Model TT SLTên chi tiết Vật liệu Ghi chú ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TURBO TĂNG ÁP TRÊN XE HONDA CR V 1 5G Bản vẽ chi tiết hệ thống turbo tăng áp 1 D 2 3 4 5 6 7 A B.
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG TURBO TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ
Lịch sử phát triển Turbo
Vào cuối thế kỷ 19, kỹ sư người Thụy Sĩ Alfred Büchi (1879-1959) đã được cấp bằng sáng chế cho một ý tưởng máy nén khí đưa thêm không khí vào buồng đốt của động cơ Tuy nhiên, hệ thống này phải mất gần hai mươi năm mới được hiện thực hóa trên các mẫu máy bay chiến đấu Đến năm 1962, General Motors (GM) lần đầu ứng dụng tăng áp turbo cho mẫu Chevrolet Corvair Monza Spyder, nhưng hệ thống này khiến động cơ giảm tuổi thọ rất nhanh nên không được dùng cho xe thương mại và chỉ xuất hiện trên đường đua.
Đến cuối thế kỉ 20, nhờ sự tiến bộ nhanh của công nghệ và sự xuất hiện của các vật liệu mới có độ bền cao, động cơ tăng áp turbo được hồi sinh và trở thành xu hướng quan trọng Nhiều hãng xe đã bắt đầu ứng dụng turbo cho các mẫu xe trên thị trường của mình, điển hình với Rolls-Royce, BMW, Mercedes-Benz và Audi Tuy nhiên, quá trình triển khai vẫn giới hạn ở một số dòng xe cao cấp do chi phí và yêu cầu kỹ thuật đặc thù Xu hướng này cho thấy động cơ tăng áp turbo mang lại sức mạnh và hiệu suất vận hành cao, đồng thời vẫn là yếu tố định hình cho phân khúc xe sang trọng của các hãng xe hàng đầu.
Turbo tăng áp là hệ thống bơm khí cưỡng bức vào buồng đốt, vận hành dựa trên luồng khí xả từ chu kỳ nén trước đó để quay cánh tua-bin Nhờ vậy, không khí được nén vào xi lanh nhiều hơn và lượng nhiên liệu cũng được đưa vào nhiều hơn, giúp mỗi kỳ nổ tạo ra công suất lớn hơn Động cơ tăng áp có thể cho công suất tương đương với động cơ hút khí tự nhiên có dung tích xi lanh gấp đôi nhờ sự nén khí hiệu quả Ngoài tăng công suất, turbo tăng áp còn giúp giảm chi phí sản xuất, tối ưu vật liệu, và giảm trọng lượng đồng thời nâng cao hiệu suất so với động cơ hút khí tự nhiên Quan niệm cho rằng xe có dung tích xi lanh lớn và nhiều xi lanh sẽ mạnh hơn luôn không còn đúng tuyệt đối trong bối cảnh động cơ tăng áp.
Nhờ hiệu quả cao, động cơ tăng áp turbo nhanh chóng được phổ biến và ứng dụng rộng rãi trên nhiều dòng xe 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, chứng tỏ sức mạnh và hiệu quả của công nghệ tăng áp nhỏ gọn Đây cũng là loại động cơ được trang bị trên mẫu Fiesta EcoBoost tại Việt Nam.
Khái quát hệ thống turbo tăng áp
Tăng áp bằng tuabin khí (Turbo) là phương pháp tăng áp cho động cơ đốt trong, trong đó máy nén được dẫn động bởi tuabin tận dụng năng lượng từ khí thải Máy nén và tuabin khí được lắp trên cùng một trục; khí thải từ xi lanh động cơ dẫn tới tuabin khí sinh công trên bánh công tác, làm tuabin quay và truyền động cho máy nén Nhờ đó máy nén nạp khí từ áp suất P0 lên áp suất Pk, nạp khí vào xi lanh động cơ ở áp suất cao Tốc độ quay của máy nén và tuabin phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, và chúng quay đồng bộ để tăng hiệu suất nạp khí và công suất của động cơ.
Khí xả của động cơ có nhiệt độ và áp suất cao nên tích tụ một lượng nhiệt năng đáng kể Để khí xả sinh công, nó phải được giãn nở trong một thiết bị để tạo ra công cơ học; nếu để khí xả giãn nở trong xilanh của động cơ, thể tích xilanh sẽ rất lớn và làm cho kích thước cũng như trọng lượng động cơ trở nên quá lớn Điều này tuy tăng hiệu suất nhiệt nhưng hiệu quả thực tế, 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 các cánh của tua bin.
Hình 1 1: Sơ đồ nguyên lý tăng áp bằng tuabin khí chỉ liên hệ khí thể 1-Máy nén; 2-Thiết bị làm mát; 3-Động cơ; 4-Bình xả; 5-Tuabin
Hình 1 2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng áp trên động cơ
1-Bầu lọc không khí; 2-Bộ làm mát trung gian; 3-Đường ống nạp; 4-Động cơ
;5-Đường ống thảií; 6-Cánh tuabin ; 7- Cánh máy nén
Hình 1 3: Sơ đồ nguyên lý làm việc bộ tuabin tăng áp 1- Vỏ máy nén ; 2- Vỏ tuabin ; 3- Cánh tuabin ; 4- Cánh máy nén
Hình 1 4: Kết cấu bộ tăng áp tuabin khí lắp trên động cơ
1- Bánh công tác máy nén ; 2- Ống lót ; 3- Êcu tự khóa ; 4- Trục quay ; 5- Xéc líp; 6- Vòng chặn ; 7- Vỏ máy nén ; 8- Ổ đỡ ; 9- Vỏ tuabin ; 10- Bu lông
; 11- Vành miệng phun ;12- Vòng bao kín ; 13- Báng công tác tuabin ; 14- Ổ đở ;15- Vòng chặn ; 16- Vỏ giữa ; 17- Bạc hướng trục ; 18- joăng làm kín ; 19- Vòng chặn
- Tăng tính kinh tế của động cơ
Hệ thống tự động điều chỉnh áp suất tăng áp theo phụ tải nhằm tối ưu hóa hiệu suất vận hành Khi phụ tải tăng, áp suất và nhiệt độ trước tuabin tăng lên, làm tăng công suất của tuabin; từ đó máy nén nhận được công suất lớn và tạo ra áp suất Pk phù hợp với phụ tải.
Thiết bị nhỏ gọn, dễ bố trí thiết bị tăng áp do không liên hệ với trục khuỷu
- Động cơ khó khởi động và khi ấy công suất turbin rất bé nên Pk rất bé
Hiệu suất tăng tốc của động cơ kém do hai yếu tố: quán tính nhiệt của động cơ và quán tính khối lượng quay của turbin máy nén Khi tăng tốc, áp suất tăng nhưng không kịp thời, nên quá trình tăng tốc diễn ra chậm lại.
