Chuyên đề tăng áp động cơ đốt trong

GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

LỜI CẢM ƠN
Đƣợc sự phân công của Khoa Cơ Khí Động Lực trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật
thành phố Hồ Chí Minh, và sự đồng ý của Giảng viên hƣớng dẫn GVC- ThS. Nguyễn Tấn
Quốc đã giúp nhóm chúng em thực hiện đề tài “Chuyên đề tăng áp động cơ đốt trong”
Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn trân
thành đến tồn thể Q thầy cơ Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh,
Quý thầy cơ Khoa Cơ Khí Động Lực đã dạy dỗ và truyền đạt kiến thức quý báu trong suốt
những năm chúng em học tập và rèn luyện tại trƣờng.
Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Tấn Quốc, ngƣời đã
tận tình, chu đáo, quan tâm giúp đỡ và hƣớng dẫn chúng em trong suốt q trình thực hiện
khóa luận tốt nghiệp.
Với vốn kiến thức cịn hạn hẹp và thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp có hạn nên
trong q trình thực hiện khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận
đƣợc những ý kiến đóng góp và phê bình của q thầy cơ để em có thể hồn chỉnh tốt hơn
khóa luận tốt nghiệp của mình. Đó cũng là hành trang q giá giúp em hồn thiện kiến thức
của mình sau này.
Sau cùng, em xin kính chúc Q thầy cơ trong Khoa Cơ Khí Động Lực và thầy
Nguyễn Tấn Quốc thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của
mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Chu Phƣơng Toàn
Nguyễn Minh Tuấn

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

1

GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

TĨM TẮT
1.

Vấn đề nghiên cứu



Tìm hiểu tổng quan về tăng áp động cơ đốt trong.



TÌm hiểu tổng quan về làm mát sau tăng áp.



Nghiên cứu hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-L trên xe Isuzu Hi-Lander V-Spec 2013.



Mô phỏng hoạt động của tăng áp bằng TB, tăng áp kiểu Root, tăng áp kiểu cách gạt,
tăng áp kiểu hỗn hợp nối tiếp ngƣợc, tăng áp kiểu hai tầng song song, tăng áp kiểu hỗn
hợp mắc nối tiếp ngƣợc, tăng áp hỗn hợp mắc nối tiếp thuận.

2.

Các hƣớng tiếp cận

Tổng hợp, phân tích, khảo sát.
3.

Cách giải quyết vấn đề



Tìm hiểu tài liệu về động cơ Isuzu 4JA1-L.



Tìm kiếm thêm tài liệu, trên internet, tham khảo ý kiến bạn bè, và đặc biệt là thầy giáo
hƣớng dẫn.


4.

Tổng hợp và triển khai
Một số kết quả đạt đƣợc



Hiểu hệ thống tăng áp động cơ đốt trong



Hiểu hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-L trên xe Isuzu Hi-Lander V-Spec



Mô phỏng hệ thống tăng áp

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

2


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................... 1
TÓM TẮT ............................................................................................................................... 2
MỤC LỤC............................................................................................................................... 3
DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .............................................................................. 6
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................... 10
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................... 11
1.1.

Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 12

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu: ............................................................................................... 12

1.3.

Phƣơng pháp nghiên cứu: ........................................................................................ 13

1.4.

Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu ......................................................................... 13

1.5.

Kế hoạch thực hiện: ................................................................................................. 13

CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP ................................... 14
2.1.

Mục đích của tăng áp động cơ ................................................................................. 15

2.1.1.

Định nghĩa tăng áp ................................................................................................... 15

2.1.2.

Mục đích tăng áp ..................................................................................................... 15

2.2.

Phân loại hệ thống tăng áp ....................................................................................... 15

2.2.1.

Các loại tăng áp có máy nén .................................................................................... 17

2.2.1.1. Tăng áp cơ khí (Supercharger) ................................................................................ 17
2.2.1.2. Động cơ tăng áp bằng turbine khí (Turbocharger) .................................................. 22
2.2.1.3. Tăng áp hỗn hợp ...................................................................................................... 28
2.2.2.

Các loại tăng áp khơng có máy nén ......................................................................... 32

2.2.2.1. Tăng áp trao đổi sóng áp suất .................................................................................. 32
2.2.3.

