Chúng ta thường nghe rất nhiều về tăng áp turbo được sử dụng trong động cơ ô tô. Vậy động cơ Turbo là gì? Có vai trò gì trong việc trong ngành công nghiệp ô tô hiện nay. Hãy cùng PowerSteam đi tìm hiểu về loại động cơ này qua bài viết sau đây nhé!
Turbo là gì?
Động cơ Turbo (tên đầy đủ là Turbocharged Engine) là loại động cơ đốt trong được trang bị thêm một bộ phận tăng áp (turbocharger), giúp nén không khí vào xi-lanh ở áp suất cao hơn. Điều này cho phép động cơ nạp nhiều không khí hơn bình thường, đồng nghĩa với việc đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn, từ đó sinh ra nhiều công suất hơn.
Cấu tạo của Turbo tăng áp
Turbo tăng áp (turbocharger) có cấu tạo gồm các bộ phận chính sau:
- Turbine: Đây là bộ phận tiếp nhận dòng khí thải từ động cơ. Khi khí thải chảy qua, turbine quay và tạo ra năng lượng. Turbine thường được làm từ các vật liệu chịu nhiệt cao vì phải chịu nhiệt độ rất lớn từ khí thải.
- Máy nén (Compressor): Đây là bộ phận quan trọng có nhiệm vụ hút và nén không khí từ môi trường vào động cơ. Không khí sau khi được nén sẽ có áp suất cao hơn và được đẩy vào buồng đốt của động cơ.
- Trục (Shaft): Trục này kết nối turbine và máy nén, truyền năng lượng từ turbine sang máy nén. Khi turbine quay nhờ khí thải, trục này làm cho máy nén cũng quay theo.
- Bộ làm mát khí nạp (Intercooler): Khi không khí bị nén, nhiệt độ của nó tăng lên. Bộ làm mát khí nạp được sử dụng để làm mát không khí trước khi nạp vào buồng đốt, giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy.
- Van xả (Wastegate): Van này giúp kiểm soát lượng khí thải đi vào turbine. Khi áp suất tăng áp đạt đến mức giới hạn, van này mở ra để xả bớt khí thải, tránh làm hỏng hệ thống turbo.
Nguyên lý hoạt động của động cơ Turbo
Bước 1: Quá trình khí thải quay turbine
- Khí thải từ buồng đốt của động cơ sẽ đi qua hệ thống ống xả và đẩy vào phần turbine của turbo. Áp suất khí thải làm quay turbine với tốc độ rất cao (có thể lên đến 150.000 vòng/phút).
Bước 2: Máy nén hoạt động
- Khi turbine quay, nó kéo theo máy nén quay nhờ trục kết nối. Máy nén này hút không khí từ môi trường bên ngoài và nén nó với áp suất cao hơn. Không khí nén này có mật độ cao hơn, chứa nhiều oxy hơn.
Bước 3: Làm mát không khí nạp
- Sau khi không khí được nén, nó sẽ nóng lên. Không khí này được chuyển qua intercooler (bộ làm mát khí nạp) để hạ nhiệt độ trước khi đi vào buồng đốt. Điều này giúp động cơ làm việc hiệu quả hơn, tăng khả năng sinh công suất.
Bước 4: Đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí
- Không khí nén và được làm mát sẽ đi vào buồng đốt của động cơ, nơi nó được trộn với nhiên liệu. Do không khí có nhiều oxy hơn, hỗn hợp này sẽ đốt cháy mạnh hơn, sinh ra nhiều công suất hơn so với khi không có turbo.
Bước 5: Điều chỉnh áp suất bằng van xả
- Khi áp suất trong hệ thống tăng quá cao, van xả (Wastegate) sẽ mở ra để giảm bớt áp lực, ngăn ngừa tình trạng hỏng hóc cho turbo. Van này có thể được điều khiển điện tử hoặc cơ học.
Ưu, nhược điểm của động cơ Turbo
Ưu điểm của Turbo tăng áp
- Tăng công suất: Động cơ Turbo có thể tạo ra công suất cao hơn mà không cần phải tăng dung tích của động cơ.