Các loại turbo phổ biến nhất hiện nay
Ngoài tăng áp tubin khí và tăng áp cơ khí hiện nay còn có tăng áp kiểu hổn hợp kết hợp các ưu điểm của hai loại trên
1.2 Các loại turbo phổ biến nhất hiện nay
1.3.1 Động cơ đơn (Single turbo) Động cơ tăng áp đơn lẻ có thể biến thiên vô hạn Sự khác biệt kích thước giữa bánh răng máy nén và tuabin sẽ dẫn đến các đặc tính mô-men xoắn hoàn toàn khác nhau Tua bin lớn sẽ mang lại công suất cao nhất, nhưng tuabin nhỏ giúp nó quay nhanh hơn Ngoài ra vòng bi giúp giảm ma sát cho máy nén và tuabin quay, do đó quay nhanh hơn
Hình 1 5: Động cơ đơn (Single turbo)
- Tăng sức mạnh của động cơ một cách hiệu quả Đơn giản về cách lắp đặt tính toán
- Cho phép sử dụng các động cơ nhỏ hơn để tạo ra sức mạnh tương đương với các động cơ hút khí tự nhiên lớn hơn
Tuabin đơn có phạm vi RPM giới hạn, khiến kích thước hệ thống trở thành một bài toán quan trọng Do giới hạn này, ta thường phải đánh đổi giữa mô-men xoắn và công suất, vì tăng một đặc tính có thể làm giảm đặc tính kia Vì vậy, thiết kế tối ưu đòi hỏi cân nhắc kỹ lưỡng giữa nhu cầu mô-men xoắn cao và nhu cầu công suất lớn để đạt hiệu suất mong muốn trong phạm vi kích thước cho phép.
- Phản ứng Turbo có thể không nhanh so với các kiểu turbo khác
1.3.2 Tăng áp kép (Twin-Turbo hay Bi-Turbo)
Cũng giống như các bộ tăng áp đơn, có rất nhiều lựa chọn khi sử dụng hai bộ tăng áp
Bạn sẽ có một bộ tăng áp riêng cho mỗi dãy xi lanh (V6, V8, v.v.)
Hoặc một bộ tăng áp đơn có thể được sử dụng cho RPM thấp và một bộ tăng áp lớn hơn cho RPM cao (I4, I6, v.v.)
Bạn có thể có hai tuabin có kích thước tương tự nhau, một tuabin hoạt động ở RPM thấp để tối ưu mô-men xoắn ở dải tua nhỏ, và cả hai tuabin đều hoạt động ở RPM cao để tăng công suất Trên BMW X5 M và X6 M, hệ thống tuabin cuộn đôi được dùng, mỗi bên của động cơ V8 có một tuabin riêng, nhằm tối ưu hóa khả năng tăng áp và hiệu suất ở mọi mức tua máy.
- Đối với các tuabin đôi song song trên các động cơ hình chữ “V”, các lợi ích (và nhược điểm) rất giống với kiểu turbo đơn
Đối với các tuabin tuần tự hoặc khi dùng một turbo hoạt động ở cả RPM thấp lẫn RPM cao, hệ thống này cho phép đường cong mô-men xoắn phẳng hơn và rộng hơn nhiều, tăng khả năng kéo ở dải tua máy rộng Mô-men xoắn ở mức thấp được tối ưu hóa để đáp ứng nhanh, nhưng công suất vẫn không giảm ở tốc độ RPM cao so với dùng một turbo nhỏ.
- Chi phí cao và phức tạp, vì phải đã tăng gần gấp đôi các thành phần
Hình 1 6: Tăng áp kép (Twin-Turbo hay Bi-Turbo)
1.3.3 Tăng áp cuộn đôi (Twin-scroll turbo)
Bằng cách sử dụng hai cuộn, các xung xả được chia Ví dụ, trên động cơ
Trong một động cơ 4 xi lanh với thứ tự nổ 1-3-4-2, xi lanh 1 và 4 có thể cung cấp cho một cuộn turbo duy nhất, còn xi lanh 2 và 3 cung cấp cho một cuộn khác riêng biệt Lý do cấu hình này có lợi là ở thời điểm xi lanh 1 kết thúc hành trình lực đẩy và van xả mở, xi lanh 2 đang kết thúc hành trình xả khí đồng thời van xả đóng và van nạp mở, tạo ra một khoảng thời gian ngắn hai van xả đồng thời mở Với một ống turbo đơn cuộn truyền thống, áp suất khí thải từ xi lanh 1 sẽ cản trở xi lanh 2 hút khí sạch vì hai van xả tạm thời mở đồng thời, làm giảm áp lực tới turbo Bằng cách chia thành hai cuộn turbo độc lập, vấn đề này được loại bỏ và hiệu quả nén khí ở turbo được cải thiện.
Hình 1 7: Tăng áp cuộn đôi (Twin-scroll turbo)
- Nhiều năng lượng được gửi đến tuabin xả
- Có thể tăng phạm vi RPM rộng hơn dựa trên các thiết kế cuộn khác nhau
- Có thể chồng chéo nhiều van hơn (cùng 1 lúc 2 van xả đều mở) mà không cản trở ,linh hoạt điều chỉnh hơn
Việc xác định bố trí động cơ cụ thể và thiết kế ống xả đòi hỏi xử lý kỹ thuật tinh vi, đặc biệt khi xét các tùy chọn như động cơ I4 và V8 Trong hệ thống turbo, hai xi-lanh có thể được đưa vào mỗi cuộn turbo ở các thời điểm khác nhau nhằm tối ưu hoá luồng khí và hiệu suất, nhưng điều này khiến quá trình thiết kế càng khó khăn và phức tạp hơn do nhu cầu đồng bộ hóa giữa các chu trình nạp-xả, kiểm soát áp suất và tốc độ quay của turbo, cũng như đảm bảo độ bền của hệ thống ống xả và liên kết giữa các xi-lanh.
- Chi phí và độ phức tạp cao hơn so với các tuabin đơn truyền thống
1 3.4 Bộ tăng áp VGT (Variable Geometry Turbo)
Có lẽ một trong những hình thức tăng áp đặc biệt nhất là turbo biến thiên VGT, nhưng nó bị hạn chế trong sản xuất do chi phí và yêu cầu vật liệu đặc biệt Các van bên trong bộ tăng áp điều chỉnh tỷ lệ diện tích trên bán kính (A/R) để phù hợp với RPM Ở tốc độ RPM thấp, tỷ lệ A/R thấp được sử dụng để tối ưu luồng khí thải và nhanh chóng tăng tốc cho turbo Khi vòng quay tăng lên, tỷ lệ A/R được tăng lên để cho phép luồng không khí lớn hơn Kết quả là turbo có độ trễ thấp, ngưỡng tăng thấp và dải mô-men xoắn rộng, hoạt động trơn tru.
