Trình bày nguyên lý, cấu tạo, nhiệm vụ , các hư hỏng và sửa chữa Turbo tăng áp trên ô tô

Bài tập lớn môn kết cấu động cơ:Tìm hiểu về Turbo tăng áp trên động cơ diesel cho sinh viên tìm hiểu về cấu tạo nguyên lý các hư hỏng và cách khắc phục các hư hỏng.Như là hư hỏng do chảy dầu ,tạo ra khói đen ,lọt khí ở các ống dẫn khí,tiếng kêu lại do cánh quạt bị biến dạng ,hay các vòng bi trục giữa bị biến dạng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

TT CÔNG NGHỆ Ô TÔ & ĐT LÁI XE

BÀI TẬP LỚN

ĐỀ TÀI : KẾT CẤU TURBO TĂNG ÁP

CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

PHIẾU GIAO NỘI DUNG BÀI TẬP LỚN KẾT THÚC HỌC PHẦN

Học phần: Kết cấu động cơ

Mã HP: AT5019 Lớp: AT5019 …- 20222AT501900…

Trình độ đào tạo: Cao đẳng

I Yêu cầu chung

- Thời gian thực hiện: Từ 23/03/2023 đến 03/05/2023

- Cách thức thực hiện: Nộp quyển chấm kết hợp vấn đáp.

- Hình thức trình bày: Hoàn thiện báo cáo thuyết minh theo form mẫu và các sản

phẩm cần đạt được theo yêu cầu

- Các yêu cầu khác: - Hình ảnh rõ nét; Bố cục gọn gàng, mạch lạc;

II Nội dung

STT Họ và tên Sinh viên được giao Nội dung Các yêu cầu cần đạt được Ghi chú

1

MSV: 2022500607

Họ và Tên: Trần Văn Mạnh

Kết cấu turbotăng ápcủa động cơdiesel

Hoàn thiện thuyết minhbáo cáo về nội dung đượcgiao:

+ Tổng quan chung về hệthống

+ Đặc điểm cấu tạo, kếtcấu, nhiệm vụ của các chitiết, cụm chi tiết trong hệthống

+ Vai trò, nguyên lý hoạtđộng của hệ thống

Trình bày theo mẫu báo cáo quy định

XÁC NHẬN

Tổ Bộ Môn Giảng viên

TS Vũ Minh Diễn TS Nguyễn Mạnh Dũng

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦUNgày nay do nhu cầu cuộc sống phát triển do đó nền khoa học kĩ thuật cũngphải đi song song cùng nhu cầu cuộc sống để góp phần giúp đời sống con người pháttriển.Hiện nay ô tô đã là nhu cầu thiết yếu đối với cuộc sống ngày nay dưới nhu cầu đóyêu cầu các kĩ sư ô tô càng ngày càng phải phát triển mạnh mẽ cho chiếc xe ô tô trong

đó nguồn động lực chính cho ô tô là động cơ đốt trong yêu cầu phải mạnh mẽ Động

cơ đốt trong chiếm vị trí quan trọng trong quá trình cơ giới hóa sản suất trong mọi lĩnhvực vì vậy những người kĩ sư ngày nay phải có kiến thức về động cơ, biết cách bảodưỡng động cơ để góp phần giúp cuộc sống phát triển Môn học “ Kết cấu động cơ ’’ làmôn học giúp các kĩ sư tương lai hiểu rõ về kết cấu của động cơ đốt trong và cách bảodưỡng động cơ giúp cho động cơ hoạt động tốt Em rất vinh dự khi là sinh viên của

khoa “ Công Nghệ Kĩ Thuật Ô Tô “ và đã được sự chỉ dẫn tận tình của thầy Nguyễn Mạnh Dũng đã giúp em hiểu rõ về môn học rất quan trọng này Quá trình tính toán kiểm nghiệm được sự giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Mạnh Dũng cùng với sự giúp

đỡ của các thầy trong khoa, các bạn đã giúp em hoàn thành bài tập môn học Tuy nhiêntrong quá trình thực hiện dù đã cố gắng nhưng không tránh khỏi những thiếu sót Vìvậy em rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của các thầy, các bạn để emhoàn thiện bài tập lớn của mình hơn và qua đó cũng rút ra được những kinh nghiệmquý giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá trình công tác và học tập sau này

Em xin chân thành cảm ơn !!

