Bộ động cơ tăng áp là gì? Tìm hiểu chi tiết về bộ tăng áp động cơ xe ô tô
Contents
Khi bạn tìm hiểu thông tin kỹ thuật về một chiếc ô tô chắc hẳn bạn đã thấy hoặc nghe qua rất nhiều về về bộ tăng áp động cơ. Tuy nhiên, chưa chắc bạn đã hiểu được tăng áp động cơ là gì? cấu tạo và công dụng của nó như thế nào?. Bài viết này được trình bày theo một cách thông thường dễ hiểu nhằm cung cấp cho người đọc không chuyên về lĩnh vực cơ khí máy móc cũng có thể hiểu và nắm bắt được, không đặt nặng quá về chi tiết chuyên môn. Cùng theo dõi dưới đây nhé!
Khái niệm tăng áp là gì?
Tăng áp là từ chung dùng để chỉ các hệ thống nạp nhiên liệu cưỡng bức. Có thể hiểu đơn giản, tăng áp là hệ thống nén thêm không khí vào buồng đốt, và như vậy có thể đưa vào nhiều nhiên liệu hơn qua đó làm tăng công suất mỗi khi hỗn hợp đốt nổ trong xylanh.
Bộ động cơ tăng áp là gì?
Bộ tăng áp động cơ (Turbocharger) là hệ thống nạp nhiên liệu cưỡng bức trong động cơ để một động cơ có kích thước nhất định tạo nhiều công suất hơn. Bộ tăng áp khác với bơm tăng nạp thông thường ở chỗ bộ tăng nạp được chạy bằng lực kéo cơ khí của động cơ thông dây cu roa nối với maniven còn bộ tăng áp động cơ được chạy bằng năng lượng khí thải tua bin.
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.
Có mấy loại động cơ tăng áp?
Hiện nay, Động cơ tăng áp gồm hai loại chính là loại đó là turbocharge và loại supercharge.
Áp suất nén tăng thêm của tăng áp vào khoảng từ 6-8 pao/inch vuông (psi) – tương đương với 0,408-0,544 atmosphere (at). Do áp suất thông thường trong không khí là 1 at, điều này có nghĩa là tăng áp đã đưa thêm khoảng 50% lượng không khí nữa vào động cơ. Như vậy, theo lí thuyết công suất của động cơ cũng sẽ tăng lên 50% song do hiệu suất không hoàn hảo, công suất của động cơ chỉ tăng thêm từ 30-40%.
Khác biệt chính giữa hai hệ thống turbocharge và supercharge là nguồn cung cấp năng lượng.
Đối với supercharge:
Một dây cua-roa được kết nối với trục khuỷu của động cơ để cung cấp động lực trực tiếp cho tăng áp. Trong trường hợp này, tăng áp là hệ thống kí sinh và trên thực tế động cơ mất đi một chút ít sức mạnh để truyền động lực cho hệ thống nén khí.
Tuy nhiên, do được kết nối trực tiếp với trục khuỷu, công suất gia tăng sẽ hiện diện liên tục ở mọi tốc độ tua của động cơ vì thế supercharge không tạo ra hiện tượng “trễ” giống như turbocharge. Supercharge dễ lắp đặt hơn song cũng có giá thành đắt hơn, vì thế, ngày nay các nhà sản xuất ứng dụng turbocharge nhiều hơn. Supercharge có thể xoay với tốc độ lên tới từ 50.000-65.000 vòng/phút (rpm). Ở tốc độ 50.000 rpm, áp suất tăng thêm là từ 6-9 psi.
Với turbocharger:
Hệ thống này tận dụng sức mạnh của dòng khí thải. Nhờ bố trí một tuốc-bin nằm trên ông thoát khí thải, khi khí thải đi qua sẽ làm cho tuốc-bin này quay và nhờ thế nó làm quay máy nén khí vào xylanh của động cơ.
Theo lí thuyết, turbocharge hiệu quả hơn bởi nó sử dụng năng lượng “thải” trong khí xả làm nguồn cung cấp động năng. Tuy nhiên, nhược điểm của turbocharge là tạo ra một áp suất ngược trong hệ thống xả và tạo ra áp suất nạp thấp hơn cho tới khi động cơ hoạt động ở tốc độ tua cao, đây chính là nguyên nhân dẫn tới động cơ lắp turbocharge ban đầu không “bốc” hay còn gọi là “trễ” – hiện tượng có thể thấy rõ ở động cơ chạy dầu.
