Những động cơ tiên tiến nhất

Tương lai của  động cơ nổ ở  ngành sản xuất xe ô tô:  
Ngành cơ khí lắp ráp Việt Nam nên theo dõi chăng ?
(phần lớn chiếu theo tài liệu của Khoa Học Phổ thông Hoa Kỳ, số tháng 5 năm 2010)

                        

Những động cơ  tiên tiến nhất

                                    G S Tôn thất Trình

            1- Ngành công nghệ xe hơi , ô tô Hoa Kỳ sẽ vươn dậy ?

           Cách đây hơn 1 năm rưỡi, tương lai , thật sự là sống còn của ngành công nghệ xe hơi  Hoa Kỳ, thật thảm đạm. Nhờ chánh phủ Mỹ cứu cấp, Ba ông lớn- the Big Three  sản xuất xe ô tô Hoa Kỳ vẫn còn sống sót. Hảng Ford ( không  cần cấp cứu ) đã thắng Giải  Ô tô Bắc Mỹ và Xe Vận tải  của năm 2010 và tiết lộ ngoôi sao ô tô Ford ở triễn lãm, xe Focus 2012  mới mẽ và thanh lịch  chạy được  40 dặm Anh một ga lông (  4 lít xăng )- miles per gallon, mpg. Bắt ngang phòng triễn lãm, hảng General Motors, GM ,  “đổi mới “ trình bày  một bố trí lực lượng đã tu sửa: xe kiểu rất  năng nổ Chevy Aveo ,  xe cô đọng Compact Chevy Cruze , xe chay điện  chạy được xa hơn Chevy Volt,  và  vài kiểu xe chắc chắn hấp dẫn  Cadillacs. Tuần trước đó, nhà máy GM sản xuất bình điện ắc quy  lithium-ion  thời đại Detroit mới, đã ráp  gói  ắc quy  này vào xe Volt, và ít nhất là 4 hảng  làm xe hơi chạy điện ắc quy khác cũng đã tung thêm tiền kích thích làm những nhà máy  tương tự ở bang Michigan.  Tuy nhiên, các hảng làm ô tô Hoa Kỳ vẫn phải đối đầu nhiều vấn đề  và cạnh tranh nghiêm trọng với Nhật ( Honda , Toyota , Nissan , ….) , với Hàn Quốc ( Nam Hàn )  các kiểu xe hảng Hyundai và Kia  và sắp tới với  các hảng xe Trung Quốc. Chẳng hạn hảng xe ở Hàng Châu Geely - May Mắn với xe King Kong năm nay và xe  tương tự xe Rolls- Royce tên là GE , kiểu xe xa xĩ phẩm chỉ có một chỗ ngồi dùng là ghế thoa bóp đằng sau xẹ Tưởng cũng nên nhắc lại  là hảng Geely  thành lập năm 1986, khởi đầu bằng chế tạo các bộ phận tủ lạnh đã sản xuất xe ô tô đầu tiên năm 1997, năm 2009  là 325 413 xe,   tuy chỉ đứng hạng 12 ( chiếm 2.6 % thị trường ô tô ở Trung Quốc , còn sau cả hai hảng xe Trung Quốc khác là  BYD ( 5.1% ) và Chery ( 4.8 % ).  Năm ngoái chủ tịch hảng Geely, Li Shufu, người có tích sản 1.8 tỉ đô la Mỹ theo tuần báo Forbes đứng thứ 13 ở  trong số tỉ phú Tàu, đã gây kinh ngạc khi tranh mua  hảng xeThụy Điển loại Volvo  từ hảng Ford Motor Co., Geely đã bán nhiều xe ở các  nước như Venezuela, Iran và Algeria. Giá các xe  Geely trung bình chỉ từ 6000 đô la Mỹ đến 16000, trong khi xe Volvo S80 bán đến 100 000 đô la ở Trung Quốc. Có lẽ cũng không nên quên xe Nano, một kiểu xe  phỏng theo kiểu xe Ford model T của  hảng Ấn Độ Tata Technologies  giá chỉ có 2500 đô la Mỹ một chiếc. Tata dự trù sản xuất 500 000 xe Nano một năm và  các hảng ráp xe dự trù  ráp thêm 500 000? Nano/ năm  ở Ấn Độ. Như vậy giá Nanô sẽ không cao hơn mấy các xe gắn máy tốt  giá khoảng 2000 đô la ở thị trường Việt Nam , rẽ hơn hă>n giá trung bình một xe  ô tô ở Việt Nam hiện nay ước lượng tù 15000 đến 23 000 đô la.  Dân Mỹ vẫn còn cho là xe ô tô  Á Châu tốt hơn là xe Mỹ, nhưng dù thế nào đi nữa,  xe ô tô tương lai sẽ tốt hơn và những tiến bộ  kỷ thuật  sẽ dẫn  nga   `nh công nghê ô tô  đến một thời đại vàng son mới .

