Khám phá bí ẩn của động cơ tăng áp xe Lexus

Bắt đầu với chiếc NX200t 2015, Lexus đã áp dụng turbo tăng áp cho động cơ, giúp cho động cơ nhỏ hơn, nhẹ hơn, công suất lớn hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn.

Trong chuyến hành trình Lexus Amazing Experience 2016 mới đây, Lexus đã phô diễn và nhấn mạnh tới dàn xe động cơ turbo tăng áp 2.0L, bên cạnh hai mẫu ES350 và GS350. Và quả thực, dàn xe động cơ tăng áp đã gây ấn tượng khá mạnh với nhóm phóng viên chúng tôi trên cả trường đua HappyLand và hành trình dài gần 700 km từ TP. Hồ Chí Minh – Nha Trang.

Cùng với các tiện ích của động cơ turbo tăng áp, việc tiêu chuẩn CAFE năm 2025 với yêu cầu tiết kiệm nhiên liệu ở mức 54,5 mpg (khoảng 4,3 lít/100 km) khiến cho yêu cầu phát triển động cơ turbo tăng áp trở nên cấp thiết.

Nguyên lý hoạt động của turbo tăng áp

Turbo tăng áp sử dụng khí thải từ quá trình đốt cháy để quay bánh tuabin bên trong bộ tăng áp. Bánh tuabin được đặt trong dòng khí thải động cơ và khi luồng khí thải từ mỗi xilanh được đẩy ra ngoài, chúng tiếp xúc với bánh tuabin và đẩy bánh tua bin xoay chiều. Bên trong bộ tăng áp, bánh tua bin được kết nối qua một trục đến bánh máy nén được tách biệt ở bên phía đường ống nạp.

Khi bánh máy nén được quay (do bánh tua bin quay), không khí đi vào được nén trong buồng nạp và tạo áp suất cao hơn áp suất khí quyển, giúp động cơ turbo tăng áp nạp được nhiều không khí hơn so với động cơ khí nạp tự nhiên bằng áp suất khí quyển, từ đó nâng cao hiệu quả đốt cháy, tăng sức mạnh động cơ và giảm tiêu hao nhiên liệu.

3 kiểu turbo tăng áp phổ biến

Hiện trên thị trường có 3 kiểu turbo tăng áp là turbo tăng áp đơn/kép, turbo tăng áp biến thiên và turbo tăng áp cuộn đôi.

Động cơ turbo tăng áp cuộn đôi của xe Lexus

Turbo tăng áp đơn để tăng công suất nhưng có độ trễ do bộ turbo tăng áp cần thời gian để tạo ra áp lực trên đường ống nạp, bộ turbo càng lớn thì độ trễ càng cao. Để khắc phục hiện tượng này, người ta sử dụng 2 bộ turbo tăng áp, bộ nhỏ hơn sẽ hoạt động nhanh chóng ở dải tốc độ động cơ thấp và bộ còn lại ở tốc độ cao. Cách kết hợp này gọi là tăng áp tuần tự, đã được áp dụng trên xe thể thao Toyota Supra nhưng chưa áp dụng trên xe Lexus.

Turbo tăng áp biến thiên có tác dụng tương tự như một hệ thống tăng áp tuần tự, nhưng chỉ cần sử dụng một turbo tăng áp đơn, bên trong có các tấm hoặc cánh dẫn hướng dòng khí thải vào trong bộ turbo. Những cánh dẫn được đặt trước bánh tuabin và có thể điều chỉnh để thay đổi lưu lượng khí thải tác động vào bánh tuabin.

Ở tốc độ động cơ thấp, bánh tuabin cần khởi động một cách nhanh chóng để giảm độ trễ, vì vậy các cánh dẫn được điều chỉnh để đóng kín hơn, tạo ra một áp lực cao trở lại trong hệ thống ống xả làm tăng vận tốc của khí thải cho tuabin và hướng dòng khí thải vào cánh tuabin.

Lexus NX200t 2016

Tại tốc độ động cơ cao, các cánh dẫn mở rộng hơn để cho phép một khối lượng lớn khí thải di chuyển qua turbo tăng áp và hướng dòng khí thải vào cánh tuabin. Bằng cách liên tục thay đổi góc của cánh dẫn bên trong turbo tăng áp, động cơ trở nên nhanh nhạy và mạnh mẽ ở mọi dải tốc độ. Turbo tăng áp cuộn đôi đã được phát triển để cung cấp khả năng tăng áp trong suốt các dải tốc độ của động cơ với độ trễ turbo thấp.

Giống như tăng áp biến thiên VGT, turbo tăng áp cuộn đôi được sử dụng để tạo ra khả năng tăng áp trên phạm vi hoạt động rộng với độ trễ thấp, được thực hiện theo hai cách. Đầu tiên, trong trường hợp của một động cơ 4 xi lanh, khí thải từ xi lanh 1 và 4 được tách biệt với khí thải từ xi lanh 2 và 3, nhằm ngăn chặn sự xung đột giữa các dòng khí thải từ các xi lanh khác nhau.

Turbo tăng áp cuộn đôi trên xe RC200t

Khí xả được tách thành 2 dòng riêng biệt đi theo hai đường ống có kích thước và thiết kế khác nhau trước khi đi vào bộ turbo. Một đừng ống lớn để dẫn một lượng lớn khí thải vào turbo tại tốc độ động cơ cao hơn, tạo ra hiệu quả tăng áp ở dải tốc độ cao. Một đường ống nhỏ hơn để sử dụng hiệu quả một lượng nhỏ khí thải tại tốc độ thấp hơn để tạo ra hiệu quả tăng áp ở dải tốc độ thấp. Với mong muốn tạo ra cảm giác lái thú vị với độ trễ thấp, Lexus đã quyết định sử dụng turbo tăng áp cuộn đôi cho loạt động cơ 200t.

Tại Việt Nam, cùng với lợi thế về thuế và ưu việt của động cơ turbo tăng áp, hiện khoảng 70% số xe Lexus RX (mẫu xe chiếm tới trên dưới 60% tổng lượng xe Lexus bán ra thị trường) là mẫu xe động cơ tăng áp RX 200t, còn lại là RX350.

Theo Autobikes.