Sự ra đời của động cơ diesel


Trong hơn một thế kỷ qua, động cơ diesel đã trở thành một trong những trụ cột của ngành công nghiệp nặng. Nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại phương tiện như ô tô, máy kéo, tàu thủy, xe lửa, nhà máy điện,…. Người sáng chế ra loại động cơ này là nhà phát minh người Đức gốc Pháp Rudolf Diesel.

Rudolf Diesel (1858 – 1913). Ảnh: Wikimedia.Rudolf Diesel (1858 – 1913). Ảnh: Wikimedia.

Quay trở lại thập niên 1870, động cơ hơi nước cung cấp năng lượng cho xe lửa và các nhà máy, nhưng giao thông đô thị phụ thuộc vào ngựa. Mùa thu năm 1872, dịch cúm ngựa đã khiến hoạt động tại các thành phố của Mỹ và nhiều quốc gia khác bị ngưng trệ. Các kệ hàng tạp hóa trống rỗng và rác thải chất đống trên đường phố. Một thành phố với dân số khoảng nửa triệu người có thể có tới 100.000 con ngựa. Trong khi đó, mỗi con ngựa tự do thải ra đường phố 15kg phân và 4 lít nước tiểu mỗi ngày. Vì vậy, một loại động cơ quy mô nhỏ, hoạt động ổn định, giá cả phải chăng, có khả năng thay thế sức kéo của ngựa vào thời điểm này được ví như một món quà trời cho.

Động cơ hơi nước là một trong những ứng cử viên tiềm năng, khi những chiếc ô tô chạy bằng động cơ hơi nước đã xuất hiện. Một loại khác là động cơ đốt trong, với những phiên bản đầu tiên chạy bằng xăng, khí đốt hoặc thậm chí là thuốc súng. Nhưng khi Rudolf Diesel còn là sinh viên, cả hai loại động cơ này đều hoạt động kém hiệu quả. Chúng chỉ chuyển đổi khoảng 10% nhiệt lượng thành công cơ học hữu ích. Sau khi nghe một bài giảng về nhiệt động lực học tại Đại học Bách khoa Hoàng gia Bavarian ở Munich (Đức), Rudolf Diesel hiểu rằng về mặt lý thuyết có thể chế tạo một động cơ đốt trong chuyển hóa gần như toàn bộ nhiệt lượng thành công cơ học. Kể từ đó, ông bắt đầu quan tâm đến việc phát triển một loại động cơ đốt trong mới nhằm biến lý thuyết trên trở thành hiện thực.

Sau khi tốt nghiệp đại học, Rudolf Diesel làm việc tại Công ty Máy làm Đá Linde có trụ sở ở Paris với tư cách là một kỹ sư chuyên về tủ lạnh kể từ năm 1880. Ông chuyển đến Berlin vào năm 1890 để quản lý văn phòng kỹ thuật của công ty. Tranh thủ thời gian rảnh rỗi, ông đã nghiên cứu và chế tạo thành công mô hình đầu tiên của động cơ diesel vào năm 1892. Một năm sau đó, ông nhận được bằng sáng chế cho ý tưởng của mình.

Thiết kế động cơ diesel của Rudolf Diesel. Ảnh: Alamy.Thiết kế động cơ diesel của Rudolf Diesel. Ảnh: Alamy.

Mặc dù mô hình động cơ đầu tiên của Rudolf Diesel chỉ đạt hiệu suất chuyển đổi nhiệt lượng thành công cơ học khoảng 25%. Tuy nhiên, tỷ lệ này vẫn lớn hơn gấp đôi so với động cơ hơi nước hoặc các động cơ đốt trong thời kỳ đầu khác. Rudolf Diesel mất thêm bốn năm để cải tiến thiết kế và đến năm 1896, ông giới thiệu một phiên bản động cơ diesel mới có hiệu suất chuyển đổi về mặt lý thuyết lên tới 75%.

Động cơ diesel hoạt động hiệu quả hơn so với các loại động cơ khác vào thời điểm đó một phần là do cách thức nó đốt cháy nhiên liệu. Động cơ xăng nén nhiên liệu và không khí lại với nhau, sau đó đốt cháy hỗn hợp bằng bugi đánh lửa. Trong khi đó, động cơ diesel hoạt động bằng cách nén không khí bên trong xi lanh. Quá trình này khiến nhiệt độ của không khí bên trong xi lanh tăng cao, đủ nóng để lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt sẽ tự bốc cháy trước khi kết thúc chu kỳ nén. Vì vậy, động cơ diesel nhỏ hơn và nhẹ hơn so với các động cơ truyền thống được sử dụng trong hầu hết phương tiện giao thông đường bộ, và nó không đòi hỏi việc sử dụng thêm nguồn nhiên liệu bổ sung cho bộ phận đánh lửa.