Tăng áp cho động cơ................................................................................................ 35

2.2.3.1. Tăng áp cho động cơ diesel bốn kỳ ......................................................................... 35
2.2.3.2. Tăng áp cho động cơ xăng ....................................................................................... 38
2.2.3.3. Tăng áp cho động cơ xăng 4 kỳ: .............................................................................. 38
SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

3


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

2.2.3.4. Tăng áp cho động cơ xăng 2 kỳ: .............................................................................. 39
2.2.3.5. Tăng áp trên động cơ xăng hiện đại: ....................................................................... 40
2.3.

Mục đích và tầm quan trọng của bộ làm mát đối với động cơ tăng áp: .................. 41

2.3.1.

Mục đích của việc làm mát sau tăng áp: .................................................................. 41

2.3.2.

Tầm quan trọng của bộ làm mát đối với động cơ tăng áp ....................................... 42

2.3.3.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ làm mát sau tăng áp .................................. 43

2.3.3.1. Làm mát kiểu thu hồi nhiệt: ..................................................................................... 44
2.3.3.1.1. Bộ làm mát khơng khí nạp bằng khơng khí:............................................................ 45
2.3.3.1.2. Bộ làm mát khơng khí nạp bằng chất lỏng: ............................................................. 51
2.3.3.2. Làm mát kiểu bay hơi: ............................................................................................. 53
2.3.3.3. Làm mát kiểu giãn nở qua turbine: .......................................................................... 53
2.4.

Tăng áp bằng phƣơng pháp thay đổi chiều dài hiệu dụng đƣờng ống nạp (ACIS-

Acoustic Control Induction System)....................................................................................... 54
2.4.1.

Cấu tạo ..................................................................................................................... 54

2.4.2.

Nguyên lý hoạt động................................................................................................ 55

2.5.

Những vấn đề cần lƣu ý khi tăng áp cho động cơ: .................................................. 57

2.4.1.

Tỷ số nén ε ............................................................................................................... 57

2.4.2.

Pha phân phối khí .................................................................................................... 58

2.4.3.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu .................................................................................. 59

2.4.4.

Ống nạp và ống thải ................................................................................................. 59

2.4.5.

Làm mát piston ........................................................................................................ 60

CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ISUZU VIỆT NAM ....................................... 61
3.1.

Giới thiệu cơng ty TNHH Ơ tơ Isuzu Việt Nam...................................................... 62

3.2.

Giới thiệu ô tô du lịch ISUZU HI-LANDER V-SPEC ........................................... 65

3.3.

Giới thiệu động cơ ISUZU 4JA1-L ......................................................................... 67

CHƢƠNG 4: KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ 4JA1-L TRÊN XE
ISUZU HILANDER V-SPEC 2013 .................................................................................... 70
4.1.

Đặc điểm hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-L: .......................................................... 71

4.2.1.

Nguyên lý làm việc của hệ thống nạp động cơ 4JA1-L .......................................... 73

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

4


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

4.2.2.

Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống nạp .................................................. 74

4.3.

Hệ thống thải động cơ 4JA1-L ................................................................................ 74

4.3.1.

Nguyên lý làm việc của hệ thống thải động cơ 4JA1-L .......................................... 75

4.3.2.

Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống thải động cơ 4JA1-L....................... 75

4.4.

Đặc điểm kết cấu các chi tiết trong hệ thông tăng áp động cơ 4JA1-L ................... 77

4.4.1.

Bộ turbo tăng áp ...................................................................................................... 77

4.4.1.1. Giới thiệu turbine IHI RHF 4H lắp trên động cơ .................................................... 77
4.4.1.2. Ƣu, nhƣợc điểm của turbo IHI RHF 4H lắp trên động cơ 4JA1-L. ........................ 79
4.4.1.3. Đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc máy nén khí trong IHI RHF 4H ................. 79
4.4.1.4. Turbine khí trong turbo của động cơ 4JA1-L .......................................................... 82
4.4.1.5. Ổ đỡ, bao kín trong turbo IHI RHF 4H ................................................................... 84
4.4.2.

Van giảm áp và bộ phận chấp hành ......................................................................... 86

4.4.3.

