Nghiên cứu hệ thống tăng áp trên động cơ. Thiết kế mô phỏng và lập quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống tăng áp HX50

Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
- Xã hội ngày nay ngày càng phát triển vượt bậc, nhưng theo cùng với sự phát
triển này là những nguy cơ đe dọa đến sự tồn tại của trái đất. Một trong những nguy cơ
đó xuất phát từ sự ô nhiễm do khí xả động cơ gây ra. Với một turbo tăng áp (turbo
charger) nắp trên động cơ ôtô chính là một giải pháp hết sức quan trọng. Turbo tăng áp
hoạt động với nguyên lí: khí thải ra từ buồng đốt làm quay một tuabin, tuabin này dẫn
động đến một turbin thứ hai nằm trong hệ thống nạp để làm tăng lượng không khí nạp
vào buồng đốt (nén áp suất cao). Như vậy, turbo tăng áp hoạt động như một cơ cấu
độc lập, không có bất kỳ liên hệ cơ khí nào với động cơ chính. Nói cách khác, turbo
tăng áp sử dụng năng lượng động năng khí thải thường vẫn bị bỏ phí để năng cao năng
suất cũng như hiệu suất của động cơ. Vì vậy, sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbo tăng
áp cho động cơ vừa mang lại tính hiệu quả kinh tế cao nhờ tiết kiệm năng lượng nhưng
đồng thời cũng mang một ý nghĩa quan trọng vào việc hạn chế ô nhiễm môi trường do
khí thải động cơ gây ra.
- Đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu hệ thống tăng áp trên động cơ. Thiết kế mô
phỏng và lập quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống tăng áp HX50” nhằm nâng cao
được kiến thức, kĩ năng về hệ thống tăng áp cho bản thân.
2. Mục đích nghiên cứu
- Củng cố và nâng về cấu cao kiến thức chuyên môn tạo về nguyên lý hoạt động
và quy trình kiểm tra, sửa chữa của hệ thống tăng áp trên ô tô.
- Mô phỏng hệ thống tăng áp (trên phần mềm Macromedia Flash 8) làm tài liệu
tham khảo cho sinh viên khóa sau.
- Nghiên cứu nhằm giúp cho bản thân dễ dàng hiểu về nguyên lý hoạt động của
hệ thống tăng áp trên ô tô bằng chương trình Macromedia Flash 8.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống tăng áp trên ô tô và
trong xưởng thực hành của trường.
- Mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng áp.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Đạt được kiến thức chuyên sâu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ
thống tăng áp.
- Lập được quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống tăng áp làm tài liệu tham khảo
cho sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô.
- Mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng áp bằng phần mềm
Macromedia Flash 8 đảm bảo chính xác về nguyên lý.
5. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu trong phạm vi tài liệu tham khảo và giảng dạy cho sinh viên.
1
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
- Nghiên cứu từ tình hình thực tế hệ thống tăng áp đang được sử dụng trên ô tô.
- Nghiên cứu từ các tài liệu, giáo trình đang được dùng làm phương tiện giảng
dạy cho sinh viên.
- Nội dung nghiên cứu: “ứng dụng chương trình Macromedia Flash 8 mô phỏng
nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng áp – lập quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống
tăng áp HX 50”
6. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu từ các nguồn tài liệu như sách, giáo trình, các bài giảng, các bản
vẽ, sách tạp chí, nguồn tài liệu từ internet.
- Nghiên cứu từ thực tiễn.
- Nghiên cứu từ thực nghiệm.
- Tham khảo ý kiến của giảng viên.
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
2
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
1.1. Mục đích tăng áp và những trở ngại khi tăng áp cho động cơ đốt trong
1.1.1. Lịch sử tăng áp trong động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong (ĐCĐT) có những bước phát triển thăng trầm do nhiều
nguyên nhân khác nhau, ví dụ người ta hi vọng vào một nguồn động lực khác có tính
tốt hơn hoặc lo sợ về sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu biểu hiện ở cuộc khủng hoảng

những năm 70 của thế kỉ 20. Thêm vào đó là vấn đề ô nhiễm do nó gây ra đối với môi
trường và sức khỏe con người.
Tuy nhiên, nhờ những phát triển vượt bật, kì diệu trong nghiên cứu, chế tạo
đông cơ xăng, diesel đã đánh bại mọi sự nghi ngờ về sự tồn tại phát triển của nó. Nhờ
những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt: hiệu suất cao trong phạm vi công suất rộng,
nhỏ gọn nên ĐCĐT hiện nay chiếm ưu thế tuyệt đối một số lĩnh vực như vận tải đường
bộ, đường thủy, phát điện dự phòng…
Lịch sử phát triển ĐCĐT luôn gắn liền với lịch sử phát triển tăng áp của nó.
1.1.1.1. Tăng áp cho động cơ xăng
Động cơ 4 kì làm việc theo nguyên lí đốt cháy cưỡng bức có khả năng sử dụng
trong thực tế xuất hiện vào những năm 1876. Năm 1885 Gottlieb Deimler (tiền thẩn
hãng ôtô Mercedes Benz) đã có đăng kí phát minh số DRP 34.926 về tăng áp cho động
cơ cháy cưỡng bức. Theo bản vẽ và sự mô phỏng trong đăng kí phát minh có thể thấy
rõ hộp trục khuỷu được sử dụng như một máy nén – như trong động cơ hai kì quét nhờ
hộp trục khuỷu. Khi piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên không khí hoặc hỗn
hợp được hút vào hộp trục khuỷu, hành trình ngược lại của piston sẽ là hành trình nén
không khí hoặc hỗn hợp trong hộp trục khuỷu, không khí hoặc hỗn hợp chịu nén sẽ
đẩy vào xilanh qua một van đặt trong đỉnh piston khi áp suất trong hộp trục khuỷu
thắng sức căng của lò xo van. Quá trình nạp vào xilanh chia làm 3 giai đoạn:
1- Cuối quá trình giãn nở khí ở hộp trục khuỷu tràn vào xilanh đẩy khí cháy ra
ngoài.
2- Quá trình nạp bình thường.
3- Quá trình nạp thêm vào xilanh ở cuối quá trình nạp.
Phát minh chỉ phù hợp với trình độ kĩ thuật thời kì đầu số vòng quay động cơ
khoảng 150÷160 vg/ph. Với thành công này người ta dự định áp dung thành công này
cho động cơ có số vòng cao hơn từ 500÷600 vg/ph song vì tổn thất dòng chảy qua van
quá lớn nên hàm lượng khí nạp vào động cơ không đáng kể.
Với nguyên lí tăng áp tương tự Wilhelm Maybach đã thiết kế động cơ chữ V
cho hãng Deimler nhưng do công suất tăng lên không đáng kể nên hãng Deimler sau
đó đã từ bỏ phương án này.