Giải pháp khắc phục hiện tượng “Trễ” của turbo:
Động cơ dung tích lớn thường có đủ lực mômen xoắn để khiến cho hiện tượng trễ của turbo khó nhận thấy, song điều này có thể kiểm chứng dễ dàng với những động cơ dung tích nhỏ. Tuy nhiên, các nhà sản xuất ôtô ngày nay hầu như đã khắc phục được hiện tượng trễ của turbo bằng cách ứng dụng các phương pháp hay vật liệu mới.
Một trong những giải pháp đơn giản nhất là lắp hai turbo nhỏ thay cho một tuốcbin nén khí lớn. Hệ thống “Bi-turbo” hay tăng áp kép này có tuốcbin đường kính nhỏ hơn, vì thế chúng có thể tăng tốc nhanh hơn trong khi vẫn nén được lượng không khí tương đương với một tuốcbin đường kính lớn. Hiện tượng trễ sẽ khó cảm nhận thấy hơn do tuốcbin nhỏ tăng tốc nhanh hơn. Bổ xung thêm một tuốcbin nữa nghe ra có vẻ phức tạp tuy nhiên trên thực tế các hệ thống tăng áp kép rất dễ ứng dụng với dòng đồng cơ có thiết kế hình chữ V, như V6 hay V8. Đường xả của các động cơ có thiết kế hình chữ V thường đơn giản hơn, mặc dù BMW sử dụng hệ thống tăng áp kép cho cả đông cơ 6 xylanh xếp thẳng hàng.
Một phương pháp khác để khắc phục tình trạng trễ là sử dụng turbocharge có cánh biến đổi. Tuốcbin này có một hệ thống các cánh có thể dịch chuyển nằm bên trong hộp xoắn ốc gắn với ống xả để thay đổi hướng của dòng khí đi vào rôto xoay của tuốcbin. Nhờ sự điều khiển của máy tính, các cánh lái này sẽ mở để cho phép luồng khí xả đi qua tuốcbin khi xe chạy ở tốc độ ổn định song sẽ đổi hướng của luồng khí sao cho chúng hướng vào rôto của tuốcbin trực tiếp hơn khi tăng ga, quá đó giúp tuốcbin xoay nhanh hơn. Turbocharge có cánh lái dịch chuyển hay có thể thay đổi kết cấu hình học giúp tuốcbin nhỏ có khả năng nén tương đương với các tuốcbin lớn.
Do không khí bị nén, chúng trở nên nóng hơn và giảm bớt tỷ trọng, điều này cũng có nghĩa là không khí sẽ không nở nhiều khi xảy ra phản ứng nổ trong xylanh. Không khí nóng cũng chứa ít ôxy hơn, và vì thế sức mạnh của động cơ cũng sẽ giảm bớt. Để khắc phục nhược điểm này người ta sử dụng một hệ thống làm mát trung gian gọi là Intercooler vốn thường xuyên được kết hợp với tăng áp. Hầu hết Intercooler là các hệ thống làm mát bằng không khí. Ở những hệ thống này, dòng khí nén sẽ buộc phải đi qua một cụm trao đổi nhiệt giống như bộ tản nhiệt và được làm mát nhờ nhiệt độ không khí bên ngoài. Intercooler còn có loại làm mát bằng chất lỏng, theo đó chất lỏng làm mát được bơm qua một phần của hộp trao đổi nhiệt để làm mát luồng không khí nén ở bên trong. Hệ thống làm mát bằng chất lỏng hoạt động ổn định hơn vì chúng không phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ của môi trường, tuy nhiên hệ thống này lại phức tạp và vì thế hầu hết các nhà sản xuất đều sử dụng hệ thống làm mát bằng không khí.
Công dụng khác của tăng áp:
Một lợi ích khác của 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 chúng được đốt cháy hoàn toàn. Chính vì thế, các động cơ phun nhiên liệu trực tiếp thường sử dụng tăng áp để cải thiện chu trình đốt trong xylanh.
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.
Biturbo và Twin turbo:
Các 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.
Xem thêm : Tổng hợp những kinh nghiệm sử dụng điều hòa tiết kiệm xăng cho xe
Bài viết trên là một vài thông tin về động cơ tăng áp mà Honda Mỹ Đình cung cấp cho đọc giả.
