Để giúp động cơ ô tô có sức mạnh cao hơn, hệ thống turbo tăng áp là một giải pháp phổ biến. Tuy nhiên, để đảm bảo tuổi thọ và hiệu quả của hệ thống, người dùng cần lưu ý những điều quan trọng. Trong động cơ ô tô, hệ thống turbo tăng áp có hai loại chính là turbocharger và supercharger. Nhưng vì giá thành của turbocharger thấp hơn, nên hầu hết các xe hiện nay đều trang bị loại này. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào giải thích về loại bộ tăng áp turbocharger và cách nó hoạt động.
Turbo tăng áp là gì?
Turbocharger – hay còn gọi là turbo – là một bộ phận rất quan trọng trong động cơ ô tô, giúp tăng cường công suất động cơ bằng cách thổi thêm không khí nén vào buồng đốt. Điều này cho phép động cơ đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn và cung cấp năng lượng lớn hơn cho xe. So với động cơ hút khí tự nhiên, động cơ trang bị turbo có thể đưa vào nhiều không khí hơn, làm tăng sức mạnh và hiệu suất của xe.
Một cách dễ hiểu hơn, turbocharger tăng áp là một cách để tăng công suất động cơ mà không cần phải tăng số lượng hay dung tích xi lanh trong động cơ. Áp suất không khí thông thường là 1 atm, nhưng với turbo tăng áp, áp suất sẽ được nén và tăng thêm khoảng từ 0,408 đến 0,544 atm. Với áp suất này, theo lý thuyết, công suất động cơ có thể tăng lên khoảng 50%. Tuy nhiên, trên thực tế, hiệu suất không hoàn hảo, nhưng công suất động cơ vẫn được tăng thêm từ 30 đến 40%.
Cấu tạo turbo tăng áp
Bộ tăng áp động cơ thường có thiết kế xoắn ốc và bên trong có cấu tạo gồm cánh tuabin, cánh bơm, trục, ổ bi đỡ và đường dẫn đầu bôi trơn trục turbo. Cánh tuabin và cánh bơm được đặt ở hai khoang khác nhau và được nối liền với nhau thông qua một trục. Khoang chứa cánh tuabin nằm ở bên kết nối với cổ hút để nhận lực đẩy từ dòng khí xả của động cơ, trong khi khoang chứa cánh bơm nằm ở phía đối diện..
Nguyên lý làm việc của turbo tăng áp
Bộ tăng áp turbocharger được lắp trên đường ống xả của động cơ. Khi khí xả được đẩy ra từ động cơ, nó sẽ làm quay cánh tuabin của bộ tăng áp. Bộ tăng áp bao gồm cánh tuabin, cánh bơm, trục, ổ bi đỡ và đường dẫn đầu bôi trơn trục turbo. Vì cánh tuabin và cánh bơm được nối liền với nhau qua cùng một trục, khi cánh tuabin quay thì cánh bơm khoang đối diện sẽ quay theo. Cánh bơm quay giúp hút không khí sạch vào và nạp vào động cơ. Khi lượng khí xả càng nhiều, tốc độ quay của turbo càng nhanh và lượng khí được nạp vào động cơ càng nhiều, từ đó công suất động cơ tăng cao hơn.
Tuy nhiên, trong trường hợp lượng khí được hút vào có áp suất và nhiệt độ quá cao, thể tích sẽ tăng lên và mật độ oxy giảm đi. Do đó, người ta lắp thêm một bộ làm mát phía trước xe để giải nhiệt cho dòng khí nạp này.
Một vấn đề khác cần lưu ý là vì turbo tăng áp nằm trên đường ống xả nên áp suất khí xả tăng cao có thể tạo ra một áp suất dội ngược lại vào buồng đốt, gây hư hỏng động cơ. Để khắc phục vấn đề này, người ta lắp thêm một van an toàn giúp dẫn dòng khí xả dư thừa ra ngoài.
Vì sao có hiện tượng trễ turbo?