            2-  Tóm tắt vài kỷ thuật ô tô tương lai

a-      Lái xe chạy

Phản ứng lẹ hơn 2.0 theo khái niệm uyễn chuyễn “ nhiệm vụ mô đul - modular  mission” flexibility bằng cách đổi số kiểu mới đã được áp dụng  cho các tàu chiến hải quân Hoa Kỳ; theo tinh thần  khái niệm Xe Cứu Vớt - Rescue X  do nhà họa kiểu Dức Robert Engelmann  tạo ra  cho hảng Ford . Có thể kể thêm lốp không phá hủy được,  nan hoa- spoke tổ ong bằng nhựa polyurethane, không bao giờ xẹp bánh, tương tự lốp không có không khí -Tweel airless tires của hảng Michelin, Pháp. Hay kiểu lái tự trị  gài đặt máy dò và một đơn vị GPS hướng dẫn  xe đến nơi đến chốn, theo một con đường hửu hiệu nhất, không có một đầu vào nào của người lái xe, giúp anh ta có đủ tự do cung cấp săn sóc y khoa khẩn cấp. Hay bộ truyền lực điện - diesel,  như bộ truyền lực - powertrain kiểu mẩu đã được phát triễn cho quân sự Hoa Kỳ, có một động cơ diesel làm chạy  các mô tơ điện, giúp quay các trục. Điều này sẽ gạt bỏ các thành phần bộ phận lái, làm lực tăng thêm. Hay hệ thống treo khi lạc đường- off road suspension  tiên tiến; một hệ thống treo Bose cải thiện ngày nay, sử dụng các mô tơ điện từ  thay  các cú sốc và lò xo, làm dễ dàng việc cứu trợ ở lề  đường, mà vẫn  cải thiện được điều khiển, giúp xe chạy êm hơn cho cả nhân viên cứu thương lẫn bệnh nhân.

