Khi mọi người nói về xe đua hoặc xe thể thao hiệu suất cao, chủ đề về bộ tăng áp thường xuất hiện. Bộ tăng áp cũng xuất hiện trên các động cơ diesel cỡ lớn. Một turbo có thể tăng đáng kể mã lực của động cơ mà không làm tăng đáng kể trọng lượng của nó, đó là lợi ích to lớn khiến turbo trở nên phổ biến!
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách bộ tăng áp tăng công suất của động cơ trong khi vẫn tồn tại trong điều kiện vận hành khắc nghiệt. Chúng ta cũng sẽ tìm hiểu cách chất thải, cánh tua-bin gốm và ổ bi giúp bộ tăng áp hoạt động tốt hơn nữa. Bộ tăng áp là một loại hệ thống cảm ứng cưỡng bức . Họ nén không khí đi vào động cơ (xem Cách Động cơ Ô tô hoạt động để biết mô tả về luồng không khí trong động cơ bình thường). Ưu điểm của việc nén không khí là nó cho phép động cơ ép nhiều không khí hơn vào xi-lanh, và nhiều không khí hơn có nghĩa là có thể đổ thêm nhiều nhiên liệu hơn. Do đó, bạn nhận được nhiều sức mạnh hơn từ mỗi vụ nổ trong mỗi xi lanh. Động cơ tăng áp tổng thể tạo ra nhiều công suất hơn so với động cơ tương tự mà không cần sạc. Điều này có thể cải thiện đáng kể tỷ lệ công suất trên trọng lượng cho động cơ (xem Cách hoạt động của Mã lực để biết thêm chi tiết).
Để đạt được mức tăng này, bộ tăng áp sử dụng dòng khí thải từ động cơ để quay một tuabin. , đến lượt nó quay một máy bơm không khí . Tua-bin trong bộ tăng áp quay với tốc độ lên đến 150.000 vòng / phút (vòng / phút) - nhanh hơn khoảng 30 lần so với hầu hết các động cơ ô tô có thể hoạt động. Và vì nó được nối với ống xả, nhiệt độ trong tuabin cũng rất cao.
Hãy tiếp tục đọc để biết thêm sức mạnh mà bạn có thể mong đợi từ động cơ của mình nếu bạn lắp thêm bộ tăng áp.
Nội dung
Một trong những cách chắc chắn nhất để sử dụng động cơ nhiều công suất hơn là tăng lượng không khí và nhiên liệu mà nó có thể đốt cháy. Một cách để làm điều này là thêm các xi lanh hoặc làm cho các xi lanh hiện tại lớn hơn. Đôi khi những thay đổi này có thể không khả thi - tuabin có thể là một cách đơn giản hơn, nhỏ gọn hơn để bổ sung sức mạnh, đặc biệt là đối với một phụ kiện hậu mãi.
Bộ tăng áp cho phép động cơ đốt cháy nhiều nhiên liệu và không khí hơn bằng cách đóng gói nhiều hơn vào các xi lanh hiện có. Mức tăng điển hình được cung cấp bởi một bộ tăng áp là 6 đến 8 pound trên mỗi inch vuông (psi). Vì áp suất khí quyển bình thường là 14,7 psi ở mực nước biển, bạn có thể thấy rằng bạn đang nhận được nhiều hơn khoảng 50% không khí vào động cơ. Do đó, bạn sẽ có thêm 50% sức mạnh. Nó không hoàn toàn hiệu quả, vì vậy bạn có thể nhận được cải thiện 30- 40% thay vào đó.
Một nguyên nhân của sự kém hiệu quả xuất phát từ thực tế là sức mạnh để làm quay tuabin là không miễn phí. Có một tuabin trong dòng khí thải làm tăng hạn chế trong khí thải. Điều này có nghĩa là trên hành trình xả, động cơ phải đẩy áp suất ngược cao hơn. Điều này sẽ trừ đi một chút sức mạnh của các xi lanh đang bắn cùng lúc.
Bộ tăng áp được bắt vít vào ống xả của động cơ. Khí thải từ các xi lanh quay tuabin , hoạt động giống như động cơ tuabin khí. Tuabin được kết nối bằng một trục với máy nén khí , nằm giữa bộ lọc không khí và đường ống nạp. Máy nén tạo áp suất không khí đi vào các piston.
