Động cơ tăng áp ô tô là gì, cấu tạo, phân loại và ưu nhược điểm

Động cơ tăng áp là một bộ phận rất quan trọng trên xe Ô tô, tuy nhiên hiện nay có rất nhiều người điều khiển Ô tô vẫn chưa thật sự nắm rõ về các bộ phận trên xe cũng như nguyên lí hoạt động của nó. Hôm nay, Zestech xin cung cấp các thông tin về động cơ tăng áp đến với quý độc giả để mọi người nắm bắt cụ thể hơn.

Động cơ tăng áp là gì?

“Tăng áp” là một cụm từ dùng chung để chỉ các hệ thống nạp nhiên liệu cưỡng bức. Do vậy, động cơ tăng áp ở đây có thể hiểu đơn giản là hệ thống nạp nhiên liệu để nén thêm không khí vào buồng đốt, và như vậy có thể đưa vào nhiều nhiên liệu hơn qua đó làm tăng công suất so với động cơ hút khí tự nhiên mỗi khi hỗn hợp đốt nổ trong xylanh. 

Phân loại động cơ tăng áp

Động cơ tăng áp thông thường gồm hai loại là turbocharge và supercharge. 

Điểm khác biệt chính giữa hai hệ thống turbocharge và supercharge là nguồn cung cấp năng lượng.

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. Supercharge không dùng sức mạnh khí thải, mà sử dụng dây curoa nối với trục khuỷu của động cơ để tạo ra động lực cho tăng áp. Động cơ tăng áp này thực chất là hệ thống kí sinh và làm cho sức mạnh động cơ truyền động lực cho hệ nén khí yếu đi.

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. Turbocharger là loại vận hành nhờ bơm không khí (khí thải) vào các buồng đốt gồm có tuabin và bộ nén để làm tăng sức mạnh động cơ. Khí thải này được nén và đưa vào khoang đốt nên có áp suất và nhiệt độ rất cao. Khí đã nén này được làm mát thông qua bộ làm lạnh trung gian để tỏa bớt nhiệt và tăng mật độ trước khi đi vào buồng đốt. 

Cấu tạo

Turbocharge gồm ba phần chính, ở giữa hệ thống là các vòng bi xoay quanh một trục. Mỗi đầu của trục được gắn với một tuốc bin nằm trong một hộp xoắn ốc (giống như vỏ ốc sên). Một tuốc bin được gắn với ống xả để làm quay trục khi dòng khí xả đi qua. Ngược lại, khi trục quay, sẽ làm quay tuốc bin thứ hai (còn được gọi là máy nén) để nén không khí vào trong cổ góp nạp. Turbocharge có thể xoay rất nhanh. Khi ôtô chuyển động thẳng đều trên đường, tuốc bin của turbocharge có thể “chạy không tải” ở tốc độ 30.000 vòng/phút. Nhấn ga và các tuốc bin này có thể tăng tốc lên từ 80.000- 100.000 vòng/phút do có nhiều khí xả nóng hơn được đẩy qua tuốc bin.

Supercharge gồm nhiều bộ phận như: rotors, buly dẫn động, trục đầu vào ổ bi, lò xo xoắn, ống lót đầu vào, ống lót đầu ra, bánh răng đồng bộ.

Hoạt động của động cơ tăng áp

Động cơ dung tích lớn thường có đủ lực mô men 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 tuốc bin nén khí lớn. Hệ thống “Bi-turbo” hay tăng áp kép này có tuốc bin 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 tuốc bin đường kính lớn.

Hiện tượng trễ sẽ khó cảm nhận thấy hơn do tuốc bin nhỏ tăng tốc nhanh hơn. Bổ xung thêm một tuốc bin 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 xy lanh xếp thẳng hàng.

Một phương pháp khác để khắc phục tình trạng trễ là sử dụng turbocharge có cánh biến đổi. Tuốc bin 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 tuốc bin. Nhờ sự điều khiển của máy tính, các cánh lái này sẽ mở để cho phép luồng khí xả đi qua tuốc bin khi xe chạy ở tốc độ ổn định song sẽ đổi hướng của luồng khí sao cho chúng hướng vào rôto của tuốc bin trực tiếp hơn khi tăng ga, quá đó giúp tuốc bin xoay nhanh hơn. Turbocharge có cánh lái dịch chuyển hay có thể thay đổi kết cấu hình học giúp tuốc bin nhỏ có khả năng nén tương đương với các tuốc bin lớn.

Ưu, nhược điểm của động cơ tăng áp

Ưu nhược điểm của động cơ tăng áp
Ưu nhược điểm của động cơ tăng áp

Supercharger

Ưu điểm:

Do sử dụng năng lượng từ động cơ nên hệ thống siêu nạp luôn hoạt động kể cả khi xe di chuyển ở tốc độ thấp. Khi tăng tốc, động cơ quay sẽ ngay lập tức kéo máy nén quay và đẩy không khí được nén ngay vào buồng đốt. Vì thế, hệ thống siêu nạp giúp xe không còn hiện tượng trễ tăng áp (Turbo lag) trên toàn dải vòng tua.

Hệ thống siêu nạp (Supercharger) được đánh giá cao bởi ưu thế không hề có độ trễ, tức là sức mạnh vận hành đến từ trục khuỷu động cơ

Lợi thế kế tiếp của hệ thống siêu nạp là chỉ cần máy nén là đủ, bạn không cần lắp đặt thêm các thứ “lằng nhằng” khác như tản nhiệt, 2 bộ tăng áp, nắp xả động cơ, van xả và ống dẫn như trên hệ thống Turbo

Hệ thống tăng áp Supercharge tiết kiệm nhiên liệu nhờ tốc độ tua máy thấp hơn.

Nhược điểm:

Supercharge vận hành bằng lực truyền động của trục khuỷu động cơ thông qua dây đai, hệ thống tăng áp này phải sử dụng năng lượng sẵn có để thúc đẩy sinh công cho động cơ.

Supercharger đều cần vận hành ở nhiệt độ và áp suất lớn nên sẽ ảnh hưởng đến độ bền

Turbocharger

Ưu điểm:

Turbocharger được đánh giá cao hơn với tiết kiệm nguồn năng lượng bởi vận hành sử dụng năng lượng khí thải giúp tăng vòng tua máy quay, từ đó làm tăng sức mạnh cho động cơ.

Nhược điểm:

Turbocharger cần vận hành ở nhiệt độ và áp suất lớn nên sẽ ảnh hưởng đến độ bền

Sức mạnh vận hành phải phụ thuộc vào lượng khí thải

Turbocharger vận hành dựa trên năng lượng khí thải làm vòng tua máy có tốc độ quay cực lớn nên gây tốn nhiên liệu. Bù lại, việc tận dụng lại năng lượng thừa từ động cơ và chuyển hóa nên hệ thống tăng áp này không gây tiêu hao quá nhiều nhiên liệu

Như vậy, trên đây là tất cả các kiến thức về động cơ tăng áp mà Zestech cung cấp để quý độc giả có thể hiểu rõ hơn về tăng áp cũng như hoạt động của Ô tô.

Cập nhật lúc

Tác giả : NGUYEN KIM OANH