b-      Xe ô tô đua chạy điện , xa xĩ phẩm

 Khái niệm là  một xe hơi  phát thải zero, nhưng không hy sinh sức lực hay mức thoải mái. Chế tạo bằng các vật liệu  cấu trúc tiên tiến và mô tơ trên bánh xe, sẽ giúp làm ra  những ô tô siêu nhẹ, xe thể thao chạy nhanh ghê sợ  xa xĩ, có 4 chỗ ngồi , như xe Panamera Porsche , cho thế giới hậu đầu lữa. Trưng bày ngững đầu, thay  cụm  máy móc cỗ truyền bằng trong  thước đo tốc độ và đời sống bình điện kỷ thuật số. Hệ thống hướng dẫn đi - về  cũng nhô ra ở  kính chắn gió  trước mặt người lái,  mô tơ trên bánh xe như trên  AudiE-tron ngày nay , 4 mô tơ điện  trên bánh xe  độc lập nhau,  nối kết  kiểm soát  tay lái  bằng kỷ thuật  lái bằng dây - drive-by-wire, làm giảm cân nặng xe và cống hiến  tức thì toàn thể  mô men quay - torque.  Sườn xe phía ngoài  bằng magnesium, như  xe goòng đẩy đụn cát - dune buggies  và xe đua  cung cấp  mộtttỉ lệ cao   sức lực - trên cân lượng. Cửa sổ bằng sứ men và cánh cửa trong suốt  bằng aluminum oxynitride . men sứ chỉ dày vài millimét , phát triễn cho giới quân sự  chống đạn bắn thủng, thay thế  các cửa sỗ và vòm  loại cũ.  Tồn trữ năng lượng bằng ắc quy  lithium - ion  xếp dài sàn xe , giải tỏa thêm không gian  cho ca bin. Một linh kiện siêu  tụ điện - ultra capacitor  căn bản  graphene  đang được  la bô các đại học Mỹ  phát triễn, sử dụng các tấm carbon chỉ chứa một nguyên tử  hầu tồn trữ  điện hai lần hơn những tụ điện hiện hửu, cung cấp  những bùng nổ sức lực tức thời

c-      Những chân ghép  di chuyễn vé tháng bằng rôbốt

 Khái niệm là  một chân ghép hoàn toàn tự trị, tương tự khái niệm “ PUMA “ của hảng GM, di chuyễn vé tháng dân thành thị, sẽ làm mọi hành động thay cho người lái. Khả năng có thêm sức lực  từ các ác quy và động cơ nhỏ hơn,  sẽ để cho  ngay cả trên  xe vi tiểu nhỏ nhất, chứa chỗ ca bin rộng rải, giúp  sự di chuyễn đến sở làm thêm phần thoải mái và tăng năng xuất. Giàn thân xe  làm bằng sợi carbon composite, giúp cho cân lượng xe nhẹ hẳn  và tăng sự bền chặc. Vòm xe  toàn cảnh  làm ghế ngồi cao hơn  trong xe tiêu chuẩn, nhìn chung quanh rỏ hơn. Kính chắn gió phía trước xc hoạt động như thể các cánh cửa và mở ra thẳng đứng, chận mưa hay tuyết rơi  khi người lái vào xe .  Cabin chi một chỗ ngồi, giúp người lái  thêm chỗ duổi thẳng chân, trong khi đó vẫn duy trì  toàn thể dạng dày đặc  của ô tô. Nhiều xe có thể đậu  bó chặc nhau trong một chỗ  đậu xe duy nhất và một dòng xe di chuyễ!n  có thể thành một đoàn ca ra van tự trị, làm tăng thêm hiệu năng  bằng cách để xe sau rút ra khỏi xe trước. Hệ thống chỉ dẫn  riêng mình, bằng radar , GPS tín hiệu  xe nay đến xe kia  và từ xe đến đường xá giúp cho dân di chuyễn  vé tháng - commuters  tự do nói chuyện điện thoại, đi vào Internet, hay nghe ngắm viđêô trên một màn hình  OLED trong suốt.  Bánh xe nhỏ hơn : 6 bánh xe nhỏ  trước xe  làm tăng hiệu quả vì dính nhều hơn vào mặt đường xá  với trọng lượng ít hơn là  các bánh xe lớn. Đằng sau là các mô tơ  điện nhẹ cân, che dấu, chạy bằng một gói bình điện dày đặc , giúp xe chay mau lẹ  trên đường giao thông.

