Động cơ Turbo là gì? Nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm

Động cơ Turbo ngày càng phổ biến trong ngành ô tô nhờ khả năng tăng công suất mà không cần tăng dung tích xy-lanh. Với ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải nhưng vẫn có nhược điểm cần lưu ý, bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về động cơ Turbo và cách sử dụng hiệu quả.

Động cơ Turbo là gì?

Động cơ Turbo, hay còn gọi là động cơ tăng áp, là loại động cơ được trang bị bộ tăng áp (turbocharger) để tăng cường hiệu suất hoạt động. Bộ tăng áp này tận dụng năng lượng từ khí xả của động cơ để nén thêm không khí vào buồng đốt, giúp tăng lượng oxy tham gia quá trình đốt cháy nhiên liệu, từ đó tăng công suất và mô-men xoắn của động cơ mà không cần tăng dung tích xi lanh.

Tuy nhiên, do hoạt động ở điều kiện áp suất và nhiệt độ cao, hệ thống turbo có thể bị hao mòn theo thời gian, gây ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành của xe. Nếu bạn nhận thấy xe có dấu hiệu hụt công suất, tiêu hao nhiên liệu bất thường hoặc phát ra tiếng kêu lạ từ bộ tăng áp, hãy liên hệ ngay với Phụ Tùng Đức Anh qua Zalo/Hotline: 0979 722 210 để được tư vấn và hỗ trợ sửa chữa kịp thời.

Nguyên lý hoạt động của động cơ turbo

Bộ tăng áp đóng vai trò then chốt trong nguyên lý hoạt động của động cơ turbo. Cấu tạo của nó gồm hai thành phần chính, tuabin và bộ nén, được liên kết mật thiết thông qua một trục chung. Khi động cơ vận hành, khí xả nóng và có áp suất cao từ quá trình đốt cháy trong buồng đốt sẽ được dẫn đến tuabin. Luồng khí này tác động lên các cánh của tuabin, làm quay tuabin và kéo theo sự quay của trục chung.

Chính sự quay của trục này sẽ dẫn động bộ nén ở phía đầu kia. Bộ nén có nhiệm vụ hút không khí sạch từ môi trường bên ngoài. Nhờ tốc độ quay rất cao, bộ nén sẽ nén lượng không khí này lại, làm tăng mật độ và áp suất của nó trước khi đẩy vào buồng đốt của động cơ.

Quá trình này mang lại lợi ích quan trọng là giúp tăng lượng không khí nạp vào động cơ. Với lượng không khí nhiều hơn, động cơ có thể đốt cháy lượng nhiên liệu lớn hơn trong mỗi chu kỳ, từ đó sản sinh ra nhiều năng lượng hơn, dẫn đến việc tăng công suất của động cơ mà không cần phải tăng dung tích xi lanh. Điều này giúp các động cơ turbo có kích thước nhỏ gọn hơn nhưng vẫn đạt được hiệu suất tương đương hoặc thậm chí cao hơn so với các động cơ lớn hơn.

