Động cơ Scuderi - sức mạnh của bộ đôi

Đầu năm 2010 rộ lên hàng loạt tin đồn về công trình nghiên cứu đang được tiến hành trong các phòng thí nghiệm kỹ thuật của ''ông lớn'' BMW nhằm phát triển loại động cơ phân tách dành riêng cho thế hệ sản phẩm tương lai.

Bản chất của động cơ phân tách

Động cơ Scuderi là một loại động cơ đốt trong với rãnh xoắn ở giữa. Để nắm bắt sự khác biệt giữa động cơ phân tách và loại thông thường, chúng ta hãy cùng tìm hiểu một chút về chúng.

Trong động cơ thông thường, mỗi xi-lanh (bất kể số lượng) phụ trách thực hiện 4 nhiệm vụ theo thứ tự lần lượt: nạp, nén, nổ và xả. Để hoàn thành cả 4 nhiệm vụ, mỗi xi-lanh đòi hỏi trục khuỷu phải xoay vòng hai lần.

Trong khi đó, đối với động cơ phân tách, bốn nhiệm vụ kể trên được phân thành hai nhóm. Lấy động cơ 4 xi-lanh làm ví dụ. Các xi-lanh được nhóm thành hai khối tách biệt với tỷ lệ 2 xi-lanh/nhóm thực hiện những nhiệm vụ khác nhau: một nhóm nạp và nén xăng, nhóm còn lại nổ và xả. Nguyên tắc hoạt động rất đơn giản: khí nén cần thiết được chuyển từ xi-lanh nén tới xi-lanh nổ qua một đường dẫn. Sau đó, nhiên liệu được bơm vào xi-lanh và nổ.

Động cơ phân tách Backus.

Lịch sử

Lần xuất hiện đầu tiên của động cơ Scuderi rơi vào năm 1891 khi hãng xe Backus Water phát triển loại máy mang tên Backus. Tạp chí American Machinist đã miêu tả nó như một “dạng động cơ cải tiến với trục khuỷu đặt trên đầu và hai xi-lanh đồng cỡ nằm nghiêng”.

Trong loại động cơ này, xi-lanh trái có nhiệm vụ vận hành còn xi-lanh phải đóng vai trò bơm để trộn xăng và không khí. Sau khi nén hỗn hợp, xi-lanh bơm chuyển nó qua một ống dẫn lớn nối giữa hai xi-lanh. Tiếp theo, hỗn hợp được đưa vào trong xi-lanh vận hành nhờ van đĩa.

Về cơ bản, ý tưởng về động cơ phân tách không thu hút được sự chú ý của dư luận mặc dù đã có nhiều hãng cố gắng sản xuất nó trong suốt thế kỷ 20.

Chế độ khí-hỗn hợp.

Động cơ phân tách Scuderi

Công ty kỹ thuật Scuderi đặt trụ sở tại Massachusetts chính là hãng có công mở ra tương lai cho động cơ phân tách. Hiện tại, Scuderi đang tìm cách phát triển một số loại khác, bao gồm khí-hỗn hợp và tăng áp dành cho động cơ xăng cũng như phiên bản diesel.

Theo hãng Scuderi, tất cả đều hoạt động dựa trên công nghệ Scuderi Split-Cycle có khả năng “giải quyết vấn đề khí thải và hiệu suất nhiệt”.

Động cơ phân tách giúp giảm khe hở giữa pit-tông và đầu xi-lanh (ít hơn 1 mm) và buộc phải sử dụng van mở hướng ngoại. Nói cách khác, van cho phép pit-tông di chuyển sát với đầu xi-lanh, từ đó tạo ra lợi thế cho động cơ: gần 100% lượng khí nén được đẩy từ xi-lanh nén vào đường dẫn cắt ngang đồng thời triệt tiêu vấn đề xả khí.

ATDC

Để giải quyết vấn đề hiệu suất nhiệt, Scuderi cần phải thay đổi suy nghĩ của mình. Đối với động cơ thông thường, bugi đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trước khi pit-tông chạm đến điểm xa nhất so với trục khuỷu (gọi là điểm chết trên – TDC). Đối với động cơ Scuderi, quá trình đánh lửa diễn ra sau khi pit-tông chạm đến điểm đó (ATDC). Loại động cơ đốt trong thông thường không dùng phương pháp này mặc dù động cơ Nissan MA đã ứng dụng nó từ rất lâu rồi.

Theo hãng Scuderi, để tạo ra hiệu suất nhiệt như mong muốn, cần chú ý đến phương thức đốt cháy ATDC của hệ thống hơn là thời điểm. Các kỹ sư của hãng Scuderi đã thành công trong việc giải quyết vấn đề trên bằng cách đốt cháy ATDC thông qua sự kết hợp giữa khí nén trong đường dẫn và dòng xoáy trong xi-lanh nổ. Do xi-lanh nén không bị hạn chế bởi quá trình đốt cháy trong động cơ phân tách nên mới có tỷ số nén 75:1.

Đốt cháy ATDC cho phép quá trình nén bắt đầu giữa 11º và 15º sau điểm chết trên và kết thúc 23º sau khi đánh lửa. Nhờ đó nhiệt độ đốt cháy trung bình của xi-lanh tăng lên và ngược lại với nhiệt độ tối đa.

Phanh tái sinh.

Ưu điểm

Động cơ Scuderi nguyên mẫu có thể hoạt động tại vòng tua máy lên đến 6.000 vòng/phút mà vẫn cho công suất tương đương loại có cùng dung tích và số xi-lanh (bốn). So với loại động cơ thông thường tương đương, Scuderi thải ra lượng NOx thấp hơn 80%. Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có thông tin cụ thể về mức độ tiết kiệm nhiên liệu của động cơ Scuderi.

Phiên bản tăng áp

Như đã nói ở trên, hãng Scuderi đang nghiên cứu một số phiên bản khác của động cơ phân tách. Bước logic tiếp theo của công ty là tạo ra phiên bản tăng áp nhờ khả năng đẩy áp suất tuyệt đối lên hơn 2,5 barơ đồng thời cải thiện áp suất hãm hiệu dụng trung bình và mức mô men xoắn.

Nói một cách đơn giản, phiên bản máy dầu tăng áp sẽ cho mô men xoắn tương đương động cơ xăng với công suất 135 mã lực/lit tại vòng tua máy 6.000 vòng/phút.

Chế độ tăng áp.

Phiên bản khí-hỗn hợp và diesel

Đi kèm bộ nén chuyên biệt, động cơ phân tách đòi hỏi có thêm bình chứa khí và một số nút bấm để trở thành loại hybrid thực thụ. Nếu được thiết kế phù hợp, động cơ có thể tích trữ phần năng lượng bị thất thoát trong suốt quá trình vận hành. Một khi ý tưởng kỳ quặc của hãng Scuderi trở thành hiện thực, người sử dụng có thể chọn lựa chế độ lái air-only. Điều này đồng nghĩa với sự biến mất của động cơ điện và pin vốn đang được coi là đặc điểm nhận dạng cho dòng xe hybrid.

Với những bộ luật qui định về khí thải và lượng nhiên liệu tiêu thụ ngày càng khắt khe, hãng Scuderi đang mường tượng về phiên bản diesel của động cơ phân tách. Dự án hiện nay vẫn đang trong quá trình thai nghén nhưng hứa hẹn sẽ giúp cắt giảm 85% lượng khí NOx thải vào bầu khí quyển.

An Huy

Theo Bưu điện Việt Nam