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TURBO TĂNG ÁP

1 Turbo tăng áp là gì

Bộ tăng áp là một loại hệ thống cảm ứng cưỡng bức nén không khí đi vào động

cơ ô tô Ưu điểm của việc nén không khí là nó cho phép động cơ ép nhiều không khíhơn vào xi lanh, và nhiều không khí hơn có nghĩa là có thể thêm nhiều nhiên liệu hơn

Do đó, bạn nhận được nhiều năng lượng hơn từ mỗi vụ nổ trong mỗi xi lanh Một động

cơ tăng áp tạo ra nhiều năng lượng hơn so với động cơ cùng kích thước mà không cầnsạc Điều này có thể cải thiện đáng kể tỷ lệ công suất trên trọng lượng cho động cơ.Điều này cũng có nghĩa là một động cơ nhỏ hơn có thể tạo ra mã lực cao hơn một cáchhiệu quả hơn, đồng nghĩa với việc ít phải dừng lại ở trạm xăng hơn Để đạt được sứcđẩy này, bộ tăng áp sử dụng luồng khí thải từ động cơ để quay tua -bin , tua-bin này sẽquay một máy bơm không khí Tua-bin trong bộ tăng áp thường quay ở tốc độ từ80.000 đến 200.000 vòng quay mỗi phút (rpm) — nhanh hơn tới 30 lần so với hầu hếtcác động cơ ô tô có thể quay Và vì nó được nối với ống xả nên tuabin cũng chạy ởnhiệt độ rất cao

Một trong những cách chắc chắn nhất để có thêm công suất từ động cơ là tănglượng không khí và nhiên liệu mà động cơ có thể đốt cháy Một cách để làm điều này

là thêm các hình trụ hoặc làm cho các hình trụ hiện tại lớn hơn Đôi khi những thay đổinày có thể không khả thi; một bộ tăng áp có thể là một cách đơn giản hơn, nhỏ gọnhơn để bổ sung năng lượng, đặc biệt là đối với một phụ kiện hậu mãi

Bộ tăng áp cho phép động cơ đốt cháy nhiều nhiên liệu và không khí hơn bằngcách đóng gói nhiều hơn vào các xi-lanh hiện có Mức tăng điển hình do bộ tăng ápcung cấp là 6 đến 8 pound trên inch vuông (psi) Vì áp suất khí quyển bình thường là14,7 psi ở mực nước biển, bạn có thể thấy rằng bạn đang nạp thêm khoảng 50% khôngkhí vào động cơ Do đó, bạn sẽ mong đợi nhận được thêm 50 phần trăm năng lượng

Nó không hoàn toàn hiệu quả, vì vậy thay vào đó bạn có thể nhận được sự cải thiện từ

30 đến 40 phần trăm

Một nguyên nhân của sự kém hiệu quả đến từ thực tế là năng lượng để quaytuabin không miễn phí Có một tuabin trong dòng khí thải làm tăng sự hạn chế trongkhí thải Điều này có nghĩa là trong hành trình xả, động cơ phải chống lại áp suấtngược cao hơn Điều này trừ đi một chút năng lượng từ các xi lanh đang bắn cùng mộtlúc

2 Lịch sử phát triển của Turbo tăng áp

Công nghệ tăng áp tua-bin đã có mặt trong ngành công nghiệp thế giới tròn 100năm Thế nhưng, chỉ mới 30 năm gần đây, các kỹ sư ôtô mới vượt qua giới hạn côngsuất, tăng hiệu suất cháy, giảm khí thải động cơ nhờ sử dụng công nghệ này Ngày16/11/1905, kỹ sư người Thuỵ Sĩ, Dr.Alfred Buchi nhận bằng phát minh sáng chếmang số 204630 từ văn phòng phát minh Reich, Đức Sinh ngày 11/7/1879, Buchi làmviệc dưới vai trò kỹ sư tại thành phố Wunterthur, Thuỵ Sĩ Trong lúc nhiều phươngpháp tăng áp suất khí nạp được công bố, Buchi đã đi theo ý tưởng của riêng ông là tậndụng năng lượng động học sinh ra từ khí thải áp suất lớn để nén hỗn hợp khí nạp trướckhi vào động cơ Buchi sử dụng dòng khí thải để vận hành tua-bin, qua đó, nén dòngkhí nạp trước khi vào động cơ, kỹ thuật của ông mang tên turbocharger - tăng áp tua-bin

Buchi phải đợi 18 năm trước khi phát minh của ông được đưa vào áp dụng.Động cơ tàu biển công suất lớn là thiết bị đầu tiên tích hợp công nghệ này Dưới sựquản lý của Bộ giao thông, ngành hàng hải Đức đã đóng hai chiếc tàu du lịch “Danzig”

và “Preussen” trang bị động cơ turbo diesel 10 xi-lanh, công suất 2.500 mã lực, khoẻhơn 750 mã lực so với động cơ thường Tới 45 năm sau, tăng áp tua-bin mới được sửdụng trên xe hơi lần đầu tiên với tên gọi “turbo gap” -khoảng trễ từ động cơ tới bướm

ga “Turbo gap” tạo điều kiện cho các kỹ sư tăng công suất động cơ qua giới hạn màthời kỳ đó chưa ai vượt qua được Năm 1973, Porsche chế tạo chiếc xe đua 917/30,công suất 1.100 mã lực, sử dụng công nghệ tăng nạp Với sức mạnh kinh khủng đó,

