Động cơ EcoBoost – Bước ngoặt thế kỷ của Ford (Kỳ 2)

EcoBoost = tăng áp + giảm dung tích và kích thước + điều khiển biến thiên thời gian mở van + phun nhiên liệu trực tiếp. Ford đã thành công khi áp dụng các kỹ thuật này trên một động cơ chỉ có 3 xi-lanh, dung tích 1.0L.

 

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H1-EcoBoost-1-6
EcoBoost 1.6L

Công nghệ cơ bản của EcoBoost là gì?

Thật ra, các ý tưởng để phát triển nên dòng động cơ EcoBoost của Ford không hề mới, tất cả đều đã được ngành công nghiệp ô tô vận dụng trong vài thập niên qua.

EcoBoost là sự tổng hợp của một loạt các kỹ thuật, bao gồm kỹ thuật phun nhiên liệu trực tiếp, kỹ thuật điều khiển thời gian đóng mở van, và đặt biệt là kỹ thuật tăng áp (mấu chốt nhất), kết hợp với quá trình nghiên cứu để giảm dung tích động cơ, giảm kích thước động cơ trong khi vẫn áp dụng được tất cả các kỹ thuật nói trên.

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H2-EcoBoost
EcoBoost = tăng áp + giảm dung tích và kích thước + điều khiển biến thiên thời gian mở van + phun nhiên liệu trực tiếp

Trước khi quyết định lựa chọn hướng đi này, đội ngũ kỹ sư của Ford đã vẽ ra các phương án kỹ thuật khả dĩ nhất. Theo đó, với một loại động cơ DOHC 4 van, phun nhiên liệu gián tiếp và nạp hút thông thường, nếu áp dụng thêm kỹ thuật thay đổi biến thiên thời gian đóng mở van thì mức độ tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải CO2 có cải thiện nhưng chưa đáng kể. Áp dụng thêm công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp, mức tiêu hao nhiên liệu và lượng CO2 giảm nhưng vẫn chưa triệt để. Tới đây, nếu tiếp tục cải thiện bằng kỹ thuật thay đổi biến thiên độ mở van thì tốc độ cải thiện hai yếu tố nói trên vẫn chậm. Phương án cuối cùng mà đội ngũ kỹ thuật Ford và đối tác FEV engineering lựa chọn là phải tăng áp, kết hợp với việc giảm kích thước và dung tích động cơ. Đến nay, hướng đi này đã được chứng minh là đúng. Giảm kích thước cộng với tăng áp (boost) để thân thiện hơn với môi trường (eco-) cũng là lý do mà Ford gọi dòng động cơ mới của mình là EcoBoost.

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H3-So-do-EcoBoost
Phương án kỹ thuật của EcoBoost

Với kỹ thuật thay đổi biến thiên thời gian đóng mở van, Ford sử dụng hệ thống Ti-VCT (Twin Independent Variable Cam Timing), tức thay đổi thời gian đóng mở van bằng 2 trục cam biến thiên độc lập, có thể điều chỉnh lưu lượng khí nạp vào và thải ra khỏi động cơ tùy theo từng dải tốc độ quay khác nhau, nhằm giúp động cơ phản ứng nhạy hơn mỗi khi người lái thay đổi vị trí chân ga. Ngoài ra, với thời gian mở biến thiên được như vậy, lượng nhiên liệu tiêu thụ khi động cơ chạy cầm chừng hoặc ở tốc độ quay thấp sẽ được giảm thiểu tối đa.

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H4-Fiesta-Sport-1.0 EcoBoost
Bộ lõi của động cơ EcoBoost 1.0L

Kim phun sử dụng trong hệ thống cấp nhiên liệu của EcoBoost là loại kim phun 6 lỗ, áp suất cao (150 bar), và phun tơi nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt ở cuối kỳ nén và cháy gần như ngay lập tức sau đó, thay vì phun trước cửa nạp và được dẫn vào cùng với không khí như trên các loại động cơ phun xăng điện tử thông thường. Điều này khiến cho sự hao phí nhiên liệu do hiện tượng chảy vách gần như không còn, góp phần tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu, tăng tính năng động cơ và giảm ô nhiễm.

