tính toán lựa chọn bộ tăng áp tuabin khí lắp cho động cơ amz 236

Nếu môi chất được nén nhờ máy nén được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thìtổ hợp động cơ đốt trong- máy nén được gọi là động cơ tăng áp cơ khí hoặc cơ giới.Nếu máy nén được dẫn động nhờ t

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

1.MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 3

2.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ AMZ 236 5

2.1.Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ 5

2.2.Đặc điểm các cụm chi tiết chính của động cơ AMZ 236 8

2.3.Các hệ thống chính của động cơ 12

3.TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ AMZ 236 16

3.1.Các thông số cho trước của động cơ: 16

3.2.Tính toán các thông số của chu trình công tác 17

3.3.Tính toán các thông số chỉ thị 20

3.4.Kết quả tính toán 21

3.5.Xây dựng đồ thị công 23

3.6.Xây dựng đặc tính ngoài của động cơ AMZ 236 26

4.PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT BỘ TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ AMZ 236 27

4.1.Giới thiệu chung các hệ thống tăng áp trên động cơ 27

4.2.Sơ đồ hệ thống nạp thải của động cơ AMZ 236 38

4.3.Lựa chọn phương án lắp đặt bộ tăng áp trên động cơ AMZ 236 41

4.4.Phối hợp làm việc TB-MN với ĐCĐT 46

4.5.Lắp đặt bộ tăng áp GT3271 trên động cơ AMZ 236 50

4.6.Đặc điểm kết cấu TB-MN lắp trên động cơ AMZ 236 52

4.7.Tính toán nhiệt của động cơ AMZ 236 khi lắp đặt bộ tăng áp GT3271 .64 5.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC TRONG TB-MN 69

6.TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỘ TĂNG ÁP TUABIN KHÍ LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ AMZ 236 72

6.1.Tính toán máy nén ly tâm 73

6.2.Tính toán tuabin hướng kính 84

7.MỘT SỐ HƯ HỎNGTHƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 91

7.1 Xác định các hư hỏng và biện pháp khắc phục 92

7.2.Phân tích các hư hỏng thường gặp 94

7.3.Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ 94

7.4.Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp 95

7.5.Tháo và lắp cụm TB-MN 96

8 KẾT LUẬN 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

LỜI NÓI ĐẦU

Đề tài đồ án tốt nghiệp được giao là công việc cuối cùng trong chuyên ngành đàotạo kỹ sư của trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng mà mọi sinh viên trước khi bướcvào thực tế công việc phải thực hiện Nó giúp cho sinh viên tổng hợp và khái quát lạikiến thức từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành Qua quá trình thực hiện đồ

án sinh viên tự rút ra nhận xét và kinh nghiệm cho bản thân trước khi bước vào côngviệc thực tế của một kỹ sư tương lai

Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hàng trăm năm Để hiểu rõ hơn

về lịch sử phát triển của các quá trình tăng áp cho tới các biện pháp tăng áp và cuốicùng là những hư hỏng thông thường cũng như việc tính toán kiểm nghiệm bộ tuabintăng áp Trong đó, tăng áp tuabin khí là một loại tăng áp phổ biến hiện nay Do vậy,việc nghiên cứu tìm hiểu một cách toàn diện về vấn đề tăng áp cho động cơ đốt trongnói chung và cho một hệ thống tăng áp tuabin khí cụ thể của một động cơ nói riêng làrất cần thiết Chính vì vậy, em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là: “TÍNH TOÁN LỰA

CHỌN BỘ TĂNG ÁP TUABIN KHÍ LẮP CHO ĐỘNG CƠ AMZ 236”.

Tuy nhiên do những hạn chế về thời gian, kinh nghiệm thực tiễn, kiến thức cũngnhư tài liệu tham khảo, nên trong phạm vi đồ án này em không thể trình bày được hếtcác vấn đề liên quan cũng như tìm hiểu sâu hơn mối quan hệ giữa hệ thống này với hệthống khác Vì thế chắc chắn không tránh khỏi những sai sót trong vấn đề thực hiện.Rất mong có được sự quan tâm chỉ bảo hơn nữa của các thấy cô cùng các bạn

Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo DƯƠNG VIỆT DŨNG; cùng toànthể thầy cô khoa cơ khí giao thông và các bạn, những người đã trực tiếp giúp đỡ, chỉdẫn, góp ý kiến cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án này

Động cơ đốt trong có những bước phát triển thăng trầm do nhiều nguyên nhânkhác nhau Ví dụ người ta hy vọng vào một nguồn động lực khác có các đặc tính kháctốt hơn hoặc lo sợ về sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu được biểu hiện ở cuộc khủnghoảng vào những năm 70 của thế kỷ XX Thêm vào đó là vấn đề ô nhiễm do nó gây rađối với môi trường và sức khỏe của con người.

Tuy nhiên, những bước phát triển kỳ diệu, vượt bật trong nghiên cứu chế tạođộng cơ xăng cũng như động cơ diesel đã đánh bại mọi nghi ngờ về sự tồn tại và pháttriển của nó Nhờ những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt, đặc biệt là hiệu suất caotrong phạm vi công suất rộng, nhỏ gọn nên động cơ đốt trong ngày nay chiếm ưu thếtuyệt đối trong mọi lĩnh vực như vận tải đường bộ, đường thuỷ, phát điện dự phòng,

Lịch sử phát triển ngành động cơ đốt trong luôn gắn liền với lịch sử phát triển

hệ thống tăng áp của nó

Ngày nay, hầu hết các động cơ xăng hiện đại đều sử dụng các loại tăng ápkhông có máy nén như: tăng áp dao động và cộng hưởng, tăng áp sóng áp suất, hoặckết hợp các tăng áp này với tăng áp tua bin khí

Động cơ diesel ngày nay có nhu cầu tăng áp rất lớn và được áp dụng với hầuhết các hình thức tăng áp cũng như tổ hợp của nhiều hình thức tăng áp Thành tựu tăng

áp cho động cơ diesel là thành tựu tăng áp đáng kể nhất cho động cơ đốt trong

Nhằm mục đích tăng công suất cho động cơ đốt trong người ta phải tìm cáchtăng khối lượng nhiên liệu cháy ở một đơn vị dung tích xi lanh trong một đơn vị thờigian, tức là tăng khối lượng nhiệt phát ra trong một không gian và thời gian chotrước.Vậy muốn tăng công suất người ta phải tăng khối lượng nhiên liệu đốt cháytrong một đơn vị thời gian bằng cách thay đổi các thông số còn lại như sau:

Tăng số chu trình trong một đơn vị thời gian bằng cách tăng số vòng quay ncủa động cơ Hiện nay, giới hạn số vòng quay lớn nhất của động cơ đốt trong ởkhoảng 11000 vg/ph đến 12000 vg/ph, những giá trị số vòng quay thích hợp nhất chỉ ởkhoảng 5000 vg/ph đến 7000 vg/ph Khi tăng số vòng quay của động cơ đốt trong sẽgây khó khăn cho việc thực hiện các quá trình, đặc biệt là quá trình cháy Tác hại hơnnữa là làm cho tốc độ trượt trung bình của piston tăng dẫn đến làm tăng tổn thất masát, mài mòn các chi tiết của nó và tăng lực quán tính

Thay đổi số kỳ từ 4 kỳ thành 2 kỳ Nhờ tỉ số của kỳ sinh công so với vòng quaycủa động cơ 2 kỳ gấp đôi của động cơ 4 kỳ nên có thể tăng nhiệt lượng giải phóngtrong một đơn vị thời gian, nhưng thực tế công suất động cơ hai kỳ lớn hơn động cơ 4

kỳ khoảng 50% đến 70%, song cho đến nay quá trình thay đổi khí của động cơ hai kỳchưa hoàn chỉnh nên sinh ra tổn thất lớn và ô nhiễm tăng Hiện nay, động cơ 2 kỳđược sử dụng chủ yếu là động cơ diesel và động cơ xăng công suất nhỏ hoặc công suất

rất lớn Tuy vậy, trong xu thế phát triển nhằm hoàn thiện quá trình quét thải, phunxăng trực tiếp, động cơ 2 kỳ có tiềm năng phát triển lớn.