Hiện tượng trễ turbo hay còn gọi là hiện tượng turbo lag thường xảy ra trên động cơ turbo tăng áp. Nguyên nhân của hiện tượng này là do để turbo quay được thì cần phải có dòng khí xả mạnh, nhưng điều này không thể xảy ra khi động cơ vận hành ở vòng tua máy thấp. Vì vậy, khi đạp ga để tăng tốc, turbo phải đợi cho vòng tua máy lên cao thì mới quay nhanh được, và từ đó gây ra hiện tượng trễ turbo hay turbo lag.
Các loại turbo tăng áp
Single turbo
Single turbo (tăng áp đơn) là một loại turbo tăng áp có cấu trúc truyền thống và hiện đang là loại được sử dụng phổ biến nhất.
Có những ưu điểm như đơn giản trong lắp đặt, hiệu suất tuabin cao và phù hợp với việc sử dụng cho các động cơ cỡ nhỏ để tạo ra công suất tương đương với các động cơ hút khí tự nhiên có dung tích lớn hơn.
Tuy nhiên, loại turbo tăng áp đơn này cũng có nhược điểm là tuabin đơn có xu hướng bị giới hạn về phạm vi vòng tua máy, do đó hiệu suất sẽ kém ở tốc độ thấp và ở chế độ động cơ ở mức cầm chừng, có độ trễ nhất định.
Twin-scroll turbo
Twin-scroll turbo (tăng áp cuộn kép) có cấu tạo tương tự như single turbo nhưng có đến hai ống tuabin (loại truyền thống chỉ có một ống). Hai ống này sẽ nối với hai ống xả khác nhau. Ví dụ nếu động cơ có 4 xi lanh thẳng hàng theo thứ tự 1-3-4-2 thì xi lanh 1 và 4 sẽ có dùng chung một đường ống xả và kết nối với ống tuabin thứ nhất, xi lanh 2 và 3 sẽ có dùng chung một đường ống xả và kết nối với ống tuabin thứ hai. Vì turbo có hai ống tuabin nhận khí xả nên gọi là tăng áp ống xả cuộn kép.
Ưu điểm: Tận dụng đối đa áp suất khí thải, hiệu suất tốt ở tốc độ thấp – trung bình.
Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, chi phí cao.
Twin-turbo/Bi-turbo
Twin-turbo hay Bi-turbo (tăng áp kép) là loại turbo sử dụng hai bộ tăng áp truyền thống đồng thời. Kích thước của hai bộ tăng áp này có thể khác nhau và có nhiều cách bố trí khác nhau, ví dụ như mỗi bộ tăng áp sử dụng cho mỗi dãy xi lanh (động cơ V6, V8…) hoặc một bộ sử dụng cho vòng tua thấp và một bộ sử dụng cho vòng tua cao.
Ưu điểm: Khắc phục được hiện tượng trễ turbo (turbo lag), cải thiện công suất ở nhiều dải vòng tua máy khác nhau.
Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp và chi phí cao.
Ngoài ra, còn nhiều loại turbo tăng áp khác như: Electric turbo (tăng áp điện), Variable twin-scroll turbo (tăng áp biến thiên cuộn kép), Variable Geometry Turbocharger (tăng áp biến thiên)…
Máy turbo có bền không?
Bộ turbo tăng áp có tuổi thọ khá dài. Nếu được vận hành ở điều kiện lý tưởng và bảo dưỡng đúng cách, tuổi thọ của bộ turbo tăng áp có thể lên đến 200.000 – 300.000 km hoặc hơn, phụ thuộc vào cách vận hành và bảo dưỡng.
Cách nhận biết turbo bị hỏng
Khi turbo tăng áp gặp sự cố, hư hỏng, xe thường có những dấu hiệu nhận biết như sau:
-
Động cơ phát ra tiếng kêu lạ, ồn hơn bình thường và có tiếng hú, đặc biệt là khi tăng ga nhanh.
-
Tình trạng tiêu hao nhiên liệu tăng hơn so với trước đây.
-
Xe mất đi sức mạnh, tăng tốc chậm, không còn có khả năng tăng tốc và đạt được tốc độ cao như trước.
