Đồ Án môn học Đồ Án Động cơ Đốt trong Ô tô hệ thống tăng Áp Động cơ bi turbo diesel 2 0l trên xe ford ranger

Qua đề tài này em muốn hiểu rõ hơnbản chất cũng như các qua trình làm việc của động cơ đốt trong, đồng thời đưa ra phươngpháp tăng áp tốt nhất để nâng cao công suất động cơ và có cách kh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Ô TÔ

HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ BI-TURBO DIESEL 2.0L TRÊN XE

FORD RANGER

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Lớp: 22DOTD2

Giảng viên hướng dẫn: Lương Tuấn Nghĩa

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Mạnh Quân Mã SV: 2282500992 Lớp: 22DOTD2Sinh viên thực hiện: Trần Minh Hiếu Mã SV: 2282500372 Lớp: 22DOTD2

Tp.HCM, ngày … tháng … năm …

LỜI CẢM ƠN

Báo cáo đồ án “Động cơ đốt trong” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng của nhóm và được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, bạn bè Qua trang viết này nhóm xin gửi lời cảm ơn tới những người đã giúp đỡ nhóm trong thời gian học tập - nghiên cứu vừa qua.Chúng em xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy Lương Tuấn Nghĩa đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin cần thiết cho báo cáo này.Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Công Nghệ ThànhPhố Hồ Chí Minh, Viện kỹ thuật Hutech và Bộ môn đã tạo điều kiện cho nhóm hoàn thành tốt công việc thực hiện đồ án của mình Qua đề tài này em muốn hiểu rõ hơnbản chất cũng như các qua trình làm việc của động cơ đốt trong, đồng thời đưa ra phươngpháp tăng áp tốt nhất để nâng cao công suất động cơ và có cách khắc phục các nhược điểm của nó.Tuy nhiên, do những hạn chế về thời gian, kiến thứccũng như tài liệu tham khảo nên trong phạm vi đồ án này em không thể trình bày đượchết các vấn đề liên quan cũng như tìm hiểu sâu hơn mối quan hệ giữa hệ thống này với hệ thống khác Vì thế không tránh khỏi những sai sót trong vấn đề thực hiện Cuốicùng chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, đơn vị công tác của trường đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập

và thực hiện Báo cáo đồ án

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn

Họ và tên sinh viên:

Lớp :

MSSV :

Tên đề tài :

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Giáo viên hướng dẫn

(ký tên và ghi rõ họ tên)

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Giáo viên hướng dẫn

Họ và tên sinh viên:

Lớp :

MSSV :

Tên đề tài :

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Giáo viên phản biện

(ký tên và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

1.3 NỘI DUNG NHIỆM VỤ

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.5 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ TURBO DIESEL 2.0L TRÊN XE FORD RANGER

2.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BI-TURBO DIESEL 2.0L

2.2 PHÂN TÍCH CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG TĂNG ÁP KÉP

2.2.6 ỐNG XẢ KÉP (TWIN EXHAUST MANIFOLD)

2.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ

2.3.1 CẤU TRÚC ĐỘNG CƠ BI-TURBO DIESEL 2.0L

2.3.2 QUÁ TRÌNH NẠP KHÍ

2.3.3 QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ NÉN TRONG BUỒNG ĐỐT

2.3.4 QUÁ TRÌNH XẢ KHÍ VÀ TÁI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG XẢ

2.3.5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐIỀU TIẾT TĂNG ÁP

2.3.6 TỐI ƯU HOÁ HIỆU SUẤT VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

2.3.7 HỆ THỐNG LÀM MÁT:

2.4 CƠ CHẾ PHỐI HỢP CỦA 2 BỘ TĂNG ÁP, LỢI ÍCH CỦA TĂNG ÁP KÉP SO VỚI TĂNG ÁP ĐƠN

2.5 CẤU TẠO CỦA TURBO

2.6 BẢN VẼ CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG BI-TURBO

CHƯƠNG 3: THỰC HIỆN ĐO ĐẠC CÁC THÔNG SỐ VÀ KHẢO SÁT SO VỚI CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ KHÁC

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

4.1 KẾT LUẬN

4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hơn một trăm năm Trong những năm gần đây, 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 Các nhà khoa học đã nghiên cứu, phát minh và ứng dụng các phương pháp tăng áp khác nhau phù hợp với đặc điểm của từng loại động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ máy bay và động cơ ga Với những ưu điểm kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ nhưng vẫn đạt được công suất cao, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, giảm lượng khi độc hại trong thành phố, đạt được hiệu suất cao mà động

cơ tăng áp ngày càng được sử dụng phổ biến Để hiểu rõ hơn về vấn đề tăng áp cho động

cơ đốt trong nói chung và tăng áp turbo khi nói riêng em đã chọn để tài “Hệ thống tăng

áp động cơ Bi-Turbo Diesel 2.0L trên xe Ford Ranger"

Giúp em hiểu rõ hơn cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống động cơ Turbo tăng áp

ô tô Giúp em biết được ưu nhược điểum của động cơ, giúp em tiết kiệm được rất nhiều thời gian trong việc kiểm tra mà không biết nguyên nhân hư hỏng, từ đó đoán ra cách kiểm tra, sửa chữa động cơ phù hợp Vận dụng những kiến thức đó để khắc phục những hạn chế vẫn còn tồn tại của động Turbo tăng áp, tìm ra giải pháp khắc phục để hệ thống của động cơ turbo tăng áp trên xe ngày càng hoàn thiện hơn, được nhiều người tiêu dùng tin cậy, để hãng ô tô trên thế giới ngày càng phát triển

1.3 NỘI DUNG NHIỆM VỤ:

_ Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống Bi-Turbo trên động cơ 2.0L Diesel

_ Phân tích các bộ phận trong hệ thống tăng áp kép, bao gồm turbo cao áp, turbo thấp áp, Intercooler, và hệ thống điều khiển áp suất nạp

_ Tìm hiểu về cơ chế phối hợp giữa hai bộ tăng áp và lợi ích của công nghệ tăng áp kép

so với tăng áp đơn

_ Thực hiện đo đạc các thông số như áp suất nạp, tốc độ quay của turbo, nhiệt độ khí nạp trước và sau Intercooler.

_ Dữ liệu đo đạc được thực hiện tại xưởng thực hành hoặc garage và so sánh với các thông số trong tài liệu kỹ thuật của Ford

_ Kiểm tra hiệu suất của hệ thống tăng áp Bi-Turbo ở các dải tốc độ và tải trọng khác nhau

_ Sử dụng phần mềm CAD (AutoCAD hoặc SolidWorks) để vẽ bản vẽ chi tiết của hệ thống Bi-Turbo, bao gồm cấu trúc của các turbo, đường ống nạp, Intercooler, và các cảm biến liên quan Bản vẽ cần thể hiện rõ các thông số kỹ thuật của từng bộ phận và hệ thốngliên quan

_ Phân tích khả năng tăng công suất và hiệu suất nhiên liệu của hệ thống Bi-Turbo, đánh giá hiệu quả nén khí và khả năng làm mát khí nạp

_ So sánh hệ thống Bi-Turbo trên Ford Ranger với các hệ thống tăng áp khác (như tăng

áp đơn trên các động cơ diesel khác) về hiệu quả, độ phức tạp và độ bền

_ Viết báo cáo bao gồm các phần như nghiên cứu lý thuyết, quá trình đo đạc thực tế/lý thuyết, kết quả phân tích, và các bản vẽ chi tiết của hệ thống Bi-Turbo Báo cáo cần có phần so sánh giữa hệ thống Bi-Turbo với các hệ thống tăng áp khác cùng với các nhận xét về ưu nhược điểm của từng hệ thống

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Nghiên cứu lý thuyết từ tài liệu môn học và tìm hiểu thông tin từ hãng sản xuất Từ đó, dựa vào các thông tin có thể đưa ra kết luận trình bày trong đồ án của nhóm

Có thể tham khảo từ:

_ Động cơ Bi-Turbo Diesel 2.0L trên xe Ford Ranger

_ Tài liệu kỹ thuật sửa chữa và bảo trì động cơ của Ford

_ Tài liệu, giáo trình kết cấu động cơ đốt trong, nguyên lý động cơ đốt trong

_ Tài liệu hướng dẫn thiết kế và mô phỏng trên phần mềm Solidworks/AutoCAD

1.5 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN:

