LiquidPiston giới thiệu động cơ xoay X2 - 40 mã lực, tỉ số nén cao, hiệu quả nhiệt động đến 75%

Thứ năm, 25/10/2012 00:00

Xem với cỡ chữ

Động cơ đốt trong đã đạt được nhiều thành công rất đáng chú ý trong hơn một thế kỷ qua. Tuy nhiên, động cơ đốt trong cũng nổi tiếng là thiếu hiệu quả khi có từ 30 đến 99% năng lượng sản sinh ra bị bỏ phí và một phần nhiên liệu không đốt cháy bị thải ra ngoài. Đây là một mẫu động cơ xoay 40 mã lực, có thể đốt nhiều loại nhiên liệu khác nhau và không đòi hỏi các van, hệ thống làm mát, bộ tản nhiệt hay giảm âm, qua đó hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả nhiệt động đến 75%.

Động cơ đốt trong đã đạt được nhiều thành công rất đáng chú ý trong hơn một thế kỷ qua. Tuy nhiên, động cơ đốt trong cũng nổi tiếng là thiếu hiệu quả khi có từ 30 đến 99% năng lượng sản sinh ra bị bỏ phí và một phần nhiên liệu không đốt cháy bị thải ra ngoài. Cuối tuần qua, trang Gizmag đã có dịp phỏng vấn tiến sĩ Alexander Shkolnik , chủ tịch kiêm giám đốc điều hành LiquidPiston , Inc. về mẫu động cơ mới LiquidPiston X2. Đây là một mẫu động cơ xoay 40 mã lực, có thể đốt nhiều loại nhiên liệu khác nhau và không đòi hỏi các van, hệ thống làm mát, bộ tản nhiệt hay giảm âm, qua đó hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả nhiệt động đến 75%.

Nguyên mẫu động cơ LiquidPiston X2 .

Là một trong 2 nhà sáng lập nên LiquidPiston, bên cạnh cha mình là Nikolay Shkolnik, tiến sĩ Alexander Shkolnik tin rằng động cơ đốt trong truyền thống đã đi đến cuối con đường phát triển. Theo Shkolnik, sau 150 năm, động cơ đốt trong đã đạt được nhiều cải tiến đáng kể. Nhiều biến thể của động cơ đốt trong như Otto ( động cơ xăng 4 thì) hay Diesel đều có những khía cạnh thành công nhưng tất cả đều thiếu đi tính hiệu quả như mong đợi. Ngay cả với những động cơ được xem là cực kỳ hiệu quả như Diesel, nó vẫn chưa thật sự tốt.

Ông nói: "Khi nhìn qua, mọi người sẽ cho rằng động cơ Diesel hiệu quả hơn động cơ xăng. Tuy nhiên, sự thật là nếu bạn có cả 2 động cơ với tỉ số nén như nhau, động cơ xăng sẽ đốt nhanh hơn với quy trình hiệu quả hơn. Trên thực thế, đều này sẽ bị giới hạn khi tỉ số nén thấp."

Phương pháp giải quyết vấn đề của LiquidPiston là lật lại những yếu tố cơ bản nhất của nhiệt động lực và tiến đến phát triển một thứ mà Shkolnik gọi là "Chu kỳ lai hiệu suất cao" (High Efficiency Hybrid Cycle - HEHC ) trong đó kết hợp giữa các tính năng của các chu kỳ động cơ Otto, Diesel, Rankine và Atkinson.

Ý tưởng của LiquidPiston là nén không khí trong động cơ X2 lên một tỉ số rất cao tương tự trong chu kỳ động cơ Diesel, sau đó cách ly khí nén trong một buồng chứa có thể tích không đổi. Khi nhiên liệu được phun vào, nó được phép hòa trộn với khí nén và tự động đốt cháy như động cơ Diesel, nhưng hỗn hợp nhiên liệu/khí không được phép nở ra. Thay vào đó, tỉ số nén sẽ được giữ nguyên trong một thể tích không đổi và vì vậy, nó có thể cháy trong một thời gian dài như trong chu kỳ Otto . Khi đốt, hỗn hợp nhiên liệu/khí được phép giãn nở, và sau cùng đạt đến tỉ số giãn nở gần bằng áp suất không khí. Bằng cách này, tất cả nhiên liệu được đốt cháy hết và gần như tất cả năng lượng thải ra đều được sử dụng. Shokolnik gọi quy trình đốt thể tích không đổi trên là một "điều thần thánh của kỹ thuật xe hơi".

Quy trình đốt với thể tích không đổi và siêu giãn nở do động cơ HEHC mang lại như X2 đi kèm với nhiều lợi ích. Sholknik chỉ ra rằng động cơ X2 vận hành rất êm ái bởi nó đốt cháy tất cả nhiên liệu. Với động cơ đốt trong hiện tại, một phần nhiên liệu không đốt cháy hết bị thải ra ống pô. Điều này không chỉ làm giảm mức hiệu quả nhiên liệu, tăng ô nhiễm không khí mà còn khiến cho động cơ ồn ào hơn. Vì vậy, khi X2 đốt cháy nhiên liệu hoàn toàn, nó sẽ không cần đến các thiết bị giảm âm phức tạp.

