Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay, việc tăng công suất, momen xoắn cho ô tô không còn xa lạ với nhiều người , nhưng để động cơ vẫn nhỏ gọn, tiết kiệm nhiên liệu và giảm bớt khí thải thì turbo tăng áp (turbocharger) được sử dụng mang lại nhiều hiệu quả và ưu điểm rõ rệt. Nguyên lý hoạt động của turbo tăng áp Tuy nhiên, turbo tăng áp thường được sử dụng trên động cơ diezen mà ít được dùng trên động cơ xăng do cơ chế hoạt động cũng như tỉ số nén của nhiên liệu xăng dễ gây ra hiện tượng cháy kích nổ. Trên thực tế, mọi người thường nhầm turbo tăng áp (turbocharger) với bộ siêunạp (supercharger), Turbocharger chỉ là một dạng của Superchargerdạng sử dụng dòng khí xả để tăng áp dòng nạp. Những dạng khác của Supercharger không làm việc như vậy, nó thường được dẫn động bằng trục khuỷu của động cơ thông qua một bộ truyền đai với puly
Tìm hiểu turbo tăng áp Hiện nay, việc tăng cơng suất, momen xoắn cho tơ khơng cịn xa lạ với nhiều người , để động nhỏ gọn, tiết kiệm nhiên liệu giảm bớt khí thải turbo tăng áp (turbocharger) sử dụng mang lại nhiều hiệu ưu điểm rõ rệt Nguyên lý hoạt động turbo tăng áp Tuy nhiên, turbo tăng áp thường sử dụng động diezen mà dùng động xăng chế hoạt động tỉ số nén nhiên liệu xăng dễ gây tượng cháy kích nổ Trên thực tế, người thường nhầm turbo tăng áp (turbocharger) với siêu nạp (supercharger), Turbocharger dạng Supercharger-dạng sử dụng dịng khí xả để tăng áp dịng nạp Những dạng khác Supercharger khơng làm việc vậy, thường dẫn động trục khuỷu động thông qua truyền đai với puly Bộ siêu nạp (supercharger) Ở viết này, đề cập đến nguyên lý hoạt động turbo tăng áp (turbocharger) kiểu cánh gió Turbo tăng áp có khả nén khí tăng áp lực dịng khí nạp, dẫn động nhờ áp suất dịng khí xả Do vậy, turbo gắn trước ống xả xe Khi xe chạy tải nhẹ với số vịng tua thấp, ECU điều khiển mơ tơ bước xoay cánh điều chỉnh turbo, làm mở phần cánh làm giảm cản trở khí thải, tránh tạo lên nạp không cần thiết Trường hợp xe chạy tải nhỏ, số vòng tua máy thấp, cánh điều chỉnh turbo mở phần cho gió qua Gió lùa qua cánh điều chỉnh bên ngồi tới cánh bánh turbo phía trong, làm quay cánh turbo Khi xe tải thấp Khi người lái cần tăng tốc, đạp ga cánh bướm ga mở, cánh di động turbo mở hoàn tồn, khí thải di chuyển tự vào cánh điều chỉnh turbo, tốc độ động cơng suất tăng Trong hình cánh điều chỉnh turbo mở hoàn toàn động hoạt động tốc độ cao Khi xe tăng tốc Trường hợp xe chạy tốc độ cao, cánh điều chỉnh turbo mở hoàn toàn cho luồng khí qua Khí thải lùa qua cánh điều chỉnh bên ngồi tới cánh bánh turbo phía trong, làm quay cánh turbo với tốc độ cao Khi xe tốc độ cao Thông thường turbo làm việc vùng nhiệt độ cao Do để sử dụng xe ( turbo nói riêng) an tồn, hiệu quả, người sử dụng nên tuân thủ quy định bảo dưỡng bảo trì khuyến cáo nhà sản xuất Cụm nhồi turbo Theo ý kiến nhiều lãnh đạo ngành ô tô, hệ thống tăng áp turbo, biết đến chủ yếu với chức “tăng lực” cho xe, giải pháp hữu hiệu để cắt giảm khí thải CO2 Hệ thống tăng áp (turbo) qua chặng đường dài kể từ thập niên 80 “Turbo khơng cịn dành cho xe đua,” theo ông Ulrich