917/30 đánh bại mọi đối thủ trên đường đua CanAm Series và ban tổ chức phải nhanhchóng thay đổi luật và biến 917/30 thành “hiện vật” trong bảo tàng Sau sự kiện917/30, Porsche tiếp tục chinh phục giới hạn tốc độ và công suất bằng 911 Turbo trìnhlàng tại triển lãm Paris 1974 Với công suất 260 mã lực, vận tốc tối đa 250 km/h,Porsche 911 Turbo chỉ cần 5,5 giây để “bốc” từ 0 lên 100 km/h, gia tốc nhanh nhất tạithời điểm đó.

Bắt đầu sản xuất thương mại năm 1977, nghĩa là hơn 70 năm sau phát minh,tăng áp tua-bin gúp nâng cao công suất động cơ một cách ấn tượng Ví như chỉ códung tích 3,3 lít, động cơ turbo có công suất lên tới 300 mã lực, tương đương với 91

mã lực/lít Đi cùng với sự phát triển của tăng áp tua-bin, một thiết bị mới được khaisinh, đó là Intercooler Chức năng của Intercooler là làm mát khí nạp xuống thấp hơn

100 độ C, giảm áp suất nạp của tua-bin tăng áp mà không giảm công suất

Đến những năm 1980, công nghệ tăng áp tua-bin tạo nên thời kỳ cách mạngtrong môn đua xe thể thao F1 Đội McLaren Honda sử dụng động cơ tăng áp trênMP4/4 và giành chiến thắng tới 15 trong 16 chặng đua, 1.003 trong tổng số 1.031 vòngtrong một mùa giải và hai chiếc MP4/4 về nhất nhì trong 10 chặng Động cơ tăng ápHonda khiến mùa giải 1988 trở nên “vô nghĩa” hơn bao giờ hết nhờ công suất máy lêntới 800 mã lực, trong khi dung tích chỉ có 1,5 lít Một năm sau, kỹ thuật tăng áp có kếtcục giống như chiếc 917/30 của Porsche khi liên đoàn ôtô thế giới cấm sử dụng côngnghệ tăng áp trên xe F1

Các nhà sản xuất ô tô bắt đầu nghiên cứu về động cơ tăng áp từ những năm

1950, tuy nhiên các vấn đề về "độ trễ turbo" và kích thước cồng kềnh của bộ tăng ápvẫn chưa thể giải quyết được vào thời điểm đó

Ngày nay, tăng áp tua-bin vẫn được sử dụng rộng rãi trên các dòng xe, đặc biệt

là xe thể thao Cùng với bộ trung hoà khí thải, tăng áp tua-bin có thể giảm thiểu lượngkhí thải Năm 1987, Porsche chế tạo thành công bộ tăng áp tua-bin kép mang tênbiturbocharger Tăng áp tua-bin còn là ý tưởng để các kỹ sư của Porsche sáng tạo ra hệthống kiểm soát khí thải On-Board Diagnosis II (OBD II), công nghệ biến chiếc 911Turbo thành mẫu xe sạch nhất thế giới

3 Nguyên lý của Turbo tăng áp

3.1 Nguyên lý

Nguyên lý hoạt động của bộ tăng áp turbo là tối ưu hóa nguồn năng lượng từkhí xả để dẫn động turbin quay máy, bơm không khí vào buồng đốt Tối ưu quá trìnhđốt nhiên liệu và không khí Bộ tăng áp turbo bao gồm 2 phần chính là turbin và bộnén, đó là 2 cánh quạt gắn trên một trục, mỗi quạt một đầu trục.Bộ turbo tăng áp đượclắp trên đường ống xả động cơ Khí xả từ động cơ khi thải ra sẽ làm quay cánh tuabincủa bộ tăng áp Do kết nối trên cùng một trục nên khi cánh tuabin quay thì cánh bơmkhoang đối diện sẽ quay theo Cánh bơm quay giúp hút không khí sạch vào và nạp vàođộng cơ Kết quả là khi lượng khí xả càng nhiều thì tốc độ quay của turbo sẽ càngnhanh, đồng nghĩa lượng khí được nạp vào động cơ nhiều hơn, từ đó công suất động

cơ tăng cao hơn

Sơ đồ hoạt động của động cơ tăng áp turbo

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

Bộ tăng áp cuộn đôi sử dụng hai cửa hút khí thải riêng biệt để tối ưu hóa luồngkhí thải, trong khi bộ tăng áp biến thiên hình học điều chỉnh hình dạng vỏ tua-bin đểduy trì tỷ lệ khung hình tối ưu Bộ tăng áp trợ lực điện kết hợp tua-bin chạy bằng khíthải với động cơ điện để giảm độ trễ của bộ tăng áp Cụm xoay trục trung tâm kết nốituabin với máy nén và có thể được làm mát bằng nước để bảo vệ dầu bôi trơn của bộtăng áp không bị quá nóng

