Động cơ Hybrid chuyên dụng (DHE) của Aramco là một thiết kế sạch nhằm giữ cho động cơ xăng luôn hợp thời.
Aramco? Chẳng phải đó là Công ty Dầu mỏ Ả Rập Xê Út hay còn gọi là “nhà sản xuất dầu lớn nhất thế giới” sao? Họ đang làm gì với việc thiết kế hệ truyền động Động cơ Hybrid Chuyên dụng (DHE) vậy? Chà, họ có lợi ích rất lớn trong việc giữ cho động cơ đốt trong luôn phù hợp, và với việc xe hybrid đang thu hút nhiều người mua hơn xe điện chạy pin ở một số khu vực, một “bẫy chuột” hybrid tốt hơn có thể chính là thứ giữ chân mọi người xếp hàng tại các cây xăng vô thời hạn.
Cũng cần lưu ý rằng DHE này không phải là quân bài duy nhất của Aramco trong cuộc chiến hybrid. Hãy nhớ đến Horse Powertrain, liên doanh được thành lập khi Renault và Geely/Volvo tách mảng hoạt động động cơ đốt trong của họ ra? Những công ty đó mỗi bên nắm giữ 45% cổ phần của liên doanh mới, và Aramco sở hữu 10% còn lại.
Horse chuyên về các động cơ trọn gói hoặc bộ tăng tầm hoạt động (range-extender) cho phép các công ty hybrid hóa một nền tảng động cơ đốt trong một cách nhanh chóng và dễ dàng, hoặc thêm bộ tăng tầm hoạt động vào một mẫu xe điện chạy pin hiện có. DHE của Aramco tìm cách trả lời câu hỏi: “Nếu bạn thiết kế một hệ truyền động hybrid lý tưởng mới từ con số không, nó sẽ trông như thế nào?”
Hệ thống Hybrid Synergy Drive cho năm 2030?
Một động cơ kết nối với một mô-tơ máy phát thông qua bánh răng hành tinh nghe rất giống Toyota. Điểm khác biệt lớn đầu tiên: DHE trang bị một thiết lập mô-tơ-máy phát-bánh răng hành tinh như vậy ở mỗi đầu của trục khuỷu. Điểm khác biệt lớn thứ hai: Bản thân động cơ được hình dung lại một cách triệt để với sự tập trung cao độ vào hiệu suất nhiệt động lực học và giảm chi phí, tận dụng chu kỳ làm việc của hệ thống hybrid mạnh (strong-hybrid) vốn hiếm khi đòi hỏi mô-men xoắn ở vòng tua thấp hoặc công suất ở vòng tua cao từ động cơ, mà thay vào đó có thể chạy trong thời gian dài ở “đảo hiệu suất” trên biểu đồ vận hành tải/tốc độ.
Động cơ
Mẫu thử nghiệm ý tưởng ban đầu trang bị động cơ ba xi-lanh thẳng hàng dung tích 1.599cc. Để giữ cho nó đặc biệt nhỏ gọn, nó có thiết kế đũa đẩy (pushrod) với trục cam nằm trong thân máy. Để giữ cho nó đơn giản, nó sử dụng cấu trúc đúc nguyên khối (monoblock) không có nắp quy-lát tách rời và chỉ sử dụng hai van trên mỗi xi-lanh, không có hệ thống biến thiên thời gian hay độ nâng van. Để giảm thiểu ma sát, không có bạc lót trục—trục khuỷu, trục cam và thanh truyền đều chạy trên ổ lăn, và trục khuỷu được đặt lệch 12 mm so với tâm xi-lanh để giảm tải trọng ngang cho piston. Ngoài ra còn không có bộ truyền động phụ kiện; tất cả các thiết bị phụ trợ bao gồm cả bơm nước đều hoạt động bằng điện theo nhu cầu.
Tối ưu hóa quá trình đốt cháy
Buồng đốt có thiết kế hành trình dài (đường kính xi-lanh 82 mm, hành trình piston 101 mm) để giảm tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích, giúp giảm thất thoát nhiệt để tăng hiệu suất nhiệt. Buồng đốt gọn hơn giúp giảm các thể tích khe hở có thể giữ lại hydrocacbon, trong khi thiết kế cửa nạp tạo xoáy lốc cao (high-tumble)/xoáy ngang thấp (low-swirl) sử dụng phun xăng trực tiếp và phun xăng đa điểm giúp thúc đẩy quá trình đốt cháy nhanh hơn, hiệu quả hơn và hoàn toàn hơn. Nén cơ học cao kết hợp với chiến lược đóng van nạp muộn (LIVC) giúp giảm sức nén thực tế trong khi vẫn giữ nguyên tỷ số giãn nở đầy đủ để chiết xuất tối đa công năng từ quá trình đốt cháy. Việc đưa khí thải tuần hoàn (EGR) được làm mát vào giúp giảm tổn thất tiết lưu dưới tải nhẹ. Hiệu suất nhiệt của động cơ được cho là nằm trong khoảng 41–42%. Những cải tiến hiệu suất xa hơn cũng được hình dung, bao gồm đánh lửa buồng phụ (sử dụng buồng thụ động kiểu Mahle và bugi chèn), tăng tỷ số nén từ 13:1 lên 15:1 và giảm áp suất ngược của khí thải bằng cách thay thế bộ tăng áp bằng bộ tăng cường điện (e-booster). Nhiên liệu hydro cũng được dự kiến là một lựa chọn khử cacbon khác trong tương lai.