Có lẽ vì kết quả không mấy khả quan ở kết quả đầu tiên nên phải sau chiến
tranh thế giới lần thứ nhất, hãng Deimler mới khôi phục lại các thí nghiệm về tăng áp
cho động cơ ô tô sau khi thu được hàng loạt kinh nghiệm trong tăng áp cơ khí cho
động cơ máy bay, xe đua.
3
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
1.1.1.2. Tăng áp cho động cơ diesel
Ngay trong thời kì hoàn thiện phát minh về động cơ diesel Rudolf Diesel đã đề
cập vấn đề tăng áp cho nó. Năm 1896 ông đã bổ sung vào đăng kí phát minh số 67207
về khả năng thực hiện nén nhiều cấp trong động cơ 1 xilanh bằng cách bố trí thêm một
bơm nén trước đường nạp, phát minh đăng kí dưới tên DRP 95.680.
Kết quả thí nghiệm của Rudolf Diesel được trình bày ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Kết quả thí nghiệm của Rudolf Diesel
Thông số kỹ thuật Có bơm tăng áp Không có bơm tăng áp
Áp suất chỉ thị p
i
9,6÷10,6 kG/cm
2
6,5÷7 kG/cm
2
Hiệu suất chỉ thị η
i
21% 31%
Hiệu suất cơ giới η
m
65% 75,6%
Hiệu suất có ích η
e
15,7% 24,2%
Suất tiêu hao nhiên liệu có

ích g
c
396 g/ml.h 258 g/ml.h
Áp suất có ích 6,25kG/cm
2
4,9÷5,3kG/cm
2
Nhờ kết quả này mà năm 1929 lại suất hiện động cơ tăng áp bằng hộp trục
khuỷu khác của hãng Werkspoor lắp trên tàu chở dầu “Megava” của tập đoàn dầu mỏ
Anglo Saxon.
Động cơ diesel ngày nay có nhu cầu tăng áp rất lớn và được áp dunhj với hầu
hết các hình thức tăng áp cũng như tổ hợp của nhiều hình thức tăng áp. Thành tựu tăng
áp cho động cơ diesel là thành tựu tăng áp đáng kể cho ĐCĐT.
1.1.1.3. Tăng áp bằng tuabin khí
Sự phát triển tăng áp được dẫn động bằng tua bin khí cho động cơ diesel gắn
liền với sự nghiệp của kĩ sư người Thụy Sĩ Alfed Buchi. Ngày 16/11/1905 Alfed
Buchi có đăng kí phát minh DRP số 20 4630 về một liên hợp máy bao gồm: một máy
nén chiều trục nhiều tầng, một động cơ diesel và 1 tuabin hướng trục nhiều cấp, tất cả
đều nối chung trên một trục. Không khí được máy nén hút từ môi trường va nén tới áp
suất 3÷4 kG/cm
2
, khí xả sau khi ra khỏi động cơ áp suất khoảng 16 kG/cm
2
được giãn
nở tiếp và sinh công trong tuabin.
Với kết cấu này Alfed Buchi hi vong là công tổn thất do giãn nở không hoàn
toàn trong xilanh của động cơ sẽ được thu hồi trong tuabin. Tuy vậy, điều hi vọng của
Alfed Buchi đều bị tan vỡ bởi hai lí do: thứ nhất là do công cho quá trình xả quá cao
trong khi công sinh bởi tuabin lại bị tiêu phí; thứ hai là do áp suất trên đường thải quá
lớn lên làm cho lượng khí sót trong xilanh quá lớn dẫn đến giảm lượng khí nạp.

Từ năm 1911 đến 1914 Alfed Buchi đã xây dựng thiết bị và thực hiện hàng loạt
thí nghiệm ở hãng Sulzer tại Winterthur để tìm các nhân tố khác nhau ảnh hưởng đến
đặc tính của động cơ đốt trong được tăng áp. Ở thí nghiệm này, Alfed Buchi đã bố trí
4
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
dẫn động máy nén từ thiết bị bên ngoài và khí xả của động cơ được đưa đến sinh công
trong tuabin. Qua kết quả của thử nghiệm trên Alfed Buchi đã đưa ra nhận định là để
tạo điều kiện cho việc quét buồng sạch cháy, áp suất khí tăng áp phải lớn hơn áp suất
khí xả vào tuabin và phải sử dụng góc trùng điệp xupap của động cơ đốt trong hợp li.
Với kết luận trên Alfed Buchi đã đăng kí phát minh tại Đức số 454107, song vì
gặp phải chiến tranh thế giới lần thứ nhất nên mọi dự định của ông đều không thực
hiện được
Năm 1923, BỘ Giao thông Đức đã đưa 2 hợp đồng để đóng tàu vận tải khách,
mỗi động cơ được trang bị 2 động cơ 4 kì 10 xilanh theo mẫu của MAN. Nhờ thực
hiện tăng áp theo nguyên lí của Buchi cho phép tăng công suất từ 1750 mã lực lên
2500 mã lực. Một đặc điểm khác ở đây là trên ống xả có lắp bướm chuyển dòng để có
thể không cho khí xả đi qua tuabin. Vây là động cơ có thể làm việc với tăng áp hoặc
không tăng áp. Đây chính là thành công đầu tiên về tăng áp của tuabin khí
Năm 1926 Buchi đã thực hiện thí nghiệm về tăng áp theo phát minh trên ở nhà
máy đóng tàu hỏa tại Winterthur, Thụy Sĩ.
Hệ thống tăng áp này được hãng BBC Baden thiết kế và chế tạo bao gồm có 1
tuabin hướng trục và 1 máy nén li tâm 2 cấp.
Các thí nghiệm trên đã thành công công suất động cơ tăng lên 50% một cách dễ
dàng và trong thời gian ngắn có thể tăng lên 100%. Kết quả trên được ứng dụng trên
hàng loạt hãng sản xuất động cơ, trong quá trình phát triển người ta càn làm cho ống
xả không chỉ hẹp hơn mà còn ngắn hơn, do đó bộ tăng áp ngày càng lắp gần động cơ
hơn.
1.1.2. Mục đích tăng áp
Nhằm mục đích tăng công suất động cơ người ta phải tìm cách tăng khối lượng
nhiên liệu cháy ở trên một đơn vị dung tích xilanh trong một đơn vị thời gian, tức là

tăng khối lượng nhiệt tỏa ra trong một không gian và thời gian cho trước. Trong
nguyên lí động cơ đã cho quan hệ giữa công suất có ích và các thông số khác nhau
như:
e h v l
N V . n . p
30
i
H
m
o
n
Q n
n i
M t a
=
(1- 1)
Trong đó:
V
h
– dung tích của một xilanh;
n
v
– hệ số nạp;
p
l
– khối lượng riêng của khí nạp mới;
Q
H
– nhiệt trị thấp nhất của nhiên liệu;
M

o
– lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị nhiên
liệu;
5
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
n - số vòng quay của động cơ;
t – số kì của động cơ;
i – số xi lanh của đông cơ.
Chúng ta biết rằng Q
H
, M
o
phụ thuộc vào loại nhiên liệu nên thay đổi không
nhiều.Trong nghiên cứu và phát triển hiệu suất chỉ thị cũng như cơ giới luôn đạt cực
đại, không thể đạt cao hơn.
Vậy muốn tăng công suất người ta phải tăng khối lượng nhiên liệu đốt cháy
trong một đơn vị thời gian bằng cách thay đổi các thông số còn lại như sau:
- Tăng số chu trình trong một đơn vị bằng cách tăng số vòng quay n của động
cơ. Khi tăng số vòng quay của động cơ sẽ gây khó khăn cho việc thực hiện quá trình
cháy. Tác hại hơn nữa là làm cho tốc độ trược trung bình của piston tăng lên dẫn đến
làm tăng tổn thất ma sát, mài mòn của các chi tiểt của nó và tăng lực quán tính.
- Thay đổi số kì từ 4 kì thành 2 kì. Nhờ tỉ số của kì sinh công so với vòng quay
của động cơ 2 kì gấp đôi động cơ 4 kì nên có thể tăng nhiệt lượng giải phóng trong
một đơn vị thời gian, song cho đến nay quá trình thay đổi khí của động cơ 2 kì chưa
hoàn chỉnh nên sinh ra tổn thất lớn và ô nhiễm năng. Tuy vậy, trong xu thế phát triển
nhằm hoàn thiện quá trình quét thải, phun xăng trực tiếp động cơ 2 kì có tiềm năng
phát triển lớn.
- Tăng dung tích công tác V
h
hoặc số xilanh i sẽ kéo theo kích thước, thể tích,

