Tài liệu TUABIN tăng áp pdf

Trang 1

TUABIN tang ap

Trang 2

Mô tả “Tuabin tăng áp Máy nén tăng áp spa egtiom’) (1.0) Tubin tang ap

Sự cần thiết của Tuabin tăng áp và Máy nén tăng áp

Tuabin tăng áp và máy nén khí tăng áp là những thiết bị để

nén không khí vào xy-lanh, với áp suất cao hơn áp suất khí quyển, để tăng công suất của động cơ

Nhìn chung, công suất của động cơ được xác định bởi lượng hỗn hợp không khí-nhiên đốt cháy trong một quãng thời gian nhất định vàlượng hỗn hợp không khí-nhiên liệu càng

tăng thì công suất động cơ càng lớn

Điều đó có nghĩa là, để tăng công suất động cơ thì phải tăng dung tích động cơ hoặc tăng tốc độ của động cơ

Vấn đề là ở chỗ, khi tăng dung tích động cơ thì trọng lượng của động cơ cũng tăng lên, và các yếu tố như là tổn thất do

ma sát, rung động, và tiếng ồn lại hạn chế khả năng tăng tốc độ của động cơ

Tuabin tăng áp đáp ứng được cả hai yêu cầu mâu thuẫn

nhau này: tăng công suất động cơ mà vẫn giữ cho động cơ gọn nhẹ, bằng cách cung cấp khối lượng hỗn hợp không

khí-nhiên liệu lớn hơn mà không thay đổi kích thước động

cơ

Thiết bị tăng áp được dẫn động bằng hai phương pháp: Tuabin tăng áp được dẫn động bằng khí xả, còn máy nén tăng áp thì được dẫn động từ động cơ

Toyota đã sử dụng Tuabin nạp khí tăng áp từ năm 1980 và

Máy nén tăng áp từ năm 1985 ở Nhật Bản Gần đây, trong năm 2002, chỉ có các Tuabin tăng áp được sử dụng trong

các kiểu động cơ ở nước ngoài

(1/1)

Đặc điểm của Tuabin tăng áp và Máy nén tăng áp Tuabin nap khí tăng áp cũng như máy nén tăng áp đều là những máy bơm không khí, dùng để nén khí vào xy-lanh nhằm tăng lượng khí nạp Các động cơ thông thường hút khí vào xy-lanh nhờ có áp suất chân không được tạo ra khi

pittông đi xuống

Nhờ có Tuabin nạp khí tăng áp hoặc máy nén tăng áp mà

không khí được nén vào xy-lanh với áp suất cao hơn áp suất khí quyển Nhờ thế, lượng không khí nạp vào xy-lanh cũng tăng lên

TUA BIN TANG AP MAY NEN TANG AP 7 Tuabin (Banh tuabin và bánh nén khí) Kiểu cơ khí (kiểu bộ nạp tăng áp Kiểu máy nạp str dung mot cap roto kiểu kén)

Phương pháp dẫn động Áp suất khí xả Dẫn động từ trục khuỷu

Nhỏ, vì Tuabin tang áp được dẫn Lớn, vì được dẫn động bằng trục khuyull Mắt công suất động bằng áp suất khi xả

Nhỏ ở tốc độ tháp, và lớn ở tốc

Hiệu quả nạp tp tì bơ by 5 on ki Có thể thay đổi ở mọi tốc độ

R 5 Đáp ứng tốt vì được dẫn động

‘i Khi tốc độ động cơ thắp, nó đáp ứng ` +

Đếp ứng không tốt bằng loại máy nén tăng áp trực tiếp bằng trục khuỷu

Trang 4

THAM KHẢO

Hiệu suất nạp khí 1 Hiệu suất nạp khí

Khả năng nạp khí của động cơ được gọi là hiệu suất nạp khí Các động cơ thông thường có hiệu suất nạp khí khoảng 65-85%, do sức cản trong hệ thống nạp và do khí xả chỉ qua hệ thống xả Nhưng đối với động cơ có trang bị Tuabin nạp khí hoặc máy nén tăng áp thì hiệu suất nạp có thể đạt trên 100%

