Giải thích về bộ tăng áp: Cách chúng tăng cường sức mạnh và nhiều hơn nữa

Thông tin nhanh về bộ tăng áp Turbocharger

• Bộ tăng áp sử dụng khí thải để làm quay một tuabin gắn liền với một tuabin thứ hai, hút không khí vào động cơ.

• Có sáu thiết kế chính của bộ tăng áp.

• Với bảo dưỡng đúng cách và thói quen lái xe tốt, động cơ có bộ tăng áp không nên gặp bất kỳ vấn đề lớn nào về độ bền so với động cơ hút khí tự nhiên.

• Nếu bộ tăng áp bị hỏng, nó có thể gửi mảnh kim loại vào động cơ, đòi hỏi việc sửa chữa tốn kém và có thể phải thay thế hoàn toàn.

Bộ tăng áp ngày càng trở nên phổ biến trên các xe mới trong ngành công nghiệp ô tô, một phần do yêu cầu tiết kiệm nhiên liệu ngày càng tăng của chính phủ. Bộ tăng áp cho phép các động cơ nhỏ phát triển công suất như một động cơ hút khí tự nhiên lớn hơn mà không làm giảm hiệu quả nhiên liệu trong điều kiện lái xe bảo thủ.

Tuy nhiên, đừng mong đợi hiệu quả nhiên liệu cải thiện nếu động cơ tăng áp của bạn được lái một cách phấn khích hoặc kéo tải nặng. Khi bộ tăng áp tạo ra áp suất (tăng pounds per square inch, hay PSI, của áp suất), động cơ cần nhiên liệu nhiều hơn đáng kể so với khi hoạt động ở mức ga một phần và vòng tua máy thấp (rpm, đơn vị đo tốc độ động cơ).

Đạt được 30+ mpg trên xa lộ trong khi vẫn có chút vui vẻ thỉnh thoảng khiến động cơ bốn xi-lanh tăng áp trở nên phổ biến trong một số phân khúc ô tô. Kích thước của bộ tăng áp sẽ xác định ngưỡng tăng áp của động cơ, tức là số vòng quay cần thiết để bắt đầu quay bộ tăng áp. Bộ tăng áp lớn sẽ cung cấp ngưỡng tăng áp cao hơn và có thể tạo ra nhiều công suất hơn. Ngược lại, bộ tăng áp nhỏ có ngưỡng tăng áp thấp hơn nhưng không tạo ra nhiều mã lực và mô-men xoắn. Tăng kích thước của bộ tăng áp sẽ cho phép tăng công suất đầu ra với chi phí là đặt áp lực lớn hơn lên động cơ và có thể rút ngắn tuổi thọ của nó.

Tìm hiểu cách bộ tăng áp hoạt động, các loại bạn có thể tìm thấy, ưu và nhược điểm, và nhiều hơn nữa.

Bộ tăng áp là gì?

Mục đích của bộ tăng áp là giúp động cơ xe tạo ra nhiều công suất hơn trong khi sử dụng ít nhiên liệu hơn. Thiết bị này hoạt động như một cánh quạt chạy bằng khí thải - khi khí thải thoát ra, nó làm quay một tuabin đẩy thêm không khí vào động cơ. Có thêm không khí cho phép động cơ đốt cháy nhiên liệu tốt hơn và tạo ra sự tăng cường công suất lớn hơn mà không cần một động cơ lớn hơn, nặng hơn. Cách sắp xếp này cho phép các động cơ nhỏ hoạt động như những động cơ lớn hơn khi bạn tăng tốc nhưng vẫn tiết kiệm nhiên liệu khi hành trình. Nói cách khác, nó giống như việc nhận một sự tăng cường mã lực bằng cách tái chế khí thải mà nếu không sẽ bị lãng phí, giúp xe vận hành nhanh nhẹn và ít gây ô nhiễm hơn.

Cách bộ tăng áp hoạt động?

