Đang tải...

Tìm hiểu các hệ thống tăng áp ở ô tô

Thảo luận trong 'Giáo trình cơ sở ngành' bắt đầu bởi khoadongluc, 3/10/09.

Thành viên đang xem bài viết (Users: 0, Guests: 0)

  1. khoadongluc
    Offline

    Nothing Is Impossible
    Thành viên BQT
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    17/3/09
    Số km:
    22,748
    Được đổ xăng:
    7,018
    Mã lực:
    2,289
    Giới tính:
    Nam
    Xăng dự trữ:
    30,550 lít xăng
    #1 khoadongluc, 3/10/09
    Chỉnh sửa cuối: 16/5/14
    Để tăng hiệu suất đốt, nâng công suất động cơ, tăng áp luôn là sự lựa chọn hàng đầu. Tăng áp cho động cơ đốt trong được chia làm 2 loại: turbocharger và supercharger.
    upload_2014-5-16_14-14-18.png
    Có thể hiểu turbocharge như một chiếc bơm không khí vận hành nhờ năng lượng của khí thải từ động cơ. Khi hỗn hợp khí thải nóng bị đẩy ra khỏi động cơ, chúng sẽ được dẫn tới một tuốc-bin cánh quạt có tốc độ quay rất nhanh (từ 30.000 – 120.000 vòng/phút). Tuốc-bin cánh quạt này sẽ truyền động lực qua trục tới một tuốc-bin cánh quạt khác, được gọi là máy nén khí để nén hỗn hợp khí và nhiên liệu đốt vào động cơ
    upload_2014-5-16_14-14-38.png
    Sơ đồ tăng áp turbocharger
    Ưu điểm của turbocharge: tận dụng được năng lượng khí thải, tiếng động phát ra từ ống bô êm hơn và không cần tới bộ giảm thanh lớn.
    Nhược điểm của turbocharge: giá thành chế tạo cao hơn động cơ không tăng áp do bổ sung thêm các chi tiết; phải cải tiến vật liệu trong xy-lanh, buồng đốt…vv, để chịu được áp suất lớn hơn. Và nhược điểm lớn nhất của turbocharge là “độ trễ”, nghĩa là khoảng thời gian từ khi đạp ga cho tới khi động cơ bắt đầu “tăng tốc”. Nguyên nhân chính gây ra điều này là do áp suất tăng áp phụ thuộc vào tốc độ luân chuyển của khí thải nên turbocharge không tạo ra nhiều lực nén khi động cơ có tốc độ tua thấp do đó phải mất thời gian để có đủ áp suất.
    Trong những chiếc xe cũ trước đây, độ trễ này có thể tạo ra cảm giác như xe đang dừng lại. Ngược lại, vận tốc tua của động cơ càng nhanh thì áp suất mà tăng áp tạo ra sẽ càng lớn và trong thường hợp này, turbocharge lại phải cần tới một chiếc van gọi là “cửa xả” (wastegate) để xả lượng khí vượt mức qui định.
    Nhờ sử dụng turbocharger nhỏ hơn, turbocharger có thể thay đổi thiết diện cánh quạt hoặc kết hợp cả hai giải pháp này với nhau, các động cơ hiện đại ngày nay hầu như đã loại bỏ được tình trạng trễ này. Động cơ 6 xylanh tăng áp kép của BMW là dẫn chứng điển hình, nó có thể tạo ra sức mạnh ngay lập tức ở bất kỳ thời điểm hay tốc độ nào.
    Supercharge cũng nén khí, nhưng thông qua một hệ thống cơ khí. Nó thường vận hành nhờ một dây cua-roa liến kết với trục khuỷu của động cơ. Dây cuaroa này làm quay hai rôto nằm trong hộp supercharge để nén không khí vào cổ góp nạp. Supercharge cần ít hệ thống ống dẫn hơn turbocharge, nhưng lại làm tăng đáng kể tải trọng lên trục khuỷu và dây cuaroa.