Ban đầu, Rudolf Diesel thiết kế động cơ của mình để sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau, từ bụi than cho đến dầu thực vật. Năm 1900, tại Hội chợ Thế giới Paris, ông trình diễn một mô hình động cơ hoạt động dựa trên dầu đậu phộng. Năm 1912, ông thậm chí còn dự đoán rằng dầu thực vật sẽ trở thành một nguồn nhiên liệu quan trọng trong tương lai, tương tự như các dẫn xuất từ dầu mỏ. Ngày nay, động cơ diesel có thể hoạt động nhờ các loại nhiên liệu nặng hơn so với xăng, trong đó nổi bật nhất là dầu diesel – một loại nhiên liệu tinh chế từ dầu thô. Ngoài việc rẻ hơn xăng, dầu diesel tạo ra ít khói hơn, do đó ít có khả năng gây ra cháy nổ hơn.

“Rudolf Diesel tin rằng động cơ của ông có thể dễ dàng điều chỉnh kích thước và chi phí vận hành, cũng như sử dụng nguồn nhiên liệu sẵn có. Nó cho phép các thợ thủ công tránh phải sử dụng động cơ hơi nước tốn kém, lãng phí nhiên liệu. Nó sẽ giúp các thương nhân nhỏ cạnh trạnh với các công ty lớn – những doanh nghiệp vốn có nhiều tiền để khai thác sức mạnh của động cơ hơi nước”, Jason Stein viết trên tờ Newsday.

Mọi thứ sau đó diễn ra giống những gì Rudolf Diesel mong đợi. Động cơ diesel của ông không chỉ được sử dụng rộng rãi bởi các doanh nghiệp nhỏ, mà các nhà tư bản lớn cũng háo hức đón nhận nó. Đây là yếu tố quan trọng thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của cuộc Cách mạng Công nghiệp.

Tính đến năm 1912, đã có hơn 70.000 động cơ diesel hoạt động trên khắp thế giới, hầu hết là trong các nhà máy sản xuất công nghiệp và máy phát điện, theo History. Sau đó, động cơ diesel được sử dụng phổ biến để cung cấp năng lượng cho ô tô, xe tải bắt đầu từ những năm 1920, tàu thủy (sau Thế chiến II), xe lửa (bắt đầu từ thập niên 1930).

Việc sử dụng động cơ diesel không yêu cầu đốt than nên các công ty vận tải và tàu biển tiết kiệm được rất nhiều tiền. Tuy nhiên, điều này không có lợi cho ngành công nghiệp than, do ảnh hưởng đến hoạt động kinh doanh của các công ty khai thác than đá.

Nhà phát minh Rudolf Diesel đã trở thành một triệu phú vào cuối thế kỷ 19. Tuy nhiên, những khoản đầu tư thua lỗ khiến ông mắc nhiều nợ vào cuối đời. Vào ngày 29/9/1913, Rudolf Diesel biến mất trên con tàu Dresden đi từ Antwerp, Bỉ đến Harwich, Anh. Lúc đó, ông đang trên đường tới tham dự lễ khởi công một nhà máy sản xuất sử dụng động cơ diesel. Thi thể của ông được vớt lên bờ vào ngày 10/10. Các tình tiết xung quanh cái chết của ông cho đến nay vẫn là điều bí ẩn. Một số người tin ông đã tự sát, trong khi những người khác suy đoán ông bị các nhà khai thác than sát hại để trả thù.

Gần đây, các nhà khoa học quan tâm trở lại với dầu diesel sinh học, bởi vì nó gây ô nhiễm ít hơn nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ. Tuy nhiên, vấn đề gây tranh cãi là quá trình sản xuất dầu diesel sinh học cạnh tranh đất đai với ngành nông nghiệp, đẩy giá lương thực tăng cao. Trong thời đại của Rudolf Diesel, điều này ít được quan tâm bởi vì dân số ít hơn nhiều so với ngày nay và khí hậu cũng ôn hoà hơn đối với canh tác nông nghiệp.

Quốc Lê / khoahocphattrien (Theo Smithsonianmag, Thoughtco)

Thank you so much

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s