Mọi thứ về động cơ tăng áp Turbocharging, Supercharging và Twincharging

Để có thể nâng cao hiệu suất của máy móc, các kỹ sư đã tìm hiểu và khám phá ra những dòng động cơ hạn chế tối đa sự ảnh hưởng của áp suất khí quyển, từ đó tạo ra cảm ứng cưỡng bức. Nhờ vậy mà những khối động cơ có thể cải thiện đáng kể về hiệu suất cũng như hiệu quả vận hành khi tăng trọng lượng của chiếc xe.

1. Động cơ tăng áp Turbocharging

Với Turbocharging, hệ thống tăng áp này tận dụng sức mạnh của dòng khí thải. Dựa vào việc bố trí một tuabin nằm trên ống thoát khí thải, khi khí thải đi qua sẽ làm cho tuabin quay, nhờ vậy mà làm quay máy nén khí vào xylanh của động cơ.

Theo lý thuyết, turbo charging hiệu quả hơn bởi nó sử dụng năng lượng "thải" trong khí xả làm nguồn cung cấp động năng. Tuy nhiên, nhược điểm của động cơ này là tạo ra một áp suất ngược trong hệ thống xả nên sẽ tạo ra áp suất nạp thấp hơn.

Một lợi ích khác của động cơ tăng áp là chúng tạo ra độ xoáy cao khi nén không khí vào xylanh. Chính hiệu ứng xoáy này giúp không khí được trộn đều với nhiên liệu đốt làm tăng khả năng đốt cháy hoàn toàn của nhiên liệu. Chính vì thế, các động cơ phun nhiên liệu trực tiếp thường sử dụng tăng áp để cải thiện chu trình đốt trong xylanh.

2. Nguyên lý làm việc động cơ siêu nạp Supercharging

Động cơ siêu nạp Supercharging được hiểu đơn giản là một máy nén lấy không khí ở áp suất môi trường, nén lại và chuyển tới động cơ. Năng lượng này được lấy từ trục khuỷu động cơ thông qua đai truyền động. Việc bổ sung một lượng hòa khí lớn vào trong xylanh giúp gia tăng áp suất trung bình có ích của động cơ.

Sự gia tăng này giúp cho động cơ sản sinh là nhiều năng lượng hơn, từ đó động cơ hoạt động được hiệu quả hơn. Hai phương pháp hoạt động phổ biến nhất của động cơ siêu nạp là hiệu ứng tăng áp và tăng áp piston.

Đối với phương pháp hiệu ứng tăng áp, buồng góp được thiết kế theo cách không khí được đưa vào xylanh một cách tự động và liên tục nhưng các van được đóng/ mở nhiều lần trong 1s. Mỗi khi van đóng lại, không khí tràn vào tạo ra sóng áp truyền theo hướng ngược lại cho đến khi vào vùng cao áp. Nếu tần số cộng hưởng của vùng cao áp và động cơ phù hợp, sóng áp suất sẽ mang nhiều không khí hơn vào xylanh làm việc của bộ siêu nạp.

Đối với phương pháp tăng áp piston sẽ sử dụng mặt dưới của piston để nén không khí. Với thời gian thích hợp, hệ thống này cung cấp đủ lượng khí nén vì sẽ có hai hành trình phân phối cho mỗi hành trình hút trong một chu trình.

3. Động cơ tăng áp kép Twincharging

Động cơ tăng áp kép thường được sử dụng trên khá nhiều phương tiện, chủ yếu là những phương tiện có hiệu suất cao như ô tô, máy bay, xe tải và tài thuyền. So với động cơ hút khí tự nhiên thì động cơ tăng áp kép là một sự cải tiến vượt bậc bởi máy nén trong các động cơ tăng áp có thể cung cấp nhiều không khí vào buồng đốt hơn.