3- Động cơ nổ  tiên tiến nhất      

Ô tô chạy điện vẫn chưa giết chết được động cơ nổ - internal combustion  engine, IC .  Thật sự, kỷ thuật chế tạo nó  tuy  đã xưa cũ 100 năm nay ,  mỗi năm mỗi mạnh thêm.  Với  mọi tụ điểm trên xe hơi lai - hybrids  và xe chạy điện , bạn có thể  giả thiết  là động cơ nổ đang lao đầu về hướng tuyệt tích. Tuy nhiên,  99%  ô tô  trên thế giới ngày nay vẫn còn dùng nó, dùng  máy IC. Gồm luôn cả xe hơi lai  qui ước, bình điện và  mô tơ điện sử dụng phát sinh năng lượng hoàn toàn nhờ xăng. Ngay cả những nhà chế tạo ô tô đầy hy vọng  nhất về năng lượng thay thế, cũng nói rằng  động cơ IC  vẫn sẽ còn là hệ thống đẩy xe cơ bản cho hàng chục năm tới.

 Đó không đương nhiên là tin tức xấu xa. Vài nhà máy IC đã thực hiện hợp chất tạo ô nhiễm gần phát thải zero ( chúng vẫn còn phát ra  carbon dioxide ) , trong khi vài nhà máy khác  có thể tạo ra 600 mã lực, hửu hiệu hơn bao giờ hết. Khi các chánh phủ bắt đầu  điều hòa những phát thải CO₂ , khuynh hướng mới nhất cho thấy các nhà chế tạo  xe hơi  làm nhỏ lại kích thước động cơ mà không mất đi  mã lực hay êm thắm người lái xe mong đợi.  Ở đây, chúng tôi nêu ra  ba phương thức, sẽ trưng bày ở các phòng triễn lãm khắp thế giới những năm tói .

a-VW bộ  nạp điện sinh đôi - twincharger

 Bộ  siêu nạp điện và nạp điện turbô tương tự các steroids cho động cơ nổ , đẩy không khí có áp lực  ( nén ép )  vào xy lanh, hầu tăng cường  mã lực và hiệu năng. Nhiều không khí hơn sẽ giúp cho  cọng thêm nhiên liệu, tạo ra những mã lực tiền thưởng mà không đòi hỏi động cơ phải lớn hơn  hay nhiều xy lanh hơn. Mấy chục năm nay, những kỷ thuật  “ cảm ứng nén ép - forced - induction “ này  đã là một đề nghị bạn có thể  nạp turbô cho động cơ  hay bạn có thể  siêu nạp nó , nhưng bạn không thể làm cả hai thứ. Rồi thì hảng Volkswagen  tạo ra đại trà  một động  cơ sử dụng cả hai thứ, vắt ra  thêm nhiều mã lực ở động cơ nhỏ hơn: đó là bộ nạp điện sinh đôi 1.4 TSI .

Siêu nạp điện, nơi một máy ép không khí  chạy nhờ một dây cua roa  cột vào động cơ,  ngay cả khi động cơ  chạy tốc độ rất nhỏ  - khi một bộ nạp điện turbo loại tua bin  chạy bằng  các khí hơi đã xài  thoát ra xe  -  không  còn có thể làm ra sức đẩy nữa . Thế nhưng trên  bộ nạp điên sinh đôi,  khi tốc độ động cơ  leo lên  đi vào  vùng ngon lành của turbô,  siêu nạp điện sẽ  nhường chỗ cho turbô.  Làm động tác đẩy đối thủ thường xuyên giữa  turbo và  siêu nạp điện, người lái xe không thể nào dò ra được là một thách thức  cho bộ nạp điện sinh đôi,  đòi hỏi  một loại kiểm soát bằng computer  động cơ phức tạp, chưa hề có cách đây mấy năm thôi.

