12 công nghệ giúp nâng cao hiệu suất xe hơi trong tương lai

Công nghệ hybrid lai pin nhiên liệu, động cơ không trục cam, động cơ tỷ số nén biến thiên là những công nghệ được kỳ vọng sẽ nâng cao hiệu suất làm việc của xe hơi trong tương lai.

Ngành công nghiệp ôtô đang trên đà phát triển, và các hãng xe không ngừng đầu tư nghiên cứu phát triển các công nghệ ứng dụng trên các dòng xe mới nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của xe. Dưới đây là 12 công nghệ giúp nâng cao hiệu suất vận hành của xe hơi trong tương lai.

1. Hệ thống điện 48V tăng công suất vận hành cho xe

Trên thực tế, động cơ đốt trong vẫn chiếm ưu thế trong nhiều thập kỷ nữa. Và một trong những công nghệ chủ chốt được ứng dụng trên nhiều dòng xe mới sắp tới là sử dụng hệ thống điện 48V để hỗ trợ cho động cơ vận hành hiệu quả.

Động cơ điện 48V sẽ sản sinh ra công suất 10KW để vận hành các hệ thống đi kèm trên xe như bơm nước làm mát, hệ thống điều hòa không khí, hệ thống giải trí… Điều đó sẽ giảm tải gánh nặng cho động cơ chính, giúp tiết kiệm nhiên liệu đến 10% và tăng hiệu suất làm việc của xe. Hiện nay có 2 mẫu xe Bentley Bentleyga và Audi SQ7 TDI đang ứng dụng cộng nghệ này.

Động cơ điện 48V có công suất 10KW sẽ giảm gánh nặng cho động cơ chính.

2. Sử dụng công nghệ lai nhẹ Mild Hybrids với hệ thống điện 48V

Các hãng xe đang tập trung nghiên cứu phát triển để hoàn thiện hệ thống điện 48V để đáp ứng nhu cầu ứng dụng lai nhẹ Mild Hybrids trên các dòng xe trong tương lai bởi các ưu điểm của hệ thống điện 48V là công suất vừa đủ, sử dụng dây dẫn mỏng, chi phí thấp hơn, động cơ vận hành hiệu quả hơn so với các hệ thống điện 100-170 V trước đây.

Hệ thống điện 48V là công suất vừa đủ, sử dụng dây dẫn mỏng, chi phí thấp hơn so với các hệ thống điện 100-170 V trước đây.

2. Công nghệ tự động dừng xi lanh

Năm 1981, Cadillac đã giới thiệu phiên bản động cơ V8 cải tiến mới có thể tự động ngắt 2 hoặc 4 xi lanh. Kết hợp với hệ thống phun nhiên liệu kiểu van bướm và thiết bị điện tử thô sơ nên các phiên bản động cơ V-8-6-4 đã không thành công.

Hiện nay, công nghệ tự động dừng xi-lanh đã được cải tiến với sự trợ giúp từ các cảm biến và các thuật toán điều khiển phức tạp tân tiến, nên đã được các hãng ứng dụng phổ biến trên nhiều dòng xe, trong đó có GM và Delphi. Theo GM, với công nghệ này, xe hơi sẽ giảm mức tiêu thụ nhiên liệu tới 15%.

Với công nghệ tự động dừng xi-lanh này, xe hơi sẽ giảm mức tiêu thụ nhiên liệu tới 15%.

4. Sử dụng công nghệ Hybrid lai pin nhiêu liệu

Công nghệ sử dụng pin nhiên liệu hydro kết hợp với động cơ đốt trong đã được công bố cách đây hơn 10 năm. Tuy nhiên, đến nay số lượng còn khá hạn chế do pin nhiên liệu đắt và cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu hạn chế chưa hoàn thiện.

