Báo cáo chuyên đề hệ thống tăng áp

Bao gồm tất cả nội dung về hệ thống tăng áp trên ô tô rất chi tiết bao gồm: Công dụng, cấu tạo. Nguyên lý hoạt động Mô tả ngắn gọn dễ hiểu khí cần tăng công suất Khi không cần tăng công suất, van tránh mở để supercharge hoạt động không tải, qua không tạo tải trọng lên trục khuỷu Supercharge thường giúp động tăng từ 3050% công suất... công suất 620 mã lực Mặc dù công nghệ supercharge ứng dụng cho tô thời gian dài song tới tận gần kỹ sư tìm cách tăng hiệu suất supercharge cách thay đổi góc vấu cam rôto supercharge Những thay... với động thông thường loại Động lắp thêm hệ thống supercharger Chiếc Chevrolet Corvette ZR1 sử dụng hệ thống supercharge kết hợp với làm mát trung gian chất lỏng không khí để đạt tới công suất

MỤC LỤC

I Giới thiệu về hệ thống tăng áp trên ô tô: 2

1.1 Công dụng 2

1.2 Phân loại 2

II Phương pháp tăng áp dẫn động cơ khí 2

2.1 Cấu tạo chung 2

2.2 Nguyên lý hoạt động 3

2.3 Những ưu nhược điểm của hệ thống siêu nạp 4

III Phương pháp tăng áp tuabin khí 5

3.1 Cấu tạo chung 5

3.2 Nguyên lý hoạt động 9

3.3 Những ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp tuabin khí 9

IV Tăng áp hỗn hợp 10

V Hệ thống bôi trơn và làm mát tuabin 11

5.1 Hệ thống bôi trơn 11

5.2 Hệ thống làm mát 11

5.2.1 Kiểu làm mát bằng không khí 12

5.2.2 Kiểu làm mát bằng nước 12

VI Điều khiển áp suất nạp 13

KẾT LUẬN 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN Ô TÔ

I Giới thiệu về hệ thống tăng áp trên ô tô:

1.1 Công dụng

- Động cơ tăng áp là động cơ sử dụng hệ thống nạp nhiên liệu

cưỡng bức và nén khí vào buồng đốt giúp động cơ có thêm nhiều nhiên liệu và không khí hơn so với các động cơ thông thường có dùng dung tích xi-lanh Việc này giúp động cơ đốt sạch nhiên liệu và tạo ra công suất lớn hơn, không bị dư thừa nhiên liệu sau khi đốt nổ, khí thải cũng thân thiện môi trường hơn

- Động cơ tăng áp giúp gia tăng thêm khoảng 50% không khí vào động cơ và giúp tăng thêm 30-40% công suất so với động cơ thông thường

1.2 Phân loại

- Hệ thống tăng áp trên động cơ đốt trong gồm hai loại: tăng áp có

sử dụng máy nén khí và tăng áp không sử dụng máy nén khí

- Hiện nay trên các ô tô hiện đại chủ yếu sử dụng tăng áp dẫn động

cơ giới (supercharger), tua bin khí (turbocharger) và tăng áp hỗn hợp

máy, thông qua dây curoa Khi động cơ hoạt động, dây curoa sẽ kéo

hệ thống siêu nạp hoạt động theo nhằm nén không khí vào buồng đốt Tuy động cơ mất một phần công suất để nén nhưng do được truyền lực liên tục nên không bị trễ ga như Turborcharger

Hình 2.1 Cấu tạo bộ siêu nạp

2.2 Nguyên lý hoạt động

- Các loại máy nén được sử dụng trong phương án này có thể là máy nén kiểu piston, quay roto, trục xoắn, quạt ly tâm hoặc quạt hướng trục được dẫn động từ trục khuỷu củ động cơ đốt trong

Hình 2.2 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

- Không khí ngoài trời được hút vào và nén dưới áp suất cao Nhiệt động không khí lúc này tăng ảnh hưởng không tốt đến quá trình nạp của động cơ, do đó ta phải hạ thấp nhiệt độ của hỗn hợp khí đến mức thấp nhất có thể bằng cách cho không khí đi qua thiết bị làm mát 5 trước khi vào xi lanh động cơ

2.3 Những ưu nhược điểm của hệ thống siêu nạp

hệ thống siêu nạp vận hành dựa trên trục khuỷu động cơ

(crankshaft) thay vì khí thải như tăng áp

- Hiệu suất cải thiện ngay ở tua máy thấp: Đây là một lợi thế rất hữu ích đối với các mẫu xe đô thị, SUV… do thường xuyên di

chuyển hoặc đòi hỏi lực kéo lớn tại tua máy thấp

2.3.2 Nhược điểm

- Hiệu quả mang lại kém hơn tăng áp: nhược điểm lớn nhất của hệthống siêu nạp là nó tiêu tốn công suất của động cơ để… tạo thêm công suất Lý do là bởi thiết kế chạy dựa trên dây đai kết nối với trục khuỷu – tương tự như việc bạn chạy một máy bơm bằng một máy bơm khác Với kết cấu như vậy, không có gì đáng ngạc nhiên khi hiệu suất của các hệ thống siêu nạp kém hơn rất nhiều so với tăng áp