Hệ thống bôi trơn và làm mát trong bộ turbine ....................................................... 88

4.4.4.

Bộ bù turbine tăng áp............................................................................................... 89

4.4.4.1. Cấu tạo: .................................................................................................................... 89
4.4.4.2. Hoạt động................................................................................................................. 90
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT ...................................................................... 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 100
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 101

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

5


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
ĐCĐT: động cơ đốt trong
TB: tuabin – turbine
MN: máy nén
ĐCT: điểm chết trên

ĐCD: điểm chết dƣới
ACIS: Acoustic Control Induction System – Hệ thống nạp có chiều dài hiệu dụng thay đổi
ECU: Electronic Control Unit – bộ xử lý và điều khiển trung tâm
VSV: Vacuum Switching Valve – van điều khiển chân khơng

Gk:Lƣợng khơng khí vào buồng đốt (kg/s)
ξ : Hệ số cản của dòng chảy giữa hai mặt cắt
i: Tỷ số truyền giữa động cơ và máy nén khí
P0: Áp suất khí trời (MN/m2)
Pk: áp suất trên đƣờng ống nạp (MN/m2)
Px: Áp suất khí xả (MN/m2)
Pz: Áp suất cuối q trình cháy (MN/m2)
Ts: Nhiệt độ khí nạp (0K)
Tx: Nhiệt độ khí xả (0K)
ε: Tỷ số nén động cơ chƣa tăng áp
εk: Tỷ số nén động cơ sau tăng áp
τ: Số kỳ
n: tốc độ động cơ (vịng/phút)

SVTH: Chu Phƣơng Tồn – Nguyễn Minh Tuấn

6


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Các phƣơng pháp tăng áp trên động cơ đốt trong ................................................... 16

Hình 2.2. Bộ tăng áp cơ khí (Supercharger) ........................................................................... 17
Hình 2.3. Sơ đồ ngun lý tăng áp cơ khí............................................................................... 18
Hình 2.4. Cấu tạo bơm ly tâm ................................................................................................. 19
Hình 2.5. Cấu tạo bơm cánh gạt ............................................................................................. 19
Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động bơm trục vít .......................................................................... 20
Hình 2.7. Hoạt động của bơm Piston. ..................................................................................... 20
Hình 2.8. Mơ tả hoạt động của bơm root. ............................................................................... 21
Hình 2.9. Mơ tả hoạt động của động cơ tăng áp bằng turbine khí. ......................................... 22
Hình 2.10. Cấu tạo bộ turbine tăng áp .................................................................................... 23
Hình 2.11. Mơ tả hoạt động của bánh turbine và bánh nén khí .............................................. 24
Hình 2.12. Cấu tạo khoang trung tâm bộ turbine tăng áp ....................................................... 25
Hình 2.13. Mơ tả hoạt động của ổ trục tự lựa ......................................................................... 26
Hình 2.14. Bộ turbine tăng áp ................................................................................................. 27
Hình 2.15. Sơ đồ nguyên lý tăng áp bằng TB khí chỉ liên hệ khí thể ..................................... 28
Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý tăng áp hỗn hợp mắc nối tiếp thuận ........................................... 29
Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lý tăng áp hỗn hợp mắc nối tiếp ngƣợc ......................................... 30
Hình 2.18. Sờ đồ nguyên lý tăng áp hai tầng song song ......................................................... 31
Hình 2.19. Sơ đồ hệ thống tăng áp bằng sóng khí ................................................................. 32
Hình 2.20. Q trình truyền sóng áp suất trong bộ tăng áp bằng sóng khí ............................ 34
Hình 2.21. Sơ đồ kết cấu tăng áp động cơ 4 kỳ ..................................................................... 36
Hình 2.22. Sự thay đổi các thơng số tăng áp động cơ diesel 4 kỳ theo tải ............................. 37
Hình 2.23. Phƣơng pháp đặt bộ chế hịa khí sau máy nén ...................................................... 38
Hình 2.24. Phƣơng pháp đặt máy nén sau bộ chế hịa khí ...................................................... 39
Hình 2.25. Tăng áp động cơ xăng hiện đại ở chế độ tải nhỏ .................................................. 40
Hình 2.26. Tăng áp động cơ xăng hiện đại ở chế độ tốc độ cao và đầy tải ............................ 41
SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

