Chuyên đề tăng áp động cơ đốt trong

TỔNG QUAN

Lý do chọn đề tài

Xe hơi hiện đại cần động cơ nhẹ, hiệu suất cao với công suất và mô-men xoắn lớn Tăng áp là giải pháp phổ biến để đáp ứng yêu cầu này, bằng cách nâng cao áp suất của hỗn hợp nhiên liệu trước khi vào buồng đốt.

Kỹ thuật tăng áp đã tồn tại từ lâu nhưng gặp nhiều thách thức khi gia tăng áp suất, nhiệt độ động cơ và hỗn hợp nhiên liệu Ban đầu, hệ thống này chỉ được áp dụng cho máy móc lớn, tốc độ chậm hoặc trong các lĩnh vực đặc biệt như quân sự và hàng không Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ vật liệu, cơ khí và điện tử, hệ thống tăng áp hiện nay đã được sử dụng rộng rãi trên nhiều loại động cơ Ngành động cơ đốt trong cũng đã nghiên cứu và chế tạo nhiều loại động cơ với tính năng ưu việt hơn Hệ thống tăng áp được coi là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để nâng cao công suất động cơ, và đây chính là chủ đề mà nhóm chúng tôi đã chọn để nghiên cứu cho đồ án tốt nghiệp tại Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM.

Để nâng cao hiệu quả trong nghiên cứu và học tập, chúng tôi sử dụng phần mềm hỗ trợ thiết kế và mô phỏng hoạt động của động cơ Trong quá trình sản xuất cơ khí, các phần mềm này đóng vai trò quan trọng, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận và hiểu rõ hơn về các vấn đề thông qua việc mô phỏng Sự tiện ích của chúng mang lại trải nghiệm học tập tối ưu.

Chúng em đã quyết định nghiên cứu về "Tăng áp động cơ đốt trong" cho đề tài tốt nghiệp Nghiên cứu này giúp chúng em hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của hệ thống tăng áp động cơ thông qua việc sử dụng phần mềm mô phỏng.

Mục tiêu nghiên cứu

Do hạn chế về thời gian, điều kiện, cũng như trình độ chuyên môn, ngoại ngữ và kinh nghiệm còn hạn chế, người thực hiện đề tài chỉ tập trung nghiên cứu một số nội dung cụ thể.

 Tìm hiểu các hệ thống tăng áp trong động cơ đốt trong

SVTH: Chu Phương Toàn – Nguyễn Minh Tuấn 13

 Tìm hiểu tăng áp điều khiển bằng điện tử

 Tìm hiểu hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-L trên xe Isuzu Hilander V-Spec (2013).

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài này được xây dựng dựa trên việc kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu, đặc biệt là tham khảo tài liệu và học hỏi kinh nghiệm từ giảng viên, thầy cô, và bạn bè Qua đó, nhóm đã phát hiện ra những ý tưởng mới để phát triển đề cương và thiết kế mô phỏng cho đề tài.

Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu

ĐTNC : Công dụng và chức năng của phần mềm Flash

KTNC : Hoạt động tăng áp động cơ

Kế hoạch thực hiện

Nội dung công việc Tháng

1 Nhận đề tài và tìm hiểu đề tài X

2 Thu thập tài liệu có liên quan X X

3 Nghiên cứu và thực hiện mô phỏng X X X

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP

Mục đích của tăng áp động cơ

Tăng áp là phương pháp nâng cao khối lượng không khí nạp vào xilanh bằng cách gia tăng khối lượng riêng của không khí Để đạt được điều này, cần nén môi chất nạp trước khi đưa vào xilanh, tức là tăng áp suất của môi chất nạp.

Để nâng cao công suất cho động cơ đốt trong, cần tăng khối lượng nhiên liệu cháy trong cùng một đơn vị dung tích xilanh theo thời gian, nhằm gia tăng lượng nhiệt phát ra trong không gian và thời gian xác định.

Mục đích chính của việc tăng áp cho động cơ đốt trong là nâng cao công suất, đồng thời cải thiện một số chỉ tiêu hiệu suất khác.

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

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

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

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

- Có thể làm giảm lƣợng khí thải độc hại;

- Giảm độ ồn của động cơ.

Phân loại hệ thống tăng áp

Dựa vào nguồn năng lượng để nén không khí trước khi đưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động cơ thành hai nhóm:

 Tăng áp không có MN

Hình 2.1 Các phương pháp tăng áp trên động cơ đốt trong

2.2.1 Các loại tăng áp có máy nén

2.2.1.1 Tăng áp cơ khí (Supercharger)

Hình 2.2 Bộ tăng áp cơ khí (Supercharger)

Tăng áp cơ khí là một thiết bị làm tăng áp suất dòng khí nạp vô buồng đốt của động cơ

Các loại máy nén (MN) được sử dụng trong phương pháp tăng áp cơ khí bao gồm: máy nén kiểu piston, máy nén kiểu root, máy nén kiểu trục xoắn, máy nén kiểu li tâm, và máy nén kiểu hướng trục Tất cả các loại máy nén này đều được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ.