Hình 1 8: Bộ tăng áp VGT (Variable Geometry Turbo)
- Đường cong mô-men xoắn rộng, phẳng Tăng áp hiệu quả ở phạm vi RPM rất rộng
- Yêu cầu chỉ một tuabin đơn giản, đơn giản hóa
- Thông thường chỉ được sử dụng trong các ứng dụng diesel nơi khí thải thấp hơn nên các van sẽ không bị hư hại bởi nhiệt
Đối với động cơ xăng, chi phí cao thường khiến công nghệ dùng các kim loại kỳ lạ để duy trì độ tin cậy bị loại bỏ Công nghệ này đã được áp dụng trên Porsche 997, cho thấy tiềm năng của động cơ xăng VGT, nhưng hiện nay rất ít động cơ xăng VGT tồn tại do chi phí liên quan.
1.3.5 Bộ tăng áp cuộn đôi biến thiên (Variable twin-scroll turbo) Đây có thể là giải pháp mà chúng ta đang chờ đợi? Một turbo cuộn kép biến đổi kết hợp VGT với thiết lập cuộn đôi, do đó ở các vòng quay thấp, một trong các cuộn được đóng hoàn toàn, buộc tất cả không khí vào bên kia Điều này dẫn đến phản ứng turbo tốt và sức mạnh cấp thấp Khi bạn tăng tốc, một van mở ra để cho phép không khí vào cuộn khác (đây là một quá trình hoàn toàn thay đổi, có nghĩa là van mở theo từng bước nhỏ), bạn sẽ có được hiệu suất cao cấp tốt
Hình 1 9: Bộ tăng áp cuộn đôi biến thiên (Variable twin-scroll turbo)
- Rẻ hơn đáng kể (về lý thuyết) so với VGT, do đó tạo ra một trường hợp chấp nhận được cho việc tăng áp động cơ xăng
- Cho phép đường cong mô-men xoắn rộng, phẳng
Mạnh mẽ hơn trong thiết kế so với VGT, tùy thuộc vào lựa chọn vật liệu
- Chi phí và độ phức tạp cao hơn so với sử dụng một turbo đơn hoặc cuộn kép truyền thống
- Công nghệ này đã được nghiên cứu trước đây, nhưng dường như không bắt kịp trong thế giới sản xuất do có những thách thức về công nghệ
1.3.6 Động cơ tăng áp điện (Electric turbo)
Full Electric Turbocharger Technology (FETT) là công nghệ turbo điện toàn phần do Aeris Tech cấp bằng sáng chế, cho phép các nhà sản xuất ô tô đáp ứng các quy định khí thải ngày càng nghiêm ngặt trong tương lai và đồng thời mang lại phản ứng tuyệt vời trên phạm vi vận hành của động cơ, kể cả ở vòng tua thấp và tốc độ xe FETT được xem là giải pháp tối ưu để tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm phát thải bằng cách sử dụng một tầng tăng áp, giúp cải thiện hiệu suất động cơ ở nhiều điều kiện vận hành.
Hình 1 10: Động cơ tăng áp điện (Electric turbo)
Bằng cách kết nối trực tiếp một động cơ điện với bánh răng máy nén, độ trễ turbo và khí thải có thể được loại bỏ gần như bằng cách quay máy nén bằng năng lượng điện khi cần thiết Hệ thống này giúp tăng tốc động cơ nhanh hơn và cải thiện hiệu suất nạp khí, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào quá trình đốt nhiên liệu ở các giai đoạn tăng tốc nhờ nguồn điện ngắn hạn cung cấp cho máy nén Việc quay máy nén bằng điện mang lại kiểm soát công suất mượt mà hơn và tối ưu hóa hiệu suất tổng thể của hệ thống.
- Bằng cách kết nối một động cơ điện với tuabin khí thải, năng lượng lãng phí có thể được phục hồi
- Phạm vi RPM hiệu quả rất rộng với mô-men xoắn đều
- Chi phí và độ phức tạp cao
Trọng lượng xe trở thành một yếu tố quan trọng, đặc biệt khi bổ sung pin trên xe để cung cấp đủ năng lượng cho hệ thống turbo khi cần thiết Việc tăng trọng lượng từ pin có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và mức tiêu thụ nhiên liệu, do đó cần tối ưu hóa dung lượng và bố trí pin sao cho cân bằng giữa năng lượng dự trữ và trọng lượng, đảm bảo turbo có nguồn năng lượng ổn định khi tăng áp.
KẾT CẤU HỆ THỐNG TURBO TRÊN XE HONDA CR-
Tổng quan động cơ 1.5L DOHC VTEC TURBO
- Hệ thống phun trực tiếp
VTEC TURBO sử dụng hệ thống GDI phun nhiên liệu trực tiếp vào xilanh, hạ nhiệt độ trong xilanh nhờ nhiệt hóa hơi của xăng Việc phun trực tiếp làm giảm nhiệt lượng sinh ra từ quá trình bay hơi nhiên liệu, đồng thời họng nạp có áp suất cao giúp hỗn hợp khí-nhiên liệu được hòa trộn nhanh, nâng cao hiệu quả đốt cháy và giúp động cơ vận hành trơn tru, nhạy bén Các cổng nạp lớn tăng cường luồng khí vào xilanh, pít-tông duy trì dòng chảy liên tục để nhiên liệu đốt cháy nhanh chóng và hiệu quả Nhờ hiệu quả làm mát từ phun trực tiếp và đốt cháy nhanh với lưu lượng dòng chảy cao, hiện tượng kích nổ được giảm thiểu, tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
- Dual VTEC cho cổng nạp và xả
Hệ thống điều chỉnh thời gian đóng mở của cả van nạp và van xả (Variable
Timing Control - VGT có chức năng điều chỉnh thời gian hoạt động của cả van nạp và van xả, đồng thời kiểm soát thời điểm mở khi hai van cùng mở song song Nhờ đó động cơ luôn được cung cấp lượng không khí tối ưu ở vòng tua cao và turbo tăng áp hoạt động hiệu quả ngay cả ở vòng tua thấp.
- Bộ tăng áp với cổng xả điện tử
Bộ tăng áp (turbo) với đường khí thải điện tử được trang bị các tuabin đường kính nhỏ, giúp quay hiệu quả ngay cả khi lượng khí xả thấp Nhờ đó, động cơ tăng áp nhạy bén và có phản hồi nhanh khi người lái nhấn chân ga tăng tốc.