Ưu điểm của xe ô tô sử dụng động cơ turbo

• Tăng công suất mà không cần tăng số lượng hoặc dung tích xi lanh: Bằng cách nén thêm không khí vào buồng đốt, động cơ turbo giúp tăng công suất mà không cần tăng số lượng hoặc dung tích xi lanh. Theo các nghiên cứu, động cơ turbo có thể tăng công suất từ 20% đến 40% so với động cơ không có turbo. 
• Tiết kiệm nhiên liệu vượt trội so với động cơ hút khí tự nhiên: Động cơ turbo giúp tận dụng hiệu quả năng lượng từ khí xả, một phần lớn trong khí xả của động cơ có nhiệt độ và năng lượng rất lớn, nhưng thường bị lãng phí nếu không có bộ tăng áp. Bằng cách sử dụng khí xả này để quay tuabin và nén thêm không khí vào buồng đốt, động cơ có thể đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn trong một chu trình đốt, từ đó mang lại hiệu suất cao hơn và giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ.
• Giảm lượng khí thải và thân thiện với môi trường: Với hiệu quả đốt cháy cao hơn, động cơ turbo giúp giảm lượng khí thải chưa hoàn toàn như CO (Carbon monoxide), HC (Hydrocarbons), và NOx (Nitrogen oxides). Bởi vì động cơ đốt cháy nhiên liệu hiệu quả hơn, chúng sản sinh ra ít khí thải gây ô nhiễm và giảm thiểu tác động xấu đến môi trường.
• Tăng tốc nhanh, khả năng vận hành tốt: Động cơ turbo tạo ra mô-men xoắn lớn ngay từ dải vòng tua thấp, điều này giúp xe có khả năng tăng tốc nhanh hơn so với động cơ hút khí tự nhiên. Nhờ vào bộ tăng áp, xe có thể đạt được sức mạnh ngay khi bạn đạp ga, giúp cho việc vượt xe khác hoặc tăng tốc từ vạch xuất phát trở nên mượt mà và mạnh mẽ hơn.
• Thiết kế nhỏ gọn, không gian được tối ưu: Vì động cơ turbo không yêu cầu thay đổi quá nhiều về dung tích xi lanh so với động cơ hút khí tự nhiên, nó có thể thiết kế nhỏ gọn hơn trong khi vẫn cung cấp công suất tương đương hoặc cao hơn. Điều này giúp các nhà sản xuất xe tối ưu hóa không gian bên trong khoang động cơ, cũng như giảm trọng lượng tổng thể của xe.

Nhược điểm của xe ô tô sử dụng động cơ turbo

Mặc dù động cơ turbo mang lại nhiều ưu điểm, nhưng cũng có một số nhược điểm cần lưu ý khi sử dụng. Dưới đây là một số nhược điểm của xe ô tô sử dụng động cơ turbo:

• Chi phí bảo trì và sửa chữa cao: Bộ tăng áp (turbocharger) có cấu trúc phức tạp và dễ bị mài mòn do làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, dẫn đến chi phí bảo dưỡng và sửa chữa cao hơn so với động cơ hút khí tự nhiên.
• Hiện tượng “Turbo lag” (Trễ turbo): Mất thời gian để bộ tăng áp đạt được hiệu suất tối ưu, khiến quá trình tăng tốc không mượt mà ngay lập tức khi đạp ga, đặc biệt là khi vòng tua thấp.

• Tiếng ồn và độ rung: Động cơ turbo có thể phát ra tiếng ồn và độ rung khi hoạt động ở công suất cao, gây ảnh hưởng đến trải nghiệm lái xe.
• Nhu cầu sử dụng nhiên liệu chất lượng cao: Để tối ưu hiệu suất và tránh hư hỏng, động cơ turbo yêu cầu sử dụng nhiên liệu có chỉ số octane cao hơn (xăng 95 hoặc 98), điều này làm tăng chi phí nhiên liệu.
• Cần thời gian làm nguội: Sau khi vận hành mạnh mẽ, động cơ turbo cần thời gian để nguội dần trước khi tắt máy, nếu không có thể gây hỏng bộ tăng áp do thiếu dầu bôi trơn.
• Độ phức tạp và sự phụ thuộc vào công nghệ điện tử: Động cơ turbo sử dụng nhiều hệ thống điện tử và cảm biến, nếu các bộ phận này gặp sự cố, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của động cơ.

Những lưu ý khi sử dụng động cơ turbo cho xe ô tô

Khi sử dụng xe ô tô có động cơ turbo, có một số lưu ý quan trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu và kéo dài tuổi thọ của động cơ. Dưới đây là một số những lưu ý cần thiết khi sử dụng động cơ turbo:

