Hệ thống Turbo tăng áp trên động cơ ô tô 2024

Tăng công suất động cơ, giảm trọng lượng xe, giảm dung tích xi lanh, giảm cả mức tiêu hao nhiên liệu luôn là những thứ mà các nhà sản xuất xe hơi muốn áp dụng trên cùng 1 sản phẩm của họ. Công nghệ tăng áp và siêu nạp ra đời nhằm thỏa mãn nhu cầu này.

Công nghệ tăng áp (Turbocharger) và siêu nạp (Supercharger) giúp tăng công suất cho xe

Để động cơ hoạt động ta cần có hỗn hợp ô-xi và xăng, như vậy nếu lượng ô-xi tăng lên sẽ đẩy quá trình cháy diễn ra mạnh hơn, giúp xe tăng được công suất trong khi dung tích xi lanh vẫn giữ nguyên. Tuy nhiên cả 2 hệ thống này đều có những điểm lợi lẫn những sai sót chưa khắc phục được. Ở phần đầu tiên Carmudi sẽ giới thiệu cho bạn về hệ thống tăng áp Turbo trên ô tô.

Cấu tạo động cơ tăng áp (Turbocharger) 

Bộ tăng áp gồm 2 chi tiết máy có hình dạng như 2 "vỏ ốc sên" được hàn chặt vào nhau, phía trong mỗi "vỏ ốc sên" có 1 cánh quạt được gọi là máy nén (Turbin) và một trục có trách nhiệm nối “chết” 2 cánh quạt này với nhau. Bộ tăng áp được lắp trực tiếp ở cửa xả động cơ để lợi dụng luồng khí xả làm quay Turbin số 1, Turbin số 2 sẽ quay theo và nén không khí sạch đưa qua cổ hút vào lại buồng đốt.

Ngoài ra,Turbin 2 quay tạo ra luồng gió xoáy giúp trộn đều hỗn hợp không khí với xăng tạo điều kiện chu kỳ nổ diễn ra tốt hơn. Tốc độ quay của Turbin đến 30.000 vòng/phút ở tốc độ không tải và có thể tăng lên 80.000 – 100.000 vòng/phút khi người lái nhấn ga, ngoài ra nó còn nhận trực tiếp khí xả nên nhiệt độ tỏa ra từ bộ tăng áp là cực kỳ nóng, nó gây giãn nỡ không khí trong khoang máy làm giảm hiệu năng tăng áp (không khí lạnh sẽ chứa nhiều ô xi hơn). Vì vậy, các nhà chế tạo lắp thêm một lưới tản nhiệt dành riêng cho bộ tăng áp để giảm nhiệt độ không khí trước khi vào buồng đốt. Do được lắp trên đường xả nên hệ thống Turbo sẽ tạo ra một áp suất ngược lên buồng đốt, vì vậy hệ thống cần thêm 1 van xả nhỏ để  “tống” lượng hơi dư thừa nếu không có cửa xả này động cơ sẽ phát nổ khi áp suất vượt ngưỡng.

Nguyên lí hoạt động của hệ thống Turbo tăng áp

Như vậy, hệ thống tăng áp sử dụng năng lượng thừa của động cơ để sản sinh thêm công suất cho xe, từ đó xe có thể giảm dung tích xi lanh và tiêu hao nhiên liệu trong quá trình hoạt động nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất hoạt động. Điển hình trên xe Nissan Juke, phiên bản số tự động sử dụng động cơ 1,6L 4 xi lanh cho công suất 116 mã lực. Ở phiên bản số sàn, xe vẫn sử dụng động cơ dung tích tương đương nhưng được lắp thêm bộ tăng áp giúp nâng công suất lên đến 188 mã lực và mức tiêu hao nhiên liệu không đổi.

Nhược điểm của động cơ tăng áp 

Rất nhiều khách hàng lầm tưởng khi lắp Turbo máy mạnh hơn sẽ cho tiếng bô nghe hay hơn, tuy nhiên thực tế lại hoàn toàn ngược lại, Turbo được lắp trên đường xả nên sẽ cản dòng không khí thoát ra, vì thế tiếng pô sẽ êm hơn và ít phấn khích hơn, nếu đam mê tốc độ, chắc chắn bạn phải bỏ thêm chi phí để độ lại bộ pô. Do hoạt động dựa trên áp lực của luồng khí xả nên khi xe di chuyển tốc độ thấp, luồng hơi xả sẽ không đủ sức để kéo bộ tăng áp vì vậy gây ra hiện tượng trễ Turbo, xe sẽ không đạt gia tốc nhanh trên toàn dải tuanhư người lái mong muốn khi “xiết ga”.

Khắc phục 

Để khắc phục hiện tượng trễ Turbo, nhà sản xuất sẽ áp dụng nhiều cách, nhưng hiện nay, công nghệ tăng áp kép Twinturo hoặc Bi-Turbo là phổ biến nhất. TwinTurbo là hệ thống sử dụng 2 bộ tăng áp có kích thước khác nhau, bộ tăng áp nhỏ sẽ làm việc khi xe vận hành ở tốc độ thấp, lúc xe đạt tốc độ cao, hệ thống sẽ mở van để bộ tăng áp lớn bắt đầu làm việc giúp xe nhận công suất cao hơn trên toàn dải tau máy. Thực tế tại Việt Nam, BMW là hãng xe khá thành công bởi việc giới thiệu rộng rãi công nghệ này cho khách hàng, điển hình với chiếc sedan BMW 320i (F30), ngoài ra, Subaru cũng đã ứng dụng nó trên dòng thể thao danh tiếng WRX STI.

Trong khi đó, công nghệ Bi-Turbo thường được Mercedes-Benz ứng dụng cho các dòng như C300 – đối thủ của BMW 320i. Bi-Turbo vẫn là hệ thống dùng 2 bộ tăng áp, chúng có kích thước tương đương nhau, tuy nhiên mỗi bộ chỉ có trách nhiệm tăng áp cho 1 hàng xi lanh, ví dụ đối với động cơ i4 của Mercedes C300, bộ Turbo số 1 sẽ tăng áp cho xi lanh số 1 và 3, bộ Turbosố 2 sẽ tăng áp cho xi lanh số 2 và 4.  Như vậy áp lực lên hệ thống Turbo sẽ được chia đôi, giúp xe đạt được gia tốc tối đa trên từng dải vòng tua.