- Độ tin cậy: Toàn bộ các hệ thống nạp cưỡng bức như tăng áp hay siêu nạp đều buộc những bộ phận bên trong động cơ vận hành ở áp suất và nhiệt độ cao hơn khá nhiều – điều sẽ ảnh

hưởng không nhỏ tới tuổi thọ nói chung của chúng Chính vì thế, nếu bạn muốn “độ” lại động cơ xe của mình, hãy xem xét tổng thể mọi thành phần của nó thay vì chỉ đơn thuần là lắp thêm hệ thống siêu nạp và vẫn giữ nguyên bản các phụ tùng gốc Trong sốcác loại động cơ hiện nay, siêu nạp được xem là bạn đồng hành lýtưởng với các loại V8 dung tích lớn bởi hiệu suất tăng thêm là rất đáng kể

III Phương pháp tăng áp tuabin khí

3.1 Cấu tạo chung

- Nó bao gồm một tua bin hướng trục lắp trên cùng một trục với máy nén li tâm, trục của tuabin máy nén được đỡ bởi hai ổ lăn đặtngoài Cụm tuabin máy nén này được trang bị bộ giảm âm rất tốt,toàn bộ vỏ, dòng khí vào và ra tuabin đều được làm mát bằng nước

Hình 3.1 Hệ thống tăng áp tuabin khí 1- Bánh tuốc bin; 2- Trục; 3- Bánh nén khí nạp; 4- Xupap nạp; 5- Xupap xả; 6- Van điều tiết; 7- Đường khí phản hồi; 8- Xy lanh điều khiển; 9- Mạch giảm tải

- Bộ tăng áp đặt ngay sát động cơ và có cấu tạo như hình trên Nguyên lý hình thành tăng áp dựa trên cơ sở tận dụng động năng của dòng khí xả, khi đi ra khỏi động cơ, làm quay máy nén khí

- Dòng khí xả đi vào bánh tuốc bin 1, truyền động năng làm quay trục 2, dẫn động bánh 3, khí nạp được tăng áp đi vào đường ống nạpđộng cơ Áp suất tăng áp khí nạp phụ thuộc vào tốc độ động cơ (tốc

độ dòng khí xả hay tốc độ quay của bánh 1) Với mục đích ổn định tốc độ quay của bánh 1 trong khoảng hoạt động tối ưu theo số vòng quay động cơ, trên đường nạp có bố trí mạch giảm tải 9 (hình vẽ) Mạch giảm tải làm việc nhờ van điều tiết 6, thông qua đường khí phản hồi 7 và cụm xy lanh điều khiển 8 Khi áp suất tăng áp tăng, van 6 mở, một phần khí xả không qua bánh tuốc bin 1, thực hiện giảm tốc độ cho bánh nén khí nạp, hạn chế sự gia tăng quá mức áp suất khí nạp

Hình 3.2 Hệ thống tăng áp tua bin khí

-Lợi ích của việc này là không khí được nén ép vào trong xylanh nhiều hơn, đồng nghĩa với việc nhiên liệu được đưa vào động cơ nhiều hơn Do vậy, mỗi kỳ nổ của xylanh lại sinh ra nhiều công suất hơn Với một động cơ có trang bị turbo tăng áp sẽ sản sinh ranhiều công suất hơn so với động cơ cùng kích cỡ nhưng không có turbo

Hình 3.3 Các bộ phận của hệ thống tăng áp tua bin

- Tuabin nạp khí (tuabin tăng áp) bao gồm khoang tuabin, khoangkhí nén, khoang trung tâm, bánh tuabin, bánh khí nén, các ổ trục

tự lực hoàn toàn, van cửa xả, bộ chấp hành

3.1.1 Bánh tuabin và bánh khí nén

- Bánh tuabin và bánh khí nén được lắp trên cùng một trục Khi bánh tuabin quay với tốc độ cao nhờ có áp suất của luồng khí xả thì bánh khí nén cũng quay theo và làm nén không khí vào xy lanh.