Hình 2- 7 Động cơ 1.5L DOHC VTEC TURBO VGT
Thông số kĩ thuật Kí hiệu Giá trị
Số xi lanh/ Số kì/ Cách bố trí 4/4/In-line
Tỉ số nén 18:1 Đường kính x hành trình piston(mm x mm) D x S 84,5 x 96 Công suất cực đại / Số vòng quay (PS/RPM) Ne/n 197/3800 Mômen cực đại / Số vòng quay(kg.m/rpm) Me/n 44,5/18002500
Hệ thống nạp Turbo charger Intercooler VGT
Hệ thống phân phối khí 16van, DOHC
Kích thước động cơ (mm)
Khối lượng động cơ (khô) (kg) 209
Tốc độ cầm chừng (RPM) 750
Tiêu chuẩn khí thải Euro - 5
Bảng 2.2: Thông số kĩ thuật động cơ 1.5L DOHC VTEC TURBO Động cơ 1.5L
Hình 2- 8 Động cơ 1.5L DOHC VTEC TURBO lắp trên xe HONDA CRV
Hình 2- 9 Hệ thống nhiên liệu lắp trên động cơ 1.5L DOHC VTEC TURBO lắp trên xe HONDA CRV
Hình 2- 10 Đường khí vào két làm mát khí nạp xe HONDA CRV(bố trí ở dưới nắp ca pô)
Hệ thống tăng áp VGT trên động cơ 1.5L DOHC VTEC TURBO
2.2.1 Lịch sử phát triển của VGT
Công nghệ turbo tăng áp biến thiên hình học (VGT – Variable Geometry Turbocharger) được sử dụng rộng rãi trên động cơ diesel từ những năm 1990, nhưng cho tới khi Type 997 Porsche 911 Turbo ra đời, nó mới được áp dụng trên động cơ xăng Nguyên nhân là nhiệt độ khí xả khi dùng VGT trên động cơ xăng cao hơn rất nhiều so với diesel, khiến vật liệu chế tạo VGT khó chịu nổi nhiệt Type 997 Porsche 911 Turbo dùng kiểu turbo VGT của BorgWarner với một loại vật liệu đặc biệt bắt nguồn từ công nghệ chế tạo tàu vũ trụ, khắc phục được bài toán nhiệt độ và mở đường cho việc ứng dụng rộng rãi Từ đó, công thức chế tạo loại turbo có hình dạng biến đổi này được nhiều hãng tiếp thu và đưa vào sản xuất phụ tùng ô tô ở Mỹ, bao gồm hộp số tự động, turbo tăng áp, hệ thống điều khiển van thông minh và các phụ kiện liên quan.
Để nạp khí vào buồng đốt và tăng công suất, hệ thống tăng áp bằng Turbocharger được áp dụng cho nhiều động cơ, kể cả động cơ 1.5L DOHC VTEC TURBO Tuy vậy, ngoài ưu điểm đáng kể, Turbocharger vẫn còn nhược điểm cần khắc phục Công nghệ VGT (Variable Geometry Turbocharger) ra đời với khái niệm “turbo điều khiển cánh” nhằm khắc phục nhược điểm đó Honda CR-V với động cơ R 1.6 đã đưa công nghệ VGT vào nhằm tăng cường tính năng động cơ và từ đó tăng tính cơ động của xe Với công nghệ hiện nay, VGT được kiểm soát bằng điện tử để tối ưu hóa công suất động cơ.
2.2.2 Mục đích tăng áp động cơ
Tăng áp là biện pháp làm tăng áp suất khí nạp và khối lượng riêng của chất khí, từ đó làm tăng mật độ không khí nạp vào xy lanh động cơ trong mỗi chu trình Khi mật độ không khí nạp cao hơn, lượng oxy cung cấp cho quá trình đốt cháy được tăng lên, giúp động cơ phát huy công suất và hiệu suất nhiên liệu tốt hơn Nói cách khác, tăng áp tối ưu hóa quá trình nạp khí, cải thiện hiệu suất vận hành của động cơ ở nhiều điều kiện làm việc khác nhau.
Xe hơi hiện đại đòi hỏi động cơ gọn nhẹ, hiệu quả sử dụng nhiên liệu cao và có công suất cùng mô-men xoắn lớn Turbo tăng áp là giải pháp phổ biến giúp tăng áp suất của hỗn hợp nhiên liệu và không khí khi đưa vào buồng đốt Vào thập niên 1970, công suất trên mỗi lít động cơ chỉ khoảng 60 mã lực/lít, và kĩ thuật tăng áp gặp khó khăn do áp suất và nhiệt độ tăng lên, khiến hệ thống này ban đầu dành cho các cổ máy lớn, tốc độ chậm hoặc mục đích đặc biệt như quân sự, hàng không Ngày nay, với sự tiến bộ của công nghệ vật liệu, cơ khí và điện tử, hệ thống tăng áp đã có mặt trên nhiều loại động cơ, không chỉ nâng cao hiệu suất và công suất mà còn giúp giảm đáng kể lượng khí thải độc hại cho môi trường.
Bảng 2.3: Bảng so sánh động cơ tăng áp và không tăng áp
Nói chung tăng áp nhằm mục đích:
- Giảm thể tích toàn bộ của động cơ đốt trong ứng với một đơn vị công suất; suất;
- Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công
- 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
* Lịch sử phát triển của VGT
Công nghệ turbo tăng áp làm xoay các “cánh điều chỉnh” của bánh turbo (VGT-Variable Geometry Turbocharger ) được sử dụng rộng rãi trong động cơ turbo sử dụng nhiên liệu diesel kể từ những năm 1990 Tuy nhiên, công nghệ này chưa bao giờ được ứng dụng trên động cơ xăng cho tới khi loại Type 997 Porsche 911 Turbo ra đời Nguyên nhân bởi nhiệt độ khí xả do xe sử dụng VGT trên máy xăng tạo ra lớn hơn rất nhiều so với xe dùng máy dầu, do vậy vật liệu sử dụng để chế tạo VGT không chịu nổi sức nóng đó Loại Type 997 Porsche
911 Turbo sử dụng kiểu turbo VGT của BorgWarner(*) dùng một loại vật liệu đặc biệt bắt nguồn từ công nghệ chế tạo tàu vũ trụ, do đó giải quyêt được vấn đề nhiệt độ Từ đó công thức chế tạo loại turbo có hình dạng biến đổi này được nhiều hãng tiếp thu và ứng dụng trong các sản phẩm của mình
BorgWarner là công ty Mỹ chuyên sản xuất phụ tùng ôtô, nổi tiếng với các sản phẩm chủ lực như hộp số tự động, turbo tăng áp và hệ thống điều khiển van thông minh, cùng các bộ phận hộp số phụ cho truyền động ôtô Với công nghệ tiên tiến và quy trình sản xuất hiện đại, BorgWarner đáp ứng nhu cầu toàn cầu về hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và độ tin cậy của hệ thống truyền động và động cơ ôtô.
