Ngày nay, khi mà công nghiệp ô tô ngày càng phát triển, các nhà sản xuất xe hơi luôn muốn tìm cách phát huy tối đa sức mạnh của động cơ. Tuy nhiên, những yêu cầu về khí thải để bảo vệ môi trường ngày càng ngặt nghèo nên việc tăng dung tích xi-lanh là điều mà không một hãng xe nào muốn.
Trong bối cảnh đó, các kỹ sư đã tìm ra một cách khác để tăng công suất cho động cơ, đó là tăng tỷ số nén, nâng cao hệ số nạp khi sử dụng Supercharger (Bộ siêu nạp) hoặc Turbocharger (Bộ tăng áp). Mới đây, các nhà sản suất xe hơi còn sáng tạo ra một cách mới giúp tăng tỷ số nén cho động cơ gọi là Electric Turbocharger (tăng áp điện). Điều này được coi là có thể sẽ thay đổi bộ mặt ngành công nghiệp xe hơi trong tương lai gần.
Trong bối cảnh đó, các kỹ sư đã tìm ra một cách khác để tăng công suất cho động cơ, đó là tăng tỷ số nén, nâng cao hệ số nạp khi sử dụng Supercharger (Bộ siêu nạp) hoặc Turbocharger (Bộ tăng áp). Mới đây, các nhà sản suất xe hơi còn sáng tạo ra một cách mới giúp tăng tỷ số nén cho động cơ gọi là Electric Turbocharger (tăng áp điện). Điều này được coi là có thể sẽ thay đổi bộ mặt ngành công nghiệp xe hơi trong tương lai gần.
Thế nào là Supercharger và Turbocharger?
Supercharger - Bộ siêu nạp đặt trên động cơ được dẫn động bằng trục khuỷu thông qua một bộ truyền đai với puly. Khí nạp qua Supercharger sẽ được nén lại bởi bánh công tác (kiểu Supercharger ly tâm) hoặc một cặp cánh quạt quay (kiểu Superchar cánh quạt) hoặc là Roto đối lập (kiểu Supercharger chân ren), sau đó khí nạp sẽ được nạp vào buồng bốt. Tốc độ động cơ càng cao thì sự cung cấp khí nạp của hệ thống Supercharger tăng lên, tỷ lệ nén tăng và công suất động cơ tăng.
Nguyên lý hoạt động của Turbocharger cũng giống như kiểu Supercharger ly tâm. Ngoại trừ nó không được dẫn động bởi trục khuỷu. Tuốc bin được dẫn động bởi dòng khí xả của động cơ khi nó chảy qua cánh của tuốc bin nó sẽ làm quay tuốc bin tạo ra lực quán tính nén dòng khí nạp lại. Tốc độ tối thiểu để hệ thống Turbocharger bắt đầu hoạt động là từ 1.500 vòng/phút.
Turbocharger chỉ là một dạng của Supercharger - dạng sử dụng dòng khí xả để tăng áp dòng nạp. Không phải tất cả các loại Supercharger đều được dẫn động trực tiếp bằng động cơ, trong khi tất cả các loại Turbocharger đều được dẫn động bởi dòng khí xả của động cơ. Do đó nó được đặt ở đường xả của động cơ.
Electric Turbocharger - Tăng áp điện
Theo Valeo, một chuyên gia trong ngành cho biết: "Thu nhỏ kích thước của động cơ là một trong những giải pháp mấu chốt được các nhà sản xuất xe hơi sử dụng để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ. Tuy nhiên để giữ nguyên hiệu suất với một động cơ được thu nhỏ, các nhà sản xuất thường dùng hệ thống Turbocharger sử dụng dòng khí xả của xe để tăng áp. Điều này dẫn đến một hệ quả không mong muốn đó là độ trễ đáng kể của chân ga làm ảnh hưởng đến việc tăng tốc xe được gọi là turbo lag."