Bộ tăng áp sử dụng các bộ phận bổ sung như bộ làm mát trung gian, phun nước,cửa thải và van xả để cải thiện hiệu suất động cơ Độ trễ turbo và ngưỡng tăng tốc ảnhhưởng đến việc cung cấp năng lượng và có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau

để giảm độ trễ turbo Nhiều bộ tăng áp có thể được sử dụng để giải quyết những vấn

đề này, trong đó tăng áp kép là cách sắp xếp phổ biến nhất Bộ tăng áp khác với bộsiêu tăng áp, vì chúng được cung cấp năng lượng từ khí thải thay vì được điều khiểnbằng cơ học bởi động cơ Sạc đôi kết hợp cả hai hệ thống để giảm thiểu điểm yếu củachúng Bộ tăng áp được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cả động cơxăng và động cơ diesel, với việc sử dụng ngày càng nhiều trong động cơ xăng Các longại về an toàn bao gồm lỗi bộ tăng áp và nhiệt độ khí thải cao, có thể gây cháy xe

Ưu nhược điểm của tăng áp Turbo:

Ưu điểm:

− Ưu điểm chính của Turbo tăng áp là tăng sức mạnh cho động cơ trong khikhông tăng số lượng xi lanh cũng như dung tích, điều này dẫn đến ít tiêu haonhiên liệu hơn Với động cơ turbo, công suất động cơ có thể tăng từ 30% đến40% so với động cơ không sử dụng turbo

Nhược điểm:

− Turbocharger bao gồm tăng chi phí bổ sung, phức tạp và độ trễ (gọi là turbolag).Turbo lag là sự chậm trễ trong phản ứng tại thời điểm khi người lái thựchiện tăng tốc, sẽ mất 1 hoặc 2 giây hoặc hơn Trong những năm qua, các nhàthiết kế đã cố gắng giảm hiệu ứng turbo lag bằng một thiết kế turbo kép

− Ngày nay, với sự kết hợp của các hệ thống quản lý động cơ với hệ thống máytính phức tạp và độc lập, các turbin có trọng lượng thấp dường như là một bướctiến lớn trong việc giảm hiệu ứng “turbo lag”

− Đối với các yếu tố kỹ thuật và chi phí, động cơ sử dụng turbo đòi hỏi phải sửdụng các piston khỏe hơn, các cần đẩy khỏe hơn và trục khủy cũng phải khỏehơn so với các động cơ không sử dụng turbo

− Các Turbochager cũng tạo ra nhiệt bổ sung đáng kể, chính vì vậy mà động cơnóng hơn, vì vậy hệ thống làm mát bộ tản nhiệt lớn hơn Các turbin có thể quaytrên 100,000 vòng/phút (có thể lên đến 250,000 vòng/phút), chính vì vậy cácđộng cơ được tăng áp đòi hỏi phải có nguồn cung cấp dầu dồi dào cùng với mộtbơm dầu dung tích cao hơn Vì vậy mà động cơ tăng áp có khoảng thời gianthay dầu ngắn hơn

− Trước đây động cơ turbo thường chỉ được trang bị trên các dòng xe sang hoặc

xe thể thao nhằm mục đích tăng hiệu suất vận hành Nhưng gần đây, các dòng

xe phổ thông cũng đã sử dụng động cơ này Tại thị trường Việt Nam, một sốmẫu xe có sử dụng động cơ turbo có thể kể đến như Hyundai Kona, HyundaiTucson, Huyndai Elantra,…

1 Phân loại,ưu nhược điểm của những loại turbo

Trên trị trường hiện nay ta thường gắp 5 loại Turbo

− Động cơ đơn(Single Turbo)

Động cơ turbo tăng áp đơn lẻ có thể biến thiên vô hạn Sự khác biệt kích thướcgiữa bánh răng máy nén và tuabin sẽ dẫn đến các đặc tính mô-men xoắn hoàn toànkhác nhau Tua bin lớn sẽ mang lại công suất cao nhất, nhưng tuabin nhỏ giúp nó quaynhanh hơn Ngoài ra vòng bi giúp giảm ma sát cho máy nén và tuabin quay, do đóquay nhanh hơn

− 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 bộtăng 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 choRPM cao (I4, I6, v.v.).

