Tìm hiểu về động cơ siêu nạp supercharger

Tìm hiểu về động cơ siêu nạp supercharger
(News.oto-hui.com) – Động cơ siêu nạp – Supercharger về cơ bản là một máy nén/ bơm nơi
lấy khơng khí ở áp suất mơi trường, nén nó và chuyển nó tới động cơ. Năng lượng dẫn động
máy nén/bơm này được lấy từ trục khuỷu động cơ thông qua đai truyền động.
Việc bổ sung một lượng hịa khí lớn vào trong xylanh giúp gia tăng áp suất trung bình có ích
của động cơ. Sự gia tăng giúp cho động cơ sản sinh ra nhiều năng lượng hơn. Bằng việc
thêm một máy nén vào động cơ làm cho nó hoạt động hiệu quả hơn.

Các loại động cơ siêu nạp Supercharger:
Có 2 loại supercharger chính. Loại đầu tiên được biết đến là Positive Displacement
Supercharger – PDS (Siêu nạp dịch chuyển tích cực) và loại cịn lại là Dynamic
Supercharger – DS (Siêu nạp phụ thuộc động lực học).
Sự khác nhau cơ bản giữa 2 loại này là PDS duy trì áp suất tại một mức khơng đổi ở mọi tốc
độ động cơ trong khi đó DS tạo ra áp suất lớn hơn khi vận tốc độ cơ cao hơn. Đây là nền
tảng để phân biệt 2 loại siêu nạp này. Các bộ siêu nạp này được chia ra nhiều loại hơn nữa:
1. Động cơ siêu nạp dịch chuyển tích cực (PDS):
Như đã nhắc đến ở phần trên, PDS khơng phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Có 3 loại chính của
PDS đó là kiểu root và kiểu twin screw và kiểu vane +
Kiểu Root:
Loại này có 2 cánh bơm được thiết kế đặc biệt quay ngược chiều nhau để nén khơng khí.
Dựa vào cách thiết kế cánh bơm, bộ tăng áp này lại được chia ra thành nhiều loại: bánh bơm
2 bầu sóng, 3 bầu sóng, 4 bầu sóng,…Khi rotor quay, chúng “giữ” khơng khí từ đầu vào giữa
các bầu sóng, nén tạo áp suất và “đẩy” khơng khí về hướng cổng ra của siêu nạp.


Ưu điểm:
Thiết kế đơn giản
Phù hợp nhất với động cơ cao tốc
Nhược điểm:
Cung cấp cùng một lượng khơng khí ở cả vòng tua thấp và cao.
Hiệu suất thấp

Trọng lượng cao
Sinh ra nhiều nhiệt do ma sát
Rò rỉ ở tốc độ thấp.
Kiểu Twin Srew:
Như tên gọi, loại siêu nạp này có 2 trục vít xoay ngược chiều nhau. Hoạt động của loại này
tương tự như loại Root. Nó cũng hút khơng khí từ đầu vào và truyền tới đầu ra. Loại này
cung cấp dịng khơng khí mượt mà hơn so với kiểu Root.


Ưu điểm:
Khơng gặp vấn đề rị rỉ.
Cung cấp dịng khí mượt mà hơn.
Nhược điểm:
Nhiệt lượng cao sản sinh do ma sát.
Gây ra tiếng ồn khi hoạt động.
Kiểu cánh quạt (vane):
Một số cánh quạt được gắn trên trống của bộ siêu nạp. Những cánh quạt này được đẩy ra
ngoài bởi các lị xo được nén sẵn. Cách bố trí này giúp cánh quạt tiếp xúc với bề mặt bên
trong thân máy.
Do vịng quay lệch tâm, khơng gian giữa hai cánh quạt nhiều hơn ở đầu vào và ít hơn ở đầu
ra. Theo cách này, thể tích khơng khí từ đầu vào đến đầu ra sẽ giảm dần, giảm thể tích sẽ làm
tăng áp suất khơng khí. Do đó, hỗn hợp thu được ở đầu ra sẽ cao hơn đầu vào.