Việc nạp khí nhiều vào buồng đốt nhằm tăng công suất cho động cơ bằng cách tối ưu hoá lưu lượng khí và hiệu quả đốt, thông qua hệ thống tăng áp Turbocharger Hệ thống tăng áp trên động cơ 1.5L DOHC VTEC TURBO cũng dựa trên nguyên lý này để nạp khí và gia tăng sức mạnh một cách hiệu quả Mặc dù Turbocharger mang lại nhiều ưu điểm như tăng công suất ở dải vòng tua và cải thiện hiệu suất vận hành, nó vẫn đi kèm với một số nhược điểm nhất định Để khắc phục những nhược điểm này, công nghệ VGT (Variable Geometry Turbocharger) được phát triển nhằm điều chỉnh luồng khí và tối ưu hoá độ phản hồi của turbo ở mọi mức vòng tua, từ đó tăng hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.
Turbo biến thiên, hay Variable Geometry Turbo (VGT), ra đời như một hệ thống turbo điều khiển cánh gió nhằm tối ưu luồng khí và áp suất nạp cho động cơ Xe Honda CR-V trang bị động cơ 1.6L đã tích hợp công nghệ VGT, giúp nâng cao hiệu suất động cơ và tăng tính cơ động của xe Nhờ công nghệ hiện đại, VGT được điều khiển bằng hệ thống điện tử, cho phép tối ưu hoá công suất và mô-men xoắn ở nhiều dải vòng tua, mang lại khả năng tăng tốc nhanh, vận hành êm ái và tiết kiệm nhiên liệu hơn.
2.2.3 Nhược điểm của hệ thống tăng áp dùng TurboCharger
Đối với các loại xe dùng turbo tăng áp, khi xe chạy ở tải nhẹ và vòng tua máy thấp, turbo hoạt động ở mức cầm chừng Do lưu lượng khí vào động cơ còn nhỏ nên tuốc bin quay chậm và lượng khí nén nạp cho động cơ không đáng kể.
Khi người lái đạp ga, cánh bướm ga mở ra để tăng công suất và động cơ nhận thêm hỗn hợp khí, khiến khí thải thoát ra nhiều hơn và bánh turbo quay với tốc độ cao, từ đó tăng lượng khí nạp vào động cơ Tuy nhiên, xe không thể đạt công suất mong muốn ngay lập tức; tổng thời gian trễ có thể lên tới nửa giây hoặc hơn Hiện tượng này phổ biến ở hầu hết các xe turbo tăng áp và được gọi là “tính ì của turbo” Nguyên nhân là sự trì hoãn giữa lúc bàn đạp ga được đạp và turbo bắt đầu hoạt động nén khí tăng áp cho động cơ, cùng với thời gian cho bộ làm mát trao đổi và làm đầy các ống dẫn khi thay đổi từ trạng thái chân không sang áp suất cao.
2.2.4 Nguyên lý làm việc của bộ TURBO VGT Để giải khắc phục những nhược điểm của hệ thống tăng áp cũ, các nhà sáng chế đưa ra một giải pháp là làm xoay các cánh điều chỉnh của bánh turbo mà khí xả sẽ tác dụng vào các cánh này
Hình 2- 11 Kết cấu của bộ turbo VGT
Nguyên lý của turbo tăng áp biến đổi là thay đổi góc quay của các cánh điều chỉnh trên tuốc-bin để khí xả đập vào các cánh này, từ đó tăng áp ở tốc độ động cơ thấp và giảm sức ì turbo khi tăng tốc Việc di chuyển các cánh giúp kiểm soát tốc độ quay và mức tăng áp của turbo mà không phụ thuộc vào van xả cố định Turbo biến đổi có hình dạng đặc trưng được gọi là VGT (Variable Geometry Turbocharger) hay VNT (Variable Nozzle Turbo).
*Nguyên lý làm việc của bộ Turbo VGT:
Khí thải động cơ qua đường ống vào vỏ tuabin, vành miệng phun thổi vào
VGT cánh của tuabin cao tốc mở ra khi áp suất khí trời tới và khí thải thoát qua cửa thải của tuabin ra ngoài, dòng khí thải được định hướng theo hướng do các cánh hướng dòng đã thiết kế sẵn Mức mở của các cánh hướng dòng phụ thuộc điều kiện làm việc của động cơ và được điều khiển bởi một cơ cấu điều khiển Máy nén do tuabin dẫn động quay cùng tốc độ với tuabin qua trục, hút không khí từ môi trường xung quanh qua bầu lọc và vào máy nén qua cửa nạp Lúc dòng khí tới cửa ra của bánh công tác, lực ly tâm do quay tạo ra vận tốc lớn và sinh ra một vùng chân không cục bộ tại cửa vào, khiến không khí phía trước bị hút vào bánh và duy trì luồng khí liên tục trong rãnh cánh Dòng khí sau đó được dẫn qua vành tăng áp, nơi động năng của khí được chuyển thành năng lượng áp suất, làm cho áp suất buồng khí tăng lên và vận tốc giảm xuống Nhờ đó, sau khi đi qua bộ tuabin tăng áp, luồng không khí được nén sơ bộ trước khi đi vào xilanh động cơ.
Hình 2- 12 Mặt cắt bộ turbo VGT
1-Vỏ máy nén; 2-Vỏ tuabin; 3- Thân tuabin máy nén; 4- Bánh công tác máy nén; 5- Bánh công tác tuabin; 6-Cánh hướng dòng; 7-Vòng điều khiển cánh hướng dòng;
A-Cửa hút không khí vào máy nén;; B-Cửa thoát khí xả ra khỏi tuabin; C- Cửa thông đường khí xả động cơ; D- Cung cấp dầu bôi trơn;; E- Đường hồi dầu
Hình 2- 13 Một số hình ảnh thực tế về Turbo VGT động cơ 1.5L DOHC VTEC TURBO trên xe HONDA CR-
Đặc điểm kết cấu của Turbo VGT
Hệ thống tăng áp gồm 2 bộ phận chính là tuabin khí hướng kính và máy nén ly tâm
Trong hệ thống này, phần máy nén khí nạp liên hệ với động cơ thông qua đường nạp, phần tuabin khí liên hệ với động cơ thông qua đường thải, và bánh công tác của tuabin – máy nén được lắp đồng trục với nhau.
Phần máy nén có vỏ được đúc bằng hợp kim nhôm, bên trong chứa bánh công tác được lắp đồng trục với bánh công tác của tuabin khí và được bắt chặt vào trục rôto bằng êcu Phía tuabin khí có vỏ tuabin, bên trong vỏ có bánh công tác Do tuabin luôn tiếp xúc với khí xả có nhiệt độ cao và tạp chất ăn mòn nên vỏ tuabin được đúc bằng gang chịu nhiệt Tuabin tăng áp gồm các thành phần: vỏ tuabin, vỏ cánh nén, vỏ giữa, cánh nén, cánh tuabin, bạc lót, van giảm áp và bộ chấp hành.
