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

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 luôn được hoàn 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, nguyên 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 thông 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.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: Đồ án động cơ đốt trong

Tìm hiểu công 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

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 công 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; mô 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)

Số thứ tự nhóm: Lớp: 20DOTC2

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

Môn học: Đồ án động cơ đốt trong

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

Thông tin đánh giá:

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

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 công 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)

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 môn học; Điểm quá 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 quá 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)

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

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 công 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

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 còn đồng hành cùng chúng em hoàng 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 luôn 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.

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 vòng quay động cơ dưới 1500 vòng/phút 16

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

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

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 luôn được hoàn 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, nguyên 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 thông 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.

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 môi chất, qua đó làm tăng mật độ của không 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 không 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 không khí vào các buồng đốt gồm có tuabin và bộ nén để làm tăng sức mạnh động cơ Không 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

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 không 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 ô tô có khả năng sử dụng lại một phần nguồn khí thải trong quá trình nén khí, qua đó lọc được nhiều không 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 vòng tua lớn để đủ lượng khí xả cho hệ thống tăng áp hoạt động Vì không 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

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 không khí sạch đưa qua cổ hút vào lại buồng đốt

Ngoài ra, Turbin 2 quay tạo ra luồng gió xoáy giúp trộn đều hỗn hợp không 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, ngoài ra nó còn nhận trực tiếp khí xả nên nhiệt độ tỏa ra từ bộ tăng áp là cực kỳ nóng, nó gây giãn nở không 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 không 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 không có cửa xả này động cơ sẽ phát nổ khi áp suất vượt ngưỡng.

2.6 Mục đích tăng áp

Giảm thể tích toàn 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 ngoài.

Giảm tiếng ồn của động cơ.

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 công suất và mô 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 công 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 môi chất, qua đó làm tăng mật độ không 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

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

3.4.2 Nguyên lý hoạt đông của Bi – Turbo

Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay động cơ dưới 1500 vòng/phút Lúc này turbo nhỏ hoạt động Quá trình nạp diển ra, không khí được đưa từ ngoài 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 không khí được đưa vào turbo nhỏ một lần nữa để tăng áp sau đó không 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 thông qua đường ống thải của turbo nhỏ làm quay tuabin nhờ trục nối giữa hai tuabin nên không khí được nén khi đưa vào bên trong buồn đốt Lượng khí thải thoát 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 không làm nén không khí được do tốc độ khí thải giàm khi qua tuabin nhỏ.

Hình 3 3 Động cơ hoạt động ở số vòng 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 Không khí được đưa từ ngoài 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 không khí được đưa vào

turbo nhỏ một lần nữa để tăng áp Sau đó không khí được làm mát một lần nữa nhờ hệ thống làm mát và đưa vào bên trong buồn đốt Quá trình thải diển ra do số vòng 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 không 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 không khí được đưa từ ngoài 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 không khí được truyền trực tiếp vào động cơ nhờ van trên đường ống nạp mở ra Quá trình thải do số vòng quay quá lớn khi thải thoát ra với vận tốc cao, van trên đường ống thải mở ra hoàn toàn 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 thoát ra quá nhanh làm quá trình nén không 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.