Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hơn một trăm năm.Trong những năm gần đầy, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, động cơ đốt trong tuy không thay đổi nhiều về mặt nguyên lý làm việc cơ bản nhưng nó luôn được hoàn thiện và phát triển. Nhiều loại động cơ đời mới có tính năng kinh tế, kỹ thuật vượt trội đã ra đời, trong đó động cơ tăng áp đóng một vai trò rất đáng kể. Để hiểu hơn về hiệu năng cũng như là ứng dụng và tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ xăng tăng áp hiện đại, nên chúng em đã chọn hệ tống tăng áp của hãng Frod làm đối tượng nghiên cứu. 1.2. Mục tiêu đề tài Tìm hiểu hệ thống tăng áp là gì, cấu tạo, vị trí, nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng áp trên xe của hãng Frod. 1.3. Phương pháp nghiên cứu Tra cứu tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, các tài liệu liên quan đến hệ thống tăng áp. Nghiên cứu tìm kiếm thông tin trên mạng. Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra những đánh giá và nhận xét của mình. 1.4. Kết cấu đồ án Gồm có 5 chương: Chương 1: Giới thiệu đề tài. Chương 2: Khái quát chung về hệ thống tăng áp. Chương 3: Nghiên cứu công nghệ mới của hệ thống tăng áp hãng Frod. Chương 4: Quy trình kiểm tra sửa chữa hệ thống tăng áp. Chương 5: Kết luận.
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: Đồ án động cơ đốt trong
Tìm hiểu công nghệ mới của hệ thống tăng áp trên động
cơ của hãng Ford
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Bản
SVTH: Phạm Tuấn Anh Mã SV: 2011252515 Lớp: 20DOTC2 SVTH: Phan Trọng Quý Mã SV: 2011252320 Lớp: 20DOTC2
Trang 2Đề số:
VIỆN KỸ THUẬT HUTECH
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm 02)
Phạm Tuấn Anh MSSV: 2011252515 Lớp: 20DOTC2
Phan Trọng Quý MSSV: 2011252320 Lớp: 20DOTC2
2 Tên đề tài:Tìm hiểu công nghệ mới của hệ thống tăng áp trên động cơ của hãng Ford.
3 Các dữ liệu ban đầu
Thông số kỹ thuật của xe cơ sở- đối tượng nghiên cứu của đề tài
4 Nội dung nhiệm vụ
- Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động chung của hệ thống tăng áp;
- Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của hệ thống tăng áp hãng Ford;
- Tìm hiểu về độ trễ Turbo và cách khắc phục độ trễ Turbo;
- Phương pháp bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống tăng áp;
5 Kết quả tối thiểu phải có:
1) Thuyết minh đề tài;
2) Bản vẽ thiết kế; mô hình hệ thống điều khiển động cơ;
3) Bài tập ứng dụng trên mô hình;
Ngày giao đề tài: / / 2022 Ngày nộp báo cáo: / /2022
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)
TP HCM, ngày tháng năm 2022
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Trang 3Số thứ tự nhóm: Lớp: 20DOTC2
PHIẾU ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA THÀNH VIÊN
(Nhóm đồ án)Môn học: Đồ án động cơ đốt trong
Mỗi nhóm họp và đánh giá công sức đóng góp vào kết quả đề tài của các thành viên
(100% công sức đóng góp tương ứng với 10 điểm)Thông tin đánh giá:
TT Thành viên % công sức đóng góp Điểm số Chữ ký
Ngày … tháng … năm… Trưởng nhóm sinh viên Giáo viên ký tên
Trang 4VIỆN KỸ THUẬT HUTECH
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘTHỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN
TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao lại cho sinh viên đóng vào cuốn báo cáo)
6 Tên đề tài: Tìm hiểu công nghệ mới của hệ thống tăng áp trên động cơ của hãng
Ford
7 Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Bản
8 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm 02):
(1) Phạm Tuấn Anh MSSV: 2011252515 Lớp: 20DOTC2
(2) Phan Trọng Quý MSSV: 2011252320 Lớp: 20DOTC2
Tuần Ngày Nội dung thực hiện Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên hướng dẫn ghi)
Trang 5Tuần Ngày Nội dung thực hiện Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên hướng dẫn ghi)
Tổng điểm kết thúc học phần = Điểm đánh giá quá trình thực hiện đồ án x 40% + Điểm
chấm báo cáo GVHD x 30% + Điểm chấm báo cáo GVPB x 30%
Lưu ý: Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án; Điểm báo cáo bảo vệ đồ án môn học; Điểm quá trình (Ghi theo thang điểm 10), giảng viên chuyển điểm vào bảng điểm Viện đã giao.