Các lỗi hỏng thường gặp ở động cơ turbo
Turbo bị chảy dầu
Hệ thống turbo cũng cần được bôi trơn và làm mát như động cơ. Do đó sẽ có một hệ thống dẫn dầu từ động cơ vào turbo. Sau nhiều năm làm việc, hệ thống dẫn dầu này, các gioăng, phớt có thể bị hao mòn, thoái hoá dẫn đến rò rỉ. Hậu quả là turbo bị chảy dầu, thiếu dầu, thậm chí cạn dầu. Dấu hiệu nhận biết thường là turbo bị hú, động cơ ồn hơn bình thường, không êm ái như trước.
Ống dẫn khí nén có vấn đề
Việc dẫn khí từ turbo vào buồng đốt động cơ thường được thực hiện qua hệ thống đường ống bằng nhựa/cao su hoặc hợp kim trên một số dòng xe cao cấp. Đầu ống được lắp với gioăng kín và đai siết chặt để tránh rò rỉ khí. Tuy nhiên, sau một thời gian sử dụng, đường ống có thể bị thoái hoá và gioăng bị hỏng, dẫn đến rò rỉ khí. Khi này, lượng khí nạp từ turbo vào động cơ sẽ giảm, gây ra hiện tượng động cơ yếu hơn so với trước đây.
Bạc, bi turbo bị mòn
Việc làm việc trong môi trường khắc nghiệt trong thời gian dài có thể gây mòn bạc và bi trong hệ thống turbo, làm giảm hiệu suất hoạt động của nó. Những dấu hiệu thường gặp khi bạc và bi bị mòn bao gồm tiếng kêu vo vo của động cơ, sự tiêu thụ dầu lạ thường và mức công suất giảm đáng kể của động cơ.
Những lưu ý khi đi xe turbo
Xe turbo có bền hay không phần lớn sẽ do cách vận hành và bảo dưỡng. Do đó để kéo dài tuổi thọ động cơ turbo, người dùng nên lưu ý một số điều sau:
Hạn chế di chuyển ngay sau khi nổ máy
Hiện nay, các động cơ ô tô hiện đại được trang bị hệ thống phun xăng điện tử, do đó không cần phải để xe nổ máy quá lâu trước khi di chuyển. Tuy nhiên, khi sử dụng xe động cơ tăng áp, nhiều chuyên gia khuyên rằng cần cho xe vận hành không tải vài phút trước khi lăn bánh.
Nguyên nhân của vấn đề này là do turbo tăng áp sử dụng dầu bôi trơn chung với động cơ. Khi xe vừa nổ máy, dầu động cơ còn nguội và đặc hơn, do đó lưu chuyển chậm hơn và cần thời gian để bơm lên. Điều này ảnh hưởng đến hiệu quả bôi trơn của động cơ và turbo.
Để đạt được hiệu quả tốt nhất trong việc bôi trơn các chi tiết của động cơ, nhiệt độ lý tưởng của dầu là từ 80-95 độ C. Tuy nhiên, thời gian đợi để nhiệt độ dầu đạt mức này sẽ phụ thuộc vào cơ chế làm nóng động cơ khác nhau ở mỗi loại xe. Thông thường, nên để xe nổ máy trong khoảng 2-3 phút trước khi lăn bánh để đảm bảo dầu được bơm lên động cơ và turbo đạt nhiệt độ lý tưởng để bôi trơn.
Không tắt máy ngay sau khi dừng
Đối với các xe sử dụng động cơ hút khí tự nhiên, tắt động cơ ngay sau khi dừng xe không ảnh hưởng quá nhiều. Tuy nhiên, với các xe sử dụng động cơ tăng áp, việc tắt động cơ ngay lập tức khi đến nơi nên được hạn chế. Điều này bởi vì động cơ tăng áp sản xuất ra nhiệt độ rất cao, và dầu nhớt được sử dụng để bôi trơn và làm mát động cơ. Khi tắt động cơ đột ngột khi động cơ vẫn còn nóng, dầu nhớt trong động cơ sẽ không được lưu chuyển, mà chỉ tiếp xúc với các vị trí nóng cục bộ. Điều này dễ làm giảm chất lượng dầu, phân hủy các thành phần phụ gia trong dầu nhanh hơn và dầu sẽ bị biến chất nhanh hơn. Do đó, khi lái xe tăng áp, người lái nên giảm tốc độ vài kilomet trước khi đến điểm đến và nên để động cơ hoạt động từ 2 đến 3 phút trước khi tắt máy.
