MyS2Love
Tài xế O-H
Như chúng ta đã thấy, trong thời gian gần đây, sự trở lại của bộ tăng áp động cơ xe (turbocharger) ngày càng trở nên mạnh mẽ. Nó không còn mang dáng vẻ của một công nghệ đã từng bị rũ bỏ trong thập niên 80 của thế kỷ trước mà trái lại, với sự phát triển của khoa học công nghệ, bộ tăng áp đang hứa hẹn trở thành một phần không thể thiếu trong những chiếc xe của tương lai.
Vậy hãy cùng tìm hiểu xem đâu là những xu hướng công nghệ sẽ được áp dụng trên những bộ tăng áp thế hệ tiếp theo qua bài viết dưới đây.
Theo thống kê, tại thời điểm hiện tại, cứ trong 4 xe được bán ra ở Bắc Mỹ, có ít nhất 1 xe được trang bị động cơ với 1-2 bộ tăng áp và trong vòng 5 năm tới, một nửa số lượng xe bán ra sẽ có gắn động cơ tăng áp. Đây là một thống kê hết sức ấn tượng nếu như biết răng chỉ 20-30 năm trở lại đây, bộ tăng áp đã từng bị coi là một công nghệ thất bại.
Sau đây là một số điểm nhấn công nghệ đáng chú ý sẽ có trên những thế hệ tăng áp mới :
Bộ tăng áp điện & Bộ tăng áp lai
Cùng với xu hướng điện hóa của ngành công nghiệp ôtô, bộ tăng áp xe cũng không nằm ngoài xu hướng đó. Trong tương lai, một động cơ điện một chiều (DC motor) sẽ được gắn trên trục của bộ tăng áp. Thiết bị này có nhiệm vụ nhằm thay thế luồng khí thải giúp làm quay trục của bộ tăng áp. Với thiết bị này, hiện tượng trễ xảy ra trên phần lớn bộ tăng áp ngày nay sẽ được khắc phục nhờ vào độ linh hoạt của động cơ điện. Không những thế, luồng khí thải thay vì được sử dụng trong bộ tăng áp, có thể được trưng dụng nhằm tạo ra nguồn năng lượng chạy động cơ một chiều nói trên. Một siêu tụ điện (supercapacitor) có thể được thiết kế giúp tích trữ nguồn năng lượng để chạy động cơ một chiều. Đây là cấu hình của bộ tăng áp lai (hybrid). Công nghệ này giúp giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu và khắc phục điểm yếu về độ trễ của bộ tăng áp.
Ngoài ra, bộ tăng áp điện cũng có thể được thiết kế hoàn toàn riêng biệt với luồng khí thải của động cơ. Khi đó, năng lượng để chạy động cơ điện 1 chiều có thể sẽ đến từ hệ thống pin 48V hoặc pin cao áp (400V) của xe điện.
Bộ tăng áp với van linh hoạt và áp suất lớn hơn
Bộ tăng áp của Volvo với hệ thống van linh hoạt
Một bộ tăng áp thông thường có khả năng đạt vận tốc xoay max đến 300.000 vòng/phút, tốc độ gió lùa vào thông qua cửa hút đạt vận tốc Mach1. Tuy nhiên, với những đòi hỏi ngày 1 cao của người sử dụng cũng như của các nhà sản xuất, từng đó xem chừng vẫn là chưa đủ. Trong 10 năm tới, các nhà sản xuất có thể đẩy áp suất nén qua bộ tăng áp lên cao hơn nữa (gần hơn mức 18psi), điều này đồng nghĩa với việc vận tốc xoay và vận tốc gió lùa sẽ còn tăng lên nhiều hơn nữa, qua đó cho phép nén được lượng khí nhiều hơn trong 1 khoảng thời gian ngắn hơn. Và trong tương lai xa, các công ty sản xuất turbocharger còn nhắm tới những mức áp suất không tưởng như 31-36psi.