Hình 2.3 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

Bộ tăng áp cơ khí hoạt động bằng cách sử dụng động cơ được dẫn động qua trục khuỷu thông qua bộ truyền đai và puly Khi khí nạp đi qua bộ tăng áp, nó sẽ được nén bởi các thiết bị như bánh công tác (bơm ly tâm), cánh quạt quay (bơm cánh gạt) hoặc Roto đối lập (bơm trục vít), sau đó khí nạp sẽ được đưa vào buồng đốt.

 Các loại bơm dùng trong tăng áp cơ khí (Supercharger):

Máy nén ly tâm hoạt động bằng cách quay bánh cánh quạt để tạo ra lực ly tâm lên môi chất lạnh trong buồng nén hình xoắn ốc Khác với các thiết kế khác, máy nén ly tâm không dựa vào nguyên lý thể tích mà có lưu lượng buồng cố định, phù hợp cho việc nén môi chất với lưu lượng lớn và áp suất thấp Lực nén do bánh cánh quạt tạo ra thường nhỏ, vì vậy hệ thống máy nén ly tâm thường sử dụng từ hai cấp trở lên để tăng cường lực nén Thiết kế của máy nén ly tâm đơn giản, ít bộ phận chuyển động và hiệu quả năng lượng khi hoạt động ở chế độ đa cấp.

Hình 2.4 Cấu tạo bơm ly tâm

Hình 2.5 Cấu tạo bơm cánh gạt

1-Rotor; 2-Stator; 3-Khoang chứ chính; 4-Cánh;

Khi rotor 1 lệch tâm so với rotor 2 một khoảng e và quay theo chiều kim đồng hồ, các cánh 4 sẽ luôn tiếp xúc với thành trong của rotor 2 nhờ vào lực ly tâm.

SVTH: Chu Phương Toàn – Nguyễn Minh Tuấn 20 khoang 3 chứa đầy khí vừa hoàn tất quá trình hút, và giờ đây sẽ bắt đầu quá trình nén cho đến khi cánh phía trước đạt đến cửa đẩy.

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động bơm trục vít

Máy nén trục vít sử dụng một cặp roto xoắn ốc để nén môi chất lạnh, tạo ra áp suất cao với lượng môi chất nhỏ và tiêu thụ ít năng lượng hơn so với máy nén piston Chi phí đầu tư ban đầu cho máy nén trục vít thường ở mức thấp đến trung bình, đồng thời yêu cầu bảo trì ít và có ít bộ phận chuyển động Tuy nhiên, máy nén trục vít gặp khó khăn trong môi trường ô nhiễm, tốc độ quay cao và có vòng đời kỳ vọng thấp hơn so với các thiết kế khác.

Hình 2.7 Hoạt động của bơm Piston

Chuyển động qua lại của piston được tạo ra nhờ lực nén từ môi chất lạnh bên trong xilanh Piston MN có chi phí đầu tư ban đầu thấp, thiết kế đơn giản và dễ dàng trong lắp đặt, mang lại hiệu suất hoạt động hiệu quả.

SVTH: Chu Phương Toàn – Nguyễn Minh Tuấn 21 cho biết, mặc dù MN piston có khả năng tạo ra suất đầu ra lớn và đạt áp suất cao, nhưng chi phí bảo trì của nó lại cao Hơn nữa, thiết bị này tiềm ẩn vấn đề về rung động và không được thiết kế để hoạt động liên tục ở công suất tối đa.

Hình 2.8 Mô tả hoạt động của bơm root

Bơm kiểu Root được thiết kế với 2 hoặc 3 cánh quạt hình số 8, được quay đồng bộ thông qua hệ thống truyền động bên ngoài Trong quá trình quay, các piston này tiếp xúc với nhau, do đó khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa các piston và khe hở giữa phần quay và thân máy.

Bơm kiểu Root hoạt động dựa trên nguyên lý nén từ dòng phía sau, không phải qua việc thay đổi thể tích Khi rotor quay một vòng, áp suất trong buồng đẩy chưa được hình thành; chỉ khi rotor quay vòng thứ hai, lưu lượng mới được đẩy vào dòng lưu lượng ban đầu và sau đó mới vào buồng đẩy Nguyên tắc này dẫn đến việc tăng tiếng ồn trong quá trình hoạt động của bơm.

Phương pháp tăng áp cơ khí mang lại chất lượng khởi động và tăng tốc động cơ tốt nhờ vào việc lượng không khí cung cấp cho động cơ trong mỗi chu trình phụ thuộc vào vòng quay trục khuỷu, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ khí thải Tuy nhiên, năng lượng cho quá trình tăng áp cơ khí vẫn cần được xem xét kỹ lưỡng.

