Báo cáo chuyên Đề Động cơ Đốt trong thế hệ mới (mã học phần ot1621) nghiên cứu hệ thống tăng Áp dùng turbo

Động cơ dùng của được xem như là một giải pháp hiệu quả về công suất vàtiết kiệm nhiên liệu, chúng giải quyết được vấn đề về nhiên liệu và khí thải và đượcphân tích rất cụ thể trong bài

BỘ LAO ĐỘNG － THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG

DANH SÁCH NHÓM

VỤ

GHI CHÚ

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

ĐIỂM THUYẾT MINH

ĐIỂM VẤN ĐÁP

21001136 Ôn Hoàng Khang

Vĩnh Long, ngày tháng năm 2024

Giảng viên hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên)

ii

MỤC LỤC:

DANH SÁCH NHÓM -i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN -ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT -iv

LỜI CẢM ƠN -iv

LỜI MỞ ĐẦU - xi

PHẦN 1: MỞ ĐẦU -1

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI -1

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI -1

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU -1

1.4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI -1

1.5 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI -2

1.6 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI -2

PHẦN 2: NỘI DUNG -3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG -3

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG -3

1.2 CÔNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG -3

1.3 YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG-4 1.4 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TĂNG ÁP TURBO TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG -5

1.5 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 6 1.5.1 Ưu điểm của hệ thống Turbo -6

1.5.2 Nhược điểm của Turbo -6

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG -6

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP -7

2.1 TUBOR TĂNG ÁP LÀ GÌ -7

2.1.1 Tubor tăng áp là gì -7

2.1.2 Ứng dụng của turbo tăng áp -7

2.2 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP -7

2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ,ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP TURBO -7

2.4 CÁC LOẠI TURBO TĂNG ÁP HIỆN NAY -10

2.5 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP -12

2.5.1 Uư điểm -12

2.5.2 Nhược điểm -12

CHƯƠNG 3: BẢO DƯỠNG SỬA CHƯA TRÊN HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ -13

3.1.QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP -13

3.2 CÁC HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP SỬA CHƯA HỆ THỐNG TĂNG ÁP - 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO -15

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT TÊN VIẾT TẮT TÊN ĐẦY ĐỦ TÊN TIẾNG VIỆT FETT Full Electric Turbocharger Technology

iv

LỜI CẢM ƠN

Chuyên đề một nằm trong chương trình đào tạo kỹ sư của ngành công nghệ

kỹ thuật ô tô, khoa Cơ Khí Động Lực, trường Đại học Sư Phạm kỹ Thuật VĩnhLong Trong thời gian làm bài, nhóm em đã nhận được sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến

và chỉ bảo nhiệt tình từ quý Thầy

Trong suốt quá trình thực hiện, tuy nhóm em gặp không ít khó khănnhưng với sự giúp đỡ chân thành từ quý Thầy và bạn bè đã giúp cho bài báocáo chuyên đề một của nhóm em được hoàn thành tốt đẹp

Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban giám hiệu nhà trường, quý Thầy Cô trong khoa Cơ khí Động Lực đã dạy dỗ và tận tình giúp đỡ, giúpnhóm em nhiều kiến thức quý báo và có được cơ sở lý thuyết vững chắc trongsuốt thời gian học tập và cuối cùng nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầyMai Phước Trải, giảng viên khoa Cơ khí Động Lực đã tận tình hướng dẫn, chỉbảo nhóm em trong suốt quá trình làm bài

Do thời gian làm bài có hạn và việc vận dụng kiến thức chuyên mônchƣa đƣợc nhạy bén, bài báo cáo không tránh khỏi sai sót kính mong nhận được

sự thông cảm, góp ý của quý Thầy Cô

Cuối lời, nhóm em xin chúc quý Thầy Cô trong trường dồi dào sức khỏe

và công tác thật tốt

Vĩnh Long, ngày tháng năm 2024

Nhóm thực hiện

Nhóm:8

LỜI MỞ ĐẦU

Chuyên đề: Động cơ đốt trong thế hệ mới nằm trong chương trình đào tạo kỹ

sư của ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô thuộc khoa Cơ khí Động Lực tại trường Đạihọc Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long Trong thời gian thực hiện để tải, nhóm em đãnhận được rất nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo của quý Thầy Cô Emxin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô khoa Cơ khí Động Lực nói riêng và thầy, côtrường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long nói chung đã tạo điều kiện về tài liệucho nhóm em được hoàn thành chuyên đề

Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban giám hiệu nhà trường, quýThầy Cô trong khoa Cơ khí Động Lực đã dạy dỗ và tận tình giúp đỡ, giúp nhóm emnhiều kiến thức quý báo và có được cơ sở lý thuyết vững chắc trong suốt thời gianhọc tập và cuối cùng nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Mai Phước Trải,giảng viên khoa Cơ khí Động Lực đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo nhóm em trongsuốt quá trình làm bài

