Tìm hiểu động cơ trên Hyundai KONA tại Việt Nam

Khi được giới thiệu tại Việt Nam, bên cạnh động cơ Gamma 1.6 Turbo trên phiên bản cao nhất, 2 phiên bản thấp hơn của KONA được trang bị động cơ Nu 2.0L Atkinson cho công suất tối đa 149 mã lực tại 6.200 vòng/phút và Momen xoắn cực đại 180Nm tại 4.500 vòng/phút. Điều này khiến cộng đồng phải chú ý bởi nếu so sánh cùng loại động cơ Nu 2.0L trên mẫu xe anh em Elantra với công suất 152 mã lực và Momen xoắn cực đại 196Nm tại vòng tua thấp hơn: 4.000 vòng/phút, thêm vào đó Atkinson lại là cái tên chưa được quen thuộc với cộng đồng sử dụng xe tại Việt Nam.

Hyundai KONA sau 2 năm bán ra tại Việt Nam đã đạt doanh số hơn 14.000 xe

Lịch sử phát triển của động cơ đốt trong chứng kiến sự thống trị của động cơ sử dụng chu trình Otto. Chu trình Otto lấy tên của kĩ sư Nikolaus Otto, chính là cha đẻ của động cơ 4 kỳ phổ biến hiện nay với nhiều ưu điểm. Tuy nhiên để tối ưu hơn nữa, kĩ sư James Atkinson đã cải tiến chu trình Otto trên động cơ đốt trong, tạo nên loại động cơ thực hiện chu trình mang tên mình: chu trình Atkinson.

Chu trình Atkinson có thể nói một cách dễ hiểu là một phương thức điều chỉnh tỉ số nén biến thiên để gia tăng hiệu quả đốt cháy nhiên liệu, gia tăng hiệu suất động cơ đồng thời tiết kiệm nhiên liệu hơn so với chu trình Otto thông thường. Lịch sử của chu trình Atkinson  chia ra làm 2 giai đoạn phát triển:

Động cơ Atkinson cổ điển

Ở động cơ chu trình Otto, 1 chu kỳ được hoàn thành với 2 vòng quay của trục khuỷu: hút/cháy và giãn nở sinh công/thải. Ở động cơ Atkinson cổ điển, người ta thêm vào 1 số các liên kết khiến 4 kỳ được thực hiện chỉ với 1 vòng quay trục khuỷu. Điều này nâng cao hiệu suất của động cơ. Ngoài ra, Atkinson còn có 1 phát hiện khác: nếu giảm sự nén và quá trình giãn nở sinh công dài hơn kỳ nạp, động cơ sẽ hoạt động hiệu quả hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn.

Mô tả cụ thể có thể hình dung ở kỳ nạp, piston không di chuyển hoàn toàn xuống điểm chết dưới (ĐCD) và van nạp không cho phép nhiều hòa khí đi vào xi-lanh. Ít hòa khí dẫn đến nén ít hơn. Sau đó, piston di chuyển đến điểm chết trên (ĐCT) ở kỳ nén và ở ĐCT, hòa khí được đốt cháy. Như “1 vụ nổ”, toàn bộ lực sẽ đẩy piston di chuyển xuống ở quá trình giãn nở sinh công. Lần này, quãng đường đi xuống ĐCD của piston nhận toàn bộ lực sản sinh ở quá trình cháy. 1 lần nữa, piston đi lên đến ĐCT để đẩy khí thải ra ngoài ở kỳ thải.

Việc sử dụng ít nhiên liệu và nén ít hơn đồng nghĩa với công suất thấp hơn Otto thông thường. Dù cho có kéo dài kỳ nạp đi nữa thì cũng không thể sinh công nhiều bằng động cơ có tỉ số nén cao với nhiều hòa khí. Một thử thách khác với động cơ Atkinson là nó đòi hỏi bộ phận trục khuỷu phức tạp, dẫn đến giá thành sẽ tăng lên dẫn đến việc áp dụng động cơ Atkinson cổ điển gặp nhiều khó khăn.

Động cơ Atkinson hiện đại

Về cơ bản, động cơ Atkinson hiện đại và động cơ Otto hiện đại không có quá nhiều điểm khác biệt. Những thứ mà Atkinson phải đạt được trong việc sắp xếp trục khuỷu bây giờ có thể thực hiện với công nghệ van biến thiên, 1 giải pháp rẻ hơn và dễ dàng hơn. Nếu như động cơ Atkinson cổ điển phải đau đầu việc xử lí cơ cấu trục khuỷu phức tạp, thì với động cơ Atkinson hiện đại, van nạp mở lâu hơn để khi piston đi lên ở kỳ nén, 1 lượng nhỏ hòa khí có thể thoát ra nhằm giảm tỉ số nén được xử lí bằng hệ thống van biến thiên điều khiển điện tử. Trên KONA và các mẫu xe Hyundai, công nghệ này được đặt tên là CVVT.

