ M4+2
Động cơ M4+2 có nhiều điểm chung với động cơ Beare Head, kết hợp hai pít-tông đối diện trong cùng một xi-lanh. Một pít-tông hoạt động với tốc độ bằng một nửa chu kỳ của pít-tông kia, nhưng trong khi chức năng chính của pít-tông thứ hai trong động cơ Beare Head là thay thế cơ cấu van của động cơ bốn kỳ thông thường, kỳ M4+2 còn tiến xa hơn một bước so với nguyên tắc.
Động cơ pít-tông nạp
Trong động cơ này, có thiết kế tương tự như động cơ Beare Head, một “bộ pít-tông nạp” thay thế hệ thống van. Piston nạp thực hiện công việc nạp năng lượng cho xi lanh chính đồng thời nó điều khiển độ mở cửa nạp và xả không làm thất thoát không khí và nhiên liệu ra khí xả. Trong xi lanh chính, quá trình đốt cháy diễn ra mỗi lượt như ở động cơ hai kỳ và bôi trơn như ở động cơ bốn kỳ. Quá trình phun nhiên liệu có thể diễn ra trong piston nạp, trong kênh chuyển khí hoặc trong buồng đốt.
4. Các sửa đổi trong động cơ 6 kỳ
Các sửa đổi được thực hiện đối với các bộ phận cụ thể của động cơ bốn thì thông thường để động cơ mới với sáu thì hoạt động hiệu quả. Những sửa đổi này là:
Sửa đổi tỷ lệ trục khuỷu và trục cam
Ở động cơ 4 thì thông thường, bánh răng ở trục khuỷu phải quay 720° trong khi trục cam quay 360° để hoàn thành một chu trình. Đối với động cơ 6 kỳ, bánh răng ở Trục khuỷu phải quay 1080° để trục cam quay 360° và hoàn thành một chu trình. Do đó tỷ số truyền tương ứng của chúng là 3:1.
Sửa đổi trục cam
Trong động cơ sáu thì, 360 độ của cam đã được chia thành 60 độ cho sáu hành trình. Cam xả có 2 thùy để mở van xả ở kỳ thứ 4 (hành trình xả thứ nhất) và ở kỳ thứ 6 để đẩy hơi ra ngoài.
Sửa đổi con đội cam
Hình dạng đáy của con đội cam thông thường có dạng phẳng, phù hợp với trục cam thông thường của động cơ bốn thì. Khi giảm thời gian mở van từ 90° xuống chỉ còn 60°, hình dạng của con đội phải thay đổi từ dạng phẳng sang dạng con lăn hoặc hình cầu.
5. Hoạt động của động cơ 6 kỳ
5.1. Kỳ hút
Van nạp mở và giữ ở trạng thái mở. Trục khuỷu quay, piston di chuyển xuống dươi dẫn đến sự hình thành chênh lệch áp suất, do đó không khí được hút vào xi lanh.
5.2. Kỳ nén
Van nạp đóng lại và van buồng gia nhiệt mở ra. Pít-tông di chuyển lên trên do quay buộc không khí vào buồng gia nhiệt. Không khí ở giai đoạn này được chuyển sang áp suất cao.
5.3. Kỳ công xuất
Van buồng đốt mở ra và khí cháy đi vào xi lanh.
5.4. Kỳ xả
Van xả mở ra. Pít-tông di chuyển lên trên và khí thải được loại bỏ qua van này.
5.5. Kỳ công suất thứ 2
Van buồng hơi mở ra và không khí tinh khiết lúc này ở áp suất cao và nhiệt độ cao đi vào xi lanh, hoạt động trên pít-tông và do đó nó di chuyển xuống dưới dẫn đến hành trình công suất thứ 2.
5.6. Kỳ xả thứ 2
Cuối cùng van buồng đốt mở ra. Pít-tông di chuyển lên trên buộc không khí tinh khiết vào buồng đốt.