Bộ tăng áp hoạt động bằng cách sử dụng khí thải để làm quay một tuabin gắn liền với một tuabin thứ hai hút không khí vào động cơ. Hãy nghĩ về bộ tăng áp như một máy nén khí chạy bằng khí thải thay vì điện. Khi tạo ra áp suất, bộ tăng áp có thể tăng PSI bên trong động cơ lên cao hơn áp suất khí quyển. Một bộ tăng áp cần đủ khí thải để vượt qua ngưỡng tăng áp của nó, điều này bị ảnh hưởng bởi cả vị trí bướm ga và vòng tua máy.

Khí thải nóng làm nóng bộ tăng áp, tăng nhiệt độ không khí nạp. Không khí nóng có mật độ thấp hơn và ít oxy hơn không khí lạnh, gây ra giảm hiệu suất động cơ. Trước khi không khí vào động cơ, nó sẽ đi qua một bộ làm mát trung gian để giảm nhiệt độ không khí nạp. Bộ làm mát trung gian chủ yếu sử dụng làm mát bằng không khí vì nó đáng tin cậy và rẻ. Trong một số ứng dụng hiệu suất cao và không gian hạn chế, bộ làm mát trung gian bằng nước không khí vượt trội hơn do tăng khả năng phản hồi của bộ tăng áp và kích thước gọn nhẹ.

Các loại bộ tăng áp và lựa chọn tốt nhất cho bạn là gì?

Có sáu thiết kế bộ tăng áp chính, mỗi loại đều có lợi ích và hạn chế riêng. Động cơ tăng áp kép có thể cung cấp một dải công suất rộng hơn so với động cơ tăng áp đơn, nhưng bù lại sẽ phức tạp hơn và tốn kém hơn. Bộ tăng áp không rẻ, và những thiết kế phức tạp hơn có thể dẫn đến hóa đơn sửa chữa lên tới hàng chục triệu đồng nếu chúng hỏng hóc.

Tăng áp đơn — Một bộ tăng áp đơn thường được tìm thấy trên các động cơ xếp thẳng hàng vì tất cả các cổng xả đều nằm về một phía của động cơ. Một bộ tăng áp đơn lớn có thể tạo ra lực đẩy tương đương hoặc nhiều hơn so với một thiết lập tăng áp kép. Đổi lại, để đạt công suất tối đa là ngưỡng tăng áp cao, tạo ra một dải công suất hẹp.

Tăng áp kép — Tăng áp kép thường được sử dụng trên động cơ V với hai dãy cổng xả. Hầu hết thời gian, các bộ tăng áp sẽ đặt ở mỗi bên của khoang động cơ, trừ những động cơ sử dụng cấu hình V nóng và đặt các bộ tăng áp trong khoang động cơ. Hai bộ tăng áp cho phép sử dụng các tua bin nhỏ hơn, điều này có thể mở rộng dải công suất và cải thiện mô-men xoắn ở vòng tua thấp nhờ ngưỡng tăng áp thấp hơn.

Tăng áp cuộn kép — Bằng cách sử dụng hai đường xả riêng biệt đến bộ tăng áp, tác động của áp suất âm do sự trùng lặp van gây ra ít suy giảm hiệu suất hơn. Ghép các xi-lanh không nổ liên tiếp giúp loại bỏ sự can thiệp vào tốc độ khí thải. Điều này dẫn đến tăng hiệu suất so với bộ tăng áp cuộn đơn. Các động cơ không được thiết kế ban đầu với bộ tăng áp cuộn kép cũng sẽ cần một bộ cổ xả mới để thích ứng.

Tăng áp cuộn kép biến thiên — Một bộ tăng áp cuộn kép biến thiên phát huy hiệu suất của bộ tăng áp cuộn kép bằng cách thêm một tua bin thứ hai. Các tua bin có thể hoạt động độc lập để tối đa hóa tốc độ xả hoặc đồng thời tạo ra công suất tối đa. Cả hai tua bin hoạt động ở vòng tua động cơ cao hơn khi vị trí bướm ga đạt tới một điểm nhất định. Bộ tăng áp cuộn kép biến thiên kết hợp lợi ích của các bộ tăng áp nhỏ và lớn trong khi loại bỏ nhược điểm của chúng.

