TulipGarden9: Những kỹ thuật giúp xe hơi nâng cao hiệu suất

dinsdag 26 juli 2016

Những kỹ thuật giúp xe hơi nâng cao hiệu suất

July 24, 2016

Tư Mỏ Lết

HOA KỲ – Đã từ hơn 100 năm qua, loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng dầu đã thống trị trong ngành công nghiệp chế tạo xe hơi. Để dễ hình dung sự thống trị này, hãy cộng lại tất cả số động cơ xe hơi thuộc chủng loại khác như hơi nước, động cơ điện… được bán ra trong hơn một thế kỷ qua. Con số này vẫn chưa bằng số động cơ đốt trong tung ra thị trường thế giới trong một năm! Động cơ đốt trong đứng vững trên thị trường lâu đến như vậy nhờ ưu điểm nhỏ gọn, giá thành rẻ, lực kéo lớn. Có lẽ nó sẽ chưa trở thành “dĩ vãng” trong tương lai gần. Tuy nhiên, trong thời buổi kỹ thuật phát triển không ngừng hiện nay, các nhà chế tạo xe hơi đang có nhiều cải tiến cho động cơ đốt trong, để nó vẫn tiếp tục đứng vững trong thị trường thêm vài thập kỷ.
Một trong những xu hướng phát triển của kỹ thuật ngành công nghệ xe hơi ngày nay là tăng cường hiệu suất của động cơ xe, giúp cho xe tiết kiệm nhiên liệu hơn và thân thiện với môi trường hơn. Trang web xe hơi www.caranddriver.com mới đây có một bài viết, điểm qua một số kỹ thuật giúp động cơ xe hơi đạt được mục đích cải tiến này trong tương lai.
Đầu tiên, một số cải tiến được đưa vào đối với kết cấu, cách vận hành của động cơ đốt trong. Ba lĩnh vực đang thực hiện:
-Động cơ không có cốt cam: trong quá trình hoạt động của động cơ đốt trong, không khí và nhiên liệu được hút vào buồng đốt, sau đó nén khí, rồi đốt khí cháy sinh công, và khí thải được đẩy ra khỏi buồng đốt. Quá trình hút và đẩy khí này được thực hiện bởi những van đóng mở liên tục trong xy lanh động cơ. Trong động cơ đốt trong nguyên thủy, trục cam chính là “nhà điều khiển” quá trình này. Và chính nó điều khiển qui trình đóng mở cho cả 4 xy lanh, 6 xy lanh, hay 8 xy lanh của các động cơ 4 máy, 6 máy, 8 máy. Việc tối ưu hóa đốt nhiên liệu trong động cơ chỉ thực hiện được nếu sự đóng mở các van phải được điều khiển chính xác cho riêng từng xy lanh. Nhận ra điều này, các hãng xe hơi nghĩ đến việc loại bỏ bộ phận cốt cam. Vào cuối thập niên 1980s, hãng Lotus Engineering (Anh) đã thử nghiệm loại động cơ không cốt cam. Và vào đầu năm 2016, hãng Koenigsegg đã giới thiệu động cơ thử nghiệm không còn hệ thống van (freevalve engine), sử dụng kỹ thuật điều khiển tự động điện tử.
-Hệ thống tự ngừng vận hành một số xy lanh: vào năm 1981, hãng Cadillac đã từng giới thiệu phát minh động cơ 8 máy nhưng có khả năng ngưng chạy 2 hoặc 4 máy khi cần thiết, với mục đích tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên, vào thời điểm đó việc ngưng chạy một số xy lanh này còn nhiều khuyết điểm, chưa thể tiết kiệm tối đa nhiên liệu. Ngày nay, các kỹ thuật điều khiển tự động tiên tiến cho phép thực hiện điều này dễ dàng hơn, chính xác hơn. Dự kiến vào cuối thập niên này, GM và Delphi sẽ có thế hệ động cơ 8 máy với hệ thống tiên tiến để tối ưu hóa việc ngưng vận hành một số xi lanh. Hệ thống này cho phép khi cần thiết động cơ chỉ vận hành với 2 xy lanh, dẫn đến khả năng tiết kiệm nhiên liệu tới 15%.
-Cũng để tăng hiệu suất động cơ và giảm lượng khí thải, các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra một loại động cơ mới kết hợp được ưu điểm của cả hai loại động cơ hai thì (chạy bằng diesel) và bốn thì (chạy bằng xăng). Loại động cơ này có tên viết tắt là HCCI, chạy bằng xăng, nhưng lại sử dụng nhiệt tạo ra trong quá trình nén khí để đốt nhiên liệu, chứ không dùng bugi đánh lửa như hiện nay nữa. HCCI có thể tiết kiệm nhiên liệu đến mức 15% hoặc hơn. Những động cơ HCCI đầu tiên đã được General Motors và Daimler chạy thử từ cuối thập kỷ 2000s. Tuy nhiên, để loại động cơ này có thể sản xuất đại trà thì vẫn còn phải đợi thêm vài năm nữa.