trọng lượng của động cơ tăng.
- Tăng khối lượng không khí nạp vào xilanh bằng cách tăng khối lượng riêng
của không khí p
k
. Muốn vậy phải tiến hành nén môi chất nạp trước khi đưa vào xilanh,
tức là tăng áp suất của môi chất nạp. Do khối lượng không khí được nạp vào xilanh
tăng nên người ta tăng thêm nhiên liệu để đốt cháy trong dung tích đó. Như vây, cho ta
tăng khả năng tăng lượng nhiệt phát ra trong dung tích cho trước. Biện pháp làm tăng
khối lượng riêng của môi chất trước khi nạp vào động cơ bằng cách tăng áp suất của
nó được gọi là tăng áp.
Mục đích cơ bản của tăng áp là làm cho công suất của nó tăng lên nhưng đồng
thởi tăng áp cho phép cải thiện một số chỉ tiêu sau:
- Giảm thể tích toàn bộ của ĐCĐT ứng với một đơn vị công suất.
- Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất.
- Giảm gía thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất.
- Hiệu suất của động cơ tăng đặc biệt là khi tăng áp tuabin khí, do đó suất tiêu
hao nhiên liệu giảm.
- Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại.
- Giảm độ ồn của động cơ.
6
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
1.1.3. Những hạn chế của tăng áp và biện pháp khắc phục khi thực hiện tăng áp cho
ĐCĐT
1.1.3.1. Những hạn chế
a. Áp suất của chu trình
Về mặt lí thuyết có thể xem quá trình diễn ra trong máy nén là đoạn nhiệt, lúc
này quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất môi trường với nhiệt độ và áp suất sau máy nén
là:
(1- 2)
trong đó:

ρ
1
, p
l
, v
l
và T
l
là áp suất, khối lượng riêng, thể tích và nhiệt độ sau máy nén;
ρ
0
, p
o
, v
0
và T
0
là áp suất, khối lượng riêng, thể tích và nhiệt độ của môi trường
trước máy nén;
k là chỉ số nén đoạn nhiệt.
Nhiệt độ và áp suất trong xilanh ĐCĐT sẽ cóquan hệ:
P
c
= p
a
. E
n
T
c
= T

a
. E
n- 1
Trong đó:
P
c
, T
c
- áp suất và nhiệt độ của môi chất trong xilanh ở cuối quá trình nén;
n- là chỉ số nén đa biến trung bình;
E – tỉ số nén của động cơ;
p
a
, T
a
– áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nạp.
Quan hệ giữa áp suất cuối quá trình nén phj thuộc vào tỉ số tăng áp và tỉ số nén
của động cơ.
Sự tăng áp suất cuối quá trình nén do tăng áp dẫn đến sự tăng của áp suất và
nhiệt độ của cả chu trình công tác của động cơ. Song tỷ lệ tăng của chúng ở động cơ
đốt cháy cưỡng bức khác với động cơ tự bốc cháy.
Trong động cơ đốt cháy cưỡng bức, do quá trình cháy dẫn đến sự tăng của áp
suất chu trình. Tỷ lệ áp của áp suất ở mọi thời điểm của chu trình bằng nhau cũng như
tỷ số
i
z
p
p
max
(tỷ số giữa áp suất cực đại của chu trình với áp suất chỉ thị trung bình)

luôn không đổi. Thực ra, tỷ số tăng áp của áp suất còn lớn hơn vì động cơ tăng áp quá
trình quét được thực hiện hoàn hảo hơn làm khí sót giảm, dẫn đến tăng số lượng hỗn
hợp mới nạp vào xilanh.
Trong động cơ diessel, do tăng áp nhiệt độ và áp suất cuối quá trình nén tăng
làm rút ngắn thời gian cháy trễ, áp suất cực đại của chu trình cháy p
max
tăng và không
7
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
cùng tỷ lệ với sự tăng áp suất cuối quá trình nén. Tuy vậy, người ta có thể kết hợp tăng
tỉ số tăng áp
0
p
p
i
với việc giảm tỷ số nén của ĐCĐT đến mức chỉ bảo đảm khởi động
lạnh. Với sự kết hợp như vậy ngoài việc cho phép giảm thời gian cháy trễ còn làm cho
khoảng cách giữa p
max
và p
c
là không đổi khi tăng tỉ số tăng áp. Như vậy, tăng áp suất
chu trình có thể được bù trừ và giải quyết ổn thỏa.
b. Nhiệt độ của chu trình
Tình trạng chịu nhiệt của động cơ còn đáng lo ngại hơn. Các nghiên cứu cho
thấy nếu áp suất chỉ thị trung bình tăng gấp đôi thì dòng truyền nhiệt qua thành vách
( nhiệt lượng truyền cho dầu và nước làm mát) chỉ tăng khoảng 60%. Như vậy nếu
nhiệt độ khí xả không đổi, 40% lượng nhiệt còn lại sẽ làm cho các chi tiết động cơ
nóng lên.
c. Sự hình thành hỗn hợp

Trong động cơ tăng áp, để tăng công suất người ta phải tận dụng tốt khối lượng
không khí được nạp vào xilanh nên phải tăng lượng nhiên liệu cung cấp. Trong động
cơ diesel có hai cách tăng lượng nhiên liệu cung cấp: tăng áp suất phun hoặc kéo dài
thời gian phun. Nếu tăng áp suất phun sẽ làm cho tải tác dụng lên hệ thống cung cấp
nhiên liệu vốn đã làm việc trong trạng thái tải trọng cao nay lại làm việc nặng nhọc
hơn, nên làm giảm đáng kể tuổi thọ của các chi tiết trong hệ thống này. Chính vì vậy,
xu hướng được ưa thích hơn cả là kéo dài thời gian phun, ngoài ra biện pháp này còn
cho phép điều chỉnh được áp suất cực đại của chu trình p
max
và tỷ số tăng áp.
Bên cạnh đó còn phải quan tâm đến điều kiện bay hơi của nhiên liệu trong
động cơ tăng áp vì khi áp suất tăng sẽ làm giảm không gian vật lí để bay hơi nên nhiên
liệu khó bay hơi hơn. Quá trình hình thành hỗn hợp của động cơ diesel tăng áp trở nên
phức tạp hơn. Để có thể có được quá trình hình thành hỗn hợp, tạo điều kiện tốt nhất
cho quá trình cháy thì cần phải tận dụng triệt để lốc xoáy thông qua pha phân phối khí,
kết cấu đỉnh piston
1.1.3.2. Biện pháp khắc phục
a. Nguyên tắc cơ bản
Muốn thực hiện tăng áp cho ĐCĐT người ta phải lựa chọn các biện pháp để hạn
chế các nhược điểm đã phân tích ở trên. Trong quá trình lựa chọn phải dung hòa được
3 yếu tố sau:
- Nhằm đạt được công suất cao người ta phải tìm mọi biện pháp có giá trị ρ
k
lớn hơn như có thể được trong khi đó nhiệt độ của môi chất nạp vào động cơ càng thấp
càng tốt
- Phải lựa chọn tỉ số nén của ĐCĐT một cách hợp lí.
- Nhiệt độ cuối quá trình nén chỉ cần đủ lớn để đảm bảo thời gian cháy trễ hợp
lí, mặt khác giữ cho nhiệt độ của chu trình không quá cao.
b. Các biện pháp cụ thể
8

Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
Trong thực tế người ta sử dụng các biện pháp sau đây để hạn chế các nhược
điểm của động cơ tăng áp:
- Giảm tỉ số nén.
- Làm mát khi tăng áp cho phép chẳng những giảm áp suất, nhiệt đọ cuối quá
trình nén và cả chu trình còn làm tăng khối lượng riêng của khí nạp.
- Tổ chức quét buồng cháy bằng khí tăng áp sẽ có tắc dụng rất hiệu quả trong
việc giảm nhiệt độ của đỉnh piston, xupap xả và cánh tuabin.
- Làm mát đỉnh piston.
- Tăng khả năng truyền nhiệt ra bên ngoài cho các nguồn lạnh bằng cách tăng
lưu lượng của nước làm mát.
- Tổ chức xoáy lốc buồng cháy tốt để đảm bảo sự đồng nhất về nhiệt độ, hình
thành khí hỗn hợp và cháy tốt.
1.2. Các phương pháp tăng áp
1.2.1. Phân loại tăng áp.
Hình 1.1. Các phương pháp tăng áp
Dựa vào nguồn năng lượng để nén không khí trước khi đưa vào động cơ, người
ta chia tăng áp cho động cơ thành hai nhóm: Tăng áp có máy nén và tăng áp không có
máy nén, theo sơ đồ sau
9
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
1.2.2. Tăng áp nhờ máy nén
1.2.2.1. Tăng áp cơ khí
3
1
5
4
2
Po,To
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí

1. Động cơ đốt trong; 2. Bánh răng truyền động;
3. Máy nén; 4. Đường nạp; 5. Thiết bị làm mát.
Các loại máy nén được sử dụng trong phương pháp tăng áp cơ khí có thể là máy
nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt li tâm, hoặc quạt hướng trục, được dẫn động
từ trục khuỷu của động cơ.
Công suất của động cơ đốt trong được xác định theo công thức sau:
N
e
= N
i
- N
m
- N
k
(1- 3)
Trong đó:
N
e
: Công suất có ích được lấy từ trục khuỷu động cơ ;
N
i
: Công suất chỉ thị ;
N
m
: Công suất tổn thất cơ giới của bản thân động cơ ;
N
k
: Công suất để dẫn động máy nén.
Công suất có ich được lấy ra từ trục khuỷu động cơ N
e

có được từ công suất chỉ
thị N
i
sau khi bị khấu trừ đi tổn thất cơ giới của bản thân động cơ N
m
và công suất N
k
để dẫn động máy nén (MN).
Công suất dẫn động MN chỉ phụ thuộc vào số vòng quay của nó, vì vậy nếu
động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ thì số phần trăm công suất tổn thất cho việc dẫn
động máy nén tăng lên, làm giảm mạnh hiệu suất tổng của động cơ đốt trong.
Công suất dẫn động máy nén tăng nhanh hơn mức độ tăng áp suất chỉ thị p
i
, vì
vậy khi sử dụng tăng áp dẫn động cơ khí sẽ làm cho hiệu suất động cơ giảm khi áp
suất tăng áp tăng. Chính vì vậy, phương pháp tăng áp dẫn động cơ khí chỉ được áp
dụng ở những mục đích cần thiết và áp suất tăng áp p
k
nhỏ hơn hoặc bằng 1,6 kG/cm
2
,
nếu p
k
lớn hơn 1,6 kG/cm
2
thì N
k
sẽ lớn hơn 10%Ne
Với phương pháp tăng áp cơ giới, chất lượng khởi động và tăng tốc động cơ tốt,
vì lượng không khí cấp cho động cơ trong một chu trình phụ thuộc vào tốc độ trục

khuỷu mà không phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải. Tuy nhiên, đối với tăng áp cơ giới,
10
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
năng lượng tiêu hao để dẫn động máy nén tăng lên, nên làm giảm hiệu suất, làm giảm
tính kinh tế của động cơ.
1.2.2.2. Tăng áp tua bin khí
Tăng áp bằng tuabin (TB) khí là phương án tăng áp dùng TB làm việc nhờ năng
lượng khí xả của động cơ đốt trong để dẫn động MN. Khí xả của động cơ đốt trong có
áp suất và nhiệt độ rất cao nên nhiệt năng của nó tương đối lớn. Muốn khí thải phát
sinh công nó phải được giãn nở trong một thiết bị để tạo ra công cơ học. Nếu để nó
giãn nở trong xilanh của động cơ đốt trong thì dung tích của xilanh sẽ rất lớn, làm cho
kích thước của động cơ đốt trong quá lớn và nặng nề.
Điều này mặc dù làm tăng hiệu suất nhiệt nhưng tính hiệu quả được đánh giá
bằng giá trị áp suất trung bình sẽ rất nhỏ. Để tận dụng tốt năng lượng khí xả, người ta
cho nó giãn nở đến áp suất môi trường và sinh công trong cánh của TB. Thực tế đã
chứng minh được rằng khí xả của động cơ đốt trong ở tất cả mọi chế độ sử dụng trong
thực tế bảo đảm được những điều kiện sau:
- Năng lượng đủ cao để có thể sử dụng một phần cho giãn nở trong TB và sinh
công cơ khí.
- Nhiệt độ không quá cao nên có thể tránh được việc hư hỏng các chi tiết của
TB.
- TB khí có thể dẫn động Máy nén ly tâm hoặc chiều trục mà không tạo ra sức
cản quá lớn trên đường xả của động cơ đốt trong. Trong động cơ diesel, khoảng 35 ÷
40% năng lượng của nhiên liệu bị mất do theo dòng khí xả ra bên ngoài. Trong khi đó
người ta có thể tận dụng một phần của nguồn năng lượng này vì rằng:
+ Nếu giả thiết chu trình xảy ra trong động cơ đốt trong là chu trình Cacno thì
một phần của nguồn năng lượng khí xả ( khoảng một nửa ) được thải ra cho môi
trường xung quanh. Nếu coi năng lượng do khí thải mang ra khỏi động cơ chiếm 40%
tổng lượng do nhiên liệu phát ra thì phần năng lượng thải ra cho môi trường là 20%.
+ Khoảng một phần tư ( 10% ) nguồn năng lượng do khí thải mang đi bị mất

