Trong nhiều thập kỷ, bộ tăng áp đóng vai trò thiết yếu trong việc nâng cao mã lực, một tính năng đã củng cố sự phổ biến của chúng trong lĩnh vực xe đua và xe thể thao hiệu suất cao. Điều thú vị là câu hỏi “turbo tăng thêm bao nhiêu mã lực?” không chỉ là về công suất nữa; tua-bin hiện đại cũng nâng cao khả năng tiết kiệm nhiên liệu, giúp động cơ nhỏ hơn hoạt động hiệu quả hơn trong khi vẫn duy trì khả năng đạt được tốc độ trên đường cao tốc.
Sự thay đổi này không chỉ chứng tỏ bộ tăng áp có thể tăng công suất đầu ra của động cơ như thế nào mà còn nêu bật vai trò của chúng trong việc cải thiện hiệu suất tổng thể của động cơ.
Turbo tăng áp là gì?
Bộ tăng áp là một loại hệ thống cảm ứng cưỡng bức có tác dụng nén không khí chảy vào động cơ ô tô. Ưu điểm của việc nén không khí là cho phép động cơ ép nhiều không khí hơn vào xi-lanh và nhiều không khí hơn đồng nghĩa với việc có thể thêm nhiều nhiên liệu hơn. Do đó, bạn sẽ nhận được nhiều năng lượng hơn từ mỗi kỳ nổ trong mỗi xi lanh.
Động cơ tăng áp tạo ra nhiều công suất hơn so với động cơ cùng kích thước không tăng áp. Điều này có thể cải thiện đáng kể tỷ lệ công suất trên trọng lượng của động cơ. Điều này cũng có nghĩa là động cơ nhỏ hơn có thể tạo ra mã lực cao hơn, hiệu quả hơn, đồng nghĩa với việc ít phải dừng trạm xăng hơn.
Để đạt được sự tăng tốc này, bộ tăng áp sử dụng luồng khí thải từ động cơ để quay tuabin, từ đó quay một máy bơm không khí. Tua bin trong bộ tăng áp thường quay với tốc độ từ 80.000 đến 200.000 vòng/phút (vòng/phút) – nhanh hơn tới 30 lần tốc độ mà hầu hết các động cơ ô tô có thể đạt được. Và vì được nối với ống xả nên tuabin cũng chạy ở nhiệt độ rất cao.
Turbo tăng áp và Động cơ
Một trong những cách chắc chắn nhất để cải thiện hiệu suất động cơ và thu được nhiều công suất hơn từ động cơ là tăng lượng không khí và nhiên liệu mà động cơ có thể đốt cháy. Một cách để làm điều này là thêm xilanh hoặc làm xilanh lớn hơn. Đôi khi những thay đổi này có thể không khả thi; turbo có thể là cách đơn giản hơn, nhỏ gọn hơn để bổ sung năng lượng, đặc biệt là đối với phụ kiện hậu mãi.
Turbo tăng áp có thể giúp động cơ tăng được bao nhiêu mã lực
Bộ tăng áp cho phép động cơ đốt cháy nhiều nhiên liệu và không khí hơn bằng cách nạp nhiều nhiên liệu hơn vào các xi-lanh hiện có. Mức tăng điển hình được cung cấp bởi bộ tăng áp là 6 đến 8 pound trên inch vuông (psi). Vì áp suất khí quyển bình thường là 14,7 psi ở mực nước biển, bạn có thể thấy rằng lượng không khí vào động cơ tăng thêm khoảng 50%. Do đó, bạn sẽ mong đợi nhận được thêm 50% năng lượng. Nhưng nó không hoàn toàn đơn giản và chúng không phải lúc nào cũng hiệu quả hoàn hảo, vì vậy thay vào đó bạn có thể nhận được sự cải thiện công suất từ 30 đến 40%.
Việc tăng mã lực từ bộ tăng áp phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm kích thước của bộ tăng áp, loại động cơ được kết hợp với nó và cách điều chỉnh bộ tăng áp. Ví dụ: nếu động cơ cơ sở tạo ra công suất 200 mã lực, bộ tăng áp có thể tăng công suất đó lên từ 240 đến 280 mã lực.
Một nguyên nhân dẫn đến sự kém hiệu quả là do năng lượng làm quay tuabin không được cung cấp miễn phí. Việc có một tuabin trong dòng khí thải sẽ làm tăng sự hạn chế trong khí thải. Điều này có nghĩa là ở hành trình xả, động cơ phải chống lại áp suất ngược cao hơn. Điều này làm giảm đi một chút năng lượng từ các xi lanh đang nổ cùng lúc.