• Đảm bảo thay dầu động cơ theo đúng lịch trình bảo dưỡng định kỳ: Động cơ turbo yêu cầu dầu động cơ chất lượng cao và thay thế đúng định kỳ. Dầu động cơ giúp làm mát và bôi trơn cho bộ tăng áp, do đó việc sử dụng dầu động cơ không đúng loại hoặc thay dầu không đủ thường xuyên có thể làm giảm tuổi thọ của bộ turbo.
• Không tắt máy ngay sau khi vận hành mạnh: Sau khi lái xe với tốc độ cao hoặc chạy lâu ở vòng tua máy cao, bộ tăng áp sẽ nóng lên. Nếu tắt máy ngay lập tức, bộ turbo có thể bị hư hỏng do thiếu dầu bôi trơn khi nhiệt độ quá cao. Hãy để động cơ chạy ở vòng tua thấp trong khoảng 1-2 phút trước khi tắt máy để giúp bộ turbo nguội dần.
• Chọn sử dụng nhiên liệu có chất lượng cao: Để đảm bảo hiệu suất tối ưu và tránh hư hỏng cho động cơ turbo, hãy sử dụng nhiên liệu có chỉ số octane cao như xăng 95 hoặc 98. Nhiên liệu kém chất lượng có thể gây hiện tượng “detonation” (nổ sớm), làm giảm hiệu suất động cơ và có thể gây hại cho bộ turbo.

• Tránh tăng tốc quá mạnh khi mới khởi động: Khi xe mới khởi động, động cơ còn lạnh và bộ turbo chưa đạt được nhiệt độ làm việc tối ưu. Việc tăng tốc mạnh ngay sau khi khởi động có thể gây mài mòn nhanh chóng cho các bộ phận trong động cơ. Hãy để động cơ ấm lên trước khi đạp ga mạnh.
• Tránh để động cơ hoạt động quá lâu ở vòng tua thấp: Khi chạy xe với tốc độ thấp hoặc ở vòng tua máy thấp trong thời gian dài, động cơ turbo có thể không được làm việc hiệu quả, dẫn đến sự tích tụ carbon và mỡ trong hệ thống. Điều này có thể làm giảm hiệu suất của bộ turbo và làm hỏng các bộ phận của động cơ.
• Lái xe nhẹ nhàng trong giai đoạn chạy thử (Break-in period): Trong giai đoạn chạy thử của xe mới, tránh lái xe với công suất tối đa để đảm bảo rằng tất cả các bộ phận động cơ, bao gồm cả turbo, có thời gian để làm việc và thích nghi, tránh gây mài mòn sớm.

Các lỗi hư hỏng thường gặp của động cơ turbo

Động cơ turbo, với khả năng tăng hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu, cũng có thể gặp một số hư hỏng phổ biến sau:

• Hệ thống dẫn dầu bị hỏng: Hệ thống dẫn dầu cung cấp dầu bôi trơn và làm mát cho bộ tăng áp. Sau thời gian sử dụng, ống dẫn dầu hoặc gioăng/phớt có thể bị rò rỉ, dẫn đến thiếu hụt dầu bôi trơn cho turbo. Điều này có thể gây hư hỏng nghiêm trọng cho bộ tăng áp.
• Mòn bạc hoặc bi trong bộ tăng áp: Bộ tăng áp hoạt động ở tốc độ rất cao, có thể vượt quá 100.000 vòng/phút. Sau thời gian sử dụng, bạc hoặc bi có thể bị mòn, dẫn đến tiếng kêu vo vo khi tăng ga và giảm hiệu suất động cơ.

• Rò rỉ hoặc vỡ ống dẫn khí: Hệ thống ống dẫn khí từ turbo đến động cơ thường được làm bằng nhựa hoặc cao su. Sau thời gian sử dụng, các ống này có thể bị nứt, vỡ hoặc rò rỉ, gây mất hiệu suất và tăng tiêu thụ nhiên liệu.
• Hao hụt dầu bôi trơn động cơ: Việc bơm dầu liên tục lên hệ thống turbo có thể làm dầu bôi trơn động cơ bị tiêu hao. Một số động cơ turbo chỉ tiêu tốn một lượng dầu rất nhỏ trong suốt chu kỳ thay dầu, trong khi những dòng xe khác lại có mức hao hụt dầu đáng kể và cần phải bổ sung thêm.
• Tiếng kêu lớn từ động cơ: Nếu nghe thấy tiếng rít lớn phát ra từ khoang động cơ, đó có thể là dấu hiệu cho thấy động cơ tăng áp đang hoạt động không bình thường. Nguyên nhân có thể do hư hỏng cánh quạt, rò rỉ chân không, hư hỏng van chia ống hay ECU Remap kém.
• Khói thải quá mức: Khói thải màu xanh hoặc đen có thể là dấu hiệu của việc dầu bôi trơn bị đốt cháy trong buồng đốt, thường do bộ tăng áp bị hỏng hoặc rò rỉ dầu.

