Động cơ lai khí nén (pneumatic hybrid engine) - Sau Tay Lái

Giáo sư Lino Guzzella và công trình nghiên cứu

Thí nghiệm trên giá thử động cơ lai

Hãng Toyota của Nhật đã thiết kế một chiếc “Prius”, một chiếc xe được coi là xe của tương lai. Nó sử dụng một động cơ lai điện (electric hybrid engine) để tiết kiệm nhiên liệu trong khi vẫn đảm bảo khả năng linh động và độ êm theo tiêu chuẩn. Mặc dù vậy, loại xe này có một nhược điểm lớn. Nó có giá thành đắt và đặc biệt không phù hợp với túi tiền của người tiêu dùng ở các nước đang phát triển như Trung Quốc và Ấn Độ, đó là những nơi mà nhu cầu đi lại của người dân đang tăng rất nhanh. Thêm vào đó, các bình ác quy để tích năng lượng vừa đắt lại nặng nề. Hơn nữa, việc kết hợp giữa động cơ xăng và truyền động điện rất phức tạp.

Đơn giản hơn và rẻ hơn

Mô hình động cơ lai khí nén

Đây là lí do tại sao giáo sư Lino Guzzella (ngườiSwitzerland)không nghĩ động cơ lai điện là giải pháp duy nhất. Là một kĩ sư đầy kinh nghiệm, vì vậy, ông đã tìm kiếm một giải pháp đơn giản hơn mà vẫn phù hợp với túi tiền của đa số mọi người. Guzzella giải thích rằng “Một quả táo chín nhưng vẫn còn trên cành cho đến khi có người hái nó xuống”. Quả táo chín ở đây chính là xe chạy bằng động cơ lai khí nén. Mẫu xe này đơn giản hơn mẫu xe chạy bằng động cơ lai điện: Động cơ lai mới có một thùng khí nén được kết nối với nó thay vì những bộ ắc quy như trước. Khi có tín hiệu yêu cầu từ người lái, ví dụ khi khởi động từ trạng thái đứng yên hoặc sau khi thay đổi số, dòng khí nén sẽ chảy vào trong động cơ qua một van điều khiển bằng điện. Nếu nhiên liệu được phun, động cơ sẽ phản ứng lại ngay lập tức. Mặc dù hệ thống để điều khiển các van rất phức tạp nhưng ngày nay vấn đề này có thể được giải quyết dễ dàng bằng hệ thống máy tính và các thuật toán.

Nguồn khí nén cũng cho phép các kĩ sư mà đứng đầu là Lino Guzzella tạo ra được sự giảm cấp hết mức cho động cơ. Các động cơ ô tô thông thường có thể đạt công suất đến 150 mã lực hoặc hơn, nhưng công suất sử dụng cho đi lại hàng ngày chỉ khoảng 30 mã lực. Giảm cấp động cơ chính là giảm số xi lanh xuống, từ động cơ bốn xi lanh xuống động cơ hai xi lanh. Vì thế mà sự tổn hao do ma sát và mài mòn cũng giảm đi và hiệu suất trung bình của động cơ lại được tăng lên. Để giữ cho công suất lớn nhất và như vậy đã làm thỏa mãn yêu cầu của khách hàng, động cơ được tăng áp cao nhờ tua bin tăng áp – lợi dụng năng lượng của khí thải để quay Turbin khí dẫn động máy nén khí làm tăng áp suất nạp khí.

Hiệu suất tăng lên một phần ba
Cuộc thí nghiệm đầu tiên trên giá thử của phòng thí nghiệm ETH Zurich Machinery Laboratory đã chỉ ra rằng Guzzella và nhóm nghiên cứu của ông hoàn toàn đúng. Họ đã nâng hiệu suất trung bình của động cơ khoảng từ 18% đến 24% trên đường kiểm tra European Test Cycle. Điều này tương đương với việc nhiên liệu sẽ tiết kiệm được một phần ba. Lượng nhiên liệu tiết kiệm được có thể lên đến 50% nếu xe đi trên các con đường ngoại ô, bởi vì động cơ có thể bơm khí vào trong thùng chứa khí nén trong suốt quá trình phanh xe, vì vậy có thể thu lại được phần động năng đã giải phóng.

Mặc dù nhiên liệu tiết kiệm được qua việc sử dụng động cơ lai khí nén không lớn bằng của động cơ lai điện, lượng nhiên liệu tiết kiệm có thể lên đến 80% ở phiên bản sau. Trong thực tế thì Guzzella cũng cho rằng đây là loại xe phù hợp hơn với người dân lao động. Ông ước tính rằng hao phí tăng thêm của động cơ lai khí nén so với một động cơ xăng thông thường khoảng 20%. Còn hao phí tăng thêm của một chiếc xe lai điện ít nhất là 200%.

Mẫu động cơ mới thực sự đã khuấy động sự quan tâm của một số hãng sản xuất ô tô lớn và các nhà cung cấp ô tô. Tuy vậy, cuộc khủng hoảng tài chính và suy thoái kinh tế làm cho Guzzella lo lắng một chút. Ông nói rằng đã có một vài khó khăn lúc chúng tôi xây dựng mẫu xe mới này nhưng chúng tôi đều đã vượt qua.

Tuy nhiên, Guzzella tin chắc rằng ông sẽ tìm được người đỡ đầu cho mẫu xe mới này, và theo Guzzella thì không có công nghệ mới nào trong thời gian tới có thể thay thế được động cơ đốt trong, ngay cả trong hai thập kỉ nữa cũng không thể có được. Đó là lí do tại sao động cơ lai khí nén là động cơ của tương lai. Nó là động cơ tiết kiệm nhiên liệu mà lại duy trì được những ưu điểm của động cơ xăng và động cơ diesel.

Theo thuvienoto