Công nghệ đột phá Multi Air của Fiat
Về nguyên lý hoạt động, Multi Air của Fiat không có gì khác so với những hệ thống biến thiên van của các hãng đối thủ. Vẻ đẹp của nó là ở sự đơn giản đến bất ngờ.
Trong lễ trao giải “International Engine of the Year 2011” tháng 5 vừa qua, Fiat một lần nữa lại được vinh danh, với động cơ Twin Air (2 xi-lanh, 875cc) lắp trên chiếc Fiat 500. Năm 2010, động cơ 1.4L đã mang về chiến thắng tương tự cho hãng xe Ý. Điểm chung: cả 2 đều là các động cơ ứng dụng công nghệ Multi Air.
|
Giải thưởng International Engine of the Year 2011
Động cơ của năm: Fiat 875cc Twin Air (xe Fiat 500)
Động cơ mới của năm: Fiat 875cc Twin Air (500)
Động cơ xanh: Fiat 875cc Twin Air (500)
Động cơ hiệu suất cao: Ferrari 4.5L V8 (458 Italia)
Động cơ dung tích dưới 1.0L: Fiat 875cc Twin Air (500)
1.0L - 1.4L: Volkswagen 1.4L TSi Twincharger
1.4L - 1.8L: BMW 1.6L Turbo (Mini)
1.8L - 2.0L: BMW 2.0L Twin-Turbo diesel
2.0L - 2.5L: Audi 2.5L Turbo
2.5L - 3.0L: BMW 3.0L DI Twin-Turbo
3.0L - 4.0L: BMW 4.0L V8 (M3)
Trên 4.0L : Ferrari 4.5L V8 (458 Italia)
|
Đây là lần thứ hai một động cơ dung tích dưới 1 lít (lần trước là Toyota vào năm 1999) giành được vinh quang này. Đáng nói hơn nữa, năm nay đối thủ của Twin Air không chỉ bao gồm các động cơ đốt trong mà còn có những hệ thống động cơ điện danh tiếng đang gây được nhiều sự chú ý trên các xe Nissan Leaf, Mitsubishi iMIEV, Peugeot iOn and Citroen C-Zero. Tuy nhiên, Twin Air chiến thắng cả ở hạng mục Green Engine. Tổng cộng, động cơ “hạt tiêu” này mang về tới 4 danh hiệu cho Fiat. Các tên tuổi còn lại đoạt giải năm nay cũng đều rất quen thuộc: Ferrari 2 giải, BMW 4 giải, trong khi Audi và Volkswagen mỗi hãng có 1 giải. Các giải thưởng được bình chọn bởi hội đồng giám khảo gồm 76 nhà báo uy tín đến từ 36 quốc gia.
Như các tài liệu được công bố rộng rãi, công nghệ Multi Air có nhiều lợi ích như giúp động cơ xăng tăng 10% công suất (tất nhiên là so với động cơ thông thường cùng dung tích), tiết kiệm 10% nhiên liệu tiêu thụ và như vậy giảm 10% lượng khí thải… Cụ thể hơn, chiếc Fiat 500 trang bị động cơ Twin Air chỉ có 2 xi-lanh và dung tích 875cc (tương đương với một chiếc Daewoo Matiz) nhưng đạt tốc độ tối đa tới 173km/h và tăng tốc 0-100km/h chỉ trong 11 giây. Ngoài ra, mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải cũng đều là con số mà nhiều hãng thèm muốn: 4,1 lít/100km và 95g/km trong thành phố (nếu đi kèm số sàn), hoặc 4 lít/100km và 92g/km (với hộp số bán tự động Dualogic). Fiat 500 Twin Air thậm chí còn cho phép lựa chọn chế độ lái Eco để giảm hơn nữa lượng tiêu thụ xăng khi đi lại trong thành phố.
Hiện nay, Fiat mới ứng dụng Multi Air trên van nạp, nhưng trong tương lai có thể cả trên van xả.
Ảnh: Chiếc Fiat 500 trang bị động cơ Twin Air.
Cấu tạo hệ thống Multi Air
Như đã nói, động cơ của Fiat trang bị công nghệ Multi Air. Giá trị của công nghệ này không nằm ở chỗ nó mang lại sức mạnh lớn hơn, đồng thời tiêu thụ ít xăng hơn, mà là ở kết cấu đơn giản của nó.
Khi chế tạo động cơ, các nhà sản xuất gặp phải bài toán khó: nếu chế tạo trục cam để van mở lớn thì xe có ưu thế ở tốc độ lớn nhưng lại bị mắc phải hạn chế chạy giật cục ở tốc độ thấp,và ngược lại nếu để van mở nhỏ thì động cơ vận hành mượt mà ở tốc độ thấp nhưng sẽ yếu khi cần và hạn chế về sức mạnh ở tốc độ cao. Vì thế, một trục cam thường là giải pháp thỏa hiệp giữa 2 vấn đề trên, đồng thời, các nhà sản xuất sử dụng bướm ga để điều tiết lượng khí nạp vào xi-lanh. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của bướm ga chính là việc gây nên hiện tượng chân không: Bướm ga càng đóng hẹp thì lượng khí nạp càng ít, trong khi pít-tông vẫn tiếp tục hút khí qua bướm ga đã đóng gần kín. Hiện tượng này gây khiến động cơ “phung phí” mức khoảng 10% năng lượng sinh ra.
