Ở ô tô sử dụng động cơ đốt trong (xăng, dầu), muốn ô tô chuyển động được thì phải xảy ra phản ứng nổ hóa học trong buồng đốt. Phản ứng này xảy ra khi nhiên liệu được trộn với không khí ở điều kiện thích hợp. Để tăng lượng không khí đi vào buồng đốt và giúp quá trình cháy diễn ra hiệu quả hơn, hệ thống tăng áp đã ra đời.

Vào ngày 16 tháng 11 năm 1905, kỹ sư người Thụy Sĩ Alfred Büchi đã nhận được bằng sáng chế số 204630 từ Văn phòng Reichspatent Đức. Büchi làm theo ý tưởng của riêng mình, sử dụng động năng do khí thải áp suất cao tạo ra để nén hỗn hợp nạp trước khi đi vào động cơ. Dòng khí thải được sử dụng để vận hành tuabin, có nhiệm vụ nén khí nạp trước khi vào động cơ, và công nghệ của ông gọi là turbo tăng áp – turbo tăng áp.

Được phát minh cách đây hơn 70 năm, công nghệ tăng áp, bắt đầu được sản xuất thương mại vào năm 1977, đã làm tăng đáng kể công suất động cơ. Ví dụ, động cơ turbo có dung tích chỉ 3,3 lít có công suất lên tới 300 mã lực, tương đương 91 mã lực mỗi lít. Đến những năm 1980, động cơ tăng áp đã mở ra một thời kỳ cách mạng cho môn đua xe thể thao F1.

Bộ tăng áp được trang bị phổ biến trên ô tô ngày nay. Đặc biệt, khi các biện pháp kiểm soát của chính phủ về lượng khí thải và mức tiêu thụ nhiên liệu ngày càng chặt chẽ hơn, động cơ cũng phải nhỏ hơn để giảm những con số đó. Và turbo tăng áp chính là thứ giúp cho động cơ tuy nhỏ nhưng công suất vẫn không đổi.

Trong khi hầu hết các động cơ diesel đều được trang bị tăng áp thì rất ít động cơ xăng. Sự khác biệt chính là quá trình đốt cháy nhiên liệu.

quá trình đốt cháy nhiên liệu

Dầu khó cháy hơn xăng. Nguyên nhân là do sự bay hơi của xăng khiến nhiên liệu này hòa trộn với oxy trong không khí tạo thành hỗn hợp dễ cháy. Để tạo ra hỗn hợp dầu dễ cháy cần có áp suất cao và nhiệt độ môi trường cao – đây là lý do tại sao động cơ diesel có tỷ số nén cao hơn động cơ xăng.

Trong động cơ diesel, quá trình cháy xảy ra tự phát do nhiệt độ và áp suất cao trong buồng đốt. Dưới tỷ số nén và áp suất cao của quá trình cháy, sự liên kết giữa thanh truyền, trục khuỷu và piston cần phải rất chắc chắn. Đây cũng là lý do tại sao động cơ diesel không chạy ở tốc độ RPM cao như động cơ xăng, vì vật liệu đơn giản là không thể chịu được mức lực đó.

quá trình đốt xăng

Như đã đề cập trước đó, động cơ xăng có tỷ số nén thấp vì xăng không cần áp suất và nhiệt độ môi trường cao hơn để đốt cháy. Vì xăng đã được phun trong hành trình nén nên không cần thiết phải có hệ thống nén bổ sung, nếu thực hiện không đúng lúc có thể làm hỏng động cơ.

Quá trình đốt cháy trong động cơ xăng được điều khiển/khởi động bằng bugi và cần lượng khí chính xác để trộn nhiên liệu nhằm tối ưu hóa quá trình.

nhiệt độ

Trong quá trình đốt cháy, động cơ diesel chạy nóng hơn động cơ xăng. Điều này là do thời gian bắt đầu nén cao hơn và quá trình đốt cháy chậm hơn. Và do tốc độ động cơ thấp nên piston hoạt động chậm. Lượng nhiên liệu đốt cháy rất nhỏ. Điều này có nghĩa là sự gia tăng áp suất trong quá trình đốt cháy khiến nhiệt độ tăng nhanh.

