Kỹ sư Nga tạo phát minh như viễn tưởng: Tháo gỡ "điểm nghẽn" của ngành động cơ toàn cầu

Kỹ sư Nga phát minh động cơ pittông hình sao

Nghe tên tưởng chỉ có trong phim khoa học viễn tưởng, nhưng đây là thật: Các kỹ sư Nga vừa đăng ký bằng sáng chế cho một động cơ đốt trong hình sao, trong đó hỗn hợp nhiên liệu-không khí được cuốn thành hai xoáy và đồng thời đốt cháy bởi hai bugi đặt ở hai phía đối diện của buồng đốt.

Đây là sản phẩm của Công ty PromService (trụ sở tại Moscow), và ý tưởng cốt lõi của nó xoáy vào "điểm nghẽn" mà ngành động cơ toàn cầu chưa bao giờ giải triệt để: Làm sao đốt cháy hết nhiên liệu trong một xy-lanh lớn?

Vấn đề của xy-lanh lớn

Ai đã từng học qua về động cơ đều biết ngọn lửa lan từ bugi ra ngoài theo từng mặt sóng tròn.

Xy-lanh càng lớn, khoảng cách ngọn lửa phải đi càng xa và ở những góc khuất xa bugi nhất, hỗn hợp nhiên liệu bị đốt cháy muộn hơn, kém hơn, thậm chí sót lại chưa cháy hết. Kết quả gây mất mát công suất, tiêu hao nhiên liệu tăng, tăng lượng khí thải độc hại.

Theo các nhà phát triển, đây chính là một trong những vấn đề cốt lõi của các xy-lanh cỡ lớn - hỗn hợp nhiên liệu-không khí cháy không hoàn toàn, khiến một phần năng lượng thất thoát và khí thải chứa nhiều tạp chất độc hại hơn.

Giải pháp: Xoáy kép và hai ngọn lửa gặp nhau

Điểm đặc biệt nhất của thiết kế nằm ẩn bên trong buồng đốt. Một bề mặt nghiêng đặc biệt và bộ chia dòng khiến hỗn hợp khí trước khi bắt lửa đã tự xoáy thành hai vòng xoáy đối xứng.

Sau đó, hai bugi đặt ở hai phía đối diện cùng lúc phóng tia lửa, tạo ra hai mặt sóng lửa lan từ hai hướng. Chúng tiến về phía nhau và va chạm ở giữa, đảm bảo cháy nhanh hơn và toàn diện hơn.

Đây là hình ảnh để bạn hình dung: Thay vì một người đốt đuốc ở một đầu hành lang tối dài, bây giờ có hai người cùng đốt từ hai đầu - lửa gặp nhau ở giữa, không còn góc tối nào sót lại.

Thử nghiệm trên mẫu thử cho thấy hiệu ứng rõ rệt. Động cơ hình sao mới mang lại công suất và mô-men xoắn cao hơn so với phiên bản động cơ trước đó, đồng thời giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.

Kỹ thuật dùng hai bugi trên một xy-lanh thực ra đã có lịch sử hơn trăm năm và xuất phát điểm của nó là ngành hàng không.

Tuy nhiên, hầu hết động cơ xe hơi dân dụng vẫn trung thành với một bugi đánh lửa cho mỗi xy-lanh, vì đơn giản hơn và rẻ hơn. Thiết kế hai bugi trên xe thương mại chỉ xuất hiện ở một số ít trường hợp đặc biệt như dòng xe Alfa Romeo Twin Spark hay một số mẫu BMW mô tô.

Pittông hình sao, tại sao?

Bố cục "hình sao" trong động cơ thường chỉ các xy-lanh xếp tỏa ra như tia sao xung quanh một trục khuỷu trung tâm - thiết kế kinh điển của máy bay thập niên 1920–1950 như Pratt & Whitney R-2800 hay BMW 801. Chúng nổi tiếng vì tỷ lệ công suất trên trọng lượng rất cao và khả năng làm mát bằng không khí hiệu quả.

Trong bằng sáng chế của PromService, tên gọi "hình sao" gắn với hình dạng pittông hoặc cấu hình buồng đốt - không nhất thiết là bố cục xy-lanh kiểu máy bay. Đây là hướng đi ít phổ biến hơn trong nghiên cứu động cơ pittông hiện đại, nơi phần lớn nỗ lực đang dồn vào điện khí hóa và động cơ hydrogen.

Đó là lý do sáng chế này đáng chú ý. Trong bức tranh toàn cầu đang chuyển dần sang điện và pin, vẫn có những kỹ sư tin rằng động cơ pittông truyền thống còn chỗ để cải thiện: Hiệu quả hơn, sạch hơn.