Hình 3.4 Bánh tuabin và bánh khí nén

- Bánh tua bin và bánh khí nén 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

3.1.2 Khoang trung tâm

- Khoang trung tâm đỡ bánh tuabin và bánh nén khí thông qua trục của chúng Trong khoang trung tâm có đường dẫn dầu để bôitrơn và làm mát cho trục và các ổ trục

Hình 3.5 Cấu tạo khoang trung tâm

- Nước làm mát động cơ cũng được tuần hoàn qua kênh làm mát trong khoang trung tâm để nhiệt độ động cơ không bị tăng lên và tránh hủy hoại dầu

Hình 3.6 Cấu tạo van cửa xả và bộ chấp hành

3.2 Nguyên lý hoạt động

- Dòng khí thải đi ra từ động cơ được dẫn vào tuabin tăng áp và làm quay tuabin Càng nhiều khí thải đi qua thì tuabin quay càng nhanh Tuabin này được cố định trên 1 trục Ở đầu bên kia của trục, 1 máy nén khí được thiết kế nằm giữa đường dẫn không khí vào buồng đốt và lưới lọc khí Máy nén khí này sẽ làm tăng áp suất của dòng khí đi qua trước khi vào buồng xi-lanh Đây là máy nén khí tận dụng lực ly tâm để làm tăng áp suất không khí được quay trong máy nén ở tốc độ cao và tăng dần áp suất khi đi xa khỏi tâm của trục quay

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuabin tăng áp

- Hệ thống tuabin gồm ba phần chính, ở giữa hệ thống là các vòng

bi xoay quanh một trục Mỗi đầu của trục được gắn với một

tuốcbin nằm trong một hộp xoắn ốc (giống như vỏ ốc sên) Một tuốcbin được gắn với ống xả để làm quay trục khi dòng khí xả đi qua Ngược lại, khi trục quay, sẽ làm quay tuốcbin thứ hai (còn được gọi là máy nén) để nén không khí vào trong cổ góp nạp Turbocharge có thể xoay rất nhanh Khi ôtô chuyển động thẳng đều trên đường, tuốcbin của turbocharge có thể “chạy không tải”

ở tốc độ 30.000 vòng/phút Nhấn ga và các tuốcbin này có thể tăng tốc lên từ 80.000- 100.000 vòng/phút do có nhiều khí xả nóng hơn được đẩy qua tuốcbin

3.3 Những ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp tuabin khí 3.3.1 Ưu điểm

- Đem lại mức tăng công suất ấn tượng

- Hiệu suất của động cơ tăng áp bằng tua bin khí xả cao hơn động

cơ không tăng áp và động cơ tăng áp bằng truyền động cơ khí

- Động cơ không phải tiêu hao một phần công suất để dẫn động máy nén

- Lượng không khí cung cấp được thay đổi một cách tự động phù hợp với chế độ làm việc của động cơ

3.3.2 Nhược điểm

- Hiện tượng trễ áp: những hệ thống tăng áp đặc biệt là các loại với kích thước lớn thường mất một thời gian để mức áp suất cần thiết và có thể bắt đầu hiệu quả tăng công suất cho động cơ.

- Tính năng tăng tốc và tính năng khởi động kém hơn động cơ tăng áp bằng truyền động cơ khí

- Quá trình thiét kế, chế tạo khó khăn do kết cấu phức tạp và yêu cầu của quá trình làm việc ở tốc độ cao

IV Tăng áp hỗn hợp

- Trong tăng áp hỗn hợp, người ta sử dụng hai hệ thống máy nénkhí khác nhau, một được dẫn động bằng tuabin và một được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ

- Tùy thuộc vào vị trí của máy nén người ta có hai dạng ghép nối: lắp nối tiếp và lắp song song

tự do Như vậy, mỗi máy nén trong hệ thống chỉ cần cung cấp một phần không khí nén vào bình chứa chung.

- Ưu điểm chủ yếu của hệ thống tăng áp lắp song song là khí tăng

áp nạp vào động cơ được cung cấp đồng thời nhờ hai máy nén, lưu lượng không khí qua mỗi máy nén đều nhỏ Do đó kích thước của máy nén đều nhỏ so với hệ thống tăng áp lắp nối tiếp

V Hệ thống bôi trơn và làm mát tuabin

5.1 Hệ thống bôi trơn

- Dầu động cơ được cung cấp từ ống dẫn dầu đưa vào để bôi trơn

và làm mát các ổ trục lăp bên trong khoang trung tâm Sau đó dầu chảy ra theo ống thoát và trở về các te dầu

Hình 5.1 Hệ thống bôi trơn của tuabin

5.2 Hệ thống làm mát

- Tuabin nạp khí được làm mát bằng nước làm mát động cơ Nước làm mát động cơ được đưa vào kênh làm mát bên trong khoang trung tâm, thông qua ống dẫn nước làm mát Sau khi làm mát hệ thống tuabin nạp khí, nước làm mát đi qua ống thoát và trở về vớimáy bơm nước