Các loại động cơ turbo cho xe ô tô phổ biến hiện nay

Hiện nay, có nhiều loại động cơ turbo được sử dụng trên xe ô tô, mỗi loại có cấu tạo và nguyên lý hoạt động riêng biệt.

Động cơ tăng áp đơn (Single Turbo)

Đây là loại turbo cơ bản nhất, sử dụng một bộ tăng áp duy nhất để nén khí vào động cơ. Kích thước của bộ tăng áp có thể thay đổi để đạt được các đặc tính mô-men xoắn khác nhau:

• Ưu điểm: Thiết kế đơn giản, chi phí thấp, dễ lắp đặt và bảo dưỡng.
• Nhược điểm: Có thể gặp hiện tượng “trễ turbo” (turbo lag) do thời gian cần thiết để tăng áp đạt hiệu suất tối đa.

Tăng áp kép (Twin-Turbo hoặc Bi-Turbo)

Hệ thống này sử dụng hai bộ tăng áp, có thể được cấu hình theo hai cách:

• Song song: Mỗi turbo chịu trách nhiệm cho một dãy xi-lanh riêng biệt, thường áp dụng trên động cơ V6 hoặc V8.
• Tuần tự: Một turbo nhỏ hoạt động ở vòng tua thấp, trong khi turbo lớn hơn kích hoạt ở vòng tua cao, giúp cải thiện hiệu suất trên toàn dải vòng tua.
• Ưu điểm: Tăng công suất và mô-men xoắn, giảm hiện tượng trễ turbo.
• Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, chi phí cao, yêu cầu bảo dưỡng kỹ lưỡng.

Tăng áp cuộn đôi (Twin-Scroll Turbo)

Turbo này có thiết kế với hai đường dẫn khí thải riêng biệt, giúp tối ưu hóa dòng khí vào tuabin:

• Ưu điểm: Cải thiện hiệu suất động cơ, giảm trễ turbo, tăng mô-men xoắn ở vòng tua thấp.
• Nhược điểm: Yêu cầu thiết kế hệ thống xả phức tạp, chi phí cao hơn so với turbo đơn.

Tăng áp cuộn đôi (Twin-Scroll Turbo)

Tăng áp cuộn đôi biến thiên (Variable Twin-Scroll Turbo)

Đây là biến thể của turbo cuộn đôi, cho phép thay đổi kích thước của các kênh khí thải tùy thuộc vào điều kiện hoạt động:

• Ưu điểm: Giảm thiểu độ trễ turbo, cải thiện hiệu suất ở cả dải tua máy thấp và cao.
• Nhược điểm: Giá thành cao, yêu cầu bảo trì cẩn thận.

Tăng áp điện (Electric Turbo)

Sử dụng động cơ điện để quay tuabin, độc lập với dòng khí thải:

• Ưu điểm: Loại bỏ hoàn toàn hiện tượng trễ turbo, cung cấp công suất tức thì, hiệu suất cao.
• Nhược điểm: Thiết kế phức tạp, dẫn đến chi phí sản xuất và bảo trì cao.

Mỗi loại turbo có những ưu và nhược điểm riêng, việc lựa chọn phụ thuộc vào mục đích sử dụng và thiết kế của từng dòng xe.

Việc trang bị kiến thức ô tô về ưu, nhược điểm và tuân thủ các lưu ý khi sử dụng động cơ turbo sẽ giúp xe vận hành ổn định, bền bỉ hơn, đảm bảo hiệu suất tối ưu trong thời gian dài. Nếu bạn nhận thấy xe có dấu hiệu hụt công suất, phát ra tiếng kêu lạ từ bộ tăng áp, hãy liên hệ ngay với Phụ Tùng Đức Anh qua Zalo/Hotline: 0979 722 210 để được tư vấn và hỗ trợ sửa chữa kịp thời.