Khí thải từ các xi lanh đi qua các cánh tuabin , làm cho tuabin quay. Càng nhiều khí thải đi qua các cánh quạt, chúng quay càng nhanh.
Ở đầu kia của trục mà tuabin được gắn vào, máy nén bơm không khí vào các xi lanh. Máy nén là một loại máy bơm ly tâm - nó hút không khí vào tâm của các cánh của nó và đẩy nó ra ngoài khi nó quay.
Để có thể xử lý tốc độ lên đến 150.000 vòng / phút, trục tuabin phải được hỗ trợ rất cẩn thận. Hầu hết các ổ trục sẽ nổ ở tốc độ như vậy, vì vậy hầu hết các bộ tăng áp sử dụng ổ trục chất lỏng . Loại vòng bi này hỗ trợ trục trên một lớp dầu mỏng được bơm liên tục quanh trục. Điều này phục vụ hai mục đích:Nó làm mát trục và một số bộ phận khác của bộ tăng áp, và nó cho phép trục quay mà không có nhiều ma sát.
Có rất nhiều sự cân bằng liên quan đến việc thiết kế bộ tăng áp cho động cơ. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét một số thỏa hiệp này và xem chúng ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất.
Tăng quá nhiều?Khi không khí được bơm vào xi lanh dưới áp suất bởi bộ tăng áp, và sau đó được nén thêm bởi pít-tông (xem Cách động cơ ô tô hoạt động để trình bày), sẽ có nhiều nguy cơ bị kích nổ hơn. Knocking xảy ra bởi vì khi bạn nén không khí, nhiệt độ của không khí tăng lên. Nhiệt độ có thể tăng đủ để đốt cháy nhiên liệu trước khi bugi đánh lửa. Những chiếc xe có bộ tăng áp thường cần chạy bằng nhiên liệu có trị số octan cao hơn để tránh bị kích nổ. Nếu áp suất tăng thực sự cao, tỷ số nén của động cơ có thể phải giảm để tránh kích nổ.
Một trong những vấn đề chính của bộ tăng áp là chúng không cung cấp khả năng tăng công suất ngay lập tức khi bạn nhấn ga. Phải mất một giây để tuabin tăng tốc trước khi tăng tốc được tạo ra. Điều này dẫn đến cảm giác trễ khi bạn nhấn ga và sau đó xe lao về phía trước khi turbo di chuyển.
Một cách để giảm độ trễ turbo là giảm quán tính của các bộ phận quay, chủ yếu bằng cách giảm trọng lượng của chúng. Điều này cho phép tuabin và máy nén tăng tốc nhanh chóng và bắt đầu tăng tốc sớm hơn. Một cách chắc chắn để giảm quán tính của tuabin và máy nén là làm cho bộ tăng áp nhỏ hơn. Một bộ tăng áp nhỏ sẽ tăng tốc nhanh hơn và ở tốc độ động cơ thấp hơn, nhưng có thể không tăng nhiều ở tốc độ động cơ cao hơn khi một lượng không khí thực sự lớn đi vào động cơ. Nó cũng có nguy cơ quay quá nhanh ở tốc độ động cơ cao hơn, khi có nhiều khí thải đi qua tuabin.
Hầu hết các bộ tăng áp ô tô đều có cửa xả , cho phép sử dụng một bộ tăng áp nhỏ hơn để giảm độ trễ đồng thời ngăn nó quay quá nhanh ở tốc độ động cơ cao. Cửa xả là một van cho phép khí thải đi qua các cánh tuabin. Cửa xả cảm nhận áp suất tăng. Nếu áp suất tăng quá cao, đó có thể là dấu hiệu cho thấy tuabin quay quá nhanh, vì vậy cửa xả bỏ qua một số khí thải xung quanh các cánh tuabin, cho phép các cánh quay chậm lại.
