Kỹ sư Nga "tái cấu trúc" piston, tạo sức mạnh đột phá cho động cơ diesel: Nhận ngay bằng sáng chế

Các kỹ sư Nga đã đề xuất một bước tiến mới trong thiết kế piston cho động cơ diesel: Tích hợp thêm một khoang phụ dạng vòng ôm quanh buồng đốt chính để hỗ trợ đốt cháy triệt để lượng nhiên liệu còn sót lại.

Kết quả thử nghiệm thực tế trên bệ thử cho thấy giải pháp này không chỉ giúp giảm mức tiêu hao nhiên liệu mà còn gia tăng đáng kể công suất vận hành.

Giải pháp công nghệ này đã chính thức được Cơ quan Sở hữu Trí tuệ Nga (FIPS) cấp bằng sáng chế, đứng tên Đại học Nông nghiệp Quốc gia St. Petersburg, truyền thông Nga đưa tin ngày 29/10.

Nguyên lý hoạt động thông minh

Khoang phụ này có hình dạng hình vành khăn và bao quanh phần đáy của buồng đốt chính bên trong piston. Nó kết nối với buồng đốt chính thông qua các kênh dẫn nằm nghiêng, đặt đối diện trực tiếp với các lỗ phun nhiên liệu (số lượng kênh dẫn tương ứng chính xác với số lỗ phun).

Thể tích của khoang phụ chiếm khoảng 3-10% tổng thể tích buồng đốt chính, và phần buồng đốt chính cũng được thu nhỏ một lượng tương ứng để giữ nguyên tỷ số nén của động cơ. Theo các tác giả, tỷ lệ tối ưu nhất rơi vào khoảng 5%.

Cơ chế vận hành diễn ra rất nhịp nhàng:

Trong kỳ nén: Không khí được nén đẩy qua các kênh dẫn nghiêng để đi vào khoang phụ.

Trong kỳ phun và cháy: Một phần hỗn hợp nhiên liệu - không khí tiếp tục dịch chuyển từ buồng đốt chính sang khoang phụ.

Trong kỳ giãn nở khí trong xi lanh: Dòng khí từ khoang phụ lại dội ngược trở lại buồng đốt chính.

Ý tưởng cốt lõi của nhóm phát triển là lợi dụng các luồng khí xoáy ngược này để phá vỡ "vùng ảnh hưởng" của các tia phun nhiên liệu, giúp không khí và nhiên liệu hòa trộn đều hơn.

Điều này thúc đẩy quá trình cháy kiệt ở giai đoạn muộn - thời điểm quyết định đến hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu của động cơ diesel.

Kết quả ấn tượng

Đội ngũ nghiên cứu đã tiến hành kiểm chứng thiết kế mới trên động cơ diesel D-21A1 do Nga sản xuất, lắp đặt các piston thử nghiệm với buồng đốt mới.

Kết quả thu được vô cùng ấn tượng:

Mức tiêu hao nhiên liệu riêng: Giảm từ 9% đến 12%.

Hiệu suất có ích (KPĐ): Tăng 11,5%.

Công suất động cơ: Tăng khoảng 8%.

Giới hạn khói cũng được cải thiện: Động cơ có thể hoạt động với hỗn hợp giàu nhiên liệu hơn, trong khi hệ số dư không khí giảm bớt 0,1.

Công nghệ này là một giải pháp "xanh hóa" động cơ diesel hiện hữu rất thực tế. Dù không thay thế hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch, nó giúp quá trình chuyển dịch năng lượng diễn ra hiệu quả hơn bằng cách làm cho các động cơ truyền thống chạy sạch hơn, mạnh hơn và tiết kiệm hơn mà không tốn quá nhiều chi phí thay đổi dây chuyền sản xuất piston.

Về mặt môi trường, động cơ giúp giảm phát thải và ô nhiễm: Khói đen đặc trưng của động cơ diesel chính là các hạt muội than (PM) do nhiên liệu cháy không hết tạo thành. Thiết kế mới giúp động cơ vận hành tốt hơn ngay cả khi dùng hỗn hợp giàu nhiên liệu mà không sinh ra nhiều muội than, trực tiếp giảm ô nhiễm bụi mịn trong không khí.

Chưa kể, lượng CO2 phát thải tỉ lệ thuận trực tiếp với lượng nhiên liệu tiêu thụ. Việc giảm 9-12% mức tiêu hao nhiên liệu đồng nghĩa với việc giảm trực tiếp một lượng tương ứng khí nhà kính thải vào khí quyển.

Ngoài ra, nó giúp tăng tuổi thọ linh kiện, giảm rác thải kỹ thuật. Quá trình cháy sạch hơn hạn chế tình trạng đóng cặn muội than trên xúp-páp, kim phun và piston. Động cơ ít hỏng hóc hơn, kéo dài chu kỳ bảo dưỡng và tuổi thọ thiết bị, gián tiếp giảm áp lực khai thác nguyên liệu và rác thải cơ khí ra môi trường.

Tham khảo: FT