Tăng dung tích công tác Vh hoặc số xi lanh i sẽ kéo theo kích thước, thể tích,trọng lượng của động cơ tăng Hiện nay, động cơ một hàng xi lanh có tới 12 xi lanh,động cơ cao tốc chử V có tới 16 xi lanh và động cơ hình sao có tới 32 đến 56 xi lanh.Nếu tăng số xi lanh nhiều hơn nữa sẽ làm cho số chi tiết của động cơ tăng lên quánhiều (50.000 đến 100.000 chi tiết) làm giảm độ cứng vững của hệ trục khuỷu Do đó,một mặt làm giảm độ tin cậy và độ an toàn trong quá trình làm việc của động cơ Mặtkhác, việc bảo dưỡng, sửa chữa và sử dụng thêm phức tạp

Việc dùng các biện pháp cải tiến và điều chỉnh chính xác các thông số cấu tạo

và thông số điều chỉnh động cơ nhằm tăng hiệu suất chỉ thị, hiệu suất cơ giới và hệ sốnạp cũng chỉ có thể làm cho công suất có ích của động cơ tăng lên rất ít

Tăng khối lượng không khí nạp vào xi lanh bằng cách tăng khối lượng riêngcủa không khí K Muốn vậy phải tiến hành nén môi chất nạp trước khi đưa vào xilanh, tức là tăng áp suất của môi chất nạp Do khối lượng nạp vào xi lanh tăng nênngười ta có thể tăng thêm nhiên liệu để đốt cháy trong dung tích đó Như vậy, cho takhả năng tăng lượng nhiệt phát ra trong dung tích cho trước Biện pháp làm tăng khốilượng riêng của môi chất trước khi nạp vào động cơ bằng cách tăng áp suất của nóđược gọi là tăng áp cho động cơ

Mục đích cơ bản của tăng áp cho động cơ đốt trong là làm cho công suất của nótăng lên Nhưng đồng thời tăng áp cho phép cải thiện một số chỉ tiêu sau:

+ Giảm thể tích toàn bộ của ĐCĐT ứng với một đơn vị công suất.+ Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ ĐC ứng với một đơn vị công suất.+ Giảm giá thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất

+ Hiệu suất của đông cơ tăng, đặc biệt là tăng áp bằng tua bin khí và do

đó suất tiêu hao nhiên liệu giảm

+ Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại

+ Giảm độ ồn của động cơ

Với bộ tăng áp tuabin khí tận dụng năng lượng khí xả để dẫn động máy néntăng áp thì hiệu suất của động cơ tăng áp cao, nâng cao công suất và giảm ô nhiễmmôi trường Do vậy với loại tăng áp này thì hiện nay dùng rất phổ biến trên các loạiphương tiện giao thông vận tải

2.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ AMZ 236

2.1.Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ

Động cơ AMZ 236 là loại động cơ có 6 xylanh thuộc họ động cơ diesel bốn kỳ

do nhà máy ôtô IAROX LAP sản xuất Động cơ này được lắp trên xe ôtô tải MAZ –

500 là loại ôtô hai trục, trục chủ động nằm phía sau, trọng tải 7,5 tấn dùng để vậnchuyển những hàng thông dụng và những hàng khối lớn trên các đường mặt cứng.Trọng tải tổng cộng của rơ moóc xe kéo theo là 12 tấn Tốc độ lớn nhất của xe chạytrên đường bằng khi chở hết trọng tải và không kéo theo rơ moóc là 75 km/h

Ôtô MAZ – 500 là kiểu gốc được chế tạo ở nhà máy ôtô Minxcơ từ năm 1963.Trên cơ sở ôtô gốc MAZ – 500, nhà máy đã chế tạo các kiểu ôtô khác như MAZ –

503, MAZ – 504 cũng như sử dụng loại động cơ AMZ 236 Các thông số kỹ thuật củađộng cơ AMZ 236 được giới thiệu ở bảng 1-1

Bảng 2-1 Các thông số kỹ thuật động cơ AMZ 236

14

Tần số quay củatrục khuỷu khi chạykhông tải

Hình 2-1 Mặt cắt ngang động cơ.

1-Các te; 2- Máy phát; 3,16 - Thanh truyền; 4-Pittông; 5-Xylanh; 6- Cổ góp thải; Vòi phun; 8- Bơm cao áp; 9- Bầu lọc; 10- Đường ống nạp; 11- Cổ góp hút; 12-Xupáp; 13- Bulông ; 14-Thân máy; 15-Trục Cam; 17- Trục khuỷu

7-*Mặt cắt dọc của động cơ AMZ 236

14 12 11 10 9

5-máy; 15-Má khuỷu;16- Bulông xả dầu

2.2.Đặc điểm các cụm chi tiết chính của động cơ AMZ 236

2.2.1.Nhóm pittông

Trong nhóm piston gồm piston, xécmăng, chốt piston và vòng hãm chốt piston.Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ, cùng với xilanh và nắp xy lanh tạothành buồng cháy Điều kiện làm việc của piston là rất khắc nghiệt, trong quá trìnhlàm việc của động cơ, piston chịu lực rất lớn, chịu áp suất và nhiệt độ rất cao và masát mài mòn lớn

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhóm piston có các nhiệm vụ chính sau:

Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ cho không khí cháy trong buồng cháykhông lọt xuống cacte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồngcháy.

Tiếp nhận lực khí thể sinh ra do quá trình cháy nổ và truyền tới thanh truyền

để làm quay trục khuỷu, nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải trong quá trình thải

và hút khí nạp mới trong quá trình nạp

Hình 2-3 Nhóm piston1,3-Xylanh; 2-Thân máy; 4-Xéc măng; 5-PittôngĐỉnh pittông có dạng lõm kiểu ômêga, đỉnh này tạo ra buồng cháy tốt tạo raxoáy lốc mạnh để hình thành khí hỗn hợp, để giúp cho sự lan truyền sóng lửa khiếncho hỗn hợp nhiên liệu – không khí cháy được hoàn hảo và đạt chỉ tiêu kinh tế cao.Đỉnh này còn ưu điểm: tránh va chạm với xupáp, giảm trọng lượng pittông và tăng thểtích buồng cháy

Đầu pittông có bán kính góc lượn lớn giữa đỉnh và phần đầu lớn tạo điều kiệnthuận lợi để nhiệt dễ truyền dẫn từ đỉnh xuống vành đai xéc măng Ở giữa có khoétlõm để phối hợp với kết cấu đầu nhỏ thanh truyền đưa dầu làm mát đầu đỉnh pittông.Đầu pittông được lắp 3 xéc măng khí và 1 xéc măng dầu thực hiện việc bao kín buồngcháy tốt

Thân pittông có chiều dày khá lớn để giảm áp suất do lực ngang N gây ra, thân

có dạng ô van có phương trục nhỏ (ngắn) trùng với phương đường tâm chốt để khi

pittông bị biến dạng không bị bó kẹt vào xy lanh Trên thân có lắp 1 xéc măng dầu đểngăn dầu sục vào buồng cháy.