Nhiều hãng xe đã và đang nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ này vào các sản phẩm trong tương lai, cụ thể tiên phong là hãng Ford cũng trình làng 2 bản concept là Ford Airstream và Ford Edge. Sắp tới có một vài mẫu sẽ ra mắt thị trường như Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Tucson Fuel Cell, GLC Crossover và GLC F-Cell.

Công nghệ hybrid lai pin nhiên liệu sẽ giúp cho động cơ có công suất mạnh mẽ hơn và giảm lượng khí thải ra môi trường.

5. Sử dụng bộ lưu trữ khí hydro thích hợp

Bên cạnh chi phí đắt và kết cấu hạ tầng tiếp nhiên liệu còn hạn chế, một vấn đề lớn khác là lưu trữ khí hydro trên xe sao cho phù hợp, nhỏ gọn và an toàn.

Hiện nay, các động cơ sử dụng pin nhiên liệu đều lưu giữ khí hydro trong các xi-lanh bằng sợi carbon cồng kềnh và áp suất lên đến 10.000 psi. Sau đó, cơ quan năng lượng Hoa Kỳ ARPA-E đã tài trợ dự án nghiên cứu phát triển hệ thống lưu trữ khí tự nhiên vừa đảm bảo an toàn và nhỏ gọn, với kết cấu như “đường ruột” gồm một loạt các bình gas dài nhỏ gọn kết nối với nhau thành chuỗi. Đây là sản phẩm của công ty startup Volute tại San Francisco.

Hệ thống lưu trữ khí hydro hình “đường ruột” nhỏ gọn và đảm bảo an toàn.

6. Ắc quy sử dụng các cực bằng silicon

Thực tế cho thấy loại ắc quy truyền thống đã lỗi thời và kém hiệu quả. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu nhưng tuổi thọ của ắc quy vẫn còn hạn chế, mật độ điện tích giảm dần trong dung dịch điện phân lỏng. Các kỹ sư vẫn tiếp tục nghiên cứu cải tiến ắc quy bằng cách thay cực bằng silicon để có thể hấp thụ nhiều hạt điện tích hơn, nhưng có hạn chế là do hấp thụ nhiều điện tích nên các cực này có hiện tượng phồng nên chưa được ứng dụng trên ô tô. Hiện nay các hãng xe gồm Nissan đang nghiên cứu phát triển loại hỗn hợp silicon bền hơn giúp tăng công suất lên 40% trong vòng 5-10 năm tới.

Nissan đang nghiên cứu phát triển loại hỗn hợp silicon bền hơn giúp tăng công suất lên 40% trong vòng 5-10 năm tới.

7. Sử dụng động cơ không có trục cam

Động cơ sử dụng trục cam truyền thống đã ra đời và tồn tại trong một thời gian dài cho đến nay. Tuy nhiên với nhu cầu tăng hiệu suất vận hành của xe, các kỹ sư đã nghiên cứu đã nghiên cứu ra loại động cơ không có trục cam mà sử dụng các cơ cấu điện tử, thủy lực khí nén để dẫn động xupap thay thế cho trục cam. Với công nghệ này các xupap có thể đóng mở linh hoạt, chính xác giúp cho động cơ vận hành hiệu quả, giảm tiêu hao năng lượng. Kết hợp động cơ không trục cam với hệ thống điện 48V sẽ nâng cao đáng kể hiệu suất xe, giảm kích cỡ động cơ và tiết kiệm nhiên liệu. Đến nay mới chỉ có hãng Lotus Engineering sản xuất loại động cơ này năm 1980 và hãng siêu xe Koenigsegg phiên bản FreeValve vào đầu năm 2016.

Kết hợp động cơ không trục cam với hệ thống điện 48V sẽ nâng cao đáng kể hiệu suất xe, giảm kích cỡ động cơ và tiết kiệm nhiên liệu .