Tăng áp kép

Bạn thậm chí có thể có hai tuabin có kích thước tương tự nhau, trong đó mộttuabin được sử dụng ở tốc độ RPM thấp và cả hai đều được sử dụng ở tốc độ RPMcao Trên BMW X5 M và X6 M, các tuabin cuộn đôi được sử dụng, một ở mỗi bên củađộng cơ V8

Nhược điểm:

− Chi phí cao và phức tạp, vì phải đã tăng gần gấp đôi các thành phần turbo

− Tăng áp cuộn đôi (Twin-scroll turbo)

Bằng cách sử dụng hai cuộn, các xung xả được chia Với một ống turbo đơncuộn truyền thống, áp suất khí thải từ xi lanh 1 sẽ cản trở xy lanh 2 hút không khí sạch

vì cả hai van xả tạm thời mở Từ đó làm giảm áp lực đến turbo

Ưu điểm:

− 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 cảntrở ,linh hoạt điều chỉnh hơn

Nhược điểm

− Yêu cầu bố trí động cơ cụ thể và thiết kế ống xả (ví dụ: I4 và V8, trong đó 2 lanh có thể được đưa vào mỗi cuộn của turbo, tại các khoảng thời gian) khó vàphức tạp hơn Chi phí và độ phức tạp cao hơn so với các tuabin đơn truyềnthống

xi-− Bộ tăng áp cuộn đôi biến thiên (Variable twin-scroll turbo)

Một turbo cuộn kép biến đổi kết hợp VGT với thiết lập cuộn đôi, do đó ở cácvòng quay thấp, một trong các cuộn được đóng hoàn toàn, buộc tất cả không khí vàobên 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 toànthay đổi, có nghĩa là van mở theo từng bước nhỏ), bạn sẽ có được hiệu suất cao cấptốt

Ưu điểm:

− Rẻ hơn đáng kể (về lý thuyết) so với VGT, do đó tạo ra một trường hợp chấpnhận 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

Nhược điểm:

− Chi phí và độ phức tạp cao hơn so với sử dụng một turbo đơn hoặc cuộn képtruyền thống Công nghệ này đã được nghiên cứu trước đây, nhưng dường nhưkhông bắt kịp trong thế giới sản xuất do có những thách thức về công nghệ

− Động cơ tăng áp điện (Electric turbo)

Full Electric Turbocharger Technology là công nghệ mới cho phép các nhà sảnxuất xe đáp ứng luật pháp về khí thải nghiêm ngặt trong tương lai, đồng thời cung cấpphản ứng tuyệt vời trong phạm vi vận hành động cơ, ngay cả ở vòng tua động cơ thấp

và tốc độ xe FETT là giải pháp tối ưu cho việc thu hẹp động cơ cực độ và cải thiệnhiệu suất động cơ bằng cách sử dụng bộ tăng áp một tầng.

Ưu điểm

− Bằng cách kết nối trực tiếp một động cơ điện với bánh răng máy nén, độ trễturbo và khí thải có thể được loại bỏ gần như bằng cách quay máy nén bằngnăng lượng điện khi cần thiết

− Bằng cách kết nối một động cơ điện với tuabin khí thải, năng lượng lãng phí cóthể được phục hồi Phạm vi RPM hiệu quả rất rộng với mô-men xoắn đều.Nhược điểm

− Chi phí và độ phức tạp cao Trọng lượng trở thành một vấn đề, đặc biệt là việc

bổ sung pin trên xe, sẽ cần thiết để cung cấp đủ năng lượng cho turbo khi cầnthiết

3.2 Độ trễ Turbo tăng áp

Một trong những vấn đề chính đối với turbo tăng áp đó là chúng không làmtăng công suất ngay lập tức khi bạn đạp ga Phải mất khoảng vài giây đồng hồ để turbotăng vận tốc trước khi tác dụng khuyếch đại công suất Kết quả là một độ trễ xuất hiệnkhi 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 củacác bộ phận quay, chính là làm giảm trọng lượng bản thân của chúng Điều này chophép cánh tuabin và cánh nén khí có thể tăng tốc rất nhanh và hỗ trợ tăng cường côngsuất cho động cơ sớm hơn Một cách chắc chắn để giảm độ quán tính của cánh tuabin

và cánh nén khí là chế tạo chúng có kích thước nhỏ hơn Một turbo có kích thước nhỏhơn sẽ tác dụng giúp tăng cường công suất cho động cơ nhanh hơn ở tốc độ động cơthấp nhưng có thể không có tác dụng tăng công suất ở tốc độ động cơ cao khi mộtlượng lớn khí nạp được nén vào trong động cơ Nó cũng nguy hiểm hơn khi tốc độquay của tuabin quá nhanh ở tốc độ động cơ cao khi có nhiều khí xả đi qua các cánhtuabin