Chân piston có dạng vành đai để tăng độ cứng vững cho piston Trên chânpiston người ta cắt bỏ một phần khối lượng nhằm giảm lực quán tính cho pistonnhưng không ảnh hưởng đến độ cứng vững của nó

Chốt pittông là chi tiết dùng để nối pittông với đầu nhỏ thanh truyền, nó truyềnlực khí thể từ pittông qua thanh truyền để làm quay trục khuỷu Trong quá trình làmviệc chốt pittông chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn, các lực này thay đổi theochu kỳ và có tính chất va đập mạnh Chốt pittông được lắp với pittông và đầu nhỏthanh truyền theo kiểu lắp tự do Khi làm việc chốt pittông có thể xoay tự do trong bệchốt pittông và bạc lót của đầu nhỏ thanh truyền và trên bệ chốt có lỗ để dầu vào bôitrơn chốt pittông

Xécmăng khí được lắp trên đầu piston có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ngănkhông cho khí cháy từ buồng cháy lọt xuống cacte Trong động cơ, khí cháy có thể lọtxuống cacte theo ba đường: Qua khe hở giữa mặt xilanh và mặt công tác (mặt lưngxécmăng); qua khe hở giữa xécmăng và rãnh xécmăng; qua khe hở phần miệngxécmăng Xécmăng dầu có nhiệm vụ ngăn dầu bôi trơn sục lên buồng cháy, và gạt dầubám trên vách xilanh trở về cacte, ngoài ra khi gạt dầu xécmăng dầu cũng phân bố đềutrên bề mặt xilanh một lớp dầu mỏng Điều kiện làm việc của xécmăng rất khắcnghiệt, chịu nhiệt độ và áp suất cao, ma sát mài mòn nhiều và chịu ăn mòn hoá họccủa khí cháy và dầu nhờn

Hình 2-4 Kết cấu nhóm pittông – thanh truyền1-Thân máy; 2,4-Đệm cao su; 3-Xy lanh; 5-Xéc líp; 6-Chốt pittông; 7-Xéc măngdầu; 8-Xéc măng khí; 9-Đầu nhỏ thanh truyền; 10-Pittông; 11-Thân thanh truyền; 12-

Bạc lót đầu to thanh truyền; 14-Bulông thanh truyền

2.2.2.Thanh truyền

Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu và biến chuyển độngtịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Khi làm việc thanhtruyền chịu tác dụng của: Lực khí thể trong xilanh, lực quán tính của nhóm piston vàlực quán

tính của bản thân thanh truyền Thanh truyền có cấu tạo gồm 3 phần: Đầu nhỏ, thân vàđầu to

Đầu nhỏ thanh truyền dùng để lắp với chốt piston có dạng hình trụ rỗng, trênđầu nhỏ có rãnh hứng dầu để bôi trơn bạc lót và chốt piston

Thân thanh truyền có tiết diện chữ I Chiều rộng của thân thanh truyền tăng dần

từ đầu nhỏ lên đầu to mục đích là để phù hợp với quy luật phân bố của lực quán tínhtác dụng trên thân thanh truyền trong mặt phẳng lắc

Động cơ AMZ 236 là động cơ chữ V nên kích thước đầu to phải gọn nhẹ Đầu

to thanh truyền được cắt nghiêng dưới một góc  Hai nửa đầu to thanh truyền đượcđịnh vị bằng bulông Trên bề mặt lắp ghép người ta gia công các răng cưa để tránh lựccắt bulông

2.2.3.Trục khuỷu

Trục khuỷu có nhiệm vụ tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanhtruyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục đểđưa công suất ra ngoài trong chu trình sinh công của động cơ và nhận năng lượng từbánh đà sau đó truyền qua thanh truyền và piston thực hiện quá trình nén cũng nhưtrao đổi khí

Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể và lực quántính, các lực này có trị số rất lớn và thay đổi theo chu kỳ Các lực tác dụng gây ra ứngsuất uốn và xoắn trục, đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao độngxoắn, làm động cơ rung động, mất cân bằng

Kết cấu của một trục khuỷu gồm có: Cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu, đốitrọng Ngoài ra trên trục khuỷu còn có đường ống dẫn dầu bôi trơn, chốt định vị, cácbánh răng dẫn động trục cam, bơm dầu bôi trơn và puly dẫn động quạt gió, máy nénkhí

Hình 2-5 Trục khuỷu động cơ AMZ 236

Đầu trục khuỷu được lắp bộ giảm dao động xoắn và các bánh răng dẫn độngbơm dầu bôi trơn, bơm cao áp và puly dẫn động các cơ cấu phụ như quạt gió, máynén Bộ giảm dao động xoắn có tác dụng thu năng lượng sinh ra do các mômen kíchthích trong hệ trục khuỷu do đó dập tắt dao động gây ra bởi các mômen đó.

Chốt khuỷu được làm rỗng để chứa dầu bôi trơn Các đối trọng được chế tạoriêng rồi lắp trên má bằng bulông Do động cơ chữ V có góc giữa 2 hàng xy lanh là

900 nên cân bằng được lực quán tính chuyển động tịnh tuyến cấp 1 Đuôi trục khuỷu

có chốt định vị để lắp bánh đà, có vành chắn dầu và đệm chắn di động dọc trục khuỷu

2.2.4.Bánh đà

Bánh đà có công dụng là đảm bảo tốc độ quay của trục khuỷu đồng đều Trongquá trình làm việc của động cơ, bánh đà tích trữ năng lượng sinh ra trong hành trìnhsinh công để bù đắp phần năng lượng thiếu hụt trong các hành trình tiêu hao công làmcho trục khuỷu quay đều hơn, qua đó giúp động cơ làm việc ổn định hơn

Ngoài ra bánh đà còn có tác dụng là nơi đặt vành răng khởi động Vành răngnày được gắn chặt lên vành nối bánh đà Khi khởi động vành răng này ăn khớp vớibánh răng của máy khởi động Bánh đà còn là bề mặt làm việc không thể thiếu đượccủa bộ ly hợp

2.3.Các hệ thống chính của động cơ

2.3.1.Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có những nhiệm vụ sau:

+ Chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong mộtkhoảng thời gian được qui định

+ Lọc sạch nước và tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu

+ Lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với chế độ làmviệc của động cơ

+ Cung cấp nhiên liệu vào xylanh động cơ đúng thời điểm, đúng theo một quyluật đã định

+ Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xilanh theo trình tự làm việc qui địnhcủa động cơ

Yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel:

+ Hoạt động lâu bền và có độ tin cậy cao

+ Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa

+ Dễ chế tạo, giá thành hạ

Hệ thống nhiên liệu của động cơ AMZ 236 là hệ thống nhiên liệu kiểu phânchia được, gồm bơm cao áp có lắp bộ điều tốc, bơm chuyển nhiên liệu, khớp phunsớm, vòi phun, các bầu lọc thô và tinh nhiên liệu, các ống dẫn áp và thấp áp (hình1-6)

Các ống dẫn nhiên liệu cao áp, được làm bằng thép và có chiều dài như nhau đối vớitất cả các xy lanh động cơ Nhiên liệu thừa và không khí lọt vào nơi có áp suất thấpđược dẫn qua van hồi nhiên liệu của bơm chuyển nhiên liệu và đến thùng chứa Nhiênliệu đã chảy vào khoang lò xo của vòi phun qua khe hở giữa kim phun và miệng phuncũng được dẫn vào đó.

