Đồ Án Tìm hiểu công nghệ mới của hệ thống tăng áp trên động cơ của hãng Ford

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (533.27 KB, 24 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MƠN HỌC: Đồ án động cơ đốt trong

Tìm hiểu cơng nghệ mới của hệ thống tăng áp trên độngcơ 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

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Đề số:VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONGNGÀNH: 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 cơng 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; mơ 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)

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Số thứ tự nhóm: ... Lớp: 20DOTC2

PHIẾU ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA THÀNH VIÊN (Nhóm đồ án)

Mơn học: Đồ án động cơ đốt trong

Mỗi nhóm họp và đánh giá cơng sức đóng góp vào kết quả đề tài của các thành viên (100% cơng sức đóng góp tương ứng với 10 điểm)

Thơng tin đánh giá:

TT Thành viên % cơng sức đóng góp Điểm số Chữ ký

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ

THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆNTÊN 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 cơng nghệ mới của hệ thống tăng áp trên động cơ của hãng

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

TuầnNgàyNội dung thực hiệnKết quả thực hiện của sinh viên(Giảng viên hướng dẫn ghi)

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

TuầnNgàyNội dung thực hiệnKết 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 mơn học; Điểm q trình (Ghi theo thang điểm 10), giảng viên chuyển điểm vào bảng điểm Viện đã giao.

Họ tên sinh viênMã số SV

Tiêu chí đánh giá về q trình thực

Ghi chú: Điểm số nếu có sai sót, GV gạch bỏ rồi ghi lại điểm mới kế bên và ký nháyvào phần điểm chỉnh sửa.

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)

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

2.2. Lịch sử phát triển của hệ thống tăng áp...11

2.3. Phân loại các động cơ tăng áp...11

3.4.2. Nguyên lý hoạt đông của Bi – Turbo...16

3.4.3. Ưu nhược điểm Bi – Turbo...18

3.5.2.3. Bổ sung van khí thải...19

3.5.2.4. Sử dụng cơ chế tăng áp tuần tự...19

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

3.6. 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 cơng 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

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

LỜI 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 cịn đồng hành cùng chúng em hồng thành bài tập này. Thầy cũng là người đã truyền thêm động lực và niềm đam mê cho chúng em về môn học này cũng như ngành ô tô. Chúng em chúc thầy ln có nhiều sức khỏe để có thể tiếp tục giảng dạy và mang nhiệt huyết của mình đến với chúng em. Chúng em cảm ơn thầy rất nhiều.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

DANH 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 vịng quay động cơ dưới 1500 vịng/phút...16

Hình 3. 4. Động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ 1500 - 2500 vịng/phút...17

Hình 3. 5. Động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ đạt 3000 vòng/phút...18

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Chương 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 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 ln được hồn 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, ngun 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 thơng 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.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Chương 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 mơi chất, qua đó làm tăng mật độ của khơng 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 tô người 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 khơng 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 và được 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. Điểm khác 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 khơng khí vào các buồng đốt gồm có tuabin và bộ nén để làm tăng sức mạnh động cơ. Khơng khí được nén và đưa vào khoang đốt nên có áp suất và nhiệt độ rất cao. Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng bộ làm lạnh trung gian, để làm mát khí đã được nén trước 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 cung cấp động lực trực tiếp cho tăng áp. Trong trường hợp này, tăng áp là hệ thống kí sinh và trên thực tế động cơ mất đi một chút ít sức mạnh để truyền động lực cho hệ thống nén

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

khí. 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 khơng khí và nhiên liệu đốt đẩy đến xy lanh được đốt cháy hoàn toàn, giúp động cơ tăng thêm hiệu suất, giảm thiểu 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 ơ tơ có khả năng sử dụng lại một phần nguồn khí thải trong quá trình nén khí, qua đó lọc được nhiều khơng khí vào đường ống và linh kiện hơn so với động cơ hút khí tự nhiên. Khi đó, tiếng ồn động cơ êm và mượt hơn do tiếng ồn hút và xả được giảm và tinh lọc.

2.4.2. Nhược điểm

- Động cơ tăng áp có độ trễ (phản ứng chậm hơn): Đây là một trong những nhược điểm lớn nhất của động cơ tăng áp xe ô tô. Do động cơ cần phải đạt được vịng tua lớn để đủ lượng khí xả cho hệ thống tăng áp hoạt động. Vì khơng có khả năng tạo đủ lượng khí thải để quay tuabin nạp của turbo nên độ trễ ngắn động cơ tăng áp chỉ thường xảy ra sau khi nhấn van tiết lưu.

- Chi phí sửa chữa cao hơn: Việc sử dụng động cơ tăng áp khiến động cơ hoạt động phức tạp hơn, đòi hỏi sử dụng những chất liệu bền và tốt hơn, đảm bảo tuổi thọ cho hệ thống này. Và khi gặp sự cố, việc sửa chữa động cơ tăng áp gặp nhiều khó khăn hơn và chi phí sửa chữa cũng cao hơn.

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

2.5. 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 vào nhau, phía trong mỗi “vỏ ốc sên” có 1 cánh quạt được gọi là máy nén (Turbin) và một trục có trách nhiệm nối “chết” 2 cánh quạt này với nhau. Bộ tăng áp được lắp trực tiếp ở cửa xả động cơ để lợi dụng luồng khí xả làm quay Turbin số 1, Turbin số 2 sẽ quay theo và nén khơng khí sạch đưa qua cổ hút vào lại buồng đốt.

