Động cơ pít-tông đối xứng sẽ được hãng xe ô tô sản xuất chăng?

No comments

Động cơ mát hơn: giảm áp suất trong xi-lanh và giảm lượng nhiệt thất thoát sẽ giúp hạn chế khí thải NOx (gọi chung là oxide nitơ) và các loại khí

Loại động cơ pít-tông đối xứng có khả năng tiết kiệm 30-50% nhiên liệu so với pít-tông truyền thống mà lại giảm thiểu lượng khí thải.
Việc nghiên cứu tạo ra các mô hình động cơ mới thực sự khiến nhiều nhà phát minh cảm thấy đam mê, và mỗi năm Hiệp hội các Kỹ sư công nghệ ô tô lại mang đến sự kiện triển lãm thường niên ở Detroit những ý tưởng sáng tạo của mình. Một trong những ý tưởng táo bạo năm nay sắp được đi vào sản xuất hàng loạt là loại động cơ 6 pít-tông đối xứng trong 3 xi-lanh và hai trục bơm nhiên liệu xếp đối xứng nhau. Tên tạm thời của kết cấu động cơ này là OP-3.

Theo như kỹ sư James Atkinson, nổi tiếng chuyên nâng cấp các mô hình động cơ hiệu suất cao hiện nay, nguồn gốc ban đầu của ý tưởng pít-tông đối xứng xuất hiện từ năm 1882 nhưng mãi đến những năm 30 – 40 của thế kỷ 20 (giai đoạn 1930 – 1940) mởi thực sự được sử dụng, khi Hugo Junkers ứng dụng cho các mẫu máy bay trong Thế chiến II. Sau đó, pít-tông đối xứng được ứng dụng trong tàu ngầm, tàu vận tải trên biển và tàu hỏa. Mãi đến năm 2004 mới được thực sự đem phân tích nghiên cứu để ứng dụng cho các mô hình xe nhỏ. Kết cấu của động cơ này chủ yếu phù hợp với động cơ I-4 (4 xi-lanh xếp thẳng đứng) hoặc V-6 (6 xi-lanh xếp so le theo hình chữ V), trục khuỷu động cơ ngắn hơn vẫn đặt ở cùng vị trí giúp quá trình đánh lửa. Lúc đầu chủ yếu tập trung ứng dụng vào dòng xe tải nhẹ vì lúc đó mảng xe này gặp trở ngại lớn và vấn đề tiết kiệm nhiên liệu.

Động cơ pít-tông đối xứng sẽ được hãng xe ô tô sản xuất?
Lần đầu ý tưởng về OP-3 được giới thiệu là ở SEA show 2014 (triển lãm do Hiệp hội Kỹ sư quốc tế tổ chức) và đã được trang Motor Trend đưa tin lúc đó sẽ được ứng dụng trong thiết bị phát điện. Một năm sau đó, 2015, công ty August Technology có thông báo về việc đang thử nghiệm kiểu pít-tông đối xứng trong động diesel 4.9 lít hai kỳ tăng áp turbocharged và siêu tăng áp supercharged Achates OP-3 với công suất đạt 275 mã lực và mô-men xoắn cực đại là 811 lb-ft giúp cải thiện 20% hiệu suất động cơ so với động cơ turbodiesel V-8 PowerStroke 6.7 lít của Ford. Dự án nghiên cứu này trong năm 2015 đã được đầu tư 9 triệu USD từ gói hỗ trợ ARPA-E của Sở Năng lượng Hoa Kỳ, ngoài ra còn được tài trợ thêm 14,4 triệu USD nữa để nghiên cứu động cơ dành riêng cho quân đội. Kể từ khi có kinh phí tài trợ, Achates lần lượt thử nghiệm tính năng đánh lửa nén của động cơ OP đối với nghiên liệu xăng, khí gas tự, diesel và nhiên liệu JP8 (dành riêng cho động cơ máy bay phản lực).

