Động cơ có tỷ số nén biến thiên: Tương lai của xe hơi thế giới (P2)

Những mô hình động cơ có tỷ số nén biến thiên (VCR)

Về mặt lý thuyết động cơ có tỉ số nén biến thiên là một thiết kế rất đáng để các nhà sản xuất quan tâm. Tuy nhiên để có thể hiện thực hóa ý tưởng này là điều không dễ dàng, trên thực tế mới chỉ có một vài nhà sản xuất như FEV, Ford, Sabb, Nissan…thực sự quan tâm đến công nghệ này.

Sử dụng hệ thống liên kết đa điểm của Nissan

Trong nghiên cứu của Nissan, để tạo ra được nhiều tỉ số truyền khác nhau họ sử dụng thêm một hệ thống các liên kết đa điểm để nối giữa trục khủy và thanh truyền và cơ cấu này được nối vào một trục điều khiển – sử dụng bánh lệch tâm. Trong quá trình làm việc, tùy thuộc vào điều kiện vận hành của xe mà bánh lệch tâm này sẽ điều chỉnh để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau nhờ tác động vào khoảng di chuyển tối đa của piston.

Với mô hình này của Nissan thì ngoài những ưu điểm về tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất nó còn giúp động cơ hoạt động êm dịu hơn nhờ mối liên kết giữa trục khủy và thanh truyền “mềm” hơn. Bên cạnh đó tỷ số nén của động cơ cũng có thể thay đổi linh hoạt từ 8:1 tới 14:1 tương ứng với khi đi trên đường cao tốc và khi đi trong phố. Trong điều kiện làm việc bình thường động cơ làm việc ở tỷ số nén 11:1.

Di chuyển nắp xi-lanh của Sabb

Tại triển lãm Geneva Motoshow 2000, Sabb đã giới thiệu công nghệ này tới công chúng tham dự. Tuy nhiên không giống hướng phát triển của Nissan, Sabb sẽ thay đổi tỉ số truyền của động cơ bằng cách di chuyển nắp xi lanh để tạo ra không gian thay đổi giữa piston và nắp xi-lanh để thay đổi tỷ số nén. Để thực hiện được điều này, trong thiết kế, nắp xilanh phải được làm bằng nguyên khối và toàn bộ thân máy được chia làm 2 phần, nửa trên bao gồm: xi-lanh, piston, trục cam và các chi tiết nằm trên nắp xi-lanh.

Nửa dưới gồm các chi tiết còn lại của động cơ, hai nửa này được nối với nhau thông qua một chốt có thể xoay. Trong quá trình làm việc, khi muốn thay đổi tỷ số truyền thì toàn bộ phần nửa trên có thể nghiêng 4 độ  nhờ  một cơ cấu thủy lực. Lúc này khoảng khoảng cách giữa đường tâm trục khủy và nắp xi-lanh thay đổi sẽ dẫn đến thay đổi thể tích buồng đốt tức là thay đổi tỉ số nén của động cơ. Trong mô hình này chiều dài của thanh truyền là không thay đổi.  

Bên cạnh hai mô hình trên còn có các mô hình thay đổi tỷ số nén khác như: sử dụng piston và xu-páp phụ để thay đổi thể tích buồng đốt (Ford), thay đổi kết cấu của piston (Daimler-Benz) hay sử dụng biên dạng cam cho các cổ khủy (lắp với thanh truyền).

Tương lai nào chờ đón động cơ VCR?

Trên thực tế thì công nghệ VCR ko phải là mới mà đã được thử nghiệm hàng thập kỷ nay, thậm chí Sabb đã mang công nghệ này tới triển lãm Geneva Motoshow 2000. Tuy nhiên, nhiều người cho rắng công nghệ này không khả thi để có thể áp dụng sản xuất thương mại.

Trở ngại đầu tiên phải nói tới là kết cấu động cơ: những động cơ VCR có kết cấu phức tạp, nhiều chi tiết nên trước tiên sẽ gây ra khó khăn khi bố trí thiết kế, làm tăng trọng lượng của toàn bộ động cơ. Trong một vài mô hình thì loại động cơ này gây ra rung động lớn và có thể phải thay đổi hoàn toàn thiết kế so với động cơ hiện nay, điều này sẽ gây ra khó khăn đối với các nhà máy đang sản xuất động cơ thông thường.

Ngoài trở ngại về kết cấu thì với một số mô hình động cơ có tỉ số nén thay đổi có thể gây cản trở khí thải thoát ra bên ngoài làm cản trở quá trình cháy dẫn đến tăng lượng khí thải hydrocacbon.

Tuy nhiên, mới đây Infiniti (thương hiệu hạng sang của Nissan) đã gây bất ngờ với các nhà sản xuất khi họ tuyên bố sẽ sử dụng động cơ có tỉ số nén biến thiên trên mẫu xe Infiniti QX50. Nissan cho biết với công nghệ động cơ tỉ số nén biến thiên mới QX50 sẽ cho công suất mạnh mẽ của động cơ V6 nhưng có mức tiêu thụ nhiên liệu cũng như trọng lượng chi như những động cơ 4 xi-lanh thông thường.

Việt Lê