Tăng áp và siêu nạp - 'liều doping' cho động cơ ôtô

Hệ thống tăng áp hay siêu nạp giúp tăng khả năng vận hành của động cơ tốt hơn là câu hỏi được đặt ra trong nhiều năm qua. Nhiều người cho rằng công nghệ hiện đại của bộ tăng áp sẽ đào thải động cơ siêu nạp.

Những tranh cãi về công nghệ tăng áp và siêu nạp đã bắt đầu suốt từ khi hai công nghệ này có mặt trên động cơ ôtô. Bộ siêu nạp thường dùng trên những cỗ máy lớn từ V8 trở lên, trong khi bộ tăng áp thường dùng trên những động cơ dung tích nhỏ để giúp đạt hiệu năng như động cơ lớn.

Bộ siêu nạp

Bộ siêu nạp thường dùng để tăng sức kéo cho động cơ khi ở vòng tua thấp. Bộ siêu nạp sử dụng một dây đai kết nối với trục cam làm quay máy nén, tạo khả năng hỗ trợ ngay từ khi máy chạy không tải. Do đó, lực kéo và công suất cải thiện đáng kể ở vòng tua máy thấp. Tuy nhiên, hạn chế của công nghệ này xuất hiện khi vòng tua máy ngày một tăng lên, khoản năng lượng thất thoát từ cơ chế quay dây đai sẽ lớn hơn so với động năng mang lại. Ưu điểm khác của công nghệ nằm ở việc lắp đặt, vì bộ tăng áp có thể áp dụng lên động cơ kết cấu dạng V như V8 hoặc V6.

Hệ thống siêu nạp thời kỳ đầu thường không còn tác dụng khi động cơ đạt vòng tua máy khoảng 3.000 vòng/phút, ảnh hưởng đến khả năng đạt hiệu suất tối đa. Thiết kế hệ thống siêu nạp như Blower Bentley và Avantis có thể coi là một bước tiến đáng kể. Thiết kế về sau, bộ siêu nạp sử dụng cùng cơ cấu ly hợp, để truyền cho máy nén ở vòng tua máy cao.

Bộ tăng áp

Không giống bộ siêu nạp, hệ thống tăng áp sử dụng luồng khí thải nóng để vận hành máy nén, giúp tăng công suất động cơ. Nhược điểm của bộ tăng áp là ở vòng tua thấp, không tạo đủ động năng để hỗ trợ động cơ. Thế hệ tăng áp đầu tiên thường có tác dụng khi xe đạt tua máy khoảng 2.500 vòng/phút trở lên.

Các kỹ sư thực hiện nghiên cứu để cải thiện khả năng hỗ trợ động cơ khi xe ở vòng tua thấp. Một vài thành tựu đã đạt được và những bộ tăng áp mới có kết cấu tối ưu hơn, cải thiện rõ rệt khả năng tăng sức mạnh động cơ so với thế hệ đầu.

Một trong những nguy hiểm đối với bộ tăng áp nhỏ là áp suất ngược có thể vượt quá ngưỡng tăng công suất. Ở vòng tua máy cao, áp suất ngược có thể làm không khí ngừng đi vào xi-lanh, do đó một van xả được thêm vào để ổn định bộ tăng áp ở vòng tua máy cao. Tuy nhiên, van xả cũng có nhược điểm riêng, là tạo ra hiện tượng lag turbo (trễ).

Một vấn đề khác cả bộ tăng áp và siêu nạp đều gặp phải là khí nén có nhiệt độ cao, làm giảm hiệu năng của toàn bộ hệ thống. Các bộ làm mát được thêm vào để cải thiện hiệu năng cho động cơ, thường bổ sung khoảng 30-50 mã lực.

Nhiều nghiên cứu về sau tạo ra những hệ thống tăng áp ưu việt như cách dùng tăng áp kép. Một tăng áp hiệu quả ở tua máy thấp, trong khi bộ còn lại tác dụng vòng tua máy cao. Hệ thống tăng áp kép có cấu tạo phức tạp, được kiểm soát bằng máy tính và có chi phí cao hơn, nhưng hiệu quả. Động cơ có thể được tăng công suất ngay từ vòng tua máy 1.500 vòng/phút đến 13.000 vòng/phút.

Bộ tăng áp 2 ống xoắn được phát triển để tối ưu sử dụng cả ở vòng tua máy thấp và cao. Một bước tiến khác trong việc phát triển bộ tăng áp được ứng dụng năm 1989 có tên gọi VNT. Bộ tăng áp VNT sử dụng một loạt cánh tuabin ở đường ra khí xả nóng của tăng áp, để thay đổi kích thước tăng áp. Bộ tăng áp có tác dụng ngay khi máy chạy không tải và cả ở tốc độ cao.

Hai công nghệ không triệt tiêu nhau

Nhiều công nghệ cho bộ tăng áp được sinh ra, nhưng không vì thế các hãng xe phủ nhận hệ thống siêu nạp. Sự phát triển của mô-tơ điện đang mang lại cơ hội trong việc cải tiến hệ thống siêu nạp. Hệ thống mới không cần sử dụng dây đai lấy động năng từ trục cam, thay vào đó mô-tơ điện được dùng để làm quay bộ tăng áp, giúp nâng công suất động cơ nhưng giảm lượng động năng thất thoát.

Hiện tại, các hãng xe đang phát triển công nghệ lai, sử dụng mô-tơ điều khiển bộ siêu nạp ở tua máy thấp và tăng áp ở tua máy cao. Trong vài năm tới, công nghệ này có thể hiện diện nhiều trên các dòng xe.

Theo Phương Linh (VnExpress.net)