7

GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

Hình 2.27. Bộ làm mát sau tăng áp ......................................................................................... 43
Hình 2.28. Mơ tả hoạt động của bộ làm mát sau tăng áp ....................................................... 44
Hình 2.29. Bộ làm mát khí nạp bằng khơng khí ..................................................................... 45
Hình 2.30. Cấu tạo lỏi ............................................................................................................. 46
Hình 2.31. Biểu đồ cấu hình thùng ......................................................................................... 47
Hình 2.32. Thùng ở trên hoặc trái (upper or left tanks) .......................................................... 47
Hình 2.33. Thùng ở dƣới hoặc phải (lower or right tanks) ..................................................... 48
Hình 2.34. Thùng 2 đƣờng vào, 2 đƣờng ra (kích thƣớc 3x30x12) ........................................ 48
Hình 2.35. Thùng 1 đƣờng vào, 1 đƣờng ra (kích thƣớc 3x30x12) ........................................ 49
Hình 2.36. Thùng 2 đƣờng vào, 1 đƣờng ra............................................................................ 49
Hình 2.37. Mơ tả hoạt động của bộ làm mát sau tăng áp bằng chất lỏng ............................... 51
Hình 2.38. Thùng một đƣờng vào và một đƣờng ra (bộ làm mát bằng chất lỏng) ................. 52
Hình 2.39. Hệ thống ACIS ...................................................................................................... 55
Hình 2.40. Nguyên lý hoạt động của ACIS khi VSV ON ...................................................... 56
Hình 2.41. Nguyên lý hoạt động của ACIS khi VSV OFF..................................................... 57
Hình 3.1. Cơng ty TNHH Ơ tơ Isuzu Việt Nam ..................................................................... 62
Hình 4.1. Turbo tăng áp động cơ isuzu 4jA1-L. .................................................................... 71
Hình 4.2. Sơ đồ bố trí hệ thống tăng áp trên động cơ. ............................................................ 72
Hình 4.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp động cơ................................................................... 73
Hình 4.4. Sơ đồ pha phối khí kỳ nạp ..................................................................................... 73
Hình 4.5. Sơ đồ hệ thống thải động cơ 4JA1-L ..................................................................... 74
Hình 4.6. Sơ đồ pha phối khí kỳ thải ...................................................................................... 75
Hình 4.7Cấu tạo bộ xúc tác 3 thành phần. .............................................................................. 76
Hình 4.8. Cấu tạo vỏ giữa ....................................................................................................... 78
Hình 4.9. Kết cấu của bộ turbine tăng áp............................................................................... 79
Hình 4.10. Giản đồ máy nén ly tâm ....................................................................................... 80

Hình 4.11. Sơ đồ biến thiên các thơng số của dịng khí qua máy nén .................................... 81
Hình 4.12. Sơ đồ hoạt động của turbine hƣớng kính và tam giác tốc độ tại cửa vào và cửa ra
của bánh cơng tác .................................................................................................................... 83
SVTH: Chu Phƣơng Tồn – Nguyễn Minh Tuấn

8


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

Hình 4.13. Các phƣơng án bố trí cụm TB-MN. ..................................................................... 85
Hình 4.14. Kết cấu phần bao kín ........................................................................................... 86
Hình 4.15. Sơ đồ van giảm áp và bộ chấp hành .................................................................... 87
Hình 4.16. Bộ chấp hành......................................................................................................... 88
Hình 4.17. Hệ thống bơi trơn và làm mát turbine .................................................................. 89
Hình 4.18. Cấu tạo của bộ bù turbine tăng áp........................................................................ 90
Hình 4.19. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ bù turbine tăng áp. ......................................... 91
Hình 5.1. Các phƣơng pháp tăng áp trong động cơ đốt trong. ............................................... 94
Hình 5.1. Mơ phỏng hoạt động của tăng áp kiểu Root. .......................................................... 95
Hình 5.2. Mô phỏng hoạt động của tăng áp cánh gạt. ............................................................ 96
Hình 5.3. Mơ phỏng hoạt động tăng áp hỗn hợp mắc nối tiếp ngƣợc. ................................... 96
Hình 5.4. Mơ phỏng hoạt động tăng áp hỗn hợp mắc nối tiếp thuận. .................................... 97
Hình 5.5. Mơ phỏng hoạt động tăng áp hai tầng song song. .................................................. 97
Hình 5.6. Mơ phỏng hoạt động của mơ hình tăng áp bằng turbine. ....................................... 98
Hình 5.7. Mơ phỏng hoạt động của mơ hình tăng áp hỗn hợp mắc nối tiếp ngƣợc. .............. 98
Hình phụ lục.1. Bộ tăng áp điều khiển bằng điện tử ............................................................ 101
Hình phụ lục.2. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống tăng áp điều khiển điện tử ........... 102
Hình phụ lục.3. Cấu tạo hệ thống tăng áp điện ..................................................................... 103