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ Bi-Turbo diesel 2.0l trên xe ford ranger

Chương 3: Thực hiện đo đạc các thông số và khảo sát so với các loại động cơ khác.Chương 4: Kết luận của đồ án

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ

BI-TURBO DIESEL 2.0L TRÊN XE FORD RANGER2.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BI-TURBO DIESEL 2.0L:

Ford Ranger sử dụng động cơ Bi-Turbo Diesel 2.0L là một trong những cải tiến đáng chú ýtrong thế hệ mới của mẫu xe bán tải này Động cơ này kết hợp hai bộ tăng áp (bi-turbo),mang lại khả năng vận hành mạnh mẽ và hiệu quả hơn so với động cơ diesel truyền thống.Động cơ diesel 2.0L tăng áp kép (bi-turbo) của Ford tận dụng cơ chế hoạt động độc lập của

2 turbo để tăng độ nhạy, giảm hiện tượng trễ của tăng áp (turbo lag) và đương nhiên sẽ tối

ưu nhiên liệu hiệu quả Cụ thể, với vòng tua động cơ trong khoảng 1500 vòng/ phút, chỉ cóturbo nhỏ hoạt động Khi vòng tua tăng lên mức 1500-2500 vòng/ phút sẽ kích hoạt thêmturbo lớn hoạt động và ở mức trên 3000 vòng/ phút sẽ chỉ có riêng turbo lớn hoạt động,turbo nhỏ được ngắt

Mẫu động cơ diesel tăng áp kép (bi-turbo) với cấu tạo 4 xi lanh thẳng hàng có dung tích chỉ2.0L và khả năng sản sinh công suất tối đa lên đến 213 mã lực cùng mô men xoắn cực đại

500 Nm

Với công nghệ tăng áp kép, động cơ này không chỉ cung cấp hiệu suất mạnh mẽ mà còngiúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm lượng khí thải CO2, làm cho Ford Ranger trở thành một lựachọn thân thiện với môi trường Mặc dù sở hữu công suất mạnh mẽ, nhưng nhờ vào côngnghệ tiên tiến, động cơ Bi-Turbo Diesel 2.0L vẫn giữ được độ bền cao và ổn định trong cácđiều kiện vận hành khắc nghiệt

Nhìn chung, động cơ Bi-Turbo Diesel 2.0L trên Ford Ranger không chỉ mang lại sự mạnh

mẽ, tiết kiệm nhiên liệu mà còn cải thiện trải nghiệm lái xe, giúp mẫu xe bán tải này trở nênphù hợp hơn với nhu cầu di chuyển hàng ngày và làm việc trong môi trường khắc nghiệt

Hình 2.1.a Động cơ bi-turbo trên Ranger giúp xe có công suất mạnh mẽ

2.2 PHÂN TÍCH CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG TĂNG ÁP KÉP:

Hệ thống tăng áp kép (Bi-Turbo) là một công nghệ nổi bật được sử dụng trong nhiều động

cơ hiện đại, đặc biệt là các loại động cơ diesel và động cơ xăng hiệu suất cao Mục tiêu của

hệ thống này là tận dụng hai bộ tăng áp (turbochargers) để tối ưu hóa hiệu suất, gia tăngcông suất và mô-men xoắn, đồng thời cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm khí thải.Trong bài viết này, chúng ta sẽ phân tích chi tiết các bộ phận chính trong hệ thống Bi-Turbo

Hình 2.2.a Bộ tăng áp.

