Nguyên lý hoạt động của Turbo: Sức mạnh tiềm ẩn dưới nắp capo

Bộ tăng áp động cơ ô tô – Công nghệ tương lai

Turbo là gì? Tại sao lại cần Turbo?

Để hiểu về Turbo, trước hết chúng ta cần biết động cơ đốt trong hoạt động dựa trên việc đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí. Công suất động cơ phụ thuộc vào lượng không khí (oxy) được đưa vào buồng đốt. Động cơ hút khí tự nhiên (hút khí từ môi trường bằng áp suất chân không tạo ra từ chuyển động của piston) có giới hạn về lượng không khí mà nó có thể nạp vào. Điều này dẫn đến giới hạn về công suất mà động cơ có thể tạo ra.

Đây chính là lúc Turbocharger (bộ tăng áp) xuất hiện. Turbo là một thiết bị cơ khí được thiết kế để ép nhiều không khí hơn vào động cơ so với động cơ hút khí tự nhiên, từ đó tăng lượng oxy có sẵn cho quá trình đốt cháy, dẫn đến tăng công suất và mô-men xoắn mà không cần phải tăng dung tích xi-lanh của động cơ.

Nguyên lý hoạt động của Turbo: Biến khí thải thành sức mạnh

Cốt lõi của Turbo nằm ở việc tận dụng một nguồn năng lượng mà trước đây bị lãng phí: khí thải nóng từ động cơ.

Nguyên lý hoạt động của Turbo có thể được tóm gọn qua các bước sau:

– Thu hồi năng lượng từ khí thải:

Khi động cơ hoạt động, nhiên liệu cháy tạo ra khí thải nóng và có áp suất cao. Thay vì xả thẳng ra ngoài qua ống xả, khí thải này được dẫn vào một bộ phận của Turbo gọi là tuabin (turbine).

Tuabin có hình dạng giống như một cánh quạt nhỏ, được thiết kế đặc biệt để khí thải tác động và làm quay nó với tốc độ cực kỳ cao.

– Truyền động đến máy nén:

Tuabin được gắn trên cùng một trục với một bộ phận khác gọi là máy nén (compressor). Khi tuabin quay, nó kéo theo máy nén quay theo.

Trục này có thể quay với tốc độ lên đến 250.000 vòng/phút hoặc hơn, tạo ra lực quán tính khổng lồ.

– Nén khí nạp vào động cơ:

Máy nén cũng có hình dạng cánh quạt, nhưng được đặt ở phía đường dẫn khí nạp sạch từ bên ngoài. Khi máy nén quay ở tốc độ cao, nó sẽ hút không khí từ môi trường và nén chặt không khí đó lại trước khi đưa vào động cơ.

Không khí bị nén sẽ có áp suất và mật độ cao hơn nhiều so với không khí ở điều kiện thường.

– Làm mát khí nén (Intercooler):

Khi không khí bị nén, nhiệt độ của nó sẽ tăng lên. Không khí nóng có mật độ thấp hơn không khí lạnh, điều này sẽ làm giảm hiệu quả của quá trình nạp khí.

Để khắc phục, hầu hết các hệ thống Turbo đều có thêm một bộ phận gọi là bộ làm mát khí nạp (intercooler). Khí nén nóng sau khi ra khỏi máy nén sẽ đi qua intercooler để được làm mát trước khi vào động cơ. Khí mát hơn sẽ đặc hơn, chứa nhiều oxy hơn, từ đó tăng hiệu suất đốt cháy.

Turbo tăng áp chính hãng

– Đưa khí nén vào buồng đốt:

Sau khi được nén và làm mát, lượng không khí giàu oxy này sẽ được đẩy vào buồng đốt của động cơ.

Với cùng một dung tích xi-lanh, động cơ Turbo có thể đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn nhờ lượng oxy dồi dào, từ đó sản sinh ra công suất và mô-men xoắn lớn hơn đáng kể so với động cơ hút khí tự nhiên cùng dung tích.

Lợi ích của động cơ Turbocharged

Việc áp dụng công nghệ Turbo mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho người lái và hiệu suất xe:

– Tăng công suất và mô-men xoắn: Đây là lợi ích rõ ràng nhất. Một động cơ dung tích nhỏ có thể tạo ra công suất tương đương hoặc thậm chí lớn hơn một động cơ hút khí tự nhiên dung tích lớn hơn.

– Tiết kiệm nhiên liệu: Nhờ khả năng tạo ra nhiều công suất hơn từ dung tích nhỏ, động cơ Turbo có thể hoạt động hiệu quả hơn. Khi ở tốc độ ổn định hoặc tải nhẹ, động cơ Turbo có thể tiêu thụ ít nhiên liệu hơn so với động cơ dung tích lớn hơn để đạt cùng một mức hiệu suất.

– Giảm khí thải: Quá trình đốt cháy hiệu quả hơn trong động cơ Turbo cũng giúp giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường.

– Kích thước động cơ nhỏ gọn hơn: Cho phép các nhà sản xuất thiết kế khoang động cơ nhỏ hơn, giúp tối ưu hóa không gian và trọng lượng tổng thể của xe.

– Cải thiện hiệu suất ở độ cao: Ở những nơi có độ cao lớn, không khí loãng hơn, khiến động cơ hút khí tự nhiên bị giảm công suất. Turbo giúp bù đắp lượng oxy thiếu hụt, duy trì hiệu suất động cơ tốt hơn.

Nhược điểm và những lưu ý khi sử dụng động cơ Turbo

Mặc dù có nhiều ưu điểm, động cơ Turbo cũng có một số nhược điểm cần lưu ý:

– Độ trễ Turbo (Turbo Lag): Đây là hiện tượng mất một khoảng thời gian ngắn (vài phần mười giây đến vài giây) từ khi bạn đạp ga đến khi Turbo bắt đầu hoạt động hiệu quả và cung cấp công suất tối đa. Hiện tượng này ngày càng được cải thiện nhờ công nghệ hiện đại.

– Nhiệt độ cao: Turbo hoạt động ở nhiệt độ cực cao, do đó yêu cầu hệ thống làm mát hiệu quả và dầu bôi trơn chất lượng cao.

– Chi phí bảo dưỡng và sửa chữa: Động cơ Turbo có cấu tạo phức tạp hơn, chi phí bảo dưỡng và sửa chữa có thể cao hơn động cơ hút khí tự nhiên.

– Yêu cầu dầu bôi trơn chất lượng cao: Dầu phải chịu được nhiệt độ cao và có khả năng bôi trơn tốt để bảo vệ trục Turbo quay ở tốc độ cực lớn.

Để duy trì hiệu suất và tuổi thọ cho động cơ Turbo, bạn cần tuân thủ lịch bảo dưỡng định kỳ, sử dụng đúng loại dầu nhớt được khuyến nghị và tránh tắt máy ngay lập tức sau khi chạy xe tốc độ cao để Turbo có thời gian làm mát.

Động cơ turbo tăng áp

Tóm lại, Turbocharger là một công nghệ kỹ thuật xuất sắc, biến nguồn năng lượng từ khí thải thành sức mạnh bổ sung, giúp động cơ đạt được hiệu suất cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và thân thiện với môi trường hơn. Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của nó không chỉ giúp bạn đánh giá cao hơn công nghệ ô tô mà còn biết cách chăm sóc chiếc xe Turbo của mình một cách tốt nhất.