SVTH: Chu Phương Toàn – Nguyễn Minh Tuấn 22 tiêu hao để dẫn động MN tăng lên, nên làm giảm hiệu suất, làm giảm tính kinh tế của động cơ

2.2.1.2 Động cơ tăng áp bằng turbine khí (Turbocharger)

Hình 2.9 Mô tả hoạt động của động cơ tăng áp bằng turbine khí

Tăng áp bằng TB khí: là biện pháp tăng áp mà MN đƣợc dẫn động nhờ TB tận dụng năng lƣợng khí thải của động cơ đốt trong

Khí xả của động cơ đốt trong (ĐCĐT) có nhiệt độ và áp suất cao, dẫn đến nhiệt năng lớn Để khí thải sinh công, nó cần được giãn nở trong thiết bị tạo ra công cơ học Nếu giãn nở trong xi lanh của ĐCĐT, dung tích sẽ rất lớn, làm tăng kích thước và trọng lượng của động cơ Mặc dù điều này cải thiện hiệu suất nhiệt, nhưng hiệu quả được đánh giá qua giá trị áp suất trung bình lại rất nhỏ Để tối ưu hóa năng lượng khí xả, người ta cho khí giãn nở đến áp suất môi trường và sinh công trong các cánh của thiết bị.

 Cấu tạo bộ turbine khí

TB tăng áp bao gồm các thành phần chính như khoang TB, khoang nén khí, khoang trung tâm, bánh TB, bánh nén khí, các ổ trục tự lựa hoàn toàn, van cửa xả và bộ chấp hành Những bộ phận này phối hợp chặt chẽ để tối ưu hóa hiệu suất và hiệu quả của hệ thống tăng áp.

Hình 2.10 Cấu tạo bộ turbine tăng áp

Bánh TB và bánh nén khí được lắp trên cùng một trục, cho phép bánh nén khí quay theo khi bánh TB hoạt động Khi bánh TB quay với tốc độ cao nhờ áp suất từ luồng khí xả, quá trình này giúp nén không khí vào xylanh hiệu quả.

Bánh TB cần có khả năng chịu nhiệt và độ bền cao do tiếp xúc trực tiếp với khí xả và hoạt động ở tốc độ cao, dẫn đến nhiệt độ rất cao Vì lý do này, bánh TB thường được chế tạo từ hợp kim siêu chịu nhiệt hoặc gốm.

Hình 2.11 Mô tả hoạt động của bánh turbine và bánh nén khí

Khoang trung tâm đỡ bánh TB và bánh nén khí thông qua trục của chúng

Trong khoang trung tâm có đường dẫn dầu để bôi trơn và làm mát cho trục và các ổ trục

Mục đích và tầm quan trọng của bộ làm mát đối với động cơ tăng áp

2.3.1 Mục đích của việc làm mát sau tăng áp:

Mặc dù tăng áp mang lại nhiều lợi ích đáng kể, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm Cụ thể, không khí sau khi tăng áp có nhiệt độ cao gây ra phụ tải nhiệt, do đó cần đặt ra yêu cầu khắt khe trong việc chế tạo các chi tiết như pit-tông, bạc trục và xu.

SVTH: Chu Phương Toàn và Nguyễn Minh Tuấn đã chỉ ra rằng páp và nắp xy-lanh có thể gây kích nổ ở động cơ xăng Mật độ không khí nạp giảm dẫn đến công suất động cơ không đạt yêu cầu Để khắc phục nhược điểm này, nhà chế tạo cần hạ thấp nhiệt độ không khí nạp sau tăng áp, từ đó dẫn đến sự ra đời của bộ làm mát sau tăng áp.

2.3.2 Tầm quan trọng của bộ làm mát đối với động cơ tăng áp Ở những động cơ tăng áp nếu mức độ tăng áp càng cao thì nhiệt độ không khí tăng áp càng cao Nhƣ vậy, tăng mức độ tăng áp làm tăng nhiệt dộ các chi tiết động Điều đó làm tăng ứng suất nhiệt của chi tiết (trong một số trường hợp đặc biệt, ứng suất nhiệt của chi tiết tăng 2 – 3 lần ứng suất cơ) có khả năng phá hủy một số chi tiết nhóm piston – xilanh, làm tăng suất tiêu hao dầu nhờn và tạo muội than Giảm nhiệt độ các chi tiết động cơ, đặc biệt động cơ tăng áp cao có thể giải quyết bằng cách giảm nhiệt độ không khí tăng áp

Mặt khắc tăng nhiệt độ không khí tăng áp làm giảm khối lượng không khí, trong khi việc làm mát không khí tăng áp ở áp suất không đổi sẽ tăng khối lượng không khí cung cấp cho chu trình Kết quả là, công suất động cơ được cải thiện Thực tế cho thấy, khi giảm nhiệt độ không khí tăng áp, công suất có ích có thể tăng từ 2 đến 4%.