Và chính việc còn tồn tại độ trễ chân ga đang là một trong những nhược điểm của xe sử dụng Turbocharger suốt nhiều năm nay. Nhiều cải tiến như twin-turbo (tăng áp kép) hay tăng áp nhỏ hơn đã ra đời để khắc phục vấn đề này nhưng nó vẫn chưa được giải quyết triệt để. Vấn đề đặt ra bây giờ là ai đó có thể phát minh ra một loại Turbocharger giúp mang đến độ nhạy cao cho xe và giải quyết triệt để độ trễ chân ga. Điều này sẽ giúp cho chiếc xe phát huy được tối đa công suất mà động cơ sinh ra, qua đó sẽ có khả năng tăng tốc nhanh hơn.
Trong suốt thời gian qua, các kỹ sư lành nghề và các nhà sản xuất xe hơi trên thế giới đã dày công nghiên cứu tìm kiếm một giải pháp tối ưu nhất. Cho đến khi các kỹ sư sử dụng điện vào việc nghiên cứu chế tạo động cơ điện thì họ nhận ra nằng động cơ điện có thể mang lại sự phản hồi gần như ngay lập tức. Tuy nhiên, sử dụng động cơ điện thì chi phí khá đắt đỏ do kích thước động cơ khá lớn. Ngoài ra, nhược điểm lớn nhất của động cơ điện là quãng đường mà xe đi được khá hạn chế cho một lần sạc. Thay vào đó, các nhà sản xuất đã chế tạo những động cơ điện nhỏ hơn để ứng dụng nó lên xe hơi. Lúc này, nó sẽ là một máy nén tăng áp giúp tăng hiệu suất động cơ mà không phụ thuộc vào dòng khí thoát ra của quá trình đốt cháy nhiên liệu.
"Một động cơ điện có thể phản ứng gần như ngay lập tức (thực tế là chỉ là 250 mili giây)," Valeo cho biết thêm. Điều này có thể giúp mức tiêu hao nhiên liệu giảm khoảng 10%. Với việc không hoạt động nhờ dòng khí thoát ra, bộ tăng áp chạy bằng điện này thực chất là Supercharger nhưng để đơn giản các kỹ sư gọi nó là Electric Turbocharger (tăng áp điện).
Hiện nay, Volkswagen và các hãng con như Audi đang đầu tư mạnh vào việc phát triển bộ tăng áp điện. Phụ trách bộ phận kết nối công nghệ của Volkswagen, Mark Gilles cho biết: "Tập đoàn đang tích cực làm việc để phát triển và ứng dụng bộ tăng áp điện cho các thương hiệu khác nhau của hãng trên toàn cầu. Bộ tăng áp điện này có ưu thế về thời gian đáp ứng và khả năng khởi động từ trạng thái nghỉ so với Turbocharger, vòng tua máy tối thiểu chỉ 1.500 vòng/phút để hoạt động."
Khi nào tăng áp điện được ứng dụng vào xe hơi?
Audi đang là một trong những hãng sản xuất đầu tiên ra mắt các mẫu xe sử dụng tăng áp điện. Mặc dù khá kín tiếng về thời gian xuất hiện của một dòng xe cụ thể sử dụng công nghệ mới này, nhưng với việc mang đến hiệu suất cao hơn đồng thời giảm mức tiêu thụ cho động cơ, chúng ta hoàn toàn có thể lạc quan rằng tăng áp điện sẽ được sử dụng rộng rãi trong tương lai không xa. Cho đến thời điểm hiện tại, Audi Q7 e-tron 2016 là mẫu xe thương mại đầu tiên sử dụng hệ thống tăng áp điện.
Theo Valeo, một chuyên gia trong ngành cho biết: "Thu nhỏ kích thước của động cơ là một trong những giải pháp mấu chốt được các nhà sản xuất xe hơi sử dụng để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ. Tuy nhiên để giữ nguyên hiệu suất với một động cơ được thu nhỏ, các nhà sản xuất thường dùng hệ thống Turbocharger sử dụng dòng khí xả của xe để tăng áp. Điều này dẫn đến một hệ quả không mong muốn đó là độ trễ đáng kể của chân ga làm ảnh hưởng đến việc tăng tốc xe được gọi là turbo lag."
