Vì sao xe hybrid hiếm khi dùng động cơ diesel?

Công nghệ hybrid lần đầu tiên xuất hiện trên thị trường vào cuối những năm 1990 và nhanh chóng trở thành một giải pháp quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường cũng như cắt giảm lượng khí CO2 – một trong những tác nhân chính gây ra biến đổi khí hậu.

Xe hybrid hiện đang trở thành một giải pháp quan trọng trong việc giải phát thải khí CO2 và bảo vệ môi trường.

Xu hướng phổ biến của xe hybrid dự kiến sẽ tiếp tục gia tăng khi nhiều quốc gia ban hành lộ trình loại bỏ dần ô tô sử dụng động cơ đốt trong vào năm 2030. Điều này đặc biệt đáng chú ý trong bối cảnh xe điện vẫn còn gặp nhiều thách thức về hạ tầng trạm sạc và những hạn chế của công nghệ pin.

Trên thực tế, phần lớn các mẫu xe hybrid đang lưu hành trên thị trường hiện nay đều sử dụng hệ truyền động kết hợp giữa động cơ xăng và mô-tơ điện. Trong khi đó, động cơ diesel vốn nổi tiếng với khả năng tiết kiệm nhiên liệu vượt trội so với động cơ xăng.

Vậy tại sao các hãng xe không tận dụng những lợi thế này để phát triển xe hybrid sử dụng động cơ diesel? Dưới đây là những rào cản kỹ thuật và chiến lược khiến động cơ diesel ít được ứng dụng trên hệ truyền động hybrid.

Chi phí chế tạo

Chi phí sản xuất luôn là yếu tố then chốt đối với các nhà sản xuất ô tô khi phát triển công nghệ truyền động mới. Trung bình, một động cơ diesel có cùng công suất với động cơ xăng sẽ có chi phí sản xuất cao hơn khoảng 15%. Nguyên nhân chủ yếu đến từ các yêu cầu kỹ thuật khắt khe như hệ thống kiểm soát khí thải phức tạp (bao gồm bộ lọc hạt DPF, hệ thống xử lý khí thải SCR) và hệ thống phun nhiên liệu áp suất cao, vốn đòi hỏi vật liệu và công nghệ chế tạo tiên tiến hơn.

Chi phí chế tạo một chiếc xe hybrid diesel khá đắt đỏ khiến dòng xe này không trở nên phổ biến.

Bên cạnh đó, tại nhiều thị trường, giá dầu diesel thường cao hơn giá xăng, làm giảm lợi thế về chi phí vận hành của xe sử dụng động cơ diesel. Đồng thời, một hệ truyền động hybrid không chỉ cần động cơ điện, bộ pin điện áp cao, mà còn đi kèm máy phát điện và hệ thống quản lý năng lượng tiên tiến – tất cả những yếu tố này đều đẩy chi phí sản xuất lên đáng kể.

Khi kết hợp động cơ diesel với công nghệ hybrid, giá thành sản phẩm sẽ bị đội lên cao, làm giảm khả năng cạnh tranh so với xe hybrid chạy động cơ xăng hoặc thậm chí là xe điện thuần túy. Khi cân nhắc giữa lợi ích tiết kiệm nhiên liệu và mức chi phí đầu tư lớn, các hãng xe thường không đánh giá cao hiệu quả kinh tế của hybrid diesel, dẫn đến việc công nghệ này ít được ứng dụng trên thị trường.

Độ phức tạp

Xe hybrid là sự kết hợp của hai loại động cơ nên thường phức tạp hơn, đồng nghĩa với việc sản xuất phức tạp hơn, kéo theo quy trình bảo dưỡng và bảo trì cũng phức tạp hơn. Điều đó có thể khiến xe hybrid diesel sẽ khó bán hơn so với xe chạy bằng dầu diesel thông thường.

Mô-men xoắn của hai động cơ không bổ sung cho nhau

Hầu hết các mẫu xe hybrid hiện nay đều sử dụng động cơ xăng được tối ưu hóa theo chu trình Atkinson – một thiết lập giúp nâng cao hiệu suất nhiệt và tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên, do đặc điểm của chu trình Atkinson, động cơ này thường có công suất tối đa ở dải tua máy cao nhưng lại bị hạn chế về mô-men xoắn ở tốc độ thấp.

Hệ thống hybrid kết hợp cùng động cơ diesel sẽ không hỗ trợ cho nhau được nhiều.

Để khắc phục nhược điểm này, hệ thống hybrid kết hợp thêm động cơ điện, vốn có khả năng tạo ra mô-men xoắn cực đại ngay từ vòng tua bằng 0. Nhờ đó, động cơ điện hỗ trợ động cơ xăng trong quá trình khởi động và tăng tốc, tạo ra sự liền mạch trong trải nghiệm vận hành. Đây chính là lý do vì sao động cơ xăng và động cơ điện có thể phối hợp hiệu quả trong một hệ truyền động hybrid.

