Động cơ ô tô tăng áp là gì?

Động cơ tăng áp

Động cơ tăng áp. Nhiệm vụ tăng công suất và mô-men xoắn của động cơ luôn có liên quan. Công suất động cơ liên quan trực tiếp đến sự dịch chuyển của các xi lanh và lượng hỗn hợp không khí-nhiên liệu cung cấp cho chúng. Có nghĩa là, càng đốt cháy nhiều nhiên liệu trong xi lanh thì bộ nguồn càng phát huy được nhiều công suất. Tuy nhiên, giải pháp đơn giản nhất là tăng công suất động cơ. Sự gia tăng khối lượng làm việc của nó dẫn đến sự gia tăng kích thước và trọng lượng của cấu trúc. Lượng hỗn hợp làm việc được cung cấp có thể tăng lên bằng cách tăng tốc độ quay của trục khuỷu. Nói cách khác, việc thực hiện nhiều chu kỳ làm việc hơn trong các xi lanh trên một đơn vị thời gian. Nhưng sẽ có những vấn đề nghiêm trọng liên quan đến việc tăng lực quán tính và tăng mạnh tải trọng cơ học lên các bộ phận của bộ nguồn, dẫn đến giảm tuổi thọ của động cơ.

Hiệu suất động cơ Turbo

Cách hiệu quả nhất trong tình huống này là sức mạnh. Hãy tưởng tượng hành trình nạp của động cơ đốt trong. Động cơ khi hoạt động như một máy bơm cũng rất kém hiệu quả. Ống dẫn khí có bộ lọc không khí, đường ống nạp uốn cong, động cơ xăng cũng có van tiết lưu. Tất cả điều này, tất nhiên, làm giảm lượng đầy của xi lanh. Để tăng áp suất ngược dòng của van nạp, nhiều không khí sẽ được đưa vào xi lanh. Việc tiếp nhiên liệu cải thiện mức nạp mới trong xi lanh, cho phép chúng đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn trong xi lanh và do đó có được nhiều công suất động cơ hơn. Ba kiểu khuếch đại được sử dụng trong động cơ đốt trong. Cộng hưởng sử dụng động năng của lượng không khí trong ống nạp. Trong trường hợp này, không cần sạc / tăng cường thêm. Cơ khí, trong phiên bản này máy nén được dẫn động bằng dây curoa động cơ.

Tua bin khí hoặc động cơ turbo

Tuabin khí hoặc tuabin tăng áp, tuabin được dẫn động bởi dòng khí thải. Mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng, điều này quyết định lĩnh vực áp dụng. Ống nạp cá nhân. Để làm đầy xi lanh tốt hơn, áp suất phía trước van nạp phải được tăng lên. Trong khi đó, áp lực tăng nói chung là không cần thiết. Chỉ cần nâng nó lên tại thời điểm đóng van và nạp thêm một phần không khí vào xi lanh. Đối với sự tích tụ áp suất trong thời gian ngắn, một sóng nén truyền dọc theo đường ống nạp khi động cơ đang chạy là lý tưởng. Chỉ cần tính toán chiều dài của đường ống là đủ để sóng phản xạ nhiều lần từ các đầu của nó đến van vào đúng thời điểm. Lý thuyết thì đơn giản, nhưng việc thực hiện nó đòi hỏi rất nhiều sự khéo léo. Van không mở ở các tốc độ trục khuỷu khác nhau và do đó sử dụng hiệu ứng khuếch đại cộng hưởng.

Động cơ Turbo - sức mạnh động lực học

Với ống nạp ngắn, động cơ hoạt động tốt hơn ở vòng tua cao. Trong khi ở tốc độ thấp, đường hút dài hiệu quả hơn. Đường ống đầu vào có thể thay đổi chiều dài có thể được tạo theo hai cách. Bằng cách kết nối buồng cộng hưởng hoặc bằng cách chuyển sang kênh đầu vào mong muốn hoặc kết nối nó. Sau này còn được gọi là sức mạnh động. Áp suất cộng hưởng và động lực có thể đẩy nhanh dòng chảy của tháp nạp khí. Các hiệu ứng khuếch đại gây ra bởi sự dao động của áp suất dòng khí từ 5 đến 20 mbar. Để so sánh, với bộ tăng áp hoặc bộ tăng áp cơ học, bạn có thể nhận được các giá trị trong phạm vi 750 đến 1200 mbar. Để hoàn thành bức tranh, lưu ý rằng vẫn còn một bộ khuếch đại quán tính. Trong đó yếu tố chính để tạo ra áp suất dư ngược dòng của van là đầu dòng cao áp ở đường ống vào.