Hình 2-6 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ AMZ 236

1-Thùng chứa nhiên liệu; 2,5,7,8,10,12,13-Ống dẫn nhiên liệu;3-Bầu lọc thô; 4-Bơm

chuyển nhiên liệu; 6-Bầu lọc tinh; 9-Bơm cao áp;11-Vòi phun

Bơm chuyển nhiên liệu 4 hút nhiên liệu từ thùng chứa 1 qua bầu lọc thô 3, sau

đó đẩy tới bầu lọc tinh 6 thông qua đường ống 5 Tại bầu lọc tinh, nhiên liệu được lọcsạch tạp chất, sau đó nhiên liệu theo đường ống tới bơm cao áp 9 Bơm cao áp tạo chonhiên liệu một áp suất đủ lớn theo đường ống cao áp 10 đến vòi phun 11 cung cấp choxylanh động cơ

Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổbơm cao áp được theo đường ống dẫn 12 và 13 trở về thùng chứa

Nhiên liệu đi vào trong xilanh bơm cao áp không được lẫn không khí vì khôngkhí sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm không ổn định, thậm chí có thể làm gián đoạnquá trình cấp nhiên liệu

2.3.2.Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa đầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làmgiảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín khe hở giữapiston với xilanh, giữa xecmăng với piston

Hình 2-7 Sơ đồ hệ thống bôi trơn1-Chốt; 2-Má kẹp; 3-Bình dầu; 4-Cò mổ; 5-Đũa đẩy; 6-Thanh truyền; 7-Trụccam; 9-Đầu to thanh truyền; 10-Van khống chế dầu qua két làm mát; 13-Phao hút dầu;14,15-Van an toàn; 16,17-Bơm bánh răng; 19-Đường dẫn dầu chính; 20-Bầu lọc thô;21-Bầu lọc li tâm; 22-Van giảm áp; 23-Đồng hồ đo áp suất; 24-Két làm mát; 25-Đường ống dẫn dầu đến két làm mát; 26-Ống nhựa; 27-Đường ống dẫn dầu về cát te.

Hệ thống bôi trơn của động cơ AMZ 236 bôi trơn theo phương pháp hỗn hợptức là kiểu bôi trơn vừa cưỡng bức vừa vung té, có các te kín Nguyên lý làm việc nhưsau:

Dầu được hút từ các te qua phao lọc và ống hút bằng bơm bánh răng Bơm nàygồm 2 bộ phận: Bộ phận cấp dầu chính 19 và bộ phận cấp dầu tản nhiệt 25 Bộ phậncấp dầu chính của bơm dầu đưa vào hệ thống qua bầu lọc thô 20 Khi nào độ chênh ápsuất trước khi vào và sau khi ra khỏi bầu lớn (1,8÷2,3 KG/cm2) thì van tự động mở ra

và một phần dầu được lọc thô chảy vào đường dầu chính từ đó theo các đường trong

vỏ động cơ đến trục khuỷu, trục cam và trục con đội Từ đó theo đường của con đội,đũa đẩy và đòn gánh chảy đến tất cả các khớp ma sát của cơ cấu dẫn động xu páp.Theo các đường ống ngoài dầu được đưa đến để bôi trơn bơm cao áp và bộ điều tốc.Các bánh răng của toàn bộ cơ cấu dẫn động, các cam, các ổ lăn, sơ mi xy lanh đượcbôi trơn bằng phương pháp vung té

Khi nhiệt độ dầu lên cao quá 80 [oC], độ nhớt của dầu giảm sút, van két làmmát dầu sẽ mở cho dầu đi qua két làm mát Khi bầu lọc dầu bị tắc thì van an toàn sẽ

mở để cho dầu đi thẳng vào đường dầu chính Trên đường dầu chính người ta mắc 1van làm việc ở áp suất 4,6 [bar], van này có tác dụng đảm bảo cho áp suất của dầu bôitrơn trong hệ thống có trị số không đổi

2.3.3.Hệ thống phân phối khí:

Cơ cấu phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải rangoài trong kỳ thải và nạp đầy khí nạp mới vào xilanh động cơ trong kỳ nạp Cơ cấuphân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Đóng mở đúng thời gian quy định

+ Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông

+ Khi đóng phải đóng kín, xupap thải không tự mở trong quá trình nạp

+ Ít mòn, tiếng kêu bé

+ Dễ điều chỉnh và sửa chữa

Hình 2-8 Hệ thống phân phối khí AMZ 2361,12-Xu páp; 2-Cò mổ; 3-Bu lông hãm;4-Chén chận; 5-Đũa đẩy; 6-Trục cam; 7-Trụccon đội; 8-Má kẹp; 9-Đĩa lo xo trên; 10-Lò xo xu páp; 11-Ống dẫn hướng xu páp

 Các chi tiết chính trong hệ thống phân phối khí:

-Đũa đẩy là một thanh thép nhỏ hình trụ dùng để truyền lực từ con đội đến đònbẩy Hai đầu tiếp xúc với con đội và cò mổ

-Cò mổ nhận lực từ đũa đẩy và truyền đến xupap Đầu tiếp xúc với đũa đẩy cóvít để điều chỉnh khe hở nhiệt cho xupap

-Xu páp là chi tiết có điều kiện làm việc khắc nghiệt Khi làm việc nấm xupapchịu tải trọng động và tải trọng nhiệt rất lớn nên yêu cầu nấm xupap phải có độ cứngvững cao

-Trục cam đặt giữa hai hàng xy lanh để dẫn động tất cả các xu páp

-Con đội ở cơ cấu phân phối khí AMZ 236 dùng con đội con lăn

Đường kính xy lanh 130 mm nên việc dùng hai xu páp cho một xy lanh (mộtnạp, một thải) thuận tiện cho việc bố trí vòi phun Các xu páp nạp và thải được bố trícùng một dãy nên dẫn động của cơ cấu phân phối khí đơn giản hơn Các xu páp nạpdùng chung đường nạp nên đường nạp có kết cấu đơn giản Đường nạp và đường thảiđược bố trí về hai phía để giảm sự sấy nóng không khí nạp do đó nâng cao được hệ sốnạp

Trục cam được bố trí ở thân máy dẫn động xu páp gián tiếp qua hệ thống conđội, đũa đẩy và đòn bẩy Nó được đặt giữa hai hàng xy lanh để dẫn động toàn bộ xupáp Cách bố trí này làm cho động cơ rất gọn Xu páp bố trí song song với đường tâm

xy lanh nên kích thước của nấm xu páp có thể tăng tăng lên bằng cách khoét lõm mộtphần ở nắp xy lanh để tăng đường kính nấm xu páp, tăng thể buồng cháy

 Phương án dẫn động trục cam:

Trục cam bố trí bố trí trên thân máy gần với trục khuỷu nên chỉ dùng một cặpbánh răng để dẫn động Với phương án này có ưu điểm là kết cấu đơn giản do cặpbánh răng phân phối khí là bánh răng trụ răng nghiêng nên ăn khớp êm và bền

Các bánh răng phân phối khí được lắp ở phía đẩu trục khuỷu Tuy lắp kiểu nàykhiến cho hệ thống dẫn động cơ cấu phân phối khí chịu ảnh hương của dao động xoắntrục khuỷu làm sai lệch pha phân phối khí và chịu tải trọng phụ do dao động xoắn gây

ra nhưng nếu lắp bánh răng dẫn động ở phía đuôi trục khuỷu sẽ làm cho kết cấu trụckhuỷu và bánh răng dẫn động trở nên phức tạp so với khi lắp bánh răng dẫn động ởđầu trục khuỷu

3.TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ AMZ 236

3.1.Các thông số cho trước của động cơ:

Công suất định mức có ích của động cơ: Ne = 132 kW

+ Góc phun sớm: s = 180

Bảng 3-1 Thông số chọn của động cơ

Thông số chọn Thứ nguyên Không tăng áp

a r r

k r

p p p

p T

T T

1 2

1

2

.

1

) (

r t k

a k

k

p

p p

p T T T

1 2 1

) (

) 1 (

1

r

m m

r

a r r t k

a

p

p T T

1

O H C

3.2.1.5.Tính số mol khí nạp mới M1 (kmol/kg nhiên liệu):

m (kJ/kmol.K):

Vì   1 thì :



634 , 1 867 , 19

v a

5 // 427 , 38 184,36 10 

C m C

m C

v

2

/ / /

a a

b b

3.2.2.4.Tính chỉ số nén đa biến trung bình n1 :

Chọn trước n1, thế vào phương trình sau, giải bằng phương mò nghiệm

) 1 (

2

314 , 8 1

1

/ /

O H

M  



3.2.3.2.Tính số mol sản phẩm cháy M2 (kmol/kg nhiên liệu):

M2 = M1 + M (kmol/kg nhiên liệu) (3.10)3.2.3.3.Hệ số đổi phân tử lý thuyết:

b

z r z

T b a C

) 1 (

) 1 (

.

1 0

2

1 / 0 2

//

//

z

r z

z v

r z v

vz

x M x

M

x M a x

M a

)1(

1 0

2

1 / 0 2

//

//

z

r z

z v

r z v

vz

x M x

M

x M b x

M b

v v r

H z

vz z

vz z

T T

b a M

Q C

a B

b A

314 , 8 2

)

1 (

) 314 , 8 ( 2

/ / 1

3.2.4.3.Kiểm nghiệm lại trị số n2:

Ta có đối với động cơ điesel thì n2  1 , 14  1 , 23 theo công thức :

).(

2)

(

314,8

z vz b z r

H H

z

T T M

Q Q

b

r b

p T T

/

1 2

11.1

11

1.1

.)1(

c

i

n n

k i

T p M

.

314 ,

g



3600000

3.3.2.Các thông số có ích

3.3.2.1.Áp suất tổn thất cơ giới:

a r tb

p  0 , 045  0 , 012   (MN/m2) (3.28)3.3.2.2.Áp suất có ích trung bình:

m i

e  

3.3.2.6.Thể tích công tác của động cơ:

n i p

N V

e

e h

.

30 

3.5.1.Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén.

Phương trình đường nén đa biến : p.Vn1 = const

Do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì :

1 n1

nx nx

n c

V V p p

Khi đó, áp suất tại điểm bất kỳ x:

1

n

c nx

i

p

p  (MN/m2) (3.35)

3.5.2.Xây dựng đường cong áp suất trên đường giản nỡ

Phương trình đường nén đa biến : p.Vn2 = const

Do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì :

2 n2

gnx

n z

gnx

V V pz p p

Bảng 3-3 Giá trị pnx,, pgnx của động cơ AMZ 236

in1 1/in1 pc/in1 in2 1/in2 pz* n2/in2

1Vc 1 1.00000 1.00000 4.16640 1.00000 1.00000 7.291201,32VC 1,32 1.46199 0.68400 2.84981 1.39537 0.71666 7.291202Vc 2 2.58112 0.38743 1.61418 2.29740 0.43528 4.428453Vc 3 4.49471 0.22248 0.92696 3.73719 0.26758 2.722344Vc 4 6.66221 0.15010 0.62538 5.27803 0.18946 1.927595Vc 5 9.04047 0.11061 0.46086 6.89865 0.14496 1.47477

Dùng đồ thị Brick xác định các điểm:

Phun sớm c’ với s =180

Mở sớm (r’), đóng muộn (a’’) xupáp nạp với 1 = 200, 2 = 460

Mở sớm (b’), đóng muộn (r’’) xupáp thải với 3 = 660, 4 = 200

Hiệu chỉnh đồ thị công:

Xác định các điểm trung gian

Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3 cy

Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz.

Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2 ba

Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh

O' O

c

b a r

V h

V a

16.5 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3

1 1.32 2 0

Hình 3-1 Đồ thị công của động cơ AMZ 236

3.6.Xây dựng đặc tính ngoài của động cơ AMZ 236

Theo Lây-Dec-Man ta có phương trình sau:

)

(

e N

MN-Mô men động cơ ứng với công suất cực đại

N

 -Tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ

e

 -Tốc độ góc ứng với công suất bất kỳ của động cơ

a,b,c-Hằng số thực nghiệm của Lây-Dec-Man

Từ (3.81) và (3.82) ta suy ra phương trình sau:

)

(

e N

Đặc tính ngoăi của động cơ AMZ 236 chưa tăng âp

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00

Hình 3-2 Đặc tính ngoăi của động cơ AMZ 236 chưa tăng âp

4.PHĐN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÂN LẮP ĐẶT BỘ TĂNG ÂP TRÍN ĐỘNG CƠ AMZ 236

4.1.Giới thiệu chung câc hệ thống tăng âp trín động cơ

4.1.1.Phđn loại tăng âp

Tất cả câc biện phâp nhằm tăng âp suất của không khí nạp văo trong xi lanhđộng cơ ở cuối quâ trình nạp lúc đóng xupâp nạp, qua đó lăm tăng lượng khí nạp mớivăo trong động cơ, được gọi lă tăng âp cho động cơ

Dựa văo nguồn năng lượng để nĩn không khí trước khi đưa văo động cơ, người

ta chia tăng âp cho động cơ thănh tăng âp có mây nĩn vă tăng âp không có mây nĩntheo sơ đồ sau (Hình 4-1)

DAO DỘ NG VÀ CỘ NG HƯỞNG CÓ MÁY NÉN

LIÊN HỆ THỦY LỰ C

TUA BIN KHÍ

MẮ C SONG SONG

MẮ C NỐ I TIẾ P

HỖ N HỢ P

TĂNG ÁP

KHÔNG CÓ MÁY NÉN

SÓNG ÁP SUẤ T

TỐ C ĐỘ

Hình 4-1 Câc phương phâp tăng âp trín động cơ đốt trong

4.1.2.Biện phâp tăng âp nhờ mây nĩn

Nếu môi chất được nén nhờ máy nén được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thì

tổ hợp động cơ đốt trong- máy nén được gọi là động cơ tăng áp cơ khí (hoặc cơ giới).Nếu máy nén được dẫn động nhờ tuabin tận dụng năng lượng khí thải của động cơ đốttrong thì tổ hợp động cơ đốt trong- tua bin - máy nén được gọi là động cơ tăng áp tuabin khí

a) Tăng áp cơ khí

Các loại máy nén được sử dụng trong phương pháp tăng áp cơ khí có thể là:máy nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt li tâm, hoặc quạt hướng trục được dẫnđộng từ trục khuỷu của động cơ Các sơ đồ tăng áp cơ giới (Hình 4-2)

vi hoạt động của máy nén dẫn động cơ khí cho phù hợp với chế độ làm việc của động

cơ đốt trong

Máy nén thể tích đáp ứng tốt nhất đối với động cơ làm việc theo đường đặctính tải, còn máy nén ly tâm đối với động cơ làm việc theo đường đặc tính chongchóng Đối với động cơ hai kỳ có đầu chữ thập thường dùng hốc dưới xi lanh để nénkhí bổ sung

Công suất của động cơ đốt trong được xác định theo công thức sau:

NeT = NiT NmT Nk

Công suất có ích được lấy từ trục khuỷu động cơ NeT có được từ công suất chỉthị NiT sau khi bị khấu trừ đi tổn thất cơ giới của bản thân động cơ NmT và công suất Nk

để dẫn động máy nén

Công suất dẫn động máy nén chỉ phụ thuộc vào số vòng quay của nó, vì vậynếu động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ thì số phần trăm công suất tổn thất cho việc dẫnđộng máy nén tăng lên làm giảm mạnh hiệu suất tổng của động cơ đốt trong.

