Kỹ thuật tăng áp suất nạp nhiên liệu cho động cơ doc

Kỹ thuật tăng áp suất nạp nhiên liệu cho động cơ [03/07/2010]

Xe hơi hiện đại đòi hỏi những động cơ gọn nhẹ, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao,
công suất và mô-men xoắn lớn.


Để đáp ứng các tiêu chuẩn này, tăng áp là giải pháp phổ biến hiện nay. Đây là kỹ
thuật nâng cao áp suất của hỗn hợp nhiên liệu khi đưa vào buồng đốt.
Động cơ xăng ra đời vào năm 1876. 9 năm sau Gottlieb Daimler đã phát minh ra
kỹ thuật tăng áp suất nạp nhiên liệu cho nó (bằng phát minh DRP 34926). Ngay
trong quá trình thiết kế chiếc động cơ diesel đầu tiên, Rudolf Diesel đã đăng ký
phát minh số DRP 95680 về tăng áp cho cỗ máy chạy bằng dầu này.














Có 2 giải pháp tăng áp chủ yếu là: thay đổi thể tích ống nạp và dùng máy nén.
Giải pháp thứ nhất có hiệu quả rất cao, nó lợi dụng dao động cộng hưởng của dòng
khí trên đường nạp để tăng áp suất hỗn hợp nhiên liệu đưa vào buồng đốt, ở thời
điểm xu-páp nạp đóng lại. Hình 1 giới thiệu kết cấu ống nạp 2 cấp của động cơ
Opel Astra: Khi tốc độ tua lớn, van V mở ra khiến đường nạp ngắn lại (từ B đến

buồng đốt), còn ở chế độ thường hỗn hợp nhiên liệu đi quãng đường dài hơn (từ A
đến buồng đốt). Vẫn trên nguyên tắc này, các chuyên gia còn chế tạo loại động cơ
có chiều dài ống nạp thay đổi 3 cấp (hình 2: ống nạp 3 trạng thái của động cơ xăng
Audi V8) hoặc thay đổi liên tục như máy diesel N62B44 lắp trên xe BMW 745
(hình 3).








Thiết kế tăng áp bằng máy nén có thể dùng bơm cơ khí hoặc turbin khí tận dụng
năng lượng của đường xả.
Máy nén cơ khí chạy bằng lực kéo trích ra từ trục động cơ, do vậy nó cũng tiêu
tốn một phần động năng có ích. Thiết kế này được áp dụng trên động cơ xăng
M271KE của Mercedes C200 model 2002.
Turbin khí tăng áp vận hành bằng năng lượng thừa trên đường xả của động cơ.
Cơ cấu này nén hỗn hợp nhiên liệu qua két làm mát, trộn với 1 phần khí xả và đưa
chúng trở lại buồng đốt. Hình 4 là thiết kế tăng áp của động cơ diesel OM-660 của
Mercedes lắp trên xe Smart. Cỗ máy này chỉ gồm 3 xi-lanh tổng dung tích 799 cc,
tăng nạp bằng turbin khí, hệ thống phun nhiên liệu common rail. Quy trình hoạt
động như sau: Phần lớn khí xả được đưa qua để vận hành turbin trước khi thải ra
ngoài. Bánh công tác của turbin chỉ có đường kính 31 mm và quay với vận tốc
290.000 vòng/phút, áp lực nén của nó lên tới 2,2 kg/cm2. Không khí mới (màu
xanh) được hút vào qua bầu lọc khí và bị máy nén làm nóng lên tới gần 100 độ C,
luồng khí này được đưa qua két làm mát và trộn với một phần khí xả (màu đỏ)
trước khi vào buồng đốt. Việc tăng áp suất nạp hỗn hợp nhiên liệu vào buồng đốt
giúp động cơ đạt được công suất và hiệu suất rất cao.

So sánh hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu
của động cơ xăng tăng áp và không tăng áp có cùng thông s
ố kỹ thuật
Điều kiện thử nghiệm
Xe chạy trong thành phố, chở 1 người, vận tốc 50 km/h (lít/100 km)
Xe chạy ngoài thành phố, chở 1 người, vận tốc 50 km/h (lít/100 km)
Phân tích thành phần khí xả (gram/chu trình)
HC
CO
NO
Vào những năm 1970, chỉ tiêu công suất/lít trung bình của động cơ chỉ đạt khoảng
60 mã lực/lít. Kỹ thuật tăng áp tuy được biết đến từ lâu nhưng lại gặp những khó
khăn không nhỏ khi phải đối mặt với vấn đề gia tăng áp suất, nhiệt độ của động cơ
và hỗn hợp nhiên liệu. Đó chính là lý do khiến hệ thống này ban đầu chỉ được thiết
kế cho các cỗ máy lớn, tốc độ chậm hoặc với các mục đích đặc biệt như quân sự,
hàng không Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ vật liệu, cơ khí và điện
tử, cơ cấu tăng áp đã có mặt trong nhiều lĩnh vực, trên nhiều chủng loại động cơ.
Đến năm 2000 chỉ số công suất/lít trung bình của động cơ đã đạt tới 121 mã lực/lít
nhờ những kỹ thuật tăng áp tiên tiến. Không chỉ nâng cao hiệu suất và công suất
động cơ, giải pháp này còn giúp cắt giảm đáng kể lượng khí thải độc hại với môi
trường.