Các turbo tăng áp có kích thước lớn hơn có thể giúp tăng công suất động cơnhiều hơn ở tốc độ cao nhưng lại sinh ra một độ trễ tác dụng rất lớn bởi vì nó mấtnhiều thời gian hơn để tăng tốc độ quay của cánh tuabin và cánh nén khí do chúngnặng 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 khingăn nó khỏi quay quá nhanh ở tốc độ động cơ cao Để ngăn hao tổn, trong turbo bố trímột van đặc biệt cho phép khí xả đi tắt qua các cánh tuabin Van này có độ nhạy lớnvới sự tăng áp đột ngột Nếu áp suất tăng lên quá cao, nó có thể xác nhận rằng tuabinquay quá nhanh và mở ra cho phép một lượng khí xả đi vòng qua cánh tuabin và làmgiảm tốc độ tuabin

Một số turbo tăng áp sử dụng vòng bi cầu thay vì sử dụng loại ổ đệm chất lỏng

để đỡ lấy trục của tuabin 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 cóthể chịu được tốc độ quay và nhiệt độ sinh ra từ các turbo tăng áp Chúng cho phép cáctrục tuabin có thể quay với lực ma sát sinh ra thấp hơn các loại ổ đỡ chất lỏng được sửdụng 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 thểtăng tốc nhanh hơn, giảm được độ trễ đến mức thấp hơn

Các cách tuabin được làm bằng gốm thường nhẹ hơn các cánh tuabin được làmbằng kim loại phổ biến trong hầu hết các turbo tăng áp Trái lại, chúng lại cho phép cáctuabin quay nhanh hơn, và giảm được độ trễ tác dụng

4 Cấu tạo của turbo tăng áp

− Cánh quạt nén khí là bộ phận được gắn ở đầu còn lại của trục turbo,nó nằm bêntrong vỏ hút khí.Quạt nén khí chuyển động với tốc độ giúp hút không khí sạch

và nén chúng ở áp suất cao ,đưa vào bên trong buồng đốt

− Vỏ hút khí là bộ phận có thiết kế hình xoắn ốc bao bọc lấy phần quạt nénkhí.Chúng giúp tạo ra và định hướng cho đường di chuyển của dòng khí nén đivào động cơ

− Vỏ nén khí là bộ phận hình học xoắn ốc ,bao bọc lấy cánh quạt turbin với cửa

xả hướng ra ngoài.Chúng giứ tiếp nhận luồng khí xả từ động cơ,dẫn độngchúng quay cnash quạt,và đưa luồng khí thải ra bên ngoài

− Ô bi đỡ là bộ phận được thiết kế ở 2 đầu của Turbo.Chúng vừa là bộ phận nâng

đỡ ,cố định trục động cơ ,vừa là bộ paahnj giảm ma sat tăng tốc độ quay củaquạy và trục

− Bộ phận làm mát là bộ phận thiết kế và kết nối trực tiếp với Turbo.Chúng sửdụng hệ thống làm mát bằng không khí ,làm giảm nhiệt độ của khí nén trướckhi đưa vào buồng đốt

Dưới đây là 3 bộ phận chính chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết

4.1 Tuabin

Phần tua-bin (còn được gọi là "mặt nóng" hoặc "mặt xả" của tua-bin) là nơi tạo

ra lực quay để cung cấp năng lượng cho máy nén (thông qua một trục quay qua tâmcủa tua-bin) Sau khi khí thải đã quay tuabin, nó tiếp tục đi vào ống xả và ra khỏi xe

Tua bin sử dụng một loạt các cánh quạt để chuyển đổi động năng từ dòng khíthải thành năng lượng cơ học của trục quay (được sử dụng để cung cấp năng lượng chophần máy nén) Vỏ tuabin hướng dòng khí chạy qua phần tuabin và bản thân tuabin cóthể quay với tốc độ lên tới 250.000 vòng/phút Một số thiết kế bộ tăng áp có sẵn nhiềutùy chọn vỏ tua-bin, cho phép lựa chọn vỏ phù hợp nhất với đặc tính của động cơ vàcác yêu cầu về hiệu suất.