Công suất dẫn động máy nén tăng nhanh hơn mức độ tăng áp suất chỉ thị pi Vìvậy, khi sử dụng tăng áp dẫn động cơ khí làm cho hiệu suất động cơ giảm khi áp suấttăng áp tăng Chính vì vậy, phương pháp tăng áp dẫn động cơ khí chỉ được áp dụng ởnhững mục đích cần thiết và áp suất tăng áp p1 nhỏ hơn hoặc bằng 1,6 kG/cm2, nếu pk

lớn hơn 1,6 kG/cm2 thì Nk sẽ lớn hơn 10%Ne [1]

Với phương pháp tăng áp cơ giới, chất lượng khởi động và tăng tốc động cơ tốt

vì lượng không khí cấp cho động cơ trong một chu trình phụ thuộc vào vòng quay trụckhuỷu mà không phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải Tuy nhiên, đối với tăng áp cơ giới,năng lượng tiêu hao để dẫn động máy nén tăng lên nên làm giảm hiệu suất cơ giới,làm giảm tính kinh tế của động cơ

b) Động cơ tăng áp bằng tuabin khí

Tăng áp bằng tuabin khí là phương pháp tăng áp dùng tuabin (TB) làm việcnhờ năng lượng khí xả của động cơ đốt trong (ĐCĐT) để dẫn động máy nén (MN).Khí xả của ĐCĐT có nhiệt độ và áp suất rất cao nên nhiệt năng của nó tương đối lớn.Muốn khí thải sinh công, nó phải được giãn nở trong một thiết bị để tạo ra công cơhọc Nếu để nó giãn nở trong xi lanh của ĐCĐT thì dung tích của xilanh sẽ rất lớn,làm cho kích thước của ĐCĐT quá lớn, nặng nề Điều này mặc dù làm tăng hiệu suấtnhiệt nhưng tính hiệu quả được đánh giá bằng giá trị áp suất trung bình sẽ rất nhỏ Đểtận dụng tốt năng lượng khí xả, người ta cho nó giãn nở đến áp suất môi trường vàsinh công trong các cánh của tua bin (TB)

Ta lần lượt xem xét các phương án kết nối đó:

 Tăng áp bằng TB khí liên hệ cơ khí

Trong phương án này trục tuabin, động cơ đốt trong và máy nén được nối liềnnhau (Hình 4-3) giới thiệu kết cấu và sơ đồ nguyên lý của phương án này

PK1

PT

5

Hình 4-3 Kết cấu và sơ đồ nguyên lý của tăng áp tuabin 1-Động cơ; 2-Khớp nối; 3-Máy nén; 4-Tuabin; 5-Làm mát

Áp suất của khí nạp vào xy lanh động cơ đạt 3.4 kG/cm2, khí xả sau khi ra khỏi

xy lanh động cơ đốt trong trước khi vào tuabin đạt áp suất 16 kG/cm2 Nhưng theoBuchi cho rằng công do giãn nở không hoàn hảo của sản vật cháy trong xy lanh củaĐCĐT sẽ được thu hồi trong TB Song phương án này gặp phải các hạn chế sau:

-Công xả của khí xả ĐCĐT tăng lên quá cao

-Khí xót trong xy lanh rất lớn làm cho lượng khí mới nạp vào xy lanh giảm

Do các nguyên nhân trên mà phương án này không được tồn tại trong thực tế

 Tăng áp bằng TB khí liên hệ khí thể

Sơ đồ nguyên lý của tăng áp này thể hiện trên Hình 4-4 Theo phương án này,tuabin và máy nén được nối đồng trục với nhau Khí xả được giãn nở trong cánhtuabin sẽ làm tuabin quay và dẫn động máy nén nén không khí tới áp suất tăng áp vàđưa vào động cơ

Phương pháp tăng áp TB khí có liên hệ khí thể cho phép lợi dụng tối đa nănglượng khí xả, tạo ra hiệu suất cũng như tính hiệu quả cao cho ĐCĐT ở mọi lĩnh vực

sử dụng

 Tăng áp bằng TB khí liên hệ thuỷ lực

Các phương án kết nối giữa động cơ đốt trong và cụm tuabin, máy nén cũng rấtphong phú Hình 4-5 trình bày các phương pháp kết nối này Trong đó, Hình 4-5a làcách ghép nối thông dụng nhất, nó cho phép điều chỉnh chế độ tăng áp theo chế độlàm việc của động cơ đốt trong Ngoài ra, còn có các phương pháp kết nối nhằm tậndụng năng lượng khí xả như Hình 4-5b,c Ở đây, ngoài cụm TB.MN dùng tăng áp chođộng cơ còn có TB tận dụng năng lượng còn thừa của khí xả cung cấp cho thiết bị

công tác Loại kết cấu này được sử dụng nhiều trong động cơ 2 kỳ tốc độ thấp cũngnhư động cơ 4 kỳ tốc độ trung bình và ngay cả động cơ sử dụng trên xe tải.

1

4

3

2 1

4 3

3

4 2

Hình 4-5 Tăng áp TB khí có liên hệ thuỷ lựca) Cơ cấu nối có liên hệ thuỷ lực; b) Cơ cấu nối có liên hệ thuỷ lực và tua bin tận dụngnăng lượng khí xả; c) Cơ cấu nối qua hộp số có tua bin tận dụng năng lượng khí xảdẫn động máy phát điện; 1 Động cơ; 2 Khớp thuỷ lực; 3,4 Cụm TB.MN dẫn động

Hình 4-6 Sơ đồ hệ thống tăng áp hỗn hợp cho động cơ

a Tăng áp hỗn hợp 2 tầng lắp nối tiếp thuận; b- Tăng áp hỗn hợp 2 tầng lắp nối

tiếp nghịch; c- Tăng áp hỗn hợp 2 tầng lắp song song1- Động cơ; 2- Khớp nối; 3- Tuabin; 4- Máy nén ; 5- Bộ làm mát; 6-Máy nén

dẫn động cơ khí; 7-Bình nạp chungTrong hệ thống hai tầng lắp nối tiếp thuận (Hình 4-6a), tầng thứ nhất là bộ

"máy nén tuabin" quay tự do và tầng thứ hai là máy nén truyền động cơ giới

Hệ thống tăng áp mà tầng thứ nhất là một máy nén thể tích hoặc máy nén lytâm do trục khuỷu dẫn động và tầng thứ hai là "máy nén tuabin khí" quay tự do đượcgọi là hệ thống tăng áp hai tầng nối tiếp ngược (Hình 4-6b)

Trong động cơ tăng áp hỗn hợp lắp song song (Hình 4-6c) người ta dùng mộtmáy nén dẫn động cơ giới hoặc dùng không gian bên dưới của xi lanh làm máy nén(trường hợp động cơ có guốc trượt) cung cấp không khí cho động cơ, song song với

bộ "máy nén tuốc bin khí" quay tự do Như vậy, mỗi máy nén trong hệ thống chỉ cầncung cấp một phần không khí nén vào bình chứa chung

Ưu điểm chủ yếu của hệ thống tăng áp lắp song song là khí tăng áp nạp vàođộng cơ được cung cấp đồng thời nhờ hai máy nén, lưu lượng không khí qua mỗi máynén đều nhỏ Do đó, kích thước của mỗi máy nén đều nhỏ so với hệ thống tăng áp lắpnối tiếp

