Đã từ lâu, có được công suất cao luôn là mục tiêu theo đuổi của mọi nhà sản xuất xe hơi với đủ mọi giải pháp được đưa ra. Trong đó, hướng tiếp cận thường xuyên được xem xét nhất chính là tăng áp suất cho khí nạp thông qua một trong hai công nghệ: tăng áp (Turbocharger) hoặc siêu nạp (Supercharger) – phương án cách nhanh nhất để tăng cường công suất cho một động cơ xe.
Dù hai tên gọi có phần na ná và đều là giải pháp cưỡng bức nạp khí đầu vào, mỗi trong số chúng đều có nguyên tắc vận hành khác biệt. Điều thú vị là trong khi ban đầu, các giải pháp tăng áp thường được sử dụng cho các dòng xe thể thao với yêu cầu cao về công suất vận hành.
Tuy nhiên, tới gần đây, khi các đạo luật môi trường ngày càng trở nên khắt nghe, các nhà sản xuất lại tìm đến những giải pháp tăng áp như một công cụ cho phép họ nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu của động cơ – yếu tố cho phép họ giảm dung tích xy lanh, trọng lượng xe, song song với nhiều lợi ích khác. Vậy, sự khác biệt giữ tăng áp và siêu nạp là gì?
Về mặt lý thuyết, dù tên gọi có khác biệt nhưng cả hai khái niệm mà chúng ta đề cập đều có chung một mục đích, nén khí nạp vào động cơ. Tuy nhiên, nếu như hệ thống siêu nạp (supercharger) được vận hành nhờ lực truyền động của trục khuỷu động cơ thông qua dây đai thì hệ thống tăng áp (turbocharger) lại sử dụng khí thải động cơ để chạy tua bin nén.
Như thế, giữa chúng có sự khác biệt chủ chốt: trong khi hệ thống siêu nạp cần sức mạnh của động cơ xe để vận hành, hệ thống tăng áp lại tận dụng năng lượng thừa của động cơ. Chính vì thế, một điều không khó để nhận ra chính là tính hiệu quả vượt trội của các hệ thống tăng áp và cả nó cũng như siêu nạp đều có những đặc tính riêng phù hợp với từng mục đích sử dụng nhất định.
1. Ưu nhược điểm của tăng áp
a. Ưu điểm:
- Đem lại mức tăng công suất ấn tượng.
- Tỉ lệ công suất/kích thước tốt – cho phép tích hợp động cơ dung tích nhỏ nhưng vẫn đảm bảo công suất cao hơn nhiều so với mức truyền thống. Đây cũng là tiền đề cho phép các dòng xe thể thao cỡ nhỏ công suất cao ngày càng trở nên phổ biến.
- Tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu: động cơ cỡ nhỏ cũng sẽ tiêu thụ ít nhiên liệu hơn trong trạng thái rỗi. Chúng cũng ít chịu ảnh hưởng của lực ma sát và các hao phí lực do trọng lượng của các thành phần phụ tùng hơn.
- “Xanh”: các hệ thống tăng áp vận hành dựa trên khí thải - năng lượng dư thừa của động cơ khí nạp tự nhiên hoặc thậm chí là đã có sẵn siêu nạp – vốn thường bị bỏ phí. Chính vì thế, đây được xem là giải pháp xanh và giúp cải thiện đáng kể hiệu suất sử dụng nhiên liệu của bất kì động cơ đốt trong nào (vốn hiện tại chỉ cao nhất vào khoảng 35%).
b. Nhược điểm:
- Hiện tượng trễ tăng áp (Turbo Lag): những hệ thống tăng áp – đặc biệt là các loại với kích thước lớn – thường mất một thời gian để đạt mức áp suất cần thiết và có thể bắt đầu có hiệu quả tăng công suất cho động cơ.
- Công suất tăng không toàn dải tua máy: Với các mô hình tăng áp truyền thống, các nhà sản xuất thường tính toán kích thước sao cho hiệu quả mang lại được sinh ra trong một khoảng tua máy định sẵn. Chính vì thế, xe thường mất một khoảng thời gian chờ nhất định trước khi đạt đủ áp suất trong bộ tăng áp để có thể tăng công suất động cơ. Quãng thời gian này dù nhỏ nhưng có thể cảm nhận rất rõ bởi lái xe và thường dài hơn trên các hệ thống tăng áp cỡ lớn. Đây là điểm yếu của tăng áp so với siêu nạp – giải pháp cho phép cải thiện công suất ở mọi ngưỡng tua máy.
- Sốc công suất: Với nhiều mẫu xe sử dụng tăng áp – nhất là các loại với bộ tăng áp cỡ lớn, mỗi khi hệ thống tăng áp hoạt động thường khiến xe vọt hẳn lên trong tích tắc. Điều này thường khiến lốp chịu tải rất lớn trong khi xe lại tiềm ẩn nguy cơ mất kiểm soát.