Tăng sức mạnh của động cơ turbo

Điều này làm tăng một chút sức mạnh ở tốc độ cao hơn 140 km một giờ. Chủ yếu được sử dụng trên xe máy. Chất độn cơ học cho phép một cách khá đơn giản để tăng đáng kể công suất động cơ. Bằng cách dẫn động động cơ trực tiếp từ trục khuỷu động cơ, máy nén khí có khả năng bơm không khí vào xi lanh ở tốc độ tối thiểu mà không bị trễ, làm tăng áp suất tăng tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ. Nhưng chúng cũng có những nhược điểm. Chúng làm giảm hiệu suất của động cơ đốt trong. Vì một phần năng lượng do bộ nguồn tạo ra được dùng để truyền động cho chúng. Hệ thống áp suất cơ học chiếm nhiều không gian hơn và yêu cầu một bộ truyền động đặc biệt. Dây đai thời gian hoặc hộp số phát ra nhiều tiếng ồn. Chất độn cơ học. Có hai loại máy thổi khí. Thể tích và ly tâm. Chất độn số lượng lớn điển hình là máy siêu phát Roots và máy nén Lysholm. Thiết kế của Roots giống như một máy bơm bánh răng dầu.

Tính năng động cơ turbo

Điểm đặc biệt của thiết kế này là không khí không được nén trong bộ siêu nạp mà ở bên ngoài đường ống, đi vào khoảng trống giữa vỏ và các cánh quạt. Nhược điểm chính là số lượng lợi nhuận hạn chế. Cho dù các bộ phận nạp được đặt chính xác đến đâu, khi đạt đến một áp suất nhất định, không khí bắt đầu chảy ngược trở lại, làm giảm hiệu quả của hệ thống. Có một số cách để chiến đấu. Tăng tốc độ cánh quạt hoặc tạo bộ tăng áp hai hoặc thậm chí ba giai đoạn. Do đó, có thể tăng các giá trị cuối cùng lên mức chấp nhận được, nhưng thiết kế nhiều tầng không có ưu điểm chính - nhỏ gọn. Một nhược điểm khác là việc xả khí ra không đều, vì không khí được cung cấp theo từng phần. Các thiết kế hiện đại sử dụng cơ cấu xoay hình tam giác, cửa sổ ra vào có hình tam giác. Nhờ những kỹ thuật này, các bộ tăng áp cồng kềnh trên thực tế đã loại bỏ được hiệu ứng dao động.

Cài đặt động cơ turbo

Tốc độ rôto thấp và do đó độ bền, cùng với độ ồn thấp, đã dẫn đến việc các thương hiệu nổi tiếng như DaimlerChrysler, Ford và General Motors hào phóng trang bị cho sản phẩm của họ. Bộ siêu nạp dịch chuyển làm tăng công suất và đường cong mô-men xoắn mà không làm thay đổi hình dạng của chúng. Chúng đã hoạt động hiệu quả ở tốc độ thấp đến trung bình và điều này phản ánh rõ nhất động lực gia tốc. Vấn đề duy nhất là các hệ thống như vậy rất khó sản xuất và lắp đặt, có nghĩa là chúng khá đắt. Một cách khác để đồng thời tăng áp suất không khí trong ống nạp do kỹ sư Lisholm đề xuất. Thiết kế của các phụ kiện Lysholm có phần gợi nhớ đến một chiếc máy xay thịt thông thường. Hai máy bơm trục vít bổ sung được lắp đặt bên trong vỏ. Quay theo các hướng khác nhau, chúng thu giữ một phần không khí, nén nó và đặt nó vào các xi lanh.

Động cơ Turbo - điều chỉnh

Hệ thống này được đặc trưng bởi khả năng nén bên trong và tổn thất tối thiểu do các khe hở được hiệu chỉnh chính xác. Ngoài ra, áp suất của cánh quạt có hiệu quả trên gần như toàn bộ dải tốc độ động cơ. Yên tĩnh, rất nhỏ gọn, nhưng cực kỳ đắt tiền do chế tạo phức tạp. Tuy nhiên, chúng không bị bỏ qua bởi các studio điều chỉnh danh tiếng như AMG hay Kleemann. Bộ đệm ly tâm có thiết kế tương tự như bộ tăng áp. Áp suất quá cao trong đường ống nạp cũng tạo ra bánh máy nén. Các cánh hướng tâm của nó bắt và đẩy không khí xung quanh đường hầm bằng lực ly tâm. Sự khác biệt so với một bộ tăng áp chỉ là ở bộ truyền động. Máy thổi ly tâm có một khuyết tật quán tính tương tự, mặc dù ít được chú ý hơn. Nhưng có một tính năng quan trọng hơn. Thực tế, áp suất sinh ra tỷ lệ với tốc độ bình phương của bánh máy nén.