Khi làm mát không khí tăng áp, ứng suất nhiệt động cơ diesel giảm do nhiệt độ không khí nạp giảm, dẫn đến nhiệt độ môi chất công tác trong xylanh giảm trong toàn bộ chu trình Điều này cũng làm giảm nhiệt độ các chi tiết tiếp xúc với môi chất công tác Trong quá trình chế tạo động cơ tăng áp, mục tiêu là tăng công suất động cơ nhưng vẫn giữ ứng suất nhiệt ở mức cho phép để đảm bảo hiệu suất làm việc lâu dài của động cơ.

Làm mát không khí tăng áp là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa công suất động cơ, giúp phân tích khả năng tăng công suất theo giới hạn nhiệt độ mà các chi tiết động cơ có thể chịu đựng Phương pháp này cũng đảm bảo cung cấp đủ lượng không khí cho động cơ, vì vậy nó là biện pháp thiết yếu cho động cơ tăng áp cao.

Hình 2.27 Bộ làm mát sau tăng áp

2.3.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ làm mát sau tăng áp

Hầu hết động cơ tăng áp đều trang bị bộ làm mát sau tăng áp, được đặt giữa ống mềm MN khí và bộ góp nạp Để làm mát không khí nạp sau tăng áp, có thể áp dụng các phương pháp như làm mát kiểu thu hồi nhiệt, làm mát kiểu bay hơi và làm mát kiểu giãn nở qua turbo.

Hình 2.28 Mô tả hoạt động của bộ làm mát sau tăng áp

2.3.3.1 Làm mát kiểu thu hồi nhiệt: Đây là cách làm mát đƣợc sử dụng rộng rãi Có thể làm mát hai cấp, khi đó sau bầu làm mát thường bố trí thêm thiết bị làm mát bổ sung Trong trường hợp này có thể làm mát không khí tăng áp đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt đồ nước làm mát Bầu làm mát có kết cấu và công nghệ đơn giản nhất Chất lỏng làm mát đi trong ống, không khí đƣợc làm mát đi ngoài ống và vuông góc với hướng đi của nước làm mát Để tăng cường làm mát trên các ống bố trí thêm các gân trao nhiệt sử dụng rộng rãi nhất là các ống có cánh dẹt Trong trường hợp này, lượng nhiệt truyền cho nước làm mát và sức cản khí động học bầu làm mát nhỏ Phương án tốt nhất là bố trí bầu làm mát cách tản nhiệt có biên dạng khác nhau Ƣu điểm của kiểu làm mát này là bầu làm mát đơn giản về kết cấu và tin cậy trong quá trình khai thác, không cần bảo dƣỡng hằng ngày Tuy nhiên, trong một thời gian làm việc bề mặt lõi bị bẩn Kết quả làm tăng nhiệt trở của ống, cánh tản nhiệt, tăng sức cản khí động học và sức cản thủy lực của dòng khí và nước lưu động Bầu làm kiểu này được sử dụng rộng rãi

Kiểu làm mát này chia làm hai loại: Bộ làm mát không khí tăng áp bằng không khí;

Bộ làm mát không khí tăng áp bằng chất lỏng

2.3.3.1.1 Bộ làm mát không khí nạp bằng không khí:

Hình 2.29 Bộ làm mát khí nạp bằng không khí

Bộ làm nguội sử dụng không khí, thường được gọi là bộ làm nguội trung gian, được lắp đặt bằng bulong ở đầu trước của xilanh Phần góp nạp phía sau cũng được gắn bằng bulong vào đầu sau xilanh và kết nối với ống mềm đến bộ làm nguội trung gian Bộ lọc không khí riêng của bộ làm nguội trung gian giúp bảo vệ thiết bị khỏi bụi bẩn, trong khi các lõi của bộ làm nguội trung gian có cánh rộng, còn các lõi ống dẫn khí nén có cánh hẹp.

Khi động cơ hoạt động ở tốc độ tải cực đại, khí nén từ bộ nạp TB (MN) được đưa vào đầu làm nguội trung gian, sau đó bị ép qua lỏi bộ làm nguội đến bộ góp làm nguội trung gian và bộ góp phía sau Đồng thời, khí thổi với lưu tốc 283 l/s từ bộ nạp TB đến đấu TB và quạt quay với tốc độ 22.000 vòng/phút Quạt hút không khí từ bộ lọc khí và đẩy theo chiều ngang qua lỏi bộ làm nguội trung gian, cuối cùng thoát ra ngoài khí quyển.

Kiểu bộ làm nguội trung gian hiệu quả nhất sử dụng không khí, được kết nối với MN qua các ống cứng và mềm Không khí lạnh được quạt hút qua các bộ làm nguội, từ bên trái đi qua các ống đến bộ nối chéo và tiếp tục đến các bộ góp nạp.

