Nạp cưỡng bức – Tăng áp cho động cơ đốt trong – Phần 2: Hệ thống nạp Ram Air

Hệ thống nạp Ram-air là thiết kế đường ống nạp sử dụng áp suất không khí động được tạo ra bởi chuyển động của xe để tăng áp suất không khí tĩnh bên trong ống nạp trên động cơ đốt trong, do đó cho phép lưu lượng lớn hơn qua động cơ và do đó tăng công suất động cơ.

Nạp Ram air có thể hiểu là một hệ thống nạp trực diện – với chuyển động của xe. Đây có lẽ là loại cưỡng bức đơn giản nhất. Khi ô tô đang di chuyển ở tốc độ cao, không khí sẽ bị ép vào ống nạp thông qua khe hút gió thường nằm ở phía trên nắp ca-pô. Điều này tạo ra một áp lực cao hơn một chút so với hút tự nhiên. Áp suất khí nạp cao hơn dẫn đến không khí dày đặc hơn một chút làm đầy buồng đốt, rất giống một động cơ tăng áp nhẹ. Giúp tạo ra nhiều năng lượng hơn.

Có thể dễ dàng nhận thấy khe hút gió Ram air trong các xe đua. Hộp khí trên mọi xe đua Công thức và các cửa hút gió gắn trên mui xe trên nhiều xe đua GT hoặc xe đua sức bền là các thiết bị Ram air. Một kỹ sư của Công thức Một cho biết một hộp không khí điển hình có thể góp phần tạo ra thêm 20 mã lực ở tốc độ 200 km/h (124 dặm/giờ). Nó không phải là một lợi ích lớn, nhưng nó miễn phí, hầu như không có nhược điểm. Tuy nhiên, ở tốc độ thấp, ảnh hưởng của Ram air là không đáng kể.

Các tính năng thiết kế

Ram-air hoạt động bằng cách giảm vận tốc khí nạp bằng cách tăng diện tích mặt cắt ngang của ống nạp. Khi vận tốc khí đi xuống áp suất động giảm, trong khi áp suất tĩnh tăng lên. Việc tăng áp suất tĩnh trong buồng thông gió có ảnh hưởng tích cực đến công suất động cơ, cả do chính áp suất và mật độ không khí tăng lên mà áp suất cao hơn này mang lại.

Hệ thống Ram-air được sử dụng trên các loại xe hiệu suất cao, thường là trên xe máy và xe ô tô hiệu suất. Kawasaki Ninja ZX-11 C1 1990 là chiếc mô tô sản xuất sử dụng hệ thống hút gió đầu tiên trên thế giới. Ram-air là một tính năng trên một số xe ô tô vào những năm sáu mươi, không còn được ưa chuộng vào những năm bảy mươi, nhưng gần đây đã trở lại.

Tuy nhiên, ở tốc độ thấp (tốc độ cận âm), áp suất tĩnh bị giới hạn ở một vài phần trăm. Giả sử rằng vận tốc không khí giảm đến 0 mà không có tổn thất (tổn thất thực tế thấp), sự gia tăng áp suất có thể được tính toán tương ứng. Bởi vì gần như không có tổn thất cho nên quá trình hút không làm nóng khí nạp. Do đó, hệ thống ram-air cũng được gọi là một hệ thống hút gió lạnh cold air. Hiệu ứng hút khí ram có thể nhỏ, nhưng các kỹ thuật điều chỉnh nhẹ khác cũng vậy để tăng khả năng làm đầy xi lanh như sử dụng bộ lọc khí lớn hơn, cảm biến lưu lượng khí lớn, cụm kèn tốc độ, hộp khí điều chỉnh và các ống lớn từ bộ lọc đến động cơ.

Hệ thống Short ram air

Hệ thống nạp ram air là một dạng ống nạp khí hậu mãi cho ô tô có động cơ đốt trong. Nó thay thế khe hút gió OEM bằng một ống kim loại (hoặc nhựa) ngắn và bộ lọc khí hở hình nón bên trong khoang động cơ – short ram air là một cửa hút gió ngắn.

Thuật ngữ ram trong short ram, mặc dù thường được sử dụng, nhưng có chút nhầm lẫn ở đây. Hệ thống nạp ram air thực sự là một thiết kế giúp tăng cường áp suất khí nạp hoặc trong trường hợp hệ thống cộng hưởng như Sonaramic của Chrysler, làm tăng mô-men xoắn với cực đại tại một RPM nhất định.

Có một số tranh luận mở về short ram, một số người tin rằng vấn đề với cửa hút gió ngắn là không khí đi vào cửa nạp sẽ có nhiệt độ cao hơn do động cơ ở gần, điều này có thể làm giảm lượng khí nạp, dẫn đến giảm công suất động cơ. Để giải quyết các vấn đề về nhiệt khí nạp, người ta thêm một tấm chắn nhiệt, hoặc di chuyển cổng hút gió ra xa khối động cơ cũng sẽ giúp giảm bớt vấn đề và một số người dùng sử dụng cửa hút gió lạnh nơi không khí đầu vào bằng hoặc gần với nhiệt độ môi trường xung quanh. Tuy nhiên, một số người lại cho rằng Cửa hút gió ngắn short ram tương tự mang lại lợi ích hơn Cửa hút gió lạnh, bao gồm tiêu thụ nhiên liệu tốt hơn do đốt cháy nhiên liệu hoàn toàn hơn. Người dùng với động cơ cảm ứng cưỡng bức thường chọn cửa hút gió ngắn bởi vì máy nén gần động cơ, đặc biệt là bộ tăng áp, làm nóng không khí đi vào và phủ nhận nhiều lợi ích của cửa hút gió lạnh. Các vấn đề khác có thể xảy ra do sử dụng cửa hút gió ngắn trong ô tô sử dụng cảm biến lưu lượng khí mặc dù hầu hết các cảm biến ngày nay đều tự động điều chỉnh mà không gặp sự cố.

Sự hỗn loạn trong luồng khí nạp do bộ lọc hoặc đường ống tạo ra, hoặc sự thay đổi đường kính cửa nạp tại điểm đo luồng khí nạp có thể tạo ra kết quả đọc không chính xác. Từ lỗi về luồng khí chuyển thành lỗi về lượng nhiên liệu bổ sung. Trong trường hợp xấu nhất, tỷ lệ không khí-nhiên liệu có thể chạy lệch, gây ra hiện tượng kích nổ và có thể hỏng động cơ mặc dù cảm biến khí nạp nói chung sẽ phát hiện và điều chỉnh bướm ga để bù cho không khí ấm hơn. Điều này cũng có thể được giải quyết bằng cách sửa đổi/kéo dài đường ống nạp, thay thế cảm biến đo lưu lượng khí,… để cung cấp lượng nhiên liệu chính xác cho luồng khí nạp ở mọi tốc độ động cơ.

Một kết quả vô hại nhưng đáng chú ý của việc sử dụng một cửa hút gió ngắn là sự gia tăng tiếng ồn của khí nạp, có thể biểu hiện như một âm thanh hút và làm mất bất kỳ đặc tính im lặng nào mà cửa nạp của nhà máy có.