Tiểu luận Tìm hiểu động cơ turbo tăng áp của mẫu xe Hyundai

Phần I:Giới Thiệu Đề Tài 1.Tính cấp thiết của đề tài - Cùng với sự ra đời và phát triển của động cơ Turbo tăng áp, hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ Turbo tăng áp cũng ngày càn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANG

KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

TPHCM

Mục Lục

Mục Lục ……… 4

Mở Đầu………7

Phần I : Giới thiệu đề tài 1.Tính cấp thiết đề tài……… 8

2.Ý nghĩa đề tài………8

3.Mục tiêu của đề tài………9

Phần II: Nội Dung đề tài Chương 1:Tổng quan về động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai 1.1Turbo tăng áp là gì……… 10

1.2 Lịch sử phát triển động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai…10 1.3 Đặc điểm của động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai……….11

1.4 Phân loại các động cơ tăng áp……… 12

1.4.1 Tăng áp cho động cơ xăng……….….13

1.4.2 Tăng áp cho động cơ diesel……… … 14

1.4.3 Tăng áp bằng tuabin khí……… 15

1.5 Mục đích tăng áp………15

1.6 Các phương pháp tăng áp………16

1.6.1 Tăng áp nhờ máy nén………17

1.6.1.1 Tăng áp cơ khí……….18

1.6.1.2 Tăng áp tua bin khí………18

1.7 Ưu điểm của động cơ Turbo tăng áp ……… 19

1.8 Nhược điểm của động cơ Turbo tăng áp……… 20

Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai

2.1 Cấu tạo của động cơ Turbo tăng áp………21

2.2 Nguyên lý hoạt động……… 24

2.3 Kết cấu của hệ thống tăng áp nhờ tua bin- máy nén…………26

2.3.1 Máy nén li tâm……….26

2.3.2 Tuabin………28

CHƯƠNG 3: Quy trình kiểm tra và sửa chữa động cơ tăng áp Turbo trên mẫu xe Huyndai 3.1 Hư hỏng và biện pháp khắc phục……….29

3.1.1 Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn………30

3.1.2 Có tiếng ồn bất thường……… 31

3.1.3 Tiêu hao dầu lớn và khói xanh ………32

3.2 Phân tích các hư hỏng và biện pháp khắc phục………33

3.2.1 Bôi trơn không đầy đủ ………35

3.2.2 Dầu bị ô nhiễm………35

3.2.3 Rò rỉ dầu ở turbo tăng áp………36

3.2.4 Do các yếu tố bên ngoài……….37

3.2.5 Nhiệt độ turbo tăng quá cao……….37

3.3 Kiểm tra và sửa chữa hệ thống tăng áp của động cơ…………38

3.3.1 Kiểm tra bên ngoai………39

3.3.2 Kiểm tra hệ thống nạp………41

3.3.3 Kiểm tra hệ thống thải……… 42

3.4 Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp………44

KẾT LUẬN ……… 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO………46

Mở Đầu

Cùng với sự phát triển của ngành điện tử thì trong ngành công nghệ ô

tô cũng có những thay đổi mạnh mẽ hàng loạt các linh kiện bán dẩn, thiết bị điện tử được trang bị trên động cơ ô tô nhằm mục đích giúp tăng công suất của động cơ giảm suất tiêu hao nhiên liệu, đặc biệt là giảm được mức ô nhiễm môi trường do khí thải tạo ra, và hàng loạt các ưu điểm khác nhau mà động cơ đốt trong hiện đại đã đem lại cho công nghệ chế tạo ô tô hiện nay

Với việc khảo sát cụ thể về động cơ Turbo tăng áp trên hãng xe Hyndai

đã giúp cho em có cái nhìn tổng quan hơn về các vấn đề này.Trong quá trình học tập và mày mò tìm kiếm, em đã tìm hiểu tài liệu và các kiến thức tổng quan nhất về các động cơ Turbo tăng áp hãng xe HUYNDAI qua đó đây cũng là đề tài tiểu luận cuối kì với mong muốn sẽ bổ sung và tìm hiểu sâu hơn về những kiến thức về động cơ này

Do kiến thức còn nhiều hạn chế,kinh nghiệm chưa nhiều tài liệu tham khảo còn ít nên bài tiểu luận giữa kì của em không tranh nhưng sai sót kinh mong thầy chỉ bảo để bài tiểu luận của em được hoan thiện hơn

Cuối cùng,em xin gửi lời cảm ơn đến thầy ThS.Đoàn Thanh Sơn và các thầy trong khoa công nghệ kỹ thuật ô tô đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Phần I:Giới Thiệu Đề Tài