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

9


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng kế hoạch ........................................................................................................ 13
Bảng 3.1. Sản phẩm của Công ty TNHH Ô tô Isuzu Việt Nam ............................................. 63
Bảng 3.2. Giới thiệu Isuzu Hi-Lander V-Spec ....................................................................... 65
Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật của động cơ 4JA1-L ................................................................. 67
Bảng 4.1. Đặc điểm bộ turbo tăng áp động cơ ISUZU 4JA1-L ............................................. 71

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

10


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

11


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

1.1.

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

Lý do chọn đề tài
Xe hơi hiện đại đòi hỏi những động cơ gọn nhẹ, hiệu suất động cơ, 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 đƣa vào buồng đốt.
Kỹ thuật tăng áp tuy đƣợc biết đến từ lâu nhƣng lại gặp những khó khăn khơng 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 đƣợc thiết kế cho các cỗ máy lớn, tốc độ chậm
hoặc với các mục đích đặc biệt nhƣ 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.
Để cải tiến và hoàn thiện hơn cho động cơ, ngành động cơ đốt trong cũng đã có
những nghiên cứu và chế tạo ra nhiều loại động cơ có tính năng ngày càng ƣu việt hơn. Một
phƣơng pháp hữu hiệu nhất để nâng cao công suất cho động cơ đƣợc sử dụng rộng rãi ngày
nay đó chính là sử dụng hệ thống tăng áp. Đây cũng chính là một phần đề tài mà chúng em
đã chọn để nghiên cứu và làm đồ án tốt nghiệp sau thời gian học tập tại Khoa Cơ Khí Động
Lực, Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. HCM.
Và để tiện lợi hơn trong việc nghiên cứu và học tập, chúng em có sử dụng phần mềm
hổ trợ cho việc thiết kế và mô phỏng các hoạt động của động cơ. Trong các công đoạn của
q trình sản xuất cơ khí và mơ phỏng thì sự tiện ích của các phần mềm hỗ trợ thực sự có vai

trị đóng góp hết sức to lớn. Nó giúp cho việc học tập và nhìn nhận vấn đề một cách tốt nhất
thông qua việc mô phỏng các hoạt động của động cơ.
Vì vậy chúng em đã chọn tìm hiểu về “Tăng áp động cơ đốt trong” để làm đề tài tốt
nghiệp. Nó giúp cho chúng em hiểu sâu hơn về hoạt động tăng áp của động cơ bằng cách sử
dụng phần mềm để mô phỏng.
1.2.

Mục tiêu nghiên cứu:
Do điều kiện và thời gian hạn hẹp cũng nhƣ trình độ chun mơn, ngoại ngữ và kinh

nghiệm cịn hạn chế nên ngƣời thực hiện đề tài chỉ tập trung nghiên cứu một số nội dung
sau:
 Tìm hiểu các hệ thống tăng áp trong động cơ đốt trong.
SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

12


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

 Tìm hiểu tăng áp điều khiển bằng điện tử.
 Tìm hiểu hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-L trên xe Isuzu Hilander V-Spec (2013).

1.3.