mát do ma sát, tiết lưu vì không thể thải ra ngoài với áp suất và nhiệt độ môi trường.
Như vậy, còn có thể tận dụng được khoảng 10% năng lượng của nhiện liệu phát
ra chứa trong khí xả. Người ta thấy rằng trong tất cả các lĩnh vực sử dụng khác nhau
của động cơ đốt trong, phụ thuộc vào tỷ số tăng áp p
1
/p
0
, năng lượng thực tế để nén
môi chất nạp chỉ nằm trong khoảng 1 ÷ 3,5 số năng lượng do nhiên liệu phát ra. Như
vậy, dòng nẳng lượng khí xả sau khi trừ đi mọi tổn thất như tiết lưu, ma sát… thì sẽ
còn lại vẫn đủ cho việc nén khí nạp – thực hiện việc tăng áp cho động cơ đốt trong.
Thông thường người ta sử dụng TB- MN lắp trên cùng một trục với số vòng
quay 15.000 ÷ 60.000 vg/ph nhưng trong một số trường hợp có thể đạt từ 270.000 ÷
280.000 vg/ph ( dùng cho động cơ tăng áp lắp trên xe môtô với TB, MN có đường
kính 34mm cho động cơ diesel cỡ nhỏ lắp trên xe du lịch) hoặc cao hơn.
11
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
Hình 1.3. Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp bằng Tuabin biến áp
Các loại TB làm việc theo các nguyên lý và kết cấu khác nhau, ví dụ:
- Theo hướng của dòng chảy phân ra TB hướng kính hoặc hướng trục.
- Theo nguyên lý sử dụng năng lượng của dòng khí xả vào có thể chia ra TB
biến áp, Tuabin tăng áp, Tuabin bảo toàn xung…
TB biến áp hay còn gọi là TB xung là TB có áp suất khí vào thay đổi, còn TB
đẳng áp là TB có áp suất khí vào không thay đổi.
Ở TB biến áp, khí thải sau khi ra khỏi động cơ được dẫn trực tiếp với TB bằng
các đường ống có dung tích nhỏ tận dụng động năng của khí xả để sinh công.
Ngược lại trong TB đẳng áp, khí thải của động cơ đốt trong được thải vào một
bình có dung tích tương đối lớn, ở đó nó được giãn nở đến một áp suất nhất định
nhưng không sinh công, sau đó được đưa vào TB ở đây nó được giãn nở tiếp và sinh
công.

Nhằm nhiểu rõ bản chất và đánh giá được ưu nhược điểm của phương pháp
tăng áp cho động cơ đốt trong bằng TB biến áp và đẳng áp, cần xem xét diễn biến của
các chu trinh lý tưởng xảy ra trong động cơ đốt trong và TB-MN nén khí coi chúng
nằm trong một thể thống nhất, tức là xem giữa .
a. Tăng áp bằng tuabin khí có liên hệ cơ khí
Trong phương án này trục tuabin, động cơ đốt trong và máy nén được nối liền
nhau. Kết cấu này bao gồm máy nén hướng trục nhiều cấp, động cơ diesel 4 kỳ và
tuabin hướng trục nhiều cấp được nối đồng trục. Áp suất của khí nạp vào xi lanh động
cơ đạt 3÷4 kG/cm
2
, khí xả sau khi ra khỏi xi lanh động cơ đốt trong trước khi vào
tuabin đạt áp suất 16 kG/cm
2
. Buchhi ( tác giả của phát minh này) cho rằng công do
giãn nở không hoàn hảo của sản vật cháy trong xilanh của ĐCĐT sẽ được thu hồi
trong TB. Tuy nhiên phương án này gặp phải các hạn chế :
- Công xả của khí xả ĐCĐT tăng lên quá cao.
- Khí sót trong xilanh rất lớn làm cho lượng khí mới nạp vào xilanh giảm.
12
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
Do các nguyên nhân trên mà phương án này không được tồn tại trong thực tế.
b. Tăng áp bằng tuabin khí liên hệ khí thể
Theo phương án này, tuabin và máy nén được nối đồng trục với nhau. Khí xả
được giãn nở trong cánh tuabin sẽ làm tuabin quay và dẫn động máy nén, nén không
khí tới áp suất tăng áp và đưa vào động cơ. Phương án này cho phép tận dụng tối đa
năng lượng khí thải, tạo ra hiệu suất cũng như tinh hiệu quả cao cho ĐCĐT ở mọi lĩnh
vực sử dụng. Chính vì vậy, phương án tăng áp này sẽ là mục tiêu nghiên cứu chính.
3
2
4

1
5
Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý tăng áp bằng tuabin khí chỉ liên hệ khí thể
1. Máy nén; 2. Thiết bị làm mát; 3. Động cơ; 4. Bình xả; 5. Tuabin.
c. Tăng áp bằng tuabin khí có liên hệ thuỷ lực
Các phương án kết nối giữa động cơ đốt trong và cụm TB- MN cũng rất phong
phú. Hình 1.5 trình bày các phương pháp kết nối này. Trong đó, hình 1.5 a là cách
ghép nối thông dụng nhất, nó cho phép điều chỉnh chế độ tăng áp theo chế độ làm việc
của động cơ đốt trong. Ngoài ra, còn có các phương pháp kết nối khác nhằm tận dụng
năng lượng khí xả, như hình 1.5 b,c.
13
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
Hình 1.5. Tăng áp tuabin khí có liên hệ thuỷ lực
1. Động cơ; 2. Khớp thuỷ lực; 3,4. Cụm tuabin-máy nén dẫn động khí thể;5 TB
tận dụng; 6. Hộp số; 7. Máy phát điện; 8. Hộp tốc độ
a. Cơ cấu nối có liên hệ thuỷ lực;
b. Cơ cấu nốicó liên hệ thuỷ lực và tua bin tận dụng năng lượng khí xả;
c. Cơ cấu nối qua hộp số có tuabin tận dụng năng lượng khí xả dẫn
động máy phát điện.
1.2.2.3. Tăng áp hỗn hợp
Trong tăng áp hỗn hợp, người ta sử dụng hai hệ thống MN khác nhau, một được
dẫn động bằng tuabin khí và một được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ.
Tuỳ thuộc vào vị trí của máy nén người ta có hai dạng ghép nối: lắp nối tiếp và
lắp song song .
Trong các phương án lắp ghép này máy nén dẫn động cơ khí có thể sử dụng
máy nén ly tâm, hướng trục, trục vít, quạt Root hoạt động hoàn toàn độc lập với máy
nén dẫn động bởi tuabin khí.
Phụ thuộc vào phương của dòng khí tăng áp đi qua MN dẫn động cơ khí và MN
dẫn động từ TB người ta chia phương án lắp ghép nối tiếp thành hai loại: lắp ghép nối
tiếp thuận và lắp ghép nối tiếp nghịch.

14
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý phương án tăng áp hỗn hợp cho động cơ
1. Động cơ; 2. Tuabin; 3. Máy nén; 4. Máy nén dẫn động cơ khí; 5. Khớp nối 6. Thiết
bị làm mát trong sơ đồ a, b và bình nạp chung trong sơ đồ c.
a. Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp thuận;
b. Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp nghịch;
c. Tăng áp hỗn hợp 2 tầng lắp song song.
- Đối với phương án lắp thuận: Máy nén dẫn động cơ khí đứng sau máy nén dẫn
động bằng tuabin khí. Khí tăng áp được máy nén dẫn động bằng tuabin khí hút từ môi
trường, sau đó dẫn tới máy nén dẫn động cơ khí và đi vào ĐCĐT. Lưu lượng khí nạp
phụ thuộc vào lưu lượng qua cụm TB- MN.
- Đối với phương án lắp nghịch: Máy nén dẫn động cơ khí đứng trước, lưu
lượng khí nạp vào ĐCĐT phụ thuộc vào lưu lượng máy nén dẫn động cơ khí, vì thế
phụ thuộc vào chế độ tốc độ động cơ và lưu lượng cung cấp cho một chu trình là
không đổi.
Trong động cơ tăng áp hỗn hợp lắp song song người ta dùng một máy nén dẫn
động cơ giới hoặc dùng không gian bên dưới của xi lanh làm máy nén (trường hợp
động cơ có guốc trượt) cung cấp không khí cho động cơ, song song với bộ máy nén
tuốc bin khí quay tự do. Như vậy, mỗi máy nén trong hệ thống chỉ cần cung cấp một
phần không khí nén vào bình chứa chung.
15
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
Ưu điểm chủ yếu của hệ thống tăng áp lắp song song là khí tăng áp nạp vào
động cơ được cung cấp đồng thời nhờ hai máy nén, lưu lượng không khí qua mỗi máy
nén đều nhỏ. Do đó kích thước của mỗi máy nén đều nhỏ so với hệ thống tăng áp lắp
nối tiếp.
1.2.3. Các phương pháp tăng áp khác
Sau đây là các phương pháp làm cho áp suất nạp vào động cơ đốt trong lớn hơn
giá trị thông thường mà không cần dùng đến máy nén cũng như một số phương pháp