Các loại supercharger trên thực tế
2. Động cơ siêu nạp siêu nạp phụ thuộc động lực học (DS):
Áp suất dòng khí của loại này phụ thuộc vào tốc độ động cơ (khi tốc độ động cơ cao hơn thì
áp suất cung cấp cao hơn). Hiệu suất của loại này phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Nó cũng
được chia thành những kiểu sau:
Kiểu ly tâm (Centrifugal Type):

Như tên gọi, kiểu này dùng lực ly tâm để nén khơng khí. Thiết kế của siêu nạp ly tâm giống
với máy nén ly tâm. Nó có bộ bánh bơm được kết nối với trục khuỷu thông qua đai dẫn
động.
Khi động cơ hoạt động, nó dẫn động bánh bơm hút khơng khí bên ngồi. Lực ly tâm tác
động lên khơng khí làm tăng động năng của nó, đưa nó đến một bộ khuếch tán. Khơng khí
đưa vào bộ khuếch tán với vận tốc cao ở áp suất thấp, bộ khuếch tán chuyển đổi không khí ở
vận tốc cao áp suất thấp thành áp suất cao tốc độ thấp, sau đó được đưa đến động cơ.


Tăng áp có tốc độ biến thiên theo tốc độ động cơ
Ưu điểm:
Kích thước nhỏ
Hiệu suất cao
Nhược điểm:
Lượng khơng khí thay đổi theo tốc độ.
Sóng tạo áp (Pressure wave)
Dịng hướng tâm (Axial flow)
Phương pháp của động cơ siêu nạp:
Có nhiều cách thức khác nhau để tác dụng lực vào không khí mà khơng cần thêm năng lượng
giống như máy nén. Hai ứng dụng phổ biến nhất đó là: hiệu ứng tăng áp (Ram effect
supercharging) & tăng áp piston.


Mô tả hoạt động của Supercharger
Ram effect supercharging:
Ở loại này, buồng góp được thiết kế theo cách khơng khí được đưa vào xilanh một cách tự
động và liên tục nhưng các van mở/đóng nhiều lần trong một giây. Mỗi khi van đóng lại,
khơng khí sẽ tràn vào, điều này sẽ tạo ra một sóng tạo áp truyền theo hướng ngược lại cho
đến khi nó vào vùng cao áp và được phản xạ trở lại.
Nếu tần số cộng hưởng của vùng cao áp và động cơ phù hợp, sóng áp suất này mang nhiều

khơng khí hơn vào xilanh làm việc của bộ siêu nạp.
Tăng áp piston:
Phương pháp này thường được áp dụng ở các động cơ hàng hải lớn. Nó sử dụng mặt dưới
của piston để nén khơng khí. Với thời gian thích hợp của các van, hệ thống này cung cấp dủ
lượng khí nén, vì có 2 hành trình phân phối cho mỗi hành trình hút trong một chu trình.
Ưu điểm và nhược điểm của động cơ siêu nạp supercharger:


Ưu điểm:
Cho công suất cao.
Tốt hơn cho việc làm tơi nhiên liệu.
Hịa trộn hịa khí tốt hơn.
Sản phẩm cháy sạch hơn.
Đặc tính momen xoắn tốt hơn trên tồn phạm vi.
Gia tốc phương tiện lớn hơn
Đốt cháy hoàn toàn và trơn tru.
Thậm chí vẫn có thể dùng nhiên liệu với chất lượng đánh lửa kém.
Cải thiện quá trình khởi động lạnh.
Giảm lượng khí thải.
Giảm tiêu thụ nhiên liệu cụ thể.
Tăng hiệu quả cơ học.
Hoạt động trơn tru và giảm xu hướng kích nổ ở động cơ diesel
Nhược điểm:
Xu hướng kích nổ trong động cơ sử dụng hệ thống đánh lửa (Spark Ignition)
Tăng ứng suất nhiệt.
Tăng nhiệt lượng mất do sự nhiễu loạn.
Tăng tải khí.
Yêu cầu tăng sự làm mát cho động cơ.