    upload_2014-5-16_14-14-59.png
    Bánh răng trụ truyền lực
    Ở động cơ hiện đại ngày nay, máy tính sẽ kiểm soát các van “tránh” của động cơ để supercharge chỉ nén hỗn hợp khí khi cần tăng công suất. Khi không cần tăng công suất, van tránh sẽ mở ra để supercharge có thể hoạt động không tải, qua đó không tạo ra bất cứ tải trọng nào lên trục khuỷu. Supercharge thường giúp động cơ tăng từ 30-50% công suất so với động cơ thông thường cùng loại
    upload_2014-5-16_14-15-19.png
    Động cơ lắp thêm hệ thống supercharger
    Chiếc Chevrolet Corvette ZR-1 mới sử dụng hệ thống supercharge kết hợp với một bộ làm mát trung gian bằng chất lỏng và không khí để đạt tới công suất 620 mã lực. Mặc dù công nghệ supercharge đã được ứng dụng cho ôtô trong một thời gian dài song mãi tới tận gần đây các kỹ sư mới tìm ra cách tăng hiệu suất của supercharge bằng cách thay đổi góc của các vấu cam trên rôto supercharge. Những thay đổi nhỏ này đôi khi có thể tạo ra khác biệt rất lớn.
    ( http://autopro.channelvn.net )
     
    Đã được đổ xăng bởi vantrung178.
  2. hochoi
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    16/7/09
    Số km:
    2,544
    Được đổ xăng:
    111
    Mã lực:
    401
    Xăng dự trữ:
    719 lít xăng
    Khi nói về xe đua, hay xe thể thao, người ta hay nói đến bộ tăng áp đông cơ turbocharger. Turbocharger cũng được trang bị trên những động cơ diesel hạng nặng. Turbocharger có thể đẩy công suất động cơ lên rất cao nhưng không làm cho máy xe “tăng cân” đáng kể chính vì thế ngày nay BTA được sử dụng rộng rãi.





    BỘ TĂNG ÁP (BTA) LÀ GÌ?

    Bộ tăng áp (BTA) là hệ thống nạp nhiên liệu cưỡng bức. Lợi điểm của việc nén nhiên liệu là xy lanh 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 xy lanh.

    Bộ tăng áp họat động dựa vào luồng khí thải tạo ra khi động cơ hoạt động. Khí thải được dẫn qua bộ tăng áp làm quay một tuốc bin, tuốc bin này quay máy nén khí. Tuốc bin quay với tốc độ rất cao, lên đến 150,000 vòng phút (gấp 30 lần tốc độ của hầu hết các động cơ ô tô hiện nay) Bộ tăng áp gắn với họng xả động cơ (exhaust) nên nhiệt độ làm việc của tuốc bin rất cao.

    một trong những cách “chắc ăn” để tăng công suất động cơ là nạp thêm nhiên liệu vào động cơ. Có nhiều cách để thực hiện điều này, tăng số lượng xy lanh hoặc “xóay nòng”, điều này đôi khi không thể thực hiện được, khi đó bộ tăng áp là lựa chọn khả thi.



    Bộ tăng áp giúp động cơ đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn bằng cách nén thêm nhiên liệu vào xy lanh trong mỗi chu kỳ nổ. Một bộ tăng áp có thể tăng áp suất hút nhiên liệu lên 6 đến 8 psi (đơn vị đo áp suất: cân Anh trên mỗi phân vuông) Vì áp suất không khí khỏang 14.7 psi nên động cơ sẽ nạp thêm 50% nhiên liệu. Công suất động cơ sẽ tăng khỏang 30-40%.

    Tăng 50% nhiên liệu nhưng công suất chỉ tăng 30-40% vậy 10-20% hao phí đi đâu? Năng lượng đó dùng để quay tuốc bin của bộ tăng áp


    BTA Ở NHỮNG VÙNG CAO

    Trên những vùng cao, không khí loãng hiệu suất động cơ thường kém đi do lượng nhiên liệu nạp vào xy lanh ít đi trong mỗi chu kỳ nổ. ngay cả các động cơ tăng áp cũng có vấn đề nhưng hiệu suất động cơ không giảm rõ rệt như ở động cơ thông thường đơn giản vì không khí loãng làm BTA bơm mạnh hơn.

    Trong những động cơ kiểu cũ, bộ chế hòa khí tự động tăng tỉ lệ xăng cho phù hợp với lượng không khí hút vào. Trong các động cơ hiện đại, hệ thống phun xăng điện tử cũng tự điều chỉnh tỉ lệ xăng. Tuy nhiên, nếu trang bị BTA có công suất quá lớn cho các động cơ phun xăng điện tử, động cơ có thể không được nạp đủ nhiên liệu vì 2 lí do: chượng trình điều khiển hạn chế lượng nhiên liệu tối đa, hoặc các đầu phun nhiên liệu không đáp ứng được. Trong trường hợp này, người ta phải thực hiện thêm một số điều chỉnh cần thiết cho động cơ để phù hợp với BTA.