Tuy nhiên, áp suất càng cao, điểm yếu của turbocharger càng dễ dàng bộc lộ. Đó chính là vấn đề về độ trễ ở dải vận tốc thấp. Ngay cả đến những bộ tăng áp hiện đại nhất ngày nay (trên chiếc Mercedes-Benz GLA45 AMG hay chiếc Mitsubitshi Lancer Evolution) cũng không tránh khỏi. Vì vậy, giải pháp được tính đến nhằm hạn chế “lag” là trang bị 2 bộ tăng áp cho xe, 1 bộ có kích thước nhỏ cho dải vận tốc thấp còn 1 bộ sẽ phụ trách ở dải vận tốc cao hơn (đây chính là công nghệ được sử dụng trên động cơ 1.6l của Renault tại đây). Tuy nhiên, còn một giải pháp nữa không kém phần hiệu quả nhắm xoá bỏ hiện tượng “lag” của bộ tăng áp. Đó chính là việc trang bị hệ thống van linh hoạt trên turbocharger. Giải pháp này tỏ ra vô cùng hiệu quả nhưng cũng vì thế mà nó vô cùng tốn kém dẫn đến việc chỉ được trang bị trên 1 số mẫu xe dùng động cơ Diesel hoặc những siêu xe thể thao (như chiếc Porsche911 Turbo).
Thông qua phần mềm kiểm soát được cài đặt, van có thể được điều khiển đóng hoặc mở để điều khiển luồng khí thải lưu thông bên trong bộ tăng áp. Cụ thể, van được đặt ở chế độ mở hé cho phép lưu lượng khí thải đi vào nhỏ hơn nhưng với áp suất lớn hơn. Điều này giúp bộ tăng áp có thể bắt đầu quay trục giúp nén khí sớm hơn ở dải vận tốc thấp do đó loại bỏ hiện tượng trễ. Ngược lại, khi van mở rộng, ở dải vận tốc cao, ở áp suất cực đại, sẽ có 1 lượng khí thải đi qua bộ tăng áp và ra ngoài nhằm đảm bảo áp suất cực đại không vượt quá áp suất an toàn. Điều này cho phép loại bỏ cửa thoát phụ (wastegate) trên những turbocharger thông thường.
Hệ thống làm mát
Ở đầu vào và đâu ra của bộ tăng áp, có một sự khác biệt về nhiệt độ rất lớn, gần 1100 °F (600°C). Giới hạn nhiệt cực đại của bộ tăng áp là vào khoảng 1920°F trong 1 khoảng thời gian khá ngắn, do đó hệ thống làm mát là vô cùng cần thiết. Chúng ta đã nghe nói nhiều đến hệ thống làm mát bằng khí, bằng chất lỏng tuy nhiên hầu hết các công nghệ này đều làm mát dòng không khí đã được nén và chuẩn bị được đưa vào động cơ. Trong tương lai, có thể hệ thống làm mát sẽ được diễn ra song song với quá trình nén không khí. Có thể nó sẽ được thiết kế nằm giữa 2 turbocharger với nhiệm vụ làm mát dòng không khí đi ra từ turbocharger đầu tiên. Điều này cho phép dòng không khí đi vào turbocharger thứ 2 với nhiệt độ thấp hơn, đặc hơn và sẽ có hiệu suất cao hơn, mang công suất lớn hơn khi được dẫn vào buồng xi-lanh động cơ.
Ngoài ra, việc dẫn nước trực tiếp vào buồng đốt của động cơ cũng là 1 giải pháp được tính đến. Theo như nhà sản xuất BMW, điều này giúp làm giảm nhiệt độ trong buồng xi-lanh giúp giảm nguy cơ hoà khí cháy sớm khi chưa đạt được áp suất tối ưu và còn làm giảm lượng khí thải NOx rất có hại cho sức khoẻ con người. Cùng với đó, tỉ lệ hỗn hợp hoà khí cũng có thể được tăng lên giúp nâng công suất của mỗi 1 chu kỳ động cơ.
Kết : Liên hệ chặt chẽ với thực tế
Đây là điều mà các kỹ sư phát triển động cơ luôn luôn phải tự nhủ truớc khi đưa vào sản xuất những công nghệ đột phá trong lĩnh vực động cơ. Bởi lẽ có những công nghệ cho những kết quả rất khả quan trong quá trình nghiên cứu và thử nghiệm, tuy nhiên khi đưa vào áp dụng trên những điều kiện thực tế thì lại cho những kết quả vô cùng kém.
Vấn đề của ngành sản xuất ôtô hiện nay không phải là tìm ra các công nghệ đột phá nhằm tối ưu hoá từng bộ phận của một cỗ máy. Các công nghệ được liệt kê trong bài đều vô cùng tiềm năng, nhưng để đi đến 1 sản phẩm cuối cùng với sự kết hợp của tất cả những công nghệ kể trên là vô cùng phức tạp và còn phải dựa trên nhiều yếu tố ngoại cảnh khác như giá thành sản xuất, v.v…
Vậy hãy cùng tìm hiểu xem đâu là những xu hướng công nghệ sẽ được áp dụng trên những bộ tăng áp thế hệ tiếp theo qua bài viết dưới đây.