Phƣơng pháp nghiên cứu:
Đề tài đƣợc hồn thành trên cơ sở nhóm đã kết hợp nhiều phƣơng pháp nghiên cứu,

trong đó đặc biệt là phƣơng pháp tham khảo, thu thập tài liệu, học hỏi những kinh nghiệm
của thầy cô, bạn bè và đặc biệt là giảng viên hƣớng dẫn,... Từ đó tìm ra những ý tƣởng mới
để hình thành đề cƣơng của đề tài cũng nhƣ cách thiết kế mô phỏng.
1.4.

Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu
ĐTNC : Công dụng và chức năng của phần mềm Flash
KTNC : Hoạt động tăng áp động cơ

1.5.

Kế hoạch thực hiện:

Kế hoạch thời gian:
- Nhận đề tài : 10/2016
- Hoàn thành đề tài : 13/02/2017
Bảng 1.1. Bảng kế hoạch
Nội dung cơng việc
1. Nhận đề tài và tìm hiểu
đề tài
2. Thu thập tài liệu có liên
quan
3. Nghiên cứu và thực hiện
mô phỏng
4. Biên soạn đồ án

Tháng
10/2016

11

12

01/2017

02

X
X

X

X

X

X

X

X

5. Chỉnh sửa
6. Hoàn thành

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

X
X

X
X

13


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

CHƢƠNG 2
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

14


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

2.1.

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

Mục đích của tăng áp động cơ

2.1.1. Định nghĩa tăng áp
Tăng áp là biện pháp tăng khối lƣợng khơng khí nạp vào xilanh bằng cách tăng khối
lƣợng riêng của khơng khí. Muốn vậy, phải tiến hành nén môi chất nạp trƣớc khi vào xilanh,
tức là tăng áp suất của mơi chất nạp.

2.1.2. Mục đích tăng áp
Nhằm mục đích tăng cơng suất cho động cơ đốt trong ngƣời ta phải tìm cách tăng
khối lƣợng nhiên liệu cháy ở cùng một đơn vị dung tích xilanh trong một đơn vị thời gian,
tức là tăng lƣợng nhiệt phát ra trong một khơng gian và thời gian cho trƣớc.
Mục đích cơ bản của tăng áp cho động cơ đốt trong là làm tăng công suất nhƣng đồng
thời tăng áp cũng cải thiện đƣợc một số chỉ tiêu sau:
-

Giảm thể tích tồn bộ của ĐCĐT ứng với một đơn vị công suất;

-

Giảm trọng lƣợng riêng của toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất;

-

Giảm giá thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất;

-

Hiệu suất của động cơ tăng, đặc biệt là khi tăng áp TB khí, do đó suất tiêu hao nhiên
liệu giảm;

-

Có thể làm giảm lƣợng khí thải độc hại;

-

Giảm độ ồn của động cơ.

2.2.

Phân loại hệ thống tăng áp
Dựa vào nguồn năng lƣợng để nén khơng khí trƣớc khi đƣa vào động cơ, ngƣời ta

chia tăng áp cho động cơ thành hai nhóm:
 Tăng áp có MN;
 Tăng áp khơng có MN.

SVTH: Chu Phƣơng Tồn – Nguyễn Minh Tuấn

15


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

Hình 2.1. Các phương pháp tăng áp trên động cơ đốt trong

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

16


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

2.2.1. Các loại tăng áp có máy nén
2.2.1.1.

Tăng áp cơ khí (Supercharger)

Hình 2.2. Bộ tăng áp cơ khí (Supercharger)
Tăng áp cơ khí là một thiết bị làm tăng áp suất dịng khí nạp vơ buồng đốt của động
cơ.
Các loại MN đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp tăng áp cơ khí có thể là MN kiểu
piston, kiểu root, kiểu trục xoắn, kiểu li tâm, hoặc kiểu hƣớng trục, đƣợc dẫn động từ trục
khuỷu của động cơ.

