Thảo luận Turbocharger

[Raubac]

Xe hơi hiện đại đòi hỏi những động cơ gọn nhẹ, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao, công suất và mô-men xoắn lớn. Để đáp ứng các tiêu chuẩn này, tăng áp là giải pháp phổ biến hiện nay. Đây là kỹ thuật nâng cao áp suất của hỗn hợp nhiên liệu khi đưa vào buồng đốt.

Động cơ xăng ra đời vào năm 1876. 9 năm sau Gottlieb Daimler đã phát minh ra kỹ thuật tăng áp suất nạp nhiên liệu cho nó (bằng phát minh DRP 34926). Ngay trong quá trình thiết kế chiếc động cơ diesel đầu tiên, Rudolf Diesel đã đăng ký phát minh số DRP 95680 về tăng áp cho cỗ máy chạy bằng dầu này.
Có 2 giải pháp tăng áp chủ yếu là: thay đổi thể tích ống nạp và dùng máy nén. Giải pháp thứ nhất có hiệu quả rất cao, nó lợi dụng dao động cộng hưởng của dòng khí trên đường nạp để tăng áp suất hỗn hợp nhiên liệu đưa vào buồng đốt, ở thời điểm xu-páp nạp đóng lại.

Hình 1 giới thiệu kết cấu ống nạp 2 cấp của động cơ Opel Astra: Khi tốc độ tua lớn, van V mở ra khiến đường nạp ngắn lại (từ B đến buồng đốt), còn ở chế độ thường hỗn hợp nhiên liệu đi quãng đường dài hơn (từ A đến buồng đốt). Vẫn trên nguyên tắc này, các chuyên gia còn chế tạo loại động cơ có chiều dài ống nạp thay đổi 3 cấp

(hình 2: ống nạp 3 trạng thái của động cơ xăng Audi V8) hoặc thay đổi liên tục như máy diesel N62B44 lắp trên xe BMW 745 (hình 3).

Thiết kế tăng áp bằng máy nén có thể dùng bơm cơ khí hoặc turbin khí tận dụng năng lượng của đường xả.

Máy nén cơ khí chạy bằng lực kéo trích ra từ trục động cơ, do vậy nó cũng tiêu tốn một phần động năng có ích. Thiết kế này được áp dụng trên động cơ xăng M271KE của Mercedes C200 model 2002.

Turbin khí tăng áp vận hành bằng năng lượng thừa trên đường xả của động cơ. Cơ cấu này nén hỗn hợp nhiên liệu qua két làm mát, trộn với 1 phần khí xả và đưa chúng trở lại buồng đốt.

Hình 4 là thiết kế tăng áp của động cơ diesel OM-660 của Mercedes lắp trên xe Smart. Cỗ máy này chỉ gồm 3 xi-lanh tổng dung tích 799 cc, tăng nạp bằng turbin khí, hệ thống phun nhiên liệu common rail. Quy trình hoạt động như sau: Phần lớn khí xả được đưa qua để vận hành turbin trước khi thải ra ngoài. Bánh công tác của turbin chỉ có đường kính 31 mm và quay với vận tốc 290.000 vòng/phút, áp lực nén của nó lên tới 2,2 kg/cm2. Không khí mới (màu xanh) được hút vào qua bầu lọc khí và bị máy nén làm nóng lên tới gần 100 độ C, luồng khí này được đưa qua két làm mát và trộn với một phần khí xả (màu đỏ) trước khi vào buồng đốt. Việc tăng áp suất nạp hỗn hợp nhiên liệu vào buồng đốt giúp động cơ đạt được công suất và hiệu suất rất cao.
So sánh hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu
của động cơ xăng tăng áp và không tăng áp có cùng thông số kỹ thuật:

