Động cơ Turbo là gì? Ưu nhược điểm động cơ tăng áp

Động cơ Turbo trước đây hầu như chỉ được giới hạn ở ô tô hiệu suất và xe tải chạy bằng nhiên liệu diesel. Nhưng giờ đây, bộ tăng áp đã được trang bị cho phần lớn các xe ô tô hiện có trên thị trường. Trong bài viết này, HeyOto sẽ trả lời câu hỏi động cơ Turbo tăng áp là gì? Chi tiết và đặc điểm của bộ tăng áp, từ những ưu nhược điểm của chúng cho đến sự khác biệt của Turbo với động cơ hút khí thông thường.

Động cơ Turbo là gì?

Bộ tăng áp là một bộ phận bao gồm tuabin và máy nén khí được sử dụng để khai thác khí thải thải ra từ động cơ. Nó tạo ra nhiều không khí hơn vào các xi-lanh, giúp động cơ tạo ra nhiều công suất hơn.

Bộ tăng áp đầu tiên được sản xuất vào cuối thế kỷ 19 bởi kỹ sư người Đức, Gottlieb Daimler, nhưng chúng không nổi bật cho đến sau Thế chiến I, khi các nhà sản xuất máy bay bắt đầu thêm chúng vào máy bay để cung cấp năng lượng cho động cơ hoạt động ở độ cao lớn hơn, nơi không khí loãng hơn.

Bộ tăng áp không được thêm vào động cơ xe hơi cho đến năm 1961, khi nhà sản xuất Oldsmobile của Mỹ sử dụng một bộ tăng áp đơn giản để tăng sức mạnh của động cơ V8 3.5L. Năm 1984, Saab đã phát triển một hệ thống tăng áp mới, hiệu quả hơn, và thiết kế này, với một vài điều chỉnh và sửa đổi, vẫn là cấu hình tăng áp phổ biến nhất hiện nay.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Turbo

Ý tưởng cơ bản là ống xả dẫn động tuabin (quạt màu đỏ), được kết nối trực tiếp với máy nén (quạt màu xanh), hút không khí vào động cơ. Để hình dung rõ hơn về cấu tạo của động cơ, bạn hãy xem hình minh họa bên trên:

1. 1. Không khí mát đi vào khe hút gió của động cơ và đi về phía máy nén.
   2. Quạt máy nén giúp hút không khí vào.
   3. Máy nén ép và làm nóng không khí đi vào và thổi ra một lần nữa.
   4. Khí nén nóng từ máy nén sẽ đi qua bộ trao đổi nhiệt, bộ trao đổi nhiệt sẽ làm mát nó.
   5. Không khí nén, được làm mát đi vào đường nạp khí của xi lanh. Lượng oxy bổ sung giúp đốt cháy nhiên liệu trong xi lanh với tốc độ nhanh hơn.
   6. Vì xi lanh đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn, nó tạo ra năng lượng nhanh hơn và có thể truyền nhiều lực hơn đến các bánh xe thông qua pít-tông, trục và bánh răng.
   7. Khí thải từ xi lanh thoát ra ngoài qua cửa xả.
   8. Các khí thải nóng thổi qua quạt tuabin làm cho nó quay với tốc độ cao.
   9. Tua bin quay được lắp trên cùng trục với máy nén (ở đây là đường màu cam nhạt). Vì vậy, khi tuabin quay, máy nén cũng quay theo.
   10. Khí thải thoát ra khỏi xe, tiêu tốn ít năng lượng hơn so với cách khác.

Tóm lại, Turbo được cấu tạo bởi một trục với một đầu là bánh tuabin và một đầu là bánh máy nén. Chúng được bao phủ bởi một vỏ hình ốc có cổng vào, nơi các khí thải lãng phí đi vào với áp suất cao. Khi không khí đi qua tuabin, tuabin quay và máy nén quay theo nó, hút một lượng lớn không khí được nén và đi ra khỏi cửa xả.

Một đường ống cung cấp khí nén này trở lại các xi lanh thông qua một bộ làm mát giữa, làm mát không khí trước khi nó đến các xi lanh. Khi các turbo chạy ở tốc độ cao (lên đến 250.000 vòng / phút), chúng thường có hệ thống làm mát bằng dầu để đảm bảo chúng không chạy quá nóng. Hầu hết các hệ thống cũng có một van được gọi là cửa xả, được sử dụng để chuyển hướng khí thừa ra khỏi bộ tăng áp khi động cơ tạo ra quá nhiều mức tăng áp, ngăn ngừa hư hỏng cho tuabin bằng cách hạn chế tốc độ quay của nó.