Sau đây là một số điểm nhấn công nghệ đáng chú ý sẽ có trên những thế hệ tăng áp mới :
Bộ tăng áp điện & Bộ tăng áp lai
Ngoài ra, bộ tăng áp điện cũng có thể được thiết kế hoàn toàn riêng biệt với luồng khí thải của động cơ. Khi đó, năng lượng để chạy động cơ điện 1 chiều có thể sẽ đến từ hệ thống pin 48V hoặc pin cao áp (400V) của xe điện.
Bộ tăng áp với van linh hoạt và áp suất lớn hơn
Bộ tăng áp của Volvo với hệ thống van linh hoạt
Tuy nhiên, áp suất càng cao, điểm yếu của turbocharger càng dễ dàng bộc lộ. Đó chính là vấn đề về độ trễ ở dải vận tốc thấp. Ngay cả đến những bộ tăng áp hiện đại nhất ngày nay (trên chiếc Mercedes-Benz GLA45 AMG hay chiếc Mitsubitshi Lancer Evolution) cũng không tránh khỏi. Vì vậy, giải pháp được tính đến nhằm hạn chế “lag” là trang bị 2 bộ tăng áp cho xe, 1 bộ có kích thước nhỏ cho dải vận tốc thấp còn 1 bộ sẽ phụ trách ở dải vận tốc cao hơn (đây chính là công nghệ được sử dụng trên động cơ 1.6l của Renault tại đây). Tuy nhiên, còn một giải pháp nữa không kém phần hiệu quả nhắm xoá bỏ hiện tượng “lag” của bộ tăng áp. Đó chính là việc trang bị hệ thống van linh hoạt trên turbocharger. Giải pháp này tỏ ra vô cùng hiệu quả nhưng cũng vì thế mà nó vô cùng tốn kém dẫn đến việc chỉ được trang bị trên 1 số mẫu xe dùng động cơ Diesel hoặc những siêu xe thể thao (như chiếc Porsche911 Turbo).
Thông qua phần mềm kiểm soát được cài đặt, van có thể được điều khiển đóng hoặc mở để điều khiển luồng khí thải lưu thông bên trong bộ tăng áp. Cụ thể, van được đặt ở chế độ mở hé cho phép lưu lượng khí thải đi vào nhỏ hơn nhưng với áp suất lớn hơn. Điều này giúp bộ tăng áp có thể bắt đầu quay trục giúp nén khí sớm hơn ở dải vận tốc thấp do đó loại bỏ hiện tượng trễ. Ngược lại, khi van mở rộng, ở dải vận tốc cao, ở áp suất cực đại, sẽ có 1 lượng khí thải đi qua bộ tăng áp và ra ngoài nhằm đảm bảo áp suất cực đại không vượt quá áp suất an toàn. Điều này cho phép loại bỏ cửa thoát phụ (wastegate) trên những turbocharger thông thường.
Hệ thống làm mát
Ngoài ra, việc dẫn nước trực tiếp vào buồng đốt của động cơ cũng là 1 giải pháp được tính đến. Theo như nhà sản xuất BMW, điều này giúp làm giảm nhiệt độ trong buồng xi-lanh giúp giảm nguy cơ hoà khí cháy sớm khi chưa đạt được áp suất tối ưu và còn làm giảm lượng khí thải NOx rất có hại cho sức khoẻ con người. Cùng với đó, tỉ lệ hỗn hợp hoà khí cũng có thể được tăng lên giúp nâng công suất của mỗi 1 chu kỳ động cơ.
Kết : Liên hệ chặt chẽ với thực tế
Đây là điều mà các kỹ sư phát triển động cơ luôn luôn phải tự nhủ truớc khi đưa vào sản xuất những công nghệ đột phá trong lĩnh vực động cơ. Bởi lẽ có những công nghệ cho những kết quả rất khả quan trong quá trình nghiên cứu và thử nghiệm, tuy nhiên khi đưa vào áp dụng trên những điều kiện thực tế thì lại cho những kết quả vô cùng kém.
Vấn đề của ngành sản xuất ôtô hiện nay không phải là tìm ra các công nghệ đột phá nhằm tối ưu hoá từng bộ phận của một cỗ máy. Các công nghệ được liệt kê trong bài đều vô cùng tiềm năng, nhưng để đi đến 1 sản phẩm cuối cùng với sự kết hợp của tất cả những công nghệ kể trên là vô cùng phức tạp và còn phải dựa trên nhiều yếu tố ngoại cảnh khác như giá thành sản xuất, v.v…
Theo caranddriver