Do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sự thiếusót Kính mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, có để nhóm em có điều kiện

bổ sung nâng cao kiến thức của minh và phục vụ tốt hơn vào công việc thực tế saunày

Cuối lời nhóm em xin kính chúc quý Thầy Cô trường Đại học Sư phạm Kỹthuật Vĩnh Long, khoa Cơ khí Động Lực một lời chúc sức khỏe để tiếp tục hướngdẫn cho các thế hệ sinh viên tiếp theo

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

xi

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong bối cảnh nền công nghiệp ô tô đang rất phát triển, việc tiết kiệmnhiên liệu và giảm đi lượng khí xả độc hại mà ô tô thải ra là vô cùng cần thiết.Chính vì thế đã có rất nhiều động cơ thế hệ mới được nghiên cứu và phát triểnnhằm mục đích trên

Thời gian gần đây, thị trường xe hơi Việt Nam, cùng với sự hình thành tràolưu chơi xe thể thao đường phố, bắt đầu xuất hiện thông tin về những dòng động cơchế tạo theo công nghệ mới là turbo, được cho là vượt trội hơn hẳn về sức mạnh vàkhả năng tiết kiệm nhiên liệu

Động cơ dùng của được xem như là một giải pháp hiệu quả về công suất vàtiết kiệm nhiên liệu, chúng giải quyết được vấn đề về nhiên liệu và khí thải và đượcphân tích rất cụ thể trong bài báo cáo của nhóm

Chính vì ưu điểm của loại động cơ trên nên nhóm em đã nghiên cứu tài liệutrên nhằm mục đích nâng cao kiến thức và biết thêm về những ưu, nhược điểm củanhững loại động cơ thế hệ mới

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu về hệ thống tăng áp trên động cơ đốttrong, yêu cầu, công dụng, phân loại, ưu nhược được của hệ thống tăng áp trên động

cơ đốt trong

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm, các công nghệ được áp dụng trênđộng cơ tăng áp Từ đó biết được phương pháp chuẩn đoán, bảo dưỡng và sửa chữađộng cơ tăng áp

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu hệ thống tăng áp dùng turbo.

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về lý thuyết của hệ thống tăng áp dùng turbo

1

1.4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Giúp nhóm em hiểu rõ và đi sâu hơn về hệ thống tăng áp tubor, đặc biệt là trênđộng cơ tăng áp Thấy được hiệu quả và tầm quan trọng của hệ thống tăng áp Bàinghiên cứu làm rõ ưu nhược điểm, nguyên lý hoạt động và các công nghệ được sửdụng trên động cơ tăng áp Từ đó dễ dàng áp dụng được vào kiểm tra bảo dưỡng sửachữa một cách hiệu quả hơn

1.5 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Với yêu cầu về nội dung, các mục tiêu và thời gian có hạn cộng với nguồn tàiliệu hiện có, đề tài chỉ giới hạn tập trung khảo sát, nguyên lý hoạt động của hệ động,

ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp, nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của côngnghệ trên hệ thống tăng áp và các lưu ý trong bảo dưỡng, chẩn đoán hư hỏng và sửachữa hệ thống Đề tài không tập trung vào tính toán, thiết kế các chi tiết của động cơ

1.6 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

Nội dung của đề tài gồm 3 chương:

- Chương 1: Tổng quan về hệ thống tăng áp trên động cơ đốt trong

- Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng áp

- Chương 3: Chuẩn đoán, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống tăng áp

2

PHẦN 2: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP

TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG

CƠ ĐỐT TRONG

Hệ thống tăng áp trên động cơ đốt trong đã được phát triển từ rất sớm, và đã

có nhiều sự thay đổi và cải tiến trong quá trình phát triển Ban đầu, các động cơ đốttrong sử dụng turbocharger đã được phát triển nhằm tăng cường sức mạnh của động

cơ và cải thiện hiệu suất nhiên liệu Tuy nhiên, công nghệ này còn tồn tại nhiều hạnchế về mặt kỹ thuật và chi phí sản xuất

Đến những năm 1990, công nghệ tăng áp bắt đầu được áp dụng rộng rãi trêncác loại động cơ xăng và diesel Các nhà sản xuất ô tô đã đầu tư nghiên cứu và pháttriển hệ thống tăng áp mới, nhằm tăng cường hiệu suất và giảm khí thải độc hại.Các công nghệ mới như twin-scroll turbocharger, variable geometry turbocharger

(VGT), và twin-turbocharged đã được phát triển để cải thiện hiệu suất tăng áp Ngoài

ra, các công nghệ khác như intercooler, blow-off valve, và wastegate cũng được ápdụng để tăng cường hiệu suất và giảm tiêu hao nhiên liệu