Và chính việc còn tồn tại độ trễ chân ga đang là một trong những nhược điểm của xe sử dụng Turbocharger suốt nhiều năm nay. Nhiều cải tiến như twin-turbo (tăng áp kép) hay tăng áp nhỏ hơn đã ra đời để khắc phục vấn đề này nhưng nó vẫn chưa được giải quyết triệt để. Vấn đề đặt ra bây giờ là ai đó có thể phát minh ra một loại Turbocharger giúp mang đến độ nhạy cao cho xe và giải quyết triệt để độ trễ chân ga. Điều này sẽ giúp cho chiếc xe phát huy được tối đa công suất mà động cơ sinh ra, qua đó sẽ có khả năng tăng tốc nhanh hơn.
Trong suốt thời gian qua, các kỹ sư lành nghề và các nhà sản xuất xe hơi trên thế giới đã dày công nghiên cứu tìm kiếm một giải pháp tối ưu nhất. Cho đến khi các kỹ sư sử dụng điện vào việc nghiên cứu chế tạo động cơ điện thì họ nhận ra nằng động cơ điện có thể mang lại sự phản hồi gần như ngay lập tức. Tuy nhiên, sử dụng động cơ điện thì chi phí khá đắt đỏ do kích thước động cơ khá lớn. Ngoài ra, nhược điểm lớn nhất của động cơ điện là quãng đường mà xe đi được khá hạn chế cho một lần sạc. Thay vào đó, các nhà sản xuất đã chế tạo những động cơ điện nhỏ hơn để ứng dụng nó lên xe hơi. Lúc này, nó sẽ là một máy nén tăng áp giúp tăng hiệu suất động cơ mà không phụ thuộc vào dòng khí thoát ra của quá trình đốt cháy nhiên liệu.
"Một động cơ điện có thể phản ứng gần như ngay lập tức (thực tế là chỉ là 250 mili giây)," Valeo cho biết thêm. Điều này có thể giúp mức tiêu hao nhiên liệu giảm khoảng 10%. Với việc không hoạt động nhờ dòng khí thoát ra, bộ tăng áp chạy bằng điện này thực chất là Supercharger nhưng để đơn giản các kỹ sư gọi nó là Electric Turbocharger (tăng áp điện).
Hiện nay, Volkswagen và các hãng con như Audi đang đầu tư mạnh vào việc phát triển bộ tăng áp điện. Phụ trách bộ phận kết nối công nghệ của Volkswagen, Mark Gilles cho biết: "Tập đoàn đang tích cực làm việc để phát triển và ứng dụng bộ tăng áp điện cho các thương hiệu khác nhau của hãng trên toàn cầu. Bộ tăng áp điện này có ưu thế về thời gian đáp ứng và khả năng khởi động từ trạng thái nghỉ so với Turbocharger, vòng tua máy tối thiểu chỉ 1.500 vòng/phút để hoạt động."
Khi nào tăng áp điện được ứng dụng vào xe hơi?
Audi đang là một trong những hãng sản xuất đầu tiên ra mắt các mẫu xe sử dụng tăng áp điện. Mặc dù khá kín tiếng về thời gian xuất hiện của một dòng xe cụ thể sử dụng công nghệ mới này, nhưng với việc mang đến hiệu suất cao hơn đồng thời giảm mức tiêu thụ cho động cơ, chúng ta hoàn toàn có thể lạc quan rằng tăng áp điện sẽ được sử dụng rộng rãi trong tương lai không xa. Cho đến thời điểm hiện tại, Audi Q7 e-tron 2016 là mẫu xe thương mại đầu tiên sử dụng hệ thống tăng áp điện.
: