Động cơ 101: P5 – Tinh chỉnh động cơ

Khái niệm độ xe có lẽ không còn quá mới mẻ ở Việt Nam. Ta hiểu độ xe đơn giản là việc thay đổi một hoặc một vài chi tiết để khiến chiếc xe trở nên khác biệt so với trạng thái xuất xưởng. Thế nhưng, độ xe cũng có nhiều dạng, từ những gói độ phổ biến hiện nay như độ bodykit, bodylip, mâm xe, đèn LED, nội thất… cho đến những tinh chỉnh phức tạp và ít phổ biến hơn là độ hiệu năng (nhiều bạn hay gọi là độ công suất).

Một phần lý do độ nội ngoại thất phổ biến hơn là bởi vì công việc này không quá phức tạp. Thực ra thì việc lắp thêm một bộ chia gió ở đầu xe sẽ trở nên phức tạp nếu như xưởng độ biết tính toán mức cải thiện khí động lực học của xe sau khi lắp đặt. Từ đó, xưởng có thể ước lượng khả năng tăng tốc mới của xe, cũng như mức tiêu thụ nhiên liệu mới.

Thế nhưng, những điều này quá phức tạp, trong khi khách hàng ai mà quan tâm chứ? Vì thế, độ nội ngoại thất chủ yếu chỉ mang vẻ đẹp hình thức, nhưng lại không mang vẻ đẹp về kỹ thuật.

Trên khía cạnh kỹ thuật, nếu so sánh độ xe với một tảng băng, thì có thể nói độ nội ngoại thất chỉ là phần nổi, trong khi độ hiệu năng là phần chìm. Hiệu năng xe là thứ ta không nhìn thấy được, nhưng nó lại đóng vai trò nền tảng với một chiếc xe. Do đó, độ hiệu năng nếu như được thực hiện đúng cách có thể cải thiện đáng kể các đặc tính kỹ thuật của xe. Một chiếc Subaru WRX xuất xưởng với 300 hp qua bàn tay của các xưởng độ hoàn toàn có thể được nâng công suất lên mức 1,000 hp. Tất nhiên, độ hiệu năng rất phức tạp và đòi hỏi người độ phải thuần thục kiến thức và kỹ năng cơ khí. Đây chính là yếu tố tạo nên các hãng độ lừng lẫy trên thế giới như AMG (Mercedes), M Sport (BMW), TRD (Toyota), NISMO (Nissan)...

Qua bốn phần trước của series Động cơ 101, ta đã biết các đặc tính cơ bản của một khối động cơ. Tất cả những đặc tính này, và cả vài chục đặc tính khác của động cơ, gần như đều có thể tinh chỉnh được thông qua độ hiệu năng. Trong phần này, Otoman sẽ giới thiệu tới bạn một số phương pháp độ động cơ phổ biến nhất. Nhưng trước hết, ta cùng làm quen với ECU.

Làm quen với ECU

Giống như bộ vi xử lý của máy tính cá nhân, ECU (engine control unit - đơn vị kiểm soát động cơ, hay nhiều bạn gọi là “hộp đen”) tiếp nhận và xử lý thông tin. Ngày nay, trên một động cơ đời mới, ECU có thể xử lý hàng nghìn quy trình liên quan tới cả phần điện và cơ. Khi động cơ hoạt động, ECU liên tục tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến gắn trên động cơ và trên xe, từ đó ra lệnh cho các cơ cấu tác động làm việc theo thời gian thực. Một vài đại lượng mà ECU đo lường và điều khiển có thể kể đến là tốc độ động cơ, áp suất buồng đốt, áp suất nhiên liệu, vị trí trục cam, vị trí chân ga, hay tỷ lệ oxy trong hòa khí. Nếu động cơ là trái tim của một chiếc xe, thì ECU chính là trái tim của động cơ đó.