Ngày nay, hệ thống tăng áp trên động cơ đốt trong đã trở thành một phần không thểthiếu của các loại động cơ hiện đại, giúp tăng cường hiệu suất và giảm khí thải độc hại

1.2 CÔNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Công dụng giúp cho công suất của chiếc xe được lớn hơn, xe hoạt động mộtcách hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu Đồng thời giúp đảm bảo hơn trong tiêu chuẩn

về khí thải ra môi trường,… Với những lý do trên thì động cơ tăng áp đang dần trởnên phổ biến trên những chiếc xe hơi hiện nay

Động cơ tăng áp trên ô tô là hệ thống giúp đưa nhiều nhiên liệu hơn vào buồngđốt Nhờ việc nén thêm khí vào buồng đốt Với mục đích là làm tăng công suất khihỗn hợp được đốt cháy để nổ trong xylanh

3

Động cơ tăng áp được gọi chung là hệ thống nạp nhiên liệu cưỡng bức thay vìgiống như các hệ thống nạp nhiên liệu thông thường là hút khí tự nhiên.

Tăng áp xe ô tô khi nén khí đẩy vào các xylanh sẽ giúp đẩy nhanh quá trìnhđốt cháy, gia tăng công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu,… Hiện nay động cơ tăng

áp được hầu hết các nhà sản xuất xe từ Sedan đến SUV áp dụng vào sản xuất Một

số hãng tiêu biểu như Hyundai, Honda, Mazda,…

1.3 YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Tăng áp ổn định: Hệ thống tăng áp phải giữ được áp suất ổn định trong mọiđiều kiện vận hành của động cơ Điều này đảm bảo cho động cơ hoạt động mượt mà

và giảm thiểu các động cơ hại khác

Khả năng điều chỉnh áp suất: Hệ thống tăng áp phải có khả năng điều chỉnh ápsuất phù hợp với tốc độ và tải trọng của động cơ Điều này đảm bảo cho động cơhoạt động hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu

Độ bền và độ tin cậy cao: Hệ thống tăng áp phải được thiết kế để chịu được tảitrọng cao và đảm bảo độ tin cậy trong suốt tuổi thọ của động cơ

Tính an toàn: Hệ thống tăng áp phải đảm bảo an toàn cho người lái và hànhkhách, bằng cách giữ áp suất trong giới hạn an toàn và tránh rò rỉ hay nổ hộp đen

4

1.4 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT

và turbin quay giúp quay nhanh hơn

Tăng áp kép (Twin-Turbo hoặc Bi-Turbo):Cũng giống như tăng áp đơn, có rất nhiều

sự lựa chọn khi sử dụng hai bộ tăng áp Bạn có thể chọn một bộ tăng áp riêng cho mỗi dãy xi lanh (V6, V8, v.v.) Hoặc một bộ tăng áp đơn có thể được sử dụng cho RPM thấp và một bộ tăng áp lớn hơn cho RPM cao (I4, I6, v.v.)

Tăng áp cuộn đôi (Twin-scroll turbo):Bằng cách sử dụng hai cuộn, các xung xả được chia Với một ống turbo đơn cuộn truyền thống, áp suất khí thải từ xi lanh 1 sẽcản trở xy lanh 2 hút không khí sạch vì cả hai van xả tạm thời mở Từ đó làm giảm

áp lực đến turbo

Tăng áp cuộn đôi biến thiên (Variable twin-scroll turbo):Một turbo cuộn kép biến đổi kết hợp VGT với thiết lập cuộn đôi, do đó ở các vòng quay thấp, một trong các cuộn được đóng hoàn toàn, buộc tất cả không khí vào bên kia Điều này dẫn đến phản ứng turbo tốt và sức mạnh cấp thấp Khi bạn tăng tốc, một van mở ra để cho phép không khí vào cuộn khác (đây là một quá trình hoàn toàn thay đổi, có nghĩa là van mở theo từng bước nhỏ), bạn sẽ có được hiệu suất cao cấp tốt

Động cơ tăng áp điện (Electric turbo):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 vi vận hành động cơ, ngay cả ở vòng tua động cơ thấp và tốc độ xe FETT là giải pháp tối

ưu cho việc thu hẹp động cơ cực độ Cải thiện hiệu suất động cơ bằng cách sử dụng

bộ tăng áp một tầng

5

Tăng áp VGT (Variable Geometry Turbo):Có lẽ một trong những hình thức tăng áp đặc biệt nhất, VGT bị hạn chế trong sản xuất Mặc dù khá phổ biến trong động cơ diesel Do chi phí và yêu cầu vật liệu cực kỳ đặc biệt Các van bên trong bộ tăng áp làm thay đổi tỷ lệ diện tích trên bán kính (A / R) để phù hợp với RPM Ở tốc độ RPM thấp, tỷ lệ A / R thấp được sử dụng để tăng tốc độ khí thải và nhanh chóng tăng tốc cho bộ tăng áp Khi vòng quay tăng lên, tỷ lệ A / R tăng lên để cho phép luồng không khí tăng lên Kết quả là độ trễ turbo thấp, ngưỡng tăng thấp và dải mô-men xoắn rộng và trơn tru.