2 Tỷ số nén

Khi áp suất nén tăng lên thì động cơ xăng càng có nguy cơ phát sinh tiếng gõ

Vì không khí được nén vào xy-lanh với áp suất lớn hơn áp suất khí quyển nên các động cơ có trangbị _ tuabin tăng áp hoặc máy nén tăng áp sẽ có áp suất cao hơn các động cơ thông thường, và vì thế càng dễ xuất hiện tiếng gõ

Bởi vậy, tỷ số nén của động cơ có trang bị Tuabin tăng áp hoặc Máy nén tăng áp phải được đặt thấp hơn động cơ thông thường để ngăn ngừa tiếng gõ

Hiệu suất nạp khí (%) = Lượng không khí thực tế được nạp vào X100 Lượng không khí trong xy-lanh ở điều kiện tiêu chuẩn * Điều kiện tiêu chuẩn: áp suất khí quyển tiêu chuẩn ở 20 °C Tuabin tăng áp Tuabin tang áp Banh tuabin —] Bộ chấp hành| 5 Van của xã => Es <_ Banh nén Bộ làm mát trung gian AN x

Cảm biến lưu lượng khí nạp

Cảm biến áp suất tuabin

(1/1)

Mô ta

Tuabin tăng áp là thiết bị sử dụng năng lượng của khí xả để làm quay bánh tuabin với tốc độ cao Bánh nén khí (rôto) được lắp trên cùng một trục với bánh Tuabin, nó có tác dụng nén không khí vào xy-lanh

Nhờ thế, công suất của động cơ tăng lên Van cửa xả và bộ điều khiển có tác dụng ngăn ngừa áp suất nạp tăng lên quá cao

Một số kiểu động cơ có trang bị bộ làm mát

trung gian để làm giảm nhiệt độ của không khí nạp và tăng hiệu quả nạp

CHÚ Ý:

Cần thận trọng khi vận hành, vì Tuabin nạp khí trở nên rất nóng do khí xả Cần phải đảm bảo thay dầu động cơ theo đúng định kỳ

Xin tham khảo phần “Thận trọng đối với Tuabin nạp khí” để biết thêm chỉ tiết

Trang 6

“Các ơ trục tự lựa hồn tồn

sẽ:

Các bộ phận

Tuabin nạp khí (tuabin tăng áp) bao gồm khoang tuabin, khoang nén khí, khoang trung tâm, bánh tuabin, bánh nén khí, các ổ trục tự lựa hoàn toàn, van cửa xả, bộ chấp hành

(1)

Bánh tuabin và bánh nén khí

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

Trang 8

Đường dẫn dầu

Đường dẫn nước lâm mật 'Đường dẫn nước lâm mát Đường dẫn dầu

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 bôi trơn và làm mát cho trục và các ổ trục Nước làm mát động cơ cũng được tuần hoàn qua kênh làm mát trong khoang trung tâm để nhiệt độ dầu động cơ không bị tăng lên và tránh huỷ hoại dầu

Các ổ trục tự lựa hoàn toàn

Các bánh tuabin và nén khí chạy với tốc độ đến 100,000 víph, vì thế phải sử dụng các ổ trục tự lựa hoàn toàn để đảm bảo hấp thụ các rung động của trục và bôi trơn trục

Những ổ trục này được bôi trơn bằng dầu động cơ, và quay tự do giữa trục và vỏ hộp, nhằm giảm ma sát, cho phép trục quay với tốc độ

Trang 10

-B-

Van cửa xả và bộ chấp hành

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 THAM KHẢO Tuabin kép hai chế độ

Tuabin kép hai chế độ bao gồm hai Tuabin tăng áp lắp trên cùng một động cơ

Khi hai tuabin cùng làm việc ở điều kiện tải nhẹ hoặc tốc độ thấp, tính thích ứng của động cơ được cải thiện, ví dụ thích ứng với tăng tốc Khi hai tuabin cùng làm việc ở điều kiện tải năng 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 tải trọng nặng và tải trọng nhẹ Trong trường hợp

này chỉ có thể đạt được hiệu quả cao ở một

trong hai chế độ

Tuy nhiên, tuabin kép sử dụng van điều khiển khí xả và van phân dòng Nó điều khiển cho một tuabin làm việc ở chế độ tải nhẹ và hai tuabin làm việc ở chế đọ tải nặng hoặc tốc độ cao, để tăng tính thích ứng của động cơ ở mọi tốc độ và đạt được công suất cao