Về mặt cấu tạo thì hệ thống tăng áp hỗn hợp phức tạp hơn nhiều so với các hệthống truyền động cơ giới và tăng áp tua bin khí, vì trong thiết bị tăng áp có 2 máynén, mặt khác bình chứa không khí nén chung cũng phức tạp hơn Vì vậy, chỉ trongcác trường hợp đặc biệt ví dụ cần đạt được Pk tương đối lớn, cần có tính năng tăng tốctốt hoặc đảm bảo chất lượng làm việc tốt trong mọi chế độ làm việc của động cơngười ta mới dùng hệ thống tăng áp hỗn hợp

4.1.3.Các phương pháp tăng áp khác

Phương pháp làm cho áp suất nạp vào động cơ đốt trong lớn hơn giá trị thôngthường mà không cần dùng đến máy nén cũng như một số phương pháp tăng áp caođang phổ biến trong thực tế

 Tăng áp dao động và cộng hưởng

Người ta sử dụng sự dao động của dòng khí và tính cộng hưởng của dao động

để tăng áp suất của môi chất trong xy lanh lúc đóng xupap nạp Quá trình đóng và mởmột cách có chu kỳ của các xupáp kích thích sự dao động của dòng khí Sự dao độngcủa áp suất tại mỗi vị trí trên đường chuyển động của khí thay đổi theo thời gian, sựthay đổi này phụ thuộc vào pha và tần số của ĐCĐT cũng như thời gian đóng mở của

xupáp Do vậy, sự dao động này có thể làm tăng hoặc giảm lượng môi chất nạp vào xylanh theo pha và tần số dao động của ĐCĐT

Theo phương pháp tăng áp này công nạp của piston được chuyển hóa thànhnăng lượng động học của cột khí và chính năng lượng này sẽ chuyển hóa thành côngnén làm tăng áp suất trong xy lanh cuối quá trình nạp

 Tăng áp dao động (tăng áp quán tính) Hình 4-7a

Quá trình diễn biến của áp suất trên đường ống trong quá trình nạp, thải nếuxem xét theo lý thuyết truyền sóng thì đó là quá trình dịch chuyển của sóng nén vàsóng giãn nở

Do có sự dao động của áp suất trên đường nạp, thải của động cơ mà ở đó xuấthiện quá trình truyền sóng (sóng áp suất và sóng tốc độ) ở trạng thái tĩnh, tốc độtruyền sóng a được xác định như sau :

kRT

a 

Trong đó: k- Chỉ số nén đoạn nhiệt; R- Hằng số chất khí; T- Nhiệt độ tuyệt đối

Sự biến thiên của áp suất và tốc độ phụ thuộc vào thời gian, vị trí theo quan hệ:

) ,

( t x f

p 

) ,

( t x f

Sự dao động của áp suất môi chất trong đường ống nạp thực tế không phải domột sóng đơn giản tạo ra mà do hai họ sóng truyền theo chiều ngược nhau, nó là kếtquả của việc tương giao và hợp thành của sóng phát sinh ở đầu này tạo nên sóng phản

xạ ở đầu kia Sóng khí thể cũng vậy, luôn tồn tại tính chồng chất và thường xuyên gặpnhau

Khi gặp nhau, biên độ sóng bằng tổng biên độ của hai sóng, sau khi xuyên qua,tính chất và biên độ của sóng không thay đổi, sóng nén vẫn là sóng nén và sóng giãn

nở vẫn là sóng giãn nở

 Hệ thống tăng áp cộng hưởng Hình 4-7b

Gồm: Bình ổn áp 1, ống cộng hưởng 2, bình cộng hưởng 4 được nối với cácnhánh ống nạp Các nhánh này được phân nhóm đảm bảo trình tự làm việc của cácxilanh cùng một nhóm có góc lệch công tác tương đối lớn (lớn hơn 240 độ góc quaytrục khuỷu) Thường động cơ 6 xilanh được chia làm 2 nhóm và nối thông với bình ổn

áp 1 Không khí nạp đi qua bầu lọc gió vào bình ổn áp 1 thông qua ống nối, rồi đi quaống cộng hưởng 2 vào bình cộng hưởng 4, rồi đi vào xilanh động cơ

Hiện nay, việc tăng áp cho động cơ bằng phương pháp cộng hưởng chưa đượcphổ biến vì kết cấu đường ống nạp phức tạp, giá thành cao, chỉ được sử dụng trênđộng cơ đời mới

 Tăng áp trao đổi sóng áp suất

Giới thiệu sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ tăng áp bằngsóng khí của hãng BBC Thụy Sĩ được biểu diễn ở Hình 4-8

Hình 4-8 Sơ đồ hệ thống tăng áp bằng sóng khí

1 Không khí thấp áp; 2- Dây đai; 3- Không khí cao áp ;4- Động cơ; 5- Khí thải cao

 Tăng áp tốc độ

Trong các động cơ đặt trên máy bay hoặc trên ôtô đua còn có thể sử dụng dòngkhông khí ngược với chiều chuyển động của máy bay và ôtô để làm tăng khối lượngmôi chất nạp vào động cơ Phương pháp này được gọi là phương pháp tăng áp tốc độ.Hiện nay, phương án này ít được sử dụng nên chỉ giới thiệu sơ lược như trên

 Tăng áp cao

Để đạt được tăng áp cao và tránh được một số hạn chế do tăng áp gây ra, người

ta thực hiện các phương pháp tăng áp sau:

Sơ đồ nguyên lý của phương pháp tăng áp hai cấp được biểu diễn trên Hình

4-9 Ở đây có hai cụm TB-MN một áp suất cao, một áp suất thấp Với cách bố trí này cóthể đạt được ưu điểm sau:

- Sử dụng được cụm TB.MN thông thường

- Cho phép tận dụng tốt hơn năng lượng khí xả nên khi cùng áp suất tăng áp,hiệu suất sẽ cao hơn so với tăng áp TB khí thông thường

- Khoảng làm việc TB rộng hơn, ít xảy ra trường hợp rơi vào vùng làm việckhông ổn định của cụm TB-MN

- Tốc độ vòng của rôto nhỏ hơn.

Nhược điểm cơ bản của tăng áp hai cấp là chiếm không gian lớn và gia tốckém Vì tăng áp cao nên đòi hỏi phải có hệ thống phụ để giải quyết chế độ khởi động

và làm việc không tải

 Tăng áp Miller

Sự tăng ứng suất nhiệt và ứng suất cơ tác dụng lên các chi tiết của động cơ đốttrong ngay cả ở chế độ tải trọng nhỏ, đặc biệt khi tăng áp hai cấp đã hạn chế khả năngtăng áp suất cho động cơ đốt trong Cụm TB.MN cung cấp lưu lượng khí giảm khi chế

độ tải trọng nhỏ làm giảm hệ số dư lượng không khí dẫn đến tăng tải trọng nhiệt lênđộng cơ đốt trong Trong phương pháp tăng áp Miller, trạng thái của môi chất ở đầuquá trình nén được thay đổi nhờ có thay đổi thời gian đóng của xupáp nạp theo chế độcông tác của động cơ đốt trong Khi tải của động cơ đốt trong càng tăng, tỉ số tăng ápcàng tăng do năng lượng cấp cho TB.MN tăng, xupap nạp luôn có xu hướng đóng sớmhơn, thậm chí đóng trước cả điểm chết dưới Cuối hành trình, khi xupap nạp đóng,xilanh được điền đầy hoàn toàn bởi khí mới với áp suất tăng áp rất cao

 Tăng áp siêu cao

Biện pháp tăng áp này được thực hiện cho động cơ diesel nhằm đáp ứng yêucầu đạt pe cao trong phạm vi rộng của số vòng quay trong khi vẫn cho khả năng giatốc tốt Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên Hình 4-10

