Tham luận

Động cơ xăng không dùng bugi – động cơ mới trên ô tô

Mặc dù là động cơ xăng nhưng HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) không sử dụng bugi để đánh lửa mà nén hỗn hợp không khí và nhiên liệu đến áp suất cao để tự bốc cháy giống như động cơ Diesel mà không sợ hiện tượng kích nổ. Điểm khác biệt của động cơ HCCI so với các động cơ xăng có lẽ là nguyên lý hòa trộn và cháy đồng đều tại mọi điểm bên trong buồng đốt không giống như nguyên tắc lan truyền ngọn lửa trên các động cơ xăng thông thường. Điều này sẽ giúp tránh được hiện tượng kích nổ do tự hỗn hợp xăng và nhiên liệu tự bốc cháy và tạo ra sóng lan truyền từ bugi. Ta định nghĩa sơ qua về hiện tượng kích nổ. Hiện tượng kích nổ tên tiếng Anh là Knock hoặc Detonation là hiện tượng xảy ra sau khi bugi đánh tia lửa điện hoặc quá trình cháy bắt đầu mà hình thành hai vùng cháy khác nhau, hai vùng cháy cháy ở hai khu vực độc lập trong buồng đốt làm cho hoà khí bốc cháy tạo ra hai màng lửa va đập lại với nhau, gây nên hiện tượng sóng áp suất. Sóng áp suất này rất lớn và va đạp vào các chi tiết trong buồng đốt làm cho động cơ mau hỏng. Khi động cơ xảy ra kích nổ thì làm tuổi thọ động cơ giảm, công suất động cơ giảm, động cơ hoạt động không ổn định, rung giật,… Do đó cần phải hạn chế nhỏ nhất về hiện tượng này.

Hình 1: So sánh 3 loại động cơ

Tuy nhiên, để vận hành được động cơ HCCI thì nhiệt độ của buồng đốt đóng vai trò rất quan trọng. hỗn hợp xăng và nhiên liệu chỉ có thể tự bốc cháy khi buồng cháy được làm nóng nhất định, do đó động cơ sẽ sử dụng buji đánh lửa để khởi động động cơ, khi nhiệt độ bên trong xilanh đã được làm ấm lên thì mới vận hành được chế độ HCCI. Trong chế độ HCCI hỗn hợp hòa trộn nhiên liệu và không khí rất loãng do đó động cơ làm việc ở chế độ hỗn hợp nhiên liệu nghèo nhờ vậy động cơ có thể đạt được hiệu quả như động cơ Diesel và giảm được hàm lượng CO2 trong khí thải.

Có lẽ thử thách lớn nhất của động cơ này là điều khiển quá trình cháy của HCCI. Với động cơ sử dụng bugi có thể dễ dàng điều khiển thời điểm đánh lửa nhưng với sự cháy của HCCI cần phải thay đổi thành phần của hỗn hợp và nhiệt độ đồng thời kết hợp với thời điểm phun để có thể đạt được hiệu quả cao nhất và tránh được hiện tượng kích nổ. Công nghệ HCCI đang rất được các nhà sản xuất ô tô quan tâm vì đây là sự kết hợp những công nghệ ưu việt nhất của ngành động cơ đốt trong hiện nay như: sử dụng phun nhiên liệu trực tiếp, điều khiển cam bằng điện tử và điều khiển khoảng nâng của cam theo áp suất bên trong xilanh. Mặc dù vậy, những nghiên cứu mới chỉ cho phép động cơ tự bốc cháy ở chế độ tải trọng thấp, khi làm việc với công suất lớn thì chế độ HCCI sẽ không đáp ứng được và động cơ vẫn phải trở về chế độ đánh lửa bằng bugi như động cơ thông thường.

Những ưu điểm nổi bật của công nghệ HCCI:

  1. Hiệu quả động cơ giống như động cơ Diesel nhưng lại giảm được chi phí dành cho xử lý khí thải.
  2. Sử dụng công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp và cơ cấu phối khí thông minh (variabe valve).
  3. Sẵn sàng lắp đặt HCCI cho động cơ xăng đang sử dụng.
  4. Ngoài động cơ xăng còn có thể sử dụng cho động cơ sử dụng nhiên liệu hỗn hợp E85.
  5. Tiết kiệm nhiên liệu khoảng 15% so với động cơ xăng thông thường.

Động cơ xăng SkyActiv thế hệ mới trên Mazda3 sẽ ứng dụng công nghệ cháy đồng đều do nén mà không cần bugi đánh lửa.

Hãng xe Nhật Bản cho biết động cơ SkyActiv thế hệ mới lần đầu tiên ứng dụng công nghệ cháy đồng đều do nén HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) sẽ xuất hiện trên Mazda3 vào 2018. Sau đó sử dụng rộng rãi trên các sản phẩm khác của Mazda, theo Nikkei.

Nếu theo đúng kế hoạch, Mazda sẽ tiếp nối General Motors sử dụng HCCI. Tháng 8/2007, hãng xe Mỹ thử nghiệm công nghệ này trên hai mẫu sedan Saturn Aura và Opel Vectra. Tuy nhiên việc sử dụng đại trà trên các sản phẩm khác là điều chưa thể thực hiện. Daimler và Hyundai cũng từng theo đuổi công nghệ trên nhưng đều không thành công.

Tấn Thích

Tham Luận, Ô Tô, Động Cơ