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H5-Ford_EcoBoost
Phun xăng trực tiếp

Với kỹ thuật quan trọng nhất: turbo tăng áp, dòng khí xả thải ra từ động cơ sẽ được tận dụng để quay một trong hai cách tuốc-bin, tạo năng lượng dẫn động cánh còn lại nén khí mới vào buồng đốt. Các loại turbo tăng áp của Ford EcoBoost được thiết kế với khả năng quay ở tốc độ rất cao, lên đến 248.000 vòng/phút. Như vậy, thay vì lãng phí, năng lượng của dòng khí xả đã được tận dụng triệt để cho việc nạp cưỡng bức khí mới vào buồng đốt. Việc nạp cưỡng bức này khiến áp suất và lưu lượng khí nạp được đưa vào buồng đốt nhiều hơn, giúp một động cơ dung tích bé có thể đốt cháy được nhiều nhiên liệu hơn trong một kỳ nổ. Đây là lý do chính khiến Ford EcoBoost chỉ với 3 xi-lanh, dung tích 1.0L lại có công suất và mô-men xoắn cực đại tương đương thậm chí cao hơn so với động cơ nạp thông thường dung tích 1.6L 4 xi-lanh.

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H6-Turbo
Turbo tăng áp

Tác dụng của turbo tăng áp là rất rõ ràng. Tuy nhiên, các loại động cơ tăng áp sử dụng cho ô tô trên thế giới ngày nay hầu hết đều là loại tối thiểu 4 xi-lanh và có dung tích ít nhất là từ 1.4L trở lên, bởi việc bố trí một bộ tăng áp trên loại động cơ nhỏ gọn là không dễ dàng. Ngoài ra, động cơ dung tích bé lại thường được trang bị cho các mẫu xe nhỏ giá rẻ, trong khi chi phí sản xuất cho một bộ turbo tăng áp lại không hề thấp. Thành công của Ford là có thể áp dụng công nghệ này cho một động cơ chỉ có 3 xi-lanh, dung tích 1.0L.

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H7-Edge-I4-EcoBoost
EcoBoost 2.0L trên Ford Edge

Sức mạnh mà động cơ EcoBoost 1.0 tạo ra ấn tượng như vậy, nhưng mức tiêu hao nhiên liệu cũng ấn tượng không kém. Ngay cả khi được trang bị trên mẫu xe Ford Focus, EcoBoost 1.0 cũng chỉ tốn 5lít/100km, và lượng khí thải CO2 cũng hạ xuống còn 114g/km, tức giảm 22g/km khi so với Focus phiên bản động cơ 1.6 không tăng áp trước đó. Còn nếu trang bị trên mẫu xe nhỏ hơn là Fiesta, mức tiêu hao nhiên liệu trung bình của động cơ EcoBoost theo công bố của Ford là dưới 4,9L/100km.

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H8-focus_ecoboost_99g
Mức độ giảm phát thải CO2 của Focus qua các thế hệ

Nói về độ nhỏ gọn, cụm 3 xi lanh bằng gang đúc của EcoBoost 1.0 có kích thước 2 chiều dài và cao chỉ tương đương một tờ giấy A4 (21x30cm). Trong đó, vách ngăn cách giữa 2 xi-lanh chỉ là 6,1mm, điều này khiến cho quá trình gia nhiệt động cơ để đạt đến nhiệt độ hoạt động lý tưởng từ trạng thái nguội ban đầu diễn ra nhanh hơn, góp phần giảm hao phí năng lượng trong giai đoạn đầu. Với các loại động cơ xăng thông thường, thất thoát năng lượng trong giai đoạn này vào khoảng 10-12%, tuy nhiên với EcoBoost là chỉ 7%.