Tăng áp hình học biến thiên — Việc thêm các cánh điều chỉnh quanh tua bin cho phép bộ tăng áp hình học biến thiên cung cấp một dải công suất rộng. Các cánh chủ yếu đóng lại trong khi vòng tua động cơ thấp, cho phép tăng áp nhanh chóng. Các cánh mở ra ở vòng tua động cơ cao để giảm bớt hạn chế mà nếu không sẽ gây suy giảm hiệu suất ở vòng tua cực đại của động cơ. Bộ tăng áp hình học biến thiên mang lại hiệu suất nổi bật nhưng với chi phí phức tạp hơn, tạo ra nhiều điểm dễ hỏng hơn.

Tăng áp điện — Muốn có lực đẩy tăng áp lớn mà không cần ngưỡng tăng áp cao? Một bộ tăng áp hỗ trợ điện có thể giúp tua bin quay. Nó thực hiện điều này khi động cơ hoạt động ở vòng tua thấp và không tạo ra đủ khí thải để quay tua bin hiệu quả. Tăng áp điện gia tăng độ phức tạp và trọng lượng vì cần có một động cơ điện với pin bổ sung.

Một số bộ tăng áp sẽ chỉ chạy bằng điện, nhưng chúng vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu và không thể sánh được với công suất của các bộ tăng áp chạy bằng khí thải. Pin cần thiết để cung cấp năng lượng cho một bộ tăng áp điện là đáng kể, làm tăng trọng lượng và độ phức tạp cho xe. Các nhà sản xuất sử dụng các bộ tăng áp điện nhỏ để giúp hạ ngưỡng tăng áp trên bộ tăng áp lớn chạy bằng khí thải.

Mẹo bảo dưỡng động cơ tăng áp

Với bảo dưỡng đúng cách và thói quen lái xe tốt, động cơ tăng áp không nên có bất kỳ lo ngại lớn nào về độ tin cậy so với động cơ hút khí tự nhiên. Tuy nhiên, bởi vì lượng nhiệt bổ sung mà bộ tăng áp thêm vào khoang động cơ, việc thay dầu thường xuyên trở nên cực kỳ quan trọng đối với động cơ tăng áp. Nếu dầu qua thời gian khuyến cáo thay đổi, nó có thể gây ra tích tụ cặn bẩn có thể chặn các đường dầu nuôi dưỡng bộ tăng áp.

Giả sử bộ tăng áp không được bôi trơn và làm mát đúng cách bằng dầu động cơ. Trong trường hợp đó, nó có thể gây hư hỏng và dẫn đến một sự cố thảm khốc có thể phá hủy toàn bộ động cơ. Do đó, nó có thể khiến chiếc xe bị hỏng hoàn toàn. Đảm bảo động cơ tăng áp hoạt động tốt và bền bỉ liên quan đến một vài yêu cầu.

Mẹo độ tin cậy của bộ tăng áp:

• Không sử dụng xăng có chỉ số octan thấp

• Không tăng áp khi dầu còn lạnh

• Không đạp ga mạnh khi vòng tua thấp

• Không cho bộ tăng áp quay trước khi tắt động cơ

Không sử dụng xăng có chỉ số octan thấp — Xăng cao cấp với chỉ số octan 91 hoặc 93 cung cấp khả năng chống gõ máy tốt hơn so với xăng thông thường với chỉ số octan 87. Động cơ tăng áp tạo ra nhiều nhiệt và áp suất hơn so với động cơ hút khí tự nhiên và dễ bị kích nổ hơn. Sự kích nổ sớm của xăng, hoặc sự kích nổ, có thể gây ra vấn đề nghiêm trọng. Nó có thể phá hủy một động cơ trong các trường hợp nghiêm trọng và kéo dài. Tuy nhiên, một số động cơ tăng áp có thể chạy bằng nhiên liệu có chỉ số octan thấp hơn. Luôn tuân theo khuyến nghị về nhiên liệu của nhà sản xuất.

