CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
3.4. Hệ thống Common Rail trên động cơ 1GD-FTV
3.4.4.2. Turbo tăng áp (Variable-geometry turbocharger)
Turbo hay bộ tăng áp động cơ (Turbocharger) là thiết bị thường được gắn vào họng xả động cơ tận dụng dịng khí xả để dẫn động cánh tua bin để cung cấp lượng khí nạp với áp suất cao vào động cơ nhằm tăng sức mạnh cho động cơ mà khơng phải tăng số lượng và dung tích xi lanh.
89 Chú thích: 1 - Bộ lọc gió 2 - Bộ làm mát turbo 3 - Cụm turbo tăng áp 4 - Bướm ga 5 - Cổ hút - Cấu tạo:
+ Bộ turbo tăng áp thường có hình dạng xoắn ốc.
+ Cấu tạo bên trong bao gồm: cánh tuabin, cánh bơm, trục và ổ bi đỡ. Ngồi ra cịn có đường dẫn dầu bơi trơn trục turbo.
+ Cánh tuabin được lắp bên khoang gắn với cổ góp xả để nhận lực từ dịng khí xả, cịn cánh bơm được lắp ở bên khoang đối diện. Cánh bơm và cánh tuabin được nối liền với nhau thơng qua một trục.
+ Ngồi ra, trên các xe hiện đại trên cụm turbo tăng áp cịn được tích hợp thêm motor điện để điều khiển thanh đẩy nối với các cánh điều hướng phía cánh tua bin.
90 Chú thích 1 - Turbo tăng áp 2 - Bộ cơ cấu chấp hành 3 - Thanh nối 4 - Cánh bơm 5 – Lò xo 6 - Cánh điều hướng 7 - Cánh tua bin 8 - Đòn dẫn 9 - Đòn bị dẫn - Nguyên lý hoạt động:
Turbo tăng áp được cố định trên đường ống xả khí bằng các bu lơng. Khí xả từ các xi lanh sẽ làm quay các cánh tua bin, nó hoạt động theo nguyên lý giống một động cơ tua bin khí. Cánh tua bin được gắn lên cùng một trục với cánh bơm, cánh bơm được đặt giữa bộ lọc khí và đường ống dẫn khí nạp. Các cánh nén khí là một loại bơm ly tâm, nó hướng dịng khơng khí từ tâm quay theo biên dạng cánh hướng ra ngồi. Nhờ cánh bơm, khơng khí được nén vào trong các xi lanh với áp suất cao.
Dịng khí xả từ các xi lanh thổi ra tạo áp lực lên các cánh tua bin làm cánh tua bin quay. Càng nhiều khí xả đi qua các cánh tua bin thì cánh tua bin quay càng nhanh. Cánh tua bin phải chịu được nhiệt và có độ bền cao vì nó tiếp xúc trực tiếp với khí xả, quay với tốc độ cao và trở nên rất nóng. Bởi vậy, nó được làm bằng hợp kim siêu chịu nhiệt hoặc bằng gốm.
Để có thể tăng tốc độ quay lên đến 150.000 vòng/phút, trục của tua bin được đỡ bởi một ổ bi đặc biệt. Hầu hết các ổ bi đều bị phá hủy ở tốc độ trên, cho nên hầu hết các turbo tăng áp đều sử dụng loại ổ đỡ chất lỏng. Loại ổ bi này đỡ lấy trục tua bin bằng một lớp dầu cực mỏng. Điều này đạt được hai mục đích: trục quay của tua bin được làm mát và nó cho phép trục quay với lực cản ma sát thấp.
Do khơng khí nạp được cánh bơm nén với áp suất, nhiệt độ cao đồng thời chịu ảnh hưởng nhiệt độ từ đường khí xả động cơ nên khơng khí sau khi ra khỏi turbo tăng áp cần phải được làm mát để tăng mật độ khơng khí nạp. Đối với động cơ 1GD-FTV sử dụng hệ thống làm mát khí nạp bằng nước đặt phía trên động cơ.
91
Hình 3.98: Két làm mát khí nạp
Chú thích:
1 – Đường khí nạp sau turbo tăng áp 2 – Đường khí nạp vào động cơ 3 – Đường nước vào
4 – Đường nước ra
Một trong những vấn đề chính đối với turbo tăng áp đó là chúng khơng làm tăng công suất ngay lập tức khi bạn đạp ga. Phải mất khoảng vài giây đồng hồ để turbo tăng vận tốc trước khi tác dụng khuếch đại công suất. Kết quả là một độ trễ xuất hiện khi bạn đạp ga và sau đó chiếc xe đột ngột tăng tốc khi turbo bắt đầu làm việc. Để khắc phục được hiện tượng này trên một số xe ô tô hiện đại trang bị thêm một bộ cơ cấu chấp hành được điều khiển bằng điện tử để điều chỉnh các cánh điều hướng phía cánh tua bin.
92
Hình 3.99: Cánh điều hướng tua bin
+ Khi tốc độ quay động cơ thấp: Để đạt được mô men xoắn đủ lớn dù động cơ đang
hoạt động với số vịng thấp, do đó cần phải cần đến một áp suất nén cao hơn. Khi đó những cánh điều hướng của turbo được hiệu chỉnh tạo ra đường dẫn hẹp để tăng tốc độ của dịng khí thải, đồng thời dịng khí thải tác động lên khu vực ngồi của bánh tua bin, qua đó tốc độ quay tua bin và áp suất nén tăng lên.
+ Khi tốc độ quay động cơ cao: Những cánh điều hướng sẽ tạo ra tiết diện to hơn để
tiếp nhận một lượng khí thải lớn hơn ở tốc độ quay cao, do đó đạt được áp suất nén cần thiết mà khơng bị vượt quá giới hạn.