Top 10 cải tiến công nghệ động cơ

Ford Model-T, mẫu xe hơi sản xuất hàng loạt đầu tiên và là sản phẩm có ảnh hưởng lớn nhất của thế kỷ 20, ra đời năm 1908 với động cơ 4 xi-lanh dung tích 2,9 lít nhưng chỉ sản sinh được công suất 22 mã lực.

Nếu so với động cơ xe hơi hiện nay thì động Model-T chỉ bằng một con kiến trên quả bóng, nhưng lại lớn hơn nhiều so với cỗ máy của chiếc xe hơi đầu tiên ra đời năm 1885 của Benz Patent Motorwagen với một xi-lanh và cho công suất 2/3 mã lực.

Ngày nay, động cơ đốt trong hay động cơ ô tô nói chung đã có những cải tiến vượt bậc: mạnh mẽ hơn, ít ồn ào hơn, bền bỉ hơn, ít ô nhiễm hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn nhờ những tiến bộ trong công nghệ và thiết kế động cơ.

Danh sách 10 cải tiến lớn nhất trên động cơ xe hơi:

Động cơ 4 thì

Động cơ 4 thì xuất hiện vào cuối những năm 1800, bao gồm 4 bước: hút, nén, nổ và xả được thực hiện khi piston chuyển động lên xuống trong xi-lanh. Động cơ 4 thì có nhiều lợi ích như là tiết kiệm nhiên liệu, bền bỉ.

Nhưng so với động cơ 2 thì, nó phức tạp hơn rất nhiều, tốn chi phi sản xuất và phải dùng nhiều van hơn để nạp liệu cũng như xả khí thải. Dù vậy, động cơ 4 thì là nơi cung cấp sức mạnh phổ biến cho ôtô cũng như xe máy. Và có lẽ sẽ rất lâu nữa chúng mới bị thay thế.

Động cơ tăng áp

Động cơ cần 3 thứ để hoạt động: nhiên liệu, không khí và đánh lửa. Nén nhiều không khí hơn vào xi-lanh sẽ tạo ra nhiều công suất hơn cho động cơ, quá trình này thường dùng một bộ phận hay gọi là turbocharger hay supercharger. Nhiệm vụ của các bộ phận này là nén không khí vào buồng đốt ở áp suất cao tạo ra tỉ số nén cao hơn.

Hệ thống tăng áp này được sử dụng đầu tiên cho động cơ của máy bay một thời gian dài trước khi ứng dụng trên động cơ ôtô vào những năm 1960, thật sự tiện dụng cho các động cơ có kích thước nhỏ hay vấn đề về môi trường và tiêu thụ nhiên liệu ngày một khắt khe hơn.

Một ví dụ cụ thể là turbocharger trên một chiếc Mini Cooper S với động cơ 1.6L nhưng sinh ra đến hơn 200 mã lưc. Bên cạnh đó là các xe thể thao như Porsche 911 Turbo hay Corvette ZR-1 cũng sử dụng tăng áp động cơ để đạt được sức mạnh động cơ không tưởng.

Nhưng không phải không có bất lợi. Ôtô sử dụng tăng áp thường sử dụng xăng chất lượng cao (như A95 ở Việt Nam). Công suất đôi lúc chưa được sinh ra đầy đủ nếu động cơ chưa đạt độ tốc độ vòng quay cao.

Phun nhiên liệu

Trước khi có công nghệ phun nhiên liệu, động cơ sử dụng chế hòa khí hay còn gọi là bình xăng con (carburetor) để nạp liệu. Cuối những năm 1980, chế hòa khí được thay thế bởi công nghệ phun nhiên liệu.

Nhiện liệu được phun thành tia kết hợp với không khí và được nạp vào buồng đốt. Việc điều tiết nhiên liệu được máy tính tính toán cẩn thận để được hỗn hợp cháy tốt nhất.

Bên cạnh đó là việc phun nhiên liệu cũng dễ khởi động hơn vào những ngày đông lạnh giá.

Phun nhiên liệu trực tiếp

Đây là bước phát triển tiếp theo của công nghệ phun nhiên liệu. Nhiên liệu sẽ được phun trực tiếp vào buồng đốt để kết hợp với không khí tạo nên hỗn hợp cháy hoàn hảo. Máy tính sẽ đảm nhận công việc này để lượng nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn và sạch nhất.

Khối động cơ bằng nhôm

Các kỹ sư ôtô luôn phải tìm mọi cách để có thể giảm trọng lượng xe xuống càng nhiều càng tốt để giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu và tăng tốc tốt hơn. Một trong các cách đó là thay động cơ từ lâu làm bằng sắt bởi động cơ làm từ nhôm.

Trục cam đặt phía trên

DOHC (hệ thống cam đôi) đề cập đến số cam trên mỗi xi-lanh trong động cơ. Trục cam có nhiệm vụ kiểm soát lưu lượng nhiên liệu và không khí đi vào trong buồng đốt.

Trục cam nằm phía trên cho phép có nhiều van nạp và xả trên động cơ, đồng nghĩa với việc có nhiều nhiên liệu, không khí được phép vào buồng đốt hơn. Bên cạnh đó, xả khí đạt được hiệu suất cao, thêm công suất của động cơ.

Kiểm soát thời điểm đóng mở van

Máy tính sẽ tính toán lúc nào cần nạp thêm không khí và nhiên liệu vào để có thể tăng tốc tốt hay giảm lượng nạp khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp hơn. Toyota gọi công nghệ này là VVT-I (variable valve timing with intelligence), Honda là VTEC và BMW có công nghệ Valvetronic.

Máy tính kiểm soát động cơ

Ôtô ngày nay thường có một bộ phận kiểm soát các hoạt động của chúng bằng một bộ phận cọi là ECU (Engine Control Unit). Bộ phận này kiểm soát chặt chẽ khoảng thời gian đánh lửa của bugi, lượng khí và nhiên liệu nạp...

Bên cạnh đó còn có một máy tính khác kiểm soát hệ thống điện, túi khí, nhiệt độ, hệ thống chống bó cứng phanh (ABS).

Động cơ diesel thế hệ mới

Động cơ diesel hiện đại ngày nay mạnh hơn, sạch và tiết kiệm nhiên liệu hơn rất nhiều so với trước kia. Những cỗ máy này sử dụng dầu diesel ít lưu huỳnh hơn, giảm các chất độc hại trong khí thải.

Các động cơ diesel của Volkswagen, Mercedes, BMW... đều sử dụng tăng áp hay phun nhiên liệu trực tiếp để đạt hiệu quả cao. Đây cũng là một yếu tố phải cân nhắc khi khách hàng chọn mua xe.

Động cơ lai (Hybrid)

Giá nhiên liệu tăng cao cùng sự quan tâm lớn đến môi trường dẫn đến những thay đổi mà đáng kể nhất là động cơ hybrid. Động cơ kết hợp giữa động cơ điện hiện đại và động cơ đốt trong kiểu truyền thống nhằm mục đích giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và thải ra ít chất độc hại hơn.

Toyota Prius là ôtô hybrid bán ra nhiều nhất tại Mỹ. Động cơ đốt trong 1.8L đi cùng một mô-tơ điện sản sinh ra công suất 134 mã lực.

Ở tốc độ thấp, động cơ điện sẽ hoạt động và xe hoàn toàn không sử dụng nhiên liệu. Khi chạy ở tốc độ cao sẽ là sự kết hợp của truyền thống và hiện đại. Lượng tiêu thụ nhiên liệu vào khoảng 4,7 lít/100 km cho đường hỗn hợp.