Vào những năm 1970, chỉ tiêu công suất/lít trung bình của động cơ chỉ đạt khoảng 60 mã lực/lít. Kỹ thuật tăng áp tuy được biết đến từ lâu nhưng lại gặp những khó khăn không nhỏ khi phải đối mặt với vấn đề gia tăng áp suất, nhiệt độ của động cơ và hỗn hợp nhiên liệu. Đó chính là lý do khiến hệ thống này ban đầu chỉ được thiết kế cho các cỗ máy lớn, tốc độ chậm hoặc với các mục đích đặc biệt như quân sự, hàng không... Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ vật liệu, cơ khí và điện tử, cơ cấu tăng áp đã có mặt trong nhiều lĩnh vực, trên nhiều chủng loại động cơ. Đến năm 2000 chỉ số công suất/lít trung bình của động cơ đã đạt tới 121 mã lực/lít nhờ những kỹ thuật tăng áp tiên tiến. Không chỉ nâng cao hiệu suất và công suất động cơ, giải pháp này còn giúp cắt giảm đáng kể lượng khí thải độc hại với môi trường.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động

(Nguồn Raubac-otoxm)

 

[HUYNHC240Tài khoản đã xác minh]

Kỹ thuật này em thấy bọn mẹc sờ đẹc hay dùng. Ví dụ như C 180 kompressor

 

[pickup4wdTài khoản đã xác minh]

Em hầu như chỉ thấy xe động cơ DIESEL là sử dụng hệ thống TURBO này. Tại VN rất nhiều lái xe hình như toàn nhầm lẫn về TURBO, họ nhầm là xe với bộ phun xăng điện tử ( EFI) là TURBO và nói rằng đó là xe TURBO, mà theo em hiểu thì TURBO là hệ thống quạt nén khí nạp sử dụng khí thải động cơ để chạy quạt nén khí

 

[CAMELTài khoản đã xác minh]

Tuborcharge hay Supercharge đều để tăng áp khí nạp
Turbocharge sử dụng khí thải của động cơ dể chạy turbin nén khí , các đông cơ diesel công suất lớn thường dùng turbo như trong hình cuối của bác Râu bạc.
Còn Supercharge hay như Mercedes gọi là Kompressor thì quạt nén chạy nhờ môtơ điện

 

[NAKIOTài khoản đã xác minh]

Cám ơn Bác râu ko đen ... Bài hay quá ...

mấy cái tubor charge này thường phải đi kèm với Intercooler mới cho hiệu quả cao phải hông Các Bác ... Em thấy nói thế mờ ko hiểu cụ tỷ nó làm răng hở các Pác ???

 

[pickup4wdTài khoản đã xác minh]

Em nhớ có 1 thông tin thế này:
xe Ssangyong ( mekong) buồng đốt phân cách loại buồng đốt 2,5 lít Diesel có công xuất là 76HP.
xe Turbodaily Iveco ( FIAT) buồng đốt cũng 2,5 lít Diesel nhưng được lăpớ thêm Turbocharger. thì công xuất lên đến 115HP . Bác nào biết kiểm chứng lại hộ em. Còn với công nghệ làm lạnh khí nạp thì nó cũng tăng lên được một chút nữa là bao nhiêu em không biết dù đang sử dụng 1 em 2,5lit Turbo Intercooler.

 

[hailua_dichat]

Cám ơn Bác râu ko đen ... Bài hay quá ...

mấy cái tubor charge này thường phải đi kèm với Intercooler mới cho hiệu quả cao phải hông Các Bác ... Em thấy nói thế mờ ko hiểu cụ tỷ nó làm răng hở các Pác ???

yeah , bác!!! cái công nghệ intercooler này nó mới phát triển ít năm gần đây thôi, còn tăng áp thì xài từ lâu rồi

nôm na là :
muốn tăng công suất máy, cần tăng lượng nhiên liệu được đốt cháy hòan haỏ trong buồng đốt. Đối với nhiên liệu lỏng việc cung cấp thêm vào trong buồng đốt khá đơn giản chỉ có gặp vấn đề ở chỗ :