Họ tên sinh viên Mã số SV
Tiêu chí đánh giá về quá trình thực
hiện đồ án
Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án (tổng 2 cột điểm 1+2)
50%
Tính chủ động, tích cực, sáng tạo
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)
TP HCM, ngày … tháng … năm ……….
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Trang 6MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 8
DANH MỤC CÁC HÌNH 9
Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 10
1.1 Đặt vấn đề 10
1.2 Mục tiêu đề tài 10
1.3 Phương pháp nghiên cứu 10
1.4 Kết cấu đồ án 10
Chương 2: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP 11
2.1 Định nghĩa tăng áp là gì 11
2.2 Lịch sử phát triển của hệ thống tăng áp 11
2.3 Phân loại các động cơ tăng áp 11
2.3.1 Turbocharger 11
2.3.2 Supercharger 11
2.4 Ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp 12
2.4.1 Ưu điểm 12
2.4.2 Nhược điểm 12
2.5 Đặt điểm cấu tạo chung của hệ thống tăng áp 13
2.6 Mục đích tăng áp 13
Chương 3: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MỚI CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP HÃNG FROD 14
3.1 Giới thiệu 14
3.2 Vị trí lắp đặt 14
3.3 Đặt điểm nỗi bật 15
3.4 Hệ thống tăng áp được sử dụng trên động cơ Ford 15
3.4.1 Bi – Turbo 15
3.4.2 Nguyên lý hoạt đông của Bi – Turbo 16
3.4.3 Ưu nhược điểm Bi – Turbo 18
3.5 Độ trễ Turbo và cách khắc phục độ trễ Turbo 18
3.5.1 Độ trễ Turbo là gì 18
3.5.2 Cách khắc phục độ trễ Turbo 19
3.5.2.1 Bổ sung Nitơ oxit (N2O) 19
3.5.2.2 Tăng tỷ số nén động cơ 19
3.5.2.3 Bổ sung van khí thải 19
3.5.2.4 Sử dụng cơ chế tăng áp tuần tự 19
Trang 73.6 Những đặc điểm nổi bật của turbo thế hệ mới của ford 20
3.6.1 Cấu tạo 20
3.6.2 Sự ổn định 20
3.6.3 Ưu thế của bi-turbo 20
Chương 4: QUY TRÌNH KIỂM TRA SỬA CHỮA HỆ THỐNG TĂNG ÁP 21
4.1 Một số nguyên nhân gây hư hỏng Turbo tăng áp 21
4.1.1 Turbo bị chảy dầu 21
4.1.2 Turbo tăng áp có tiếng hú và kêu khác thường 21
4.1.3 Động cơ giảm công suất, khói đen ở ống xả 21
4.2 Cách bảo dưỡng Turbo 21
4.3 Quy trình sửa chữa Turbo tăng áp 22
Chương 5: KẾT LUẬN 23
5.1 Kết luận 23
5.2 Hướng phát triển đề tài 23
TÀI LIỆU THAM KHẢO 24
Trang 8LỜI CẢM ƠN
🙚🙚🙚
Chúng em cảm ơn thầy Nguyễn Văn Bản đã tận tình chỉ dạy và hướng dẫn chúng
em trong môn này, không chỉ vậy thầy còn đồng hành cùng chúng em hoàng thành bàitập này Thầy cũng là người đã truyền thêm động lực và niềm đam mê cho chúng em vềmôn học này cũng như ngành ô tô Chúng em chúc thầy luôn có nhiều sức khỏe để có thểtiếp tục giảng dạy và mang nhiệt huyết của mình đến với chúng em Chúng em cảm ơnthầy rất nhiều
Trang 9DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3 1 Vị trí lắp đặt Turbo tăng áp 14
Hình 3 2 Bộ Tuabin và trục Turbo 15
Hình 3 3 Động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ dưới 1500 vòng/phút 16
Hình 3 4 Động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ 1500 - 2500 vòng/phút 17
Hình 3 5 Động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ đạt 3000 vòng/phút 18