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

17


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

Hình 2.3. 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.
Bộ tăng áp cơ khí đƣợc đặt trên động cơ đƣợc dẫn động bằng trục khuỷu thơng qua
một bộ truyền đai với puly. Khí nạp qua bộ tăng áp cơ khí sẽ đƣợc nén lại bởi bánh công tác
(kiểu bơm ly tâm) hoặc cánh quạt quay (kiểu bơm cánh gạt) hoặc là Roto đối lập (kiểu bơm
trục vít) sau đó khí nạp sẽ đƣợc nạp vào buồng đốt.
 Các loại bơm dùng trong tăng áp cơ khí (Supercharger):
 Bơm ly tâm:

MN ly tâm dùng hoạt động quay bánh cánh quạt để tạo ra lực ly tâm lên mơi chất lạnh
bên trong buồng nén (hình xoắn ốc). Không nhƣ những thiết kế khác, MN ly tâm khơng hoạt
động dựa trên ngun lý thể tích mà đã cố định lƣu lƣợng buồng. MN ly tâm thích hợp để
nén môi chất với lƣu lƣợng lớn và áp suất thấp. Lực nén đƣợc tạo ra bởi bánh cánh quạt thì
nhỏ cho nên hệ thống dùng MN ly tâm thƣờng sử dụng 2 hay nhiều cấp (nhiều bánh cánh
quạt) trong chuỗi để tạo ra lực nén cao. MN ly tâm thỏa mãn thiết kế đơn giản, ít bộ phận
chuyển động và hiệu quả năng lƣợng khi hoạt động ở chế độ đa cấp.

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

18


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

Hình 2.4. Cấu tạo bơm ly tâm
 Bơm cánh gạt

Hình 2.5. Cấu tạo bơm cánh gạt
1-Rotor; 2-Stator; 3-Khoang chứ chính; 4-Cánh;
Khi rotor 1 đặt lệch tâm so với rotor 2 một khoảng là e quay theo chiều kim đồng hồ
thì các cánh 4 sẽ ln tỳ cạnh ngoài vào thành trong của rotor 2 nhờ lực ly tâm. Dung tích

SVTH: Chu Phƣơng Tồn – Nguyễn Minh Tuấn

19

GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

khoang 3 chứa đầy khí vừa hồn thành quá trình hút sẽ bắt đầu quá trình nén cho tới khi
cánh phía trƣớc tới cửa đẩy.
 Bơm trục vít

Hình 2.6. Ngun lý hoạt động bơm trục vít
MN trục vít dùng một cặp roto xoắn ốc hoặc trục vít ăn khớp với nhau để nén môi
chất lạnh giữa chúng. Chúng có thể tao ra áp suất cao với lƣợng mơi chất nhỏ và tiêu thụ ít
năng lƣợng hơn MN piston. MN trục vít cần chi phí đầu tƣ ban đầu ít đến trung bình cũng
nhƣ là bảo trì và ít bộ phận chuyển động. Tuy nhiên, MN trục vít gặp khó khăn ở những mơi
trƣờng hoạt động ơ nhiễm, tốc độ quay cao và vòng đời kỳ vọng thấp hơn các thiết kế khác.
 Bơm Piston.

Hình 2.7. Hoạt động của bơm Piston.
Chuyển động qua lại của piston dựa vào ngoại lực nén môi chất lạnh bên trong
xylanh. MN piston có chi phí ban đầu thấp và đơn giản, dễ thiết kế – lắp đặt. Chúng có cơng
SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

20


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

suất đầu ra lớn và có thể có đạt đƣợc áp suất cao. Tuy nhiên, MN piston có chi phí bảo trì
cao, tiềm ẩn vấn đề về rung động và không đƣợc thiết kế để chạy liên tục ở cơng suất tải

đầy.
 Bơm Roots.

Hình 2.8. Mơ tả hoạt động của bơm root.
Bơm kiểu root gồm có 2 hoặc 3 cánh quạt (piston có dạng hình số 8), các piston đó
đƣợc quay đồng bộ bằng truyền động ở ngồi thân máy và trong q trình quay tiếp xúc với
nhau. Nhƣ vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa 2 piston, khe hở giữa phần
quay và thân máy.
Bơm kiểu root tạo ra áp suất không phải theo ngun lý thay đổi thể tích, mà có thể
gọi là sự nén từ dịng phía sau. Điều đó có nghĩa là, khi rotor quay đƣợc một vịng, thì vẫn
chƣa tạo ra áp suất trong buồng đẩy, đến khi rotor quay vịng thứ 2, thì lƣu lƣợng đó đẩy vào
dòng lƣu lƣợng ban đầu và cuối cùng mới vào buồng đẩy. Với nguyên tắc hoạt động này,
dẫn đến tiếng ồn tăng lên.
Với phƣơng pháp tăng áp cơ khí, chất lƣợng khởi động và tăng tốc động cơ tốt, vì
lƣợng khơng khí cấp cho động cơ trong một chu trình phụ thuộc vào vịng quay trục khuỷu
mà khơng phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải. Tuy nhiên, đối với tăng áp cơ khí, năng lƣợng
SVTH: Chu Phƣơng Tồn – Nguyễn Minh Tuấn