Cánh tuabin và cánh nén được gắn đồng trục, đảm bảo sự truyền động giữa hai phần của hệ turbocompressor Khí xả từ ống góp xả được hướng tới cánh tuabin, áp suất khí xả làm quay bánh tuabin Khi cánh tuabin quay, cánh nén quay theo, nén khí và nạp vào trong xy-lanh Do cánh tuabin tiếp xúc trực tiếp với khí xả có nhiệt độ rất cao, tốc độ lớn và có khả năng ăn mòn, dao động, nên được chế tạo từ hợp kim siêu bền nhiệt để đảm bảo độ bền nhiệt, chịu được dao động và ăn mòn.
Do các cánh tuabin và cánh nén quay ở tốc độ rất cao (đến 100.000 vòng/phút), bạc lót được lắp theo kiểu lỏng hoàn toàn để hấp thụ rung động từ trục và đảm bảo bôi trơn cho trục và bạc lót Các bạc lót được bôi trơn bằng dầu động cơ và quay tự do giữa trục và vỏ nhằm tránh kẹt ở vận tốc cao Dầu động cơ được giữ kín nhờ phớt làm kín dầu gắn trên trục để ngăn dầu rò rỉ.
Vỏ giữa đỡ cánh tuabin và cánh nén thông qua trục và các ổ đỡ (bạc lót), đảm bảo liên kết cơ khí và truyền động giữa các thành phần quay của tuabin Bên trong vỏ giữa được thiết kế với các khoang trống và rãnh để nước làm mát và dầu bôi trơn tuần hoàn, nhằm mục đích làm mát và bôi trơn cho tuabin trong quá trình vận hành.
Vấn đề bôi trơn Turbo VGT sử dụng dầu từ hệ thống bôi trơn động cơ Dầu được dẫn qua đường ống cấp dầu tới trục turbo để bôi trơn các chi tiết quay, từ đó đảm bảo hoạt động ổn định của turbo và tối ưu hóa hiệu suất tăng áp Việc cấp dầu cho trục turbo là yếu tố then chốt giúp bảo vệ bộ phận tăng áp và kéo dài tuổi thọ hệ thống bôi trơn động cơ.
2.3.1 Nguyên lý làm việc máy nén khí trong hệ thống turbo VGT
Máy nén lắp trong bộ turbo VGT là loại máy nén ly tâm, biến đổi năng lượng cơ khí thành năng lượng của dòng chảy bằng lực ly tâm để tăng áp cho không khí từ áp suất P0 lên áp suất Pk và làm cho lưu lượng không khí Gk đi từ phần không gian này sang phần không gian khác Khi bánh công tác quay với tốc độ nhất định, không khí đi vào cửa sẽ cùng quay với bánh và dòng khí sẽ chảy qua rãnh giữa các cánh Do đó, chuyển động của dòng khí khi đi vào bánh công tác là tổng hợp của chuyển động quay của bánh và chuyển động tương đối của dòng chảy trong rãnh cánh Bánh công tác đang quay truyền công cho không khí, làm tăng áp suất và vận tốc của khí ra khỏi bánh công tác; dưới tác dụng của lực ly tâm và quay, dòng khí ra với tốc độ lớn, đồng thời gây hiện tượng chân không cục bộ tại cửa vào, hút thêm không khí phía trước cửa vào và đẩy không khí ra ở cửa ra, tạo nên dòng chảy liên tục trong rãnh cánh.
Hình 2- 15 Giản đồ máy nén ly tâm
1-Đoạn cửa vào; 2-Bánh công tác; 3-Vành tăng áp; 4-Vỏ xoắn ốc; D0 -Đường kính trong của miệng vào bánh công tác;
D1 - Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác; D1m - Đường kính trung bình của miệng vào bánh công tác;
D2 -Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác; D3 - Đường kính trong của vành tăng áp;
D4 -Đường kính ngoài của vành tăng áp
* Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong máy nén:
Đoạn ống cửa vào là đoạn ống hướng trục có tiết diện hình tròn, qua đó luồng khí đi vào máy nén theo hướng trục Thiết kế này giúp khí được phân bố đồng đều trên các cánh quạt và giảm cản trở khi vào buồng nén, tối ưu hóa hiệu suất làm việc của máy nén.
- Bánh công tác: gồm hai phần bánh dẫn hướng và bánh lắp các cánh
Bánh dẫn hướng chuyển dòng khí từ hướng trục sang hướng kính là chi tiết quan trọng nhất của máy nén; nó cấp năng lượng để nén không khí trong các rãnh cánh, làm tăng tốc độ, áp suất và nhiệt độ của khí Bánh có 12 cánh nhỏ được phân bố đều trên bánh công tác, dòng khí chảy từ trong ra ngoài khi roto quay Dưới tác dụng của lực ly tâm, không khí theo rãnh cánh bị nén ra vùng mép cánh.
Vành tăng áp có cánh là thành phần quan trọng, thiết kế các cánh có tác dụng dẫn hướng dòng khí nén từ bánh công tác ra ngoài và đồng thời chuyển đổi động năng của luồng khí thành áp năng, giúp tăng áp suất và cải thiện hiệu quả làm việc của hệ thống khí nén Nhờ tối ưu hóa góc cạnh và hình học của cánh, luồng khí được định hình chính xác, giảm tổn thất động năng và tối ưu hóa sự trao đổi năng lượng giữa bánh công tác và tải, từ đó tăng hiệu suất tổng thể của hệ thống.
Ống giảm tốc là đoạn giữa bánh công tác và vành tăng áp có khe hở được gọi là tăng áp không cánh Khe hở này có tác dụng làm giảm tiếng ồn và tạo không gian chuyển tiếp cho dòng khí từ bánh công tác sang vành tăng áp có cánh Nhờ đó luồng khí đi vào vành tăng áp được phân bố đều và ổn định hơn, tăng hiệu suất trao đổi khí và giảm dao động áp suất trong hệ thống.
Vỏ xoắn ốc của máy nén khí nhận luồng khí từ ống giảm tốc và nén khí vào khu vực này Tại vỏ xoắn ốc, động năng của luồng khí dần biến đổi thành thế năng áp suất, làm nhiệt độ và áp suất khí tăng lên, trong khi vận tốc khí giảm do tiết diện lưu thông qua vỏ xoắn ốc ngày càng tăng Vỏ có tiết diện ngang hình tròn và được chế tạo bằng hợp kim nhôm, đáp ứng yêu cầu về độ bền và trọng lượng nhẹ cho quá trình nén khí.
2.3.2 Tuabin khí của động cơ Turbo VGT:
Trong Turbo VGT, phần tuabin là tuabin hướng kính Khí thải từ động cơ đi vào vòng xoắn ốc trên vỏ tuabin và sau đó tới các cánh ống phun Dòng khí được tăng tốc và đổi hướng về phía cánh động của bánh công tác Các ống phun có dạng prôfin cánh cong, được thiết kế tối ưu cho điều kiện dòng khí trong ống phun Sự giãn nở của dòng khí sau khi đi qua ống phun tiếp tục qua khe hở ∆r.
Các bộ phận chính trong tuabin bao gồm: vỏ tuabin, vành miệng phun, bánh công tác và trục quay
Hình 2- 16 Sơ đồ hoạt động của tuabin hướng kính và tam giác tốc độ tại cửa vào và cửa ra của bánh công tác
A- Vỏ tuabin; B- Vành miệng phun; C- Bánh công tác; D- Đường kính bánh công tác; b- Chiều dài cánh; D0- Đường kính trong miệng ra;
D2m- Đường kính trung bình miệng ra; D2- Đường kính ngoài miệng ra; D1- Đường kính ngoài miệng vào
* Đặc điểm kết cấu của các bộ phận trong tuabin:
Vỏ tuabin có kết cấu hình xoắn ốc, được thiết kế thành hai khoang cửa: vào và ra Khoang cửa vào nhận sản vật cháy từ các xi lanh động cơ và hướng sản vật cháy đi vào vuông góc với trục quay Khoang cửa ra nhận sản vật cháy sau khi làm nhiệm vụ sinh công, quay trục tuabin và thải ra ngoài Vỏ tuabin luôn tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt độ cao và các tạp chất ăn mòn trong khí thải như nước và các thành phần ăn mòn khác.
CO2, SO2, nên được đúc bằng gang chịu nhiệt
Vành miệng phun là tập hợp các cánh phẳng tạo ra đường thông đồng đều và nhỏ, là nơi chuyển áp suất năng lượng thành động năng của dòng khí theo một hướng nhất định để vào bánh công tác với tổn thất nhỏ nhất Do đặc tính này, thiết kế và chế tạo vành miệng phun đòi hỏi yêu cầu cao về hình học chính xác và độ bóng bề mặt để tối ưu sự chuyển động của khí và giảm thất thoát năng lượng Việc tối ưu hóa thiết kế, gia công và hoàn thiện bề mặt giúp cải thiện hiệu suất bánh công tác và tăng tính ổn định của hệ thống.
- Bánh cánh: Dòng khí ra khỏi vành miệng phun có tốc độ lớn (động năng
Ưu, nhược điểm của bộ TurboCharger VGT
Động cơ tăng áp tạo ra độ xoáy cao khi nén không khí trước khi đưa vào buồng đốt Nhờ độ xoáy này, không khí và nhiên liệu được trộn đều thành một hỗn hợp khí-nhiên liệu tối ưu, đẩy tới xy lanh và đốt cháy hoàn toàn Quá trình này tăng hiệu quả đốt và giảm tiêu hao nhiên liệu.
Thu nhỏ kích thước động cơ giúp xe tận dụng tối đa không gian và mở rộng khoang hành khách, trong khi kích thước ngoài của xe vẫn được giữ nguyên Động cơ dung tích lớn khi đến tay chủ sở hữu sẽ chịu thuế nặng hơn, vì vậy động cơ tăng áp có kích thước nhỏ trở thành lợi thế về giá thành Đây là yếu tố chạm đúng vào tâm lý người mua, khi xe ô tô được trang bị công nghệ hiện đại mà vẫn có mức giá hợp lý.
Động cơ tăng áp tận dụng một phần khí thải để quay turbín và nén khí, từ đó cung cấp lượng không khí nhiều hơn cho buồng đốt so với động cơ hút khí tự nhiên, giúp quá trình đốt cháy diễn ra hiệu quả hơn và giảm ô nhiễm khi vận hành xe Đối với nhiều nước có tiêu chuẩn khí thải động cơ nghiêm ngặt, công nghệ này giúp giảm áp lực lên môi trường nhờ tối ưu hóa tỷ lệ nạp và giảm phát thải, đồng thời cải thiện hiệu suất nhiên liệu.
- Tận dụng năng lượng khí thải (khoảng 5%÷10% toàn bộ năng lượng nhiệt cấp cho động cơ)
- Nâng cao công suất có ích của động cơ khoảng 10-15%
- Tăng tính kinh tế, giảm suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 3%÷10%
- Giảm ồn, giảm thành phần độc hại trong khí thải
Phương pháp tăng áp turbo cho phép động cơ thay đổi lưu lượng khí nạp một cách linh hoạt, từ đó gia tăng công suất nhanh chóng và loại bỏ sức ì turbo so với các xe sử dụng turbo thông thường Nhờ kiểm soát lưu lượng khí nạp được cải thiện, động cơ có thể phản ứng ngay lập tức với cú nhấn ga, giúp tăng tốc tốt hơn và vận hành mượt mà hơn Công nghệ này tối ưu hiệu suất động cơ bằng cách nâng áp lực khí nạp ở vòng tua phù hợp, duy trì lực kéo ổn định và đồng thời hỗ trợ tiết kiệm nhiên liệu so với các hệ thống turbo cổ điển.
- Dễ khởi động , tăng tốc tốt
- Tăng công suất động cơ mà không cần tăng thể tích xylanh
Động cơ tăng áp (turbo) đòi hỏi các yếu tố kỹ thuật và chi phí cao hơn so với động cơ không tăng áp; vì vậy, piston phải có độ bền cao hơn, các cần đẩy cũng phải khỏe và trục khuỷu được gia công với độ bền tăng để chịu áp suất và tải trọng lớn khi vận hành Sự tăng cường này tác động đến chi phí sản xuất và bảo dưỡng, nhưng mang lại hiệu suất và công suất tối ưu cho động cơ turbo.
Các turbocharger tạo nhiệt bổ sung đáng kể cho động cơ, khiến nhiệt độ vận hành tăng lên và đòi hỏi hệ thống làm mát được nâng cấp Vì lý do này, bộ tản nhiệt thường được thiết kế với diện tích làm mát lớn hơn và các van chịu nhiệt được sử dụng phổ biến để duy trì hiệu suất và độ bền của động cơ có turbo Việc tối ưu hóa hệ thống làm mát và lựa chọn các thành phần chịu nhiệt phù hợp giúp động cơ turbo vận hành ổn định, giảm nguy cơ quá nhiệt và kéo dài tuổi thọ động cơ.
Các turbin có thể quay ở tốc độ trên 100.000 vòng/phút và lên tới 250.000 vòng/phút, vì vậy động cơ tăng áp đòi hỏi nguồn cấp dầu dồi dào và bơm dầu được nâng cấp, có thể đi kèm một bộ làm mát dầu riêng Nhiệt độ cao là yếu tố ăn mòn lớn nhất đối với dầu, nên động cơ tăng áp thường yêu cầu hệ thống bôi trơn tối ưu cùng với giải pháp làm mát dầu hiệu quả Do nhiệt sinh ra mạnh và vòng quay lớn, thời gian thay dầu của động cơ tăng áp ngắn hơn so với động cơ không tăng áp.