Trang 10Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hơn một trăm năm.Trong nhữngnăm gần đầy, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, động cơ đốt trong tuy khôngthay đổi nhiều về mặt nguyên lý làm việc cơ bản nhưng nó luôn được hoàn thiện và pháttriển Nhiều loại động cơ đời mới có tính năng kinh tế, kỹ thuật vượt trội đã ra đời, trong
đó động cơ tăng áp đóng một vai trò rất đáng kể Để hiểu hơn về hiệu năng cũng như làứng dụng và tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ xăng tăng áp hiện đại, nên chúng em
đã chọn hệ tống tăng áp của hãng Frod làm đối tượng nghiên cứu
1.2 Mục tiêu đề tài
Tìm hiểu hệ thống tăng áp là gì, cấu tạo, vị trí, nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng áp trên xe của hãng Frod
1.3 Phương pháp nghiên cứu
Tra cứu tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, các tài liệu liên quan đến hệ
thống tăng áp
Nghiên cứu tìm kiếm thông tin trên mạng
Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra
những đánh giá và nhận xét của mình
1.4 Kết cấu đồ án
Gồm có 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 2: Khái quát chung về hệ thống tăng áp
Chương 3: Nghiên cứu công nghệ mới của hệ thống tăng áp hãng Frod
Chương 4: Quy trình kiểm tra sửa chữa hệ thống tăng áp
Chương 5: Kết luận
Trang 11Chương 2: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP
2.1 Định nghĩa tăng áp là gì
Tăng áp là biện pháp làm tăng áp suất khí nạp, tăng khối lượng riêng của môi chất,qua đó làm tăng mật độ của không khí nạp vào xi lanh động cơ trong mỗi chu trình
2.2 Lịch sử phát triển của hệ thống tăng áp
Người phát minh ra hệ thống tăng áp là Alfred J Büchi (1879–1959) một kỹ sư ô tôngười Thụy Sĩ Thiết kế ban đầu của ông ấy sử dụng trục tuabin dẫn động bằng khí thải
để cung cấp năng lượng cho máy nén ép nhiều không khí hơn vào các xi lanh của động
cơ Ban đầu, ông đã phát triển bộ tăng áp vào những năm trước Thế chiến thứ nhất vàđược cấp bằng sáng chế tại Đức vào năm 1905, nhưng vẫn tiếp tục nghiên cứu các thiết
kế cải tiến cho đến khi qua đời vào 4 thập kỷ sau đó
2.3 Phân loại các động cơ tăng áp
Động cơ tăng áp được chia làm hai loại chính là turbocharger và superchager Điểmkhác biệt chính của hai hệ thống này là nguồn cung cấp năng lượng
2.3.1 Turbocharger
Cấu tạo động cơ tăng áp turbocharger gồm 3 bộ phận chính: trục, tuabin gắn mỗi
đầu trục và các vòng bi xoay quanh trục Hệ thống này vận hành bằng cách bơm khôngkhí vào các buồng đốt gồm có tuabin và bộ nén để làm tăng sức mạnh động cơ Khôngkhí được nén và đưa vào khoang đốt nên có áp suất và nhiệt độ rất cao Để khắc phụcnhược điểm này, người ta sử dụng bộ làm lạnh trung gian, để làm mát khí đã được néntrước khi đưa vào động cơ
2.3.2 Supercharger
Kết cấu của động cơ tăng áp supercharger bao gồm khá nhiều bộ phận: rotors, puly
