Công nghệ Stop-Start ảnh hưởng đến động cơ xe ô tô ra sao?

No comments

Với ổ bi ma sát thấp và công nghệ bôi trơn, vấn đề ảnh hưởng của công nghệ stop – start đến độ bền động cơ đã được xử lý về mặt lý

Tại các đô thị, công nghệ stop-start (tự động tạm tắt động cơ khi xe dừng) đã tạo ra một sự thay đổi lớn, tuy vậy, liệu độ bền của động cơ có thể bị ảnh hưởng về lâu về dài?

Stop-start là một hệ thống được thiết lập sẵn trên phần lớn các mẫu xe ngày nay nhằm giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu (xăng/dầu) khi xe ở trạng thái không di chuyển. Công nghệ ô tô mới này không chỉ giúp giảm thiểu mức tiêu hao nhiên liệu mà còn hạn chế lượng khí thải từ động cơ xe. Khi phanh được nhả hoặc ly hợp được ghép lại cho thấy người lái đang sẵn sàng tiếp tục hành trình, động cơ sẽ tái khởi động.

Hệ thống stop-start làm việc như thế nào?
Hệ thống Stop-start hoạt động dựa vào cơ chế tạm ngừng cấp xăng và đánh lửa bên trong động cơ, với một cảm biến vi tính nhận diện thời điểm chiếc xe đang dừng lại, chân phanh được nhấn hoặc khi xe không hoạt động. Mọi thứ xảy ra một cách tự động, tuy vậy, người lái cũng có thể lựa chọn bật hoặc tắt chế độ này bằng cách bấm vào nút Stop-Start (hoặc biểu tượng một chữ A viết hoa với mũi tên vòng tròn theo chiều kim đồng hồ) trên xe.

Hệ thống stop-start làm việc như thế nào

Động cơ xe được khởi động theo cách truyền thống bằng việc gắn một bánh răng nhỏ chủ động với một vòng răng bánh đà lớn một cách ăn khớp xung quanh, bên ngoài bánh đà của động cơ.

Công nghệ Stop-start mới nhất nhìn không khác gì so với hệ thống cũ, tuy vậy, nó sở hữu động cơ khỏe hơn, phản ứng nhanh hơn và hoạt động mạnh mẽ hơn. Một số trong đó được kí hiệu là “TS” (sử dụng những cuộn dây được đặt trước sau) và được thiết kế để ứng biến trơn tru trong tình huống động cơ đang chuẩn bị dừng lại thì người lái xe lại đột ngột tăng tốc.

Những tình huống này thường xảy ra khi người lái xe đã quyết định dừng lại nhưng vì một lý do nào đó lại đổi ý, chẳng hạn khi những luồng giao thông thay đổi một cách bất ngờ. Trong tình huống đó, tuy động cơ chuẩn bị nghỉ nhưng nó vẫn đang quay. Vì vậy, để tránh những tiếng kêu lắc rắc, một cuộn dây sẽ kích hoạt động cơ khởi động để đồng bộ tốc độ với động cơ xe trước khi vào số.

Khi nói đến “độ bền” và “dòng đời” nói chung, ta cần cân nhắc tới tất cả các yếu tố, linh kiện có liên quan đến quả trình khởi động. Tuy vậy, càng nhiều chu trình stop-start sẽ dẫn đến gia tăng hao mòn động cơ nếu chúng ta không làm gì để hạn chế điều đó.

“Một chiếc xe ô tô bình thường không có hệ thống stop-start tự động có thể trải qua 50.000 lần khởi động trong suốt vòng đời. Tuy nhiên, với những chu trình stop-start được tự động kích hoạt mọi lúc, con số đó sẽ nhanh chóng vượt ngưỡng 500.000 lần trong một vòng đời động cơ.” Gerhard Arnold – người chịu trách nhiệm thiết kế vòng bi tại Federal Mogul cho biết. Đó là một sự gia tăng đáng kể và là một thách thức lớn đối với độ bền của ổ bi.

Một thành phần không thể thiếu của động cơ và cũng là một trong số những chi tiết nặng nề nhất chính là trục khuỷu. Nó được nâng đỡ khi quay bởi một số lượng lớn các ổ trục được mài chính xác theo dọc chiều dài của nó chạy vào các ổ trượt trơn (không có bi). Những ổ trượt trơn này có vai trò vô cùng quan trọng bởi nó năm ở vị trí liền sát với động cơ khởi động.

Khi động cơ đang hoạt động, trục khuỷu và bề mặt ổ trượt trơn thực tế không tiếp xúc với nhau mà được phân cách bởi một tấm màn dầu siêu mỏng được tiếp vào dưới áp lực và được bơm xung quanh bề mặt của ổ trượt bằng chính sức quay của trục khuỷu. Quá trình này được gọi là “Bôi trơn thủy động lực học” nhưng khi động cơ dừng hoạt động, trục khuỷu đè lên ổ trượt, lúc này, 2 bề mặt kim loại của chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau.

Khi động cơ khởi động, có một thời điểm trước khi 2 bề mặt được phân tách bởi tấm màn dầu mỏng được gọi là “điều kiện giao thoa” – khi đó, trục khuỷu quay nhưng sẽ không có tiếp xúc trực tiếp với bề mặt của ổ trượt.

