KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ

TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP

          1. Hiểu về động cơ tăng áp là gì?

          Trước tiên bạn phải hiểu tăng áp nó có nghĩa là gì? Tăng áp nghĩa là để chỉ các hệ thống nạp nhiên liệu kiểu cưỡng bức. Tăng áp là một hệ thống nén thêm không khí, nhằm đưa nhiều nhiên liệu hơn vào buồng đốt qua đó làm tăng công suất khi hòa khí đốt nổ trong xy lanh.
 

2. Phân loại các loại động cơ tăng áp

          Động cơ tăng áp gồm hai loại chính là loại turbocharge và loại supercharge.Áp suất nén được tăng thêm của tăng áp thường sẽ vào khoảng 6 đến 8 pao/inch vuông (psi) – nó tương đương với khoảng 0,408-0,544 atmosphere (at). Áp suất không khí là 1 at, thì có nghĩa việc tăng áp đã đưa lượng không khí vào động cơ thêm là khoảng 50%. Đồng nghĩa, như lí thuyết công suất động cơ cũng sẽ tăng 50% nhưng do hiệu suất sẽ không hoàn hảo, nên công suất chỉ tăng tối đa từ 30-40%.

          Tăng áp giúp động cơ có kết cấu nhỏ hơn nhưng sinh công lớn hơn đồng thời tiết kiệm nhiên liệu hơn. Sự khác biệt giữa turbocharge và supercharge chủ yếu là nguồn cung cấp năng lượng.​ Với kiểu tăng áp supercharge, một dây cuaroa sẽ kết nối với trục khuỷu động cơ nhằm cung cấp lực cho tăng áp. Với trường hợp này, tăng áp được gọi là hệ thống kí sinh và có thể thấy trên thực tế động cơ sẽ mất đi sức mạnh do truyền lực cho hệ thống nén khí.

          Tuy vậy, khi kết nối với trục khuỷu trực tiếp, công suất gia tăng sẽ sinh ra liên tục ở mọi tốc độ tua của động cơ, vì vậy supercharge sẽ không có hiện tượng trễ như turbocharge. Loại tăng áp Supercharge dễ lắp đặt hơn so với turbocharge nhưng lại có giá thành đắt hơn. Vì thế, turbocharge được nhà sản xuất ứng dụng nhiều hơn.
             Supercharge có thể xoay với tốc độ từ 50.000 đến 65.000 vòng/phút (rpm). Và ở tốc độ 50.000 rpm, thì áp suất sẽ tăng thêm là từ 6 đến 9 psi.
Supercharger thường được ứng dụng trên những mẫu xe Mỹ
Hệ thống Turbocharger tận dụng sức mạnh có sẵn của dòng khí thải. Nhờ bố trí một tuabin nằm ngay trên đường khí xả, khi khí xả đi qua làm cho tuabin quay và kéo theo quay máy nén khí vào xy lanh động cơ. 

            Turbocharge có tính hiệu quả hơn khi sử dụng năng lượng khí xả làm nguồn cấp động năng. Tuy nhiên, đó chỉ là trên lý thuyết, Turbocharge có nhược điểm là tạo ra áp suất ngược trong hệ thống xả đồng thời làm cho áp suất nạp thấp hơn ở thời điểm khởi động. Đây chính là nguyên nhân dẫn tới việc ban đầu “trễ” mà chúng ta còn gọi là không “bốc” ở động cơ lắp turbocharge (điển hình ở động cơ chạy dầu).

          Tận dụng khí thải trong tăng áp​
          Đối với hiện tượng trễ, các bạn khó có thể thấy ở động cơ có dung tích lớn, đủ lực mômen xoắn, nhưng đối với động cơ dung tích nhỏ thì bạn có thể kiểm chứng dễ dàng. Tuy vậy, các nhà sản xuất ô tô đời mới ngày nay gần như đã khắc phục hoàn hảo được hiện tượng trễ của turbo với các vật liệu và phương pháp mới.
 

            Một trong những giải pháp đó là sử dụng hai turbo nhỏ để thay cho một tuabin nén khí lớn. Hệ thống Bi-turbo hay tăng áp kép có tuabin đường kính nhỏ hơn, vì vậy mà chúng có thể tăng tốc nhanh hơn trong khi vẫn nén được một lượng không khí gần bằng với một tuabin đường kính lớn. Lúc này, hiện tượng trễ sẽ khó nhận thấy hơn bởi tuabin nhỏ có khả năng tăng tốc nhanh hơn.