Trong khi đó, động cơ diesel vốn dĩ đã có mô-men xoắn cao ngay từ vòng tua thấp – đặc tính tương tự như động cơ điện. Điều này khiến sự kết hợp giữa hai loại động cơ này trở nên kém tối ưu, bởi cả hai đều tập trung vào một dải mô-men xoắn tương đồng, thay vì bổ sung cho nhau như cấu hình hybrid xăng-điện. Hệ quả là việc chuyển đổi giữa động cơ điện và động cơ diesel sẽ kém mượt mà hơn.

Ngoài ra, do động cơ diesel có dải vòng tua hẹp hơn động cơ xăng, các nhà sản xuất ô tô buộc phải sử dụng hộp số nhiều cấp hơn để đảm bảo hiệu suất vận hành ở tốc độ cao. Điều này không chỉ làm tăng độ phức tạp trong thiết kế mà còn ảnh hưởng đến chi phí sản xuất và bảo trì, khiến hybrid diesel trở thành một giải pháp kém hấp dẫn so với các hệ thống hybrid phổ biến hiện nay.

Vấn đề khí thải

Động cơ diesel tạo ra lượng khí NOx (oxit tro) và hạt bụi cao hơn so với động cơ xăng. Khi kết hợp với hệ thống hybrid vốn ưu tiên sử dụng động cơ điện ở tốc độ thấp trong đô thị, động cơ diesel sẽ ít có cơ hội hoạt động đủ lâu để đạt được nhiệt độ tối ưu. Điều này làm cản trở quá trình đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu và làm tăng mức phát thải khí độc hại.

Cơ chế hoạt động"dừng và đi" chưa tương thích

Một trong những yếu tố giúp xe hybrid đạt mức tiêu thụ nhiên liệu tối ưu và giảm đáng kể lượng khí thải CO₂ là khả năng vận hành theo chế độ "dừng và đi" (start-stop) và đôi khi chuyển sang chế độ thuần điện (EV Mode). Tuy nhiên, đặc điểm này lại không thực sự phù hợp với động cơ diesel.

Động cơ diesel đạt hiệu suất cao nhất khi hoạt động ở dải tốc độ ổn định trong thời gian dài. Việc liên tục khởi động và tắt máy theo cơ chế start-stop của hệ thống hybrid có thể gây khó khăn cho động cơ diesel, đặc biệt trong điều kiện thời tiết lạnh, khi nhiên liệu diesel cần thời gian để đạt nhiệt độ tối ưu cho quá trình đốt cháy. Điều này có thể dẫn đến hao mòn nhanh hơn, giảm hiệu suất và gia tăng lượng khí thải so với động cơ xăng.

Bên cạnh đó, một hệ thống hybrid hiệu quả đòi hỏi động cơ đốt trong phải có khả năng thay đổi tốc độ linh hoạt để phối hợp nhịp nhàng với động cơ điện. Tuy nhiên, động cơ diesel thường có độ trễ phản hồi cao hơn so với động cơ xăng, dẫn đến hiện tượng chuyển đổi không mượt mà giữa hai nguồn động lực. Đây là một trong những lý do quan trọng khiến hybrid diesel chưa thể trở thành một lựa chọn phổ biến trên thị trường hiện nay.

Sự cải thiện hiệu quả nhiên liệu không nhiều

Một trong những yếu tố giúp hệ thống hybrid xăng hoạt động hiệu quả là do động cơ xăng vốn có mức tiêu hao nhiên liệu cao và hiệu suất nhiệt chưa tối ưu. Cụ thể, hiệu suất nhiệt tối đa của động cơ xăng thường dao động trong khoảng 30 - 40%, trong khi động cơ diesel có thể đạt từ 35 - 45%. Điều này đồng nghĩa với việc động cơ diesel vốn dĩ đã tiết kiệm nhiên liệu hơn, khiến không gian cải thiện hiệu suất thông qua công nghệ hybrid trở nên hạn chế.

Động cơ hybrid xăng tỏ rõ sự ưu việt so với động cơ thông thường nhưng lại không đem lại nhiều hiệu quả với động cơ diesel.

Theo các chuyên gia phát triển động cơ diesel, việc trang bị hệ thống hybrid vốn có chi phí cao cho một chiếc xe sử dụng động cơ diesel có thể làm tăng đáng kể giá thành mà không mang lại mức tiết kiệm nhiên liệu tương xứng. So với hybrid xăng, lợi ích về hiệu suất nhiên liệu của hybrid diesel không đủ lớn để bù đắp cho chi phí sản xuất và vận hành.

Mặc dù vậy, một số nhà sản xuất ô tô vẫn tiếp tục nghiên cứu và thử nghiệm công nghệ hybrid diesel nhằm khai thác tối đa hiệu quả vận hành. Một số mẫu xe hybrid diesel đã được giới thiệu trên thị trường, tiêu biểu như Mercedes-Benz E300de, Peugeot 3008 HYbrid4 hay Citroën DS5 Hybrid4. Tuy nhiên, tương lai của dòng xe này vẫn phụ thuộc phần lớn vào nhu cầu thực tế của người tiêu dùng cũng như mức độ chấp nhận về giá bán so với các lựa chọn hybrid xăng hoặc thuần điện ngày càng phổ biến.