    BTA LÀM VIỆC NHƯ THẾ NÀO?

    BTA được gắn vào họng xả động cơ, khi động cơ họat động, khí xả làm quay tuốc bin BTA, tuốc 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 thóat ra từ động cơ thổi vào các cánh tuốc bin làm quay tuốc bin, vì thế lượng khí thải càng đi qua tuốc bin càng nhiều tuốc bin quay càng nhanh.



    Ở đầu kia thanh truyền máy bơm ly tâm nén nhiên liệu vào xy lanh



    Với tốc độ lên đến 150.000 vòng phút, tuốc bin phải được chế tạo đặc biệt vì hầu hết các loại bạc đạn thông thường đều vỡ tan ở tốc độ đó. Đa số BTA dùng bạc đạn dầu (fluid bearing). Dầu (nhớt) sẽ được bơm liên tục tạo thành một màng dầu mỏng quanh thay truyền nhằm giảm thiểu lực ma sát và “làm mát” thanh truyền

    NHỮNG ĐIỀU CẦN LƯU Ý KHI TRANG BỊ BTA

    “Quá tay”

    Nhiên liệu được nén với áp suất cao vào xy lanh và được piston nén thêm lần nữa, động cơ sẽ bị “gõ” (tiếng lóc cóc). Xảy ra hiện tượng này vì không khí sẽ nóng lên khi bị nén ở áp lực cao. Nhiệt độ cao gây hiện tượng tự kích nổ trước khi bu gi phát tia lửa điện. Vì vậy người ta thường dùng xăng có chỉ số ôc tan cao cho động cơ tăng áp để tránh hiện tượng này.

    Độ Trễ (Lì máy)

    Một trong những nhược điểm của động cơ tăng áp là khi bạn nhấn ga động cơ không thể đáp ứng ngay mà phải mất vài giây “lưỡng lự”. Làm ta có cảm giác xe không “vọt” ngay lập tức mà phải vài giây sau mới tăng tốc. Để giảm thiểu hiện tượng này người ta thường cố gắng giảm trọng lượng BTA. Giảm trọng lượng đồng nghĩa với giảm sức ì quán tính làm BTA đáp ứng nhanh hơn.

    Dùng BTA nhỏ hay lớn.

    Một cách giảm độ “lì” của BTA là thiết kế BTA nhỏ và nhẹ. Những BTA nhỏ đáp ứng nhanh hơn ngay cả khi số vòng quay động cơ thấp, nhưng bù lại chúng không đủ công suất và có nguy cơ quay quá nhanh ở số vòng quay động cơ cao.

    BTA lớn có thể đáp ứng công suất cho động cơ ở số vòng quay lớn lại dễ bị “lì”.

    Đau đầu!

    Một số nhà chế tạo đưa ra giải pháp dùng 2 BTA liên tiếp một lớn một nhỏ. Cái nhỏ đáp ứng nhanh khi dộng cơ quay ở tốc độ thấp, cái lớn dùng cho tốc độ cao.

    Bạc đạn bi (Ball bearings)

    Cũng có BTA dùng bạc đạn bi chứ không dùng bạc đan dầu như đa số thường thấy. Những bạc đạn này được chế tạo đặc biệt (gọi là bạc đan siêu chính xác) với chất liệu tiên tiến, có chỉ số lực cản ma sát thấp còn hơn cả bạc đạn dầu. Sử dụng lọai bạc đạn này cũng giảm trọng lượng và kích cỡ của trục tuốc bin dẫn đến độ “lì”ít hơn.

    Cánh tuốc bin bằng sứ

    Sứ cũng được dùng trong việc chế tạo các cánh tuốc bin để giảm khối lượng vì sứ nhẹ hơn thép.

    Bộ giải nhiệt khí nạp (Intercoolers)

    Khi không khí bị nén, nhiệt độ sẽ tăng. Để tăng công suất động cơ, vấn đề là làm sao đưa nhiều đơn vị nhiện liệu hơn vào xy lanh, không nhất thiết phải là nhiên liệu nén.



    Bộ giải nhiệt khí nạp (BGNKN) là một chọn lựa thêm khi trang bị BTA. Nó trông giống như bộ giải nhiệt máy bình thường (Radiator). BGNKN giúp tăng công suất động cơ qua việc “làm mát” dòng không khí nén vào xy lanh qua BTA từ đó tăng số lượng đơn vị nhiên liệu trong từng chu kỳ nổ.
     
