Turbo Lag – Độ trễ turbo là gì?

Turbo lag hay còn gọi là độ trễ turbo. Trước đây hiện tượng trễ turbo đã từng làm cho các kĩ sư đau đầu trong quá khứ. Tuy nhiên với sự tiến bộ của công nghệ, các kỹ sư đã khắc phục hiện tượng trễ turbo một phần nào đó. Vậy Turbo Lag – Độ trễ turbo là gì?

Khi nhắc đến độ trễ turbo hay turbo lag thì người ta sẽ nghĩ ngay đến ”phản ứng chậm” của những cổ máy có turbo. Nhưng độ trễ này là nằm ở cảm nhận chân ga hay ở đâu trên chiếc xe?

Đầu tiên chúng ta sẽ đi sơ lượt qua cách hoạt động của động cơ turbo. Đầu tiên khí thải của động cơ sẽ được sử dụng lại một phần còn một phần thải ra bên ngoài. Phần khí thải tái sử dụng sẽ được đi qua bộ phận lọc cũng như bộ phận làm mát để giảm nhiệt độ của khí thải. Sau đó lượng khí thải đã được làm mát và làm sạch này sẽ được nạp toàn bộ vào lòng xi lanh ở kì nạp.

Công dụng của turbo lúc này là gia tăng áp suất khí nén trong lòng xi lanh. Từ đây họ sẽ giải quyết được cả hai bài toán: bài toán khí thải và bài toán hiệu suất của động cơ.

Lúc này vấn đề sẽ xuất hiện. Lượng khí thải sau khi được xử lí sẽ làm quay cánh quạt của turbo. Từ đây turbo mới nén lượng không khí mới vào lòng xi lanh. Tuy nhiên ở những chiếc xe đời cũ hoặc những chiếc xe sử dụng bộ turbo lớn thì khí thải ra phải đủ nhiều và đủ mạnh thì cánh quạt của turbo mới có thể quay. Hay nói cách khác lúc này hệ thống turbo mới bắt đầu hoạt động.

Một động cơ hút khí tự nhiên khỏe mạnh hoạt động ở hiệu suất thể tích 100%, có nghĩa là nó đang làm tốt nhất có thể để tạo ra công suất với áp suất khí quyển. Một động cơ tăng áp hoạt động trên 100% hiệu suất thể tích, có nghĩa là nó tạo ra hơn 100% những gì động cơ có thể tạo ra khi hút khí tự nhiên.

1. Turbo Lag – Độ trễ turbo là gì?
Khi chúng ta đột ngột đạp mạnh bàn chân ga, thì ngay lúc này lượng khí nén mới bắt đầu được sản xuất. Và sau đó ở những vòng tua máy cao hơn thì người lái mới cảm nhận được sự khác biệt vì lúc này cánh quạt của turbo đã quay, nó đã có thể nén khí vào lòng xi lanh. Ở ngay thời khắc khi chúng ta đạp mạnh chân ga thì khí thải đã bắt đầu thải ra nhiều hơn. Tuy nhiên nó vẫn không quá nhiều để tạo ra một sức mạnh vượt trội cho chiếc xe.

Nhiều người nhầm lẫn giữa ngưỡng tăng tốc và độ trễ turbo. Ngưỡng tăng tốc là 1 điểm trong dải vòng tua khi khí thải của động cơ làm quay cánh quạt của turbo. Còn khi vượt qua ngưỡng đó, hiệu suất thể tích của động cơ sẽ tăng hơn 100%. Độ trễ turbo là thời gian cần thiết để sau đó người lái có thể cảm nhận được quá trình hoạt động mạnh mẽ của động cơ khi nó đạt mức áp suất nén cao nhất hoặc mức tối đa mà turbo đã được điều chỉnh để cung cấp.

2. Những lý do dẫn đến hiện tượng turbo lag?
Trên thực tế có khá nhiều lý do dẫn đến hiện tượng turbo lag – Độ trễ Turbo.

Thiết kế của turbo thông thường có thể không được tối ưu hóa để làm mát nhanh và hiệu quả, đó là khi turbo quay ở tốc độ thích hợp để nén không khí đến áp suất tăng tối đa. 

