Từ năm 1882, kỹ sư người Anh, Jame Atkinson đã phát hiện ra nhược điểm của động cơ đốt trong 4 kỳ do Nikolaus Otto (1832-1891), kỹ sư người Đức sáng chế năm 1864. Atkinson đã chỉ ra trong 4 kỳ của động cơ Otto, chỉ có kỳ nổ dãn là tạo ra sức mạnh động cơ, 3 kỳ còn lại chỉ hấp thu động năng do kỳ nổ dãn đã tạo ra, tiêu tốn động năng nhiều nhất ở kỳ nén.
Atkinson đi đến kết luận để tăng công suất động cơ và giảm tiêu hao nhiên liệu cần phải tăng thêm thể tích kỳ dãn, giảm thể tích hút nén. Atkinson đã chế tạo thành công động cơ “giảm hút tăng dãn”.
[pagebreak]
Động cơ Atkinson được xem như một biến thể của động cơ Otto. Tuy nhiên nguyên mẫu động cơ của Atkinson quá cồng kềnh, chỉ là mô hình minh họa cho lý thuyết, không thể ứng dụng vào thực tế.
Suốt 130 năm, động cơ Atkinson đã là một thách thức đối với các nhà cơ khí trên thế giới. Nhưng động cơ Otto 4 kỳ nguyên thủy vẫn không có gì thay đổi trong thời gian dài.
Các kỹ sư Honda là người tìm được lời giải cho bài toán. Năm 2011, lần đầu tiên trên thế giới Honda trình làng động cơ “tăng dãn” lấy tên là EXlink viết tắt Extended Expansion Linkage Engine dựa trên lý thuyết của động cơ Atkinson.
Trái với động cơ 4 kỳ Otto, quãng di chuyển của pít tông trong xy lanh ở cả 4 kỳ hút, nén, nổ, xả đều bằng nhau; ở động cơ EXlink của Honda trong kỳ dãn và xả có quãng di chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD) và ngược lại xa hơn kỳ hút và kỳ nén. Nói một cách khác, động cơ EXlink của Honda có 2 ĐCD, một ở cao hơn dành cho kỳ hút, và ĐCD thấp hơn ở kỳ dãn. Điều này giúp cho thể tích dãn nổ lớn hơn thể tích hút nén 1,4 lần, giảm được tiêu hao nhiên liệu so với động cơ thông thường.
Ở động cơ thông thường, pít tông được kết nối với trục khuỷu (crankshaft) thông qua thanh truyền (connecting rod). Ở EXlink có thêm 3 chi tiết mới, một chi tiết hình tam giác (Trigonal link), một đỉnh tam giác nối với thanh truyền, một đỉnh nối với trục khuỷu, đỉnh còn lại nối với “thanh lúc lắc” (Swing rod). Một đầu thanh lúc lắc nối với chi tiết tam giác, đầu còn lại là một vòng tròn lớn bắt với tâm bánh răng có trục nhỏ hơn được đặt tên trục lệch tâm (Eccentric shaft). Sự phối hợp giữa 3 chi tiết Trigonal link, Swing rod, Eccentric shaft giúp cho động cơ EXlink có thể tăng được dung tích kỳ dãn. Với thiết kế này, động cơ EXlink đã tăng dung tích 110 cc ở kỳ hút lên 163 cc ở kỳ dãn nổ.
Ở động cơ đốt trong thông thường, chỉ có 1 điểm chết dưới (ĐCD), tăng thể tích kỳ dãn cũng đồng nghĩa với tăng thể tích kỳ hút và nén, dẫn đến tăng tỷ số nén hòa khí. Khi đó, với ĐCD được thiết kế ở thấp như động cơ này, tỷ số nén sẽ là 17,6 :1, sẽ xảy ra hiện tượng nổ sớm, tạo ra tiếng gõ trong động cơ làm giảm công suất. Nhờ công nghệ độc đáo “giảm hút tăng dãn” EXlink vẫn giữ được tỷ lệ nén 12,2 : 1 ngăn ngừa được hiện tượng cháy sớm không mong muốn, nhưng vẫn nâng được hiệu suất nhiệt của xe trên lý thuyết từ 110 lên 163 (thực tế một phần hiệu suất bị mất đi do lực ma sát ở cơ cấu chi tiết tam giác, thanh lúc lắc và trục lệch tâm.
Giảm ma sát giữa pít tông với xy lanh
Một sáng tạo độc đáo trong việc ứng dụng nguyên lý của động cơ Atkison là giảm ma sát. Do chuyển động thanh truyền (connecting rod), ở động cơ truyền thống nối pít tông với trục khuỷu, để biến chuyển động thẳng thành chuyển động quay, không song song với thành xy lanh mà tạo thành 1 góc 16 độ nên lực ma sát lớn, làm giảm công suất hữu dụng. Ở động cơ EXlink, việc bổ sung kết cấu tam giác giúp cho chuyển động lệch góc của thanh truyền gần như song song với thành xy lanh (2,4 độ), giảm đáng kể lực ma sát có hại.
Động cơ chu kỳ Miller (Miller cycle)
Năm 1957, một kỹ sư người Mỹ tên Ralph Miller đã đưa ra một giải pháp thay thế cho cơ cấu truyền động tam giác “giảm hút tăng dãn” phức tạp, khó thực hiện, bằng giải pháp đơn giản hơn “tăng dãn giảm nén”.
Để giảm nén, Miller chế tạo trục cam có thể kéo dài thời gian mở của van hút gối qua kỳ nén. Khoảng 1/5 thời gian nén, van hút được mở để hòa khí thoát trở lại bộ phận cung cấp. Để tránh thất thoát nhiên liệu nhà sản xuất thiết kế hộp chứa khí gas phản hồi hoặc trang bị supercharger để hạn chế lượng ga phản hồi. Tuy nhiên lợi ích của công nghệ này đối với động cơ hút khí tự nhiên không lớn lắm nên ít nhà sản xuất ô tô áp dụng.
Cho đến khi công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp (Direct Injection) và van biến thiên theo thời gian Variable valve timing (VVT) được hoàn thiện, công nghệ động cơ Miller mới phát huy tác dụng. Thời gian mở của van hút vẫn gối qua kỳ nén, một lượng khí được thoát ra ngoài qua ngả hút khí. Nhưng lúc này nhiên liệu chưa được phun vào xy lanh nên khí phản hồi chỉ là không khí không chứa nhiên liệu. Nhiên liệu chỉ được phun khi van hút đã đóng nên không tổn thất nhiên liệu.
Công nghệ van biến thiên thông minh với trục cam kép (DOHC) kết hợp với phun nhiên liệu trực tiếp, phối hợp hoạt động một cách thông minh giữa van hút và van xả nhằm tăng hiệu suất động cơ ở giải tốc độ rộng hiện nay được hầu hết nhà sản xuất ô tô sử dụng để sản xuất động cơ xe hybrid tiết kiệm nhiên liệu và được đặt tên là động cơ i-VTEC hoặc VVT-i. Công nghệ này cũng có khi được nhà sản xuất gọi là động cơ chu kỳ Atkinson do ứng dụng nguyên lý “tăng dãn nổ, giảm hút nén”. Prius với công nghệ continuously variable transmission (CVT) được gọi là động cơ chy kỳ Atkinson của Toyota. Nhưng chỉ là thay thế hay giống như Atkinson, chỉ có công nghệ EXlink của Honda có thể xem là Atkinson chính thống. Tuy nhiên, dù là Atkinson chính thống hay thay thế đều đem lại hiệu quả nhiên liệu tương đương.
Last edited by a moderator:
