Tối ưu hóa khí nạp là cải thiện việc nạp khí vào xy-lanh bằng cách thay đổi thời gian phối khí và/hoặc tăng áp trong phạm vi tốc độ quay lớn nhất có thể.

Thời gian phối khí biến thiên

Việc nạp khí vào xy-lanh ở động cơ đốt trong với xu-páp kiểu truyền thống chỉ được thiết kế tối ưu cho một trị số tốc độ quay. Ở tốc độ quay này động cơ cho mô-men lớn nhất. Dù công suất tăng lên đến trị số cao nhất khi tốc độ quay càng tăng, nhưng mô-men lại giảm do việc nạp khí vào xy-lanh kém đi.

Nếu có thể kéo dài thời gian mở của xu-páp nạp, việc nạp khí xy-lanh sẽ được cải thiện ở tốc độ quay cao. Mô-men xoắn và công suất tăng lên. Ở tốc độ quay thấp, sự trùng lặp xu-páp (thời điểm cuối kỳ xả, đầu kỳ hút) lớn dẫn đến sự hao hụt cửa xả lớn và động cơ chạy không êm. Ngoài ra các chất ô nhiễm trong khí thải cũng tăng lên. Sử dụng cơ cấu thay đổi thời điểm phối khí có thể giảm thiểu những bất lợi này.

Ta phân biệt những hệ thống sau đây:

• Hiệu chỉnh trục cam biến thiên (Hiệu chỉnh xu-páp thông qua trục cam)
• Hiệu chỉnh van xu-páp biến thiên (Hiệu chỉnh xu-páp trực tiếp)

Áp suất biến thiên (Tăng áp)

Độ lớn của công suất và mô-men xoắn của động cơ phụ thuộc chủ yếu vào phần trăm lượng không khí trên một đơn vị thể tích được nạp vào xy-lanh trong kỳ nạp. Điều này được thể hiện qua hiệu suất nạp.

Hiệu số nạp cho biết tỷ lệ giữa lượng khí nạp thực tế và lượng khí nạp lý thuyết có thể đạt được của mỗi xy-lanh trong một chu kỳ sinh công.

Kiểu động cơ	Hệ số nạp
Động cơ không tăng áp, bốn thì	0,7 đến 0,9
Động cơ không tăng áp, hai thì	0,5 đến 0,7
Động cơ tăng áp	1,2 đến 1,6

Với sự hỗ trợ của những hệ thống tăng áp, hiệu số nạp có thể được nâng cao. Qua đó, một lượng không khí nhiều hơn vào được buồng đốt khiến nhiều nhiên liệu hơn được đốt cháy.

Giới hạn của việc tăng áp

Động cơ Otto: Hiệu số nạp quá lớn ở động cơ Otto tăng áp sẽ dẫn đến một áp suất cuối quá trình cháy quá lớn và cháy kích nổ. Do đó có thể gây ra hư hại, thí dụ ở piston và ổ trục. Vì thế động cơ Otto tăng áp có tỷ số nén hình học thấp hơn động cơ Otto không tăng áp.

Động cơ diesel: Áp suất cuối quá trình cháy quá lớn vì lượng khí sạch quá nhiều, do đó lượng nhiên liệu đốt tương ứng cao hơn có thể dẫn đến ứng lực cơ quá lớn. Do đó động cơ có thể bị phá hủy.

Ta phân biệt các tỷ số nén hình học và tỷ số nén hiệu dụng ở động cơ đốt trong. Chúng có những trị số giới hạn không được vượt qua để tránh hư hỏng động cơ. Vì thế với động cơ tăng áp, giới hạn áp suất tăng áp là cần thiết.

Tỷ số nén hình học ε_geo : Là tỷ số giữa thể tích buồng đốt lớn nhất và thể tích buồng đốt nhỏ nhất:

ε_geo = (Vh + Vc) / Vc

Tỷ số nén hiệu dụng ε_eff : Được xác định từ tỷ số nén hình học và hệ số nạp:

ε_eff ≈ ε_geo x Hệ số nạp

Những hệ thống tăng áp

• Tăng áp động
• Tăng áp ngoài