Việc bổ sung một lượng hòa 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 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 còn 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 không 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. Siêu nạp dịch chuyển tích cực (PDS)

Như đã nhắc đến ở phần trên, PDS không 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 không 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” không khí từ đầu vào giữa các bầu sóng, nén tạo áp suất và “đẩy” không 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 không 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 không khí từ đầu vào và truyền tới đầu ra. Loại này cung cấp dòng không khí mượt mà hơn so với kiểu Root.

Ưu điểm

• Không gặp vấn đề rò rỉ.
• Cung cấp dòng 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 lò xo được nén sẵn. Cách bố trí này giúp cánh quạt tiếp xúc với bề mặt bên trong thân máy.

Do vòng quay lệch tâm, không gian giữa hai cánh quạt nhiều hơn ở đầu vào và ít hơn ở đầu ra. Theo cách này, thể tích không khí từ đầu vào đến đầu ra sẽ giảm dần, giảm thể tích sẽ làm tăng áp suất không khí. Do đó, hỗn hợp thu được ở đầu ra sẽ cao hơn đầu vào.

2. 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 không 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 không khí bên ngoài. Lực ly tâm tác động lên không khí làm tăng động năng của nó, đưa nó đến một bộ khuếch tán. Không 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.

Ưu điểm

- Kích thước nhỏ
- Hiệu suất cao

Nhược điểm

- Lượng không khí không thể thay đổi.

Sóng tạo áp (Pressure wave)

Dòng hướng tâm (Axial flow)

Phương pháp của siêu nạp

Có nhiều cách thức khác nhau để tác dụng lực vào không khí mà không 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

Ram effect supercharging

Ở loại này, buồng góp được thiết kế theo cách không 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, không 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 không 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 không 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 supercharger

Ưu điểm

• Cho công suất cao.
• Tốt hơn cho việc làm tơi nhiên liệu.
• Hòa trộn hòa khí tốt hơn.
• Sản phẩm cháy sạch hơn.
• Đặc tính momen xoắn tốt hơn trên toàn 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.

Nguồn: oto-hui.com