1.Tính cấp thiết của đề tài

- Cùng với sự ra đời và phát triển của động cơ Turbo tăng áp, hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ Turbo tăng áp cũng ngày càng phát triển để đảm bảo yêu cầu về được nhiều nhiên liệu và không khí hơn bằng cách nén chúng nhiều hơn vào trong các xilanh,tăng sức mạnh cho động cơ trong khi không tăng số lượng xi lanh cũng như dung tích, điều này dẫn đến ít tiêu hao nhiên liệu hơn Suốt thời gian qua, các hệ thống nhiên liệu trong xe hiện nay

đã thay đổi rất nhiều, những yêu cầu cho nó ngày càng khắt khe hơn Cùng với

sự phát triển đó hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ Turbo cũng ngày càng phức tạp hóa hơn, để đảm bảo động cơ hoạt động một cách hiệu quả nhất Tuy hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ turbo ngày càng phát triển do cấu tạo phức tạp nên khi xảy ra hơi hỏng hệ thống này đã gây ra không ít khó khăn cho người tiêu dùng, họ không thể tự khắc phục được sự cố mà phải mang xe vào garage, nhờ các kỹ thuật viên dùng máy đọc lỗi để xác định nguyên nhân Chính vì sự bất tiện đó mà người tiêu dùng luôn quan tâm đến chất lượng xe của mình, tìm hiểu thật kỹ xuất xứ và hãng xe sản xuất, họ lựa chọn hãng xe có uy tín để hạn chế được những rủi ro có thể xảy ra, và hãng xe Hyundai là một trong những hãng xe được người tiêu dùng lựa chọn đầu tiên

- Và đó cũng là lý do em chon đề “Nghiên cứu về độgn cơ Turbo tăng áp trên xe Hyundai ” để biết được những điểm khác biệt giữa xe của hãng

HUYNDAI và các hãng mà e từng được học và đây cũng là đề tài để làm đề tài tiểu luận tốt ngiệp

2.Ý nghĩa đề tài

- Giúp em hiểu rõ hơn cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống động

cơ Turbo tăng áp trên xe Hyundai

- Giúp em biết được ưu nhược điểum của động cơ, giúp em tiết kiệm đƣợc rất nhiều thời gian trong việc kiểm tra mà không biết nguyên nhân hư hỏng, từ đó đoán ra cách kiểm tra, sửa chữa động cơ xăng phù hợp

- Vận dụng những kiến thức đó để khắc phục những hạn chế vẫn còn tồn tại của động Turbo tăng áp, tìm ra giải pháp khắc phục để hệ thống của động cơ turbo tăng áp trên xe Hyundai ngày càng hoàn thiện hơn, được nhiều người tiêu dùng tin cậy, để hãng xe Huyndai ngày càng phát triển

3.Mục tiêu của đề tài

- Tìm hiểu về yêu cầu, nhiệm vụ chung của động cơ Turbo tăng áp

- Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của hệ thống Turbo tăng áp và cấu tạo, nguyên lý làm việc của từng bộ phận trong động cơ Turbo trên xe Hyundai

- Phân tích được nguyên nhân hư hỏng từ đó được ra phương pháp kiểm tra, sửa chữa đồng thời đưa ra các giải pháp kiến nghị để hệ thống nhiên liệu động cơ xăng trên xe Hyundai hoạt động tốt hơn

Phần II: Nội Dung đề tài Chương 1:Tổng quan về động cơ Turbo tăng áp trên xe

cơ tăng áp) có thể tạo ra công suất tương đương với động cơ hút khí tự nhiên có dung tích xi lanh lớn gấp đôi

1.2 Lịch sử phát triển động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai

-Vào cuối thể kỉ 19, kĩ sư người Thụy Sĩ Alfred Büchi (1879-1959) đã được cấp bằng sáng chế kĩ thuật khi đưa ta ý tưởng về một máy nén khí đưa không khí vào bên trong buồng đốt của động cơ (1885)

-Nhưng phải đến 20 năm sau, hệ thống này mới được hiện thực hóa trên những mẫu máy bay chiến đấu

1.3 Đặc điểm của động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai

-Động cơ tăng áp giúp nhà sản xuất không chỉ tiết kiệm được chi phí sản xuất, nguyên vật liệu, cắt giảm trọng lượng mà còn giúp cho động cơ hoạt động

với hiệu suất vượt trội so với loại hút khí tự nhiên Quan niệm về một mẫu xe với động cơ có dung tích và số lượng xi lanh lớn thì sức mạnh sẽ tỉ lệ thuận theo

đã không còn sự chính xác tuyệt đối

Động cơ Ecoboost 1.0 lít trên Ford Fiesta

-Nhờ hiệu quả cao, động cơ tăng áp turbo nhanh chóng được “phổ thông hóa” và ứng dụng rộng rãi Năm 2012, Ford giới thiệu động cơ EcoBoost 3 xi lanh 1.0 lít và ngay lập tức đoạt giải thưởng động cơ của năm Đây cũng là loại động cơ được trang bị trên mẫu Fiesta Ecoboost tại Việt Nam

-Ngoài ra trên thị trường Việt Nam, những hãng xe như BMW, Benz, Audi cũng đang ứng dụng rộng rãi động cơ tăng áp cho nhiều mẫu xe Cụ thể, BMW đang chuyển dần sang động cơ tăng áp cho dòng 3-Series và 5-

Mercedes-Series, Mercedes-Benz với hầu hết những mẫu CLA-Class và những mẫu

AMG, hay những mẫu xe như Audi A1, A3 đều có hệ thống turbo

-Trong tương lai, sẽ ngày càng nhiều mẫu xe chuyển đổi sang sử dụng động

cơ tăng áp và không loại trừ khả năng động cơ hút khí tự nhiên sẽ bị xóa sổ vĩnh viễn

1.4 Phân loại các động cơ tăng áp

1.4.1 Tăng áp cho động cơ xăng

-Động cơ 4 kì làm việc theo nguyên lí đốt cháy cưỡng bức có khả năng sử dụng trong thực tế xuất hiện vào những năm 1876 Năm 1885 Gottlieb Deimler

(tiền thẩn hãng ôtô Mercedes Benz) đã có đăng kí phát minh số DRP 34.926 về tăng áp cho động cơ cháy cưỡng bức Theo bản vẽ và sự mô phỏng trong đăng

kí phát minh có thể thấy rõ hộp trục khuỷu được sử dụng như một máy nén – như trong động cơ hai kì quét nhờ hộp trục khuỷu Khi piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên không khí hoặc hỗn hợp được hút vào hộp trục khuỷu, hành trình ngược lại của piston sẽ là hành trình nén không khí hoặc hỗn hợp trong hộp trục khuỷu, không khí hoặc hỗn hợp chịu nén sẽ đẩy vào xilanh qua một van đặt trong đỉnh piston khi áp suất trong hộp trục khuỷu thắng sức căng của lò xo van Quá trình nạp vào xilanh chia làm 3 giai đoạn:

1- Cuối quá trình giãn nở khí ở hộp trục khuỷu tràn vào xilanh đẩy khí cháy ra ngoài

2- Quá trình nạp bình thường

3- Quá trình nạp thêm vào xilanh ở cuối quá trình nạp

- Phát minh chỉ phù hợp với trình độ kĩ thuật thời kì đầu số vòng quay động cơ khoảng 150÷160 vg/ph Với thành công này người ta dự định áp dụng thành công này cho động cơ có số vòng cao hơn từ 500÷600 vg/ph song vì tổn thất dòng chảy qua van quá lớn nên hàm lượng khí nạp vào động cơ không đáng kể -Với nguyên lí tăng áp tương tự Wilhelm Maybach đã thiết kế động cơ chữ V cho hãng Deimler nhưng do công suất tăng lên không đáng kể nên hãng

Deimler sau đó đã từ bỏ phương án này Có lẽ vì kết quả không mấy khả quan ở kết quả đầu tiên nên phải sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất, hãng Deimler mới khôi phục lại các thí nghiệm về tăng áp cho động cơ ô tô sau khi thu được hàng loạt kinh nghiệm trong tăng áp cơ khí cho động cơ máy bay, xe đua

1.4.2 Tăng áp cho động cơ diesel

-Ngay trong thời kì hoàn thiện phát minh về động cơ diesel Rudolf Diesel đã

đề cập vấn đề tăng áp cho nó Năm 1896 ông đã bổ sung vào đăng kí phát minh

số 67207 về khả năng thực hiện nén nhiều cấp trong động cơ 1 xilanh bằng cách

bố trí thêm một bơm nén trước đường nạp, phát minh đăng kí dưới tên DRP 95.680 Kết quả thí nghiệm của Rudolf Diesel được trình bày ở bảng 1.1

-Nhờ kết quả này mà năm 1929 lại suất hiện động cơ tăng áp bằng hộp trục khuỷu khác của hãng Werkspoor lắp trên tàu chở dầu “Megava” của tập đoàn dầu mỏ Anglo Saxon

-Động cơ diesel ngày nay có nhu cầu tăng áp rất lớn và được áp dunhj với hầu hết các hình thức tăng áp cũng như tổ hợp của nhiều hình thức tăng áp Thành

tựu tăng áp cho động cơ diesel là thành tựu tăng áp đáng kể cho ĐCĐT

Thông số kỹ thuật Có bơm tăng áp Không có bơm tăng áp

Áp suất chỉ thị pi 9,6÷10,6 kG/cm2 6,5÷7 kG/cm2

Hiệu suất chỉ thị ηi 21% 31%

Hiệu suất cơ giới

ηm

Hiệu suất có ích ηe 15,7% 24,2%

Suất tiêu hao nhiên

từ môi trường va nén tới áp suất 3÷4 kG/cm2, khí xả sau khi ra khỏi động cơ áp suất khoảng 16 kG/cm2 được giãn nở tiếp và sinh công trong tuabin

-Với kết cấu này Alfed Buchi hi vọng là công tổn thất do giãn nở không hoàn toàn trong xilanh của động cơ sẽ được thu hồi trong tuabin Tuy vậy, điều

hi vọng của Alfed Buchi đều bị tan vỡ bởi hai lí do: thứ nhất là do công cho quá trình xả quá cao trong khi công sinh bởi tuabin lại bị tiêu phí; thứ hai là do áp suất trên đường thải quá lớn lên làm cho lượng khí sót trong xilanh quá lớn dẫn đến giảm lượng khí nạp

-Từ năm 1911 đến 1914 Alfed Buchi đã xây dựng thiết bị và thực hiện hàng loạt thí nghiệm ở hãng Sulzer tại Winterthur để tìm các nhân tố khác nhau ảnh hưởng đến đặc tính của động cơ đốt trong được tăng áp Ở thí nghiệm này, Alfed Buchi đã bố trí dẫn động máy nén từ thiết bị bên ngoài và khí xả của động

cơ được đưa đến sinh công trong tuabin Qua kết quả của thử nghiệm trên Alfed Buchi đã đưa ra nhận định là để tạo điều kiện cho việc quét buồng sạch cháy, áp

suất khí tăng áp phải lớn hơn áp suất khí xả vào tuabin và phải sử dụng góc trùng điệp xupap của động cơ đốt trong hợp li

-Với kết luận trên Alfed Buchi đã đăng kí phát minh tại Đức số 454107, song vì gặp phải chiến tranh thế giới lần thứ nhất nên mọi dự định của ông đều không thực hiện được

-Năm 1923, BỘ Giao thông Đức đã đưa 2 hợp đồng để đóng tàu vận tải khách, mỗi động cơ được trang bị 2 động cơ 4 kì 10 xilanh theo mẫu của MAN Nhờ thực hiện tăng áp theo nguyên lí của Buchi cho phép tăng công suất từ

1750 mã lực lên 2500 mã lực Một đặc điểm khác ở đây là trên ống xả có lắp bướm chuyển dòng để có thể không cho khí xả đi qua tuabin Vây là động cơ có thể làm việc với tăng áp hoặc không tăng áp Đây chính là thành công đầu tiên

về tăng áp của tuabin khí

-Năm 1926 Buchi đã thực hiện thí nghiệm về tăng áp theo phát minh trên

ở nhà máy đóng tàu hỏa tại Winterthur, Thụy Sĩ

-Hệ thống tăng áp này được hãng BBC Baden thiết kế và chế tạo bao gồm

có 1 tuabin hướng trục và 1 máy nén li tâm 2 cấp

-Các thí nghiệm trên đã thành công công suất động cơ tăng lên 50% một cách dễ dàng và trong thời gian ngắn có thể tăng lên 100% Kết quả trên được ứng dụng trên hàng loạt hãng sản xuất động cơ, trong quá trình phát triển người

ta càn làm cho ống xả không chỉ hẹp hơn mà còn ngắn hơn, do đó bộ tăng áp ngày càng lắp gần động cơ hơn

1.5 Mục đích tăng áp

-Nhằm mục đích tăng công suất động cơ người ta phải tìm cách tăng khối lượng nhiên liệu cháy ở trên một đơn vị dung tích xilanh trong một đơn vị thời gian, tức là tăng khối lượng nhiệt tỏa ra trong một không gian và thời gian cho trước Trong nguyên lí động cơ đã cho quan hệ giữa công suất có ích và các thông số khác nhau như:

Trong đó:

Vh – dung tích của một xilanh;

nv – hệ số nạp;

pl – khối lượng riêng của khí nạp mới;

QH – nhiệt trị thấp nhất của nhiên liệu;

Mo – lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị nhiên liệu;

n - số vòng quay của động cơ;

t – số kì của động cơ;

i – số xi lanh của đông cơ

-Chúng ta biết rằng QH, Mo phụ thuộc vào loại nhiên liệu nên thay đổi không nhiều.Trong nghiên cứu và phát triển hiệu suất chỉ thị cũng như cơ giới luôn đạt cực đại, không thể đạt cao hơn

-Vậy muốn tăng công suất người ta phải tăng khối lượng nhiên liệu đốt cháy trong một đơn vị thời gian bằng cách thay đổi các thông số còn lại như sau:

- Tăng số chu trình trong một đơn vị bằng cách tăng số vòng quay n của động cơ Khi tăng số vòng quay của động cơ sẽ gây khó khăn cho việc thực hiện quá trình cháy Tác hại hơn nữa là làm cho tốc độ trược trung bình của piston tăng lên dẫn đến làm tăng tổn thất ma sát, mài mòn của các chi tiểt của nó và tăng lực quán tính

- Thay đổi số kì từ 4 kì thành 2 kì Nhờ tỉ số của kì sinh công so với vòng quay của động cơ 2 kì gấp đôi động cơ 4 kì nên có thể tăng nhiệt lượng giải phóng trong một đơn vị thời gian, song cho đến nay quá trình thay đổi khí của động cơ 2 kì chưa hoàn chỉnh nên sinh ra tổn thất lớn và ô nhiễm năng Tuy vậy, trong xu thế phát triển nhằm hoàn thiện quá trình quét thải, phun xăng trực tiếp động cơ 2 kì có tiềm năng phát triển lớn

- Tăng dung tích công tác Vh hoặc số xilanh i sẽ kéo theo kích thước, thể tích, trọng lượng của động cơ tăng

- Tăng khối lượng không khí nạp vào xilanh bằng cách tăng khối lượng riêng của không khí pk Muốn vậy phải tiến hành nén môi chất nạp trước khi đưa vào xilanh, tức là tăng áp suất của môi chất nạp Do khối lượng không khí được nạp vào xilanh tăng nên người ta tăng thêm nhiên liệu để đốt cháy trong dung tích đó Như vây, cho ta tăng khả năng tăng lượng nhiệt phát ra trong dung tích cho trước Biện pháp làm tăng khối lượng riêng của môi chất trước khi nạp vào động cơ bằng cách tăng áp suất của nó được gọi là tăng áp

-Mục đích cơ bản của tăng áp là làm cho công suất của nó tăng lên nhưng đồng thởi tăng áp cho phép cải thiện một số chỉ tiêu sau:

- Giảm thể tích toàn bộ của ĐCĐT ứng với một đơn vị công suất

- Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất

- Giảm gía thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất

- Hiệu suất của động cơ tăng đặc biệt là khi tăng áp tuabin khí, do đó suất tiêu hao nhiên liệu giảm

- Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại

-Giảm độ ồn của động cơ

1.6.1.1 Tăng áp cơ khí

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí

1 Động cơ đốt trong; 2 Bánh răng truyền động;3 Máy nén; 4 Đường nạp;

5 Thiết bị làm mát

-Các loại máy nén được sử dụng trong phương pháp tăng áp cơ khí có thể là máy nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt li tâm, hoặc quạt hướng trục, được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ

Công suất của động cơ đốt trong được xác định theo công thức sau:

Ne = Ni - Nm - Nk Trong đó:

Ne: Công suất có ích được lấy từ trục khuỷu động cơ ;

Ni: Công suất chỉ thị ;

Nm: Công suất tổn thất cơ giới của bản thân động cơ ;

Nk: Công suất để dẫn động máy nén

-Công suất có ich được lấy ra từ trục khuỷu động cơ Ne có được từ công suất chỉ thị Ni sau khi bị khấu trừ đi tổn thất cơ giới của bản thân động

cơ Nm và công suất Nk để dẫn động máy nén (MN)

-Công suất dẫn động MN chỉ phụ thuộc vào số vòng quay của nó, vì vậy nếu động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ thì số phần trăm công suất tổn thất cho việc dẫn động máy nén tăng lên, làm giảm mạnh hiệu suất tổng của động cơ đốt trong

-Công suất dẫn động máy nén tăng nhanh hơn mức độ tăng áp suất chỉ thị pi, vì vậy khi sử dụng tăng áp dẫn động cơ khí sẽ làm cho hiệu suất động

cơ giảm khi áp suất tăng áp tăng Chính vì vậy, phương pháp tăng áp dẫn động cơ khí chỉ được áp dụng ở những mục đích cần thiết và áp suất tăng

áp pk nhỏ hơn hoặc bằng 1,6 kG/cm2, nếu pk lớn hơn 1,6 kG/cm2 thì Nk sẽ lớn hơn 10%Ne

