H2O – Thần dược dành cho động cơ xe hơi

Quay trở lại năm 2016, BMW lúc bấy giờ đã gây chú ý với chiếc xe thể thao M4 GTS. Đó là một phiên bản giới hạn được phát triển từ model hiệu năng cao M4. Bên cạnh thiết kế cực kỳ lôi cuốn, có lẽ là chiếc xe đẹp nhất của BMW trong nhiều năm, M4 GTS còn mang trên mình một vài đặc sản. Nổi bật nhất trong số đó chính là hệ thống phun nước. Nên nhớ rằng M4 GTS là chiếc xe sản xuất hàng loạt đầu tiên trong vòng 20 năm sở hữu hệ thống này.

Theo công bố của BMW, M4 GTS có thể đạt tới công suất 493 mã lực và 600Nm mô-men xoắn – tức là tăng gần 70 mã lực và 50Nm so với M4 tiêu chuẩn. Kết quả này có được chủ yếu là nhờ sự xuất hiện của hệ thống phun nước nói trên.

Ban đầu, hệ thống phun nước (water injection) có nhiệm vụ ngăn ngừa sự kích nổ. Vì thế, nó còn có tên gọi khác là ADI (anti-detonant injection). Khi có nước phun vào, các thành phần bên trong động cơ có thể được làm mát, đồng thời hạ thấp nhiệt độ của hỗn hợp nhiên liệu-không khí. Hơn nữa, dòng nước được bơm vào sẽ hóa hơi do nhiệt độ cao, làm kìm nén sự kích nổ và gia tăng đáng kể tỷ số nén – biến nhiệt năng thành sức nén. Nói nôm na thì chuỗi hiệu ứng trên giúp cải thiện sức mạnh cũng như hiệu quả hoạt động của động cơ, nhất là khi đi kèm các hệ thống nạp khí cưỡng bức.

Ngoài ra, hệ thống phun nước cũng góp phần hạn chế sự hình thành hợp chất ni-tơ ô-xít (NOx). Và đây chính là yếu tố giúp water injection trở nên quan trọng trong thời buổi này, thay vì chăm chăm đi bổ sung sức mạnh. NOx vốn được tạo ra từ quá trình ô-xy hóa khí Ni-tơ (trong không khí) ở nhiệt độ cao. Mà buồng đốt động cơ là nơi thường xuyên diễn ra phản ứng đó, bao gồm cả máy dầu lẫn máy xăng. Tuy nhiên, hệ thống này hoạt động kém hiệu quả hơn hẳn ở động cơ diesel.

Theo tìm hiểu, hệ thống phun nước trên BMW M4 GTS được hợp tác phát triển với gã khổng lồ Bosch. Dù trên M4 GTS nó được sử dụng với động cơ 6 xi-lanh nhưng Bosch tuyên bố hệ thống này có thể tương thích với những dòng máy nhỏ hơn, chỉ 3 hoặc 4 xi-lanh.

So với hiệu ứng làm mát bay hơi (evaporative cooling) vốn được áp dụng trên đại đa số các dòng máy xăng tăng áp, giải nhiệt bằng nước có hiệu quả cao hơn nhiều do hấp thụ một lượng nhiệt lớn hơn. Hơn nữa, chiếc xe cũng không cần phải mang theo quá nhiều nước – thứ gây ra tác dụng phụ là làm tăng trọng lượng xe. Bosch từng tuyên bố chỉ với vài trăm mili lít nước, hệ thống của họ có thể hoạt động trên quãng đời lên tới 100km.

Những con số ban đầu mà Bosch đưa ra đã cho thấy triển vọng đầy hứa hẹn của hệ thống phun nước. Theo đó, chiếc xe có thể cắt giảm 4% lượng nhiên liệu tiêu thụ dựa trên chuẩn đánh giá WLTP. Còn trong điều kiện thực tế, con số đó có thể lên tới 13%. Để cho mọi thứ trở nên đơn giản, hệ thống của Bosch sẽ phun nước vào khoang chứa của cổ góp hút thay vì phun trực tiếp vào buồng đốt. Điều này cho phép công nghệ của họ có thể dễ dàng ứng dụng trên nhiều loại động cơ.

Dù được giới thiệu chính thức từ năm 2016, công nghệ do Bosch phát triển vẫn chưa thực sự tạo được hiệu ứng như kỳ vọng. Nhưng với sự khắt khe của các tiêu chuẩn khí thải mới, có lẽ thời điểm mà hệ thống này tỏa sáng sẽ không còn xa.

Để giảm thiểu sự phát thải khí độc NOx, không ít công ty đã thử nghiệm với hydro, thay thế cho xăng và dầu. Nhưng cho đến nay, đó vẫn là một ý tưởng tồi. Bởi hydro chỉ thải ra nước trong những điều kiện cháy nhất định. Còn khi sử dụng cho những khối động cơ đốt trong hiện nay, nó vẫn sản sinh ra NOx, thậm chí là không hề ít. Nếu điều chỉnh hỗn hợp không khí-nhiên liệu bằng cách tăng gấp đôi lượng khí, lượng phát thải NOx sẽ giảm đáng kể nhưng hiệu suất của động cơ cũng tụt hẳn.