tăng áp cao đang phổ biến trong thực tế.
1.2.3.1. Tăng áp dao động và cộng hưởng
Người ta sử dụng sự dao động của dòng khí và tính cộng hưởng của dao động
để tăng áp suất của môi chất trong xi lanh lúc đóng xupap nạp.Quá trình đóng và mở
một cách có chu kì của các xupap kích thích sự dao động của dòng khí. Sự dao động
của áp suất tại mỗi vị trí trên đường chuyển động của khí thay đổi theo thời gian , sự
thay đổi phụ thuộc vào pha và tần số của ĐCĐT cũng như thời gian đóng mở của
xupap. Do vậy, sự dao động này có thể làm tăng hoặc giảm lượng môi chất nạp vào
xilanh theo pha và tần số của ĐCĐT.
Theo phương pháp tăng áp này, công nạp của piston được chuyển hóa thành
năng lượng động lực học của cột khí và chính năng lượng này sẽ chuyển hóa thành
công nén làm tăng áp suất trong xi lanh cuối quá trình nạp.
1
3
2
3
2
1
4
a. b.
Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống tăng áp dao động và cộng hưởng
a. Tăng áp dao động: 1. Hộp phân phối; 2. Ống dao động; 3. Xilanh
b. Tăng áp cộng hưởng: 1. Bình ổn áp; 2. Ống cộng hưởng; 3. Xi lanh;4. Bình
cộng hưởng
a. Tăng áp dao động
Quá trình diễn biến của áp suất trên đường ống trong quá trình nạp, thải nếu
xem xét theo lý thuyết truyền sóng thì đó là quá trình dịch chuyển của sóng nén và
sóng giãn nở. Do có sự dao động của áp suất trên đường nạp, thải của động cơ mà ở đó
xuất hiện quá trình truyền sóng (sóng áp suất và sóng tốc độ). Ở trạng thái tĩnh, tốc độ
truyền sóng a được xác định như sau:

16
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
(1- 4)
Trong đó:
k: Chỉ số nén đoạn nhiệt;
R: Hằng số chất khí;
T: Nhiệt độ tuyệt đối.
Sự biến thiên của áp suất và tốc độ phụ thuộc vào thời gian và vị trí, theo quan
hệ :
v=

ƒ(x, t)
p= f(x, t)
Sóng áp suất và sóng tốc độ cùng xuất hiện và cùng được truyền với tốc độ
truyền sóng a. Nếu tốc độ của các phần tử chuyển động cùng chiều với tốc độ truyền
sóng và khi sóng truyền tới sẽ làm tăng áp suất thì sóng đó là sóng đó là sóng nén. Nếu
chiều truyền sóng ngược lại với chiều của các phần tử chuyển động, khi sóng truyền
tới sẽ làm giảm áp suất, sóng đó là sóng giãn nở.
Sự dao động của áp suất môi chất trong đường ống nạp thực tế không phải do
một sóng đơn giản tạo ra mà do hai họ sóng truyền theo chiều ngược nhau, nó là kết
quả của việc tương giao và hợp thành của sóng phát sinh ở đầu này tạo nên sóng phản
xạ ở đầu kia. Sóng khí thể cũng vậy, luôn tồn tại tính chồng chất và thường xuyên gặp
nhau Khi gặp nhau, biên độ sóng bằng tổng biên độ của hai sóng. Sau khi xuyên qua,
tính chất và biên độ của sóng không thay đổi, sóng nén vẫn là sóng nén và sóng giãn
nở vẫn là sóng giãn nở.
Khi piston dịch chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới tạo ra trong
xilanh sự giảm áp suất. Do áp suất trong xilanh nhỏ hơn áp suất trên đường nạp, nên
xuất hiện sự giãn nở trong ống nạp từ xi lanh ra đến đầu hở của ống có áp suất bằng áp
suất môi trường p
0

. Áp suất môi trường có giá trị không đổi và lớn hơn áp suất trong
xilanh, nên xuất hiện quá trình chuyển động ngược lại của áp suất p
0
từ ngoài vào
xilanh, đây chính là sóng nén (sóng áp dương). Nếu sóng nén truyền tới xupap mà
xupap chưa đóng, sẽ làm tăng áp suất ở khu vực trước xupap và làm tăng hệ số nạp.
Sau khi xupap nạp đã đóng, sóng áp suất còn lưu lại vẫn truyền qua truyền lại trong
ống.
Sóng áp dương Sóng áp âm Sóng áp dương Sóng áp âm
17
TRka
=
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
a. b. c.
Hình 1.8. Tương giao của sóng
a. Tương giao của sóng dương; b. Tương giao của sóng âm;
c. Tương giao của sóng dương và sóng âm.
Để đạt được lượng nạp cực đại trong phạm vi số vòng quay nhất định của ĐCĐT,
người ta có thể sử dụng các van để thay đổi có cấp chiều dài của đường ống nạp.
1
3
2
4
5
6
Hình 1.9. Nguyên lý của đường ống nạp có chiều dài thay đổi vô cấp
1. Động cơ; 2. ống nạp hình xuyến; 3. Mặt ngoài cố định; 4. Mặt tang trống;
5. Cửa trên mặt tang trống; 6. Tấm dẫn hướng.
b. Hệ thống tăng áp cộng hưởng (hình 1.6b )
Trong hệ thống này, ống nạp của động cơ là tổ hợp của các bình và ống có khả

năng gây ra dao động dòng khí nạp. Việc thiết kế các kích thước và bố trí sao cho quá
trình lưu động có tính chu kỳ của dòng khí nạp vào các xi lanh phù hợp với tần số dao
động của bình và ống.
Hiện nay, việc tăng áp cho động cơ bằng phương pháp cộng hưởng chưa được
phổ biến vì kết cấu đường ống nạp phức tạp, giá thành cao và chỉ được sử dụng trên
động cơ đời mới.
1.2.3.2. Tăng áp nhờ sóng áp suất - tăng áp COMPREX
Trong nghiên cứu và thực tế về tăng áp TB cho thấy khó khăn chủ yếu của loại
tăng áp này là đặc tính momen tồi, khả năng gia tốc của ĐCĐT và các thiết bị khác
kém. Nhược điểm này được khắc phục rất nhiều trong hệ thống tăng áp dựa vào sóng
áp suất được gọi là COMPREX.
18
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
Trong phương án này, người ta sử dụng năng lượng động học của khí xả để nén
khí nạp. Sự tăng hay giảm áp được được truyền với cùng tốc độ của các xung nén hình
thành từ phía có áp suất cao lên phía có áp suất thấp.
Lúc khối lượng và xung của sóng áp suất tác dụng trực tiếp lên phía có áp suất
thấp chuyển động với tốc độ âm thanh trong môi trường xem xét. Trong lúc đó dòng
năng lượng lại chuyển động với tốc độ chậm hơn, nhờ vậy mà tránh được hiện tượng
trộn lẫn giữa khí xả và khí mới.
1.2.3.3. Tăng áp cao
Để đạt được tăng áp cao và tránh được một số hạn chế do tăng áp gây ra, người
ta thực hiện các phương pháp tăng áp sau:
- Tăng áp hai cấp.
- Tăng áp Miller.
- Tăng áp siêu cao.
- Tăng áp chuyển dòng.
a. Tăng áp 2 cấp
Sơ đồ ngưyên lý của tăng áp 2 cấp được biểu diễn trên hình 1.10, ở đây có hai
cụm TB- MN một áp suất cao và một áp suất thấp. với cách bố trí này có thế đạt được

