Động cơ siêu nạp và cuộc đấu với động cơ tăng áp

Động cơ đốt trong hoạt động ra sao?

Hỗn hợp không khí và nhiên liệu được đốt cháy trong xy lanh động cơ

Bất kỳ chủ xe hay nhà sản xuất xe hơi nào cũng đều quan tâm đến độ mạnh của chiếc xe. Ngay từ thời điểm sơ khai của động cơ đốt trong, các kỹ sư đã luôn tìm kiếm cách để tăng sức mạnh cho động cơ. Và “động cơ siêu nạp” chính là một giải pháp như vậy.

Vậy động cơ siêu nạp là gì và tác dụng cụ thể của nó như thế nào? Nó khác với động cơ tăng áp ra sao? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

Để trả lời được câu hỏi động cơ siêu nạp có tác dụng gì trong việc tăng sức mạnh của chiếc xe thì trước tiên bạn cần hiểu được cách hoạt động của động cơ đốt trong trên ô tô.

Động cơ đốt trong tạo năng lượng giúp xe chạy nhờ vào sự cháy giữa hỗn hợp không khí đầu vào và nhiên liệu trong buồng đốt.

Sự đốt cháy này sẽ tạo ra năng lượng mà động cơ sau đó sẽ truyền năng lượng này đến tất cả các bộ phận trên xe. Điều này lý giải tại sao động cơ hiện đại được gọi là “động cơ đốt trong”.

Có thể thấy rằng không khí đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tạo ra năng lượng. Tỷ lệ không khí vào buồng đốt ảnh hưởng đến lượng năng lượng có thể được tạo ra, hay nói cách khác nó ảnh hưởng đến sức mạnh của động cơ.

Tăng tỷ lệ không khí vào động cơ đốt trong sẽ giúp động cơ hoạt động tốt hơn và động cơ siêu nạp được ra đời dành cho mục đích này. Phương pháp này được coi là lý tưởng hơn trong việc tăng sức mạnh của động cơ so với việc tăng kích thước, vốn sẽ khiến chiếc xe nặng và cồng kềnh hơn.

• 8 lý do khiến động cơ xe ô tô bị yếu (Động cơ xăng và động cơ Diesel)

Động cơ siêu nạp có tác dụng gì?

Một máy siêu nạp lắp trên động cơ

Để động cơ tạo ra nhiều sức mạnh hơn, cần có hai thứ: nhiều không khí và nhiên liệu hơn cần được bơm vào buồng đốt. Chú ý rằng chúng cần tuân theo một tỷ lệ nhất định để động cơ có thể hoạt động: 14 phần không khí cho một phần nhiên liệu.

Không khí được bơm vào buồng đốt là không khí tại áp suất khí quyển. Sau hoạt động của các pít-tông, quá trình nén sẽ xảy ra, pít-tông di chuyển lên trên để nén không khí và hỗn hợp nhiên liệu, từ đó tạo ra một khoảng "chân không”.

Động cơ siêu nạp tăng lượng không khí được bơm vào bằng cách nén không khí ở mức cao hơn áp suất khí quyển trước khi bơm vào buồng đốt. Với một lượng không khí lớn hơn được bơm vào thì nhiều nhiên liệu hơn cũng sẽ được bơm vào buồng đốt để động cơ thực hiện quá trình đốt cháy và tạo ra nhiều năng lượng hơn.

Một động cơ siêu nạp có thể tăng thêm trung bình 46% mã lực và 35% mô-men xoắn.

Động cơ siêu nạp xử lý không khí như thế nào?

Sau khi không khí được nén bởi động cơ siêu nạp, không khí sẽ trở nên nóng và đặc hơn. Điều này có nghĩa là nó sẽ không thể nở ra nhiều trong quá trình đốt cháy xảy ra trong buồng đốt sau khi bugi kích nổ.

Do vậy, để động cơ siêu nạp tạo ra không khí tối ưu giúp động cơ tăng sức mạnh nhiều nhất thì không khí nén thoát ra khỏi máy siêu nạp phải được làm mát trước khi nó đi vào động cơ thông qua ống nạp.

Các bộ phận của máy siêu nạp và chức năng của chúng

Máy siêu nạp được kết nối với trục khuỷu động cơ, một trục quay được kết nối với các pít-tông của động cơ bằng một đai dẫn động. Chiếc đai này lần lượt được quấn quanh các pulley.  Sức mạnh được truyền từ trục khuỷu tới pulley thông qua đai dẫn động.