Một số bộ tăng áp sử dụng ổ bi thay vì ổ trục chất lỏng để đỡ trục tuabin. Nhưng đây không phải là những vòng bi thông thường của bạn - chúng là những vòng bi siêu chính xác được làm bằng vật liệu tiên tiến để xử lý tốc độ và nhiệt độ của bộ tăng áp. Chúng cho phép trục tuabin quay với ít ma sát hơn so với các ổ trục chất lỏng được sử dụng trong hầu hết các bộ tăng áp. Chúng cũng cho phép sử dụng một trục nhỏ hơn, nhẹ hơn một chút. Điều này giúp bộ tăng áp tăng tốc nhanh hơn, giảm hơn nữa độ trễ của bộ tăng áp.
Cánh tuabin gốm nhẹ hơn các cánh thép được sử dụng trong hầu hết các bộ tăng áp. Một lần nữa, điều này cho phép tuabin quay với tốc độ nhanh hơn, giúp giảm độ trễ của tuabin.
Một số động cơ sử dụng hai bộ tăng áp có kích thước khác nhau. Cái nhỏ hơn quay để tăng tốc rất nhanh, giảm độ trễ, trong khi cái lớn hơn quay ở tốc độ động cơ cao hơn để cung cấp nhiều động lực hơn.
Khi không khí được nén, nó nóng lên; và khi không khí nóng lên, nó nở ra. Vì vậy, một số sự gia tăng áp suất từ bộ tăng áp là kết quả của việc làm nóng không khí trước khi nó đi vào động cơ. Để tăng công suất của động cơ, mục đích là đưa được nhiều phân tử không khí vào xi lanh hơn chứ không nhất thiết phải tăng áp suất không khí.
Một bộ làm mát liên tục hoặc sạc máy làm mát không khí là một thành phần bổ sung trông giống như một bộ tản nhiệt, ngoại trừ không khí đi qua bên trong cũng như bên ngoài của bộ làm mát. Không khí nạp đi qua các lối đi kín bên trong bộ làm mát, trong khi không khí mát hơn từ bên ngoài được quạt làm mát động cơ thổi qua các cánh tản nhiệt.
Bộ làm mát liên động làm tăng thêm sức mạnh của động cơ bằng cách làm mát không khí có áp suất ra khỏi máy nén trước khi đi vào động cơ. Điều này có nghĩa là nếu bộ tăng áp hoạt động ở mức tăng 7 psi, hệ thống làm mát liên động sẽ đưa vào không khí mát hơn 7 psi, đặc hơn và chứa nhiều phân tử không khí hơn không khí ấm hơn.
Một bộ tăng áp cũng giúp ở độ cao , nơi không khí ít đặc hơn. Động cơ bình thường sẽ bị giảm công suất ở độ cao lớn vì với mỗi hành trình của piston, động cơ sẽ nhận được một khối lượng không khí nhỏ hơn. Động cơ tăng áp cũng có thể bị giảm công suất, nhưng mức giảm sẽ ít kịch tính hơn vì không khí loãng hơn sẽ dễ bơm vào bộ tăng áp hơn.
Những chiếc xe cũ có bộ chế hòa khí sẽ tự động tăng tỷ lệ nhiên liệu để phù hợp với lưu lượng không khí tăng lên đi vào xi lanh. Những chiếc xe hiện đại với hệ thống phun nhiên liệu cũng sẽ làm được điều này. Hệ thống phun nhiên liệu dựa vào cảm biến oxy trong khí thải để xác định xem tỷ lệ không khí trên nhiên liệu có chính xác hay không, vì vậy các hệ thống này sẽ tự động tăng lưu lượng nhiên liệu nếu có thêm một turbo.
Nếu một bộ tăng áp tăng áp quá nhiều được thêm vào một chiếc ô tô được phun nhiên liệu, hệ thống có thể không cung cấp đủ nhiên liệu - phần mềm được lập trình trong bộ điều khiển sẽ không cho phép hoặc máy bơm và kim phun không có khả năng cung cấp. Trong trường hợp này, các sửa đổi khác sẽ phải được thực hiện để đạt được lợi ích tối đa từ bộ tăng áp.
Xuất bản lần đầu:Ngày 4 tháng 12 năm 2000
Hiệu suất động cơ của bộ tăng áp
Vòng đệm hoạt động như thế nào trong xe của tôi?
Cách hệ thống quản lý nhiên liệu hoạt động
Bộ điều nhiệt ô tô hoạt động như thế nào? (&Cách kiểm tra)