Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Chương 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN Ô TÔ Chương 3: MÔ PHỎNG CHI TIẾT TRÊN HỆ THỐNG TĂNG ÁP KÉP BI-TURBO CỦA HÃNG FORD Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 2 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN Ô TÔ 2.1 HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN Ô TÔ 2. Khái niệm Bộ tăng áp động cơ (Turbocharger): là hệ thống nạp nhiên liệu cưỡng bức trong động cơ để một động cơ có kích thước nhất định tạo nhiều công suất hơn. Bộ tăng áp khác với bơm tăng nạp thông thường ở chỗ bộ tăng nạp được chạy bằng lực kéo cơ khí của động cơ thông dây cu-loa nối với maniven còn bộ tăng áp động cơ được chạy bằng năng lượng khí thải tua-bin.
Bộ tăng áp được gắn vào họng xả động cơ, khi động cơ hoạt động, khí xả làm quay tua-bin của nó, tua-bin này vận hành máy nén (lắp giữa bộ lọc gió và họng nạp nhiên liệu) máy nén nạp nhiên liệu cho động cơ, khí xả thoát ra từ động cơ thổi vào các cánh tua-bin làm quay tua-bin, vì thế lượng khí thải càng đi qua tua-bin càng nhiều thì tua-bin quay càng nhanh. Bộ tăng áp động cơ thường được dùng cho xe tải, xe hơi, tàu hoả và các máy xây dựng. Các bộ tăng áp thường dùng với động cơ đốt trong chu kỳ ô tô, chu kỳ diesel. Chúng cũng tỏ ra hữu ích trong tế bào nhiên liệu.
Bộ tăng áp hoạt động dựa vào luồng khí thải tạo ra khi động cơ hoạt động. Khí thải được dẫn qua bộ tăng áp làm quay một tua-bin, tua-bin này quay máy nén khí. Tua-bin quay với tốc độ rất cao, lên đến 150. 1: Động cơ sử dụng hệ thống tăng áp 3 2.
Nhiệm vụ của hệ thống tăng áp Nhiệm vụ chính của Turbo là tăng lượng không khí đi vào động cơ, hệ thống điều khiển sẽ phun nhiều nhiên liệu hơn để đạt tỷ lệ hòa trộn tối ưu, từ đó tăng sức mạnh cho động cơ. Ở tốc độ động cơ thấp thì vận tốc của luồng khí xả chưa đủ nhanh để quay máy nén khí đến số vòng quay tối thiểu này. Lợi ích của việc nén nhiên liệu là xilanh được nạp nhiều nhiên liệu hơn, vì thế công suất máy sẽ tăng. Động cơ tăng áp luôn mạnh hơn động cơ không tăng áp có cùng dung tích xilanh.
TĂNG ÁP DẪN ĐỘNG BẰNG CƠ KHÍ (SUPERCHARGER) 2. Khái niệm Trong tăng áp cơ khí, máy nén được dẫn động từ trục khuỷu động cơ. Còn trong tăng áp tua-bin khí máy nén được dẫn động nhờ tua-bin tận dụng năng lượng khí xả của động cơ đốt trong. Máy nén cơ khí chạy bằng lực kéo trích ra từ trục động cơ, do vậy nó cũng tiêu tốn một phần động năng có ích.
Tăng áp bằng nguồn động lực lấy từ trục khuỷu động cơ, sử dụng máy nén khí, được gọi bằng tên Supercharger, dùng cho động cơ diesel truyền thống. Supercharger là một thiết bị (giống như máy quạt gió hoặc là máy nén khí) để điều áp trong buồng lái máy bay hoặc làm tăng áp suất dòng khí nạp vô buồng cháy của động cơ. 2: Bộ siêu nạp (Supercharger) 4 2.2 Sơ đồ hệ thống Hình 2. 3: Tăng áp dẫn động bằng cơ khí 2.3 Nguyên lý hoạt động - Máy nén trong thiết bị tăng áp truyền động cơ khí thường là máy nén piston, máy nén roto, máy nén ly tâm hoặc máy nén chiêu trục được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ thông qua các bánh răng, xích hoặc các cơ cấu truyền động khác.