Động cơ turbo

Nói một cách đơn giản, nó phải quay rất nhanh để bơm lượng không khí cần thiết vào các xi lanh. Có khi gấp mười lần tốc độ động cơ. Quạt ly tâm hiệu quả ở tốc độ cao. Máy ly tâm cơ kém thân thiện với người dùng và độ bền cao hơn máy ly tâm khí. Bởi vì chúng hoạt động ở nhiệt độ khắc nghiệt thấp hơn. Sự đơn giản và do đó, chi phí thiết kế thấp của họ đã trở nên phổ biến trong lĩnh vực điều chỉnh nghiệp dư. Bộ làm mát động cơ. Mạch điều khiển quá tải cơ học khá đơn giản. Ở chế độ đầy tải, nắp phụ được đóng lại và cuộn cảm sẽ mở. Tất cả các luồng không khí đi đến động cơ. Trong quá trình hoạt động bán tải, van bướm đóng và van điều tiết đường ống mở ra. Không khí thừa được đưa trở lại đầu vào của quạt gió. Không khí làm mát nạp của bộ làm mát intercooler là một thành phần hầu như không thể thiếu của không chỉ cơ khí mà còn cả hệ thống khuếch đại tuabin khí.

Động cơ tăng áp hoạt động

Không khí nén được làm mát sơ bộ trong bộ làm mát trước khi được cấp vào xi lanh động cơ. Theo thiết kế, đây là bộ tản nhiệt thông thường, được làm mát bằng dòng khí nạp hoặc bằng chất làm mát. Giảm nhiệt độ của không khí tích điện xuống 10 độ có thể làm tăng mật độ của nó lên khoảng 3%. Điều này cho phép tăng công suất động cơ lên ​​cùng một tỷ lệ phần trăm. Động cơ tăng áp. Tăng áp được sử dụng rộng rãi hơn trong các động cơ ô tô hiện đại. Trên thực tế, đây là cùng một máy nén ly tâm, nhưng có mạch truyền động khác. Đây là điểm khác biệt quan trọng nhất, có lẽ là cơ bản giữa bộ siêu nạp cơ khí và bộ tăng áp. Chính chuỗi truyền động sẽ quyết định phần lớn các đặc tính và ứng dụng của các thiết kế khác nhau.

Ưu điểm của động cơ turbo

Đối với máy tăng áp, bánh công tác nằm trên cùng trục với bánh công tác là tuabin. Được lắp trong ống xả của động cơ và được dẫn động bởi khí thải. Tốc độ có thể vượt quá 200 vòng / phút. Không có kết nối trực tiếp với trục khuỷu động cơ và việc cung cấp không khí được điều khiển bởi áp suất khí thải. Những lợi thế của một bộ tăng áp bao gồm. Nâng cao hiệu suất và tính kinh tế của động cơ. Truyền động cơ học lấy năng lượng từ động cơ, cùng sử dụng năng lượng từ khí thải, do đó hiệu suất được tăng lên. Đừng nhầm lẫn giữa hiệu suất cụ thể và tổng thể của động cơ. Đương nhiên, hoạt động của động cơ có công suất tăng lên do sử dụng bộ tăng áp cần nhiều nhiên liệu hơn so với động cơ tương tự có công suất thấp hơn với bộ hút khí tự nhiên.

Công suất động cơ turbo

Trên thực tế, việc nạp không khí vào các xi-lanh được cải thiện, như chúng tôi nhớ lại, nhằm đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn trong chúng. Nhưng phần khối lượng của nhiên liệu trên một đơn vị công suất mỗi giờ đối với động cơ được trang bị pin nhiên liệu luôn thấp hơn so với động cơ có thiết kế tương tự của bộ công suất mạnh không có bộ khuếch đại. Bộ tăng áp cho phép bạn đạt được các đặc tính cụ thể của bộ nguồn với kích thước và trọng lượng nhỏ hơn. Hơn trong trường hợp sử dụng động cơ hút khí tự nhiên. Ngoài ra, động cơ turbo có hiệu suất môi trường tốt nhất. Áp suất trong buồng đốt dẫn đến giảm nhiệt độ và kết quả là giảm sự hình thành các oxit nitơ. Khi tiếp nhiên liệu cho động cơ xăng, quá trình đốt cháy nhiên liệu diễn ra hoàn toàn hơn, đặc biệt là trong điều kiện thoáng qua. Trong động cơ diesel, cung cấp không khí bổ sung cho phép bạn đẩy lùi ranh giới của sự xuất hiện của khói, tức là chống lại sự phát xạ của các hạt muội than.