- Tiết kiệm nhiên liệu: Do khả năng đốt cháy tốt hơn, động cơ Turbo có thể tiêu thụ ít nhiên liệu hơn so với động cơ không tăng áp có cùng công suất.
- Giảm trọng lượng: Một động cơ nhỏ hơn nhưng trang bị turbo có thể đạt được hiệu suất tương đương với động cơ lớn hơn, giúp giảm trọng lượng xe.
Nhược điểm của Turbo tăng áp
- Độ trễ (Turbo Lag): Thời gian mà động cơ cần để tạo ra áp suất tăng áp đủ lớn đôi khi gây ra độ trễ trong việc tăng tốc.
- Chi phí bảo dưỡng cao hơn: Hệ thống Turbo có thêm các bộ phận phức tạp, đòi hỏi bảo trì kỹ lưỡng hơn.
Các loại Turbo tăng áp phổ biến
Turbo tăng áp được sử dụng rộng rãi trong các loại động cơ ô tô và công nghiệp, và có nhiều biến thể khác nhau dựa trên thiết kế và mục đích sử dụng. Dưới đây là các loại Turbo tăng áp phổ biến nhất:
Single Turbo (Turbo đơn)
Đây là loại turbo đơn giản và phổ biến nhất. Một hệ thống chỉ có một turbo tăng áp được gắn vào động cơ.
- Ưu điểm: Đơn giản, chi phí thấp, hiệu suất tốt cho nhiều loại động cơ.
- Nhược điểm: Thường có độ trễ turbo (turbo lag) và hiệu suất không cao ở dải tua máy thấp.
Twin-Turbo (Turbo kép)
Hệ thống này sử dụng hai bộ turbo tăng áp. Có hai cách bố trí phổ biến:
Sequential Twin-Turbo: Một turbo nhỏ hoạt động ở tua máy thấp, và một turbo lớn hơn sẽ bắt đầu hoạt động khi tua máy tăng cao. Điều này giúp giảm độ trễ turbo và cung cấp hiệu suất mạnh ở cả dải tua máy thấp và cao.
Parallel Twin-Turbo: Cả hai turbo có kích thước bằng nhau và hoạt động song song để nén không khí vào buồng đốt. Mỗi turbo được gắn vào một nửa của số xi-lanh (ví dụ: turbo thứ nhất phục vụ xi-lanh 1-3, turbo thứ hai phục vụ xi-lanh 4-6 trên động cơ V6).
- Ưu điểm: Tăng hiệu suất ở nhiều dải tua máy, giảm độ trễ turbo.
- Nhược điểm: Phức tạp hơn, chi phí cao hơn và yêu cầu bảo dưỡng nhiều hơn.
Twin-Scroll Turbo (Turbo hai dòng khí xả)
Turbo này sử dụng một vỏ turbine có thiết kế đặc biệt với hai đường dẫn khí xả từ động cơ vào turbo. Mỗi đường dẫn được nối với một nhóm xi-lanh riêng, giúp tối ưu hóa dòng khí xả và tăng hiệu suất.
- Ưu điểm: Cải thiện phản ứng turbo và giảm độ trễ turbo so với turbo đơn thông thường.
- Nhược điểm: Phức tạp hơn turbo đơn và yêu cầu thiết kế đặc biệt cho ống xả.
Variable Geometry Turbo (Turbo biến thiên cánh, VGT)
Turbo này sử dụng cánh turbine có thể thay đổi góc mở tùy theo tốc độ động cơ. Ở tua máy thấp, các cánh này sẽ đóng lại để tăng áp suất và giảm độ trễ turbo. Khi tua máy tăng, các cánh sẽ mở ra để cho phép nhiều khí thải hơn đi qua và tăng hiệu suất.
- Ưu điểm: Tối ưu hóa hiệu suất ở mọi dải tua máy, giảm độ trễ turbo.
- Nhược điểm: Rất phức tạp và đắt đỏ, cần bảo dưỡng thường xuyên.
