Xử lý tốt hệ thống khí thải Động cơ Diesel - Điều làm nên danh tiếng cho Hyundai Santa Fe

Trên thực tế, doanh số bán của động cơ Diesel trên Santa Fe luôn chiếm tỉ trọng lớn, tương đương hoặc thậm chí nhỉnh hơn bản xăng. Tại Việt Nam, có một quan niệm cũ kĩ và hết sức sai lầm là xe sử dụng động cơ Disel đều ồn, tăng tốc kém, xả khói mù mịt cùng với mùi khá hôi đặc trưng. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ, những cỗ máy Diesel được hoàn thiện rất nhiều về công nghệ, đem đến những đặc điểm vận hành không hề thua kém động cơ xăng, thậm chí một vài đặc điểm còn nổi trội hơn máy xăng như sức kéo ( ở cùng 1 dải tua và dung tích máy, động cơ Diesel có thể đạt số momen xoắn cao gấp đôi động cơ xăng ). Thêm vào đó, khả năng tiết kiệm nhiên liệu của động cơ Diesel cũng rất tốt khiến cho xu hướng sử dụng động cơ Diesel ngày một phổ biến.

Đa số những động cơ Diesel hiện tại đều dùng Turbo để tăng công suất, trừ những mẫu xe tải đời cũ (Hiện nay những mẫu xe diesel không dùng Turbo cũng hầu như không đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 4 để có thể sản xuất).

Cỗ máy trên Santa Fe là động cơ diesel mang mã hiệu R, phiên bản tại Việt Nam là loại có dung tích 2.2L ứng dụng các công nghệ hiện đại như CRDI và eVGT. Hệ thống điều khiển động cơ Diesel của Santa Fe bao gồm cả khí nạp vào và điều khiển tái tuần hoàn khí xả(EGR) và xử lý khí thải, với hệ thống Common Rail là lõi của cả hệ thống điều khiển. Về cơ bản động cơ CRDI (Common rail Direct Injection ) bao gồm một ống phân phối chung (Common rail), và một bơm cao áp tách rời, ban đầu dầu diesel sẽ được hút từ thùng chứa qua ống nạp nhiên liệu đến ống phân phối chung, từ ống phân phối chung dầu sẽ được chuyển tới mỗi vòi phun để thực hiện quá trình phun nhiên liệu.

Hệ thống Common Rail lưu trữ nhiên liệu áp suất cao trong ống Rail và phun nhiên liệu vào xylanh của động cơ với thời điểm phun được điều khiển bởi bộ điều khiển động cơ ECU, cho phép phun nhiên liệu áp suất cao không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Kết quả là, hệ thống Common Rail có thể làm giảm các chất gây hại như oxit nitơ (NOx) và phần tử hạt(PM) thải ra và tăng công suất động cơ.

Với các ưu việt do công nghệ Common rail đem lại, các xe sử dụng động cơ diesel công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp có khả năng vận hành êm ái hơn, sức mạnh lớn hơn, lượng khí thải độc hại thấp hơn và đạt chỉ số momen xoắn cao hơn tại chỉ số vòng tua máy rất thấp.

Trên chiếc SantaFe 2.2 CRDI sử dụng động cơ 2.2L nhưng có công suất 200 mã lực tại 3.800 vòng/phút và momen cực đại 441 Nm tại 1.750 - 2.750 vòng/phút. Lợi thế lớn nhất của động cơ Diesel nằm ở sức kéo thể hiện qua Momen xoắn, với Momen xoắn cực đại 441Nm, với Hyundai còn lớn hơn cả Momen xoắn trên động cơ xăng Lambda 3.8L chỉ đạt tới 355Nm và chỉ chịu thua động cơ Lambda 3.3 Twin Turbo với mức momen xoắn cực đại lên 510Nm được lắp trên chiếc phiên bản sport của người anh em hạng sang Genesis G70 và G80.

Động cơ Diesel do Rudolf Diesel phát minh năm 1892, sau quá trình hoàn thiện, động cơ Diesel được ứng dụng lần đầu tiên vào xe du lịch của Mercedes-Benz với chiếc 260D vào năm 1936 và thu được những thành công lớn. Từ đây sự phát triển của loại động cơ này đạt được nhiều thành tựu.

Động cơ diesel cũng là loại động cơ đốt trong hoạt động trên nguyên tắc đốt hỗn hợp cháy (nhiên liệu – không khí) ngay bên trong xilanh (giống động cơ xăng, hoạt động trên nguyên tắc tự cháy (tự kích nổ) trong điều kiện môi trường áp suất cao, tỷ số nén lớn (trong khoảng 14:1 đến 25:1) mà không dùng bugi đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp không khí-nhiên liệu.

Với nguyên lí hoạt động trên, nhiên liệu của động cơ là dầu diesel nên chỉ tiêu nhiên liệu khác với xăng của động cơ xăng. Nhiên liệu diesel sử dụng chỉ số kích nổ là Cetan, tức là càng dễ kích nổ càng tốt trong khi xăng lại là chỉ số Octan với chỉ số kích nổ càng cao càng tốt. Bởi khi nhiệt độ môi trường xuống quá thấp, nhiên liệu khó kích nổ sẽ khiến xe rất khó khởi động.

Điểm quan trọng nhất của động cơ Diesel là hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm:  Thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu thấp áp, bầu lọc thô, bầu lọc tinh, bơm cao áp và kim phun. Bơm thấp áp có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng dầu qua các bầu lọc thô để cung cấp nhiên liệu cho bầu lọc tinh và bơm cao áp. Bơm có hai dạng là bơm màng hoặc bơm piston.