Động cơ  4 xy lanh 1.4 lít  cống hiến đến 172 mã lực ,  hơn hẳn 50 % nhiều  động cơ  bự. Tuy nhiên,  bộ nạp sinh đôi đã chạy được  gần 45 dặm Anh một ga lông xăng trên các xa lộ ÂU Châu  với các kiểu  xe tỉ như Golf nhỏ sau xe hatchback , vừa để hành lý vừa ngồi. Trong lúc dân Hoa Kỳ bị  hư hỏng, vì xăng tương đối rẽ, VW không  xem Hoa Kỳ  là một thị trường  quan trọng  cho  bộ nạp điện sinh đôi  ngay bây giờ. Nhưng điều này có thể thay đổi  nếu xăng tăng giá , theo lời của Stuart Johnson , quản lý   cơ sở  công nghệ và môi sinh hảng Volkswagen VW.  Hảng VW  cũng đang phát triễn  một xe lai Jetta Hybrid, kết đôi một động cơ bộ nạp turbô với  một mô tơ  điện và một gói bình điện, sẽ gia nhập thị trường Hoa Kỳ năm 2012 .

b-Một động cơ giống như  diesel , nhưng lại không ô nhiễm diesel : động cơ nạp nén ép đồng chất .

Sẽ tung ra thị trường  phần nữa cuối thập niên này.  Các động cơ diesel hửu hiệu  một phần vì  tỉ trọng nhiên liệu  năng lượng cao. Chỉ cần nén ép không khí và một phun  diesel  ở xy lanh động cơ  và nó tự động bốc cháy mà không có tia lữa.  Nhưng diesel lại đòì hỏi bộ đổi số  phát thải mới đắt tiền để  kỳ cọ cho hết  chất ô nhiễm từ các khí thoát thải. Nay một  nhà máy làm động cơ  hoạt động  như một động cơ diesel , nhưng chạy bằng xăng sạch hơn . Gọi tên là động cơ nạp nén ép đồng chất bốc cháy - homogenous  charge compression ignition, HCCI engine. Nó cống hiến  chạy 15%  ít tốn nhiên liệu hơn là động cơ xăng qui ước. Có thể đưa xăng vào hệ thống tự động bốc cháy, nhưng kiểm soát  bùng nổ cháy đặc biệt khó khăn. Điển hình , các động cơ HCCI  chạy bằng  trộn  lẫn những số lượng chính xác  không khí tươi lành và các khí  thoát thải đã đốt cháy ( nhiệt lượng từ thoát thải giúp cho bốc cháy tự động )  bên trong  xy lanh.  Làm cho động cơ HCCI  hoạt động êm thắm  đòi hỏi mọi tiên tiến cận đại về động cơ IC , gồm luôn cả van  chỉ giờ  biến thiên phức tạp  và tiêm  nhiên liệu trực tiếp - direct injection. Cả hai hảng GM và VW  đều đã sản xuất các động cơ HCCI chạy xăng. GM  hiện đang thử nghiệm động cơ kiểu mẩu đầu tiên của hảng ở thành phố Detroit và ở Đức.

c-Tiết kiệm nhiên liệu đánh giá cao : Xe lai Mercedes E 300 Bluetec .

 Cuối năm tới sẽ xuất hiện ở Âu Châu mà thôi. Xe lai đặc biệt  thích hợp  lái xe ở thị thành,  nhờ các mô tơ  điện rất hửu hiệu  khi giao thông chậm chap. Tiết kiệm nhiên liệu  của xe Diesel sáng chói  ở xa lộ thị thành. Nay hảng Mercedes  sẽ phối hợp  cả hai  trên xe diesel lai   sản xuất lần đầu tiên trên thế giới .  Xe   E 300 Bluetec Hybrid sedan  sẽ bán ra ở Âu Châu  năm tới. Cặp đôi  một diesel 2.2 lít, 204 mã lực với một mô tơ điện dùng bình lithium-ion  dịch bản  hạng E sedan, sẽ chạy được  58 dặm Anh một ga lông. Xe E 300 Bluetec Hybrid  phát  thải  CO₂  ít hơn một phần ba so với các xe mới điển hình .  Tiếc thay,  xe lai và diesel đã đắt hơn các xe chạy xăng . Thế cho nên ném  chúng vào  chung một xe,  sẽ tăng  thêm giá  xe vài ngàn đô la Mỹ !        

  ( Irvine, Nam Ca Li,  ngày 23 tháng 4 năm 2010)