Vì sao động cơ xoay Wankel trên xe hơi dần đi vào quên lãng?

 

Hẳn giới mộ điệu xe hơi khó thể nào quên được những chiếc Mazda RX-7 FD ra đời từ 2 thập kỉ trước - dòng xe đã đưa động cơ xoay Wankel cùng những ưu điểm tuyệt vời của nó lên tầm biểu tượng, không chỉ cho Mazda mà còn cho cả một thế hệ sản sinh ra những mẫu xe thể thao huyền thoại Nhật Bản. Thực tế Mazda luôn là hãng đi đầu trong việc trang bị động cơ xoay Wankel trên những mẫu xe thể thao RX (RX-2, RX-3 ... hay mới nhất là chiếc RX-8) và đã đạt được vô số thành công về mặt thương mại. Tuy nhiên, đó là chuyện của quá khứ. Ở thời điểm này, dường như khách hàng đã không còn mấy mặn mà với động cơ xoay nữa. Việc chậm cải tiến công nghệ khiến động cơ xoay còn tồn tại khá nhiều khuyết điểm và ngày càng bị động cơ piston bỏ xa. Trước hết, chúng ta hãy thử điểm qua nguyên lí hoạt động và những mặt lợi thế của dòng động cơ này.

 

 

Động cơ xoay Wankel thực tế có chu trình hoạt động tương tự so với động cơ piston truyền thống. Điểm khác biệt mấu chốt là thay vì piston và cylinder, động cơ xoay dùng cơ cấu bánh rotor hình tam giác chuyển động trong một buồng bầu dục.

 

 

Chính điểm mấu chốt này đã đem lại sự khác biệt cho động cơ xoay: có thể thấy rằng trong một chu kì vòng quay của bánh rotor tất cả các kì trên đều xảy ra gần như đồng thời. Có nghĩa là khi kì nạp đang diễn ra tại một phần trong buồng bầu dục thì kì nổ cũng đang xảy ra tại một phần khác. Chính bởi vậy lực đẩy đầu ra luôn mượt mà, ổn định cũng như tạo ra công suất lớn chỉ với kích thước động cơ khiêm tốn. Có thể thấy rõ hơn điều này qua hình động mô phỏng phía dưới (Wikipedia).

 

 

Nhờ cấu tạo đặc biệt này mà động cơ xoay Wankel có khá nhiều ưu điểm đắt giá:

 

- Tỉ lệ Công suất : Trọng lượng vượt trội. Một động cơ piston truyền thống cùng công suất nặng hơn động cơ xoay xấp xỉ 3 lần.

- Cấu tạo đơn giản giảm thiểu chuyển động ma sát cũng như giảm thiểu chi phí sản xuất.

- Hầu như không có rung lắc khi vận hành, đem lại sự ổn định cao.

- Cung cấp momen xoắn trong 2/3 chu kì vận hành, chứ không chỉ 1/4 chu kì như động cơ piston.

- Có thể hoạt động với nhiên liệu có chỉ số octane cao hơn…

 

 

Mang trong mình nhiều ưu điểm quý giá nhưng động cơ xoay Wankel lại đang dần bị lãng quên. Chiếc Mazda RX-8 đã ngưng sản xuất vào năm 2012, và dây chuyền sản xuất động cơ xoay của Mazda cũng vậy. Vì sao người dùng lại quay lưng với động cơ xoay?

 

Có 3 lí do chính dẫn đến điều này:

 

1. Hiệu quả nhiệt thấp và hao phí nhiên liệu: Do buồng đốt ở động cơ xoay được thiết kế hình bầu dục thuôn dài, hiệu suất nhiệt bị giảm đi tương đối rõ rệt so với động cơ dùng cơ chế piston – cylinder. Điều này cũng thường dẫn đến việc nhiên liệu chưa cháy hết đã bị thải khỏi ống xả (và khi lượng nhiên liệu này cháy sẽ tạo ra lửa đuôi xe – backfire – nhìn rất ‘ngầu’ nhưng đồng thời cũng rất hao phí nhiên liệu).

 

 

2. Thời gian cho một chu kì cháy hoàn thành là khá dài: do buồng đốt được thiết kế dài, mỏng và luôn chuyển động nên mất khá nhiều thời gian để bánh rotor hoàn thành một chu kì. Hơn nữa, sự chênh lệch nhiệt độ quá lớn giữa các phần của rotor dẫn đến sự dãn nở nhiệt khác nhau. Hiệu suất và tuổi thọ rotor cũng vì thế mà bị ảnh hưởng. Trong thực tế một động cơ xoay có tuổi thọ chỉ bằng khoảng 2/3 động cơ piston thông thường.

 

3. Quan trọng nhất là vấn đề khí thải: Trong tình hình môi trường diễn biến phức tạp như hiện nay, việc một mẫu xe với động cơ xoay Wankel không thể vượt qua một thử nghiệm khí thải nghiêm ngặt như tại châu Âu là điều dễ hiểu (chiếc Mazda RX-8 bị cấm bán tại châu Âu từ năm 2010 cũng là bởi vậy, doanh số bán xe vì thế mà sụt giảm đáng kể). Việc dầu máy bị rò rỉ trong quá trình vận hành (do cấu tạo quá đơn giản của động cơ xoay) cũng như nhiên liệu chưa cháy hết thoát ra ống xả khiến chiếc xe có chỉ số khí thải khá lớn và không thân thiện với môi trường.

 

 

Lời kết: Nhìn chung, động cơ xoay Wankel có những ưu điểm không thể phủ nhận, nhưng nếu không sớm được cải tiến công nghệ, chắc chắn chúng sẽ sớm đi vào quên lãng do không thể bắt kịp động cơ dùng piston truyền thống. Có nguồn tin cho rằng Mazda đang triển khai một thế hệ động cơ xoay Sky-R hoàn toàn mới có thể khắc phục được cơ bản những nhược điểm trên nhằm trang bị cho tân binh dòng xe RX - hậu duệ của mẫu RX-8 đã không mấy thành công. Hãy cùng hy vọng làng xe thể thao thế giới sẽ chứng kiến sự trở lại ngoạn mục của loại động cơ đầy triển vọng này.