-Với phương pháp tăng áp cơ giới, chất lượng khởi động và tăng tốc động cơ tốt, vì lượng không khí cấp cho động cơ trong một chu trình phụ thuộc vào tốc độ trục khuỷu mà không phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải Tuy nhiên, đối với tăng áp cơ giới, năng lượng tiêu hao để dẫn động máy nén tăng lên, nên làm giảm hiệu suất, làm giảm tính kinh tế của động cơ

1.6.1.2 Tăng áp tua bin khí

-Tăng áp bằng tuabin (TB) khí là phương án tăng áp dùng TB làm việc nhờ năng lượng khí xả của động cơ đốt trong để dẫn động MN Khí xả của động cơ đốt trong có áp suất và nhiệt độ rất cao nên nhiệt năng của nó tương đối lớn Muốn khí thải phát sinh công nó phải được giãn nở trong một thiết bị để tạo ra công cơ học Nếu để nó giãn nở trong xilanh của động

cơ đốt trong thì dung tích của xilanh sẽ rất lớn, làm cho kích thước của động cơ đốt trong quá lớn và nặng nề

-Điều này mặc dù làm tăng hiệu suất nhiệt nhưng tính hiệu quả được đánh giá bằng giá trị áp suất trung bình sẽ rất nhỏ Để tận dụng tốt năng lượng khí xả, người ta cho nó giãn nở đến áp suất môi trường và sinh công trong cánh của TB Thực tế đã chứng minh được rằng khí xả của động cơ đốt trong ở tất cả mọi chế độ sử dụng trong thực tế bảo đảm được những điều kiện sau:

-Năng lượng đủ cao để có thể sử dụng một phần cho giãn nở trong

TB và sinh công cơ khí

-Nhiệt độ không quá cao nên có thể tránh được việc hư hỏng các chi tiết của TB

-TB khí có thể dẫn động Máy nén ly tâm hoặc chiều trục mà không tạo ra sức cản quá lớn trên đường xả của động cơ đốt trong Trong động cơ diesel, khoảng 35 ÷ 40% năng lượng của nhiên liệu bị mất do theo dòng khí

xả ra bên ngoài Trong khi đó người ta có thể tận dụng một phần của nguồn năng lượng này vì rằng:

+ Nếu giả thiết chu trình xảy ra trong động cơ đốt trong là chu trình Cacno thì một phần của nguồn năng lượng khí xả ( khoảng một nửa ) được thải ra cho môi trường xung quanh Nếu coi năng lượng do khí thải mang ra khỏi động cơ chiếm 40% tổng lượng do nhiên liệu phát ra thì phần năng lượng thải ra cho môi trường là 20%

+ Khoảng một phần tư ( 10% ) nguồn năng lượng do khí thải mang đi bị mất mát do ma sát, tiết lưu vì không thể thải ra ngoài với áp suất

và nhiệt độ môi trường

-Như vậy, còn có thể tận dụng được khoảng 10% năng lượng của nhiện liệu phát ra chứa trong khí xả Người ta thấy rằng trong tất cả các lĩnh vực

sử dụng khác nhau của động cơ đốt trong, phụ thuộc vào tỷ số tăng áp

p1/p0, năng lượng thực tế để nén môi chất nạp chỉ nằm trong khoảng 1 ÷ 3,5 số năng lượng do nhiên liệu phát ra Như vậy, dòng nẳng lượng khí xả sau khi trừ đi mọi tổn thất như tiết lưu, ma sát… thì sẽ còn lại vẫn đủ cho việc nén khí nạp – thực hiện việc tăng áp cho động cơ đốt trong

-Thông thường người ta sử dụng TB- MN lắp trên cùng một trục với số vòng quay 15.000 ÷ 60.000 vg/ph nhưng trong một số trường hợp có thể đạt

từ 270.000 ÷ 280.000 vg/ph ( dùng cho động cơ tăng áp lắp trên xe môtô với TB, MN có đường kính 34mm cho động cơ diesel cỡ nhỏ lắp trên xe du lịch) hoặc cao hơn

Hình 1.3 Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp bằng Tuabin biến áp

*Các loại TB làm việc theo các nguyên lý và kết cấu khác nhau, ví dụ:

- Theo hướng của dòng chảy phân ra TB hướng kính hoặc hướng trục

- Theo nguyên lý sử dụng năng lượng của dòng khí xả vào có thể chia ra TB biến áp, Tuabin tăng áp, Tuabin bảo toàn xung…

-TB biến áp hay còn gọi là TB xung là TB có áp suất khí vào thay đổi, còn TB đẳng áp là TB có áp suất khí vào không thay đổi