- Hao dầu: Do vận hành dựa trên khí thải của xe với tốc độ quay cực lớn, hệ thống tăng áp thường làm tiêu tốn dầu động cơ. Như thế, bên cạnh việc sử dụng dầu có phẩm cấp tốt hơn, người dùng thường xuyên phải bổ sung dầu vào xe – điều không cần thiết ở các hệ thống siêu nạp.
2. Những ưu nhược điểm của hệ thống siêu nạp
Ưu điểm:
- Tăng cường mã lực: tương tự như hệ thống tăng áp, việc bổ sung siêu nạp vào bất cứ động cơ nào cũng là giải pháp nhanh nhất để tăng công suất cho xe.
- Không có hiện tượng trễ: Ưu thế lớn nhất của các hệ thống siêu nạp so với tăng áp chính là việc không hề có độ trễ. Nói cách khác, sức mạnh tăng cường xuất hiện trên toàn dải tua máy bởi hệ thống siêu nạp vận hành dựa trên trục khuỷu động cơ (crankshaft) thay vì khí thải như tăng áp.
- Hiệu suất cải thiện ngay ở tua máy thấp: Đây là một lợi thế rất hữu ích đối với các mẫu xe đô thị, SUV… do thường xuyên di chuyển hoặc đòi hỏi lực kéo lớn tại tua máy thấp.
- Chi phí rẻ: Hệ thống siêu nạp được xem như giải pháp “ngon, bổ, rẻ” cho việc tăng công suất động cơ.
Nhược điểm:
- Hiệu quả mang lại kém hơn tăng áp: nhược điểm lớn nhất của hệ thống siêu nạp là nó tiêu tốn công suất của động cơ để… tạo thêm công suất. Lý do là bởi thiết kế chạy dựa trên dây đai kết nối với trục khuỷu – tương tự như việc bạn chạy một máy bơm bằng một máy bơm khác. Với kết cấu như vậy, không có gì đáng ngạc nhiên khi hiệu suất của các hệ thống siêu nạp kém hơn rất nhiều so với tăng áp.
- Độ tin cậy: Toàn bộ các hệ thống nạp cưỡng bức như tăng áp hay siêu nạp đều buộc những bộ phận bên trong động cơ vận hành ở áp suất và nhiệt độ cao hơn khá nhiều – điều sẽ ảnh hưởng không nhỏ tới tuổi thọ nói chung của chúng. Chính vì thế, nếu bạn muốn “độ” lại động cơ xe của mình, hãy xem xét tổng thể mọi thành phần của nó thay vì chỉ đơn thuần là lắp thêm hệ thống siêu nạp và vẫn giữ nguyên bản các phụ tùng gốc. Trong số các loại động cơ hiện nay, siêu nạp được xem là bạn đồng hành lý tưởng với các loại V8 dung tích lớn bởi hiệu suất tăng thêm là rất đáng kể.
Hệ thống siêu nạp sử dụng lực của động cơ để nén khí thay vì tận dụng luồng khí thải như với tăng áp. Vậy giải pháp nào sẽ tốt hơn? Với bất kì kĩ sư nào, hiệu suất vận hành luôn là kim chỉ nam cho mọi thiết kế. Chính vì thế, hệ thống tăng áp đương nhiên sẽ là lựa chọn chiếm ưu thế bởi giải pháp này tăng cường hiệu suất cho động cơ theo nhiều cách khác nhau.
Trong khi đó, các hệ thống siêu nạp lại tạo tải thêm cho động cơ kể cả khi đem lại khả năng tăng hiệu suất ở tua máy thấp. Tuy nhiên, nếu bạn cũng cảm thấy khó đưa ra lựa chọn, việc sử dụng hai giải pháp song song là hoàn toàn có thể (Twincharging).
Cho tới nay, Volkswagen là hãng triển khai công nghệ Twincharging cho các động cơ 1.4 TSI của mình khá triệt để trong khi nhiều hãng độ cũng cung cấp các giải pháp tương tự cho nhiều dòng xe thể thao như Subaru Impreza WRX, Mini Cooper S, Ford Mustang, Toyota MR2…
Khối tăng áp trên động cơ của Ford Mustang Cobra.Tăng áp điện - sẽ trở thành chuẩn mực trên xe hiện đại?
Rõ ràng, xét ở góc độ chung, hệ thống tăng áp luôn có ưu thế lớn – ngoại trừ một điểm yếu duy nhất: độ trễ. Chính vì thế, trong suốt nhiều năm qua, các nhà sản xuất đã liên tục tìm kiếm những cơ cấu cho phép giải quyết trọn vẹn bài toán này. Và một lần nữa, những thành tựu của giải đua F1 lại được ưu ái với hệ thống tăng áp điện ERS – thứ xử lý đúng nhược điểm lớn nhất này của hệ thống tăng áp.