Động cơ tăng áp khác với động cơ tiêu chuẩn ở chỗ chúng tận dụng lượng khí thải bị lãng phí để kéo thêm không khí vào van nạp. Trong khi động cơ hút khí tự nhiên dựa vào áp suất không khí tự nhiên để hút không khí vào động cơ, turbo tăng tốc quá trình này, tạo ra năng lượng tiết kiệm hơn.

Các loại động cơ tăng áp

Có rất nhiều bộ tăng áp và ứng dụng tăng áp. Dưới đây là tóm tắt các thiết lập phổ biến.

Single Turbo

Tăng áp đơn là kiểu thiết lập tăng áp phổ biến nhất. Nó có một tua-bin duy nhất, và ở thị trường tiêu dùng phổ thông, nó thường được sử dụng cho những chiếc xe không cần nhiều mã lực hoặc mô-men xoắn. Chúng cho phép các động cơ nhỏ hơn tăng hiệu suất bằng cách tạo ra công suất tương tự như động cơ hút khí tự nhiên, lớn hơn với trọng lượng ít hơn.

Loại động cơ này thường hoạt động tốt nhất trong phạm vi RPM hẹp và người lái xe thường gặp phải tình trạng “trễ turbo” cho đến khi nó bắt đầu hoạt động trong phạm vi RPM cao nhất của nó.

Twin-Turbo

Như tên cho thấy, tăng áp kép có nghĩa là thêm một bộ tăng áp thứ hai vào động cơ. Đối với động cơ V6 hoặc V8, điều này có thể được thực hiện bằng cách chỉ định một turbo duy nhất cho mỗi dải xi-lanh.

Ngoài ra, một bộ tăng áp nhỏ hơn có thể được sử dụng ở tốc độ thấp với một bộ tăng áp lớn hơn cho tốc độ cao hơn. Cấu hình thứ hai này (được gọi là tăng áp tuần tự kép) cho phép dải tốc độ rộng hơn và cung cấp mô-men xoắn tốt hơn ở tốc độ thấp (giảm độ trễ), nhưng cũng cung cấp sức mạnh ở tốc độ cao. Không có gì ngạc nhiên khi có hai turbo sẽ làm tăng thêm độ phức tạp đáng kể và chi phí liên quan.

Twin-Scroll Turbo

Động cơ này yêu cầu vỏ tuabin với một đầu vào và ống xả tách rời, ghép nối các xi lanh động cơ chính xác với mỗi cuộn một cách độc lập. Ví dụ, trong động cơ bốn xi-lanh (với thứ tự bắn 1-3-4-2), xi-lanh 1 và 4 có thể được cấp cho một cuộn của turbo, trong khi xi-lanh 2 và 3 được cấp cho một cuộn riêng biệt.

Sự sắp xếp này cho phép năng lượng xả được phân phối đến động cơ hiệu quả hơn và dẫn đến không khí dày đặc hơn và sạch hơn trong mỗi xi-lanh. Nhiều năng lượng hơn được gửi đến tuabin xả, có nghĩa là hiệu suất của động cơ lớn hơn.

Quad-Turbo

Bugatti Chiron là chiếc xe sản xuất duy nhất sử dụng hệ thống Quad-Turbo. Bugatti kết hợp hai bộ tăng áp lớn và hai bộ tăng áp nhỏ thành động cơ W16 8.0 lít để tạo ra tổng công suất 1.500 mã lực.

Ưu điểm của Turbo là gì?

Bộ tăng áp mang lại một loạt lợi ích, do đó, tại sao chúng ngày nay rất phổ biến trên những chiếc ô tô hiện đại. Ở đây, chúng tôi liệt kê những điểm cộng chính của động cơ tăng áp.