  3. honda
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    22/10/09
    Số km:
    646
    Được đổ xăng:
    93
    Mã lực:
    51
    Xăng dự trữ:
    1,717 lít xăng
    Hệ thống tăng áp - Phương án tăng công suất

    Để tăng hiệu suất đốt, nâng công suất động cơ, tăng áp luôn là sự lựa chọn hàng đầu. Tăng áp cho động cơ đốt trong được chia làm 2 loại: turbocharger và supercharger.

    Có thể hiểu turbocharge như một chiếc bơm không khí vận hành nhờ năng lượng của khí thải từ động cơ. Khi hỗn hợp khí thải nóng bị đẩy ra khỏi động cơ, chúng sẽ được dẫn tới một tuốc-bin cánh quạt có tốc độ quay rất nhanh (từ 30.000 – 120.000 vòng/phút). Tuốc-bin cánh quạt này sẽ truyền động lực qua trục tới một tuốc-bin cánh quạt khác, được gọi là máy nén khí để nén hỗn hợp khí và nhiên liệu đốt vào động cơ.

    Ưu điểm của turbocharge: tận dụng được năng lượng khí thải, tiếng động phát ra từ ống bô êm hơn và không cần tới bộ giảm thanh lớn.
    Nhược điểm của turbocharge: giá thành chế tạo cao hơn động cơ không tăng áp do bổ sung thêm các chi tiết; phải cải tiến vật liệu trong xy-lanh, buồng đốt…vv, để chịu được áp suất lớn hơn. Và nhược điểm lớn nhất của turbocharge là “độ trễ”, nghĩa là khoảng thời gian từ khi đạp ga cho tới khi động cơ bắt đầu “tăng tốc”. Nguyên nhân chính gây ra điều này là do áp suất tăng áp phụ thuộc vào tốc độ luân chuyển của khí thải nên turbocharge không tạo ra nhiều lực nén khi động cơ có tốc độ tua thấp do đó phải mất thời gian để có đủ áp suất.
    Trong những chiếc xe cũ trước đây, độ trễ này có thể tạo ra cảm giác như xe đang dừng lại. Ngược lại, vận tốc tua của động cơ càng nhanh thì áp suất mà tăng áp tạo ra sẽ càng lớn và trong thường hợp này, turbocharge lại phải cần tới một chiếc van gọi là “cửa xả” (wastegate) để xả lượng khí vượt mức qui định.
    Nhờ sử dụng turbocharger nhỏ hơn, turbocharger có thể thay đổi thiết diện cánh quạt hoặc kết hợp cả hai giải pháp này với nhau, các động cơ hiện đại ngày nay hầu như đã loại bỏ được tình trạng trễ này. Động cơ 6 xylanh tăng áp kép của BMW là dẫn chứng điển hình, nó có thể tạo ra sức mạnh ngay lập tức ở bất kỳ thời điểm hay tốc độ nào.
    Supercharge cũng nén khí, nhưng thông qua một hệ thống cơ khí. Nó thường vận hành nhờ một dây cua-roa liến kết với trục khuỷu của động cơ. Dây cuaroa này làm quay hai rôto nằm trong hộp supercharge để nén không khí vào cổ góp nạp. Supercharge cần ít hệ thống ống dẫn hơn turbocharge, nhưng lại làm tăng đáng kể tải trọng lên trục khuỷu và dây cuaroa.

    Xe hơi hiện đại đòi hỏi những động cơ gọn nhẹ, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao, công suất và mô-men xoắn lớn. Để đáp ứng các tiêu chuẩn này, tăng áp là giải pháp phổ biến hiện nay. Đây là kỹ thuật nâng cao áp suất của hỗn hợp nhiên liệu khi đưa vào buồng đốt.