- Khi trục khuỷu động cơ quay, công suất từ trục khuỷu sẽ dẫn động cho máy nén làm việc. Máy nén hút không khí ngoài trời với áp suất Po, sau khi qua máy nén áp suất của không khí tăng lên Pk>Po qua đường ống nạp và nạp vào xilanh động cơ. - Supercharger được đặt trên động cơ được dẫn động bằng trục khuỷu thông qua một bộ truyền đai với puly. Khí nạp qua Supercharger sẽ được nén lại bởi bánh công tác (kiểu Supercharger ly tâm) hoặc một cặp cánh quạt quay (kiểu Supercharger cánh quạt) hoặc là roto đối lập (kiểu Supercharger chân ren) sau đó khí nạp sẽ được nạp vào buồng đốt.
Tốc độ động cơ càng cao thì sự cung cấp khí nạp của hệ thống Supercharger tăng lên. Tốc độ tối thiểu để hệ tống Supercharger bắt đầu hoạt động là 15. 4: Bộ tăng áp Superchanger 1-Vỏ bộ tăng áp; 2-Cặp bánh răng; 3-Đường nạp; 4-Xupap nạp 5 2.4 Phạm vi ứng dụng Khi nghiên cứu các chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp chúng ta đã biết hiệu quả tăng áp của phương pháp truyền động cơ giới kém hơn so với phương pháp tăng áp tua- bin khí, vì vậy phạm vi sử dụng phương pháp tăng áp này chỉ giới hạn cho những động cơ mà áp suất tăng áp không vượt quá (1. Nếu áp suất tăng áp lớn hơn nữa thì công suất tiêu thụ cho máy nén sẽ rất lớn (vượt quá 10%N) và hiệu suất của động cơ sẽ giảm.
Loại tăng áp truyền động bằng cơ khí thường áp dụng cho động cơ 2 kỳ trong tàu thủy, ô tô, động cơ tĩnh tại.3 TĂNG ÁP DẪN ĐỘNG BẰNG TUA-BIN KHÍ (TURBOCHARGER) 2.1 Khái niệm Hệ thống này tận dụng sức mạnh của dòng khí thải. Nhờ bố trí một tua-bin nằm trên ống thoát khí thải, khi khí thải đi qua sẽ làm cho tua-bin này quay và nhờ thế nó làm quay máy nén khí vào xilanh của động cơ. 5: Động cơ tăng áp Tua-bin khí Cấu tạo của Turbocharger gồm có hai cánh quạt tua-bin được gắn trên cùng một trục nhưng lại được đặt trong 2 ngăn riêng biệt với nhau trong một hình xoắn ốc. Lượng khí 6 thải từ động cơ sẽ được dẫn qua ngăn đầu tiên làm quay tua-bin.
Do đó mà tua-bin trong ngăn còn lại cũng quay. Hai chiếc tua-bin này giống như máy nén khí, khi chúng hút không khí từ bên ngoài và nén lại rồi tiến hành bơm vào buồng đốt. Buồng đốt có nhiều oxi khiến quá trình đốt cháy diễn ra nhanh, nhiên liệu được đốt cháy hết từ đó cho công suất của động cơ được tăng đáng kể. 6: Hệ thống Turbocharger 2.2 Sơ đồ hệ thống Hình 2.
7: Sơ đồ động cơ tăng áp dùng tua-bin khí 1- Xilanh động cơ; 2- Máy làm mát không khí; 3- Dòng khí nén; 4- Đầu ra dầu tăng áp; 5- Máy nén; 6- Đầu vào không khí; 7- Bánh xe máy nén ; 8- Đầu ra dầu; 9- Thùng rác; 10- Trao đổi khí thải; 11- Bánh Tua-bin Tăng áp tua-bin khí là biện pháp tốt nhất để làm tăng công suất và nâng cao các chi tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ, vì vậy biện pháp này đã được sử dụng rất rộng rãi 7 trong các loại động cơ Diesel. Trên hình 2.7 giới thiệu sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ tăng áp, năng lượng để tua-bin hướng dẫn được lấy từ năng lượng của khí xả.3 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động của Turbo tăng áp cũng khá đơn giản. Nó được hoạt động dựa vào luồng khí thải được sinh ra khi động cơ hoạt động. Khí thải sau khi được dẫn qua bộ tăng áp và làm quay tua-bin, đồng thời tua-bin này cũng làm quay máy nén khí.