Chuỗi ống mà khí nén đi qua trước khi đến van nạp có thể quá dài hoặc có thiết kế không hợp lý (độ). Thân van tiết lưu của động cơ có thể hơi nhỏ, do đó không cho phép đủ không khí vào để tạo ra nhiều khí xả hơn. Thiết kế của turbo cũng có thể không lý tưởng, đặc biệt nếu nó là loại thiết kế cũ và do đó sở hữu công nghệ cũ, kém hiệu quả hơn.

3. Giảm thiểu hoặc loại bỏ độ trễ turbo bằng cách nào?
Để có thể giảm thiểu được tình trạng trễ turbo thì không phải là không thể. Không phải lúc nào cũng dễ dàng khắc phục độ trễ Turbo do thời gian cần thiết để thiết kế một hệ thống lý tưởng, không có độ trễ, chi phí vật liệu để thiết kế và xây dựng các thành phần phù hợp để thực hiện nó, đi kèm với việc điều chỉnh ECU phù hợp, cũng như thiết kế và xây dựng các đặc tính lý tưởng của chính động cơ để tối ưu hóa lưu lượng nạp và xả, chẳng hạn như có một ống xả nhỏ hơn sẽ làm cho khí lưu thông nhanh hơn. 

a. Thiết kế bộ tăng áp loại mới:
Bất chấp điều đó, các nhà sản xuất ô tô đã nghĩ ra một số cách thông minh để khắc phục độ trễ turbo. Một là thiết kế bộ tăng áp quay hiệu quả hơn và do đó đẩy dòng khí mạnh hơn, nhanh hơn. Họ có thể làm các thành phần của Turbo nhẹ hơn, như cánh quạt của turbo bằng nhôm mỏng hoặc vòng bi gốm. 

Một cách khác là cần cài đặt một bộ tăng áp nhỏ hơn sẽ đạt ngưỡng tăng tốc sớm hơn, loại bỏ bất kỳ cảm giác trễ turbo, và do đó đạt đến mức tăng đỉnh nhanh hơn.

Bên cạnh đó, có thể kể đến các kiểu thiết kế turbo khác để giảm độ trễ turbo (turbo lag) như:

Turbo tăng áp tuần tự (Sequential Turbo)
Turbo tăng áp hai cấp (Stage Turbo)
Tăng áp cuộn kép (Twin Scroll Turbo)
Công nghệ VGT (Variable Geometry Turbo)
Công nghệ Dynamic Pressure Turbo
Turbo tăng áp điện E-turbo (Electric Compressor)
Công nghệ Power Pulse
Turbo tăng áp siêu nạp (Super Charger)
Tìm hiểu các loại turbo trên trong bài viết này:
Các loại tăng áp cho động cơ ô tô hiện nay

b. Tăng tỷ số nén động cơ:
Phương pháp tăng tỷ số nén của động cơ không nên thực hiện để giảm độ trễ turbo. Vì ngày nay động cơ có tỷ số nén cao hơn làm giảm nhiều công suất hơn ở dải vòng tua thấp, làm giảm ngưỡng tăng tốc cùng với chúng.

Phương pháp này chỉ áp dụng với các động cơ cũ có tỷ số nén từ 8:1-10:1 để bù nhiệt và áp suất khi tăng áp xảy ra ở những năm 1980.

c. Thêm cổng thải wastegate:

Một turbo có thể được điều chỉnh với một ống xả nhỏ hơn sẽ làm tăng tốc độ nhanh hơn, và một cửa xả khí thải sau đó có thể được thêm vào để xả áp suất khí thải dư thừa ở vòng tua động cơ cao. Trong hầu hết các trường hợp, ít nhất ba hoặc bốn ống xả khác nhau có sẵn cho một khung turbo duy nhất, vì vậy kiểu thay đổi này tương đối dễ thực hiện.