    Động cơ xăng ra đời vào năm 1876. 9 năm sau Gottlieb Daimler đã phát minh ra kỹ thuật tăng áp suất nạp nhiên liệu cho nó (bằng phát minh DRP 34926). Ngay trong quá trình thiết kế chiếc động cơ diesel đầu tiên, Rudolf Diesel đã đăng ký phát minh số DRP 95680 về tăng áp cho cỗ máy chạy bằng dầu này.
    Có 2 giải pháp tăng áp chủ yếu là: thay đổi thể tích ống nạp và dùng máy nén. Giải pháp thứ nhất có hiệu quả rất cao, nó lợi dụng dao động cộng hưởng của dòng khí trên đường nạp để tăng áp suất hỗn hợp nhiên liệu đưa vào buồng đốt, ở thời điểm xu-páp nạp đóng lại.
    [​IMG]


    Hình 1 giới thiệu kết cấu ống nạp 2 cấp của động cơ Opel Astra: Khi tốc độ tua lớn, van V mở ra khiến đường nạp ngắn lại (từ B đến buồng đốt), còn ở chế độ thường hỗn hợp nhiên liệu đi quãng đường dài hơn (từ A đến buồng đốt). Vẫn trên nguyên tắc này, các chuyên gia còn chế tạo loại động cơ có chiều dài ống nạp thay đổi 3 cấp

    [​IMG]

    (hình 2: ống nạp 3 trạng thái của động cơ xăng Audi V8) hoặc thay đổi liên tục như máy diesel N62B44 lắp trên xe BMW 745 (hình 3).

    [​IMG]


    Thiết kế tăng áp bằng máy nén có thể dùng bơm cơ khí hoặc turbin khí tận dụng năng lượng của đường xả.

    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. Thiết kế này được áp dụng trên động cơ xăng M271KE của Mercedes C200 model 2002.

    Turbin khí tăng áp vận hành bằng năng lượng thừa trên đường xả của động cơ. Cơ cấu này nén hỗn hợp nhiên liệu qua két làm mát, trộn với 1 phần khí xả và đưa chúng trở lại buồng đốt.

    [​IMG]


    Hình 4 là thiết kế tăng áp của động cơ diesel OM-660 của Mercedes lắp trên xe Smart. Cỗ máy này chỉ gồm 3 xi-lanh tổng dung tích 799 cc, tăng nạp bằng turbin khí, hệ thống phun nhiên liệu common rail. Quy trình hoạt động như sau: Phần lớn khí xả được đưa qua để vận hành turbin trước khi thải ra ngoài. Bánh công tác của turbin chỉ có đường kính 31 mm và quay với vận tốc 290.000 vòng/phút, áp lực nén của nó lên tới 2,2 kg/cm2. Không khí mới (màu xanh) được hút vào qua bầu lọc khí và bị máy nén làm nóng lên tới gần 100 độ C, luồng khí này được đưa qua két làm mát và trộn với một phần khí xả (màu đỏ) trước khi vào buồng đốt. Việc tăng áp suất nạp hỗn hợp nhiên liệu vào buồng đốt giúp động cơ đạt được công suất và hiệu suất rất cao.
    So sánh hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu
    của động cơ xăng tăng áp và không tăng áp có cùng thông số kỹ thuật:

    [​IMG]


    Vào những năm 1970, chỉ tiêu công suất/lít trung bình của động cơ chỉ đạt khoảng 60 mã lực/lít. Kỹ thuật tăng áp tuy được biết đến từ lâu nhưng lại gặp những khó khăn không nhỏ khi phải đối mặt với vấn đề gia tăng áp suất, nhiệt độ của động cơ và hỗn hợp nhiên liệu. Đó chính là lý do khiến hệ thống này ban đầu chỉ được thiết kế cho các cỗ máy lớn, tốc độ chậm hoặc với các mục đích đặc biệt như quân sự, hàng không... Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ vật liệu, cơ khí và điện tử, cơ cấu tăng áp đã có mặt trong nhiều lĩnh vực, trên nhiều chủng loại động cơ. Đến năm 2000 chỉ số công suất/lít trung bình của động cơ đã đạt tới 121 mã lực/lít nhờ những kỹ thuật tăng áp tiên tiến. Không chỉ nâng cao hiệu suất và công suất động cơ, giải pháp này còn giúp cắt giảm đáng kể lượng khí thải độc hại với môi trường.

    [​IMG][​IMG]

    Sơ đồ nguyên lý hoạt động
    [​IMG]
    [​IMG]
     
  4. tuanaudi
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    20/6/10
    Số km:
    10
    Được đổ xăng:
    1
    Mã lực:
    1
    Xăng dự trữ:
    304 lít xăng
    ông anh khoadongluc có bài nào về trục cam dài dài thì giúp em với. em đang phải làm tiểu luận sếp ạ?
     

Chia sẻ trang này