JCB Hydromax: Xe hydro nhanh nhất thế giới chạy bằng động cơ máy xúc
JCB Hydromax vừa lập kỉ lục tốc độ mặt đất cho xe chạy bằng hydro tại hồ muối Bonneville. Điều đáng nói không chỉ nằm ở vận tốc hơn 650 km/h, mà ở chỗ sức mạnh của chiếc xe đến từ hai khối động cơ vốn được phát triển cho thiết bị công trường, sau đó được các kỹ sư Anh cải tiến để đạt công suất 1.600 mã lực.
Ngày 11/8 tại hồ muối Bonneville, bang Utah (Mỹ), chiếc streamliner dài 9,75 m của hãng thiết bị xây dựng JCB (Anh) thực hiện hai lượt chạy ngược chiều nhau trong vòng một giờ theo quy định của Liên đoàn Ô tô Quốc tế (FIA).
Ở lượt đầu tiên, Hydromax đạt tốc độ 644,740 km/h. Sang lượt thứ hai, chiếc xe tăng tốc lên 663,267 km/h. Tuy nhiên, con số được FIA công nhận không phải tốc độ cao nhất trong một lượt chạy, mà là tốc độ trung bình của hai lượt nhằm loại bỏ ảnh hưởng của gió và điều kiện mặt đường. Kết quả cuối cùng đạt 653,909 km/h, đưa JCB Hydromax trở thành phương tiện chạy bằng hydro nhanh nhất từng được FIA ghi nhận.
Điểm đặc biệt của Hydromax nằm ở cách JCB tạo ra thành tích này. Trong khi nhiều dự án xe hydro hiện nay lựa chọn pin nhiên liệu, JCB đi theo hướng khác: Sử dụng động cơ đốt trong chạy bằng hydro. Đây là công nghệ giữ lại nguyên lí hoạt động của động cơ piston truyền thống, nhưng thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng hydro.
Một kỉ lục vượt qua nhiều cột mốc tốc độ
Thành tích của Hydromax thuộc hạng mục Category A, Group XIV, Class 7 của FIA. Chiếc xe đã vượt qua kỉ lục cũ dành cho phương tiện sử dụng động cơ đốt trong chạy hydro là 185,5 mph, tương đương 298,5 km/h, do BMW H2R lập năm 2004.
Sự khác biệt giữa hai chiếc xe cũng cho thấy công nghệ hydro đã thay đổi đáng kể sau hơn hai thập kỉ. BMW H2R sử dụng hydro lỏng đông lạnh, trong khi Hydromax dùng hydro nén ở dạng khí. Theo JCB, Hydromax cũng vượt qua các mốc tốc độ trước đó của những phương tiện sử dụng hydro theo các phương thức khác nhau, bao gồm mốc 303 mph của xe pin nhiên liệu hydro và 342 mph của xe điện chạy pin. Điều này giúp Hydromax trở thành phương tiện sử dụng hydro có tốc độ cao nhất từng được ghi nhận. Năm 2006, cũng tại Bonneville, chiếc Dieselmax của hãng lập kỉ lục tốc độ cho xe sử dụng động cơ diesel ở mức 563,4 km/h.
Người điều khiển cả hai chiếc xe đều là Andy Green, cựu phi công Không quân Hoàng gia Anh. Ông từng lái ThrustSSC đạt tốc độ 1.227,985 km/h vào năm 1997, trở thành người đầu tiên phá vỡ bức tường âm thanh trên mặt đất. Trước khi bước vào lần chạy được FIA công nhận, đội JCB đã tham dự sự kiện Speed Week của Hiệp hội Đo giờ Nam California (SCTA) và lập kỉ lục hạng Blown Gas Streamliner với tốc độ 368,347mph, tương đương 592,797 km/h.
Ở giai đoạn đó, hai động cơ trên xe chỉ đạt khoảng 600 mã lực mỗi khối. Sau thử nghiệm ban đầu, đội kĩ thuật thay thế bằng phiên bản mới được tinh chỉnh lên mức 800 mã lực mỗi động cơ để thực hiện mục tiêu phá kỉ lục FIA.