Minh hoạ bên trái đây là động cơ 2JZ-GTE

được sản xuất trong những năm 1993-1999

Trang 12

Áp suất tâng áp (khi nên) 'Bộ chấp hành Bơm phun nhiên liệu điềzen Bảnh sâm biến lưu lượng khí nạp xã Vạn Vạn Áp suất tăng áp, `'Cảm biến đe | Pha Bộ chấp hành Cảm biến áp Suật của Wwabin Khi xã Voi phun 6-

Phương pháp tăng lượng phun nhiên liệu Động cơ được trang bị Tuabin tăng áp hoặc máy nén tăng áp để đưa vào xy-lanh một lượng không khí lớn hơn Công suất của động cơ sẽ không tăng lên được khi lượng khí nạp này

không được đốt cháy hoàn toàn Vì thế, phải

tăng lượng nhiên liệu để đốt cháy hoàn toàn khí nạp Như vậy, tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng lên

khi tăng công suất động cơ

1 Kiểu điều khiển bằng cơ học

Đối với động cơ điêzen, bộ bù nạp sẽ tăng

lượng bơm nhiên liệu cực đại phù hợp với áp

suất nạp (Xin tham khảo thêm chương về

bơm phun nhiên liệu trong tập sách về động

cơ điêzen để biết thêm chỉ tiết)

2 Kiểu điều khiển bằng máy tính

Trong động cơ điều khiển bằng máy tính,

lượng không khí nạp được theo dõi bằng cẩm biến lưu lương khí nạp, còn áp suất nạp

được theo dõi bằng bộ cảm biến áp suất của

tuabin nạp, và sự tăng lượng phun nhiên liệu

cực đại được điều khiển bằng ECU của

động cơ (Lượng phun nhiên liệu được xác định bằng quãng thời gian phun)

Minh hoạ bên trái đây là về động cơ điêzen,

tuy nhiên, trong động cơ xăng, lượng phun

nhiên liệu cũng tăng tỷ lệ với lượng khí nạp

Trang 14

-

Hệ thống bôi trơn và làm mát 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 tự lựa lắp bên trong khoang trung tâm Sau đó dầu chảy ra theo ống thoát và trở về các te dầu

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 máy bơm nước

(14) Điều khiển áp suất nạp

Tuabin nạp khí giúp cho động cơ đạt được công suất cao bằng cách nén không khí vào các xy-lanh Tuy nhiên, các bộ phận của động cơ sẽ không chịu đựng 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

Trang 16

-8-

1 Điều khiển áp suất nạp

(1) Khi áp suất nạp còn ở mức thấp hơn trị số đã định Khi áp suất nạp còn ở mức thấp hơn trị số đã định thì bộ chấp hành không hoạt động Vì thế, van cửa xã vẫn đóng, và toàn bộ khí xã được dẫn đến bánh tuabin (2) Khi áp suất nạp còn ở mức cao hơn trị số đã định

Khi động cơ tăng tốc độ và áp suất nạp do tuabin nạp khí cung cấp vượt quả trị số đã định (điểm chặn) thì màng của bộ điều khiển bị ép xuống, làm cho van cửa xả mở ra, và một phần khí xả sẽ không đi qua bánh tuabin

Bằng cách để cho một phần khí xả bỏ qua tuabin, tốc độ quay của bánh tuabin được điều chỉnh, để cho áp suất nạp trở về trong giới hạn đã định

GỢI Ý

Đối với một số động cơ xăng, áp suất nạp còn được điểu chỉnh theo chỉ số ôctan của nhiên liệu

