Nhiều lối đi mới cho động cơ đốt trong trên ô tô

Chiếc xe mang tính biểu tượng Porsche 911 sẽ sử dụng eFuel từ năm 2024.

Mới nhất, Toyota thông báo đầu tư 383 triệu USD vào các nhà máy tại Mỹ, nhằm mở rộng khả năng sản xuất động cơ đốt trong truyền thống. Về phần mình, Porsche dù đầu tháng 4 tuyên bố sẽ đạt phát thải carbon bằng 0 vào năm 2030, nhưng mới đây đã chi thêm 100 triệu USD nghiên cứu động cơ đốt trong. Nhiều tên tuổi khác như Mazda, Subaru, Yamaha, Mercedes-Benz… đều có những động thái thể hiện niềm tin vào tương lai của động cơ đốt trong theo cách tương tự.

Các hãng xe cho rằng, động cơ đốt còn nhiều dư địa phát triển, trong bối cảnh xe thuần điện có thể hoàn toàn thống trị thị trường ô tô toàn cầu sẽ cần nhiều thời gian hơn dự kiến. Niềm tin này được củng cố khi ngày càng có nhiều giải pháp công nghệ mới giúp động cơ đốt trong hoạt động hiệu quả hơn. Ngoài ra, việc duy trì động cơ đốt trong cũng không thay đổi thói quen của người sử dụng ô tô và tận dụng được hạ tầng sẵn có. Đây chính là rào cản khiến xe điện chạy pin, xe điện sử dụng nhiên liệu hydro… chưa thể phổ biến nhanh chóng.

Một trong những cách tiếp cận được các nhà sản xuất ô tô theo đuổi là thay đổi nhiên liệu hoá thạch sang các loại “xanh” hơn. Điển hình là Porsche tập trung phát triển nhiên liệu tổng hợp eFuel mới.

Nhiên liệu này được tạo ra bằng việc trộn khí hydro (sản phẩm điện phân từ nước) và carbon (lấy từ không khí) để tạo ra hợp chất hữu cơ hydrocarbon – thứ sau đó sẽ được xử lý chuyển hoá thành dạng lỏng. Điểm đặc biệt là, do nguồn carbon lấy từ không khí thay vì từ dầu mỏ, “xăng” mới sẽ không làm tăng phát thải CO2.

Mô tả động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu hydro của Toyota.

Về phần mình, Toyota hướng tới việc tận dụng nhiên liệu hydro – vốn lâu nay chỉ sử dụng cho xe điện – trên động cơ đốt trong đã cải tiến một số thành phần. Tuy nhiên, các kĩ sư thừa nhận, động cơ đốt trong sử dụng hydro tuy xả thải cực thấp, nhưng không “xanh” tuyệt đối như các giải pháp điện hoá vì vẫn tiêu hao dầu bôi trơn và một số chất lỏng hỗ trợ khác.

Bên cạnh nhiên liệu mới, không ít nhà sản xuất tìm cách biến đổi kết cấu động cơ đốt trong, kỳ vọng tạo ra những thế hệ tiên tiến có thể trong đáp ứng các quy chuẩn phát thải ngày càng ngặt nghèo. Sau những cố gắng giảm trọng lượng, giảm số xy lanh động cơ, tận dụng dung tích xy lanh tối ưu hơn.., Mazda hiện đặt cược vào công nghệ động cơ ép nổ xăng (HCCI) có tên gọi SkyActiv-X.

Nếu như động cơ truyền thống chỉ kích nổ xăng bằng bugi đánh lửa, động cơ HCCI có thể tận dụng nhiệt độ và áp suất trong xy lanh để kích nổ xăng ở khoảnh khắc tối ưu, tức gần giống với nguyên lý động cơ diesel. Nhờ thế, không chỉ hiệu suất sử dụng nhiên liệu được cải thiện, mà công suất sản sinh cũng cao hơn.

Động cơ HCCI đã có mặt trên Mazda3 thế hệ mới nhất (chưa bán ở Việt Nam).

Mazda tin rằng, SkyActiv-X sẽ là lựa chọn tối ưu hơn so với việc bổ sung mô tơ điện như trong hệ truyền động hybrid – điều khiến những chiếc ô tô trở nên phức tạp và nặng nề. Bên cạnh SkyActiv-X, hãng xe có trụ sở ở Hiroshima (Nhật Bản) hiện cũng phát triển động cơ SkyActiv-D có thể sử dụng dầu diesel sinh học, là nhiên liệu tái tạo có chiết xuất từ dầu thực vật, chất béo động vật…

Bên cạnh những bước đi mang tính cách mạng nói trên, cũng không ít nhà sản xuất, trong đó có Mercedes-Benz, thuần tuý tìm cách cải thiện hiệu suất sử dụng nhiên liệu của động cơ đốt trong bằng những tinh chỉnh điện hoá đơn giản, thay vì “hybrid hoá” toàn bộ hệ truyền động. Cụ thể, động cơ trên C-Class giờ đây đều tích hợp mô tơ điện 48 vôn thay cho củ đề. Đi kèm với pin cỡ nhỏ 0,9 kWh, mô tơ này không chỉ “trợ lực” cho động cơ, mà còn tiếp điện cho các thành phần cơ bản của xe, nhằm cải thiện hiệu suất sử dụng nhiên liệu.

Động cơ đốt trong kết hợp mô tơ điện 48V trên Mercedes-Benz C-Class 2022.

Với hàng loạt phát kiến mới xuất hiện dồn dập, động cơ đốt trong chắc chắn sẽ còn gắn bó lâu dài với nhân loại. Thực tế này đã được một số hãng phân tích thị trường dự đoán trong các báo cáo gần đây. Theo ReportLinker, quy mô thị trường động cơ đốt trong sẽ tăng từ 55,1 tỷ USD trong năm 2020 lên tới hơn 73,8 tỉ USD vào năm 2028.