Từ động cơ máy xúc thành cỗ máy 1.600 mã lực
Phần hấp dẫn nhất của Hydromax nằm bên dưới lớp vỏ khí động học. Hai động cơ trên chiếc xe mang mã 448ABH2, phát triển từ dòng động cơ công nghiệp JCB 448 được sử dụng trên nhiều thiết bị xây dựng như máy xúc, máy xúc lật và các loại máy công trường khác.
Ở phiên bản thương mại, đây là một động cơ khiêm tốn với công suất khoảng 74 mã lực và mô men xoắn 441 Nm, giới hạn vòng tua khoảng 2.200 vòng/phút. Nhưng khi được đưa lên Hydromax, mỗi động cơ được nâng cấp để tạo ra khoảng 800 mã lực. Tổng công suất của hai khối máy đạt gần 1.600 mã lực, đủ để đưa chiếc xe dài gần 10 m lao đi trên mặt đường muối với tốc độ hơn 650 km/h.
Để đạt được bước nhảy này, JCB cùng các đối tác kĩ thuật như Ricardo và Prodrive phải thay đổi sâu hệ thống vận hành của động cơ. Các kỹ sư tối ưu hệ thống nạp khí, tăng áp, nhiên liệu, cơ cấu phối khí và khả năng chịu nhiệt để động cơ có thể hoạt động ở công suất cực đại. Theo Ricardo, một trong những nhiệm vụ chính của dự án là nâng công suất động cơ hydro từ mức ban đầu lên khoảng 800 mã lực, đồng thời giảm trọng lượng để phù hợp với một chiếc xe tốc độ cao.
JCB không chế tạo một động cơ hoàn toàn mới. Nhiều chi tiết nền tảng của động cơ sản xuất vẫn được giữ lại. Theo phóng sự kĩ thuật của The Autopian, trục khuỷu vẫn là loại sử dụng trên dây chuyền sản xuất, cùng nhiều thành phần cơ khí khác như thân máy, nắp quy lát và các bộ phận liên quan. Điều này cho thấy tham vọng của JCB không chỉ là tạo ra một chiếc xe đua đặc biệt, mà còn chứng minh động cơ hydro có thể phát triển dựa trên nền tảng công nghiệp hiện có. Một khối máy vốn sinh ra để làm việc trong môi trường công trường nay có thể trở thành trái tim của một chiếc xe phá kỉ lục thế giới.
Thùng đá thay cho hệ thống làm mát truyền thống
Để đạt tốc độ cực cao, Hydromax phải giải quyết một bài toán kiểm soát nhiệt lượng. Khác với xe thương mại có hệ thống làm mát hoạt động liên tục, chiếc xe của JCB chỉ cần vận hành trong vài phút ở điều kiện cực hạn. Vì vậy, đội kĩ thuật lựa chọn một giải pháp khác thường.
Thay vì sử dụng cấu hình két nước truyền thống, Hydromax sử dụng các thùng chứa đá để làm mát khí nạp và động cơ trong mỗi lượt chạy. Theo phóng sự tại Bonneville của The Autopian, đội kĩ thuật chuẩn bị khoảng 250 kg đá, trước mỗi lần chạy. Giải pháp này giúp hạ nhiệt luồng khí sau bộ tăng áp từ gần 200 độ C xuống khoảng 10 độ C trước khi đi vào động cơ.
Hai khối máy được đặt nghiêng ở hai bên khung xe. Mỗi động cơ truyền lực qua một hộp số sáu cấp riêng, tạo thành hệ dẫn động bốn bánh. Một hệ thống máy tính theo dõi tình trạng động cơ, đồng bộ hộp số và kiểm soát hoạt động của hai khối máy. Tuy nhiên, người điều khiển Andy Green vẫn giữ nhiều thao tác thủ công, trong đó có việc quyết định thời điểm sang số.