các ưu điểm sau:
- Sử dụng được các cụm TB- MN thông thường.
- Cho phép tận dụng tốt hơn năng lượng khí xả nên khi cùng áp suất tăng áp
hiệu suất sẽ cao hơn so với tăng áp turbin khí thông thường.
- Khoảng làm việc của turbin rộng hơn, ít xảy ra trường hợp rơi vào vùng làm
việc không ổn định của cụm TB- MN.
- Tốc độ vòng của roto nhỏ hơn.
Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý tăng áp 2 cấp
Nhược điểm cơ bản của sơ đồ tăng áp 2 cấp là không những chiếm không gian
lớn mà gia tốc còn kém. Vì tăng áp cao nên đòi hỏi phải có hệ thống phụ để giải quyết
chế độ khởi động động cơ và làm việc không tải.
19
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
b. Tăng áp Miller
Sự tăng ứng suất nhiệt và ứng suất cơ tác dụng nên các chi tiết của động cơ đốt
trong ngay ở chế độ tải trọng nhỏ, đặc biệt trong tăng áp 2 cấp đã hạn chế khả năng áp
suất trong động cơ đốt trong. Cụm TB- MN cung cấp lưu lượng khí giảm khi chế độ
tải trọng nhỏ làm giảm hệ số dư lượng không khí dẫn đến tăng tải trọng nhiệt nên động
cơ đốt trong. Trong phương án tăng áp Miller, trạng thái của môi chất ở đầu quá trình
nén được thay đổi nhờ có sự thay đổi thời gian đóng của xupáp nạp theo chế độ công
tác của động cơ đốt trong. Khi phụ tải của động cơ đốt trong càng tăng, tỷ số tăng áp
càng tăng do năng lưọng cấp cho TB- MN nén tăng, xupáp lạp luôn có xu hướng đóng
sớm hơn thậm chí đóng trước cả điểm chết trên (ĐCT). Cuối hành trình, khi xupap nạp
đóng xilanh đựoc điền đầy hoàn toàn bởi khí mới với áp suất tăng rất cao. Như vậy
trong một số trường hợp, khí nạp mới trong xilanh giãn nở tiếp trong hành trình còn
lại, nhờ đó mà nhiệt độ và áp suất của môi chất ở đầu trình nén (p
1,
T
1
) giảm - giảm tải

trọng nhiệt và tải trọng cơ của động cơ đốt trong .
c. Tăng áp siêu cao
Biện pháp tăng áp này được thực hiện cho động cơ diesel nhằm đáp ứng yêu
cầu đạt p
e
cao trong phạm vi rộng của số vòng quay trong khí vẫn cho khả năng gia tốc
tốt. Sơ đồ nguyên lý được thể hiện:
Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý của biện pháp tăng áp siêu cao
1. Động cơ khởi động 2. Làm mát khí tăng
áp
3. Ống vòng 4. Bơm nhiên liệu
5. Bộ điều chỉnh áp 6. Ống xả 7. Buồng đốt 8. Bộ đánh lửa
Đối với loại tăng áp siêu cao, phía trước turbin có bố trí buồng đốt 7. Phụ thuộc
vào chế độ làm việc của động cơ, một lượng nhiên liệu và không khí được đưa thêm
vào buồng đốt cùng với khí xả. Không khí đưa thêm được trích từ máy nén, được điều
chỉnh để có số lượng thích hợp, đi qua một ống nhánh sau đó trộn với khí xả rồi đi vào
buồng đốt. Phương pháp tăng áp siêu cao có thể được sử dụng trong động cơ diesel có
tỷ số nén E rất thấp (có thể E = 7) và tỷ số tăng áp cao.
Động cơ được trang bị hệ thống này tuy có tỷ số nén nhỏ nhưng ngay ở chế độ
tải nhỏ và số vòng quay nhỏ vẫn có đặc tính mômen và gia tốt, vì ngay ở chế độ làm
20
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
việc này, áp suất tăng áp có thể đạt được rất cao nhờ có năng lưọng cung cấp thêm cho
turbin từ buồng đốt. Nhưng do tỷ số nén của động cơ đốt trong thấp nên tiêu thụ nhiên
liệu tăng, nhất là khi tải nhỏ và cung cấp thêm nhiên liệu cho buồng đốt.
Vì giá thành của hệ thống cao, tiêu hao nhiên liệu lớn nên phạm vi sử dụng của
hệ thống này chỉ hạn chế ở nơi mà cần trọng lượng nhỏ, kích thước nhỏ mà khả năng
gia tốc lớn.
d. Tăng áp chuyển dòng
Hình 1.12. Sơ đồ nguyên lý tăng áp chuyển dòng

a. Tăng áp chuyển dòng 1 cấp; b.Tăng áp chuyển dòng 2 cấp T – tuabin; C – máy nén.
Khi áp suất tăng áp cao người ta sử dụng turbin đẳng áp vì có hiệu suất cao ở
chế độ làm việc định mức, nhưng ở các chế độ tải trọng khác nó có nhược điểm, nhất
là chế độ tải trọng nhỏ của động cơ đốt trong. Để khắc phục nhược điểm này người ta
bố trí nhiều bộ tăng áp nhỏ làm việc theo chế độ lắp song song mà phạm vi hoạt động
của chúng phụ thuộc vào chế độ tải trọng của động cơ. Tăng áp chuyển dòng có thể là
tăng áp 1 cấp hoặc 2 cấp. Việc đóng hoặc mở turbin phụ thuộc vào tải và số vòng quay
của động cơ và được điều khiển từ bên ngoài. Về phía đường nạp, trước các máy nén
có bố trí van ngược nhằm phân tách khí lạp mới với môi trường khi hệ thống này
không hoạt động. Hệ thống tăng áp chuyển dòng có những ưu điểm sau:
- Ở chế độ khởi động và tải trọng nhỏ toàn bộ khí xả chỉ đi qua 1 turbin ( hoặc
hệ thống turbin ở tăng áp 2 cấp ) có tiết diện nhỏ, có áp suất cao nên tạo được áp suất
tăng áp cao hơn khi sử dụng 1 turbin có tiết diện lớn.
- Cụm tuabin có tiết diện nhỏ nên gia tốc tốt hơn.
- Sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và cụm TB- MN rễ dàng hơn và tốt hơn vì
mỗi cấp cho một vùng tối ưu về tiêu hao nhiên liệu.
- Ở tải trọng thấp thì còn một bộ TB- MN làm việc và có phạm vi làm việc tối
ưu của nó nên cải thiện được tiêu hao nhiên liệu ở tải nhỏ của động cơ đốt trong.
21
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
- Động cơ có đặc tính mômen tốt hơn và phạm vi làm việc rộng hơn.
Tất nhiên nó cũng mang một số nhược điểm mà đặc biệt là kết cấu phức tạp và
giá thành cả.
Hệ thống tăng áp không có máy nén có ưu điểm nổi bật là khi tốc độ động cơ
càng thấp thì áp suất tăng áp càng cao nhờ đó động cơ sẽ có mômen lớn tại tốc độ
thấp, điều này rất thích hợp với điều kiện làm việc của động cơ ô tô.
1.3. Làm mát khi tăng áp
1.3.1. Vai trò của làm mát khi tăng áp
Trong quá trình nén, nhiệt độ của khí tăng áp tăng lên
1 o