-Ở TB biến áp, khí thải sau khi ra khỏi động cơ được dẫn trực tiếp với TB bằng các đường ống có dung tích nhỏ tận dụng động năng của khí

xả để sinh công

-Ngược lại trong TB đẳng áp, khí thải của động cơ đốt trong được thải vào một bình có dung tích tương đối lớn, ở đó nó được giãn nở đến một áp suất nhất định nhưng không sinh công, sau đó được đưa vào TB ở đây

nó được giãn nở tiếp và sinh công

-Nhằm nhiểu rõ bản chất và đánh giá được ưu nhược điểm của phương pháp tăng áp cho động cơ đốt trong bằng TB biến áp và đẳng áp, cần xem xét diễn biến của các chu trinh lý tưởng xảy ra trong động cơ đốt trong và TB-MN nén khí coi chúng nằm trong một thể thống nhất, tức là xem giữa

1.8 Nhược điểm của động cơ Turbo tăng áp

*Động cơ tăng áp không phù hợp với những siêu xe hay siêu Xe thể thao

do có độ trễ khi tăng tốc so với động cơ nạp khí tự nhiên

*Uy lực từ tiếng pô của xe trang bị động cơ tăng áp kém hơn so với động

cơ nạp khí tự nhiên do khí xả sau quá trình đốt cháy mất đi một phần qua bộ tăng áp trong khi động cơ nạp khí tự nhiên được khí xả được đưa thẳng ra pô xe

Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai

2.1 Cấu tạo của động cơ Turbo tăng áp

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo turbo tăng áp

-Turbo tăng áp bao gồm khoang tuabin, khoang nén khí, khoang trung tâm, cánh TB, cánh nén khí, các ổ trục tự lực hoàn toàn, van cửa xả, bộ chấp hành -Turbo tăng áp được cố định trên đường ống xả khí bằng các bu lông Khí xả

từ các xilanh sẽ làm quay các cách turbin, nó hoạt động theo nguyên lý giống

một động cơ TB khí TB được gắn lên cùng một trục với cánh nén khí, cánh nén khí được đặt giữa bộ lọc khí và đường ống dẫn khí nạp Nhờ cánh nén khí, không khí được nén vào trong các xilanh với áp suất cao

khí dịch chuyển trong cánh tuabin và cánh nén

-Dòng khí xả từ các xilanh thổi ra tạo áp lực lên các cánh TB làm cánh TB quay Càng nhiều khí xả đi qua các cánh tuabin thì cánh TB quay càng nhanh Cánh TB phải chịu được nhiệt và có độ bền cao vì nó tiếp xúc trực tiếp với khí

xả, quay với tốc độ cao và trở nên rất nóng Bởi vậy, nó được làm bằng hợp kim siêu chịu nhiệt hoặc bằng gốm Các cánh TB được làm bằng gốm thường nhẹ hơn các cánh tuabin được làm bằng kim loại phổ biến trong hầu hết các turbo tăng áp Trái lại, chúng lại cho phép các cánh TB quay nhanh hơn, và giảm được độ trễ tác dụng

-Mặt khác trên một đầu còn lại của trục TB, cánh nén khí được gắn vào để đẩy không khí vào trong các xilanh Các cánh nén khí là một loại bơm ly tâm, nó hướng dòng không khí từ tâm quay theo biên dạng cánh hướng ra ngoài

-Để có thể tăng tốc độ quay lến đến 150.000 vòng/phút, trục của tuabin được

đỡ bởi một ô bi đặc biệt Hầu hết các ổ bi đều bị quá hủy ở tốc độ như thế, cho hầu hết các turbin tăng áp đều sử dụng loại ổ đỡ chất lỏng Loại ổ bi này đỡ lấy trục TB bằng một lớp dầu cực mỏng Điều này đạt được hai mục đích: trục quay của tuabin được làm mát và nó cho phép trục quay với lực cản ma sát thấp… -Van điều chỉnh áp suất được lắp trong khoang TB Khi van này mở thì một phần khí xả sẽ đi tắt qua ống xả, nhờ thế mà giữ ổn định cho áp suất nạp, khi áp suất nạp đạt đến trị số đã định (khoảng 0,7 kg/cm2) Việc đóng mở van được kiểm soát bởi bộ điều chỉnh áp suất

-Một trong những vấn đề chính đối với turbo tăng áp đó là chúng không làm tăng công suất ngay lập tức khi bạn đạp ga Phải mất khoảng vài giây đồng hồ