Lúc này, tua-bin quay với tốc độ rất nhanh, có thể đạt đến mức 150. Vì bộ tăng áp được gắn với họng xả của động cơ, do đó khi tua-bin hoạt động nhiệt độ sẽ ở mức cao. Bằng cách nén thêm nhiên liệu vào xilanh trong mỗi một chu kỳ nổ bộ tăng áp Turbocharger sẽ giúp cho động cơ đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn. Không những thế, một bộ tăng áp có thể giúp áp suất lên hút nhiên liệu từ 0.4 Phạm vi ứng dụng Do tăng áp bằng tua-bin khí được dẫn động bằng năng lượng khí thải, không phải tiêu thụ công suất từ trục khuỷu của động cơ như tăng áp dẫn động bằng cơ khí, nên có thể làm tăng tính kinh tế của động cơ.
Phương pháp này có thể giảm suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 3÷10%. Trong các động cơ tăng áp cao hoặc động cơ xăng, thường lắp kép làm mát trung gian trước khi không khí đi vào động cơ nhằm giảm nhiệt độ, qua đó nâng cao mật độ không khí tăng áp vào động cơ. Vì vậy, nâng cao được công suất và suất hiệu suất của động cơ. 8: Động cơ sử dụng hệ thống Turbocharger 8 2.4 TĂNG ÁP DẪN ĐỘNG BẰNG ĐIỆN (ELECTRIC TURBO) 2.1 Khái niệm Full Electric Turbocharger Technology là công nghệ mới cho phép các nhà sản xuất xe đáp ứng luật pháp về khí thải nghiêm ngặt trong tương lai, đồng thời cung cấp phản ứng tuyệt vời trong phạm vị vận hành động cơ, ngay cả ở vòng tua động cơ thấp và tốc độ xe.
9: Động cơ tăng áp điện Đây sẽ là hệ thống sẽ giải quyết được tất cả nhược điểm của tăng áp và siêu nạp. Bên cạnh đó tăng áp điện cũng giải quyết được vấn đề nhiệt độ trong khoang máy và tất nhiên nó cũng không cần tản nhiệt đi kèm.2 Ưu điểm và nhược điểm - Ưu điểm: 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. Bằng cách kết nối một động cơ điện với tua-bin khí thải, năng lượng lãng phí có thể được phục hồi. - 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 cần thiết. TĂNG ÁP HỖN HỢP 2. 10: Sơ đồ nguyên lý động cơ tăng áp hỗn hợp hai tầng nối tiếp a- Hai tầng nối tiếp thuận; b- Hai tầng nối tiếp ngược; c- Hai tầng lắp song song T- Tua-bin; N- Máy nén; LM- Thiết bị làm mát trung gian không khí nén Tăng áp hỗn hợp là biện pháp sử dụng cùng một lúc cả máy nén Tua-bin khí (dùng năng lượng khí xả) và máy nén truyền động cơ khí (dùng năng lượng từ trục khuỷu).2 Nguyên lý hoạt động Trong hệ thống hai tầng lắp nối tiếp thuận (Hình 2.10a), tầng thứ nhất là bộ “máy nén tua-bin khí” quay tự do và tầng thứ hai là máy nén truyền động cơ khí. Dùng hệ thống tăng áp hai tầng lắp nối tiếp thuận một mặt có thể tận dụng năng lượng của khí thải, mặt khác có thể nâng cao áp suất trên đường ống nạp, từ đó nâng cao mật độ khí nạp.
Hệ thống tăng áp hai tầng nối tiếp ngược (Hình 2.