Động cơ tăng áp dung tích nhỏ có giúp ôtô tiết kiệm xăng?

Công nghệ tăng áp giúp cải thiện công suất ở dải vòng tua cao chứ không đóng góp vào khả năng tiết kiệm xăng của động cơ.

Một trong những ưu điểm chính vẫn thường được các nhà sản xuất nhắc đến khi quảng bá cho xe mang động cơ tăng áp (turbo) là khả năng tiết kiệm nhiên liệu, bên cạnh việc tạo ra nhiều sức mạnh hơn so với động cơ hút khí tự nhiên có cùng dung tích.

Tuy nhiên, mức tiêu thụ tốt của các mẫu xe dùng máy turbo, đặc biệt là động cơ dung tích nhỏ (dưới 2.0L), không hoàn toàn đến từ bộ tăng áp.

Tăng áp giúp tăng hiệu suất động cơ

Ởđầu thế kỷ 21, khi các quốc gia và vùng lãnh thổ siết chặt quy định về tiêu thụ nhiên liệu cũng như tiêu chuẩn khí thải, hàng loạt nhà sản xuất ôtô chọn giảm dung tích động cơ như một giải pháp tiện cả đôi đường.

Khí xả (màu đỏ) làm quay tuabin nén, tạo ra khí nạp áp suất cao (màu xanh) đưa vào động cơ. Ảnh: Monophy.

Tuy nhiên, để giữ cho thông số vận hành không bị kéo giảm khiến khách hàng cảm thấy xe yếu và không có hứng thú lựa chọn, nhất là với các mẫu ôtô cỡ vừa và nhỏ, một vài công nghệ hỗ trợ được ứng dụng cho động cơ, trong đó có bộ tăng áp khí nạp (turbocharger).

So với công nghệ hybrid hay giải pháp tăng áp suất khí nạp khác là siêu nạp (supercharger), tăng áp có cấu tạo đơn giản và giá thành thấp hơn đáng kể, dễ áp dụng và phổ cập cho những dòng xe phổ thông trên thị trường.

Bộ tăng áp sử dụng luồng khí xả để làm quay tuabin nén khí, từ đó tạo nên luồng khí nạp có áp suất cao đưa vào buồng đốt, đồng nghĩa với tăng lưu lượng khí nạp, giúp sinh ra nhiều nhiệt lượng và công suất hơn.

Như vậy, công dụng chính của bộ tăng áp là cải thiện hiệu suất ở các dải vòng tua cao cho động cơ, tăng mức trần công suất trong khi có thể cắt giảm dung tích xy-lanh. Bên cạnh đó, bộ tăng áp cũng tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn từ dải vòng tua thấp.

Lấy ví dụ, mẫu Honda Civic bán tại Việt Nam có tùy chọn động cơ xăng hút khí tự nhiên 1.8L mạnh 139 mã lực ở 6.500 vòng/phút và sức kéo lớn nhất là 174 Nm tại 4.300 vòng/phút. Trong khi đó, model cao cấp Civic RS có động cơ tăng áp 1.5L cho mức công suất tối đa 170 mã lực ở 5.500 vòng/phút, còn mô-men xoắn cực đại 220 Nm ở dải tua 1.700 – 5.500 vòng/phút.

Toyota Raize có động cơ tăng áp 1.0L với công suất 98 mã lực, tương đương vài dòng xe dùng máy xăng 1.4L. Ảnh: TMV.

Tùy theo thiết kế của mỗi nhà sản xuất, bộ tăng áp chỉ bắt đầu làm việc khi động cơ đạt đến một ngưỡng vòng tua nhất định và tạo ra đủ lượng khí xả để quay tuabin tăng áp. Đặc điểm này dẫn đến điểm trừ lớn nhất của động cơ tăng áp là độ trễ (turbo lag).

Khi cần công suất tức thời để tăng tốc hay vượt xe trên đường, người lái cần chờ đợi động cơ đạt đủ vòng tua để sinh ra lượng khí xả cần thiết kéo tuabin quay, một lúc sau dòng khí nạp mới được nén rồi đẩy vào động cơ sinh ra sức mạnh cần thiết.

Với động cơ tăng áp nhỏ có dòng khí xả ít, thời gian chờ đợi tăng áp phát huy tác dụng lâu, dẫn đến khả năng tăng tốc tức thời hạn chế. Nhược điểm trễ tăng áp được cải thiện ở những loại động cơ turbo dung tích lớn, từ 2.0L trở lên.

Ngoài ra, những dòng xe cao cấp hay xe thể thao có giải pháp tiên tiến để khắc phục độ trễ của động cơ tăng áp, chẳng hạn sử dụng 2 bộ turbo (tăng áp kép), tuabin có 2 cánh (tăng áp cuộn kép) hay dùng mô-tơ điện chủ động kéo tuabin nén khí nạp (turbo điện).