Động cơ turbo diesel

Động cơ diesel phù hợp hơn nhiều cho việc tăng áp nói chung và tăng áp nói riêng. Không giống như động cơ xăng, nơi áp suất tăng bị giới hạn bởi nguy cơ kích nổ, họ không nhận thức được hiện tượng này. Động cơ diesel có thể được tăng áp đến mức ứng suất cơ học cực lớn trong các cơ cấu của nó. Ngoài ra, việc thiếu van tiết lưu khí nạp và tỷ số nén cao dẫn đến áp suất khí xả cao hơn và nhiệt độ thấp hơn so với động cơ xăng. Bộ tăng áp dễ sản xuất hơn, điều này giải quyết được một số nhược điểm cố hữu. Ở tốc độ động cơ thấp, lượng khí thải ít, do đó hiệu suất máy nén thấp. Ngoài ra, động cơ tăng áp thường có cái gọi là Turboyama.

Cánh quạt tăng áp kim loại gốm

Khó khăn chính là nhiệt độ cao của khí thải. Cánh quạt tuabin kim loại gốm nhẹ hơn khoảng 20% ​​so với cánh quạt làm từ hợp kim chịu nhiệt. Và nó cũng có mômen quán tính thấp hơn. Cho đến gần đây, tuổi thọ của toàn bộ thiết bị chỉ giới hạn trong thời gian cắm trại. Về cơ bản, chúng là những ống lót giống như trục khuỷu được bôi trơn bằng dầu điều áp. Tất nhiên, độ mài mòn của các ổ trục thông thường như vậy là rất lớn, nhưng các ổ trục hình cầu không thể chịu được tốc độ lớn và nhiệt độ cao. Giải pháp đã được tìm thấy khi có thể phát triển vòng bi bằng gốm. Tuy nhiên, việc sử dụng gốm không có gì đáng ngạc nhiên, các ổ trục được đổ đầy chất bôi trơn liên tục. Loại bỏ những thiếu sót của bộ tăng áp không chỉ cho phép giảm quán tính của rôto. Nhưng cũng sử dụng các mạch điều khiển tăng áp suất bổ sung, đôi khi khá phức tạp.

Cách động cơ turbo hoạt động

Nhiệm vụ chính trong trường hợp này là giảm áp suất ở tốc độ động cơ cao và tăng áp suất ở tốc độ thấp. Mọi vấn đề hoàn toàn có thể được giải quyết với tuabin biến thiên hình học, tuabin vòi biến thiên. Ví dụ, với các lưỡi dao di chuyển được, các thông số của chúng có thể được thay đổi trong một phạm vi rộng. Nguyên lý hoạt động của bộ tăng áp VNT là tối ưu hóa dòng khí thải dẫn đến bánh tua bin. Ở tốc độ động cơ thấp và lưu lượng khí thải thấp, bộ tăng áp VNT hướng toàn bộ dòng khí thải đến bánh tuabin. Vì vậy, tăng sức mạnh của nó và tăng áp lực. Ở tốc độ cao và lưu lượng khí lớn, bộ tăng áp VNT giữ cho các cánh chuyển động luôn mở. Tăng diện tích mặt cắt ngang và thoát một số khí thải ra khỏi cánh bơm.

Bảo vệ động cơ Turbo

Bảo vệ quá tốc độ và tăng áp suất ở mức động cơ yêu cầu, loại bỏ quá tải. Ngoài các hệ thống khuếch đại đơn, khuếch đại hai tầng là phổ biến. Giai đoạn đầu tiên, dẫn động máy nén, cung cấp khả năng tăng hiệu quả ở tốc độ động cơ thấp. Và thứ hai, bộ tăng áp, sử dụng năng lượng của khí thải. Ngay sau khi bộ nguồn đạt đến tốc độ đủ để tuabin hoạt động bình thường, máy nén sẽ tự động tắt và nếu chúng bị đổ, nó sẽ khởi động lại. Nhiều nhà sản xuất lắp đặt hai bộ tăng áp trên động cơ của họ cùng một lúc. Hệ thống như vậy được gọi là biturbo hoặc tăng áp kép. Không có sự khác biệt cơ bản giữa chúng, với một ngoại lệ. Biturbo giả định sử dụng các tuabin có đường kính khác nhau và do đó hiệu suất. Ngoài ra, thuật toán để đưa chúng vào có thể song song hoặc tuần tự.

Câu hỏi và trả lời:

Tăng áp để làm gì? Áp suất khí tươi trong xilanh tăng lên đảm bảo quá trình đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu tốt hơn, làm tăng công suất động cơ.

Động cơ tăng áp nghĩa là gì? Trong thiết kế của bộ nguồn như vậy, có một cơ chế cung cấp luồng không khí trong lành tăng cường vào các xi lanh. Đối với điều này, một bộ tăng áp hoặc tuabin được sử dụng.

Tăng áp hoạt động trên ô tô như thế nào? Khí thải làm quay cánh quạt tuabin. Ở đầu kia của trục, một bánh công tác bơm được cố định, lắp vào ống nạp.