Thiết kế hệ Turbo tăng áp
Bộ tăng áp được gắn chặt vào ống xả của động cơ. Khí thải từ xi lanh làm quay tuabin, hoạt động giống như động cơ tua bin khí. Tua bin được kết nối bằng một trục với máy nén, trục này nằm giữa bộ lọc không khí và đường ống nạp. Máy nén tạo áp lực cho không khí đi vào xilanh.
Khí thải từ xi lanh đi qua các cánh tuabin, làm cho tuabin quay. Càng nhiều khí thải đi qua cánh quạt thì chúng quay càng nhanh.
Ở đầu bên kia của trục gắn tuabin, máy nén sẽ bơm không khí vào các xi lanh. Máy nén là một loại máy bơm ly tâm – nó hút không khí vào giữa các cánh quạt và đẩy không khí ra ngoài khi nó quay.
Để xử lý tốc độ lên tới 200.000 vòng/phút, trục tuabin phải được đỡ rất cẩn thận. Hầu hết các vòng bi sẽ phát nổ ở tốc độ như thế này, vì vậy hầu hết các bộ tăng áp đều sử dụng vòng bi chất lỏng hoặc thủy động lực. Loại ổ trục này đỡ trục trên một lớp dầu mỏng được bơm liên tục quanh trục. Điều này phục vụ hai mục đích: Nó làm mát trục và một số bộ phận tăng áp khác, đồng thời cho phép trục quay mà không có nhiều ma sát.
Với việc không khí được bơm vào xi-lanh dưới áp suất của bộ tăng áp, sau đó được nén thêm bởi piston, sẽ có nhiều nguy cơ bị kích nổ hơn. Kích nổ xảy ra vì khi bạn nén không khí, nhiệt độ của không khí tăng lên. Nhiệt độ có thể tăng đủ để đốt cháy nhiên liệu trước khi bugi đánh lửa. Ô tô có tăng áp thường cần chạy bằng nhiên liệu có chỉ số octan cao hơn để tránh kích nổ. Nếu áp suất tăng thực sự cao, tỷ số nén của động cơ có thể phải giảm để tránh hiện tượng kích nổ.
Hệ thống turbo cũng có thể sử dụng bộ làm mát khí nạp giữa bộ tăng áp và xi lanh. Điều này làm mát không khí trước khi đến buồng đốt, giảm khả năng kích nổ.
Vấn đề độ trễ Turbo
Một trong những vấn đề chính của bộ tăng áp là chúng không cung cấp khả năng tăng công suất ngay lập tức khi bạn nhấn ga. Tua bin phải mất một thời gian nhất định để đạt tốc độ trước khi tạo ra lực đẩy. Điều này dẫn đến cảm giác bị lag (trễ) khi bạn nhấn ga và sau đó xe lao về phía trước khi động cơ tăng áp chuyển động.
Hầu hết các bộ tăng áp ô tô đều có một cửa xả (wastegate), cho phép sử dụng bộ tăng áp nhỏ hơn để giảm độ trễ đồng thời ngăn không cho nó quay quá nhanh ở tốc độ động cơ cao. Cửa xả là một van cho phép khí thải đi qua các cánh tuabin. Các cửa xả cảm nhận được áp lực tăng cường. Nếu áp suất tăng quá cao, đó có thể là dấu hiệu cho thấy tuabin đang quay quá nhanh, do đó, cửa xả bỏ qua một số khí thải xung quanh các cánh tuabin, cho phép các cánh quay chậm lại.
Một số động cơ sử dụng hai bộ tăng áp có kích cỡ khác nhau. Cái nhỏ hơn quay nhanh để tăng tốc rất nhanh, giảm độ trễ, trong khi cái lớn hơn đảm nhận tốc độ động cơ cao hơn để tăng tốc nhiều hơn.
Một số bộ tăng áp sử dụng ổ bi thay vì ổ trục chất lỏng để đỡ trục tuabin. Nhưng đây không phải là vòng bi thông thường. Chúng là những vòng bi siêu chính xác được làm bằng vật liệu tiên tiến để xử lý tốc độ và nhiệt độ của bộ tăng áp. Chúng cho phép trục tuabin quay với ít ma sát hơn so với các ổ trục chất lỏng được sử dụng trong hầu hết các bộ tăng áp. Chúng cũng cho phép sử dụng trục nhỏ hơn, nhẹ hơn một chút. Điều này giúp bộ tăng áp tăng tốc nhanh hơn, giảm độ trễ turbo hơn nữa.