Sức mạnh

Turbo tạo ra nhiều công suất hơn trong cùng một động cơ có kích thước. Đó là bởi vì mỗi hành trình của piston tạo ra nhiều công suất hơn so với động cơ hút khí tự nhiên. Điều này có nghĩa là ngày càng có nhiều ô tô được trang bị động cơ tăng áp, nhỏ hơn, thay thế cho các động cơ lớn hơn và kém kinh tế hơn. Một ví dụ điển hình cho điều này là Ford quyết định thay thế động cơ xăng 1.6L tiêu chuẩn của mình bằng động cơ tăng áp 1L, mà hãng gọi là EcoBoost.

Kinh tế

Bởi vì bộ tăng áp có thể tạo ra công suất tương tự như động cơ hút khí tự nhiên lớn hơn, điều này mở đường cho việc sử dụng động cơ nhỏ hơn, nhẹ hơn và tiết kiệm hơn. Giờ đây, tất cả các xe động cơ diesel hiện đại đều được trang bị bộ tăng áp, cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải.

Mô-men xoắn và hiệu suất

Ngay cả trên các động cơ nhỏ nhất, bộ tăng áp tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn, đặc biệt là giảm phạm vi vòng quay. Điều này có nghĩa là ô tô được hưởng lợi từ hiệu suất mạnh mẽ, nhanh nhẹn, rất tuyệt vời khi đi quanh thị trấn và giúp động cơ hoạt động tinh tế hơn ở tốc độ cao hơn trên đường cao tốc và đường A. Ở tốc độ thấp, động cơ tăng áp nhỏ có thể vượt xa ô tô lắp động cơ hút khí tự nhiên, lớn hơn do mô-men xoắn mà chúng tạo ra.

Yên tĩnh

Khi không khí trong động cơ tăng áp được lọc qua nhiều đường ống và thành phần hơn, tiếng ồn của khí nạp và khí thải được giảm thiểu và tinh chỉnh, tạo ra tiếng ồn động cơ êm hơn và êm ái hơn – có lẽ là một trong những lợi ích bất ngờ nhất của động cơ tăng áp.

Nhược điểm của Turbo là gì?

Trong khi turbo đang ngày càng trở nên phổ biến, chúng có một số nhược điểm mà chúng tôi đã liệt kê dưới đây.

Chi phí sửa chữa đắt đỏ

Bộ tăng áp làm tăng thêm sự phức tạp cho động cơ, với hàng loạt các bộ phận khác bên dưới nắp ca-pô có thể hỏng hóc hoặc phát sinh lỗi. Những vấn đề này có thể tốn kém và có thể ảnh hưởng đến các thành phần khác nếu chúng bị hỏng.

Turbo Lag

Độ trễ turbo là một phản ứng chậm trễ ngắn sau khi nhấn ga, có thể xảy ra khi động cơ không tạo ra đủ khí xả để quay tua-bin nạp của turbo đủ nhanh. Điều này chỉ thực sự xảy ra khi xe đang được đánh lái mạnh, hoặc từ vị trí bướm ga đóng. Ở những chiếc xe hiệu suất cao, các nhà sản xuất ngăn chặn độ trễ bằng cách bổ sung hai bộ tăng áp có hình dạng khác nhau, thay vì một bộ lớn chỉ có một tua-bin duy nhất.

Hiệu quả so với phong cách lái xe

Để đạt được các con số hiệu suất đã được công bố của động cơ tăng áp đòi hỏi phải kiểm soát ga cẩn thận, nhờ đó chân ga không được nhấn quá mạnh. Khi turbo “tăng áp”, các xi lanh đốt cháy nhiên liệu nhanh hơn, dẫn đến hiệu suất kém. Người lái xe chuyển từ xe hút khí tự nhiên sang kiểu xe tăng áp có thể cần phải điều chỉnh cách lái xe của mình để duy trì hiệu quả tốt, đặc biệt là khi mới khởi hành.

Một số xe Turbo nổi bật đang bán tại Việt Nam

Trước đây, động cơ Turbo chỉ được trang bị trên các dòng xe sang hoặc xe hiệu suất thì ngày nay, nó đã được sử dụng nhiều trên các dòng xe phổ thông. Tại thị trường Việt Nam, bạn có thể tìm thấy một số mẫu xe máy xăng có động cơ turbo như Honda Civic, Hyundai Tucson, Hyundai Elantra… Trong khi đó, dòng xe máy dầu sử dụng động cơ này phải kể đến Ford Ranger với 2 tùy chọn là Bi-Turbo và Single-Turbo.