Cơ chế làm việc của ECU cũng giống như máy tính cá nhân (PC). Trên PC, các chương trình driver được cài đặt để điều khiển phần cứng như loa, ổ CD. Tương tự, để điều khiển phần cứng (ví dụ trục cam hay kim phun nhiên liệu), các “chương trình” cũng cần được cài sẵn vào ECU. Đối với động cơ, “chương trình” này chính là một gói các biểu đồ đặc tính (maps) mà ta đã làm quen. Torque map, power map, hay BSFC map chỉ là ba trong số hàng trăm biểu đồ được "tải" vào ECU. Ngoài những đặc tính cơ bản kể trên, ta còn có biểu đồ áp suất hòa khí (boost map), biểu đồ áp suất nhiên liệu (fuel pressure map), biểu đồ khối lượng phun (injection quantity map)...

Bằng cách can thiệp vào ECU, ta có thể xuất ra chương trình điều khiển được nhà sản xuất cài đặt sẵn trong đó. Khi này, ta có một tập hợp các biểu đồ đặc tính. Thay đổi thông số của các biểu đồ này và tải lại vào ECU, ta có một chương trình điều khiển hoàn toàn mới. Nếu được tinh chỉnh đúng cách thì hiệu năng của động cơ có thể được cải thiện. Cách tinh chỉnh động cơ này giới kỹ thuật gọi là remapping (thiết lập lại biểu đồ đặc tính). Nên nhớ, không phải chỉ có dân độ xe mới remap. Thực tế thì chính các nhà sản xuất xe cũng làm công việc này. Đây là lý do vì sao cùng một mẫu động cơ khi xuất xưởng lại có thể có nhiều phiên bản với sức mạnh khác nhau. Ví dụ, khối động cơ mã EB2DTS được lắp trên chiếc Peugeot 2008 bản thường mới ra mắt gần đây đạt công suất cực đại 130 hp, trong khi khối EB2ADTX trên bản GT lại có thể sản sinh tới 155 hp. Thực chất, hai động cơ này là một.

Tại sao remapping tồn tại?

Đó là bởi vì động cơ thường khi xuất xưởng đã được điều chỉnh giảm sức mạnh (detuned) so với khả năng thực sự của nó. Có nhiều lý do nhà sản xuất phải làm việc này nhưng nói ngắn gọn thì là để xe hoạt động êm ái ở nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Tinh chỉnh động cơ giúp xe chạy tốt ở nơi lạnh như Canada hay nóng như Ấn Độ, ở nơi có xăng chất lượng cao như Anh hay chất lượng trung bình như Mỹ, ở nơi bị kiểm soát khí thải khắt khe như Đức hay nơi vẫn được nới lỏng như Việt Nam, vân vân và vân vân. Một mẫu xe muốn bán ra trên toàn cầu thì phải hy sinh hiệu năng cho những vấn đề này.

Trong phần 2, ta biết rằng sức mạnh của động cơ được hình thành từ hỗn hợp hòa khí cháy gồm nhiên liệu và không khí. Thông qua công việc remapping, ta có thể trích xuất các biểu đồ đặc tính từ ECU, điều chỉnh tăng hoặc giảm lượng nhiên liệu và không khí đi vào buồng đốt nhằm tăng sức mạnh. Đối với đại lượng nhiên liệu, ta hiệu chỉnh các biểu đồ phun nhiên liệu (fuel injection maps), còn đối với đại lượng không khí, ta hiệu chỉnh biểu đồ tốc độ dòng khối lượng (mass air flow map). Nghe thì đơn giản nhưng thực tế việc điều chỉnh này phức tạp hơn ta nghĩ. Cụ thể, song song với thay đổi lượng nhiên liệu, ta còn phải hiệu chỉnh luôn thời điểm phun, thời gian phun, và thời điểm đánh lửa, và còn rất nhiều đại lượng khác.

Remapping nếu được thực hiện chuẩn xác có thể tạo ra mức cải thiện đáng ngạc nhiên. Tuy nhiên, chỉ cần bạn gán một giá trị sai lệch đủ lớn thôi thì câu chuyện sẽ hoàn toàn ngược lại. Đặt thời điểm đánh lửa quá sớm sẽ khiến động cơ gặp tình trạng kích nổ, hay quá nhiều nhiên liệu sẽ làm tăng nhiệt độ cháy và phá hỏng piston.