Chúng ta đều biết sự cháy chỉ có thể hòan hảo khi nhiên liệu cháy được cung cấp đủ luợng Oxi cần thiết, tất cả các động thái tăng áp hoặc làm lạnh khí nạp , chỉ có vậy. còn việc áp dụng công nghệ nào thì tùy theo truyền thống và khả năng của từng hãng SX

Riêng với nhiên liệu là xăng hoặc những sản phẩm nhẹ hơn xăng , thì vì khả năng tự bốc cháy dưới áp suất cao là lớn (hiện tượng cháy kích nổ) nên việc tăng áp thường phải được tính tóan rất kỹ hơn nhiều so với việc làm mát dòng khí nạp đưa vào buồng đốt!!!nếu có bác nào có ý định tăng công suất cho máy thì cũng lưu ý thêm chi thiết này trước khi quyết định độ xe!!!

 

[tuandq]

Cám ơn Bác râu ko đen ... Bài hay quá ...

mấy cái tubor charge này thường phải đi kèm với Intercooler mới cho hiệu quả cao phải hông Các Bác ... Em thấy nói thế mờ ko hiểu cụ tỷ nó làm răng hở các Pác ???

Sau đây là định nghĩa về Intercooler trên Wikipedia (http://en.wikipedia.org/wiki/Intercooler)

Intercooler là thiết bị làm mát sử dụng ở những động cơ đốt trong có turbocharged và supercharged nhằm làm tăng lượng không khí nạp vào buồng đốt, qua đó làm tăng công suất động cơ. Tiền tố "inter" trong tên intercooler dùng để mô tả vị trí của nó trong hệ thống nén, trong động cơ máy bay, bộ làm mát thường được lắp xen vào hệ thống nén (supercharged) nhiều giai đoạn. Nhiều động cơ hiện đại được thiết kế với bộ phận làm mát gắn ở cuối chuỗi nén với tên gọi ban đầu là aftercooler nhưng tên này đã không còn được sử dụng nữa.

Turbocharger và supercharger nén khí nạp, do đó làm cho cho nó nóng lên. Khí nóng lại có mật độ thấp hơn khí lạnh, vì thế lượng khí nạp vào buồng đốt sẽ ít hơn. Bằng cách làm lạnh khí sau khi nén, lượng khí có thể nạp nhiều hơn nhờ thế làm tăng công suất động cơ. Ngoài ra, việc làm lạnh còn làm tăng tỷ số nén vì làm giảm được hiện tượng tự kích nổ trong buồng đốt.

(Tuandq: Mấy cái tác dụng này tương đương với việc sử dụng NOS nhưng rẻ tiền hơn và có vận hành liên tục).

Có nhiều cách để làm mát không khí nạp. Thiết kế thông dụng nhất là sử dụng không khí, dầu hoặc chất lỏng làm lạnh. Nhưng đã có một số hệ thống cải tiến, ví dụ charge cooler, với bản chất sử dụng nước để làm lạnh khí nạp rồi nước này lại được làm lạnh bằng những hệ thống tản nhiệt thứ cấp. Việc cải tiến này làm cho hệ thống nặng và phức tạp hơn nhưng lại có ưu điểm là việc bố trí phần còn lại của động cơ đơn giản hơn

Hệ thống intercoolers cần được bố trí để tăng tối đa hiệu quả làm lạnh. Những xe nhưng Saab hoặc Mitsubishi Lancer Evolution gắn hệ thống intercooler ở phía đầu xe gần cản trước cùng với hệ thống làm mát động cơ. Ngược lại, một số xe như Subaru Impreza WRX gắn intercooler lên nóc động cơ và khoét các lỗ trên nóc capo để lấy khí làm lạnh. Một số xe World Rally Championship lại sử dụng ống dẫn khí từ đầu xe lên hệ thống intercooler nằm ngang và thoát khí qua những lỗ trên nắp capo.

