Hãy tưởng tượng một động cơ ô tô gầm rú với sức mạnh, mang lại hiệu suất ấn tượng trong khi vẫn duy trì mức tiêu thụ nhiên liệu thấp đáng ngạc nhiên. Kỳ tích đáng chú ý này thường có thể thực hiện được nhờ một cải tiến công nghệ quan trọng: tăng áp. Nhưng tăng áp chính xác là gì và nó cải thiện hiệu suất động cơ như thế nào một cách đáng kể?
Bộ tăng áp, thường được gọi là turbo, là một hệ thống nạp cưỡng bức dẫn động bằng khí thải, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả và công suất của động cơ bằng cách ép thêm không khí vào buồng đốt. So với động cơ hút khí tự nhiên, động cơ tăng áp có lợi từ khả năng của bộ nén để đẩy nhiều không khí hơn — và một lượng nhiên liệu tương ứng lớn hơn — vào buồng đốt, vượt qua những hạn chế chỉ riêng áp suất khí quyển.
Để hiểu đầy đủ về cách tăng áp hoạt động, trước tiên cần phải xem xét hoạt động của động cơ hút khí tự nhiên. Trong những động cơ thông thường này, quá trình nạp dựa vào chân không được tạo ra bởi chuyển động đi xuống của piston, với áp suất khí quyển đẩy không khí vào xi-lanh — tương tự như cách chất lỏng được hút vào ống tiêm. Mục tiêu chính của bộ tăng áp là nâng cao hiệu quả của động cơ bằng cách tăng mật độ không khí nạp, từ đó cho phép tạo ra nhiều năng lượng hơn với mỗi chu kỳ động cơ.
Trái tim của bộ tăng áp nằm ở bộ nén của nó. Bộ phận này hút không khí xung quanh và nén nó đến áp suất vượt quá mức khí quyển trước khi cung cấp không khí đã được nén vào ống nạp. Quá trình này thực chất là “cung cấp” cho động cơ nhiều “nhiên liệu” hơn, cho phép đốt cháy nhiều hơn và do đó, tạo ra nhiều năng lượng hơn.
Đáng chú ý, năng lượng điều khiển bộ nén không đến từ chính động cơ mà đến từ động năng chứa trong khí thải của động cơ. Bộ tăng áp tái chế một cách khéo léo năng lượng này, nếu không sẽ bị lãng phí, chuyển đổi nó thành năng lượng tăng cường hiệu suất. Khí thải làm quay tuabin, sau đó làm quay bộ nén đồng trục, tạo ra một hệ thống chuyển đổi năng lượng hiệu quả.
Bộ tăng áp phục vụ các mục đích ngoài việc chỉ tăng công suất động cơ. Chúng cũng có thể cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng nhiên liệu mà không làm tăng công suất. Chiến lược này tập trung vào việc thu năng lượng từ khí thải và chuyển hướng nó đến phía nạp của động cơ. Bằng cách sử dụng năng lượng này, nếu không sẽ bị mất, để nâng cao chất lượng nạp khí, bộ tăng áp đảm bảo quá trình đốt cháy nhiên liệu hoàn toàn hơn trước khi giai đoạn xả bắt đầu, dẫn đến giảm lượng khí thải độc hại và cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
Một hệ thống tăng áp tiêu chuẩn bao gồm một số thành phần quan trọng:
Quá trình tăng áp tuân theo trình tự sau:
Công nghệ tăng áp mang lại nhiều lợi ích:
Tuy nhiên, tăng áp cũng đặt ra những thách thức nhất định:
Khi công nghệ ô tô phát triển, tăng áp tiếp tục phát triển. Các xu hướng mới nổi bao gồm:
Tăng áp đã tự khẳng định mình là một công nghệ động cơ mang tính thay đổi, đóng một vai trò then chốt trong việc nâng cao công suất, hiệu quả và hiệu suất môi trường. Với sự đổi mới liên tục, tăng áp sẽ tiếp tục định hình tương lai của kỹ thuật ô tô, cung cấp các phương tiện mạnh mẽ hơn, hiệu quả hơn và thú vị hơn khi lái xe.