21


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

tiêu hao để dẫn động MN tăng lên, nên làm giảm hiệu suất, làm giảm tính kinh tế của động
cơ.
2.2.1.2.

Động cơ tăng áp bằng turbine khí (Turbocharger)

Hình 2.9. Mô tả hoạt động của động cơ tăng áp bằng turbine khí.
Tăng áp bằng TB khí: là biện pháp tăng áp mà MN đƣợc dẫn động nhờ TB tận dụng
năng lƣợng khí thải của động cơ đốt trong.
Khí xả của ĐCĐT có nhiệt độ và áp suất rất cao nên nhiệt năng của nó tƣơng đối lớn.
Muốn khí thải sinh cơng, nó phải đƣợc giãn nở trong một thiết bị để tạo ra cơng cơ học. Nếu
để nó giãn nở trong xi lanh của ĐCĐT thì dung tích của xilanh sẽ rất lớn, làm cho kích thƣớc
của ĐCĐT quá lớn, nặng nề. Điều này mặc dù làm tăng hiệu suất nhiệt nhƣng tính hiệu quả
đƣợc đánh giá bằng giá trị áp suất trung bình sẽ rất nhỏ. Để tận dụng tốt năng lƣợng khí xả,
ngƣời ta cho nó giãn nở đến áp suất môi trƣờng và sinh công trong các cánh của TB.

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

22


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

 Cấu tạo bộ turbine khí
TB tăng áp bao gồm: Khoang TB, khoang nén khí, khoang trung tâm, bánh TB, bánh
nén khí, các ổ trục tự lựa hồn tồn, van cửa xả, bộ chấp hành.

Hình 2.10. Cấu tạo bộ turbine tăng áp
Bánh TB và bánh nén khí đƣợc lắp trên cùng một trục. Khi bánh TB quay với tốc độ
cao nhờ có áp suất của luồng khí xả thì bánh nén khí cũng quay theo và nén khơng khí vào
xylanh.

SVTH: Chu Phƣơng Tồn – Nguyễn Minh Tuấn

23


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

Bánh TB phải chịu đƣợc nhiệt độ và có độ bền cao vì nó tiếp xúc trực tiếp với khí xả,
quay với tốc dộ cao và trở nên rất nóng. Bởi vậy, nó đƣợc làm bằng hợp kim siêu chịu nhiệt
hoặc gốm.

Hình 2.11. Mơ tả hoạt động của bánh turbine và bánh nén khí
 Khoang trung tâm
Khoang trung tâm đỡ bánh TB và bánh nén khí thơng qua trục của chúng.
Trong khoang trung tâm có đƣờng dẫn dầu để bôi trơn và làm mát cho trục và các ổ
trục.
Nƣớc làm mát động cơ cũng đƣợc tuần hoàn qua kênh làm mát trong khoang trung
tâm để nhiệt độ dầu động cơ không bị tăng lên và tránh hủy hoại dầu.

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

24


GVHD: GVC - ThS. Nguyễn Tấn Quốc

Chun đề tăng áp động cơ đốt trong

Hình 2.12. Cấu tạo khoang trung tâm bộ turbine tăng áp

 Các ổ tự lựa hoàn toàn
Các bánh TB và nén khi chạy với tốc độ đến 100.000 v/ph, vì thế phải sử dụng các ổ
trục tự lựa hoàn toàn để đảm bảo hấp thụ các rung động của trục và bôi trơn trục.
Những ổ trục này đƣợc bôi trơn bằng dầu động cơ; quay tự do giữa trục và vỏ hộp;
nhằm giảm ma sát, cho phép trục quay với tốc độ cao.

SVTH: Chu Phƣơng Toàn – Nguyễn Minh Tuấn

25