Hackenberg, giám đốc phát triển sản phẩm Volkswagen, khẳng định “Nó đem đến giải pháp thu gọn kích thước mới,” ơng nói tới việc nhà sản xuất ô tô chuyển sang dùng động nhỏ hơn, tiết kiệm nhiên liệu xả khí thải hơn, đảm bảo công suất, mô-men xoắn cao cho cảm giác lái thú vị Ông Ian Robertson, giám đốc bán hàng marketing tập đoàn BMW, trí với ý kiến “Thơng thường chúng tơi tăng công suất động lẫn khả tăng tốc xe, đồng thời cải thiện hiệu tiêu thụ nhiên liệu giảm nồng độ khí thải CO2 Turbo có vai trị quan trọng để đạt điều đó,” ơng nói Nhanh hơn, khí thải Tỷ lệ xe sử dụng hệ thống tăng áp turbo giới theo tính tốn Global Insight năm 2008 dự kiến năm 2020 Trên toàn giới, theo nhà phân tích cơng ty nghiên cứu thị trường Global Insight, có khoảng 1/4 tô sử dụng hệ thống tăng áp, đến năm 2020, gần 3/4 số ô tô thị trường dùng hệ thống tăng áp Trung tâm trình phát triển nhu cầu đầy mâu thuẫn người lái xe, theo ông Alex Ismail, CEO Honeywell Transportation, nhà sản xuất turbo hàng đầu giới “Mọi người muốn có xe nhỏ động nhỏ hơn, lại không chuẩn bị tinh thần hy sinh cơng suất tính vận hành,” ơng giải thích Giải pháp cho nhu cầu đầy mâu thuẫn này, theo ông Ismail, động nhỏ với hệ thống tăng áp “Với hệ thống tăng áp, nhà sản xuất ô tô giải tốn lắp động nhỏ cho xe, khơng phải giảm tính vận hành.” Trong thập kỷ tới, chủ yếu nhờ phát triển hệ thống tăng áp, dung tích động trung bình Mỹ giảm từ 3.6L xuống 2.9L, theo Global Insight Tại Trung Quốc châu Âu, thị trường có dung tích động trung bình 1.8L, giảm xuống 1.6L 1.4L Như vậy, hệ thống tăng áp câu trả lời nhanh cho tình trạng ấm lên trái đất, với chi phí tính xe thấp công nghệ khác, theo ơng Ismail “Nó giúp ngành cơng nghiệp ô tô giảm 35-39% lượng khí thải với chi phí 1.600 USD/xe,” ơng nói Cải tiến cơng nghệ Tại Mỹ, nơi động dung tích lớn, động V8, phổ biển, có 5% số tơ sử dụng hệ thống tăng áp turbo, ông Ismail cho biết Nhưng theo dự đoán Global Insight, đến năm 2020, dự kiến 85% ô tô Mỹ dùng hệ thống tăng áp Tại Trung Quốc, tỷ lệ dự kiến đạt 60% vào năm 2020, so với mức 13% Tốc độ phổ biến động tăng áp châu Âu nhanh, nhà sản xuất châu Âu đầu Tua bin tăng áp (Phần 1) Khi nhắc đến xe đua hay xe thể thao có cơng suất lớn, chủ đề mà người ta thường đề cập đến turbo tăng áp Hệ thống turbo tăng áp động xe Mitsubishi Lancer Evolution IX Turbo tăng áp thường lắp động diesel cỡ lớn Một turbo giúp làm tăng đáng kể công suất động mà không cần phải tăng trọng lượng thân động Đây ưu điểm to lớn mà turbo tăng áp mang lại Trong viết này, tìm hiểu làm mà turbo tăng áp lại làm tăng cơng suất động trì điều kiện làm việc tối ưu động Chúng ta tìm hiểu làm để ngăn ngừa hao tổn, cánh tuabin gốm ổ bi giúp ích cho turbo tăng áp để cải thiện hiệu suất Các turbo tăng áp kiểu hệ thống sinh áp lực cách cưỡng Chúng nén khí vào bên động Lợi ích việc nén khơng khí khơng khí nén ép vào xilanh nhiều Nhiều khơng khí nén vào xilanh đồng nghĩa với việc nhiên liệu đưa vào động nhiều Bởi vậy, kỳ nổ xilanh lại sinh nhiều công suất Một động có trang bị turbo tăng áp sản sinh nhiều công suất so với động kích cỡ khơng có turbo tăng áp, cải thiện cách đáng kể tỷ lệ công suất sinh đơn vị trọng lượng khơng khí nén vào động Để tăng khả nạp khí, turbo tăng áp sử dụng dịng lưu lượng khí xả từ động để làm quay cánh turbin, cánh tuabin turbo tăng áp quay tốc độ lên tới 150.000 vịng/phút, cao gấp 30 lần so với hầu hết động xe làm Và với phương áp bố trí nối với ống xả vậy, nhiệt độ turbo cao Turbo tăng áp động Nhìn chung, cơng suất động xác định lượng hỗn hợp khơng khínhiên liệu đốt cháy quãng thời gian định lượng hỗn hợp khơng khí-nhiên liệu tăng cơng suất động lớn Điều có nghĩa là, để tăng cơng suất động phải tăng đường kính xilanh, tăng số lượng xilanh tăng tốc độ động Vấn đề chỗ, tăng đường kính xilanh số lượng xilanh trọng lượng động tăng lên yếu tố tổn thất ma sát, rung động, tiếng ồn lại hạn chế khả tăng tốc độ động Turbo tăng áp đáp ứng hai yêu cầu mâu thuẫn này: tăng công suất động mà giữ cho động gọn nhẹ, cách cung cấp khối lượng hỗn hợp khơng khí-nhiên liệu lớn mà khơng thay đổi kích thước động Vị tí lắp turbo tăng áp xe Turbo tăng áp cho phép động đốt nhiều nhiên liệu khơng khí cách nén chúng nhiều vào xilanh Thông thường việc tăng lưu lượng khí nạp turbo tăng áp tạo áp suất khoảng đến Pounds diện tích inch vng (PSI) Áp suất khí thơng thường vào khoảng 14,7 PSI mực nước biển, thấy chúng làm tăng thêm khoảng 50% lượng khí nén thêm vào động Cho nên làm tăng thêm khoảng 50% công suất động Nhưng hiệu tăng công suất không vậy, thực tế chúng giúp tăng cơng suất động khoảng 30 đến 40% ảnh hưởng tổn hao lượng Một lý khiến giảm hiệu đến từ thực tế công làm quay cánh tuabin không tiêu hao lượng Do cánh tuabin đặt đường xả ống xả làm tăng cản trở chuyển động dịng khí xả, làm áp lực đẩy khí xả ngồi kỳ xả động bị cản trở sinh áp lực đẩy ngược chiều Việc công suất sinh bị tổn hao phần xảy tất xilanh động đánh lửa thời điểm Kết cấu turbo tăng áp Tuabin nạp khí (tuabin tăng áp) bao gồm khoang tuabin, khoang nén khí, khoang trung tâm, cánh tuabin, cánh nén khí, ổ trục tự lực hoàn toàn, van cửa xả, chấp hành Turbin tăng áp cố định đường ống xả khí bu lơng Khí xả từ xilanh làm quay cách turbin, hoạt động theo nguyên lý giống động turbin khí Turbin gắn lên trục với cánh nén khí, cánh nén khí đặt lọc khí đường ống dẫn khí nạp Nhờ cách nén khí, khơng khí nén vào xilanh với áp suất cao Nguyên lý động có turbo tăng áp Bên turbin tăng áp Dịng khí xả từ xilanh thổi tạo áp lực lên cánh tuabin làm tuabin quay Càng nhiều khí xả qua cánh tuabin tuabin quay nhanh Cánh tuabin phải chịu nhiệt có độ bền cao tiếp xúc trực tiếp với khí xả, quay với tốc độ cao trở nên nóng Bởi vậy, làm hợp kim siêu chịu nhiệt gốm Mặt khác đầu lại trục tuabin, cánh nén khí gắn vào để đẩy khơng khí vào xilanh Các cánh nén khí loại bơm ly tâm, hướng dịng khơng khí từ tâm quay theo biên dạng cánh hướng ngồi Để tăng tốc độ quay lến đến 150.000 vịng/phút, trục tuabin đỡ bi đặc biệt Hầu hết ổ bi bị hủy tốc độ thế, cho hầu hết turbin tăng áp sử dụng loại ổ đỡ chất lỏng Loại ổ bi đỡ lấy trục tuabin lớp dầu cực mỏng Điều đạt hai mục đích: trục quay tuabin làm mát cho phép trục