Sự kích nổ xảy ra khi xi-lanh đang trong quá trình nén của chu kỳ đốt và chưa đạt đến điểm chết trên. Vấn đề với sự kích nổ là sự cháy của nhiên liệu đang chống lại quá trình nén và đặt các lực đối lập lên cụm xoay của động cơ thay vì đẩy nó qua quá trình cháy.

Không tăng áp khi dầu còn lạnh — Dầu lạnh đặc hơn dầu nóng và gây thêm căng thẳng cho động cơ. Đừng dựa vào đồng hồ nhiệt độ động cơ, vì nó đo nhiệt độ nước làm mát thay vì dầu. Nếu xe không có đồng hồ nhiệt độ dầu, tốt hơn là nên cẩn thận và chờ một khoảng thời gian nhất định sau khi nước làm mát động cơ đạt đến nhiệt độ hoạt động.

Không đạp ga mạnh khi vòng tua thấp — Điều này chủ yếu áp dụng cho các phương tiện có hộp số tay. Đó là vì hầu hết các xe có số tự động sẽ khiến hộp số chuyển xuống số thấp hơn. Tăng tốc một chiếc xe ở số cao nhất sẽ yêu cầu bộ tăng áp phải quay lâu hơn ở mức ga tối đa so với việc chuyển xuống số thấp hơn trong dải số. Bộ tăng áp càng quay lâu ở mức tăng áp tối đa, nó sẽ tạo ra càng nhiều nhiệt. Khi điều này xảy ra, nó có thể rút ngắn tuổi thọ của các bộ phận động cơ từ hệ thống dây dẫn đến dầu.

Không cho bộ tăng áp quay trước khi tắt động cơ — Lái bất kỳ động cơ nào mạnh hoặc quay vòng trước khi tắt máy không phải là ý tưởng hay. Điều này đúng bất kể động cơ có được tăng áp hay không. Một bộ tăng áp nóng đặc biệt hiệu quả trong việc cứng hóa dầu và cần được làm mát trước khi động cơ ngừng hoạt động. Một số xe sử dụng bộ hẹn giờ tăng áp, cho phép động cơ tiếp tục hoạt động trong vài phút sau khi rút chìa khóa khỏi ổ khóa. Một phương pháp khác để làm mát bộ tăng áp là dùng bơm điện, tiếp tục tuần hoàn dầu hoặc nước làm mát mà không cần giữ cho động cơ chạy.

Ưu và nhược điểm của bộ tăng áp: Những điều cần mong đợi

Bộ tăng áp rất hiệu quả trong việc tăng thêm công suất và hiệu quả cho động cơ, nhưng chúng cũng gia tăng độ phức tạp. Điều quan trọng là cân nhắc ưu và nhược điểm khi quyết định xem một động cơ tăng áp có phải là lựa chọn phù hợp hay không. Bộ tăng áp là sự lựa chọn tuyệt vời cho những người lái xe coi trọng hiệu suất. Chúng cũng tuyệt vời cho những người lái xe không muốn hy sinh nhiều về hiệu quả nhiên liệu trong điều kiện lái xe hàng ngày.

Ưu điểm của Turbocharger

Cải thiện công suất — Turbocharger tăng thêm công suất cho động cơ và cho phép động cơ nhỏ hơn có thể đạt hiệu suất tương đương với động cơ có dung tích lớn hơn. Tăng kích thước turbo có thể bổ sung thêm công suất và nâng ngưỡng áp suất, thu hẹp hiệu quả dải công suất. Ví dụ: Phiên bản LX và Sport của Honda Civic 2025 sử dụng động cơ 4 xi-lanh 2.0 lít phát triển công suất 112 kW và mô-men xoắn 180 Nm. Civic Si cũng sử dụng động cơ 4 xi-lanh 2.0 lít, nhưng có turbo và tạo ra 149 kW và mô-men xoắn 264 Nm.

Tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn — Turbocharger có thể cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu bằng cách cho phép một động cơ có dung tích nhỏ tạo ra công suất đủ. Đừng mong đợi sẽ thấy nhiều tiết kiệm lít/100km khi thêm turbo vào động cơ hút khí tự nhiên. Động cơ hút khí tự nhiên 2.0 lít 4 xi-lanh có thể sẽ tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn so với động cơ 2.0 lít 4 xi-lanh có turbo. Nhưng đó thực ra là so sánh không đồng nhất.

Nhược điểm của Turbocharger

Giảm phản hồi ga — Turbocharger gặp vấn đề về giảm phản hồi ga, được biết đến như ngưỡng áp suất và độ trễ turbo. Ngưỡng áp suất là vòng tua tối thiểu mà động cơ cần để quay turbocharger. Độ trễ turbo là thời gian cần để áp suất hóa hệ thống dẫn khí đến thân van ga khi vòng tua máy vượt qua ngưỡng áp suất.

Tăng độ phức tạp của động cơ — Một động cơ có turbo sử dụng thêm các bộ phận so với động cơ hút khí tự nhiên. Turbo, intercooler, van xả và ống dẫn là chỉ vài trong số các bộ phận cần thiết để trang bị turbo cho động cơ. Những bộ phận thêm vào này có thể làm cho khoang động cơ trở nên chật chội hơn và tăng độ phức tạp trong một số sửa chữa.

Chi phí sửa chữa cao hơn — Turbocharger không rẻ. Dữ liệu từ Kelley Blue Book cho thấy chi phí trung bình thay thế turbo khoảng 61,2 triệu VNĐ. Nếu turbo hỏng, nó có thể gửi những mảnh kim loại vào động cơ và yêu cầu phải tái tạo hoặc thay thế hoàn toàn. Một động cơ bị phá hủy sẽ tốn hàng nghìn đô la để sửa chữa và đôi khi có thể vượt quá giá trị của chiếc xe.

Điểm trung lập của Turbocharger

Âm thanh ống xả thay đổi — Turbocharger làm gián đoạn dòng chảy của khí thải và thay đổi âm thanh của ống xả. So sánh âm thanh ống xả của Porsche 911 GT3 và Porsche 911 Turbo là một trong những so sánh âm thanh đáng chú ý nhất. Đúng là âm thanh từ hệ thống nạp mang lại một sự đánh đổi tuyệt vời cho âm thanh ống xả bị giảm nhẹ. Nhưng, thật khó để vượt qua âm thanh gào thét của động cơ hút khí tự nhiên khi vòng tua máy cao.

Kết luận về Turbocharger

Turbocharger cân bằng hiệu quả giữa công suất và hiệu suất, cho phép các động cơ nhỏ hơn đạt hiệu suất của động cơ lớn hơn trong khi đáp ứng tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu. Các thiết kế khác nhau, bao gồm turbo đơn và các hệ thống điện/biến thiên tiên tiến, mang đến các đánh đổi khác nhau trong việc cung cấp công suất. Mặc dù chúng yêu cầu bảo trì cẩn thận, chẳng hạn như chăm sóc dầu bôi trơn đúng cách và quy trình làm ấm, và có chi phí sửa chữa cao, turbo có thể cung cấp mật độ công suất hiệu quả về chi phí cho hầu hết người lái. Mặc dù tiết kiệm nhiên liệu giảm đi khi sử dụng mạnh mẽ, chúng vẫn lý tưởng cho những ai ưu tiên hiệu suất mà không hy sinh hiệu suất trong việc lái hàng ngày.

Nguồn: Kelley Blue Book