Nói thêm CVVT là công nghệ dựa trên nguyên lý đưa trục cam biến đổi liên tục dựa trên tốc độ động cơ trên các dải tốc độ để tăng hiệu suất động cơ. CVVT không chỉ có trên động cơ Atkinson mà còn áp dụng cho động cơ Otto. Mỗi hãng sẽ có triết lý riêng để điều chỉnh sao cho hợp lí với dải sản phẩm của mình. Cũng dựa trên nguyên lý chung này, các hãng sẽ có tên gọi khác nhau như i-VTEC của Honda hay VVT-I của Toyota. Hiện nay Hyundai đã phát triển CVVT thêm một bước tiến mới có tên gọi CVVD.

Đây là công nghệ van biến thiên liên tục giúp tối ưu hóa cả hiệu suất động cơ và hiệu quả nhiên liệu mà lại thân thiện với môi trường. Công nghệ điều khiển van điều chỉnh thời gian đóng và mở xupap theo điều kiện lái xe. Với công nghệ này của Huyndai giúp cho hiệu suất tăng 4% và cải thiện 5% hiệu quả nhiên liệu. Hơn nữa, giảm thiểu lên tới 12% lượng khí thải giúp thân thiện với môi trường hơn.

Chi tiết về CVVD xin được nhắc tới khi có sản phẩm mới của Hyundai sử dụng công nghệ này. Ở đây cho thấy sự tiến bộ của các công nghệ vi điện tử sẽ khắc phục các điểm yếu về cơ khí của động cơ đốt trong, cụ thể ở đây là Atkinson trên KONA.

Sự khác biệt giữa chu trình Atkinson và chu trình Otto

Về cơ bản, chu trình Otto là chu trình cấp nhiệt đẳng tích. Một cách ngắn gọn, chu trình Otto không tối ưu được tỷ lệ giữa công nén và công nổ. trong 4 kỳ của động cơ Otto, chỉ có kỳ nổ dãn là tạo ra sức mạnh động cơ, 3 kỳ còn lại chỉ hấp thu động năng do kỳ nổ dãn đã tạo ra, tiêu tốn động năng nhiều nhất ở kỳ nén. Để tăng mức công suất trên động cơ Otto, người ta tăng tỷ số nén của động cơ đó, từ đó tăng tỷ số giãn nở, đồng thời cho phép tăng lượng hòa khí đi vào xi-lanh nhờ các bộ nạp tăng áp, hoặc cũng có thể tận dụng nguồn nhiệt động cơ để sử dụng cho các mục đích khác. Động cơ “nạp, nén, nổ, xả” truyền thống được thiết kế với tiêu chí phải đảm bảo quá trình xả đủ tốt, tốn ít công đẩy khí cháy ra khỏi động cơ nhằm tiết kiệm năng lượng cho quá trình nén diễn ra hiệu quả.

Chu trình Atkinson gần giống với chu trình Otto. Ở động cơ hoạt động theo chu trình Atkinson, van nạp đóng trễ ở cuối kỳ nạp, đầu kỳ nén. Điều này khiến cho hòa khí bị đấy nhẹ ngược về đường ống nạp, làm giảm bớt lượng hòa khí vào xi-lanh, dẫn đến mức công suất sinh ra của động cơ cũng giảm theo. Mặc dù điều này làm giảm tỷ số nén của động cơ nhưng vẫn giữ nguyên được tỷ số giãn nở. Điều này có nghĩa rằng động cơ sẽ tốn ít năng lượng hơn cho quá trình nén và gia tăng công sinh ra từ quá trình cháy-giãn nở.

Về tổng quan, điều này sẽ giúp tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu của động cơ nhưng sẽ giảm mức công suất sinh ra trên 1L dung tích động cơ. Như ví dụ ở trên, cùng là động cơ Nu 2.0L thì chu trình Otto trên Elantra cho công suất và Momen xoắn tốt hơn trên KONA, nhưng ngược lại mức tiêu hao và hiệu suất sử dụng nhiên liệu của KONA lại tốt hơn, giúp giảm lượng khí thải ra môi trường, khiến những chiếc xe trở nên xanh và thân thiện hơn.

Anh Quân (forum.autodaily.vn)