Với thiết kế của một số loại động cơ, đặc biệt là loại động cơ có trang bị 2 turbo nóng và lạnh. Đối với turbo nóng, luồng khí nóng đi ra từ phía ống góp thải. Đối với turbo lạnh, luồng khí lạnh tức là khí nạp đi vào. Khi động cơ chạy tua càng cao, cánh quạt bên turbo nóng sẽ quay càng nhanh. Khi đó, áp khí nạp ở turbo lạnh sẽ càng tăng cao. Nhưng đối với động cơ, áp khí nạp phải phù hợp với từng loại, phải ở mức nào đó. Nếu áp khí nạp quá cao sẽ làm hư hỏng động cơ. Nếu áp quá thấp, yếu, turbo sẽ không có tác dụng. Một cách khác để khắc phục hiện tượng này là lắp thêm bộ wastegate ở “chảng ba” đường từ ống góp thải động cơ đi đến turbo nóng, khi gần đến turbo nóng người ta sẽ tạo ra thêm 1 đoạn ống góp thải nhỏ nữa để gắp wastegate (van xả).

Vì điều áp khí nạp ở turbo lạnh cần phải điều chỉnh luồng khí thải từ động cơ ra, sau đó mới điều chỉnh được tốc độ của cánh quạt ở turbo nóng và lạnh. Lắp thêm một cổng và van xả Wastegate là một trong những giải pháp khắc phục hiện tượng trên.

Thông thường, Wastegate sẽ có 2 loại, 1 là loại gắn trong và 2 là loại gắn ngoài. Wastegate gắn trong được tích hợp vào trong turbo. Wastegate gắn ngoài là một bộ phận riêng lẻ với turbo (loại này được sử dụng đối với những nhu cầu công suất cao, áp suất khí nạp cao).

Van xả Wastegate hoạt động như một cánh cửa. Khi áp suất khí nạp đạt tới một ngưỡng nào đó thì wastegate sẽ “mở” cánh cửa để xả bớt khí thải dẫn đến turbo. Từ đó việc này làm giảm tốc độ của cánh quạt turbo dẫn đến giảm áp suất khí nạp. Và ngược lại nếu chưa đủ áp thì cánh cửa này sẽ đóng.

Để quyết định mức áp suất nào để đóng và mở cửa wastegate thì có một bộ phận gọi là boost controller (thiết bị điều khiển áp suất) sẽ được sử dụng. Có 2 loại chính là loại cơ học và loại sử dụng solenoid điện từ. Loại solenoid điện từ được ECU điều khiển áp suất turbo một cách chính xác và an toàn hơn loại cơ.

Ngoài ra còn có blow-off-valve với nhiệm vụ chính là xả bớt lượng khí nạp tồn lưu khi tài xế nhả chân ga và bướm ga đóng lại. Việc xả khí nạp này có chức năng giúp cho cánh quạt turbo trở nên không tải và khi tài xế nhấn ga trở lại thì cánh quạt turbo vẫn còn đang quay với tốc độ lớn. Việc này giảm thiểu tối đa độ trễ turbo khi nhấn và nhả ga khi chạy xe.

4. Kỹ thuật Trickel Down:
Động cơ tăng áp L15 của Honda được trang bị trên Honda Civic Si 2017 đã tạo ra rất nhiều sức mạnh so với kích thước của nó và có một số công nghệ thực sự gọn gàng để tăng cường khí nạp một cáchh hiệu quả nhất có thể. Một trong số đó là xupap xả chứa natri, giúp kéo nhiệt ra khỏi đầu xi-lanh. Điều này không chỉ cắt giảm quá trình hấp thụ nhiệt mà còn đảm bảo lượng khí xả lý tưởng hơn.

Turbo được xem là một ”option” khi khách hàng mua xe. Nhiều hãng thậm chí còn lắp đặt thêm một turbo khá lớn so với động cơ của xe. Nhưng vì chúng hoạt động rất tốt, và chúng không chỉ đạt ngưỡng tăng tốc nhanh hơn mà còn có độ trễ thấp khi kết hợp với hệ thống nạp cùng thiết kế đầu xi lanh hiện đại ngày nay.

Chúng ta đang sống trong một thời đại công nghệ tiên tiến, nơi mà sự kết hợp tốt giữa việc điều chỉnh, cải thiện dòng chảy khí nạp/thải và tăng áp đã tạo ra rất nhiều lợi ích cho một khối động cơ có dung tích nhỏ.

theo nguồn news.oto-hui.com