Ưu điểm của động cơ tăng áp kép Twincharging:

• Tăng cường sức mạnh cho động cơ của các loại phương tiện
• Tiết kiệm một lượng lớn nhiên liệu cần nạp cho động cơ

Nhược điểm của động cơ tăng áp kép Twincharging:

• Động cơ tăng áp kép cần sử dụng các trục khuỷu và piston khỏe hơn so với các loại động cơ khác
• Khối động cơ đòi hỏi tính kỹ thuật và chi phí sản xuất cao hơn
• Động cơ tăng áp kép sinh ra nhiệt bổ sung nên cần hệ thống làm mát phải lớn hơn bình thường
• Cần nguồn cung cấp dầu dồi dào và dung tích bơm lớn để nâng cao tần suất quay vòng của các tuabin

4. Ví dụ những mẫu ô tô sử dụng động cơ tăng áp

Ngày nay, động cơ tăng áp được khá ít các nhà sản xuất ô tô sử dụng. Thay vào đó là việc sử dụng động cơ siêu nạp và động cơ tăng áp kép. Đặc biệt, số lượng dòng xe sử dụng động cơ tăng áp kép ngày càng nhiều hơn trên thị trường.

Một số mẫu xe nổi bật đang sử dụng động cơ tăng áp kể đến như Volkswagen Golf GTi, BMW M3 và Ford GT. Nhắc đến động cơ siêu nạp sẽ gồm có Ford Mustang Shelby GT500, Dodge Challenger SRT Super Stock và Jaguar F-Type.

Ngày nay, những ô tô sử dụng động cơ tăng áp kép dần trở nên phổ biến hơn. 3 mẫu xe điển hình chính là Volvo XC90 T8, Volkswagen Polo GTi và Zenvo ST1.

5. Những nhận định về động cơ siêu nạp và động cơ tăng áp

Việc so sánh rõ ràng giữa động cơ tăng áp và động cơ siêu nạp thật là khó. Nhược điểm lớn nhất của động cơ tăng áp đó chính là độ trễ. Những xe sử dụng động cơ tăng áp luôn có 2 đồ thị biểu diễn công suất và momen khác nhau. Sự chênh lệch giữa giá trị của hai biểu đồ này cho biết độ trễ chiếc xe đó ít hay nhiều.

Nhược điểm của động cơ siêu nạp là gây thêm lực tải cho động cơ, thêm sức ép lên các chi tiết hộp số và bộ truyền động. Theo một cách ngắn gọn thì động cơ siêu nạp thường gây mất một phần tương đối công suất do phải tải trọng thêm hệ thống hút khí cưỡng bức. Tuy nhiên chúng vẫn đạt được hiệu suất mong đợi.

6. Câu hỏi thường gặp

Một số câu hỏi thường gặp đối với động cơ tăng áp.

Giữa động cơ tăng áp và động cơ siêu nạp, động cơ nào tốt hơn?

Để xác định động cơ tốt hơn phụ thuộc vào cấu hình của mẫu xe lắp đặt. Theo quy luật chung, động cơ tăng áp được ưu tiên cho chi phí, trọng lượng và hiệu quả.

Động cơ tăng áp có thể thiết lập trên động cơ diesel hay không?

Điều này có thể. Tuy nhiên, động cơ diesel thường có momen xoắn khá tốt vì vậy việc tăng áp dường như là không cần thiết.

Có thể nhận biết một chiếc xe có trang bị động cơ tăng áp bằng cách mở nắp mui xe không?

Người dùng có thể nhận biết được động cơ tăng áp dưới nắp capo. Hầu hết, bản thân bộ tăng áp hoặc bộ siêu nạp có thể nhìn thấy trong khoang động cơ. Tuy nhiên, với một số có thể bị ẩn bộ tăng áp ở phía sau, đặc biệt là trong bố cục ngang như chiếc xe Golf GTi.

Động cơ siêu nạp có rẻ không?

Điều này không. Công nghệ này tuy phổ biến trong nhiều nhành nhưng không quá đa dụng trong ngành công nghiệp ô tô. Vì vậy, động cơ siêu nạp không được nhiều công ty phát triển và cũng không được các nhà sản xuất ô tô sử dụng thường xuyên. Do đó, động cơ siêu nạp sẽ có giá đặt hơn động cơ tăng áp.