ERS đem lại hiệu quả với việc sinh công lớn hơn ở tua máy thấp và được xem như giải pháp đáng chú ý tiếp theo trong nỗ lực tiết kiệm nhiên liệu và tăng cường công suất máy. Hệ thống này sử dụng một mô tơ điện để chạy tuốc bin tăng áp cho phép hệ thống đạt áp suất đủ dùng nhanh hơn rất nhiều. Điều này không chỉ đảm bảo độ nhạy lớn trong việc sinh công tăng cường mà còn cho phép cải thiện hiệu suất ở tua máy thấp nhằm tiết kiệm nhiên liệu.
Valeo – một thương hiệu sản xuất phụ tùng tiếng tăm – hiện đã cho biết họ sẽ cung cấp tăng áp điện cho một nhà sản xuất xe hơi (giấu tên) kể từ 2016. Hãng cho biết các hệ thống tăng áp điện của họ có thể được điều khiển chính xác – cho phép sinh từng dải công suất tăng cường nhỏ khi cần tuỳ vào sự vận hành linh hoạt của động cơ (rất hiệu quả khi xe bắt đầu tăng tốc hoặc trước các biến thiên tốc độ lớn). Nếu được điều khiển chuẩn, mức tiêu thụ nhiên liệu có thể cải thiện vào khoảng 10%.
Những ưu thế của hệ thống tăng áp điện cũng rất đáng giá trên xe sang với cơ chế tắt – bật xy lanh động cơ. Một vấn đề cố hữu thường gặp là việc các dòng xe này khi sử dụng tại các quốc gia có hệ thống giao thông không thực sự hoàn hảo thường khá “vô dụng” bởi chỉ cần một cú nhích ga để vượt lên ổ gà hay trèo vỉa hè, động cơ sẽ lại chạy toàn tải để có đủ mô men xoắn.
Với một bộ tăng áp điện, hệ thống quản lý động cơ sẽ có thể yêu cầu một khoảng tăng công suất ngắn vừa đủ để vượt qua chướng ngại vật trong khi vẫn giữ cho các xy lanh rỗi ở đúng trạng thái nghỉ. Cũng theo nhà sản xuất Valeo, những bộ tăng áp điện của họ sử dụng dòng 12V và 48V nên hoàn toàn có thể tích hợp trong các hệ thống lai như một bộ sạc. Khí nạp thổi qua hệ thống nén sẽ chạy mô tơ sinh điện và nạp pin cho xe. Đây cũng chính là một trong hai giải pháp mà Audi sử dụng để sạc pin cho mẫu xe R18 e-Tron đã giành chiến thắng trong giải Le Mans vừa qua. Nhiều dòng xe F1 cũng đang sử dụng công nghệ tương tự.
Trong năm 2016, Q7 TDI sẽ là mẫu xe thương mại đầu tiên sử dụng công nghệ này.
Một lợi thế khác của tăng áp điện là nó không cần đưa khí thải vào tua bin quay và như thế theo cách truyền thống, điều này sẽ giúp khoang máy sẽ trở nên rộng rãi hơn – điều rất quan trọng đối với những dòng xe hiện đại vốn ngày càng chật chội bên trong nắp ca pô do những trang thiết bị hỗ trợ tăng cường.
Thêm vào đó, các nhà thiết kế cũng có thể tuỳ nghi đặt vị trí của bộ tăng áp ở bất cứ vị trí nào tối ưu theo từng thiết kế xe. Mới đây, Audi cũng trình diễn một hệ thống tăng áp điện trên phiên bản RS5 hiệu năng cao sử dụng nhiên liệu dầu diesel của mình. Hãng xe Đức cũng cho biết họ sẽ đưa tăng áp điện lên xe thương mại đầu tiên với mẫu SQ7 – phiên bản hiệu năng cao của thế hệ Q7 mới – vào năm 2016.
Thú vị hơn, Volvo mới đây cũng “khoe” một hệ thống tăng áp ba cho động cơ bốn xy lanh với hai hệ thống tăng áp truyền thống và một hệ thống tăng áp điện hoạt động song song – tuy lại không đưa ra bất cứ kế hoạch sản xuất cụ thể nào. Hiện tại, Ferrari cũng không đứng ngoài cuộc chơi khi úp mở về việc sẽ trang bị một hệ thống tăng áp điện cho xe của mình nhằm tăng độ nhạy trong khả năng đáp ứng của động cơ.
 |
Nhìn chung, không thể phủ nhận một thực tế rằng xe điện sẽ ngày càng chiếm tỉ lệ lớn hơn trong những năm tới đây. Tuy nhiên, các loại động cơ đốt trong sẽ vẫn là giải pháp chủ đạo ít nhất là qua giai đoạn 2020. Với kích thước động cơ ngày càng nhỏ gọn nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn thân thiện môi trường, những công nghệ như tăng áp điện sẽ là thành tố quan trọng trong việc đưa động cơ tăng áp trở thành chuẩn mực của các dòng xe hiện đại.
Nguyễn Thúc Hoàng Linh
Copy link
