Cơ chế hoạt động của động cơ hydro tuyến tính từ Aquarius Engines

Một mẫu concept động cơ hydro trọng lượng nhẹ của công ty Aquarius Engines (Israel) đã được phát triển từ năm 2014 và sắp hoàn thiện. Được cung cấp năng lượng bởi hydro, Động cơ Tuyến tính Piston tự do Hai mặt (Two Sided Free Piston Linear Engine, FPLE) có tên Aquarius được thiết kế để tạo ra nguồn điện cho các dòng xe lai điện (dạng plug-in hoặc range-extended).

Động cơ nhỏ bé nêu trên chỉ bao gồm 20 thành phần, trong đó chỉ có một thành phần là chuyển động. Mặc dù ban đầu được thiết kế để đốt cháy xăng, nó có thể hoạt động trên nhiều loại nhiên liệu khác nhau, bao gồm loại nhiên liệu tổng hợp dạng lỏng mới nhất (không phát thải carbon). Tương tự, một phiên bản sử dụng hydro cũng đã được phát triển và thử nghiệm. Lý do gọi động cơ Aquarius là động cơ tuyến tính là bởi vì thay vì chuyển đổi lực theo phương thẳng đứng thành lực quay (thông qua trục khuỷu như động cơ đốt trong thông thường), Aquarius chỉ có một thanh piston đơn di chuyển tới lui theo chu trình hai kỳ. Phản ứng nổ xảy ra vào mọi kỳ của piston tại hai đầu của xi lanh.

Động cơ Aquarius bao gồm một thanh piston (một thanh dài với một piston ở điểm giữa của nó), một khối xi lanh nhỏ để piston trượt trong đó, hai nắp xi lanh (một nắp ở mỗi đầu của khối), hai ổ trục bên trong và hai ổ trục bên ngoài đỡ lấy thanh piston. Động cơ được làm mát bằng không khí và không cần bôi trơn. Để giảm ma sát, các vòng piston bằng than chì được sử dụng song với các lớp phủ thành xi lanh đặc biệt. Nhờ việc không dùng dầu bôi trơn, động cơ có thể loại bỏ rủi ro rò rỉ dầu vào buồng đốt (dẫn tới việc hydrocacbon không được đốt cháy hoàn toàn). Điều này cũng giúp cho việc bảo dưỡng động cơ trở nên đơn giản hơn. Theo các nhà thiết kế, việc bảo dưỡng chỉ cần thiết cho mỗi 1,000 giờ hoạt động, tương đương quãng đường hơn 80,000 km.

Khi piston di chuyển từ đầu này sang đầu kia bên trong xi lanh, động cơ sẽ thải khí qua các cổng (port) trong thành xi lanh giống như một động cơ hai thì thông thường. Sau đó, khí nạp được hút vào thông qua hệ thống lọc không khí và qua các cổng trên thành một khoang rỗng bên trong thanh piston.

Về cơ chế cung cấp nhiên liệu, Aquarius có tổng cộng 4 kim phun, 2 ở mỗi đầu xi lanh của động cơ. Cho mỗi chu trình, hydro được phun vào khí nạp bằng một cặp kim phun. Hòa khí sau đó được nén và đánh lửa bằng bugi, và toàn bộ quá trình này lại tiếp tục. Một hệ thống khối lượng cân bằng (balance weight) cũng được cấp bằng sáng chế nhằm giảm tiếng ồn và độ rung cho động cơ.

Năng lượng của động cơ tạo ra được dùng để truyền động cho một máy phát điện, từ đó cung cấp điện cho pin hoặc trực tiếp cho động cơ điện của xe. Cơ chế phanh tái sinh (regenerative braking) cũng hoạt động giống hệt như các xe điện khác, tức động cơ điện chuyển sang chế độ máy phát điện (generator mode) khi xe chạy chậm lại để thu hồi năng lượng cho pin.

Hiện tại thời gian sản xuất của Aquarius vẫn chưa được công bố. Tuy nhiên, một phiên bản động cơ chạy bằng hydro nêu trên đã trải qua quá trình thử nghiệm của AVLSchrick ở Áo, và các kỹ sư vẫn đang tiếp tục tìm thêm biện pháp nhằm giảm tiếng ồn. Ngoài áp dụng cho xe lai điện, động cơ Aquarius còn được thiết kế để sử dụng như một máy phát điện bổ trợ trong các trung tâm viễn thông, các lưới vi mô (microgrid), xe tải lớn, hàng hải, hàng không, và máy bay không người lái.