dẫn động, trục đầu vào ổ bi, lò xo xoắn, ống lót đầu vào, ống lót đầu ra và bánh răng Với supercharger, một dây curoa được kết nối với trục khuỷu của động cơ để cungcấp động lực trực tiếp cho tăng áp Trong trường hợp này, tăng áp là hệ thống kí sinh vàtrên thực tế động cơ mất đi một chút ít sức mạnh để truyền động lực cho hệ thống nén
Trang 12khí Vì sử dụng năng lượng từ động cơ nên hệ thống siêu nạp luôn hoạt động kể cả khi xe
di chuyển ở tốc độ thấp
2.4 Ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp
2.4.1 Ưu điểm
Tạo áp suất lớn: Mỗi hành trình của Piston tạo ra nhiều sức mạnh hơn động cơ hút khí
tự nhiên do đó, động cơ tăng áp có thể sản xuất nhiều năng lượng hơn trong cùng 1 động
cơ có cùng kích thước
Giúp tiết kiệm nhiên liệu: Động cơ tăng áp có công suất tương đương như các động
cơ lớn khác dù dung tích xy lanh nhỏ hơn Trong đó, các hỗn hợp không khí và nhiên liệuđốt đẩy đến xy lanh được đốt cháy hoàn toàn, giúp động cơ tăng thêm hiệu suất, giảmthiểu khí thải và cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu
Hiệu suất mạnh mẽ tạo ra mô - men xoắn: Dù với mục đích sản xuất kích thước nhỏ
để tiết kiệm nhiên liệu, động cơ tăng áp vẫn giữ được hiệu suất mạnh mẽ
Hạn chế tối đa tiếng ồn: Động cơ tăng áp xe ô tô có khả năng sử dụng lại một phầnnguồn khí thải trong quá trình nén khí, qua đó lọc được nhiều không khí vào đường ống
và linh kiện hơn so với động cơ hút khí tự nhiên Khi đó, tiếng ồn động cơ êm và mượthơn do tiếng ồn hút và xả được giảm và tinh lọc
- Chi phí sửa chữa cao hơn: Việc sử dụng động cơ tăng áp khiến động cơ hoạt độngphức tạp hơn, đòi hỏi sử dụng những chất liệu bền và tốt hơn, đảm bảo tuổi thọ cho hệthống này Và khi gặp sự cố, việc sửa chữa động cơ tăng áp gặp nhiều khó khăn hơn vàchi phí sửa chữa cũng cao hơn
Trang 132.5 Đặt điểm cấu tạo chung của hệ thống tăng áp
Bộ tăng áp gồm 2 chi tiết máy có hình dạng như 2 “vỏ ốc sên” được hàn chặt vàonhau, phía trong mỗi “vỏ ốc sên” có 1 cánh quạt được gọi là máy nén (Turbin) và mộttrục có trách nhiệm nối “chết” 2 cánh quạt này với nhau Bộ tăng áp được lắp trực tiếp ởcửa xả động cơ để lợi dụng luồng khí xả làm quay Turbin số 1, Turbin số 2 sẽ quay theo
và nén không khí sạch đưa qua cổ hút vào lại buồng đốt
Ngoài ra, Turbin 2 quay tạo ra luồng gió xoáy giúp trộn đều hỗn hợp không khí với xăngtạo điều kiện cho chu kỳ nổ diễn ra tốt hơn Tốc độ quay của Turbin rất nhanh khi ngườilái nhấn ga, ngoài ra nó còn nhận trực tiếp khí xả nên nhiệt độ tỏa ra từ bộ tăng áp là cực
kỳ nóng, nó gây giãn nở không khí trong khoang máy làm giảm hiệu năng tăng áp Vìvậy, các nhà chế tạo lắp thêm một lưới tản nhiệt dành riêng cho bộ tăng áp để giảm nhiệt
độ không khí trước khi vào buồng đốt Do được lắp trên đường xả nên hệ thống Turbo sẽtạo ra một áp suất ngược lên buồng đốt, vì vậy hệ thống cần thêm 1 van xả nhỏ để xảlượng hơi dư thừa nếu không có cửa xả này động cơ sẽ phát nổ khi áp suất vượt ngưỡng
2.6 Mục đích tăng áp
Giảm thể tích toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất.
Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất
Giảm giá thành sản xuất động cơ
Hiệu suất của động cơ được tăng lên nhờ tăng áp suất tiêu hao nhiên liệu giảm
Giảm một phần khí thải độc hại ra bên ngoài
Giảm tiếng ồn của động cơ
Trang 14Chương 3: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MỚI CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP HÃNG FROD
3.1 Giới thiệu
Động cơ tăng áp của Ford là hệ thống động cơ mới nhất với công nghệ phun xăngtrực tiếp và tăng áp tích hợp do Ford sản xuất Động cơ được tích hợp khá nhiều côngnghệ mới so với các mô hình động cơ truyền thống nhằm cải thiện hiệu năng vận hành vàlượng nhiên liệu tiêu thụ Mục tiêu mà Ford hướng tới là tạo ra một động cơ có khả năngcung cấp một lượng công suất và mô men xoằn ngan với những động cơ hút khí tự nhiên
có kích thước và dung tích lớn hơn, đông thời đem lại mức tiêu hao nhiên liệu hiệu quảhơn Với mục tiêu đó Frod hi vọng động cơ của mình sẽ giảm được khoảng 15% lượngkhí thải gây nên hiệu ứng nhà kính so với các động cơ tuyền thống có dung tích lớn hơnvới công suất tương đương
3.2 Vị trí lắp đặt
Tăng áp là biện pháp làm tăng áp suất khí nạp, tăng khối lượng riêng của môi chất,qua đó làm tăng mật độ không khí nạp vào xy lanh động cơ trong mỗi chu trình, giúptăng công suất và mô men cho động cơ Hệ thống tăng áp của động cơ được lắp trực tiếp
ở nắp máy Bánh tua bin được dẫn động bằng năng lượng của khí xả Bánh tua bin dẫnđộng bánh bơm để nén khí nạp vào xy lanh
Hình 3 1 Vị trí lắp đặt Turbo tăng áp
Trang 153.3 Đặt điểm nỗi bật
Những động cơ tăng áp được trang bị hệ thống Turbo tăng áp gọn nhẹ có khả năng
hoạt động ở vòng tua rất cao lên đến 248.000 vòng/phút Kết hợp với công nghệ điềukhiển van biến thiên theo thời gian, động cơ tang áp có thể đạt được công suất và mô-men xoắn cực đại ở vòng tua thấp, điều này giúp giảm thiểu độ trễ và đáp ứng tối đa choquá trình tăng tốc của chiếc xe
3.4 Hệ thống tăng áp được sử dụng trên động cơ Ford
3.4.1 Bi – Turbo
Hình 3 2 Bộ Tuabin và trục Turbo
Bi – Turbo là hệ thống có hai bộ tăng áp nhưng có kích cở khác nhau Được gọi làSequential turbo – bộ tăng áp kép tuần tự Bộ tăng áp này được đối lưu khí thải thấp vàcung cấp nhiều năng lượng ở tốc độ vòng quay thấp hơn Khi tăng tốc động cơ, bộ Bi –Turbo tăng áp có kích thước lớn sẽ tạo ra nhiều công suất thông qua van nén
Trang 163.4.2 Nguyên lý hoạt đông của Bi – Turbo
Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ dưới 1500 vòng/phút Lúc này turbonhỏ hoạt động Quá trình nạp diển ra, không khí được đưa từ ngoài vào qua đầu hút củaturbo lớn tiếp theo đó qua hệ thống làm mát nhưng lúc này áp suất chưa đủ để vào động
cơ nên nhờ van trên đường ống nạp đóng lại giúp không khí được đưa vào turbo nhỏ mộtlần nữa để tăng áp sau đó không khí được làm mát một lần nữa nhờ hệ thống làm mát vàđưa vào bên trong buồn đốt Khi quá trình thải diển ra van trên đường ống thải của turbolớn đóng, khí thải thông qua đường ống thải của turbo nhỏ làm quay tuabin nhờ trục nốigiữa hai tuabin nên không khí được nén khi đưa vào bên trong buồn đốt Lượng khí thảithoát ra qua tuabin nhỏ theo đường ống thải qua tuabin lớn Lúc này củng làm quaytuabin nhưng chỉ giúp tuabin lớn nạp tốt hơn nhưng không làm nén không khí được dotốc độ khí thải giàm khi qua tuabin nhỏ
Hình 3 3 Động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ dưới 1500 vòng/phút
Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ từ 1500 - 2500 vòng/phút, cả haiturbo cùng hoạt động Không khí được đưa từ ngoài vào qua đầu hút của turbo lớn vàđược nén lần thứ nhất tiếp theo đó qua hệ thống làm mát nhưng lúc này áp suất chưa đủ
để vào động cơ nên nhờ van trên đường ống nạp đóng lại giúp không khí được đưa vào