Công nghệ nâng cao công suất động cơ đốt trong

“Downsizing” là chiến lược giảm dung tích xy-lanh và số xy-lanh của động cơ nhưng vẫn đảm bảo hoặc thậm chí nâng cao công suất. Mục tiêu của công nghệ này là giảm ma sát cơ học, khối lượng động cơ và tổn thất bơm (pumping loss) – những yếu tố tiêu tốn năng lượng trong quá trình vận hành. Tuy nhiên, khi giảm dung tích, thể tích khí nạp vào buồng đốt giảm, đồng nghĩa công suất tự nhiên của động cơ cũng giảm theo. Vì vậy, Downsizing thường phải kết hợp với hệ thống Tăng áp Cưỡng bức (Forced Induction) để bù lại lượng không khí thiếu hụt, duy trì hiệu năng tương đương hoặc cao hơn động cơ hút khí tự nhiên truyền thống.
 

Một ví dụ điển hình là động cơ 1.0L EcoBoost của Ford, chỉ có 3 xi-lanh nhưng cho công suất tương đương với động cơ hút khí tự nhiên 1.6–1.8L, nhờ vào bộ tăng áp và hệ thống điều khiển chính xác quá trình nạp – đốt – xả. Downsizing không chỉ giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, mà còn góp phần giảm khí thải CO₂, đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt như Euro 6 hay Euro 7.

Tăng áp cưỡng bức (Turbocharging hoặc Supercharging) là giải pháp kỹ thuật đưa nhiều không khí hơn vào buồng đốt thông qua việc nén khí nạp trước khi đưa vào xy-lanh. Việc này giúp tăng lượng oxy, từ đó đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn và sinh công mạnh hơn trong mỗi chu kỳ làm việc. Đặc biệt, turbo tăng áp cuộn đôi (twin-scroll turbo) hoặc tăng áp hình học biến thiên (VGT) được thiết kế để tối ưu hóa luồng khí xả, giảm hiện tượng trễ turbo (turbo lag) – một vấn đề cố hữu của turbo truyền thống. Kết quả là mô-men xoắn được phát ra ngay từ dải vòng tua thấp, mang lại cảm giác lái linh hoạt và mượt mà.

Song hành với tăng áp là phun xăng trực tiếp (GDI), công nghệ cho phép phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt với áp suất cực cao (trên 350 bar). Việc phun nhiên liệu trực tiếp giúp kiểm soát chính xác thời điểm và lượng nhiên liệu, tạo ra hỗn hợp cháy đồng nhất và hiệu quả hơn, đồng thời cho phép tăng tỷ số nén mà không gây kích nổ. Tuy nhiên, GDI cũng làm tăng sự hình thành hạt muội (PM), dẫn đến nhu cầu phải trang bị bộ lọc hạt xăng (GPF) để xử lý khí thải. Như vậy, sự kết hợp giữa tăng áp cưỡng bức + GDI + GPF tạo nên một hệ thống đồng bộ, cân bằng giữa hiệu suất – tiết kiệm – bảo vệ môi trường.

Để khai thác tối đa hiệu quả của các công nghệ trên, kiểm soát chính xác quá trình nạp – đốt – xả đóng vai trò then chốt. Các hệ thống điều khiển van biến thiên (VVT/VVL) như BMW Valvetronic hay Toyota Valvematic cho phép điều chỉnh thời điểm đóng/mở và độ nâng của van nạp/xả, giúp luồng khí nạp được điều phối tối ưu trong mọi điều kiện tải. Nhờ đó, một số động cơ có thể loại bỏ hoàn toàn bướm ga (throttleless) – vốn gây tổn thất năng lượng khi không khí bị “nghẽn” trong đường nạp. Kết quả là động cơ vận hành êm hơn, phản ứng nhanh hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn.

Cùng với đó, công nghệ ngắt xi-lanh chủ động (Cylinder Deactivation) cho phép tạm thời vô hiệu hóa một số xi-lanh khi xe chạy ở tốc độ ổn định hoặc tải nhẹ. Khi đó, các xi-lanh còn hoạt động sẽ làm việc ở tải cao hơn – vùng có hiệu suất nhiên liệu tối ưu – giúp giảm đáng kể mức tiêu hao nhiên liệu trong điều kiện thực tế mà không ảnh hưởng đến cảm giác lái. Khi người lái tăng ga, các xi-lanh bị ngắt sẽ được kích hoạt lại gần như ngay lập tức, đảm bảo công suất luôn sẵn sàng.