Chính vì vậy, remapping không yêu cầu can thiệp vào phần cứng của động cơ, nhưng đòi hỏi mức tỉ mỉ không hề kém cạnh. Dưới đây là ba cách thực hiện remapping phổ biến nhất.

1. Hiệu chỉnh OBD (OBD Remapping)

Hệ thống tự chẩn đoán OBD (on-board diagnostic) là một hệ thống thông minh được yêu cầu lắp đặt trên những chiếc xe sản xuất từ năm 2001. Nhờ các tín hiệu cảm biến, OBD có nhiệm vụ đọc lỗi xảy ra trên xe và thông báo cho người lái thông qua các ký hiệu trên bảng đồng hồ. Các xe có OBD thường sẽ được trang bị thêm cổng OBD (OBD port) cho phép kỹ thuật viên kết nối với phần mềm đọc lỗi trên máy tính và dễ dàng "giao tiếp" với xe. Đối với dân độ hiệu năng xe, cổng OBD chính là cánh cửa dẫn đến ECU nơi chương trình điều khiển cùng các gói biểu đồ đặc tính được lưu trữ.

Hiệu chỉnh OBD là phương pháp remapping hiệu quả nhất vì thậm chí ta không cần phải mở nắp capo mà vẫn có thể tăng sức mạnh của xe. Bằng thiết bị độ chuyên nghiệp, thông tin trong ECU có thể được trích xuất qua cổng OBD và hiệu chỉnh trước khi được nhập ngược lại vào ECU. Tuy nhiên, một số xe không có cổng OBD hoặc nhà sản xuất chặn không cho can thiệp vào ECU qua cổng OBD. Lúc này, dân độ sử dụng phương pháp hiệu chỉnh trực tiếp.

2. Hiệu chỉnh Trực tiếp (Bench Tuning)

Đối với phương pháp hiệu chỉnh trực tiếp, người độ phải tháo dỡ ECU ra khỏi xe (thường lắp bên cạnh động cơ). Sau khi tháo, thiết bị hiệu chỉnh được kết nối với ECU ngay trên bảng mạch của ECU. Từ đây, chương trình điều khiển lưu trữ trong ECU được trích xuất bằng nhiều cách thức khác nhau, tùy thuộc vào loại ECU và bộ vi xử lý bên trong. Một số cách phổ biến là Background Debug Mode, Boot Mode, Pin Out, JTAG...

3. Hiệu chỉnh Chip (Chipping)

Khác với những dòng xe đời mới, hệ thống ECU đời đầu thường lưu trữ dữ liệu tại một con chip được lắp đặt bên trong. Để đọc được khối dữ liệu này, dân độ phải tách con chip ra khỏi ECU và đặt nó vào một máy đọc chip chuyên dụng. Sau đó, dữ liệu được hiệu chỉnh và tải lại vào chip như bình thường. Tuy nhiên, vấn đề gặp phải là những con chip này lại thuộc dạng "lập trình một lần" (one time programmable), tức chỉ cho phép đọc chứ không cho ghi dữ liệu. Cách đơn giản nhất để xử lý tình huống này là tải biểu đồ đặc tính mới lên một còn chip khác và lắp vào ECU thay cho chip cũ.

Dù có khác nhau về cách thức, hiệu chỉnh OBD, trực tiếp, hay hiệu chỉnh chip đều phục vụ một mục đích duy nhất là remapping - tiếp cận dữ liệu đặc tính của xe và thay đổi chúng. Nói như vậy có nghĩa là, cốt lõi của độ hiệu năng xe vẫn nằm ở việc nắm chắc cơ chế hoạt động của động cơ xe cũng như bản chất các biểu đồ đặc tính (maps). Đây là chủ đề mà series Động cơ 101 sẽ tiếp tục đào sâu hơn nữa trong những số ra sắp tới. Hãy cùng chờ đón trên Otoman.