1.5 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP DÙNG TUBOR TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.5.1 Ưu điểm của hệ thông turbo

- Tiêu thụ ít nhiên liệu hơn so với Supercharger

- Tăng cường sức mạnh ở mức vòng tua động cơ cao hơn

- Điều chỉnh được áp khiến cho động cơ vận hành linh hoạt hơn

1.5.2 Nhược điểm của hệ thống turbo

- Gây ra độ trễ hơn so với Supercharger khi động cơ khởi động nếu vòng tuađộng cơ quá thấp

- Cần sử dụng lượng lớn dầu mỡ để bôi trơn cho bộ phận turbo nên cần đượcbảo trì thường xuyên

- Gây tăng nhiệt độ của động cơ nếu cài đặt không đúng cách

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Chương 1 trình bày về các vấn đề “Tổng quan về hệ thống tăng áp trên động

cơ đốt trong” Qua đó giúp ta biết được công dụng, phân loại, yêu cầu, ưu nhượcđiểm của hệ thống tăng áp trên động cơ đốt trong Từ đó khẳng định vai trò quantrọng của tăng áp trong sự phát triển của động cơ đốt trong Việc thực hiện tiểuluận đã giúp em có cơ hội trau dồi kiến thức đã học và tìm hiểu thêm được nhữngkiến thức mới mẻ hơn tạo thuận lợi cho em hiểu biết hơn về chuyên ngành củamình Trong khuôn khổ một bài báo cáo không thể trình bày cặn kẽ được hếtđược các vấn đề của đề tài Hơn nữa bản thân kiến thức có hạn, rất mong nhậnđược sự chỉ bảo của quý Thầy Cô

6

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CỦA ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG TĂNG ÁP DÙNG TURBO

2.1 TURBO TĂNG ÁP LÀ GÌ?

2.1.1Turbo tăng áp

Turbo tăng áp là thiết bị trên xe cơ giới có công dụng đưa thêm khí nén vào buồng đốt, tăng công suất động cơ mà không cần phải tăng số lượng hay dung tích xi lanh trong động cơ

Không khí đi vào khoang nạp khí của động cơ ở một áp lực cao hơn sẽ cho phépnhiều nhiên liệu được đốt cháy, và kết quả là cho ra hiệu suất động cơ cao hơn

Turbo tăng áp giúp công suất động cơ tăng lên khoảng 50% theo lý thuyết còn trên thực tế thì chỉ được khoảng 30- 40%

2.1.2 Ứng dụng của Turbo tăng áp

Bộ tubro tăng áp được ứng dụng rất nhiều trong trong xe tải, ô tô, tàu hỏa, máy bay và động cơ thiết bị xây dựng ngày nay, nhưng ít ai biết rằng turbo tăng

áp ban đầu được chế tạo từ 1915 để giải quyết tình trạng tổn thất công suất động

cơ máy bay gặp phải do mật độ không khí giảm ở độ cao lớn

2.2 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP

Đối với bộ tăng áp động cơ thường có hình xoắn ốc với cấu tạo bên trong gồm 2 phần chính là turbin, bộ nén và trục, ổ bi đỡ, đường dẫn đầu bôi trơn trục turbo

Trong đó, cánh tuabin và cánh bơm nằm ở hai khoang riêng, được nối với nhau thông qua một trục Cánh tuabin nằm ở bên khoang kết nối để nhận lực đẩy từ dòng khí xả động cơ Còn phần cánh bơm nằm ở khoang đối diện

Khí xả của động cơ được dẫn tới một quạt, được gọi là turbine với mục đích để quay trục và xoay quạt thứ 2 theo hiệu ứng ngược lại, được gọi là bộ nén, bộ nén này sẽ có nhiệm vụ nén khí vào khoang nạp khí của động cơ

7

Turbocharger thường làm việc đi kèm với một bộ làm lạnh trung gian để làm mát khí đã được nén trước khi đưa vào động cơ Bộ làm lạnh trung gian được đặt giữa Turbochager và khoang nạp khí.

Hình 2.2.1 Hình cắt turbo

2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP TURBO

Với nguyên lý hoạt động đơn giản, bộ turbo tăng áp được lắp đặt trên đường ống xả thải của động cơ Cánh quạt tuabin của bộ tăng áp sẽ quay khi luồng khí

xả từ động cơ chạy qua nó

Và do kết nối trên cùng một trục nên khi cánh tuabin quay thì cánh bơm khoang đối diện sẽ quay theo đồng thời hút không khí sạch và nén lại sau đó đưa vào động cơ

8