để turbo tăng vận tốc trước khi tác dụng khuyếch đại công suất Kết quả là một

độ trễ xuất hiện khi bạn đạp ga và sau đó chiếc xe bất thình lình chồm lên khi turbo bắt đầu làm việc

-Một cách để làm giảm độ trễ tác dụng của turbo là giảm tác dụng quán tính của các bộ phận quay, chính là làm giảm trọng lượng bản thân của chúng Điều này cho phép cánh turbin và cánh nén khí có thể tăng tốc rất nhanh và hỗ trợ tăng cường công suất cho động cơ sớm hơn Một cách chắc chắn để giảm độ quán tính của cánh TB và cánh nén khí là chế tạo chúng có kích thước nhỏ hơn Một turbo có kích thước nhỏ hơn sẽ tác dụng giúp tăng cường công suất cho động cơ nhanh hơn ở tốc độ động cơ thấp nhưng có thể không có tác dụng tăng công suất ở tốc độ động cơ cao khi một lượng lớn khí nạp được nén vào trong động cơ Nó cũng nguy hiểm hơn khi tốc độ quay của TB quá nhanh ở tốc độ động cơ cao khi có nhiều khí xả đi qua các cánh tuabin

-Các turbo tăng áp có kích thước lớn hơn có thể giúp tăng công suất động cơ nhiều hơn ở tốc độ cao nhưng lại sinh ra một độ trễ tác dụng rất lớn bởi vì nó mất nhiều thời gian hơn để tăng tốc độ quay của cánh turbin và cánh nén khí do chúng nặng hơn Để khắc phục được hạn chế này, người ta đã chế tạo một số bộ phận đặc biệt đi kèm với nó Hầu hết các động cơ có gắn turbo tăng áp để có một mức hao phí nhất định, điều này bắt buộc phải sử dụng một turbo tăng áp nhỏ hơn để giảm độ trễ trong khi ngăn nó khỏi quay quá nhanh ở tốc độ động cơ cao Để ngăn hao tổn, trong turbo bố trí một van đặc biệt cho phép khí xả đi tắt qua các cánh turbin Van này có độ nhạy lớn với sự tăng áp đột ngột Nếu áp suất tăng lên quá cao, nó có thể xác nhận rằng TB quay quá nhanh và mở ra cho phép một lượng khí xả đi vòng qua cánh TB và làm giảm tốc độ TB

Hình 2.3 Ổ bi cầu đỡ trục

-Một số turbo tăng áp sử dụng vòng bi cầu thay vì sử dụng loại ổ đệm chất lỏng để đỡ lấy trục của TB Nhưng chúng không phải là loại ổ bi cầu thông thường, chúng là các ổ bi tự lựa có độ chinh xác rất cao được làm từ loại vật liệu cao cấp để có thể chịu được tốc độ quay và nhiệt độ sinh ra từ các turbo tăng áp Chúng cho phép các trục tuabin có thể quay với lực ma sát sinh ra thấp hơn các loại ổ đỡ chất lỏng được sử dụng trong hầu hết các turbo tăng áp

Chúng cho phép các trục có trọng lượng nhẹ hơn và quay chậm hơn có thể làm việc hiệu quả Đây là điều giúp các turbo tăng áp có thể tăng tốc nhanh hơn, giảm được độ trễ đến mức thấp hơn

2.2 Nguyên lý hoạt động

-Khi động cơ làm việc, tại kì xả dòng khí xả từ các xilanh thổi ra tạo áp lực lên các cánh tuabin làm cánh tuabin quay Lúc này máy nén do tuabin dẫn động được quay cùng tốc độ của tuabin nhờ trục, hút không khí từ ngoài môi trường xung quanh qua bầu lọc vào máy nén qua cửa nạp Dòng khí đi tới miệng ra của bánh công tác, dưới tác dụng của lực ly tâm của chuyển động quay, dòng khí đi

ra miệng ra của bánh với một tốc độ lớn, đồng thời tạo nên hiện tượng chân không cục bộ tại cửa vào gây tác dụng hút không khí phía trước cửa đi vào bánh tạo ra dòng chảy liên tục trong rãnh cánh Sau đó dòng khí được dẫn qua vành tăng áp Tại đây động năng của không khí được chuyển thành áp năng, làm cho

áp suất của khòng khí tăng lên và tốc độ giảm xuống Nhờ đó, sau khi đi qua bộ tuabin tăng áp, không khí đã được nén sơ bộ trước khi đi vào xilanh động cơ -Do động cơ làm việc liên tục tubin sẽ cung cấp lượng khí và nhiên liệu thích hợp để đưa vào động cơ Áp suất trong buồng cháy sẽ tăng nên khí động cơ tăng tốc và có tải