Lỏi là một hệ thống làm mát không khí nạp bằng không khí/chất lỏng là một hình khối gồm 3 kích thước: Chiều dày, chiều rộng, chiều cao

A-Chiều dày; B-Chiều dài; C-Chiều cao Lỏi đƣợc chia thành 6 loại Việc phân chia hàng chủ yếu dựa vào độ dày A:

Dòng khí nạp có chiều di chuyển vuông góc với mặt đƣợc giới hạn bởi chiều dày và chiều cao (A x C)

Dòng khí bao quanh (làm mát) di chuyển vuông góc với mặt đƣợc giới hạn bỏi chiều cao và chiều dài (C x B)

Sau khi lựa chọn lỏi bộ làm mát không khí nạp bằng không khí ta cần lựa chọn cầu hình thùng

Hình 2.31 Biểu đồ cấu hình thùng

Có một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến biểu đồ cầu hình thùng Đầu tiên, cần chú ý rằng các thùng được chia thành hai loại: thùng ở trên hoặc bên trái (upper or left tanks) và thùng ở dưới hoặc bên phải (lower or right tanks).

Hình 2.32 Thùng ở trên hoặc trái (upper or left tanks)

Hình 2.33 Thùng ở dưới hoặc phải (lower or right tanks)

 Một vài thùng bộ làm mát bằng không khí:

Hệ thống làm lạnh với hai đường vào và hai đường ra (twin inlet/twin outlet) là một giải pháp phổ biến cho việc làm lạnh tấm băng đôi Nó không chỉ đơn giản hóa quá trình lắp đặt mà còn tối ưu hóa vị trí của bộ phận làm lạnh trung gian, giúp tăng cường khả năng tiếp xúc với không khí làm mát Mô hình này sử dụng những thùng cong thay vì thiết kế góc chuẩn, mang lại hiệu quả tản nhiệt tốt hơn.

Hình 2.34 Thùng 2 đường vào, 2 đường ra (kích thước 3x30x12)

 Một đường vào, một đường ra (single inlet/single outlet):

Hệ thống được thiết kế để sử dụng với thiết bị nạp và máy nén khí đơn, có khả năng điều chỉnh kích thước và hình dạng để phù hợp với các động cơ có công suất khác nhau và yêu cầu về không gian.

Kích thước lõi của bộ làm mát ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống làm mát bằng không khí Để đạt được thiết kế thành công, việc sắp xếp tối ưu trong đường ống dẫn khí xung quanh là rất quan trọng.

Hình 2.35 Thùng 1 đường vào, 1 đường ra (kích thước 3x30x12)

 Hai đường vào, một đường ra (Twin inlet/Single outlet):

Tăng áp bằng phương pháp thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp (ACIS-

Hệ thống ACIS điều chỉnh chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp, giúp tăng công suất từ tốc độ thấp đến cao Bằng cách sử dụng van điều khiển khí nạp, hệ thống chia đường ống thành hai đoạn, cho phép điều chỉnh chiều dài ống phù hợp với tốc độ động cơ và góc mở bướm ga.

 ACIS sử dụng cho động cơ 3UZ-FE

Các bộ phận chính của hệ thống:

 Van điều khiển khí nạp: Nằm trong khoang khí nạp; đƣợc mở và đóng để thay đổi chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp thành 2 trạng thái

Van VSV hoạt động dựa trên tín hiệu ACIS từ ECU động cơ, giúp điều khiển chân không và cung cấp nguồn động lực cho bộ chấp hành của van điều khiển khí nạp.

Bình chân không được trang bị van một chiều, cho phép duy trì chân không và tác động lên bộ chấp hành Điều này giúp van điều khiển khí nạp có thể đóng kín hoàn toàn, ngay cả trong điều kiện chân không thấp.

 Khi van điều khiển nạp khí đóng (VSV on)

Khi ECU động cơ kích hoạt VSV, chân không được cung cấp cho màng bộ chấp hành, đóng van điều khiển và kéo dài chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp Điều này nâng cao hiệu quả nạp khí và công suất ở tốc độ thấp và trung bình nhờ vào hiệu ứng dao động của không khí.

Hình 2.40 Nguyên lý hoạt động của ACIS khi VSV ON

 Khi van điều khiển nạp khí mở (VSV OFF)

Khi ECU động cơ tắt van VSV để điều chỉnh chu kỳ dao động ngắn, áp suất khí quyển được cung cấp cho màng bộ chấp hành, dẫn đến việc mở van điều khiển Sự mở van này rút ngắn chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp, tạo ra hiệu quả nạp không khí tối đa, từ đó tăng cường công suất ở dải tốc độ cao.

Hình 2.41 Nguyên lý hoạt động của ACIS khi VSV OFF

Những vấn đề cần lưu ý khi tăng áp cho động cơ

Trong động cơ tăng áp, phụ tải cơ nhiệt và phụ tải cơ học cao hơn so với động cơ chưa tăng áp, do đó cần lựa chọn các thông số cấu tạo và nhiệt động phù hợp, cùng với các đặc điểm về kết cấu và vật liệu chế tạo Điều này nhằm đảm bảo hiệu suất làm việc và tuổi thọ của động cơ Do vậy, cần chú ý đến những đặc điểm quan trọng trên động cơ tăng áp.