Trang 18

THAM KHẢO

Quan hệ giữa áp suất nạp và tốc độ của động cơ Quan hệ giữa áp suất nạp và tốc độ của động cơ khi đạp bàn đạp ga xuống hết mức được thể hiện như hình bên trái

đây

Quan hệ giữa áp suất nạp và tốc độ của động cơ thay đổi XancxxÄ mè tuỷ theo tải trọng đặt lên động cơ { (1/1) 8 Điểm chan 5 5 a 2 Tốc độ động co—> THAM KHẢO

Đèn báo tuabin tăng áp (chỉ có ở một số kiểu động cơ)

1 Đèn báo tuabin tăng áp

KT Các đèn báo tuabin tăng áp được lắp cùng trong đồng hồ

tap lô, chúng báo cho người lái xe biết về điều kiện làm

việc của tuabin tăng áp, bằng các điôt phát sáng (LED) màu xanh lá cây và màu vàng

Khi tuabin tăng áp làm việc với áp suất trong giới hạn

'Đn báo tuabin tang ap 'Đèn cảnh bao tuabin đã định, đèn xanh sẽ sảng lên Khi tuabin tăng áp làm Bence bie) neg Damn eee bh ae tp (ve) việc với áp suất vượt quá giới hạn đã định, đèn vàng sẽ

sáng lên

2 Công tắc áp suất

Hai công tắc được sử dụng để cảm nhận áp suất nạp: Công tắc áp suất thấp và Công tắc áp suất cao Hai công tắc áp suất này khác nhau ở trương lực của

lò-xo

Khi áp suất nạp tác dụng lên màng vượt quá một giới hạn

nhất định, công tắc sẽ được bật lên

(1/1)

Điểm di động Điểm cổ định

Trang 20

-9-Luồng khi xã Moto bude

-10-

Cánh điều chỉnh

Cánh điều chỉnh dùng để thay đổi tốc độ và hướng của luồng khí xả để tạo 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 bởi ECU của động cơ

1 Hoạt động ở tốc độ thấp

Khi khe hở giữa các cánh điều chỉnh thu hẹp 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 Nhờ thế, khi áp suất của khí xả tăng lên thì áp suất nạp càng tăng nhanh hơn, và công suất động cơ tăng lên thậm chí cả khi đang chạy với tốc độ thấp

ở tốc độ cao(tải trọng nặng

Khi khe hở giữa các cánh điều chỉnh mở rộng ra, áp suất 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 chế trong giới hạn nhất định, giúp động cơ cải thiện tiêu hao nhiên liệu và công suất

Trang 22

Kiểu làm mắt bằng không khí eit aca Ssh Nước làm mát 'Bơm nước chạy điện Bơm nước chạy điện -11- Bộ làm mát trung gian (chỉ có ở một số kiểu động cơ) Bộ làm mát trung gian được lắp giữa bánh nén khí và động cơ, dùng để làm mát khí nạp (do tuabin tăng áp nén ép 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

Bộ làm mát trung gian còn có tác dụng kiểm soát tiếng gõ Có hai kiểu Bộ làm mát trung gian: kiểu làm mát bằng không khí và kiểu làm mát bằng nước Hiện nay chỉ có kiểu làm mát bằng không khí là được sử dụng

Tuỳ theo kiểu động cơ mà vị trí lắp bộ làm mát trung gian có khác nhau

1 Kiểu làm mát bằng không khí

Kiểu này sử dụng luồng gió khi xe chạy hoặc gió từ quạt làm mát của động cơ để làm mát khí nạp (14) THAM KHẢO Bộ làm mát trung gian, kiểu làm mát bằng nước Kiểu làm mát bằng nước sử dụng nước để làm mát khí nạp Mặc dù sử dụng nước để làm mát nhưng bộ làm mát trung gian là một hệ thống độc lập, nó không sử dụng nước làm mát của động cơ Nó gồm có bộ làm mát, máy bơm nước chạy điện, bộ tản nhiệt phụ, và máy tính của bộ làm mát trung gian