- Kết cấu bố trí phức tạp
- Bảo dưỡng sửa chữa khó
Hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục
Cụm tuabin máy nén có kết cấu đơn giản nhưng phải làm việc ở điều kiện khá khắc nghiệt Bên cạnh đó, cụm turbin-máy nén được lắp trong một liên hợp gồm động cơ-turbin-máy nén thành một thể thống nhất nên các thành phần có mối liên hệ mật thiết với nhau Do đó, khi xem xét hư hỏng và khắc phục, cần đặt trong bối cảnh của liên hợp này để đảm bảo sự phối hợp và tin cậy cho cả hệ thống.
• Xác định các hư hỏng và biện pháp khắc phục
Việc xác định các hư hỏng của hệ thống tăng áp là yếu tố then chốt ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều chỉ tiêu của động cơ, từ hiệu suất vận hành đến mức tiêu hao nhiên liệu và độ bền của các bộ phận Do đó, người thợ sửa chữa phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình sửa chữa và thực hiện đúng trình tự đã được quy định, từ khâu kiểm tra, chẩn đoán cho tới các bước sửa chữa và nghiệm thu, đảm bảo quá trình phục hồi hệ thống tăng áp an toàn và hiệu quả.
- Tìm hiểu các biểu hiện của động cơ
- Chỉ tác động vào cụm turbin-máy nén khi đã xác định rõ ràng sự cố của động cơ là do cụm turbin-máy nén gây ra
Để đảm bảo an toàn vận hành, không tháo rời hoặc tác động vào cụm turbin-máy nén khi chưa xác định rõ nguyên nhân gây hư hỏng; làm như vậy có thể gây hại tức thời cho thiết bị và làm tăng rủi ro cho toàn hệ thống.
• Hư hỏng hệ thống tăng áp chủ yếu là do các nguyên nhân sau :
▪ Hao dầu bôi trơn động cơ
Hình 3- 1 Thêm dầu động cơ
Turbo hoạt động ở tốc độ rất cao, thường vượt ngưỡng 100.000 vòng/phút, do đó hệ thống bôi trơn của turbo phải làm việc liên tục để duy trì hiệu suất và độ bền Bôi trơn liên tục giảm ma sát giữa các chi tiết quay, giúp tản nhiệt tốt hơn và ngăn mòn, từ đó turbo có thể vận hành ổn định ngay cả ở điều kiện khắc nghiệt.
Turbo tăng áp truyền thống thường dùng hệ thống bơm dầu của động cơ để bôi trơn và làm mát cho turbo Việc cấp dầu liên tục cho hệ thống turbo có thể làm dầu bôi trơn động cơ bị tiêu hao Trên thực tế, một số động cơ turbo cho thấy mức hao hụt dầu không đáng kể trong chu kỳ thay dầu, trong khi ở các dòng xe khác, hao hụt dầu lại lớn và người dùng sẽ phải bổ sung dầu thêm.
▪ Hư hỏng hệ thống dẫn dầu
Hình 3- 2 Hỏng hệ thống dẫn dầu
Turbo tăng áp truyền thống được bôi trơn và làm mát nhờ hệ thống dẫn dầu từ động cơ Sau nhiều năm vận hành, ở khoảng 5–7 năm có thể xuất hiện dấu hiệu rò rỉ ở ống dẫn dầu bôi trơn turbo hoặc gioăng/phớt bị hư và có thể thoái hóa theo thời gian Hậu quả là dầu bôi trơn cho turbo bị thiếu hoặc không được cấp đủ, gây ảnh hưởng tới hiệu suất và tuổi thọ của turbo cũng như động cơ.
Ngay khi nhận thấy động cơ có tiếng nổ ồn hơn bình thường, người dùng xe cần khẩn trương mang xe đến xưởng dịch vụ uy tín để kiểm tra kịp thời, nhằm ngăn ngừa hư hỏng turbo và đảm bảo an toàn vận hành.
Hình 3- 3 Rò rỉ hoặc vỡ ống nén khí
Để thuận tiện cho tháo lắp và bảo dưỡng, hệ thống đường ống nén khí của turbo tăng áp thường được làm bằng nhựa và cao su, trong khi một số dòng xe cao cấp có thể được chế tạo từ hợp kim để tăng độ bền; ống dẫn nén khí được nối từ turbo tăng áp tới động cơ thông qua hệ thống đai siết hoặc gioăng làm kín, nhằm đảm bảo kín khí và tối ưu hóa hiệu suất làm việc của turbo.
- Sau nhiều năm sử dụng, vật liệu có thể bị thoái hóa, ống dẫn khí từ turbo tăng áp vào buồng đốt có thể bị hở gioăng, gây rò rỉ khí nén Nhiều xe thậm chí còn được ghi nhận bị tụt ống dẫn khí turbo, khiến xe chạy rất yếu mà người lái hoàn toàn có thể cảm nhận được
Hình 3- 4 Hư hỏng hoặc mòn bạc hay bi
- Dấu hiệu nhận biết khi turbo tăng áp bị hỏng hoặc mòn bạc hay bi là động cơ phát ra tiếng kêu vo vo khi hoạt động, đặc biệt là khi tăng ga
- Ngoài việc phát ra tiếng kêu như đề cập ở trên, bạc turbo mòn còn có thể kéo theo tình trạng dầu động cơ bị hao hụt nhanh hơn, giảm sức nén của turbo, làm giảm công suất động cơ Người cầm lái có thể cảm nhận thấy xe bị ì và yếu, đặc biệt khi tăng tốc
• Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn
▪ Áp suất tăng áp quá thấp
▪ Tắc hệ thống nạp khí
▪ Rò rỉ trong hệ thống nạp khí
▪ Rò rỉ trong hệ thống thải
▪ Sai lệch điều kiện vận hành của turbin-máy nén Khắc phục:
▪ Dùng đồng hồ đo áp suất khí tăng áp Nếu áp suất tăng áp không đạt giá trị yêu cầu thì chuyển sang thực hiện các bước tiếp theo Giá trị áp suất tăng áp tùy thuộc vào từng loại động cơ
▪ Kiểm tra hệ thống nạp khí: Kiểm tra lọc khí, hiện tượng lọt khí giữa các bích nối của đường nạp vào máy nén hoặc giữa máy nén với động cơ, sự đóng cặn trên đường nạp,
▪ Kiểm tra hệ thống thải: Sự lọt khí qua bích nối giữa động cơ và đường thải, giữa đường thải với turbin hoặc với bình ổn áp (nếu có) kiểm tra hiện tượng tắc đường ống thải
▪ Kiểm tra sự quay của cánh máy nén: Nếu cánh máy nén không quay hoặc khó quay thì tháo cụm turbin-maý nénvà kiểm tra độ rơ dọc trục cũng như khe hở hướng kính của bánh cánh máy nén