Làm thế nào để tăng áp suất nạp nhiên liệu cho động cơ?

Xe hơi hiện đại đòi hỏi những động cơ gọn nhẹ, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao, công suất và mô-men xoắn lớn. Để đáp ứng các tiêu chuẩn này, tăng áp là giải pháp phổ biến hiện nay. Đây là kỹ thuật nâng cao áp suất của hỗn hợp nhiên liệu khi đưa vào buồng đốt. Động cơ xăng ra đời vào năm 1876. 9 năm sau Gottlieb Daimler đã phát minh ra kỹ thuật tăng áp suất nạp nhiên liệu cho nó (bằng phát minh DRP 34926). Ngay trong quá trình thiết kế chiếc động cơ diesel đầu tiên, Rudolf Diesel đã đăng ký phát minh số DRP 95680 về tăng áp cho cỗ máy chạy bằng dầu này. Có 2 giải pháp tăng áp chủ yếu là: thay đổi thể tích ống nạp và dùng máy nén. Giải pháp thứ nhất có hiệu quả rất cao, nó lợi dụng dao động cộng hưởng của dòng khí trên đường nạp để tăng áp suất hỗn hợp nhiên liệu đưa vào buồng đốt, ở thời điểm xu-páp nạp đóng lại. Hình 1 giới thiệu kết cấu ống nạp 2 cấp của động cơ Opel Astra: Khi tốc độ tua lớn, van V mở ra khiến đường nạp ngắn lại (từ B đến buồng đốt), còn ở chế độ thường hỗn hợp nhiên liệu đi quãng đường dài hơn (từ A đến buồng đốt). Vẫn trên nguyên tắc này, các chuyên gia còn chế tạo loại động cơ có chiều dài ống nạp thay đổi 3 cấp (hình 2: ống nạp 3 trạng thái của động cơ xăng Audi V8) hoặc thay đổi liên tục như máy diesel N62B44 lắp trên xe BMW 745 (hình 3). Thiết kế tăng áp bằng máy nén có thể dùng bơm cơ khí hoặc turbin khí tận dụng năng lượng của đường xả. Máy nén cơ khí chạy bằng lực kéo trích ra từ trục động cơ, do vậy nó cũng tiêu tốn một phần động năng có ích. Thiết kế này được áp dụng trên động cơ xăng M271KE của Mercedes C200 model 2002. Click để xem ảnh lớn hơnTurbin khí tăng áp vận hành bằng năng lượng thừa trên đường xả của động cơ. Cơ cấu này nén hỗn hợp nhiên liệu qua két làm mát, trộn với 1 phần khí xả và đưa chúng trở lại buồng đốt. Hình 4 là thiết kế tăng áp của động cơ diesel OM-660 của Mercedes lắp trên xe Smart. Cỗ máy này chỉ gồm 3 xi-lanh tổng dung tích 799 cc, tăng nạp bằng turbin khí, hệ thống phun nhiên liệu common rail. Quy trình hoạt động như sau: Phần lớn khí xả được đưa qua để vận hành turbin trước khi thải ra ngoài. Bánh công tác của turbin chỉ có đường kính 31 mm và quay với vận tốc 290.000 vòng/phút, áp lực nén của nó lên tới 2,2 kg/cm2. Không khí mới (màu xanh) được hút vào qua bầu lọc khí và bị máy nén làm nóng lên tới gần 100 độ C, luồng khí này được đưa qua két làm mát và trộn với một phần khí xả (màu đỏ) trước khi vào buồng đốt. Việc tăng áp suất nạp hỗn hợp nhiên liệu vào buồng đốt giúp động cơ đạt được công suất và hiệu suất rất cao.