Bên cạnh đó, chu kỳ siêu giãn nở xảy ra bên trong X2 cũng đồng nghĩa sẽ có rất ít nhiệt năng bỏ phí. Một động cơ đốt trong thông thường chỉ chuyển đổi khoảng 30% nhiệt năng thành công năng trong khi động cơ X2 có hiệu suất nhiệt đến 75%, vì vậy nó cũng không cần đến hệ thống làm mát bằng nước. Nước có thể được phun trực tiếp vào một động cơ HEHC trong quá trình nén hoặc nở để làm mát nhưng cũng đồng thời giúp bôi trơn và niêm phong buồng đốt và khi nước làm mát động cơ, nó chuyển đổi thành các luồng hơi siêu nóng qua đó đẩy nâng cao hiệu quả động cơ.

LiquidPiston X2 so với động cơ Diesel.

Shkolnik cho biết động cơ X2 là một động cơ xoay bởi động cơ piston không phù hợp với hệ thống HEHC và động cơ xoay sẽ linh hoạt hơn. Thêm vào đó, việc sử dụng thiết kế rô-to đã góp phần không nhỏ khiến động cơ đơn giản hơn với chỉ 3 phần chuyển động và 13 bộ phận chính cần có. Qua đó, kích thước của X2 chỉ bằng 1/10 so với động cơ Diesel.

Động cơ xoay Wankel .

Khi được hỏi liệu động cơ X2 có đơn thuần là một phiên bản nâng cấp của động cơ xoay Wankel hay không, Shkolnik cho biết mặc dù cả 2 động cơ đều là động cơ xoay nhưng động cơ Wankel rất khác biệt. Một ví dụ, động cơ Wankel cũng sử dụng chu kỳ Otto với 4 kỳ như động cơ piston và vận hành ở tỉ số nén thấp hơn X2. Nếu so sánh, X2 lại trái ngược với Wankel. "Nó chỉ giống động cơ Wankel về rô-to 3 góc xoay nằm bên trong," Shkolnik nói.

X2 không chỉ hoạt động theo một nguyên lý khác so với Wankel mà còn không vướn phải những hạn chế cố hữu điển hình như vấn đề ô nhiễm (động cơ Wankel không đạt được tiêu chuẩn khí thải Euro5). Động cơ Wankel có các chốt niêm phong (1 thanh kim loại đặt tại đỉnh của mỗi mặt rô-to nhằm bịt kín giữa rô-to với phía ngoài buồng đốt) và khi rô-to quay quanh buồng đốt hình ô-van, các chốt này cần được bôi trơn. Do đó, dầu bôi trơn phải được phun liên tục vào các chốt niêm phong và điều này có nghĩa động cơ Wankel đốt không chỉ xăng mà cả dầu khiến khí thải thải ra có độ ô nhiễm cao. Trái lại, X2 di chuyển các chốt này tư rô-to đến cácte, vì vậy không cần đến dầu hay chất bôi trơn đặc biệt.

Thêm nữa, động cơ X2 sẽ khác rất nhiều so với động cơ Wankel bởi Shkolnik cho biết anh không có ý định đưa X2 đi theo con đường của Wankel để rồi chết yểu - tức là áp dụng vào ngành công nghiệp xe hơi, đối đầu trực tiếp với động cơ đốt trong hoặc mô-tơ điện hybrid mặc dù anh thừa nhận rằng X2 sẽ giúp mở rộng cư ly hoạt động rất đáng kể cho những mẫu xe hybrid. Thay vào đó, Shkolnik đã lên kế hoạch đưa sản phẩm vào các thị trường phụ để có thể khai thác sức mạnh đặc biệt của X2.

Một nơi mà động cơ X2 có thể phát huy lợi thế của mình là những chiếc máy phát điện phụ trợ (APU). Shkolnik cho biết một lượng lớn dầu Diesel đã bị sử dụng một cách phí phạm khi các tay lái xe tải sử dụng vào mục đích "hotel". Cụ thể, mỗi khi họ dừng chân qua đêm trên xe, họ lại để động cơ chạy không nhằm cung cấp năng lượng cho các tiện nghi trên xe. Vì vậy, một chiếc máy phát điện hạng nhẹ, nhỏ gọn với hiệu quả nhiên liệu cao sẽ là một giải pháp rất đáng chú ý, Shkolnik cho biết.

Ngoài ra, X2 sẽ có "đất dụng võ" trong lĩnh vực quân sự. Quân đội Hoa Kỳ đang có nhu cầu mua những chiếc APU có thể dùng nhiên liệu nặng hoặc APU có hiệu quả nhiên liệu cao để sử dụng trên xe tăng - một trang bị quân sự luôn bị kêu ca là thiếu kinh tế, tốn nhiều năng lượng để duy trì hệ thống điện tử bên trong. Thêm vào đó, lầu năm góc đang rất chú trọng phát triển robot. Theo Shkolnik, "bạn có thể tưởng tượng ra nhiều điều tuyệt diệu với robot, nhưng nếu yêu cầu robot phải cõng theo một chiếc động cơ khổng lồ thì đây chính là vấn đề". Anh tin rằng động cơ X2 có thể là câu trả lời cho vấn đề này.

Hiện tại, LiquidPiston đang cho chạy thử nghiệm mẫu động cơ X1, được chế tạo chỉ sau 1 năm từ mẫu concept đầu tiên. Trong tháng này, công ty sẽ ra mắt X2 với các đặc tính tính hợp toàn diện với kết cấu đơn giản hơn tại hội nghị DEER diễn ra ở Dearborn, bang Michigan. Shkolnik cho biết X2 sẽ sẵn có để các đối tác có thể thử nghiệm vào năm sau và nguyên mẫu trước sản xuất sẽ thực hiện vào năm 2014.

Theo Tinhte, Gizmag