Trong động cơ tăng áp, áp suất cực đại trong quá trình cháy P z tăng theo mức tăng áp, dẫn đến việc hầu hết các động cơ phải giảm tỷ số nén ε để hạn chế áp suất này Tuy nhiên, việc giảm P z có thể ảnh hưởng đến khả năng khởi động và công suất động cơ Khi lựa chọn tỷ số nén ε cho động cơ tăng áp, cần đảm bảo khả năng khởi động tốt khi động cơ lạnh và hoạt động ổn định ở chế độ tải nhỏ Đối với động cơ diesel tăng áp, tỷ số nén thường nằm trong khoảng 12 đến 14.

Sau khi tăng áp, tỷ số nén được giảm để hạ áp suất cực đại, nhưng áp suất cuối quá trình nén P c và áp suất cực đại P z vẫn cao hơn đáng kể so với động cơ chưa tăng áp Điều này xảy ra vì quá trình tăng áp đã làm tăng áp suất của môi chất ngay từ đầu quá trình nén.

Khi hạ thấp tỷ số nén, cần chú ý đến sự phối hợp với hình dạng buồng cháy và đặc điểm tia nhiên liệu để không ảnh hưởng đến khởi động lạnh, suất tiêu hao nhiên liệu và tính năng động cơ Đối với động cơ xăng, việc tăng áp có thể gây ra hiện tượng kích nổ Để ngăn chặn hiện tượng này, có thể áp dụng các biện pháp như thay đổi cấu trúc buồng cháy, sử dụng nhiên liệu có tính chống kích nổ tốt và điều chỉnh góc đánh lửa sớm Nếu không thay đổi chỉ số octan của nhiên liệu, tỷ số nén cho phép sau khi tăng áp ε k sẽ phụ thuộc vào áp suất P k theo công thức gần đúng.

Trong đó: ε – tỷ số nén động cơ chƣa tăng áp ε k – tỷ số nén động cơ sau khi đã tăng áp

P k – áp suất trên đường ống nạp p 0 – áp suất khí trời

Khi piston gần đến vị trí ĐCT, cả supap nạp và supap thải đều mở vào cuối quá trình thải Trong động cơ tăng áp, áp suất trong ống nạp P k lớn hơn áp suất trong xy lanh PT, tạo ra chênh lệch áp suất giúp quét sạch sản phẩm cháy ra khỏi xy lanh Điều này không chỉ tăng lượng khí nạp mới mà còn làm mát các chi tiết quanh buồng cháy, cải thiện rõ rệt điều kiện làm việc của động cơ tăng áp.

Để đạt được hiệu suất tối ưu, biên dạng cam của động cơ tăng áp cần có sự khác biệt so với động cơ không tăng áp, cho phép điều khiển đóng supap thải muộn hơn và mở supap nạp sớm hơn Hơn nữa, supap thải của động cơ diesel tăng áp thường được mở sớm hơn so với động cơ không tăng áp, nhằm gia tăng năng lượng cho hệ thống Tốc độ của động cơ cũng ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động.

SVTH: Chu Phương Toàn – Nguyễn Minh Tuấn 59 đề cập đến việc góc mở sớm của supap thải lớn nhất có thể dẫn đến nhiệt độ và áp suất trong xylanh cao, gây quá nhiệt cho supap Góc trùng điệp của supap thường nằm trong khoảng 30 đến 40 độ, tương ứng với góc quay trục khuỷu Động cơ diesel tăng áp trên ô tô hoạt động trong điều kiện tải và tốc độ thay đổi lớn, do đó, để ngăn ngừa dòng chảy ngược ở chế độ tốc độ thấp và tải nhỏ, thường chọn góc trùng điệp nhỏ Xu hướng phát triển hiện nay cho động cơ diesel tăng áp trên ô tô là sử dụng góc trùng điệp nhỏ, cho phép sử dụng trục cam của động cơ không tăng áp với góc từ 15 đến 40 độ, tương ứng với góc quay trục khuỷu.

2.4.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu

Sau khi tăng áp, để đạt công suất yêu cầu, lượng môi chất nạp vào xylanh trong mỗi chu trình cần phải tăng Nếu hệ thống nhiên liệu của động cơ chưa được điều chỉnh, thời gian cấp nhiên liệu cho chu trình sẽ phải kéo dài Tuy nhiên, việc này sẽ dẫn đến việc tăng lượng nhiên liệu cháy rớt và giảm hiệu suất chỉ thị η i.

Để rút ngắn thời gian cháy rớt, các giải pháp hiệu quả bao gồm tăng đường kính piston của bơm cao áp và thay đổi biên dạng cam, nhằm tăng tốc độ cấp nhiên liệu.