2.2.1 BỘ TĂNG ÁP (TURBOCHARGER):

Bộ tăng áp là thành phần chủ yếu trong hệ thống Bi-Turbo, đóng vai trò quan trọng trongviệc nén không khí vào buồng đốt của động cơ, từ đó cung cấp nhiều oxy hơn cho quá trìnhcháy Mỗi bộ turbo trong hệ thống Bi-Turbo có cấu tạo và chức năng riêng biệt nhằm tối ưuhóa hiệu suất động cơ trong các dải vòng tua khác nhau

Cấu tạo và chức năng của bộ tăng áp:

 Turbine: Turbine là bộ phận quay được dẫn động bởi khí xả từ động cơ Khi khí xả điqua turbine, nó tạo ra lực quay, và lực này được truyền qua trục quay (shaft) tới quạtnén

 Compressor (Quạt nén): Quạt nén có nhiệm vụ hút không khí từ bên ngoài và nén nótrước khi đưa vào buồng đốt của động cơ Không khí nén có mật độ oxy cao hơn,giúp quá trình cháy diễn ra mạnh mẽ và hiệu quả hơn

 Trục quay (Shaft): Trục quay kết nối turbine và quạt nén, truyền động từ turbine (bởikhí xả) sang quạt nén

 Vỏ turbo: Bao bọc các bộ phận trên và dẫn hướng khí xả qua turbine, đồng thời giúpgiữ cho nhiệt độ trong phạm vi an toàn

2.2.2 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ NẠP (INTAKE SYSTEM):

Hệ thống phân phối khí nạp có chức năng dẫn khí từ các bộ turbo vào buồng đốt của động

cơ Trong hệ thống Bi-Turbo, không khí nén từ mỗi bộ tăng áp được phân phối sao cho phùhợp với yêu cầu công suất ở từng dải vòng tua

Các thành phần trong hệ thống phân phối khí nạp:

 Ống dẫn khí: Sau khi không khí được nén qua bộ tăng áp, nó sẽ đi qua các ống dẫnkhí vào động cơ Các ống này được thiết kế để giảm thiểu trở lực và đảm bảo lưulượng khí nạp ổn định

 Van điều khiển tăng áp (Wastegate): Van này có nhiệm vụ điều chỉnh lượng khí xả điqua turbine để duy trì áp suất khí nạp ổn định và hiệu quả Nếu áp suất quá cao,wastegate sẽ mở ra để giảm bớt lượng khí xả đi qua turbine, giữ cho hệ thống hoạtđộng trong giới hạn an toàn

 Van biến thiên (Blow-Off Valve): Van này giúp giảm áp suất đột ngột trong hệthống tăng áp khi người lái giảm ga Điều này giúp tránh hiện tượng "lỗ hổng" ápsuất và bảo vệ hệ thống

2.2.3 HỆ THỐNG KHÍ XẢ (EXHAUST SYSTEM):

Khí xả từ động cơ là yếu tố quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của các bộ tăng áp

Để tăng hiệu suất và đảm bảo không khí xả được đưa vào turbine đúng cách, hệ thống khí xảphải được thiết kế chính xác

Cấu tạo của hệ thống khí xả:

 Ống xả: Mỗi bộ tăng áp trong hệ thống Bi-Turbo sẽ có ống xả riêng biệt dẫn khí xả từđộng cơ tới turbine của bộ tăng áp Điều này giúp phân phối khí xả đồng đều và tối

ưu hóa hiệu suất của mỗi bộ turbo

 Van xả (Exhaust Valve): Van này giúp kiểm soát lượng khí xả đi qua turbine Khivan xả mở, khí xả sẽ được dẫn qua turbine để quay Van này có thể được điều khiểnđiện tử hoặc thủy lực tùy theo thiết kế

2.2.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (CONTROL SYSTEM):

Hệ thống điều khiển là yếu tố quan trọng trong việc điều phối hoạt động của các bộ tăng áp,giúp tối ưu hóa hiệu suất của động cơ trong mọi điều kiện vận hành Hệ thống này bao gồmcác cảm biến, bộ điều khiển và các van điều khiển có tác dụng phối hợp hoạt động giữa các

bộ turbo và các bộ phận khác trong động cơ

Các thành phần trong hệ thống điều khiển:

 ECU (Electronic Control Unit): ECU là bộ phận trung tâm điều khiển toàn bộ hệthống Bi-Turbo ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến trên xe và điều chỉnh hoạt độngcủa các bộ tăng áp, hệ thống van wastegate, van blow-off, cũng như các yếu tố khác

