So với động cơ hút khí tự nhiên, động cơ lắp thêm turbo có thể đưa nhiều không khí hơn.

Nói một cách dễ hiểu, công dụng của turbo tăng áp là tăng công suất động cơ mà không cần phải tăng số lượng hay dung tích xi lanh trong động cơ. Áp suất thông thường trong không khí là 1 at. Với turbo tăng áp, áp suất nén sẽ tăng thêm khoảng từ 0,408 – 0,544 at. Như vậy theo lý thuyết, turbo tăng áp giúp công suất động cơ tăng lên khoảng 50%. Còn trên thực tế, tuy hiệu suất không hoàn hảo nhưng công suất động cơ cũng được tăng thêm 30 – 40%.

Cấu tạo turbo tăng áp

Bộ tăng áp động cơ thường có hình xoắn ốc. Cấu tạo bên trong gồm: cánh tuabin, cánh bơm, trục, ổ bi đỡ, đường dẫn đầu bôi trơn trục turbo.

Cánh tuabin và cánh bơm nằm ở hai khoang riêng và được nối liền với nhau thông qua một trục. Cánh tuabin nằm ở bên khoang kết nối với cổ góp để nhận lực đẩy từ dòng khí xả động cơ. Còn cánh bơm nằm ở khoang đối diện.

Nguyên lý hoạt động của turbo tăng áp

Bộ turbo tăng áp được lắp trên đường ống xả động cơ. Khí xả từ động cơ khi thải ra sẽ làm quay cánh tuabin của bộ tăng áp. Do kết nối trên cùng một trục nên 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 thì tốc độ quay của turbo sẽ càng nhanh, đồng nghĩa lượng khí được nạp vào động cơ nhiều hơn. Từ đó công suất động cơ tăng cao hơn.

Tuy nhiên trong trường hợp lượng khí được hút vào với áp suất và nhiệt độ quá cao thì thể tích sẽ tăng lên, mật độ oxy không nhiều. Do đó, người ta lắp thêm một bộ làm mát phía trước xe để giải nhiệt cho dòng khí nạp này.

Thêm một vấn đề khác, vì turbo tăng áp nằm trên đường ống xả nên nếu áp suất khí xả tăng cao sẽ dễ tạo ra một áp suất dội ngược lại vào buồng đốt, gây hư hỏng động cơ. Để khắc phục điểm 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?

Động cơ turbo tăng áp luôn có độ trễ nhất định (còn gọi là hiện tượng turbo lag). Nguyên nhân là để turbo quay thì cần phải có dòng khí xả lớn, muốn turbo quay càng nhanh thì dòng khí xả phải càng mạnh. Trong khi điều này không thể xảy ra khi động cơ vận hành ở vòng tua máy thấp. Do đó, khi đạp ga tăng tốc, turbo phải đợi vòng tua máy lên cao thì mới quay nhanh, nên đã gây ra hiện tượng trễ turbo hay turbo lag.

Các loại turbo tăng áp

Tăng áp đơn

Single turbo (tăng áp đơn) là loại turbo tăng áp có cấu tạo truyền thống. Single turbo hiện là loại được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.

Ưu điểm: Lắp đặt đơn giản, hiệu suất tuabin cao, phù hợp sử dụng ở động cơ cỡ nhỏ giúp tạo ra công suất tương đương động cơ hút khí tự nhiên dung tích lớn hơn.

Nhược điểm: Tuabin đơn có xu hướng bị phạm vi vòng tua máy hạn chế nên hiệu suất kém ở tốc độ thấp và ở chế độ động cơ cầm chừng, có độ trễ nhất định.

Tăng áp cuộn kép

Twin-scroll turbo (tăng áp cuộn kép) có cấu tạo tương tự như single turbo nhưng có 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.

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) sử dụng cùng lúc hai bộ turbo tăng áp truyền thống. Kích thước hai bộ turbo tăng áp này có thể khác nhau. Cách bố trí cũng có nhiều dạng như: mỗi bộ tăng áp sử dụng cho mỗi dãy xi lanh (động cơ V6, V8…), một bộ sử dụng cho vòng tua thấp – một bộ sử dụng cho vòng tua cao…

Ưu điểm: Khắc phục được hiện tượng trễ turbo (turbo lag), công suất tối ưu ở nhiều dải vòng tua máy khác nhau.

Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, chi phí cao.

Bên cạnh những loại phổ biến trên còn có 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)…