Hướng cải tiến động cơ thứ hai, chính là việc đưa ứng dụng động cơ điện vào nhiều hơn nữa trong quá trình vận hành động cơ xe hơi. Trong một bài viết của chuyên mục này trước đây đã có nhắc đến chuyện bình điện 12 volt sắp trở thành dĩ vãng, và bình 48 volt chuẩn bị lên ngôi. Một trong những kỹ thuật quan trọng giúp cho động cơ đốt trong có hiệu suất cao hơn chính là việc sử dụng hệ thống điện 48 volt trong xe hơi. Hầu hết những động cơ xe hơi hiện nay đều phải kéo theo sự vận hành của máy phát điện, máy bơm nước, bơm dầu, máy bơm nước, máy nén khí… qua một hệ thống truyền động cơ cồng kềnh, và hầu như chạy liên tục. Hệ thống điện 12 volt hiện nay của xe chỉ tạo ra được công suất điện năng tối đa là 3 kW, không đủ để vận hành những bộ phận nên chuyển sang sử dụng điện ngày càng nhiều hơn trong xe, đặc biệt là với mục đích tự động hóa. Một hệ thống phát điện 48 volt sẽ cho phép nâng công suất lên đến 10 kW, sẽ được dùng vận hành những bộ phận nêu trên. Sự cải tiến này cho phép nâng hiệu suất của động cơ lên thêm 10%.
Liên quan đến việc sử dụng điện nhiều hơn trong xe, chắc chắn việc cải tiến dung lượng bình điện xe hơi sẽ phải được nghĩ tới. Đã từ lâu, các nhà kỹ thuật luôn nghĩ đến chuyện nâng cao thêm dung lượng nạp điện của bình điện. Hiện nay, một bình điện loại lithium-ion công suất 60 kWh, nặng khoảng 1,000 lbs, nhưng lại chỉ tương đương với năng lượng tạo ra của 1.8 gallon xăng! Một trong những yếu điểm của bình điện chính là chất điện phân dạng lỏng hoặc gel nằm giữa các điện cực. Chúng không phải là những chất dẫn điện tốt nhất.Và khi các điện cực bị ngắn mạch, chúng dễ bị cháy. Việc sử dụng chất điện phân kết tinh ở dạng rắn sẽ giúp cho việc dẫn điện tốt hơn và không bị xuống cấp. Loại bình điện rắn này sẽ có tuổi thọ dài hơn, dung lượng cao hơn và giá thành rẻ hơn. Công việc chế tạo thử nghiệm loại bình điện rắn tiềm năng này đang được nhiều công ty tiến hành: Sakti3, Samsung, Google…
Hướng cải tiến thứ ba là việc sử dụng nhiên liệu hydrogen. Các model xe chạy bằng hydrogen như Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Tucson Fuel Cell lần lượt được giới thiệu ra thị trường, cho thấy tương lai của thế hệ xe chạy hydrogen đã đến gần. Sử dụng hydrogen sẽ triệt tiêu vấn nạn khí thải từ xe hơi. Vấn đề của nguyên liệu hydrogen hiện nay là giá còn đắt, và các trạm tiếp nhiên liệu hydrogen còn quá ít. Do đó, nhiều hãng xe đã cho ra đời giải pháp trung gian, đó là thế hệ các loại xe hybrid kết hợp giữa động cơ điện và động cơ hydrogen. Các hãng Ford, Chevrolet, Mercedes-Benz đang phát triển một số model xe theo hướng này.
Cũng giống như vấn đề bình điện đối với xe điện, bình chứa hydrogen là một vấn đề cần giải quyết đối với các xe dùng động cơ chạy hydrogen. Hiện nay, hydrogen trong xe được chứa trong một hoặc hai bình lớn làm bằng sợi carbon, có thể chịu được áp lực nén đến 10,000 psi. Trong tương lai, các nhà nghiên cứu đang chế tạo thử các hệ thống chứa hydrogen với các bình có kích thước nhỏ hơn, nên sẽ sử dụng nhiều bình hơn. Bằng cách này, hệ thống chứa hydrogen sẽ dễ tháo lắp hơn, dễ bố trí hơn trong không gian xe, cho nên dung lượng sẽ cao hơn.
Dân lái xe đang chờ đợi những đời xe mới, với những cải tiến nằm trong ba hạng mục kể trên, sẽ xuất hiện nhiều trên thị trường trong thời gian sắp tới.

http://www.nguoi-viet.com/doi-song/ky-thuat-giup-xe-hoi-nang-cao-hieu-suat/