8 khác biệt cơ bản giữa động cơ hydro và động cơ xăng

Chắc hẳn chúng ta đã nghe rằng hydro là một nguồn năng lượng tốt, thân thiện với môi trường (dành cho động cơ đốt trong) hơn là xăng. Tuy nhiên trên thực tế, động cơ sử dụng hydro cũng tương tự như động cơ xăng ở một vài điểm.

Cụ thể, động cơ hydro cũng hoạt động theo chu trình 4 kỳ. Đồng thời, nó cũng có thể sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp DFI (Direct Fuel Injection) hoặc phun nhiên liệu trên đường ống nạp PFI (Port Fuel Injection). Để phân biệt rõ hai loại động cơ, bài viết sau đây chỉ ra 8 điểm khác biệt cơ bản nhất.

1. Thân thiện với môi trường

Có thể bạn đã nghe nhiều tuyên bố về mức độ thân thiện môi trường của hydro. Tuy nhiên, đừng lầm tưởng rằng loại nhiên liệu này là hoàn toàn xanh, sạch cho động cơ.

Về lý thuyết, quá trình đốt cháy phải sạch và thân thiện với môi trường. Thế nhưng ở nhiệt độ cao, quá trình đốt cháy sẽ tạo ra nitơ oxit (NOx), từ đó gây ô nhiễm. Hầu hết các nhà sản xuất xe hơi trên thế giới đang cố gắng loại bỏ loại khí thải độc hại này, và tin tốt là động cơ hydro không hề thải ra khí CO2.

2. Vùng tỷ lệ hòa khí rộng hơn

Động cơ hydro có thể hoạt động với tỷ lệ hòa khí (AFR) lên đến 180:1, trong khi động cơ xăng chỉ có thể có tỷ lệ tối đa 37:1. Với khả năng vận hành với hòa khí nghèo, động cơ hydro dễ khởi động hơn khi máy nguội vì cần ít nhiên liệu.

Điều này cũng có nghĩa là động cơ hydro cần ít nhiên liệu hơn, dẫn đến hiệu suất cao hơn và lượng khí thải NOx cũng sẽ giảm. Tuy nhiên, đây lại chính là một trong những nhược điểm của động cơ hydro – động cơ xanh sạch hơn đồng nghĩa với việc tạo ra ít sức mạnh hơn.

3. Năng lượng đánh lửa thấp

Năng lượng đánh lửa (ignition energy) là lượng năng lượng cần thiết để hỗn hợp nhiên liệu và không khí bốc cháy. Chỉ số này càng thấp thì động cơ càng dễ đốt cháy hòa khí.

Nhìn chung, hydro cần ít năng lượng hơn rất nhiều so với xăng để cháy. Cụ thể, nó chỉ cần khoảng 0.02 mJ, trong khi xăng sẽ cần 0.24 mJ.

Tuy nhiên, tính chất dễ đốt cháy cũng đem lại một rủi ro cho động cơ hydro. Vì sao lại như vậy? Thông thường bên trong xi lanh, nhiệt độ tại một số điểm nếu quá cao có thể dẫn đến việc hòa khí bắt lửa sớm hơn, hay còn gọi là hiện tượng bỏ máy (misfire).

4. Tốc độ cháy cao hơn

Hydro có tốc độ cháy (ignition speed) tương đối cao. Điều này có nghĩa là ngọn lửa sẽ lan truyền nhanh hơn trong xi lanh, từ đó đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp hòa khí nhanh hơn.

Do đó, động cơ sẽ có hiệu suất cao hơn tại vòng tua máy cao. Tuy vậy, lợi thế này sẽ bị giảm đi nếu hòa khí trở nên quá nghèo (AFR quá cao).

5. Nhiệt độ tự cháy cao hơn

Nhiệt độ tự cháy (auto-ignition) là điểm nhiệt độ mà tại đó, hỗn hợp hòa khí tự động cháy mà không cần tia lửa điện. Hydro có nhiệt độ tự cháy cao hơn 500 độ C, trong khi con số này cho xăng chỉ khoảng 280 độ C.

Do đó, trước khi đốt cháy, động cơ có khả năng nén hỗn hợp hòa khí hydro nhiều hơn so với hỗn hợp hòa khí xăng. Động cơ với tỷ số nén cao hơn sẽ tạo ra nhiều năng lượng và hiệu quả cao hơn.

6. Khả năng trộn hòa khí tốt hơn

Hydro có độ khuếch tán (diffusivity) cao hơn xăng nên hỗn hợp hòa khí sẽ được trộn nhanh và đều hơn. Do đó, động cơ hydro hoạt động rất tốt với hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp.

Điều này mang lại một hỗn hợp hòa khí đồng đều hơn với khả năng được đốt cháy hoàn toàn và hiệu suất cháy cao hơn.

7. Khoảng cách làm nguội thấp hơn

Khoảng cách làm nguội (quenching distance) là khoảng cách giữa thành xi lanh và điểm xa nhất mà ngọn lửa cháy đạt đến. Động cơ hydro thường có khoảng cách làm nguội ngắn hơn, nhờ đó phân tán nhiên liệu tốt hơn để đốt.

8. Mật độ năng lượng thấp hơn

So với các loại nhiên liệu khác, hydro có mật độ năng lượng (tỷ trọng năng lượng trên thể tích) thấp hơn. Hydro chiếm khoảng 30% diện tích buồng đốt, trong khi xăng chỉ chiếm từ 1 - 2% thể tích buồng đốt.

Để sinh ra một lượng công năng như xăng, chúng ta sẽ phải cần nhiều hydro hơn. Do đó, bình nhiên liệu hydro thường cũng chiếm rất nhiều chỗ. Đôi lúc, các nhà sản xuất phải đánh đổi một phần khoang chứa hàng để lắp đặt bình hydro cho xe.

Trên đây là một số khác biệt quan trọng nhất giữa động cơ hydro và động cơ xăng thông thường. Bạn có nghĩ rằng chúng ta nên sử dụng hydro làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong không? Hãy chia sẻ suy nghĩ của bạn bên dưới nhé!