Tỷ số nén của động cơ diesel càng cao thì hệ số giãn nở càng cao. Điều này dẫn đến bộ tăng áp trong động cơ diesel đạt được nhiệt độ cuối cùng thấp hơn bộ tăng áp trong động cơ xăng. Thông thường, nhiệt độ khí thải của xăng dầu là khoảng 800-850 độ C và của xăng là 950-1.050 độ C.

Tác dụng lên turbo tăng áp

Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai động cơ cũng dẫn đến sự khác biệt về vật liệu sử dụng trong bộ tăng áp. Bộ tăng áp xăng đòi hỏi vật liệu tiên tiến hơn để xử lý nhiệt độ hoạt động cao. Đặc biệt, nhôm và các vật liệu đắt tiền bao gồm niken thường được sử dụng trong các bộ tăng áp này.

Sự trao đổi nhiệt giữa khu vực tuabin nóng và vỏ ổ trục được bảo vệ khỏi nhiệt độ cao thông qua việc sử dụng một loạt các kênh dẫn nước và tấm chắn nhiệt. Điều này tránh làm hỏng vỏ ổ trục và hệ thống ổ trục, đồng thời giữ nhiệt độ dưới giới hạn dầu (điểm mà dầu bắt đầu kết tinh và tạo ra các hạt màu đen rất cứng).

Hệ thống kiểm soát tăng cường sức mạnh

Sự khác biệt về nhiệt độ dẫn đến sự khác biệt trong các kỹ thuật được áp dụng. Trong khi các hệ thống VG (hình học thay đổi) được ưa chuộng hơn từ góc độ hiệu suất thì việc đảm bảo chúng hoạt động bình thường trong các ứng dụng chạy bằng nhiên liệu xăng vẫn là một thách thức.

Đồng thời, toàn bộ hệ thống có thể dễ dàng sử dụng dầu làm mát. Đây là lý do chính khiến chúng ta thường thấy xe động cơ xăng tăng áp khí thải và xe động cơ diesel tăng áp VG.

công nghệ mới

Thị trường xe diesel đang suy giảm sau vụ bê bối khí thải năm 2015, do hệ thống này dễ tạo ra NOx (nitơ oxit) hơn do quá trình đốt cháy trong động cơ diesel. Từ đó trở đi, các hệ thống xử lý chuyên dụng sẽ phải đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải mới nhất.

Xe chạy xăng cũng sẽ cần phải nâng cao hiệu quả để tuân thủ các quy định trong tương lai. Một trong những giải pháp là tăng áp VG. Hệ thống VG cho phép động cơ xăng điều chỉnh liên tục điểm làm việc của bộ tăng áp tại tất cả các điểm làm việc của động cơ. Điều này đảm bảo rằng mọi chi tiết đều được xử lý ở điểm hiệu quả nhất, tạo ra một động cơ tổng thể hiệu quả.

nhiên liệu khác

Vậy xăng và dầu diesel có phải là lựa chọn duy nhất cho xe tăng áp? Trong khi các phương tiện mới hơn như xe điện hybrid cắm điện (PHEV) và xe điện hybrid nhẹ (MHEV) yêu cầu các khái niệm hệ thống truyền động khác nhau và công nghệ tua-bin khác nhau thì nhiên liệu chính là xăng và dầu diesel.

Nhiều OEM đang thử nghiệm xăng chất lượng thấp hơn cũng như xăng có cấp độ ethanol cao hơn để xem liệu chúng có thể đạt được cùng mức hiệu suất động cơ hay không. Điều này sẽ yêu cầu một số tiêu chuẩn đặc biệt cho bộ tăng áp. Trong tương lai, chúng ta có thể thấy các loại nhiên liệu khác nhau trên thị trường cũng như các quy định về bộ tăng áp khác nhau.

Kamudi Việt Nam là website hàng đầu về thông tin và truyền thông bán xe Đáng tin cậy nhất ở Việt Nam!