Khung xe bằng thép kết hợp khoang bảo vệ bằng vật liệu composite carbon. Bình chứa hydro được đặt phía sau vị trí người lái. Toàn bộ thân xe được tối ưu bằng mô phỏng động lực học chất lỏng thay vì thử nghiệm hầm gió truyền thống. Một chi tiết khá đặc biệt là Hydromax không thể tự di chuyển từ tốc độ thấp. Do hộp số không ăn khớp dưới khoảng 100km/h, chiếc xe cần một chiếc Land Rover Defender Octa hỗ trợ đẩy lấy đà trước khi bắt đầu lượt chạy. Theo tính toán dựa trên phản ứng hóa học, khoảng 2 kg hydro sử dụng trong một lượt chạy tương đương với gần 18 lít nước tạo thành.
Hydro và cuộc đua mới trong ngành vận tải
Câu hỏi lớn đặt ra là tại sao JCB chọn động cơ đốt trong hydro thay vì pin nhiên liệu như Toyota hay Hyundai. Câu trả lời nằm ở thị trường mà hãng phục vụ. Máy xây dựng, xe tải hạng nặng và thiết bị công nghiệp cần hoạt động liên tục trong nhiều giờ, thường ở những khu vực khó triển khai hạ tầng sạc điện.
JCB cho rằng động cơ hydro đốt trong có thể tận dụng nhiều kinh nghiệm sản xuất động cơ hiện có, sử dụng chuỗi cung ứng cơ khí quen thuộc và giúp người vận hành không phải thay đổi hoàn toàn cách sử dụng thiết bị. Tuy nhiên, công nghệ này cũng có giới hạn. Hydro cháy trong không khí vẫn có thể tạo ra oxit nitơ do nhiệt độ buồng đốt cao. Vì vậy, động cơ hydro đốt trong không thể được xem là hoàn toàn không phát thải. Điểm khác biệt là nó không tạo ra CO2 trực tiếp tại ống xả khi sử dụng hydro tinh khiết.
Trong khi JCB đặt cược vào việc cải tiến động cơ truyền thống, nhiều quốc gia châu Á lại đang xây dựng hệ sinh thái hydro theo hướng pin nhiên liệu. Nhật Bản nhiều năm theo đuổi chiến lược phát triển xã hội hydro, tập trung vào xe pin nhiên liệu và mạng lưới tiếp nhiên liệu. Hàn Quốc cũng xem hydro là một trụ cột trong chuyển đổi năng lượng, đặc biệt ở lĩnh vực xe tải và vận tải đường dài. Trung Quốc đang mở rộng thử nghiệm xe buýt, xe tải hydro và xây dựng chuỗi cung ứng trong nước.
Điểm chung của các chiến lược này là xem hydro như một giải pháp bổ sung cho xe điện chạy pin, đặc biệt ở những lĩnh vực mà pin lithium-ion gặp giới hạn về trọng lượng, thời gian sạc và mật độ năng lượng.
Tốc độ chưa phải câu trả lời cuối cùng
JCB Hydromax đã chứng minh một điều rõ ràng rằng động cơ hydro đốt trong có thể tạo ra sức mạnh ở cấp độ kỉ lục thế giới. Nhưng thử thách lớn hơn không nằm trên đường đua Bonneville, mà nằm ở việc sản xuất đủ hydro sạch với chi phí cạnh tranh, xây dựng hạ tầng cung cấp và đưa loại nhiên liệu này vào vận hành ở quy mô lớn.
Một lượt chạy phá kỉ lục chỉ cần vài kg hydro. Nhưng để thay thế hàng triệu động cơ diesel trong ngành vận tải và xây dựng, thế giới cần một hệ sinh thái năng lượng hoàn chỉnh. Hydromax không phải câu trả lời cuối cùng cho tương lai giao thông sạch, nhưng nó cho thấy trong cuộc đua giảm phát thải, đặc biệt với những cỗ máy cần sức mạnh lớn và hoạt động liên tục, hydro vẫn là một lựa chọn mà ngành công nghiệp chưa muốn bỏ qua.