Hiệu suất của bộ tăng áp gắn chặt với kích thước của nó và kích thước tươngđối của bánh tuabin và bánh máy nén Tua-bin lớn thường yêu cầu tốc độ dòng khí thảicao hơn, do đó làm tăng độ trễ của tua-bin và tăng ngưỡng tăng áp Tua bin nhỏ có thểtạo ra lực đẩy nhanh và ở tốc độ dòng chảy thấp hơn, nhưng có thể là yếu tố hạn chếcông suất cực đại do động cơ tạo ra.Các công nghệ khác nhau, như được mô tả trongcác phần sau, thường nhằm mục đích kết hợp lợi ích của cả tua-bin nhỏ và tua-bin lớn

Động cơ diesel thường sử dụng tuabin hướng trục,thay vì sử dụng tuabin hướngtâm

Tua bin hướng trục là tuabin trong đó dòng chất lỏng làm việc song song vớitrục, trái ngược với tuabin hướng tâm , nơi chất lỏng chạy quanh trục, như trong cốixay nước

Tua bin hướng trục có cấu trúc tương tự như máy nén hướng trục , nhưng nóhoạt động theo chiều ngược lại, chuyển đổi dòng chất lỏng thành cơ năng quay

4.2 Máy nén

Máy nén hút không khí bên ngoài vào thông qua hệ thống nạp của động cơ, tạo

áp suất cho nó, sau đó đưa nó vào buồng đốt (thông qua đường ống nạp ) Phần máynén của bộ tăng áp bao gồm một cánh quạt, bộ khuếch tán và vỏ xoắn ốc Đặc tính vậnhành của máy nén được mô tả bằng sơ đồ máy nén

4.3 Cụm xoay trục trung tâm

Cụm xoay trục trung tâm (CHRA) chứa trục kết nối tuabin với máy nén Mộttrục nhẹ hơn có thể giúp giảm độ trễ turbo.CHRA cũng có ổ trục để cho phép trục nàyquay ở tốc độ cao với ma sát tối thiểu

Một số CHRA được làm mát bằng nước và có các ống dẫn chất làm mát củađộng cơ chảy qua Một lý do để làm mát bằng nước là để bảo vệ dầu bôi trơn của bộtăng áp không bị quá nóng

Dòng khí xả từ các xy-lanh thổi ra tạo áp lực lên các cánh tuabin làm tuabinquay Càng nhiều khí xả đi qua các cánh tuabin thì tuabin quay càng nhanh Cánhtuabin phải chịu được nhiệt và có độ bền cao vì nó tiếp xúc trực tiếp với khí xả, quayvới tốc độ cao và trở nên rất nóng Bởi vậy, nó được làm bằng hợp kim siêu chịu nhiệthoặc bằng gốm

Mặt khác trên một đầu còn lại của trục tubin, cánh nén khí được gắn vào để đẩykhông khí vào trong các xy-lanh Các cánh nén khí là một loại bơm ly tâm, nó hướngdòng không khí từ tâm quay theo biên dạng cánh hướng ra ngoài.

Để có thể tăng tốc độ quay lên đến 150.000 vòng/phút, trục của tuabin được đỡbởi một ô bi đặc biệt Hầu hết các ổ bi đều bị quá hủy ở tốc độ như thế, cho hầu hếtcác tuabin tăng áp đều sử dụng loại ổ đỡ chất lỏng Loại ổ bi này đỡ lấy trục tuabinbằng một lớp dầu cực mỏng Điều này đạt được hai mục đích: trục quay của tuabinđược làm mát và nó cho phép trục quay với lực cản ma sát thấp…

Van cửa xả được lắp trong khoang tuabin 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 chấp hành.4.5 Động sử dụng 2 hay nhiều turbo

Khi hai tuabin cùng làm việc ở điều kiện tải nhẹ hoặc tốc độ thấp, tính thíchứng của động cơ được cải thiện, ví dụ thích ứng với tăng tốc Khi hai tuabin cùng làmviệc ở điều kiện tải nặng hoặc tốc độ cao, động cơ có thể sản ra công suất cao Khi chỉ

có một tuabin thì động cơ khó đạt được hiệu quả cao ở cả hai chế độ làm việc với tảitrọng nặng và tải trọng nhẹ Trong trường hợp này chỉ có thể đạt được hiệu quả cao ởmột trong hai chế độ Tuy nhiên, tuabin kép sử dụng van điều khiển khí xả và van phândòng Nó điều khiển cho một tuabin làm việc ở chế độ tải nhẹ và hai tuabin làm việc ởchế độ tải nặng hoặc tốc độ cao, để tăng tính thích ứng của động cơ ở mọi tốc độ vàđạt được công suất cao

Khi không khí được nén lại, nó được hâm nóng lên và khi không khí nóng lên,

nó sẽ giãn nở Bởi vậy áp suất trong turbo tăng lên một cách đáng kể và kết quả làkhông khí nóng lên trước khi đi vào động cơ Để tăng công suất của động cơ, phải đạtđược một mục tiêu là đưa thêm nhiều phân tử khí vào trong xy-lanh mà không làmtăng áp suất khí