Mãi cho đến nay, tại triển lãm NAIAS 2017 (triển lãm xe hơi quốc tế diễn ra tại khu vực Bắc Mỹ) – Detroit, CEO của Achates, ông David Johnson đã chính thức tuyên bố, năm 2018, công ty này sẽ sản xuất mô hình nguyên mẫu chiế xe tải sử dụng động cơ OP-3 turbodiesel siêu tăng áp 2.7 lít công suất 270 mã lực với mô-men xoắn cực đại là 479 lb-ft tuân thủ tiêu chuẩn khí thải Tier 3, LEV III và Euro 6; vượt qua cả tiêu chuẩn CAFÉ 2025. Ông Johnson giải thích thêm, kết cấu động cơ OP-3 sẽ giúp xe tiế kiệm 30% so với loại động cơ diesel tốt nhất hiện nay và tiết kiệm đến 50% so với động cơ chạy xăng tốt nhất hiện nay. Điểm mấu chốt là hiện đã có 9 hãng xe ký hợp tác với Achates và có ít nhất là 1 hãng bắt đầu sản xuất động cơ xe ứng dụng pít-tông đối xứng.

Vậy tại sao OP-3 lại hoạt động hiệu quả:

– Giảm thiệu thoát nhiệt: diện tích bề mặt buồng đốt được giảm thiểu khi 2 pít-tông cùng hoạt động; không có điểm đầu của xi-lanh nên lượng nhiệt bị thất thoát giảm xuống, tập trung nhiệt để sản sinh động năng đẩy xe di chuyển. Thông thường nhiệt thất thoát khỏi buồng đốt sẽ làm động cơ bị nóng dẫn tới hệ thống làm mát phải hoạt động.

– Giảm thiểu lực ma sát: không còn bu-lông ở đầu xi-lanh nên lực ma sát giảm xuống khi pít-tông né; lực ma sát đó làm giảm khả năng đánh lửa.

– Giảm tải làm việc cho van bơm nhiên liệu: quá trình nạp – nổ và xả diễn ra thông qua các van bơm nhiên liệu mở liên tục xếp xung quanh xi-lanh nên giảm bớt chức năng nạp nhiên liệu của xi-lanh. Nhờ đó, dù động cơ 3 hoặc nhiều xi-lanh hơn (tăng áp hoặc siêu tăng áp) thì động cơ đều hoạt động hiệu quả.

– Trọng lượng nhẹ hơn: áp suất xi-lanh giảm xuống nghĩa là dù có dùng động cơ diesel thì cũng vẫn nhẹ hơn loại động cơ diesel 4 – kỳ thông thường hiện nay.

Tại sao giảm thiểu được lượng khí thải:

– Động cơ mát hơn: giảm áp suất trong xi-lanh và giảm lượng nhiệt thất thoát sẽ giúp hạn chế khí thải NOx (gọi chung là oxide nitơ) và các loại khí thải ô nhiễm khác.

– 2 dàn kim phun nhiên liệu trực tiếp, luôn mở được xếp dàn hàng ngang bơm vào giữa xi-lanh, bơm nhiên liệu vào trong lúc buồng đốt còn nóng nên khí hydrocarbon sẽ bị đốt cháy hoàn toàn.

Tại sao chi phí lại thấp hơn:

– Lắp ráp đơn giản hơn: việc loại bỏ các đầu xi-lanh, bộ điều khiển van bơm thay vào đó là bổ sung thêm một trục khuỷu, nối bánh răng với các tay quay nên việc sản xuất rất đơn giản. Hơn thế nữa Achates đã điều chỉnh thiết kế của mình để các hãng xe chỉ cần thay đổi động cơ hiện có ở mức tối thiểu.

– Giảm tải hệ thống làm mát: vì lượng nhiệt thất thoát ít nên hệ thống làm mát có thể được thu nhỏ lại.

– Giảm áp lực về mức khí thải: động cơ thải ra khí sạch hơn nên hệ thống kiểm soát khi thải có thể giảm bớt chi phí.

– Vì động cơ hoạt động hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu nên các hãng không cần chi tiết cho hộp số 9 hay 10 cấp nữa.

Kết cấu động cơ pít-tông đối xứng OP-3 giúp các hãng vừa đáp ứng được tiêu chuẩn khí thải vừa giúp khách hàng tiết kiệm khoản chi phí mua nhiên liệu.