Bơm cao áp có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho từng vòi phun đúng định lượng, thứ tự nổ theo chế độ bàn đạp ga. Bơm có dạng piston được dẫn động nhờ trục cam để điều khiển theo thứ tự nổ, được điều khiển đúng định lượng nhờ thanh răng xoay rãnh của piston thông qua dẫn động tới bàn đạp ga và bộ điều khiển theo tải nhờ quả văng ly tâm.

Kim phun có nhiệm vụ tiếp nhận nhiên liệu từ bơm cao áp cung cấp và tán nhuyễn tạo thành sương, phun vào buồng đốt của động cơ với áp suất cao và nhờ hình dạng của đỉnh piston tạo thành vùng xoáy lốc để hòa trộn đều với không khí.

Nhược điểm đầu tiên dễ nhận thấy, là khí thải của động cơ Diesel có mức ô nhiễm cao hơn so với động cơ xăng. Tuy vậy, việc này có thể khắc phục bằng các công nghệ trung hòa khí thải gồm ba lớp: lớp giảm khí thải, lớp hóa khí thải và hệ thống kiểm soát dòng khí thải. Qua ba lớp này sẽ giảm phần lớn các loại khí độc hại là: CO, HC, và NOx. Bộ lọc sử dụng hai lớp xúc tác khác nhau, một lớp làm giảm lượng khí thải và một lớp oxi hóa chúng sẽ giúp hạn chế đến mức tối đa việc phát thải. Hiện nay các cỗ máy Diesel của Hyundai ở Việt Nam như Santa Fe, Tucson đều đạt mức kiểm định khí thải Euro 4 trở lên.

Một nhược điểm  của các động cơ Turbo Diesel truyền thống đó là độ trễ của động cơ. Khi xe chạy tải nhẹ với số vòng tua thấp, turbo tăng áp chạy cầm chừng, do lưu lượng khí nhỏ nên tuốc bin quay chậm không khí nén nạp không đáng kể.

Khi đạp ga tăng tốc, cánh bướm ga mở lớn  và khi đó động cơ sẽ được cung cấp thêm nhiều hỗn hợp và khí thải sẽ thoát ra nhiều hơn dẫn tới bánh turbo quay với tốc độ cao hơn, tăng lượng khí nạp vào động cơ. Vấn đề ở đây là khi đạp ga, xe sẽ không đạt công suất kịp thời như ý muốn, tổng thời gian trễ có thể nửa giây hoặc hơn. Nguyên nhân là do quá trình cung cấp trễ từ khi nhấn bàn đạp ga tới khi turbo bắt đầu hoạt động nén khí tăng áp cho động cơ. Nó cũng bao gồm  thời  gian cần thiết cho bộ làm mát trao đổi và làm đầy các ống dẫn, khi có sự thay đổi từ chân không sang áp suất cao.

Giải pháp khắc phục là làm xoay các “cánh điều chỉnh” của bánh turbo mà khí xả sẽ tác dụng vào các cánh này, được gọi với cái tên VGT (Variable Geometry Turbocharger ).  Nguyên lý của VGT là làm thay đổi góc quay ở các cánh điều chỉnh của tuốc bin mà khí xả sẽ đập vào các cánh này. Điều này giúp tăng áp ở tốc độ thấp và giảm sức ì turbo.

Kiểu turbo tăng áp có hình dạng biến đổi này thường có một loạt từ 10 tới 15 cánh di động vòng quanh đĩa turbo. ECU sẽ điều khiển mô tơ bước tác động làm xoay các cánh điều chỉnh của turbo cùng lúc, điều này điều khiển tốc độ turbo tăng dần. Do sự gia tốc làm tăng tốc lực cánh điều chỉnh của turbo, nên tạo ra sự tăng áp lúc đầu nhanh hơn. 

Khi xe chạy tải nhỏ, số vòng tua máy thấp, cánh điều chỉnh của turbo hé mở một phần cho gió qua. Gió lùa qua các cánh điều chỉnh bên ngoài tới các cánh của bánh turbo phía trong, làm quay cánh turbo. Khi người lái cần tăng tốc, đạp ga các cánh bướm ga mở, các cánh di động ở turbo sẽ mở hoàn toàn, khí thải sẽ di chuyển tự do vào trong cánh điều chỉnh của turbo, khi đó tốc độ động cơ và công suất tăng. Phương pháp tăng áp turbo này cho phép động cơ có thể thay đổi lưu lượng khí nạp vào động cơ, gia tăng công suất nhanh chóng, loại bỏ sức ì turbo như trên các xe sử dụng turbo thông thường.

Công nghệ VGT trước đây được điều khiển bằng lực hút cơ có nhược điểm về nhiệt phát sinh khá lớn. Thế hệ cải tiến mới là eVGT được ứng dụng trên các model SantaFe hiện nay sử dụng công nghệ điều khiển điện tử khiến hiệu quả sử dụng cao hơn rất nhiều.

Một điểm đáng lưu ý, công nghệ trên động cơ Diesel với nhiệt năng và động năng lớn, yêu cầu sức bền vật liệu rất lớn, đòi hỏi công nghệ luyện kim rất cao và chính xác. Hyundai, với mảng luyện kim là một trong những công ty uy tín nhất hiện nay, tự hào là công ty duy nhất có thể tự sản xuất được các chi tiết kim lọai từ khung vỏ đến động cơ. Theo đánh giá, chất lượng gia công cơ khí của động cơ Hyundai, đặc biệt là động cơ diesel có sự bền bỉ hàng đầu hiện nay, đảm bảo cho động cơ vận hành ổn định trong thời gian dài. Đây cũng chính là lí do mà nhiều