Nhờ đó, các bánh răng truyền động kết nối với pulley sẽ quay. Các bánh răng quay làm quay bánh răng máy nén. Các bánh răng máy nén này nén không khí và sau đó làm mát bằng bộ làm mát khí nạp để tăng độ đặc của không khí. Không khí sau khi đã được nén và ở dạng đặc sẽ được giải phóng vào động cơ thông qua ống nạp.

Bộ làm mát khí nạp có hai loại: không khí và nước. Không khí mát hoặc nước sẽ chạy qua một hệ thống ống. Không khí nén và nóng sẽ hạ nhiệt sau khi tiếp xúc với các ống làm mát này.

Các loại máy siêu nạp

Có 3 loại máy siêu nạp chính sau đây:

Máy siêu nạp Roots

Máy siêu nạp Roots

Máy siêu nạp Roots là thiết kế lâu đời nhất, nó có từ năm 1860 và được đặt tên theo người đã tạo ra nó là Philander và Francis Roots.

Máy siêu nạp Roots về cơ bản là một máy thổi không khí. Không khí đi vào máy siêu nạp và được làm nóng ở hai cánh quạt xoắn 60 độ. Không khí sau khi được nén sẽ di chuyển vào đường ống nạp.

Do thiết kế của các cánh quạt này mà động cơ siêu nạp Roots rất to và nặng, nó thậm chí còn nhô ra khỏi mui xe. Thiết kế của máy siêu nạp Roots cũng làm nó kém hiệu quả vì không thể tạo ra một luồng không khí nén một cách liên tục để đưa vào động cơ. 

Máy siêu nạp trục vít (Twin-screw)

Máy siêu nạp trục vít

Máy siêu nạp Twin-screw hút không khí qua cánh quạt quay dạng răng xoắn xoay ngược so với cánh quạt xoắn 60 độ của máy siêu nạp Roots. Bộ cánh quạt này được thiết kế và sản xuất với độ chính xác và phức tạp hơn so với cánh quạt của động cơ siêu nạp Roots.

Không khí được nén bên trong máy siêu nạp Twin-screw và có thể cung cấp một luồng không khí nén một cách liên tục vào động cơ. Do thiết kế của nó mà động cơ siêu nạp Twin-screw có giá thành đắt hơn.

Máy siêu nạp ly tâm (Centrifugal)

Máy siêu nạp ly tâm

Máy siêu nạp ly tâm quay cánh quạt ở một tốc độ rất cao, lên tới 50.000 đến 60.000 vòng/phút để có thể hút không khí vào một máy nén nhỏ. Nó được thiết kế với các bộ phận phụ đảm bảo không khí được nén hiệu quả nhất.

Máy siêu nạp ly tâm được coi là máy siêu nạp toàn diện nhất hiện nay. Nó cũng có kích thước nhỏ hơn và nhẹ hơn, thêm vào đó nó được đặt ngay phía trước động cơ xe do vậy mà nó không bị gồ lên trên mui xe. Những lợi thế này khiến nó trở thành động cơ siêu nạp được sử dụng phổ biến nhất.

Phân biệt động cơ siêu nạp và động cơ tăng áp

Động cơ tăng áp thực hiện các công việc tương tự như động cơ siêu nạp. Vậy chúng khác nhau ở đâu?

Động cơ tăng áp có cấu tạo phức tạp hơn động cơ siêu nạp

Sự khác biệt nằm ở chỗ chúng lấy sức mạnh ở đâu để hoạt động. Một động cơ siêu nạp lấy sức mạnh từ các trục khuỷu của động cơ xe ô tô để cung cấp năng lượng cho máy nén, trong khi đó một động cơ tăng áp lấy sức mạnh từ khí thải được tạo ra bởi quá trình đốt trong buồng đốt. Nói cách khác, một máy tăng áp không được kết nối trực tiếp với động cơ xe ô tô.

Sự khác biệt này tạo ra khoảng cách về tốc độ quay của chúng. Động cơ siêu nạp sẽ quay với tốc độ 50.000 vòng/phút.

Động cơ tăng áp có thể quay với một tốc độ nhanh hơn vì nó không phụ thuộc vào sự di chuyển của trục khuỷu của động cơ xe. Chúng có thể đạt tới tốc độ 150.000 vòng/phút, hay gấp 3 lần so với động cơ siêu nạp.

Một trong những điểm khác biệt khác khiến động cơ tăng áp thân thiện với môi trường hơn so với động cơ siêu nạp là vì nó có thiết bị giúp giảm lượng khí thải carbon.

Tóm lại, động cơ tăng áp gây ít tiếng ồn hơn. Tuy nhiên, một động cơ siêu nạp lại ít phức tạp hơn do vậy mà nó ổn định hơn và dễ bảo dưỡng hơn.

• Những động cơ hút khí tự nhiên tốt nhất trong lịch sử