Sau khi tăng áp do mật độ không khí trong buồng cháy tăng cao, cần tăng áp suất phun và tiết diện lỗ phun để đạt được đặc điểm tốt nhất cho tia phun, tạo xoáy lốc không khí hiệu quả Đối với động cơ diesel có buồng cháy thống nhất, nếu cường độ xoáy lốc không khí đủ lớn, chỉ cần tăng đường kính lỗ phun mà không cần tăng thêm số lượng lỗ phun.

2.4.4 Ống nạp và ống thải

Kích thước ống nạp cần được lựa chọn một cách hợp lý để tối ưu hóa hiệu suất động cơ Nếu dung tích ống nạp quá nhỏ, dao động áp suất sẽ gia tăng, dẫn đến giảm hệ số nạp Mặc dù việc tăng dung tích ống nạp có thể cải thiện hiệu năng động cơ, nhưng điều này cũng có thể ảnh hưởng đến bố trí và gá lắp động cơ trên xe Đối với động cơ diesel tăng áp, ống nạp thường được thiết kế nhỏ để đảm bảo tính năng tăng tốc tốt hơn Trong khi đó, khi động cơ diesel tăng áp hoạt động ở chế độ ổn định, việc sử dụng ống nạp lớn là phổ biến, với dung tích nhánh ống nạp nối với xylanh thường bằng thể tích công tác của xylanh.

Ống thải của động cơ diesel tăng áp, như SVTH: Chu Phương Toàn – Nguyễn Minh Tuấn, thường tiếp xúc với sản phẩm cháy có nhiệt độ cao từ 400 đến 500 độ C Nhiệt độ này tạo ra phụ tải nhiệt lớn, dễ dẫn đến hiện tượng nứt ống và rò rỉ khí.

Để cải thiện hiệu suất và độ bền của ống thải, cần áp dụng các giải pháp về cấu tạo và vật liệu Bên cạnh đó, một số động cơ diesel tăng áp còn tích hợp các khâu bù giãn nở nhiệt và hệ thống làm mát cho đường ống thải.

Ngoài các biện pháp làm mát thông thường, việc làm mát piston là rất quan trọng do nhiệt độ của động cơ tăng áp cao hơn, đặc biệt là ở piston và nắp piston Do đó, cần tận dụng dầu trong hệ thống bôi trơn để hỗ trợ làm mát cho piston hiệu quả hơn.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ISUZU VIỆT NAM

Giới thiệu công ty TNHH Ô tô Isuzu Việt Nam

Công ty TNHH Ô tô Isuzu Việt Nam, thành lập vào ngày 19 tháng 10 năm 1995, là doanh nghiệp liên doanh Việt – Nhật chuyên lắp ráp và phân phối xe thương mại Isuzu, thương hiệu hàng đầu thế giới về xe và động cơ Diesel Với nhà máy lắp ráp hiện đại tại Quận Gò Vấp, TP Hồ Chí Minh, Isuzu Việt Nam cung cấp đa dạng sản phẩm như xe tải nhẹ, trung, nặng, khung gầm xe bus và xe bán tải Các sản phẩm được phân phối qua hệ thống đại lý I-mark salon trải dài từ Bắc vào Nam, đồng thời cung cấp dịch vụ sửa chữa, bảo hành và phụ tùng chính hãng.

Hình 3.1 Công ty TNHH Ô tô Isuzu Việt Nam

Isuzu, một thương hiệu nổi tiếng toàn cầu, chuyên thiết kế xe với chất lượng vượt trội và tính năng xuất sắc Dòng xe tải hạng nhẹ của Isuzu đã trở thành lựa chọn hàng đầu tại Nhật Bản trong suốt 25 năm qua, với sêri N luôn dẫn đầu trong phân khúc xe tải có tải trọng từ 2-3 tấn kể từ năm 1970.

Isuzu không chỉ nổi bật với xe tải mà còn với các sản phẩm xe du lịch, xe bus và xe bán tải Những dòng xe này nổi bật với các tính năng ưu việt như sức mạnh vượt trội, tiện nghi và đặc biệt là khả năng tiết kiệm nhiên liệu.

Bảng 3.1 Sản phẩm của Công ty TNHH Ô tô Isuzu Việt Nam

Tên xe Loại Hình ảnh mu-X

NLR55 E NMR85H – Chassis dài NPR85K NQR75L

FRR90N (4x2) FVR34Q – chassis dài (4x2) FVR34S – siêu dài (4x2) FVM34T (6x2) FVM34W – siêu dài (6x2)

Giới thiệu ô tô du lịch ISUZU HI-LANDER V-SPEC

Bảng 3.2 Giới thiệu Isuzu Hi-Lander V-Spec

Truyền động Số tự động

Tỷ số truyền 5.125 Động cơ 4JA1 TURBO Diesel

Dung tích xy lanh 2.499 Đường kính hành trình pít tông 93x92

Hệ thống treo Trước: treo độc lập, Sau: hệ thống nhíp

Hệ thống phanh Trước: Phanh đĩa ly hợp 14” Sau: Phanh trống 14”