Đây là sơ đồ của hệ thống động cơ có bộ tăng áp.

Như vậy, khí nạp sẽ phải đi qua máy nén rồi theo hệ thống ống dẫn màu xanh để đi vào xi lanh. Rõ ràng phần thể tích ống từ máy nén đến xi lanh là không đổi tính bằng l mà ta có thể tạm gọi là V. Lưu lượng không khí nạp được tính đơn vị l/s tạm gọi là a. Tốc độ vòng quay của động cơ có thể xác định trước nên có thể tính được thời gian để thực hiện một chu kỳ nạp tạm gọi là t.

Như vậy, nếu không có máy nén, ta có thể dễ dàng tính được lưu lượng không khí đi vào xi lanh: a = V x 1/ t .
Tiếp theo, một đơn vị khối lượng không khí (khoảng 29g) trong điều kiện tiêu chuẩn (25 độ C, 1 atm) có thể tích 22.4l. Như vậy có thể dễ dàng tính được khối lượng không khí, tính bằng gam, được nạp vào động cơ trong 1 s tạm gọi là m = a /22.4 *29. Và công suất động cơ được sinh ra được tính dựa vào khối lượng không khí này cùng với một khối lượng nhiên liệu tương ứng. Ví dụ, động cơ 3.6 l V-8 trên xe Ferrari 360 Modena tạo ra công suất 395hp ở tốc độ 8500 rpm. Động cơ này sẽ đòi hỏi 13,700 l, hoặc khoảng 37 pound (16.783 g) không khí mỗi phút.

Khi sử dụng máy nén, một khối lượng không khí bằng 1.5 lần khối lượng không khí thông thường sẽ được đưa vào xi lanh trong một chu kỳ nạp sinh ra áp suất 1.5 atm vì thế lưu lượng không khí a trong trường hợp này (với cùng tốc độ vòng quay động cơ) cũng chỉ đạt được tối đa là 1.5 lần lưu lượng trong trường hợp trước. Tuy nhiên, do việc nén không khí loại tỏa nhiệt dẫn đến việc khối không khí nóng lên, giãn nở ra và làm tăng áp suất nên khối lượng không khí nạp vào sẽ nhỏ hơn 1.5 lần thông thường. Vì vậy, bắt buộc phải có bộ làm mát khí nạp (intercooler) để giảm bớt sự tăng áp suất do sự nóng lên của khí nạp vì nếu không thì hiệu quả mang lại sẽ không cao, thậm chí còn kém hơn thông thường (nói một cách định tính vì để tính toán cụ thể phức tạp lắm ).

Vậy nên, việc tăng công suất động cơ bằng bộ tăng áp có giới hạn của nó là bằng khoảng 1.5 lần thông thường. Nếu muốn tăng thêm nữa thì chỉ còn cách tăng tốc độ vòng quay động cơ. Đó chính là phương pháp đã áp dụng trên động cơ F1 (không được lắp bộ tăng áp) với tốc độ vòng quay lên đến 20.000 rpm so với khoảng 7.000 rpm trên động cơ thông thường.

 

[OF-Brake]

Cám ơn Bác Tuấn đu quay, Bài viết rất hay và rễ hiểu ...(y) (y) (y) (y) (y)

 

[chakuchak]

Thế này phải không các bác?

 

[NAKIOTài khoản đã xác minh]

Cái này hình như là SuperCharger bác ạ .

Để độ xe tăng công xuất người ta hay chọn phương án lắp thêm SuperCharger thay cho việc TuborCharger (thường được lắp từ nhà SX) vì đơn giản hơn cho việc nâng cấp.