Hầu hết các hãng xe hiện nay, mà đi đầu là BMW với công nghệ Valvetronic, đã loại bỏ bướm ga và sử dụng phương pháp biến thiên độ mở của van để điều tiết lượng khí nạp. Trong động cơ Valvetronic, bên cạnh trục cam truyền thống, còn có một trục cam trung gian được điều khiển điện tử để thay đổi thời điểm mở van, thời gian mở van cũng như độ mở của van. Đây là một hệ thống phức tạp với mô-tơ điện, nhiều tay đòn và bánh răng trung gian.
Fiat Multi Air cũng đạt được hiệu quả như Valvetronic, bằng cách đơn giản hơn nhiều. Đây là động cơ với trục cam đơn (SOHC), thay cho loại cam đôi (DOHC) phổ biến hiện nay. Trục cam này cũng có 2 vấu cam xả, dùng để mở các van xả, nhưng chỉ có một vấu cam nạp. Vấu cam nạp không tác động trực tiếp tới các van nạp, thay vào đó khi xoay nó sẽ tỳ lên một cò mổ/tay đòn trung gian. Tay đòn này đẩy một pít-tông nằm trong một xi-lanh trung gian, tạo ra lực nén trong đường dẫn dầu thủy lực. Đường dẫn này tiếp đó được chia làm 2, tới 2 pít-tông nhỏ khác, có nhiệm vụ mở 2 van nạp.
Trọng tâm của hệ thống truyền lực trung gian này là một van solenoid (solenoid valve). Solenoid chỉ làm duy nhất việc đóng hoặc mở, tuân theo sự điều khiển của máy tính điện tử. Khi solenoid đóng, áp lực dầu truyền toàn bộ chuyển động của vấu cam nạp tới van nạp. Khi solenoid mở, dầu thoát ra ngoài, nên trục cam vẫn chuyển động nhưng do liên kết bị ngắt, van nạp vẫn đóng kín dưới tác động của lò xo van.
Cấu tạo động cơ Twin Air giành giải “International Engine of the Year 2011”.
Multi Air hoạt động ra sao?
Như vậy, hoạt động của động cơ phụ thuộc vào sự vận hành của solenoid. Động cơ công nghệ Multi Air do đó không cần tới trục cam với các vấu có biên dạng khác nhau (điển hình như Honda VTEC), mà chỉ cần thiết kế vấu cam sao cho van nạp có thể mở lớn nhất. Để đạt công suất tối đa, solenoid luôn đóng kín, dẫn tới van nạp được mở hoàn toàn. Tùy theo các trạng thái hoạt động khác nhau của động cơ mà solenoid đóng mở linh hoạt để thay đổi liên tục thời điểm mở của các van nạp tại mỗi xi-lanh để tăng hiệu quả.
|
Ích lợi của công nghệ Multi Air
- Động cơ đáp ứng nhanh hơn
- Tăng công suất tối đa 10%
- Mô-men xoắn ở mức vòng tua thấp tăng 15% nhờ quá trình đóng van nạp sớm để kiểm soát lượng khí trong buồng đốt
- Giảm 10% lượng tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải CO2, ngay cả với động cơ turbo. Riêng động cơ Multi Air turbo tiết kiệm tới 25% nhiên liệu tiêu thụ so với động cơ thông thường cùng công suất
- Có thể ứng dụng cho mọi động cơ đốt trong, bất kể loại nhiên liệu sử dụng là xăng, khí ga, hydro hay diesel. Với động cơ diesel, tuy công nghệ Multi Air không giúp cải thiện lượng nhiên liệu tiêu thụ nhưng cũng làm giảm đi phần lớn các loại chất thải độc hại.
|
Ví dụ, ở mức vòng tua thấp hoặc đủ tải, solenoid mở ra gần cuối chu trình hoạt động của trục cam, dẫn tới van nạp đóng sớm, giúp loại trừ việc khí xả đẩy trở lại cổ góp và tối đa lượng khí lưu trong buồng đốt. Trong trường hợp xe chạy không tải hoặc đang lăn bánh đều, solenoid đóng muộn (khi vấu cam đã tác động lên tay đòn) khiến van nạp mở ra trong khoảng thời gian ngắn nhằm tăng tốc độ dòng khí nạp. Khi xe chạy trong thành phố, 2 chế độ trên có thể kết hợp với nhau trong một kỳ nạp (intake stroke), mở van nạp 2 lần (đó là nguyên nhân dẫn tới tên gọi Multi Air). Cách mở nhiều lần này làm cho hòa khí được “trộn” kỹ hơn và tỷ lệ cháy cũng cao hơn.
Ngoài ra, solenoid còn góp phần tạo ra một phanh thủy lực nhằm hãm tốc độ đóng của van nạp, đảm bảo van nạp đóng một cách nhẹ nhàng trong bất kỳ điều kiện hoạt động nào của động cơ.
Năm 1997, Fiat từng đưa ra công nghệ Common Rail tạo nên bước đột phá trong việc sử dụng động cơ diesel. Tuy nhiên, giai đoạn khủng hoảng đầu thế kỷ 21 đã buộc hãng phải bán bản quyền cho Bosch. Bài học ngày đó chưa phai và giờ đây cũng đang ở trong giai đoạn hồi phục mạnh mẽ, nên hãng xe Ý tuyên bố sẽ giữ bản quyền công nghệ Multi Air và chỉ bán license cho các nhà sản xuất khác mà thôi.