quay với lực cản ma sát thấp… Van cửa xả lắp khoang tuabin Khi van mở phần khí xả tắt qua ống xả, nhờ mà giữ ổn định cho áp suất nạp, áp suất nạp đạt đến trị số định (khoảng 0,7 kg/cm2) Việc đóng mở van kiểm soát chấp hành Tuabin tăng áp (Phần 2) Các phận đặc biệt turbo tăng áp Một vấn đề turbo tăng áp chúng khơng làm tăng công suất bạn đạp ga Phải khoảng vài giây đồng hồ để turbo tăng vận tốc trước tác dụng khuyếch đại công suất Kết độ trễ xuất bạn đạp ga sau xe chồm lên turbo bắt đầu làm việc Một cách để làm giảm độ trễ tác dụng turbo giảm tác dụng quán tính phận quay, làm giảm trọng lượng thân chúng Điều cho phép cánh turbin cánh nén khí tăng tốc nhanh hỗ trợ tăng cường công suất cho động sớm Một cách chắn để giảm độ quán tính cánh turbin cánh nén khí chế tạo chúng có kích thước nhỏ Một turbo có kích thước nhỏ tác dụng giúp tăng cường công suất cho động nhanh tốc độ động thấp khơng có tác dụng tăng cơng suất tốc độ động cao lượng lớn khí nạp nén vào động Nó nguy hiểm tốc độ quay tuabin nhanh tốc độ động cao có nhiều khí xả qua cánh tuabin Các turbo tăng áp có kích thước lớn giúp tăng cơng suất động nhiều tốc độ cao lại sinh độ trễ tác dụng lớn nhiều thời gian để tăng tốc độ quay cánh turbin cánh nén khí chúng nặng Để khắc phục hạn chế này, người ta chế tạo số phận đặc biệt kèm với Hầu hết động có gắn turbo tăng áp để có mức hao phí định, điều bắt buộc phải sử dụng turbo tăng áp nhỏ để giảm độ trễ ngăn khỏi quay nhanh tốc độ động cao Để ngăn hao tổn, turbo bố trí van đặc biệt cho phép khí xả tắt qua cánh turbin Van có độ nhạy lớn với tăng áp đột ngột Nếu áp suất tăng lên cao, xác nhận tuabin quay nhanh mở cho phép lượng khí xả vịng qua cánh tuabin làm giảm tốc độ tuabin Một số turbo tăng áp sử dụng vịng bi cầu thay sử dụng loại ổ đệm chất lỏng để đỡ lấy trục tuabin Nhưng chúng loại ổ bi cầu thơng thường, chúng ổ bi tự lựa có độ chinh xác cao làm từ loại vật liệu cao cấp để chịu tốc độ quay nhiệt độ sinh từ turbo tăng áp Chúng cho phép trục tuabin quay với lực ma sát sinh thấp loại ổ đỡ chất lỏng sử dụng hầu hết turbo tăng áp Chúng cho phép trục có trọng lượng nhẹ quay chậm làm việc hiệu Đây điều giúp turbo tăng áp tăng tốc nhanh hơn, giảm độ trễ đến mức thấp Các cách turbin làm gốm thường nhẹ cánh turbin làm kim loại phổ biến hầu hết turbo tăng áp Trái lại, chúng lại cho phép turbin quay nhanh hơn, giảm độ trễ tác dụng Động sử dụng hai turbo nhiều turbo Một số động sử dụng hai turbo tăng áp với kích thước khác Turbo có kích thước nhỏ quay với tốc độ nhanh hơn, giảm độ trễ tác dụng turbo có kích thước lớn đạt khả tăng cơng suất nhanh tốc độ động cao Khi hai tuabin làm việc điều kiện tải nhẹ tốc độ thấp, tính thích ứng động cải thiện, ví dụ thích ứng với tăng tốc Khi hai tuabin làm việc điều kiện tải nặng tốc độ cao, động sản cơng suất cao Khi có tuabin động khó đạt hiệu cao hai chế độ làm việc với tải trọng nặng tải trọng nhẹ Trong trường hợp đạt hiệu cao hai chế độ Tuy nhiên, tuabin kép sử dụng van điều khiển khí xả van phân dịng Nó điều khiển cho tuabin làm việc chế độ tải nhẹ hai tuabin làm việc chế độ tải