Minh hoạ bên trái đây là động cơ 3SGTE, sản xuất trong những năm 1989-1999

Trang 24

Thận trọng đối với tuabin tăng áp

1 Thận trọng khi vận hành

(1) Trong động cơ có trang bị tuabin tăng áp, dầu động cơ không chỉ được sử dụng để bôi trơn động cơ mà còn

để bôi trơn và làm mát tuabin tăng áp Khi dầu tiếp xúc với nhiệt của tuabin tăng áp, nhiệt độ dầu tăng lên

Vì vậy, việc chăm sóc dầu và bộ lọc dầu cần được thực hiện chu đáo Nếu không, nó có thể làm cho tuabin tăng áp hư hỏng

Nếu không sử dụng loại dầu theo chỉ dẫn thì sẽ làm cho các ổ trục của tuabin nạp khí hu hong Vì vậy, phải đâm bảo sử dụng đúng loại dầu theo chỉ dẫn

GOI Y

Tham khảo tài liệu hướng dẫn sử dụng hoặc chu kỳ bảo dưỡng, vì rằng chu kỳ thay thế dầu và lọc dầu thay đổi tuỳ theo kiểu động cơ và điều kiện vận hành xe

(2) Bởi vì ngay sau khi khởi động động cơ nguội thì các ổ trục chưa được bôi trơn đầy đủ, cho nên nếu tăng tốc động cơ đột ngột thì có thể làm hư hỏng ổ trục

(3) Sau khi động cơ đã chịu tải năng, ví dụ, sau khi xe chạy với tốc độ cao hoặc chạy đường dài, cần để cho

động cơ chạy không tải vì phút trước khi tắt máy

CHÚ Ý:

Nhiệt độ của tuabin tăng áp không lên quá cao frong khi xe chạy, vì tuabin tăng áp được làm mát bởi dầu và nước làm mát Khi cho dừng động cơ ngay sau khi chạy với tốc độ cao thì dầu và nước làm mát ngừng tuần

hoàn ngay, làm cho tuabin nạp khí khong được làm mát, dẫn đến hỏng hóc, kẹt, bó Vì thế, cần phải cho

chạy không tải và làm mát tuabin tăng áp | Lái xe trong thành phô Không cân thiết Lái xe tốc độ cao Khoang 80 km/h (50 mph) -khoang 20 giay Khoang 100 km/h (63 mph) -Khoảng 1 phút

Leo dốc sườn nủi Khoảng 2 phút

Trang 26

2 Thận trọng khi bảo dưỡng

{1) Không được khởi động động cơ có bộ lọc khí hoặc tháo

bộ lọc khí ra để tránh các dị vật có thể lọt vào và làm hỏng bánh tuabin và tuabin

(2) Trong trường hợp tuabin tăng áp bị trục trặc và cần phải thay thế thì trước hết cần kiểm tra các mục sau đây để tìm nguyên nhân và cách khắc cần thiết

s Mức và chất lượng dầu động cơ « - Điều kiện làm việc của tuabin tăng áp « Đường dẫn dầu đến tuabin tăng áp

(3) Khi tháo tuabin tăng áp ra, cần phải nút kín các cửa nạp và xả và đầu ống dẫn dầu để tránh dị vật lọt vào hệ thống

(4) Khi tháo hoặc lắp tuabin tăng áp, không được thả rơi nó, va đập nó, hoặc nắm giữ những bộ phận dễ biến dạng như bộ điều khiển, cần

(2/3)

(5) Khi thay thé tuabin tang ap, hay kiém tra xem mudi than có bị đọng lại trong ống dẫn dầu hay không, nếu cần thì làm sạch hoặc thay luôn cả ống dẫn dầu

(6) Khi thay tuabin tăng áp, hãy cho dầu vào cửa cấp dầu

của tuabin tăng áp, sau đó dùng tay để quay bánh nén

khí để cho dầu đi đến các ổ trục

(7) Sau khi sửa chữa lớn hoặc thay thế động cơ, cần cắt

đường cung cấp nhiên liệu và cho quay động cơ trong

khoảng 30 giây để dầu bôi trơn đi đến tất cả các bộ

phận Sau đó, cho động cơ chạy không tải 60 giây

(3/3)