Đây chính là thời điểm xảy ra bào mòn mạnh mẽ nhất. Việc sử dụng công nghệ stop-start làm gia tăng số lần xuất hiện của cái gọi là “Điều kiện giao thoa” này lên 500.000 lần, tức là gấp 10 lần so với con số 50.000 mà một ổ trượt thông thường chịu được trong vòng đời của nó.

Có 2 giải pháp giúp ngăn chặn điều này xảy ra. Thứ nhất, các nhà sản xuất ổ bi đang nghiên cứu phát triển vật liệu mới có khả năng tự bôi trơn và chống chịu được bào mòn khi khởi động. Federal Mogul cũng đã phát triển một vật liệu mới có tên gọi Irox với một lớp áo polymer chứa các phân tử sắt oxit (rỉ sắt) – vật liệu trở nên trơn một cách đáng kinh ngạc khi ở dạng tinh tể siêu nhỏ.

Trên thực tế, nó trơn đến mức hệ số ma sát của một ổ trượt Irox thấp hơn một nửa so với ổ trượt từ nhôm trước đây, nó dễ dàng được sử dụng trong những chiếc xe trang bị công nghệ stop-start.

Dầu nhớt ma sát thấp cũng có thể là giải pháp

Thứ hai là việc cải tiến dầu nhớt. Một loại dầu nhớt động cơ mới chứa một nhóm các chất phụ gia phức tạp có nguồn gốc hóa học. Giám đốc công nghệ của công ty dầu nhớt Anh – Millers Oils, Martyn Mann cho biết: “Công thức để tạo ra loại hỗn hợp này rất đặc biệt. Chúng tôi giảm ma sát với việc bôi trơn bằng dầu và cải thiện độ bền của màn dầu. Chúng tôi nghĩ rằng nó sẽ phù hợp hơn cho hệ thống Stop-start”.

Hãng Millers đã bắt đầu nghiên cứu loại dầu ma sát thấp trong phòng thí nghiệm từ năm 2006. “Chúng tôi sử dụng nhiều công thức khác nhau cùng lúc, kiểm định chúng trên các thiết bị và tìm ra rằng có thể giảm thiểu ma sát trượt giữa các pít tông và lớp lót xuống một nửa.” – Mann cho biết thêm.

Nói chung, những khám phá này làm giảm nhiệt độ, hao phí năng lượng và giảm mức tiêu thụ xăng cũng như sự mài mòn của động cơ. Dẫu vậy, công nghệ Triple ester nano của Miller (thương biết đến với cái tên Nanodrive) thậm chí còn tiến xa hơn thế. Những hạt nano giống những những viên bi siêu nhỏ sẽ tróc ra ở áp suất cao, những lớp vảy polymer từ đó bám dính vào bề mặt của động cơ.

Từ trước đến nay, công nghệ này mới chỉ được áp dụng trong các sản phẩm bôi trơn chất lượng cao của Millers sử dụng cho dòng xe đua. Tuy nhiên, đối với những mẫu xe phổ thông sử dụng công nghệ stop-start, nó cũng giúp giảm thiểu sự hao mòn trong quá trình khởi động lại – thời điểm sự hao mòn diễn ra mạnh mẽ nhất.

Với ổ bi ma sát thấp và công nghệ bôi trơn, vấn đề ảnh hưởng của công nghệ stop – start đến độ bền động cơ đã được xử lý về mặt lý thuyết. Tuy vậy, công nghệ hiện tại vẫn còn khá mới mẻ và chỉ có thời gian mới có thể trả lời liệu nó có thực sự hiệu quả và hữu ích hay không.

Trong tình huống bạn đạng dừng lại với động cơ xe không hoạt động, ví dụ như khi đường tắc hoặc chờ đèn đỏ, công nghệ này sẽ giúp tiết kiệm lượng nhiên liệu tương đương nếu động cơ xe hoạt động vào thời điều đó.

Thực tế, việc có thể tiết kiệm được chính xác bao nhiêu là một vấn đề còn gây tranh cãi và phụ thuộc phần lớn về loại truyền động được nối với hệ thống. Rõ ràng, càng nhiều thời gian không hoạt động thì càng tiết kiệm được nhiều nhiên liệu. Ngược lại, cũng có một số tình huống mà tính năng Stop-Start không được kích hoạt, ví dụ như khi động cơ đã nguội, hệ thống stop-start sẽ ít có khả năng can thiệp mà phải chờ đến khi động cơ được làm nóng hoàn toàn. Công nghệ cũng sẽ không ngắt hoàn toàn động cơ nếu pin ở dưới một mức độ nào đó và giống như hệ thống của Volvo, nếu người lái tháo dây an toàn hoặc nếu bạn bật điều hòa lên.

Stop-Start cũng được thiết kế để giảm thiểu lượng khí thải trong các vùng đô thị – những nơi mà giao thông đông đúc và thời gian chờ đợi trên đường nhiều hơn. Không chỉ là tiết kiệm xăng, hệ thống còn có nhiều lợi ích hơn đối với cả hệ thống điều khiển và vận hành xe, hơn là chỉ những vấn đề kinh tế thông thường.