nặng tốc độ cao, để tăng tính thích ứng động tốc độ đạt công suất cao Khi khơng khí nén lại, hâm nóng lên khơng khí nóng lên, giãn nở Bởi áp suất turbo tăng lên cách đáng kể kết khơng khí nóng lên trước vào động Để tăng công suất động cơ, phải đạt mục tiêu đưa thêm nhiều phân tử khí vào xilanh mà khơng làm tăng áp suất khí A Mazda RX-8 tăng công suất nhờ hệ thống turbo kép Để đạt điều này, làm mát trung gian hay làm mát khí nạp lắp thêm vào hệ thống, xem két làm mát khác khơng khí thổi vào khỏi làm mát trung gian Có hai kiểu làm mát trung gian: Kiểu làm mát khơng khí kiểu làm mát nước Hiện có kiểu làm mát khơng khí sử dụng Tuỳ theo kiểu động mà vị trí lắp làm mát trung gian có khác Khí nạp thổi qua đường ống dẫn kín bên làm mát khơng khí từ bên ngồi đẩy cưỡng qua cánh tản nhiệt quạt làm mát động * Bộ làm mát khí nạp giúp tăng cơng suất động cách làm mát khí nén từ cánh nén khí turbin trước vào động Điều có nghĩa turbo tăng áp tạo áp suất nén khoảng PSI, hệ thống lám mát khí nạp làm nguội khơng khí có áp suất PSI này, có nghĩa trở nến đậm đặc chứa nhiều phân tử khí khối khơng nóng Một turbo tăng áp giúp tăng mật độ khí nén lên cao đậm đặc khơng khí bị giảm Động bình thường thực tế bị giảm công suất lên cao so với mực nước biển hành trình nén piston, động nén khơng khí khối lượng Một động có turbo tăng áp bị giảm công suất giảm cơng suất ảnh hưởng khơng khí lỗng dễ đẩy qua cánh nén khí turbo Các loại xe cũ với động sử dụng hệ thống nhiên liệu kiểu cacbuarato, tự động tăng tỷ lệ nhiên liệu để phù hợp với tăng lưu lượng khí nạp vào xilanh Các loại xe đại ngày sử dụng loại động phun nhiên liệu điện tử đạt điều mức độ tối ưu Hệ thống phun nhiên liệu điện tử sử dụng cảm biến ôxi đường ống xả để đo tỷ lệ khơng khí – nhiên liệu cách xác Bởi vậy, hệ thống tự động tăng lượng nhiên liệu nạp vào trang bị thêm turbo tăng áp Nếu turbo tăng áp tăng lượng khí nạp nhanh mức đòi hỏi phải tăng lượng nhiên liệu phun vào phù hợp, hệ thống phun nhiên liệu khơng cung cấp đủ nhiên liệu, chương trình phần mềm điều khiển khơng cho phép bơm nhiên liệu vịi phun khơng đủ khả cung cấp đủ cho nhu cầu Trong trường hợp này, số điều chỉnh khác thiết lập để thu hiệu cao từ turbo tăng áp Đối với động điêzen, bù nạp tăng lượng bơm nhiên liệu cực đại phù hợp với áp suất nạp Trong động điều khiển máy tính, lượng khơng khí nạp theo dõi cảm biến lưu lượng khí nạp, cịn áp suất nạp theo dõi cảm biến áp suất tuabin nạp tăng lượng phun nhiên liệu cực đại điều khiển ECU động ... đến turbo tăng áp Hệ thống turbo tăng áp động xe Mitsubishi Lancer Evolution IX Turbo tăng áp thường lắp động diesel cỡ lớn Một turbo giúp làm tăng đáng kể cơng suất động mà không cần phải tăng. .. lượng thân động Đây ưu điểm to lớn mà turbo tăng áp mang lại Trong viết này, tìm hiểu làm mà turbo tăng áp lại làm tăng công suất động trì điều kiện làm việc tối ưu động Chúng ta tìm hiểu làm để... – nhiên liệu cách xác Bởi vậy, hệ thống tự động tăng lượng nhiên liệu nạp vào trang bị thêm turbo tăng áp Nếu turbo tăng áp tăng lượng khí nạp nhanh mức đòi hỏi phải tăng lượng nhiên liệu phun