Để đạt được điều này, một bộ làm mát trung gian hay một bộ làm mát khí nạpđược lắp thêm vào hệ thống, nó được xem như là một két làm mát nhưng chỉ khác làkhông khí được thổi đi vào và đi ra khỏi bộ làm mát trung gian này Có hai kiểu bộlàm mát trung gian: Kiểu làm mát bằng không khí và kiểu làm mát bằng nước Hiệnnay chỉ có kiểu làm mát bằng không khí là được sử dụng Tuỳ theo kiểu động cơ mà vịtrí lắp bộ làm mát trung gian có khác nhau Khí nạp được thổi qua một đường ống dẫnkín bên trong bộ làm mát trong khi đó không khí từ bên ngoài được đẩy cưỡng bứcqua các cánh tản nhiệt của nó bằng quạt làm mát động cơ

Bộ làm mát khí nạp giúp tăng công suất của động cơ bằng cách làm mát khí nén

đi ra từ cánh nén khí của tuabin trước khi đi vào trong động cơ Điều này có nghĩa lànếu turbo tăng áp tạo ra một áp suất nén khoảng 7 PSI, hệ thống lám mát khí nạp sẽlàm nguội không khí có áp suất 7 PSI này, có nghĩa là nó trở nến đậm đặc hơn và chứanhiều phân tử khí hơn một khối không khi nóng

Một turbo tăng áp cũng giúp tăng mật độ khí nén khi càng lên cao sự đậm đặccủa không khí càng bị giảm đi Động cơ bình thường thực tế bị giảm công suất khicàng lên cao so với mực nước biển bởi vì mỗi hành trình nén của piston, động cơ sẽnén được ít không khí hơn về khối lượng Một động cơ có turbo tăng áp cũng bị giảmcông suất nhưng sự giảm công suất này sẽ ít ảnh hưởng hơn bởi vì không khí loãnghơn dễ được đẩy qua các cánh nén khí của turbo hơn

Các loại xe cũ với động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu kiểu cacbuarato, tựđộng tăng tỷ lệ nhiên liệu để phù hợp hơn với sự tăng lưu lượng khí nạp đi vào trongcác xy-lanh Các loại xe hiện đại ngày nay sử dụng loại động cơ phun nhiên liệu điện

tử cũng đạt được điều này ở mức độ tối ưu hơn Hệ thống phun nhiên liệu điện tử sửdụng các cảm biến ôxi trong đường ống xả để đo tỷ lệ không khí – nhiên liệu một cáchchính xác Bởi vậy, hệ thống này sẽ tự động tăng lượng nhiên liệu nạp vào nếu đượctrang bị thêm turbo tăng áp

Nếu turbo tăng áp tăng lượng khí nạp nhanh quá mức đòi hỏi phải tăng lượngnhiên liệu phun vào phù hợp, hệ thống phun nhiên liệu có thể không cung cấp đủ nhiênliệu, cũng như là chương trình phần mềm trong bộ điều khiển không cho phép hoặcbơm nhiên liệu và vòi phun không đủ khả năng cung cấp đủ cho nhu cầu Trong trườnghợp này, một số điều chỉnh khác được thiết lập để thu được hiệu quả cao nhất từ turbotăng áp

Đối với động cơ điêzen, bộ bù nạp sẽ tăng lượng bơm nhiên liệu cực đại phùhợp với áp suất nạp

Trong động cơ điều khiển bằng máy tính, lượng không khí nạp được theo dõibằng cảm biến lưu lượng khí nạp, còn áp suất nạp được theo dõi bằng bộ cảm biến ápsuất của tuabin nạp và sự tăng lượng phun nhiên liệu cực đại được điều khiển bằngECU của động cơ.

5 Nhiệm vụ của Turbo tăng áp

Turbo hay bộ tăng áp động cơ (Turbocharger) là thiết bị thường được gắn vàohọng xả động cơ làm nhiệm vụ bơm khí xả vào động cơ nhằm tăng sức mạnh cho động

cơ mà không phải tăng số lượng và dung tích xy-lanh

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 thôngthường trong không khí là 1 at Với turbo tăng áp, áp suất nén sẽ tăng thêm khoảng từ0,408 – 0,544 at Như vậy theo lý thuyết, turbo tăng áp giúp công suất động cơ tănglên khoảng 50% Còn trên thực tế, tuy hiệu suất không hoàn hảo nhưng công suất động

cơ cũng được tăng thêm từ 30 – 40%

CHƯƠNG II CÁC HƯ HỎNG VÀ CÁCH SỬ CHỮA

Do bộ Turbo hoạt động trong điều kiện khắc nhiệt và hoạt động với số vòngquay lớn.Hệ thống sử dụng vận tốc của chính luồng khí thải từ động cơ để quay máy