T T T∆ = −
. Sự tăng
nhiệt độ
T∆
phụ vào tỉ số tăng áp p
1
/p
o
và hiệu suất của MN, ngoài ra còn phải xét đến
diễn biến của quá trình nén. Quá trình này thường được xem là quá trình đoạn nhiệt
song trong thực tế do có sự trao đổi nhiệt trong thành vách và các hiện tượng khác mà
quá trình này có thể nói là một quá trình phức tạp. Bảng 1.3 cho ta thấy sự tăng nhiệt
độ trong MN động học phụ thuộc vào nhiệt độ T
o
hiệu suất của MN ηMN và tỉ số tăng
áp.
Qua bảng 1.2 cho thấy, để hạn chế sự tăng nhiệt độ của khí tăng áp buộc phải
sử dụng MN có hiệu suất truyền nhiệt lớn. Tuy nhiên, dẫu hiệu suất đoạn nhiệt có lớn
Bảng 1.2. Sự tăng nhiệt độ
T∆
của khí khi đi qua MN
ηMN
P
1
/p
o
T
o
(K)
1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

0,765
293 46,5 84,0 115,0 142,0 165,5 187,0
313 50,0 90,0 124,0 152,0 177,0 200,0
0,81
293 44,5 79,5 108,5 134,0 156,5 177,0
313 48,0 85,0 116,5 143,0 167,0 189,0
0,86
293 42,5 75,0 102,5 126,0 147,0 167,0
313 45,0 80,0 109,0 134,4 157,0 179,0
đến mức nào đi chăng nữa vẫn suất hiện khả năng hạn chế tỷ số tăng áp bởi nhiệt độ
sinh ra trong động cơ hoặc là khi có cùng thời gian quét như nhau sẽ làm cho nhiệt độ
khí xả ảnh hưởng đến nhiệt độ của xupap, tuabin; đặc biệt ở tăng áp cao nhiệt độ của
khí nạp sẽ tăng lên rất cao, lúc này sẽ không có lợi cho tăng áp.
Cần thiết phải có mối quan hệ sau:
- Khối lượng riêng của khí trước khi nạp có ảnh hưởng quyết định đến lượng
khí nạp vào xilanh.
22
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô

Như vậy, tốc độ tăng của khối lượng riêng nhỏ hơn tốc độ tăng của áp suất tăng
áp (chỉ trong trường hợp với chỉ số k=1, tức là tỉ số khối lượng riêng bằng tỉ số tăng
áp).
- Nhiệt độ của khí tăng áp làm tăng tải trọng nhiệt tác động lên động cơ vì giá
trị nhiệt độ của toàn bộ chu trình phụ thuộc vào nhiệt độ đầu quá trình nén.
Làm mát khi tăng áp cho phép tăng khối lượng khí nén, từ đó có thể tăng áp
suất có ích p
c
(hình 1.13).
Hình 1.13. Áp suất có ích trung bình phụ thuộc vào tỷ số tăng áp khi mức độ làm mát
khi tăng áp khác nhau

Ngoài tác dụng tăng công suất, làm mát khi tăng áp còn có tác dụng sau:
- Giảm tổn thất nhiệt.
- Cải thiện hiệu suất cơ giới.
- P
c
tăng mà không làm tăng áp suất chu trình.
- Giảm công tiêu thụ của MN cho 1kg khí tăng áp.
Từ các yếu tố trên có thể rút ra kết luận là làm mát khi tăng áp không những
cho phép tăng áp suất có ich mà còn cho phép giảm suất tiêu hao nhiên liệu g
c
.
Ngoài ra ta còn thấy khi làm mát khí tăng áp thì chẳng những áp suất có ich
trung bình của động cơ tăng mà còn làm giảm tổn thất nhiệt cho nước làm mất, hiệu
suất tổng η
c
. Áp suất có ích trung bình p
c
tăng do tổn thất cơ giới giảm tương đối so
với p
c
tăng theo công thức p
c
= p
i
- p
m
.
23
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
Ngoài ra, nhiệt lương truyền cho hệ thống làm mát động cơ có tăng áp thấp hơn

so với đông cơ không tăng áp. Như vậy, làm mát khi tăng áp cho phép giảm tổn thất
nhiệt.
Bảng 1.3. Số liệu cân bằng nhiệt của động cơ diessel chữ V, 12 xilanh, Dx S= 175x
190mm ở số vòng quay 1500vg/ph
Loại động cơ
Không tăng
áp
Tăng áp
Tăng áp có
làm mát
khí tăng
áp
Tăng áp có
làm mát khí
tăng áp và
piston
Áp suât có ich p
c
,
kG/cm
2
6,66 9,16 10,27 11,66
Lượng nhiên liệu của
nhiên liệu cấp, kcal/ml
1640 16110 1600 1590
Lượng nhiệt truyền cho
nước làm mát ( xilanh,
nắp xilanh, TB, dầu bôi
trơn ) kcal/ml
385

23,5%
352
21,8%
330
20,7%
370
23,3%
Lượng nhiệt khí xả, tổn
thất cơ giới bức xạ
623
38,0%
626
38,9%
638
39,85
588
37,0%
Hiệu suất tổng 38,5 39,3 39,5 39,7
1.3.2. Các phương pháp làm mát khí tăng áp
Phương pháp làm mát phổ biến nhất là làm mát bằng nước. Nước làm mát
được tuần hoàn trong động cơ và mang nhiệt của khí tăng áp ra ngoài. Phương thức
này có thể nói là đơn giản nhất và hiệu quả nhất để giảm nhiệt độ khí tăng áp đến mức
chỉ lớn hơn nhiệt độ trung bình của nước làm mát một ít. Phương thức này có hệ số
Bảng 1.4. Tác dụng của làm mát khi tăng áp trong động cơ diesel tăng áp
TT Loại động cơ
Thông số
Động cơ
tàu hỏa
Động cơ tàu thủy tốc
độ trung bình

Động cơ 2 kì
tốc độ chậm
1 2 3 4
1 Môi chất làm mát khi Nước Nước biển Nước biển
24
Đồ án tốt nghiệp Ngành CNKT ô tô
tăng áp
2 Làm mát môi chất Khí _ _ _
3 Công suất, Kw 153 736 736 2670
4 Số vòng quay, vg/ph 1500 430 430 106
5 Áp suất có ích, kG/cm
2
12,9 17,6 17,6 10,2
6
Nhiêt
độ
nước

o
C
Trước bộ làm
mát
55 18,5 32,5 31
7 Sau bộ làm mát 60 26,5 40,5 38,5
8 Tỷ số tăng áp 2,2 2,84 2,79 2,08
9 Nhiêt
độ
của
không
khí

Trước MN 24 27 44,5 29
10 Sau MN 127 172 190 117
11 Sau làm mát 65 48 57 39
12 Lưu lượng khí, kg/kW.h 6,46 8,45 7,78 9,85
13 Nhiệt lượng làm mát
trong bộ làm mát, % 5,2 12,2
11,55
8,06
14 Nhiệt lượng làm mát
piston, xilanh, nắp
xilanh, %
15,5 10,6
11
13,6
15 Tổng 13 và 14, %
20,7 22,8 22,5 21,66
25