Tránh chạy xe ở vòng tua máy quá thấp
Bộ tăng áp turbo được kích hoạt bởi luồng khí xả từ động cơ. Nếu động cơ hoạt động ở mức vòng tua thấp, bộ tăng áp sẽ không đạt được ngưỡng vòng quay tối đa và điều này sẽ ảnh hưởng đến công suất tối đa của xe. Mặc dù chạy xe ở vòng tua thấp có thể dẫn đến niềm tin sai lầm rằng sẽ tiết kiệm được nhiên liệu, nhưng thực tế là điều này không đúng.
Chú ý khi xe vào cua
Khác với động cơ hút khí tự nhiên, động cơ tăng áp có một độ trễ nhất định khi tăng tốc. Nếu không chú ý đến độ trễ này, người lái xe turbo có thể gặp hiện tượng thiếu lái hoặc dư lái khi vào cua, gây ra sự mất kiểm soát và thậm chí có thể dẫn đến mất lái. Do đó, một lưu ý quan trọng khi đi xe turbo là không nên đạp ga quá sâu khi lái xe trong khi vào cua.
Sử dụng xăng có chỉ số octane đúng khuyến cáo
Trong sách hướng dẫn sử dụng xe, nhà sản xuất thường đưa ra khuyến cáo rõ ràng về loại xăng có chỉ số octane phù hợp để sử dụng. Người dùng cần tuân thủ khuyến cáo này và không nên sử dụng loại xăng có chỉ số octane thấp hơn. Việc sử dụng xăng có chỉ số octane thấp hơn có thể gây ra hiện tượng kích nổ nhiên liệu không đúng thời điểm, ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ cũng như bộ turbo tăng áp.
Lưu ý về dầu bôi trơn
Turbo tăng áp được bôi trơn bằng cùng loại dầu với động cơ. Tuy nhiên, đối với một số loại xe tăng áp, lượng dầu bôi trơn hao hụt không nhiều trong một chu kỳ thay. Nhưng đối với một số xe khác, lượng dầu bôi trơn hao hụt cao hơn mức bình thường, vì vậy cần bổ sung dầu định kỳ. Vì thế, người sử dụng nên tìm hiểu và tư vấn với hãng xe để được hướng dẫn kiểm tra và bổ sung dầu đúng cách.
Thay lọc xăng đúng hạn
Bộ tăng áp turbo hoạt động bằng khí xả từ động cơ, vì vậy rất nhạy cảm với chất lượng khí xả. Nếu lọc xăng bị bẩn hoặc nhiễm tạp chất, xăng sẽ trộn vào buồng đốt, dẫn đến tỉ lệ hỗn hợp xăng và không khí bị sai lệch. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng khí xả và gây hại trực tiếp cho turbo. Do đó, cần thường xuyên kiểm tra và thay lọc xăng ô tô đúng hạn để tránh tình trạng này.
Bảo dưỡng hệ thống làm mát khi nạp định kỳ
Hệ thống làm mát khí nạp tăng áp cần được bảo trì sau mỗi quãng đường đi được khoảng 160.000 km hoặc nhanh hơn tùy thuộc vào cách sử dụng của xe. Bên cạnh đó, cần thường xuyên kiểm tra hệ thống làm mát và thay nước làm mát để đảm bảo hiệu quả hoạt động của xe.
Kiểm tra hệ thống đường dẫn khí cao áp định kỳ
Nhiều trường hợp bộ turbo tăng áp bị lỗi do hệ thống đường dẫn khí cao áp gặp sự cố, ảnh hưởng đến lượng khí nạp vào động cơ. Khi xảy ra trục trặc này, turbo sẽ phải làm việc vất vả hơn để bù vào sự thiếu hụt. Vì vậy, rất quan trọng để kiểm tra hệ thống đường dẫn khí cao áp định kỳ để có thể khắc phục kịp thời nếu phát hiện có rò rỉ xảy ra.