để tối ưu hóa hiệu suất

 Cảm biến tăng áp (Boost Sensor): Cảm biến này đo áp suất khí nạp vào động cơ vàtruyền tín hiệu đến ECU Dựa trên thông tin này, ECU có thể điều chỉnh lượng khínạp, điều khiển van wastegate và các bộ tăng áp sao cho hiệu suất động cơ là tối ưu

 Van điều chỉnh tăng áp (Boost Control Valve): Van này điều chỉnh áp suất của khí xả

đi qua các bộ tăng áp để đảm bảo hoạt động đồng bộ của toàn hệ thống

2.2.5 HỆ THỐNG LÀM MÁT (COOLING SYSTEM):

Do quá trình nén không khí gây ra nhiệt độ rất cao, hệ thống làm mát là rất cần thiết để bảo

vệ các bộ phận trong hệ thống Bi-Turbo và đảm bảo động cơ vận hành hiệu quả

Cấu tạo của hệ thống làm mát:

 Intercooler: Đây là bộ phận làm mát không khí nén từ các bộ tăng áp trước khi đưavào buồng đốt Khi không khí được nén, nhiệt độ của nó tăng lên, làm giảm mật độ

oxy và giảm hiệu suất cháy Intercooler giúp làm giảm nhiệt độ không khí nén, tăngcường mật độ oxy và giúp quá trình cháy diễn ra hiệu quả hơn.

 Chất làm mát (Coolant): Chất làm mát được sử dụng trong intercooler để giảm nhiệt

độ của không khí nén Quá trình này giúp giữ cho hệ thống tăng áp hoạt động trongphạm vi nhiệt độ an toàn và tối ưu

2.2.6 ỐNG XẢ KÉP (TWIN EXHAUST MANIFOLD):

Trong hệ thống Bi-Turbo, mỗi bộ turbo có một ống xả riêng biệt dẫn khí xả từ động cơ tớiturbine của bộ tăng áp Điều này giúp phân phối khí xả một cách đều đặn và giảm thiểu sựcan thiệp giữa các bộ turbo, từ đó cải thiện hiệu suất

Cấu tạo của ống xả kép:

 Ống xả: Mỗi bộ turbo sẽ có một ống xả riêng biệt, giúp giảm bớt sự va chạm giữa cácluồng khí xả, tối ưu hóa quá trình tạo ra năng lượng quay cho turbine

 Bộ phân phối khí xả: Các bộ phân phối khí xả giúp phân chia lượng khí xả đi quatừng bộ turbo sao cho hiệu quả

Kết luận

Hệ thống Bi-Turbo là một công nghệ tiên tiến giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ, đặc biệt làtrong các xe cần công suất cao và khả năng tiết kiệm nhiên liệu Các bộ phận trong hệ thốngBi-Turbo, từ bộ tăng áp đến hệ thống làm mát và điều khiển, đều đóng vai trò quan trọngtrong việc tối ưu hóa hoạt động của động cơ Sự kết hợp giữa các bộ tăng áp, khí xả, và hệthống làm mát giúp đạt được hiệu quả vận hành cao nhất, đồng thời giảm thiểu khí thải vàtăng độ bền cho động cơ

2.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ:

Động cơ Bi-Turbo Diesel 2.0L trên xe Ford Ranger là một trong những hệ thống động cơtiên tiến được thiết kế để cung cấp hiệu suất mạnh mẽ, khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảmkhí thải Nguyên lý làm việc của động cơ này là sự kết hợp giữa công nghệ tăng áp kép (bi-turbo) và động cơ diesel, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đáp ứng nhu cầu vận hành khắcnghiệt của một chiếc xe bán tải như Ranger Dưới đây là phân tích chi tiết về nguyên lý hoạtđộng của động cơ Bi-Turbo Diesel 2.0L

2.3.1 CẤU TRÚC ĐỘNG CƠ BI-TURBO DIESEL 2.0L:

Động cơ Bi-Turbo Diesel 2.0L sử dụng hai bộ tăng áp (turbocharger) để nén không khí vàobuồng đốt của động cơ Mỗi bộ turbo sẽ đảm nhận một vai trò riêng biệt, một bộ hoạt động ở