v. Phương pháp nghiên cứu
5.1.GIỚI THIỆU
Một phiên bản mới của động cơ đốt trong, có thể giảm được rất lớn lượng tiêu thụ nhiên liệu, có thể rất dễ dàng được triển khai, theo những nghiên cứu gần đây của Học viện công nghệ Massachuset (MIT). Những thử nghiệm trên một mẫu động cơ của công nghệ này, đã cho phép động cơ chuyển đổi giữa công nghệ truyền thống và kiểu động cơ mới tiết kiệm nhiên liệu. Động cơ mới không cần đòi hỏi một loại nhiên liệu mới, và các động cơ sử dụng công nghệ này rất rẻ nhờ sử dụng những chi tiết của động cơ thường.
Công nghệ tiết kiệm nhiên liệu, được gọi là HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition – Cháy do nén hỗn hợp đồng nhất), sử dụng một dạng cháy hiệu quả hơn rất nhiều so với phương pháp đánh lửa truyền thống. Dưới một số điều kiện, nó có thể giảm tiêu hao nhiên liệu đến 25%, theo Willam Green, giáo sư của khoa hóa kỹ thuật tại MIT và là đồng tác giả của nghiên cứu. Nó cũng có hiệu suất tương tự như động cơ diesel, để nhiên liệu cháy thì phải nén hỗn hợp thay vì đánh lửa. Nhưng không giống các động cơ diesel, HCCI cho quá trình cháy hoàn hảo hơn và sạch hơn. Một hệ thống két hợp HCCI với động cơ truyền thống có thể giúp giảm tiêu hao nhiên liệu trung bình khá nhiều dặm/gallon xăng.
Hình 5.1. Cấu tạo buồng cháy HCCI
Một vài nhóm nghiên cứu đang làm việc với kiểu cháy mới này. Volvo, ví dụ, đã chế tạo một hệ thống lai có thể chuyển đổi giữa quá trình cháy bằng đánh lửa truyền thống với HCCI. Tuy nhiên, một vài chuyên gia, vẫn mong đợi rằng động cơ mới sẽ cần một loại nhiên liệu đặc biệt.
Những nghiên cứu tại MIT cho thấy rằng động cơ HCCI có thể hoạt động với bất kỳ loại xăng nào, mà không cần tạo ra một loại nhiên liệu đặc biệt. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một loạt những loại xăng khác nhau của các nhà máy lọc dầu khác nhau. Họ đã dẫn đến kết luận là động cơ HCCI “là ít nhạy cảm với nhiên liệu hơn chúng ta lo lắng.” giáo sư Green cho biết.
Khi mà HCCI có một vài giới hạn vận hành, thì chúng ta có thể sử dụng một cách tiếp cận “lai”, chuyển từ HCCI sang động cơ đánh lửa truyền thống. Sử dụng những phụ tùng sản xuất hàng loạt sẵn có có thể giảm được giá thành của động cơ lai.
Ở động cơ xăng truyền thống, một bugi sẽ đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp xăng và không khí trong buồng cháy, tạo công để đẩy piston. Trong khi điều này tỏ ra rất hiệu quả khi động cơ hoạt động cơ cường độ cao, nó lại kém hiệu quả hơn ở chế độ tải thấp, như khi chạy với tốc độ không đổi, bởi lúc đó ít nhiên liệu được đưa vào buồng cháy hơn. Tại những thời điểm này, để giữ tỷ số nhiên liệu/không khí được tối ưu, thì một không gian chân không được tạo trong buồn cháy. Nó chiếm thêm năng lượng để tạo không gian chân không này, và làm giảm hiệu suất của động cơ.
Công nghệ HCCI tránh sử dụng năng lượng vô ích để tạo chân không. Thay vì đó, khí nóng từ quá trình cháy trước sẽ được đưa trở lại buồng cháy; động cơ sẽ sử dụng kết hợp nhiệt lượng của khí nóng và nhiệt sinh ra bởi quá trình nén hỗn hợp để tạo nên nhiệt độ đủ lớn để hỗn hợp bốc cháy.
Nhưng nếu nhiệt độ của động cơ quá thấp, ví dụ như khi khởi động lạnh hay chạy ở chế độ tải quá thấp, hỗn hợp sẽ không đủ nhiệt để cháy. Và tại chế độ tải cao, khi nhiệt độ động cơ cao, hỗn hợp có thể tự cháy quá dễ dàng, lệch so với chu kỳ của động cơ, có thể gây ra hiện tượng “gõ”.
Hệ thống lai sẽ chuyển đổi qua lại giữa hai kiểu cháy. Để làm điều đó cần thay đổi mối quan hẹ giữa đọng cơ và khí cháy. Trong quá trình cháy bằng đánh lửa, khi cháy bị đẩy qua một van mở. Tại quá trình HCCI, thời gian mở van được thay đổi ngắn lại trước khi khí cháy thoát hết, để giữ chúng lại.
Có thể nói, với những lợi ích mà HCCI đem lại, thì công nghệ này sẽ xuất hiện trong một tương lai không xa trên các xe thông dụng. Và cũng là một biện pháp để tiết kiệm tài nguyên, bảo vệ môi trường và đóng góp vào công cuộc phát triển bên vững.