Tăng áp có thể làm giảm khả năng tiết kiệm

Theo nguyên lý hoạt động kể trên, trước khi đạt đến ngưỡng tua máy để turbo hoạt động, động cơ tăng áp vận hành như một động cơ hút khí tự nhiên.

Ở giai đoạn này, mức tiêu thụ nhiên liệu được quyết định bởi hiệu suất đốt cháy nhiên liệu, đến từ các yếu tố như lượng phun của kim xăng, hệ thống phân phối khí hay góc đánh lửa.

Những điểm này tạo nên thông số tiêu thụ thấp và tiết kiệm xăng, hiệu quả nhất là với động cơ turbo “chấm nhỏ” khi vận hành ở dải tốc độ chậm đến trung bình, di chuyển chủ yếu trong đô thị, đường đông và chưa chạm đến ngưỡng tăng áp hoạt động.

Động cơ tăng áp dung tích nhỏ có khả năng tiết kiệm tốt khi vận hành ở dải vận tốc thấp và trung bình. Ảnh: Ford.

Trong khi đó, khi bộ tăng áp bắt đầu làm việc và đưa nhiều khí nạp hơn vào động cơ, bộ điều khiển sẽ phải điều chỉnh lượng nhiên liệu tăng tương ứng để đáp ứng được tỷ lệ đốt cháy tối ưu.

Lúc này tính tiết kiệm của động cơ tăng áp sẽ không còn nữa khi động cơ phải đốt nhiều xăng hơn để sinh ra đủ sức mạnh như mong muốn của người lái.

Có thể hiểu, máy turbo 1.0L sẽ “uống xăng” tương đương động cơ hút khí tự nhiên 1.5L khi vận hành đến cùng khoảng công suất tối đa. Không chỉ vậy, mức công suất trần càng được tăng lên, khả năng tiết kiệm của động cơ tăng áp càng giảm.

Dù vậy, với ưu điểm tiết kiệm nhờ dung tích nhỏ kể trên, thông thường động cơ tăng áp vẫn tiêu thụ nhiên liệu tốt hơn động cơ hút khí tự nhiên có cùng thông số vận hành.

Đơn cử với 2 biến thể động cơ Ford EcoSport tại Việt Nam, nhà sản xuất công bố mức tiêu thụ xăng của bản tăng áp 1.0L (123 mã lực) ở điều kiện hỗn hợp là 6,15 lít/100 km, con số tương ứng của bản máy xăng hút khí tự nhiên 1.5L (121 mã lực) là 6,85 lít/100 km. Mức chênh lệch khoảng 11,4%.

Công suất càng cao, động cơ tăng áp càng hao xăng. Ảnh: Hoàng Tuấn.

Ngược lại, như đã nói, trường hợp động cơ tăng áp dung tích nhỏ nhưng được thiết kế có công suất tối đa cao vẫn có thể hao xăng hơn động cơ hút khí tự nhiên dung tích lớn có công suất thấp.

Chẳng hạn, Hyundai Kona bản 1.6 Turbo (175 mã lực, 265 Nm) tiêu thụ nhiên liệu ở điều kiện hỗn hợp đạt 6,93 lít/100 km. Trong khi 2 bản máy xăng 2.0L thông thường (157 mã lực, 180 Nm) có kết quả 6,57 và 6,89 lít/100 km, theo công bố của TC Motor.

Động cơ chỉ quyết định một phần thông số tiết kiệm

Có thể nói với động cơ cỡ nhỏ, quá trình tăng áp phải hoạt động nhiều ngay cả trong thành phố với tốc độ thấp, điều này khiến xe sử dụng động cơ tăng áp cỡ nhỏ không hẳn đã tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả như quảng cáo.

Một yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu của xe là hệ truyền động với hộp số, trục dẫn động, bộ vi sai…

Nếu hệ truyền động có tỷ lệ hao hụt năng lượng lớn, động cơ sẽ phải làm việc nhiều hơn, nhất là máy tăng áp, để bù đắp vào phần hao phí sức kéo truyền đến bánh xe, từ đó cũng khiến phương tiện không có được mức tiêu thụ nhiên liệu tốt.

Ngoài ra, tải trọng chuyên chở, điều kiện di chuyển, áp suất lốp hay phong cách cầm lái của người điều khiển là các yếu tố khách quan có thể làm thay đổi mức độ “ngốn xăng” của xe.

Nói chung, để tạo nên một mẫu xe có thông số tiêu thụ nhiên liệu tốt, nhà sản xuất phải hoàn thiện nhiều yếu tố chứ không chỉ tập trung vào kết cấu động cơ hay dung tích xy-lanh.

Điều quan trọng nhất ảnh hưởng tới tiết kiệm nhiên liệu là phong cách lái xe. Lên xuống chân ga đều và hạn chế phanh khi không cần thiết sẽ giúp xe tiết kiệm nhiên liệu đáng kể.