Những công nghệ đột phá trong phát triển động cơ diesel

Dần khắc phục những nhược điểm, các hãng xe đang biến loại động cơ từng bị coi là "bẩn thỉu" diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn. Ngay cả những người Mỹ cũng bắt đầu quan tâm tới diesel, loại nhiên liệu mà họ từng "ruồng bỏ" nhiều thập kỷ qua.

Vài năm gần đây, trong khi người Mỹ vất vả đối phó với giá dầu tăng cao thì người châu Âu lại đón nhận sự kiện đó với thái độ bình thản. Nguyên nhân nằm trong quan điểm của hai châu lục về động cơ diesel. Với sự xuất hiện của công nghệ đa van, công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp và công nghệ kiểm soát tiền cháy nổ, động cơ diesel đã gỡ bỏ những định kiến của người tiêu dùng trong gần một thế kỷ qua về tiếng ồn, bụi bẩn của nó.

Trên toàn châu Âu, có hơn 1/3 số xe mới sử dụng nhiên liệu diesel, thậm chí tại một vài quốc gia, diesel đã lấn sân hoàn toàn xăng và đó là nguyên nhân mà châu lục này ít phụ thuộc vào giá xăng hơn Mỹ.

Dưới đây là những công nghệ chủ yếu làm nên cuộc cách mạng của động cơ diesel.

Công nghệ đa van

Hầu hết các động cơ diesel hiện đại như Audi V8 đều trang bị 4 van cho một xi-lanh, bao gồm 2 van nạp và 2 van xả. Giải pháp này cho phép các kỹ sư đặt kim phun chính giữa buồng đốt, giúp tăng hiệu suất cháy và tính đối xứng của động cơ. Do vậy, công suất động cơ tăng lên trong khi nồng độ khí thải giảm xuống.

Phun xăng trực tiếp điều khiển bằng máy tính

Máy tính của xe chịu trách nhiệm đọc các tín hiệu từ các cảm biến vị trí bướm ga và vòng tua động cơ, cũng như điều chỉnh một cách chi tiết hoạt động cung cấp nhiên liệu. Diesel không cần thiết bị đánh lửa (bugi) mà hòa khí nhiên liệu - không khí tự phát cháy khi được nén ở áp suất cao. Động cơ Audi V8 TDI là một trong những động cơ đầu tiên sử dụng kim phun nhiên liệu Piezo. Loại kim này chứa 5 đường phun độc lập theo từng chu kỳ máy. Tại vòng tua 4.000 vòng/phút, kim phun phun 20.000 lần/phút hay 333 lần trong một giây. Hiệu quả cháy sẽ tăng lên đáng kể.

Phun nhiên liệu đơn đường (Common Rail Engine)

Các động cơ diesel cũ có đường dẫn nhiên liệu độc lập từ bơm tới từng kim phun. Áp lực và thời gian phun nhiên liệu phụ thuộc vào vòng tua máy. Trong hệ thống phun nhiên liệu đơn đường, nguyên lý hoạt động hoàn toàn ngược lại. Toàn bộ các kim phun có chung đường dẫn nhiên liệu duy nhất và vận hành độc lập với vòng tua máy. Vì vậy, nhiên liệu có thể cung cấp tới các xi-lanh một cách chính xác thông qua máy tính. Hệ thống phun nhiên liệu đơn đường còn hoạt động ở áp suất cao, giúp tối ưu hóa quá trình pha trộn không khí - nhiên liệu trong xi-lanh và tăng hiệu quả cháy.

Phun nhiên liệu sơ cấp (pilot - injection)

Thỉnh thoảng thuật ngữ này còn được gọi là “pre-ignition” có nghĩa là “tiền cháy”. Phương pháp nhằm loại bỏ những tiếng nổ lách cách trong động cơ diesel, đặc biệt ở trạng thái không chuyển động. Nạp nhiên liệu sơ cấp phun một ít nhiên liệu vào buồng đốt trước vài phần nghìn giây khi quá trình đốt chính diễn ra. Mục đích của phương pháp này là tạo nên vòng tua êm ái, giảm tiếng ồn.

Phun nhiên liệu sơ cấp có hai ưu điểm chính. Thứ nhất, nó giúp động cơ có khả năng khởi động ở nhiệt độ lạnh, thấp hơn 4 độ C so với động cơ thông thường. Bên cạnh đó, phương pháp này còn giảm nồng độ khí NOx do giảm nhiệt độ cháy.

Tăng nạp

Động cơ diesel tăng nạp khó tạo nên một hình ảnh mới nhưng sử dụng quạt gió đang ngày càng trở nên ấn tượng. Audi V8 TDI trang bị đồng thời tăng nạp kép và bộ làm mát khí nạp kép. BMW 525d lại trang bị động cơ diesel sử dụng turbin tuần tự. Một turbin nhỏ sẽ kích hoạt khi động cơ ở vòng tua thấp - giúp sinh ra mô-men xoắn có giá trị 500 Nm ở vòng tua 1.5000 vòng/phút. Sau đó chừng một giây, turbin lớn sẽ vận hành ở chế độ vòng tua cao. Sự phối hợp này tạo nên động cơ có công suất 272 mã lực, mô-men xoắn 560 Nm.
Giảm nồng độ khí thải

Lộ trình giảm nồng độ lưu huỳnh trong nhiên liệu diesel sẽ bắt đầu thực hiện ở Mỹ vào năm sau và đã được đặt ra ở châu Âu trước đây khá lâu. Ngoài ra, các hãng xe còn tập trung loại bỏ những chất độc không mong muốn bằng cách xử lý thông qua bộ trung hòa xúc tác. Audi V8 mới tích hợp tới 2 bộ trung hòa xúc tác với một bộ lọc đặc biệt mà không cần bất cứ phụ gia hay quá trình bảo dưỡng nào trong suốt thời gian sử dụng xe.

Những ưu điểm nổi bật

Thời kỳ đầu, động cơ diesel không được chú ý bởi công nghệ chế tạo phức tạp và giá thành đắt. Tuy nhiên, ngày nay, giá thành không còn là vấn đề. Động cơ diesel của BMW 530d có giá tương đương với 530i tại Anh. Tuy nhiên, nếu có cùng công suất, động cơ diesel có mô-men xoắn cực đại cao hơn. Ví dụ, cùng có công suất 231 mã lực, diesel có mô-men xoắn 512 Nm so với 287 Nm của động cơ xăng. Tuy 530i tăng tốc 0-100 km/h nhanh hơn 1,3 giây so với 530d nhưng ở quãng đường trung bình, khi mô-xoắn trở nên đáng kể, động cơ diesel đánh bại đối thủ chạy xăng. Tính tổng thể, 530d có mức tiêu hao 17,9 lít/km so với 13,6 lít/km của 530i. Để khách quan hơn, các kỹ sư tại tạp chí Edmund.com tiến hành so sánh giữa Audi A8 4.2 TDI Quattro và Audi A8 4.2 Quattro.