Hệ thống lái Hệ thống lái trợ lực tuần hoàn

Bánh xe Mâm đúc hợp kim nhôm

Khoảng cách giữa hai bánh xe trước 1.480

Khoảng cách giữa hai bánh xe sau 1.455

Bán kính quay vòng tối thiểu 5.9

Dung tích thùng nhiên liệu 551

NGOẠI THẤT Đèn trước Khung bề mặt phangr và phản quang đa điểm Đèn sương mù Phản quang đa điểm

Hệ thống đèn kết hợp Trước: Chóa trắng, đèn vàng

Sau: đèn xi nhan trắng, đèn phanh đỏ

Kính chiếu hậu ngồi Mạ crôm với đèn tín hiệu

Hệ thống gạt nước Có

Bậc lên xuống Có Ốp hông xe Có

Thanh ray mũi xe Có

Cánh gió sau có đèn báo phanh Có

Bảng táp lô Tran bị hộp đa dụng và hộp đựng chìa khóa

Hệ thống đồng hồ Có Đồng hồ điện tử Đồng hồ điện tử và đồng hồ hành trình, đen hiện thị nhớt, ác quy, đỗ, tín hiệu

Vô lăng 4 nan bọc da Ốp cửa Nhựa cứng ốp da

Khóa cửa bảo vệ trẻ em Có

Kính chiếu hậu Có Đai an toàn Có

TIỆN NGHI Điều hòa nhiện độ 02 gian lạnh

Hệ thống điện Khóa điện, kính chiếu điện, khóa cửa

Hệ thống mở cửa từ xa Có

Hệ thống âm thanh Hệ thống giải trí DVD với màn hình 5.6” 6 loa

Giới thiệu động cơ ISUZU 4JA1-L

Động cơ 4JA1-L được trang bị trên xe ISUZU HI-LANDER V-Spec AT là loại động cơ diesel 4 kỳ, 4 xylanh thẳng hàng, hoạt động theo thứ tự 1-3-4-2 Hệ thống nhiên liệu diesel phun trực tiếp, với mỗi xi lanh có 2 supap được dẫn động từ trục cam gắn trên thân máy Đặc biệt, buồng đốt của động cơ 4JA1-L được thiết kế với dạng đặc biệt trên đỉnh piston, giúp tối ưu hóa hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu ở mọi chế độ hoạt động.

Piston tự điều tiết có gắn thép đúc ở vấu chốt piston dùng để giảm giãn nở nhiệt và tiếng gõ khi động cơ còn lạnh

Xilanh khô mạ crôm để tạo độ bền cao nhất

Trục khuỷu được xử lý bề mặt nhằm tăng tuổi thọ, vì vậy không thể mài trục khuỷu trong quá trình sửa chữa Động cơ sử dụng bơm cao áp VE do hãng Bosch sản xuất.

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của động cơ 4JA1-L

Giới thiệu chung Thông số kỹ thuật

Loại động cơ Động cơ Diesel, 4 kỳ, OHV, làm mát bằng nước Công suất cực đại/số vòng quay 85ps/3900rpm

Mômen xoắn cực đại 18,9kg.m/2000rpm

Kích thước động cơ(dàirộngcao) 745595570

Trọng lƣợng động cơ(kg) Khoảng 227

Số xylanh, cách bố trí 4 xylanh, thẳng hàng

Dung tích làm việc của xylanh(cc) 2499

Khoảng cách hai tâm xylanh kế nhau(mm) 106,0

Tốc độ cầm chừngbật máy lạnh(v/p) 75085025

Loại bơm cao áp VE

Loại điều tốc Cơ khí, mọi tốc độ

Loại vòi phun Loại lỗ phun Đường kính lỗ phun(mm) 0,2 Áp suất làm việc của vòi phun(Mpa) 18,1

Cơ cấu phân phối khí

Loại truyền động Bánh răng

Góc mở sớm supap hút – Trước ĐCT (độ) 24,5

Góc đóng muộn supap hút – Sau ĐCD (độ) 55

Góc mở sớm supap thải – Trước ĐCD (độ) 54

Góc đóng muộn supap thải – Sau ĐCT (độ) 26

Phương pháp làm mát Bằng nước

Dung tích nước làm mát(thêm két nước)

Loại bơm nước Ly tâm

Tỷ số pu ly bơm nước 143/128

Loại van hằng nhiệt Sáp có van lắc

Nhiệt độ mở(mở hoàn toàn) (độ) 82(95)

Phương pháp bôi trơn Áp lực tuần hoàn

Loại bơm nhớt Bánh răng

Dung tích dầu nhớt (lít) 5,2

Loại lọc nhớt Loại lọc giấy cartrigge

Hệ thống van thông cacte Loại kín

KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ 4JA1-L TRÊN XE

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	3,39 MB