Xu-pap bằng ceramic hiệu suất cao của Mercedes

Xu-pap ceramic thử nghiệm trên động cơ 3 lít - 24 van của Mercedes - Benz.

Ceramic siêu bền tổng hợp từ các oxit, nitrit, cacbua, boric silic và các kim loại nhôm, zircon, titan. Nguyên liệu được trộn, xay mịn rồi nung ở nhiệt độ 2.000 độ C. Từ năm 1997, Mercedes đã tiến hành kiểm nghiệm trên hơn 1.700 động cơ gắn xu-pap ceramic, để có thể sử dụng chúng trong thiết kế chuẩn của các động cơ hiện đại.

Năm 1984, các chuyên gia thuộc trung tâm Daimler-Benz Research đã bắt đầu nghiên cứu việc áp dụng vật liệu ceramic hiệu suất cao trên động cơ xe hơi. Họ đã hợp tác với các nhà cung cấp để cải tiến đặc tính vật liệu. Đối tác của Mercedes là Bayer và NGK đã sản xuất ceramic chứa nitrit silic (từ cát và nitơ) để sử dụng trong ngành ôtô từ nhiều năm nay. Vật liệu sứ siêu bền này đã chứng tỏ độ tin cậy cao trong sản xuất bu-gi, bu-gi xông máy và bộ xúc tác lọc khí thải. Loại ceramic này rất bền và có sức chịu đựng gấp nhiều lần so với sứ thông thường, chúng có tương lai đầy hứa hẹn trong lĩnh vực kỹ thuật cao như các chương trình không gian, công nghệ vi điện tử và cơ khí.

Xu-pap hút nhiên liệu được chế tạo từ nitrit silic chỉ nặng 26 gram, giảm 56% so với loại bằng thép tương ứng nặng 61 gram. Xu-pap xả ceramic nặng 25 gram, còn xu-pap thép cùng loại là 57 gram. Nếu các van ceramic được sử dụng trong động cơ xe C-Class loại 2,3 lít thì tổng trọng lượng sẽ bớt đi khoảng 500 gram, hao tổn năng lượng của động cơ sẽ giảm đi đáng kể. Ông Erwin Fechter, kỹ sư thử nghiệm của Mercedes-Benz, giải thích: "Động cơ của xe hạng C chạy với vận tốc trung bình sử dụng xu-pap ceramic sẽ tiết kiệm được khoảng 250 W trong một hành trình. Hơn nữa, lực bung và khối lượng của lò xo xu-pap không cần thiết phải quá lớn khi sử dụng loại van nhẹ này. Hiệu quả tổng hợp là giảm tiêu hao nhiên liệu. Các kỹ sư Mercedes ước tính vật liệu mới giúp giảm tiêu hao nhiên liệu khoảng 3-6% trên loại động cơ 4 xi-lanh - tương ứng 0,3-0,5 lít/100 km với mẫu C230 Compressor.

Sản phẩm của trung tâm nghiên cứu Bayer (Đức).

Một đặc tính quan trọng nữa là ceramic có khả năng chịu tải lớn. Các xu-pap trong động cơ 4 xi-lanh hoạt động với tải trọng tối đa có thể mở - đóng tới 3.000 lần/1phút, trong môi trường trên 800 độ C với áp suất khoảng 80 atm (gấp 40 lần so với áp suất trong lốp xe hơi bình thường).

Xu-pap ceramic được sản xuất trên dây chuyền công nghệ chuyên biệt, thử nghiệm và phân tích bằng các phương pháp tiên tiến với sự hỗ trợ của máy tính. Chúng đã chứng minh độ tin cậy để có thể sản xuất hàng loạt. 17 động cơ đã làm việc 8.500 giờ trên đường thử và gần 300.000 km chạy trong thành phố mà không xảy ra vấn đề nào đáng kể. Ông Wolfgang Fick, trưởng bộ phận thử nghiệm động cơ của Mercedes, giải thích: "Chúng tôi đang thử nghiệm trên hơn 1.700 động cơ để đánh giá độ tin cậy của sản phẩm, chuẩn bị cho việc sản xuất quy mô lớn".

Hiện nay, để xu-pap ceramic "qua được thử nghiệm", các kỹ sư của Mercedes và các nhà cung cấp của họ còn phải giải quyết vấn đề chi phí. Xu-pap loại này hiện đắt gấp đôi so với các van làm bằng thép.

Xuân Thu