Hình 5.2 Hệ thống làm mát của tuabin

- Ngoài ra chúng ta còn có bộ làm mát trung gian được lắp giữa bánhnén khí và động cơ, dùng để làm mát khi nạp (do tuabin tăng áp nén

và làm nóng khí lên) Nhiệt độ của không khí tăng lên do bị nén trong tuabin tăng áp Hiệu suất nạp khí sẽ bị hạ thấp vì không khí giãn nở ở nhiệt độ cao Bộ làm mát trung gian làm tăng mật độ

không khí bằng cách giảm nhiệt độ của không khí nhờ thế mà tăng hiệu suất nạp khí

- Có hai kiểu bộ làm mát trung gian: kiểu làm mát bằng không khí vàkiểu làm mát bằng nước Hiển nay chỉ kiểu làm mát bằng không khí

là được sử dụng

5.2.1 Kiểu làm mát bằng không khí

- Kiểu này sử dụng luồng gió khi chạy xe hoặc gió từ quạt làm mát của động cơ để làm mát khí nạp

Nó gồm có bộ làm mát, máy bơm nước chạy điện, bộ tản nhiệt phụ,

và máy tính của bộ làm mát trung gian

Hình 5.4 Bộ làm mát bằng nước (động cơ 3SGTE năm 1989-1999)

VI Điều khiển áp suất nạp

- Tuabin nạp giúp cho động cơ đạt được công suất cao bằng nén nénkhông khí vào các xy lanh Tuy nhiên, các bộ phận của động cơ sẽ không chịu được áp lực nổ nếu áp suất nạp tăng quá cao Trong trường hợp đó, van cửa xả sẽ được kích hoạt bởi bộ chấp hành và điều chỉnh áp suất nạp sao cho nó không tăng cao quá trị số đã định

Hình 6.1 Hệ thống điều khiển áp suất nạp

- Khi áp suất nạp thấp còn ở mức thấp hơn trị số đã định thì bộ chấp hành không hoạt động Vì thế, van cửa xả vẫn đóng và toàn bộ khí

xả được dẫn đến bánh tuabin

tuabin, tốc độ quay của bánh tuabin được điều chỉnh để cho áp suất nạp trở về trong giới hạn đã định.

Hình 6.2 Khi áp suất nạp cao hơn trị số đã định

- Cách điều chỉnh dùng để thay đổi tốc độ và hướng của luồng khí xảtạo ra áp suất nạp tối ưu cho các tốc độ cao cũng như thấp; cánh điều chỉnh được lắp ở vành ngoài của tuabin và được điều khiển bới ECU của động cơ Chúng ta sẽ xét hai chế độ là hoạt động ở tốc độ thấp và hoạt động ở tốc độ cao tải trọng nặng

Hình 6.3 Hệ thống tăng áp

- Khi xe hoạt động ở tốc độ thấp khe hở giữa các cánh điều chỉnh thuhẹp lại (đóng) thì tốc độ của luồng khí xả đi vào bánh tuabin sẽ tăng lên và bánh tuabin làm việc với hiệu suất cao hơn

Hình 6.5 Bánh tuabin khi xe đang hoạt động ở tốc độ thấp

- Ở tốc độ cao, tải trọng nặng khi khe hở giữa các cánh điều chỉnh

mở rộng ra, áp suất khí nạp được khống chế vì hướng của luồng khí

xả thay đổi và hiệu suất tác dụng lên tuabin giảm xuống Như thế tốc độ của bánh tuabin được khống chế, áp suất nạp được khống chếtrong giới hạn nhất định giúp cho động cơ cải thiện tiêu hao nhiên liệu

Hình 6.6 Bánh tuabin khi xe đang hoạt động ở tốc độ cao

KẾT LUẬN

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

- Thể tích của động cơ nhỏ hơn.

- Trọng lượng động cơ nhỏ hơn.

- Dùng tuabin khí tận dụng khí xả để dẫn động máy nén tăng áp thì hiệu suất của động cơ tăng áp cao hơn hẳn.

- Lượng nhiệt năng mất cho môi trường làm mát ít hơn, cơ cấu làm mát nhỏ hơn.

- Giá thành động cơ nhỏ hơn.

- Tuabin đặt trên đường ống thải nên bản thân nó là bộ phận giảm âm tốt cho động cơ đốt trong.

- Công suất của động cơ tăng áp bằng tuabin khí bị giảm ít hơn khi mật độ không khí của môi trường giảm.

- Giảm luọng khí xả độc hại.

- Giảm độ ồn của động cơ.

Như vậy, nhiệm vụ chính của tăng áp là tăng khối lượng riêng của môi chất trước khi nạp vào động cơ bằng cách tăng áp suất của nó gọi là tăng áp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tổng hợp nguồn trên các mạng internet:

https://www.oto-hui.com

https://tailieu.vn

http://thuvienso.ut.edu.vn/