           Nghe có vẻ phức tạp khi bổ xung thêm một tuabin nhưng trên thực tế các hệ thống tăng áp kép thực sự dễ dàng ứng dụng với dòng động cơ có thiết kế hình chữ V như V6, V8. Đường xả được thiết kế đơn giản hơn của các động cơ chữ V thường đơn giản hơn.
Phương pháp khác tiếp theo để khắc phục trễ là sử dụng turbocharge biến đổi có cánh. Tuabin này có các cánh hệ thống có thể dịch chuyển nằm bên trong hộp xoắn ốc gắn với ống xả nhằm thay đổi hướng của dòng khí khi đi vào rotor xoay của tuabinNhờ vào sự điều khiển của máy tính mà các cánh lái này mở nhằm cho luồng khí xả đi qua tuabin khi ô tô chạy ở tốc độ ổn định, và sẽ đổi hướng của luồng khí này sao cho hướng vào roto của tuabin trực tiếp hơn khi xe tăng ga, quá trình này giúp tuốcbin xoay nhanh hơn. Loại tăng áp Turbocharge có cánh lái dịch chuyển được hay có thể thay đổi kết cấu giúp tuabin nhỏ có thể nén lượng khí tương đương với các tuabin lớn.
Khi không khí bị nén sẽ trở nên nóng hơn đồng thời làm giảm bớt tỷ trọng, làm cho không khí không nở nhiều khi xảy ra phản ứng nổ trong xy lanh. Không khí nóng cũng chứa ít oxy hơn, vì vậy sức mạnh của động cơ cũng sẽ giảm bớt đi. Và để khắc phục nhược điểm lớn này nhà sản xuất đã sử dụng một hệ thống làm mát trung gian với tên gọi là Intercooler. Hầu hết hệ thống Intercooler là hệ thống làm mát bằng không khí. Ở những hệ thống Intercooler này, dòng khí nén buộc phải đi qua cụm trao đổi nhiệt độ giống như bộ tản nhiệt đồng thời được làm mát nhờ nhiệt độ không khí ngoài.
Điển hình của hệ thống Intercooler: Hệ thống Intercooler còn có loại được làm mát bằng chất lỏng. Với hệ thống này, chất lỏng làm mát sẽ làm mát luồng khí nén bên trong bằng cách bơm qua một phần của hộp trao đổi nhiệt. Được đánh giá là hệ thống hoạt động ổn định hơn do không phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ của môi trường. Tuy vậy hệ thống Intercooler này khá phức tạp nên hầu hết các nhà sản xuất đều không sử dụng. Lợi ích khác của tăng áp khi hoạt động, chúng tạo ra độ xoáy lớn khi nén không khí vào trong xy lanh. Hiệu ứng xoáy giúp không khí trộn đều với nhiên liệu làm tăng hiệu suất đốt cháy hoàn toàn. Chính vì đó, các có thể thấy trên các động cơ phun nhiên liệu trực tiếp thường sử dụng tăng áp nhằm cải thiện quá trình đốt trong xy lanh.
          Khi kết hợp tăng áp cho phép các nhà sản xuất ô tô có thể sử dụng động cơ 4 xy lanh mà tạo ra bằng công suất của động cơ 6 xy lanh và qua đó tiết kiệm lượng lớn nhiên liệu.Theo tính toán của các chuyên gia, loại tăng áp Turbocharge có thể cải thiện hiệu suất động cơ thêm 20%. Và vì vậy mà, hiện nay nhiều dòng xe ô tô trên thế giới đang tích cực sử dụng công nghệ turbo vào trong động cơ. Tất nhiên kèm theo đó các chi tiết trong động cơ phải bền hơn để đáp ứng được ứng suất cao hơn.
           Cấu tạo của Turbocharge: Turbocharge có cấu tạo gồm ba phần chính: Các vòng bi xoay quanh một trục ở giữa, mỗi đầu của trục được gắn một tuabin nằm trong một hộp xoắn ốc. Một tuabin được gắn với ống xả để làm quay trục khi dòng khí xả đi qua. Và tuabin còn lại nén không khí vào trong cổ góp nạp khi trục quay.Loại Turbocharge có thể xoay với tốc độ rất nhanh. Khi xe di chuyển thẳng đều, tuabin của turbocharge có thể chạy không tải với tốc độ khoảng 30.000 vòng/phút. Và khi nhấn ga các tuabin này có thể đạt tốc độ từ 80.000 đến 100.000 vòng/phút do có nhiều khí xả nóng đẩy qua tuốcbin hơn.
              Biturbo và Twin turboCác loại Biturbo và Twin turbo mà bạn đang thấy được áp dụng trên nhiều dòng xe, về bản chất, chúng đều dùng hai máy nén khí kiểu tuabin tăng áp. Tuy nhiên, sẽ có sự thay đổi tùy theo từng hãng sản xuất các phương án sử dụng tuabin kép này

Ví dụ, trên động cơ của BMW dùng 2 turbo kích thước khác nhau, ở số vòng quay thấp tuabin nhỏ sẽ hoạt động và tuabin lớn hoạt động ở số vòng quay cao. Trong khi đó, Mercedes hay Toyota lại dùng 2 tuabin, mỗi tuabin có nhiệm vụ tăng áp cho một phần hai số xilanh.Ngoài ra còn có phương án kết hợp giữa 1 máy nén cơ khí và 1 tua-bin. Nói chung, tất cả các phương án để động cơ tăng áp đều đạt hiệu quả kinh tế cao khi sử dụng, khả năng giảm nhiên liệu tiêu thụ khoảng 20% cho một mã lực so với khi động cơ chưa tăng áp.