Hệ thống tăng áp xuất hiện lần đầu tiên vào đầu thế kỷ 20. Ban đầu, tăng áp chỉ được sử dụng trên các động cơ dành cho tàu biển hoặc máy bay. Đến thập niên 1950, các nhà sản xuất xe hơi bắt đầu ứng dụng cơ chế này trên các mẫu xe ô tô hiệu suất cao.
Hệ thống tăng áp trên ô tô là gì?
Cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973, tiếp đến là các quy định khí thải ngày càng chặt chẽ của Liên minh châu Âu và Mỹ đã tạo ra bước ngoặt về ứng dụng công nghệ trong ngành sản xuất xe hơi toàn cầu. Theo đó, các hãng xe thay vì theo đuổi động cơ hút khí tự nhiên với dung tích xy lanh lớn đã chuyển sang động cơ dung tích nhỏ tích hợp bộ tăng áp.
Video minh họa: Nissan Navara – Twin Turbo Engine
Theo luật thuế tiêu thụ đặc biệt sửa đổi có hiệu lực từ tháng 7/2016, xe chở người dưới 10 chỗ ngồi có dung tích xi-lanh lớn phải chịu các mức thuế suất tăng đáng kể. Việc trang bị động cơ dung tích nhỏ kết hợp bộ tăng áp trên ô tô sẽ giúp nhà sản xuất giảm giá thành sản phẩm đến tay người tiêu dùng.
Tăng áp (turbo hay turbocharger) được sử dụng phổ biến trên động cơ đốt trong với nguồn khí nạp cưỡng bức. Bộ tăng áp trên ô tô tận dụng năng lượng từ nguồn khí thải của động cơ để tăng công suất cho chính động cơ.
Việc thiết kế bất kỳ động cơ nào luôn là một thách thức đối với các nhà sản xuất ô tô, nhưng nó càng trở nên khó khăn hơn khi họ cố gắng cân bằng các tiêu chuẩn về hiệu suất nhiên liệu mà họ cần phải đáp ứng, với hiệu suất mà người mua mong muốn
Nhiều người đang bổ sung bộ tăng áp cho các động cơ phân khối nhỏ hơn để tạo ra nhiều sức mạnh hơn từ chúng. Nhưng một số người đang tiến thêm một bước với tính năng sạc kép – thêm một bộ siêu nạp cùng với bộ tăng áp. (Lưu ý rằng sạc kép không giống như tăng áp kép hoặc tăng áp kép, nghĩa là có hai bộ tăng áp.) Lancia, Nissan và Volkswagen là những người đầu tiên sử dụng sự kết hợp này bắt đầu từ những năm 1980, nhưng nó không phổ biến lắm. Trong số những hãng vẫn còn sử dụng nó là Volvo, hãng có tính năng sạc kép trên các động cơ có sẵn trên nhiều mẫu xe trong dòng sản phẩm của mình.
Cả bộ tăng áp và bộ siêu nạp đều là máy bơm không khí, có chức năng nén không khí và đẩy vào động cơ, một hệ thống gọi là cảm ứng không khí cưỡng bức. Sự khác biệt giữa chúng là ở cách chúng được cung cấp năng lượng, từ đó ảnh hưởng đến cách động cơ phản ứng với chúng.
Động cơ đốt cháy xăng, nhưng chỉ sau khi nó được biến thành hơi do trộn lẫn với không khí. Cái mà nhiều người gọi là bàn đạp “ga” có thể được mô tả chính xác hơn là bàn đạp “không khí”. Khi bạn đặt chân xuống, động cơ sẽ hút thêm không khí vào. Sau đó, các cảm biến sẽ xác định lượng xăng và hướng dẫn hệ thống nhiên liệu thêm lượng xăng thích hợp để pha trộn hỗn hợp nhiên liệu không khí chính xác.
Đốt nhiều xăng hơn sẽ tạo ra nhiều năng lượng hơn, nhưng nếu hỗn hợp quá đậm đặc – quá nhiều xăng và không đủ không khí – thì động cơ sẽ không hoạt động bình thường. Thêm nhiều không khí hơn sẽ cho phép nhiều nhiên liệu hơn, nhưng động cơ hút khí tự nhiên (động cơ không có bộ tăng áp hoặc bộ siêu nạp) bị giới hạn về lượng không khí nó có thể hút vào. Mỗi piston tạo ra một chân không khi nó di chuyển xuống trong xi lanh và không khí tràn vào lấp đầy khoảng trống đó, nhưng nó ở áp suất khí quyển. Khi không khí được bơm vào dưới áp suất – công việc của những bộ sạc không khí cưỡng bức – có thể cung cấp nhiều nhiên liệu hơn và động cơ tạo ra nhiều năng lượng hơn.