 

[havt77]

Đề tài thú vị quá , tôi có một thắc mắc :
Khi động cơ quay ở những vòng quay khác nhau , Quạt Turbo hiển nhiên cũng có vận tốc khác nhau vì chúng nhận động năng từ khí thải , vậy thì :
- Việc họat động của Turbo có khống chế hay điều khiển độc lập với vòng quay của động cơ xe được hay không ? Nếu điều đó khả thi , thì họ làm như thế nào , hay là cứ khi tua máy cao thì Turbo chạy mạnh , còn khi nặng tải hay là khi leo dốc , máy bị trì hãm thì Turbo lại yếu đi ???Như vậy có vẻ không hợp lý mấy !!!
...bác nào biết giải thích tiếp giùm ..rất trông ngóng !

 

[tuandq]

Đề tài thú vị quá , tôi có một thắc mắc :
Khi động cơ quay ở những vòng quay khác nhau , Quạt Turbo hiển nhiên cũng có vận tốc khác nhau vì chúng nhận động năng từ khí thải , vậy thì :
- Việc họat động của Turbo có khống chế hay điều khiển độc lập với vòng quay của động cơ xe được hay không ? Nếu điều đó khả thi , thì họ làm như thế nào , hay là cứ khi tua máy cao thì Turbo chạy mạnh , còn khi nặng tải hay là khi leo dốc , máy bị trì hãm thì Turbo lại yếu đi ???Như vậy có vẻ không hợp lý mấy !!!
...bác nào biết giải thích tiếp giùm ..rất trông ngóng !

Nếu là loại turbo charge thì quay bằng luồng khí thải động cơ nên hiển nhiên sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ (loại super charge quay bằng dẫn động trực tiếp từ động cơ nên cũng vậy).

Để khắc phục nhược điểm này một số nhà sản xuất đã chế tạo ra bộ turbo charge với nhiều cánh quạt có kích cỡ khác nhau. Khi tốc độ động cơ thấp sẽ nén bằng cánh quạt nhỏ, tốc độ cao hơn là cánh quạt lớn hơn. Nhờ đó quạt sẽ không bị tốc độ quá cao gây ảnh hưởng đến độ bền mà vẫn phát huy hiệu quả.

 

[Niva4WD]

Turbo Charge (T/C) thì dùng luồng khí xả để quay máy nén, vì vậy chỉ khi đạt đến vòng quay nào đấy thì mới có tác dụng tăng áp khí nạp và tăng công suất. Bác nào lái xe có T/C để ý một chút sẽ thấy, đặc biệt là độ vọt ở tốc độ cao, không ì như xe dầu không có T/C.
Compressor là nén bằng máy nén riêng, nên không phụ thuộc vòng quay máy, công suất được tăng từ vòng quay nhỏ. Thế nên chỉ Mẹc mới xài.

 

[nhatchithien]

Cho em hỏi ở VN muốn làm cái này thì làm ở đâu hở các bác?

 

[ZippoTài khoản đã xác minh]

Cái này em hỏi lâu lắm rồi chửa có ai trả nhời :s :s :s :s

Cho em hỏi ở VN muốn làm cái này thì làm ở đâu hở các bác?

 

[Premacy]

đọc mấy thông tin ở trên nghe phê quá, các bác cho em hỏi em muốn độ công suất con xe Pre của em thì làm ở đâu ? độ tin cậy ntn nhé ? cám ơn các bác trước.

 

[kar]

Đồng chí Mypt muốn xe lên bao nhiêu ngựa nữa mà cứ hỏi mãi thía? Chả ở đâu làm cho bác đâu, hay bác qua chỗ Âu Mỹ cho thợ nó mổ thịt rồi anh em ta tìm kiếm giải fáp nhể (xoáy tăng dung tích xi lanh, xài cổ hút, xả, lớn hơn và tăng tiết diện xu páp nghe có vẻ khả thi he he)

 

[cup 81]

Thế cái này gọi là cái giề các bác nhỉ?

 

[ZippoTài khoản đã xác minh]

Cái này gọi là đánh bóng mạ kền