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H9-Ford-EcoBoost
Sự gọn gàng của động cơ EcoBoost 1.0 trong khoang máy

Xét về mặt hiệu năng, EcoBoost 1.0L cũng là dòng động cơ có công suất riêng (công suất trên một đơn vị thể tích là 1 lít) cao nhất trong lịch sử của Ford, với 125 mã lực/1 lít dung tích. Không chỉ EcoBoost 1.0L, phiên bản 200 mã lực của EcoBoost 1.6L cũng có công suất riêng đạt mức tương tự.

Công suất riêng của động cơ Ford trong hơn 100 năm qua

Công suất riêng của động cơ Ford trong hơn 100 năm qua

Với công suất riêng như vậy, một động cơ EcoBoost 1.0L có thể so sánh tương đương về sức mạnh so với động cơ 1.6 thông thường. Phiên bản EcoBoost 1.6L lại ngang ngửa với động cơ 2.0L thông thường hiện nay. Còn EcoBoost 3.5L có thể thay thế hiệu quả cho các động cơ V8 dung tích trên 4L.

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H11-EcoBoost 10
EcoBoost 2.0 vượt trội về mô men xoắn so với động cơ TiVCT V6 3.5

Bên cạnh việc áp dụng các kỹ thuật mấu chốt nói trên, Ford còn cải tiến một loạt các kỹ thuật khác liên quan đến động cơ, từ nắp máy, piston, xu-páp, trục khuỷu cho đến các-te dầu. Trong đó, piston của động cơ EcoBoost được làm mát từ bên trong bằng các vòi phun dầu, đồng thời váy piston cũng được phủ một lớp làm giảm ma sát với thành xi lanh. Tổng số chi tiết trên động cơ cũng được giảm 25%.

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H12-2-EcoBoost 23
Các cải tiến khác bên trong động cơ EcoBoost 2.3L

Công nghệ EcoBoost trong tương lai 

Hiện tại, đội ngũ kỹ sư của Ford cũng đang lên kế hoạch về các kỹ thuật mới, để cải tiến cho các thế hệ EcoBoost tiếp theo. Với kế hoạch này, công nghệ EcoBoost sắp tới có thể sẽ được thực hiện theo hướng: tiếp tục tăng áp suất nạp, sử dụng bộ turbo hiệu quả hơn, giảm hiện tượng kích nổ, sử dụng hệ thống luân hồi khí thải, và ứng dụng turbo nhiều giai đoạn… Kế hoạch cải tiến này sẽ được thực hiện theo hai giai đoạn 2014-2016 và 2017-2020.

1-CarFresh-Ford-EcoBoost-H13-2-Tuong lai 2
Hướng phát triển trong tương lai của EcoBoost

Ngày nay, động cơ EcoBoost đang được sản xuất tại 6 nhà máy trên toàn cầu. Ở các thị trường như Mỹ và châu Âu, hầu hết các mẫu xe của Ford hiện nay đều đã có phiên bản sử dụng động cơ EcoBoost. Tuy nhiên, tại các nước trong khu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam thì EcoBoost mới chỉ xuất hiện trên mẫu xe Fiesta (EcoBoost 1.0). Nhưng sắp tới, số lượng các mẫu xe trang bị dòng động cơ này sẽ tăng lên nhiều.

Trong tương lai, sẽ là rất thú vị nếu có một động cơ EcoBoost ra đời với dung tích 0.8 nhưng công suất lại 120 mã lực, hay động cơ EcoBoost 1.0 có công suất tăng lên 140 mã lực trong khi mức tiêu hao nhiên liệu không đổi hoặc giảm thêm.

Động cơ EcoBoost – Bước ngoặt thế kỷ của Ford (Kỳ 2) ảnh 14

 

Nghinh Phong
(Theo Nghe nhìn Việt Nam)

Tag :

Ý kiến của bạn sẽ được biên tập trước khi đăng. Xin vui lòng gõ tiếng Việt có dấu
Nhập mã bảo mật (*)     Refresh
Tin khác