8. Sử dụng máy phát tuabin nạp điện cho Ắc quy

Ắc quy điện là bộ phận không thể thiếu trong xu thế phát triển xe điện trong tương lai, tuy nhiên có một hạn chế đối với các loại xe tải điện cần năng lượng lớn, ắc quy sẽ cồng kềnh chiếm tải trọng lớn và mất nhiều thời gian sạc điện. Nhóm nhân viên của hãng Tesla có tên Wrightspeed đã phát minh ra một hệ thống động cơ hybrid cho xe tải lớn chứa đủ ắc quy chạy gần 30 dặm mỗi lần sạc kết hợp với một tuabin phát điện. Ưu thế của loại tuabin phát điện này là có thể chay với bất kỳ nhiên liệu dễ cháy nào và vận hành hiệu quả, sạc điện nhanh.

Kết cấu hệ thống ắc quy, máy phát tuabin gắn trên xe tải trọng lớn do nhóm Wrightspeed nghiên cứu chế tạo.

9. Sử dụng công nghệ siêu tăng áp điện

Hiện nay mới chỉ có mẫu xe Audi SQ7 TDI là chiếc xe tiên phong sử dụng bộ siêu tăng áp điện để năng cao hiệu suất của động cơ. Với công nghệ này, việc nạp nhiên liệu và không khí vào xi lanh sẽ được kiểm soát chính xác và hiệu quả hơn giúp nâng công suất động cơ lên đáng kể.

Mô hình bộ siêu tăng áp điện đang ứng dụng trên mẫu xe Audi SQ7 TDI.

10. Sử dụng ắc quy thể rắn cho xe điện

Ắc quy điện hóa tiếp tục là vấn đề lo ngại trong tiến trình phát triển dòng ô tô điện, bởi nó có các hạn chế như lưu trữ năng lượng điện thấp, tuổi thọ ngắn, khối lượng lớn. Mặc dù đã có nhiều cải tiến về ắc quy từ loại axit – chì sang loại niken hidrua kim loại và hiện nay là loại lithium-ion nhưng loại pin này vẫn còn nhiều hạn chế, trong đó là hạn chế về dung dịch điện phân nằm giữa các cực làm cho khối lượng của ăc quy tăng đáng kể và không an toàn. Do đó các kỹ sư đã nghiên cứu thay thế chất lỏng điện phân này bằng chất điện phân tinh thể ở thể rắn để khắc phục các hạn chế của ắc quy điện hóa cũ. Hiện nay các hãng như Sakti3, Samsung, google vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để chế tạo ra loại ắc quy tốt hơn.

Ắc quy thể rắn sử dụng chất điện phân tinh thể giúp cho điện tích đi qua nhanh hơn và không làm giảm chất lượng.

11. Công nghệ cháy đồng đều do nén HCCI

Công nghệ tiết kiệm nhiên liệu, được gọi là HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition – Cháy đồng đều do nén), 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 15%, theo Willam Green, giáo sư của khoa hóa kỹ thuật tại MIT. 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 kết hợp HCCI với động cơ truyền thống có thể giúp giảm tiêu hao nhiên liệu trung bình khá nhiều dặm/gallon xăng.

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 .

12. Tỷ số nén biến thiên

Khi động cơ cần đạt mômen xoắn cực đại thì cần thiết phải tăng tỷ số nén của động cơ, mặt khác khi động cơ đang chạy tải nhẹ mà tỷ số nén động cơ cao thì sẽ không hiệu quả. Vì vậy hiện nay một vài hãng đang nghiên cứu phát triển loại động cơ tỷ số nén biến thiên để nâng cao hiệu suất vận hành của xe, hiện nay chỉ có hãng Nissan đang đi tiên phong về công nghệ này. Các kỹ sư kỳ vọng việc kết hợp công nghệ tỷ số nén biến thiên kết hợp với động cơ không trục cam sẽ là bước tiến mới trong ngành công nghiệp xe hơi.

hãng Nissan đang đi tiên phong về công nghệ này .

Quang Thái

Theo Car and Driver