Một bộ tăng áp được cung cấp bởi khí thải của động cơ. Một bên nằm ở ống xả, nơi các khí đã qua sử dụng được thải ra ngoài và bên kia ở cửa nạp, nơi không khí trong lành đi vào. Bên trong turbo là hai quạt nhỏ, được nối với nhau bằng một trục. Khi khí thải chảy qua tuabin, nó làm quay một trong các quạt, được gọi là tuabin. Trục quay, làm quay chiếc quạt thứ hai, gọi là máy nén. Quạt này hút không khí trong lành, tạo áp suất và đẩy nó vào động cơ.
Một bộ siêu nạp hoạt động tương tự ở chỗ nó nén không khí và đẩy nó vào động cơ, nhưng quạt của nó được điều khiển bởi động cơ. Bộ siêu nạp có một bánh răng truyền động và ròng rọc được liên kết bằng dây đai với trục khuỷu của động cơ. Khi trục khuỷu quay, quạt nén của bộ tăng áp cũng vậy. Cũng có thể cung cấp năng lượng cho bộ siêu nạp từ trục khuỷu bằng bánh răng, thay vì dây đai, nhưng điều đó chủ yếu được sử dụng trên động cơ đua.
Không khí được nén nóng lên, nhưng không khí mát có nhiều oxy hơn và cung cấp quá trình đốt cháy tốt hơn khi hỗn hợp nhiên liệu được đốt cháy. Các nhà sản xuất ô tô bổ sung một bộ trao đổi nhiệt, được gọi là bộ làm mát liên động, làm giảm nhiệt độ của không khí trước khi nó đi vào động cơ.
Tất nhiên, đối với mỗi điểm cộng của hệ thống không khí cưỡng bức, sẽ có một điểm trừ. Một bộ tăng áp cung cấp khả năng tăng áp gần như ngay lập tức, nhưng động cơ sử dụng một phần năng lượng của nó để điều khiển bộ phận, được gọi là tổn thất ký sinh. Đối với bộ tăng áp, đó là độ trễ: Khi bạn nhấn ga, cần có thời gian để ống xả quay quạt tuabin đến đủ tốc độ.
Một cách để khắc phục độ trễ turbo là lắp đặt hai bộ tăng áp: Một bộ nhỏ quay nhanh hơn và một bộ lớn hơn cung cấp nhiều năng lượng hơn ở tốc độ cao hơn. Sạc đôi cũng làm như vậy. Bộ tăng áp hoạt động ngay lập tức để cung cấp mức tăng sức mạnh ban đầu, và sau đó khi hiệu suất của nó thấp hơn, bộ tăng áp sẽ quay và thực hiện công việc của nó. Kết hợp với nhau, hiệu suất kết hợp của chúng tạo ra sức mạnh êm ái trên một loạt các tốc độ động cơ.
Vậy tại sao nhiều động cơ không có sạc kép? Câu trả lời nhanh chóng là mặc dù nó hoạt động tốt, nhưng nó phức tạp và điều đó tất nhiên làm tăng thêm giá của nó. Các nhà sản xuất ô tô có nhiều khả năng sử dụng tăng áp kép hoặc sử dụng bộ tăng áp cuộn kép – sử dụng một ống góp động cơ đặc biệt kết hợp và hướng khí thải từ các xi lanh cụ thể, tạo ra luồng không khí mượt mà hơn đến quạt tuabin.
Và tại sao lại sử dụng bộ tăng áp hoặc sạc kép? Những hệ thống không khí cưỡng bức này từng được sử dụng hầu như chỉ dành cho những chiếc xe thể thao và hiệu suất để tăng tốc độ. Ngày nay, các nhà sản xuất ô tô đang đưa chúng vào các động cơ phân khối nhỏ để giúp chúng đáp ứng các tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu khắt khe hơn. Động cơ nhỏ hơn đó vốn đã ngốn nhiều nhiên liệu hơn động cơ lớn hơn, nhưng khi cần cung cấp năng lượng, hệ thống không khí cưỡng bức sẽ bắt đầu hoạt động để cung cấp cho nó – ví dụ như động cơ bốn xi-lanh giống như sáu xi-lanh. Nhưng hãy nhớ rằng khi bạn nạp thêm không khí, bạn cũng đang nạp thêm nhiên liệu. Nó có thể sẽ vẫn sử dụng ít xăng hơn nếu bạn có một động cơ lớn hơn dưới mui xe, nhưng cho dù đó là từ bộ siêu nạp hay bộ tăng áp, đi nhanh sẽ luôn đi kèm với cái giá phải trả.
Nguồn tham khảo: Nissan, driving, Vinfast Việt Nam
Hy vọng những thông tin trên đây sẽ giúp bạn nắm bắt được “Tìm hiểu cách hoạt động động cơ tăng áp kép Twin Turbo Engine?”. Theo dõi trang baoduongxe.com.vn để đón đọc những thông tin xe hữu ích khác nhé!