Ngoài ra, Turbin 2 quay tạo ra luồng gió xốy giúp trộn đều hỗn hợp khơng khí với xăng tạo điều kiện cho chu kỳ nổ diễn ra tốt hơn. Tốc độ quay của Turbin rất nhanh khi người lái nhấn ga, ngồi ra nó cịn nhận trực tiếp khí xả nên nhiệt độ tỏa ra từ bộ tăng áp là cực kỳ nóng, nó gây giãn nở khơng khí trong khoang máy làm giảm hiệu năng tăng áp. Vì vậy, các nhà chế tạo lắp thêm một lưới tản nhiệt dành riêng cho bộ tăng áp để giảm nhiệt độ khơng khí trước khi vào buồng đốt. Do được lắp trên đường xả nên hệ thống Turbo sẽ tạo ra một áp suất ngược lên buồng đốt, vì vậy hệ thống cần thêm 1 van xả nhỏ để xả lượng hơi dư thừa nếu khơng có cửa xả này động cơ sẽ phát nổ khi áp suất vượt ngưỡng.

2.6. Mục đích tăng áp

Giảm thể tích tồn 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 ngồi.

Giảm tiếng ồn của động cơ.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Chương 3: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MỚI CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁPHÃNG FROD

3.1. Giới thiệu

Động cơ tăng áp của Ford là hệ thống động cơ mới nhất với công nghệ phun xăng trực tiếp và tăng áp tích hợp do Ford sản xuất. Động cơ được tích hợp khá nhiều công nghệ mới so với các mô hình động cơ truyền thống nhằm cải thiện hiệu năng vận hành và lượng nhiên liệu tiêu thụ. Mục tiêu mà Ford hướng tới là tạo ra một động cơ có khả năng cung cấp một lượng cơng suất và mơ 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 quả hơn. Với mục tiêu đó Frod hi vọng động cơ của mình sẽ giảm được khoảng 15% lượng khí thải gây nên hiệu ứng nhà kính so với các động cơ tuyền thống có dung tích lớn hơn với cơng 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 mơi chất, qua đó làm tăng mật độ khơng khí nạp vào xy lanh động cơ trong mỗi chu trình, giúp tăng 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 dẫn động bánh bơm để nén khí nạp vào xy lanh.

Hình 3. 1. Vị trí lắp đặt Turbo tăng áp

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

3.3. 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 điều khiển 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 cho quá 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 là Sequential turbo – bộ tăng áp kép tuần tự. Bộ tăng áp này được đối lưu khí thải thấp và cung 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.

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

3.4.2. Nguyên lý hoạt đông của Bi – Turbo

Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ dưới 1500 vịng/phút. Lúc này turbo nhỏ hoạt động. Q trình nạp diển ra, khơng khí được đưa từ ngồi vào qua đầu hút của turbo 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 khơng khí được đưa vào turbo nhỏ một lần nữa để tăng áp sau đó khơng khí được làm mát một lần nữa nhờ hệ thống làm mát và đưa vào bên trong buồn đốt. Khi quá trình thải diển ra van trên đường ống thải của turbo lớn đóng, khí thải thơng qua đường ống thải của turbo nhỏ làm quay tuabin nhờ trục nối giữa hai tuabin nên khơng khí được nén khi đưa vào bên trong buồn đốt. Lượng khí thải thốt ra qua tuabin nhỏ theo đường ống thải qua tuabin lớn. Lúc này củng làm quay tuabin nhưng chỉ giúp tuabin lớn nạp tốt hơn nhưng khơng làm nén khơng khí được do tốc độ khí thải giàm khi qua tuabin nhỏ.

Hình 3. 3. Động cơ hoạt động ở số vịng quay động cơ dưới 1500 vòng/phút

Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ từ 1500 - 2500 vòng/phút, cả hai turbo cùng hoạt động. Khơng khí được đưa từ ngồi vào qua đầu hút của turbo lớn và được 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 khơng khí được đưa vào

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

turbo nhỏ một lần nữa để tăng áp. Sau đó khơng khí được làm mát một lần nữa nhờ hệ thống làm mát và đưa vào bên trong buồn đốt. Q trình thải diển ra do số vịng quay cao nên lượng khí thải ra nhanh hơn, van trên đường ông thải của tuabin lớn mở ra 1/2 lúc này khí thải ra một phần qua tuabin lớn một phần qua tuabin nhỏ. Giúp cho cả hai tuabin điều hoạt động làm cho lượng khơng khí nạp vào bên buồn đốt tốt hơn.

Hình 3. 4. Động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ 1500 - 2500 vòng/phút

Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ đạt 3000 vòng/phút. Lúc này turbo lớn hoạt động. Quá trình nạp diển ra khơng khí được đưa từ ngồi vào qua đầu hút của turbo lớn được nén với áp suất lớn và được làm mát nhờ hệ thống làm mát trên đường ống nạp. Sau đó khơng khí được truyền trực tiếp vào động cơ nhờ van trên đường ống nạp mở ra. Q trình thải do số vịng quay q lớn khi thải thoát ra với vận tốc cao, van trên đường ống thải mở ra hồn tồn. Lượng khí thải thoát ra trực tiếp qua tuabin lớn làm cho tốc độ quay của tuabin cao nên áp suất nén trên đường ống nạp cao theo. Lượng khí thải thốt ra q nhanh làm q trình nén khơng khí của động cơ cao dễ sinh ra hiện tượng kích nổ nên lúc này van trên đường ống thải dự phòng được mở ra 1/2 để làm giảm tốc độ khí thải qua tuabin lớn.

</div>