Electric Turbo (Turbo điện tử)
Loại turbo này sử dụng một mô-tơ điện để quay turbine thay vì dựa hoàn toàn vào khí thải. Điều này giúp loại bỏ hoàn toàn độ trễ turbo, vì mô-tơ điện có thể đạt tốc độ quay rất nhanh mà không cần chờ đến khi khí thải từ động cơ đủ mạnh.
- Ưu điểm: Không có độ trễ turbo, tăng hiệu suất đáng kể.
- Nhược điểm: Chi phí cao, phức tạp và thường yêu cầu hệ thống pin điện hiệu suất cao để cung cấp năng lượng.
Compound Turbo (Turbo phức hợp)
Hệ thống này sử dụng nhiều turbo tăng áp khác nhau được nối với nhau theo dạng tầng. Một turbo nhỏ sẽ cung cấp áp suất ban đầu, sau đó turbo lớn hơn sẽ tiếp tục tăng áp suất không khí thêm nữa.
- Ưu điểm: Tăng áp suất cao hơn, phù hợp với động cơ cần hiệu suất cao.
- Nhược điểm: Rất phức tạp, thường chỉ sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp hoặc xe đua.
Những lưu ý khi sử dụng xe ô tô có động cơ Turbo
Sử dụng xe ô tô có động cơ Turbo đòi hỏi người dùng phải chú ý đến một số yếu tố để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của động cơ. Dưới đây là những lưu ý quan trọng khi vận hành và bảo dưỡng xe có động cơ Turbo:
Chờ động cơ nóng trước khi tăng tốc
- Động cơ Turbo cần một thời gian để dầu nhớt lưu thông đều và bôi trơn các bộ phận, đặc biệt là turbocharger. Việc chạy xe ngay khi khởi động hoặc tăng tốc đột ngột khi động cơ còn nguội có thể gây mài mòn các bộ phận, ảnh hưởng đến tuổi thọ của turbo.
- Khi khởi động xe, hãy để động cơ chạy không tải trong khoảng 1-2 phút, đặc biệt trong điều kiện thời tiết lạnh, để dầu bôi trơn có thể tiếp cận turbo.
Không tắt máy đột ngột sau khi chạy với tốc độ cao
- Sau khi chạy xe với tốc độ cao hoặc sau quãng đường dài, turbo vẫn còn quay với tốc độ cao và rất nóng. Nếu tắt máy ngay lập tức, dầu bôi trơn sẽ ngừng chảy qua turbo, dẫn đến nguy cơ làm hỏng các bộ phận bên trong do quá nhiệt.
- Sau khi dừng xe, hãy để động cơ chạy không tải từ 1-2 phút để turbo hạ nhiệt dần dần trước khi tắt máy.
Lưu ý độ trễ Turbo (Turbo Lag)
- Độ trễ turbo là hiện tượng khi động cơ không phản ứng ngay lập tức với chân ga vì turbo cần thời gian để đạt được tốc độ quay cao. Tuy nhiên, nếu độ trễ quá lớn, có thể do turbo hoặc hệ thống nhiên liệu đang gặp vấn đề.
- Nếu nhận thấy sự thay đổi rõ rệt trong phản ứng của động cơ hoặc turbo lag quá lớn, hãy kiểm tra hệ thống turbo hoặc mang xe đến các trung tâm bảo dưỡng để xử lý.
Chạy xe ở chế độ lái phù hợp
- Với các dòng xe có chế độ lái (drive mode), nên lựa chọn chế độ lái phù hợp với điều kiện đường sá và mục đích sử dụng. Ví dụ, chế độ “Sport” có thể tối ưu hóa việc sử dụng turbo, nhưng lại tiêu tốn nhiên liệu hơn và làm việc nặng cho turbo.
- Sử dụng chế độ lái “Eco” hoặc “Comfort” khi không cần công suất lớn để kéo dài tuổi thọ turbo và tiết kiệm nhiên liệu.
Trên đây là những thông tin liên quan đến động cơ tăng áp, PowerSteam hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về động cơ Turbo là gì? Nếu có bất kỳ thắc mắc nào về loại động cơ này, vui lòng để lại câu hỏi dưới phần bình luận, chúng tôi sẵn sàng giải đáp.