Thiết kế tại Detroit, chế tạo tại Pháp
Dự án này đang được phát triển tại Trung tâm Nghiên cứu Detroit của Aramco Americas bởi Nayan Engineer. Nếu tên của ông nghe có vẻ quen thuộc, ông từng đứng đầu chương trình động cơ nén nạp xăng trực tiếp (GDCI) tại Hyundai mà chúng tôi đã đưa tin sâu rộng trước khi công ty đó—cùng với Mercedes-Benz (DiesOtto) và General Motors (HCCI)—tất cả đều nhận ra rằng bạn không thể có được mức tiết kiệm nhiên liệu của động cơ diesel mà vẫn giữ được chi phí và lượng khí thải của động cơ xăng, nên đã hủy bỏ các chương trình đó. Đội ngũ nhỏ của ông đã lên ý tưởng về động cơ, và nhà sản xuất động cơ xe đua của Pháp Pipo Moteurs đã phát triển và chế tạo hai nguyên mẫu đang chạy thử nghiệm.
Các bộ phận điện
Mỗi đầu của trục khuỷu kết nối với giá hành tinh của một bộ bánh răng hành tinh. Bánh răng mặt trời ở mỗi bên gắn với một mô-tơ hoạt động chủ yếu như một máy phát điện, và bánh răng vòng ngoài kết nối với một mô-tơ kéo sơ cấp truyền động đến bánh xe. Giống như hệ thống Hybrid Synergy Drive của Toyota, xe có thể chạy khi động cơ bật hoặc tắt (phù hợp cho nhiệm vụ HEV hoặc PHEV/tăng tầm hoạt động), và với hai sắp xếp hành tinh, không cần đến bộ vi sai (giúp bù đắp một phần chi phí của hai bộ bánh răng hành tinh và bộ truyền động giảm tốc). Lưu ý rằng động cơ và các bộ bánh răng hành tinh dùng chung một loại dầu bôi trơn. Việc nâng cấp lên các mô-tơ kéo từ thông hướng trục (axial-flux) cũng được hình dung, giúp thu hẹp thêm chiều rộng tổng thể của hệ truyền động DHE.
Một dòng họ hệ truyền động mô-đun
Động cơ 1.6 lít I-3 hút khí tự nhiên đã được chế tạo để thử nghiệm, nhưng mô phỏng động cơ trong một chiếc sedan cỡ Camry cho thấy không đủ công suất để leo đèo Loveland. Vì vậy, một đơn vị tăng áp cũng đã được phát triển. Nhưng thiết kế này mang tính mô-đun, và Engineer dự báo một loạt các động cơ sử dụng cùng một buồng đốt, bao gồm động cơ 1.1 lít hai xi-lanh song song, 2.1 lít V-4 và 3.2 lít V-6 (động cơ chữ V bắt vít hai khối monoblock lại với nhau), với mỗi loại đều có sẵn ở dạng hút khí tự nhiên hoặc tăng áp. Và với hệ truyền động đặt dọc ở giữa dẫn động các bộ vi sai trước và sau, hệ truyền động này cung cấp khả năng dẫn động bốn bánh, đây có thể là cơ hội tuyệt vời để tận dụng thiết kế hệ thống bôi trơn các-te khô và đặt động cơ nằm nghiêng để vừa dưới sàn xe.
Rẻ đến mức nào?
Việc loại bỏ nắp quy-lát giúp giảm đáng kể chi phí gia công, và số lượng bộ phận của Engineer cho động cơ I-3 hút khí tự nhiên chỉ là 175. Đội ngũ của ông đang nỗ lực tạo ra một con số so sánh cho động cơ I-4 DOHC 16 van của Toyota Prius, nhưng chắc chắn là nó lớn hơn nhiều. Đúng là việc lắp ráp trục khuỷu với ổ lăn đắt hơn so với việc chỉ đơn giản là kẹp một trục khuỷu đúc vào thân máy, và bản thân các vòng bi cũng đắt hơn bạc lót. DHE của Aramco cũng yêu cầu gấp đôi số lượng tổ hợp mô-tơ-máy phát-bánh răng hành tinh, nhưng nếu tổng công suất mô-tơ tương đương với Prius, mỗi mô-tơ có thể nhỏ hơn và sử dụng ít nam châm đất hiếm hơn, v.v.
Các tính toán của đội ngũ Engineer cho thấy một hệ thống DHE I-3 hút khí tự nhiên có thể giúp giảm 35% mức tiêu thụ nhiên liệu với mức chi phí tăng thêm 3.800 USD so với động cơ bốn xi-lanh DOHC phun xăng đa điểm thông thường trong một chiếc sedan cỡ trung, và một hệ thống DHE V-6 hút khí tự nhiên sẽ mang lại mức tiết kiệm nhiên liệu tương tự so với động cơ V-6 DOHC phun xăng đa điểm trong một chiếc SUV cỡ trung với giá 4.080 USD. Nhắc lại, theo tính toán của Aramco, đó là mức tiết kiệm nhiên liệu cao hơn vài phần trăm với chi phí thấp hơn khoảng 20% so với một hệ thống hybrid phân chia công suất mạnh (như Toyota HSD).
Vậy có nhà sản xuất xe (OEM) nào quan tâm không?
Đã có một hội trường khá đông người tại phiên họp Đại hội Thế giới của Hiệp hội Kỹ sư Ô tô (SAE) năm 2026 thảo luận về DHE, nhưng với việc số bằng sáng chế Hoa Kỳ U.S. 12.558.950 B2 mới chỉ được cấp vào ngày 24 tháng 2 năm nay, Aramco chỉ mới bắt đầu giới thiệu động cơ này. Hãy cùng chờ đợi những diễn biến tiếp theo.
