Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Tuabin tăng áp

Tuabin tăng áp là thiết bị sử dụng năng lượng của khí xả để làm quay bánh tuabin với tốc độ cao. Bánh nén khí (rôto) được lắp trên cùng một trục với bánh Tuabin, nó có tác dụng nén không khí vào xy-lanh.

Nhờ thế, công suất của động cơ tăng lên.
Van cửa xả và bộ điều khiển có tác dụng ngăn ngừa áp suất nạp tăng lên quá cao.
Một số kiểu động cơ có trang bị bộ làm mát trung gian để làm giảm nhiệt độ của không khí nạp và tăng hiệu quả nạp.

CHÚ Ý:
Cần thận trọng khi vận hành, vì Tuabin nạp khí trở nên rất nóng do khí xả.
Cần phải đảm bảo thay dầu động cơ theo đúng định kỳ.
Xin tham khảo phần “Thận trọng đối với Tuabin nạp khí” để biết thêm chi tiết.

Cấu tạo của Tuabin tăng áp

 Tuabin nạp khí (tuabin tăng áp) bao gồm khoang tuabin, khoang nén khí, khoang trung tâm, bánh tuabin, bánh nén khí, các ổ trục tự lựa hoàn toàn, van cửa xả, bộ chấp hành...

1. Bánh tuabin và bánh nén khí 

Bánh tuabin và bánh nén khí được lắp trên cùng một trục. Khi bánh tuabin quay với tốc độ cao nhờ có áp suất của luồng khí xả thì bánh nén khí cũng quay theo và nén không khí vào xy-lanh.

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

2. Khoang trung tâm

Khoang trung tâm đỡ bánh tuabin và bánh nén khí thông qua trục của chúng.

Trong khoang trung tâm có đường dẫn dầu để bôi trơn và làm mát cho trục và các ổ trục.

Nước làm mát động cơ cũng được tuần hoàn qua kênh làm mát trong khoang trung tâm để nhiệt độ dầu động cơ không bị tăng lên và tránh huỷ hoại dầu. 

Các ổ trục tự lựa hoàn toàn

Các bánh tuabin và nén khí 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 được bôi trơn bằng dầu động cơ, và quay tự do giữa trục và vỏ hộp, nhằm giảm ma sát, cho phép trục quay với tốc độ cao. 

Van cửa xả và bộ chấp hành

Van cửa xả được lắp trong khoang tuabin.

Khi van này mở thì một phần khí xả sẽ đi tắt qua ống xả, nhờ thế mà giữ ổn định cho áp suất nạp, khi áp suất nạp đạt đến trị số đã định (khoảng 0,7 kg/cm2).

Việc đóng mở van được kiểm soát bởi bộ chấp hành. 

Các phương pháp điều kiển tuabin tăng áp

Phương pháp tăng lượng phun nhiên liệu

Động cơ được trang bị Tuabin tăng áp hoặc máy nén tăng áp để đưa vào xy-lanh một lượng không khí lớn hơn. Công suất của động cơ sẽ không tăng lên được khi lượng khí nạp này không được đốt cháy hoàn toàn. Vì thế, phải tăng lượng nhiên liệu để đốt cháy hoàn toàn khí nạp. Như vậy, tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng lên khi tăng công suất động cơ.

1. Kiểu điều khiển bằng cơ học

Đối với động cơ điêzen, bộ bù nạp sẽ tăng lượng bơm nhiên liệu cực đại phù hợp với áp suất nạp. (Xin tham khảo thêm chương về bơm phun nhiên liệu trong tập sách về động cơ điêzen để biết thêm chi tiết) 

2. Kiểu điều khiển bằng máy tính

Trong động cơ điều khiển bằng máy tính, lượng không khí nạp được theo dõi bằng cảm biến lưu lượng khí nạp, còn áp suất nạp được theo dõi bằng bộ cảm biến áp suất của tuabin nạp, và sự tăng lượng phun nhiên liệu cực đại được điều khiển bằng ECU của động cơ. (Lượng phun nhiên liệu được xác định bằng quãng thời gian phun)

Minh hoạ bên trái đây là về động cơ điêzen, tuy nhiên, trong động cơ xăng, lượng phun nhiên liệu cũng tăng tỷ lệ với lượng khí nạp. 

Hệ thống bôi trơn và làm mát Tuabin tăng áp

1. Hệ thống bôi trơn
Dầu động cơ được cung cấp từ ống dẫn dầu, đưa vào để bôi trơn và làm mát các ổ trục tự lựa lắp bên trong khoang trung tâm. Sau đó dầu chảy ra theo ống thoát và trở về các te dầu.
2. Hệ thống làm mát
Tuabin nạp khí được làm mát bằng nước làm mát động cơ. Nước làm mát động cơ được đưa vào kênh làm mát bên trong khoang trung tâm, thông qua ống dẫn nước làm mát.
Sau khi làm mát hệ thống tuabin nạp khí, nước làm mát đi qua ống thoát và trở về máy bơm nước.

Điều khiển áp suất nạp tuabin tăng áp

Tuabin nạp khí giúp cho động cơ đạt được công suất cao bằng cách nén không khí vào các xy-lanh. Tuy nhiên, các bộ phận của động cơ sẽ không chịu đựng được áp lực nổ nếu áp suất nạp tăng quá cao.
Trong trường hợp đó, van cửa xả sẽ được kích hoạt bởi bộ chấp hành và điều chỉnh áp suất nạp sao cho nó không tăng cao quá trị số đã định.