Đối với loại tăng áp siêu cao, phía trước TB có bố trí buồng đốt 7 phụ thuộcvào chế độ làm việc của động cơ, một lượng nhiên liệu và không khí được đưa thêmvào buồng đốt cùng với khí xả Không khí đưa thêm được trích từ máy nén, được điềuchỉnh để có số lượng thích hợp, đi qua một ống nhánh sau đó trộn với khí xả và đi vàobuồng đốt Phương pháp này có thể được sử dụng trong động cơ diesel có tỉ số nén rấtthấp (có thể ~7) và tỉ số tăng áp rất cao

Vì giá thành của hệ thống cao và tiêu hao nhiên liệu lớn, nên phạm vi sử dụngcủa hệ thống này chỉ hạn chế ở nơi mà cần trọng lượng nhỏ, kích thước nhỏ mà khảnăng tăng tốc lớn

 Tăng áp chuyển dòng

Khi áp suất tăng áp cao người ta thường sử dụng TB đẳng áp vì nó có hiệu suấtcao ở chế độ làm việc định mức, nhưng ở các chế độ tải khác nó có nhiều nhượcđiểm, nhất là chế độ tải nhỏ của ĐCĐT Để khắc phục nhược điểm này, người ta bốtrí nhiều bộ tăng áp nhỏ làm việc theo chế độ lắp song song mà phạm vi hoạt động củachúng phụ thuộc vào chế độ tải của động cơ Tăng áp chuyển dòng có thể là tăng áp

Hình 4-10 Sơ đồ nguyên lý của biện pháp tăng áp siêu cao1- Động cơ khởi động; 2- Làm mát khí tăng áp; 3- ống vòng; 4- Bơm nhiên liệu; 5- Bộ điều chỉnh; 6- ống xả; 7- Buồng đốt; 8-Bộ đánh lửa

một cấp hoặc hai cấp Việc đóng hoặc mở TB phụ thuộc vào tải và số vòng quay củađộng cơ được điều khiển từ bên ngoài

4.2.Sơ đồ hệ thống nạp thải của động cơ AMZ 236

1 2 3

6 8

5

4 7

Hình 4-11 Hệ thống nạp thải động cơ AMZ 2361-Xupáp thải; 2-Xupáp nạp; 3-Cổ góp nạp; 4-Ống nạp; 5-Piston; 6-Cổ góp thải; 7-Bầu

lọc; 8-Đường ống thải

4.2.1.Hệ thống nạp động cơ AMZ 236

Khi trục khuỷu quay thanh truyền làm cho piston chuyển dịch từ ĐCT xuốngĐCD, cơ cấu phân phối khí mở thông đường qua xupáp nạp, nối không gian bên trênpiston với đường ống nạp Cùng với mức tăng tốc độ của piston, áp suất môi chấttrong xilanh cũng trở lên nhỏ dần so với áp suất môi chất trên đường nạp pk Chênhlệch áp suất kể trên tạo nên quá trình nạp môi chất mới từ đường ống nạp vào xilanh

Quá trình nạp trong các xilanh động cơ được thực hiện khi piston đi từ ĐCTđến ĐCD Xupap nạp mở với góc mở sớm 200, góc đóng muộn xupap nạp 460 Sơ đồpha phối khí kỳ nạp của động cơ AMZ 236 thể hiện trên Hình 4-12

20 0

46 oHình 4-12 Sơ đồ pha phối khí kỳ nạp

Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống nạp:

Bầu lọc không khí: Gồm hai phần nối liên kết nhau Không khí từ môi trường

ngoài đi vào bầu lọc có chứa dầu để giữ lại những chất bẩn có trọng lượng lớn sau đókhông khí lọc tiếp tục đi qua lọc thấm Tại đây, hầu hết các loại bụi bẩn được giữ lại,

vì thế đảm bảo khí nạp đủ sạch để cung cấp cho động cơ, nhằm đảm bảo cho động cơlàm việc tin cậy và nâng cao được tuổi thọ của các chi tiết

Đường ống nạp: Hình dáng, kích thước, kết cấu của đường ống nạp có ảnh

hưởng rất lớn đến hệ số nạp, bởi vì nếu xét riêng về lực cản thì tiết diện của đườngống nạp càng lớn thì lực cản khí nạp sẽ càng nhỏ, đảm bảo cho động cơ làm việc tốt,hiệu quả tăng áp cao Do vậy, đường ống nạp phải có kết cấu phù hợp sao cho trở lựccủa đường ống là nhỏ nhất

Các nhánh ống nạp đến xi lanh: Để đảm bảo lượng không khí nạp được đồng

đều vào các xilanh động cơ thì kích thước, kết cấu, hình dáng và tiết diện của cácnhánh ống nạp đến các xilanh phải hợp lý với vị trí từng xilanh so với khoang nạpchung trên động cơ

Xupap nạp: Trong hệ thống nạp của động cơ, tại nấm xupap nạp là nơi có tiết

diện lưu thông dòng không khí nạp nhỏ nhất nên trở lực là lớn nhất Tăng đường kínhxupap nạp sẽ mở rộng được tiết diện lưu thông qua xupap, nhưng lại bị hạn chế bởi vịtrí cấu tạo của xupap, và kích thước của xilanh Kích thước của xupap nạp của động

cơ AMZ 236 lớn hơn kích thước của xupap xả vì trong biểu thức tính hệ số nạp thì

ảnh hưởng của áp suất đầu kỳ nạp lớn hơn ảnh hưởng của áp suất cuối kỳ thải.

4.2.2.Hệ thống thải động cơ AMZ 236

Thực hiện quá trình xả sạch khí thải ra khỏi xilanh Piston chuyển dịch từ ĐCDlên ĐCT đẩy khí thải từ xilanh qua xupáp thải đang mở vào ống thải Do áp suất môichất trong xilanh cuối kỳ cháy giãn nở khá cao nên xupáp xả phải bắt đầu mở ở cuối

Kỳ nạp

kỳ giãn nở khi piston còn cách ĐCD khoảng 400÷600 góc quay trục khuỷu Nhờ đógiảm được lực cản đối với chuyển động của piston trong kỳ xả va cải thiện việc quétsạch khí thải ra khỏi xilanh động cơ.

Quá trình thải trong xilanh động cơ được thực hiện khi piston đi từ ĐCD lênĐCT, xupap thải mở với góc mở sớm là 660 và góc đóng muộn là 200

20 0

66o

Hình 4-13 Sơ đồ pha phối khí kỳ thải của động cơ AMZ 236

Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống thải động cơ AMZ 236:

Xupap thải: Trong hệ thống thải, xupap thải là nơi có tiết diện nhỏ nhất nên trở

lực cản khí thải rất lớn Do đó, để cho hệ thống thải làm việc tốt, cần phải chọn kíchthước xupap thải hợp lý, sao cho tiết diện lưu thông của dòng khí thải là lớn nhất vàtrở lực của dòng khí thải là nhỏ nhất

Tiết diện lưu thông của dòng khí thải qua xupap thải không chỉ phụ thuộc vàokích thước của xupap mà còn phụ thuộc vào chế độ đóng mở xupap thải Nếu điềuchỉnh khe hở nhiệt quá lớn thì sẽ hạn chế hành trình mở xupap, làm giảm tiết diện lưuthông của dòng khí xả

Ống thải: Ống thải luôn tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt độ rất cao

(400.600)0C nên phụ tải nhiệt của ống thải rất lớn Mặt khác ống thải được bắt bulôngvới nắp máy vì vậy trong quá trình tiếp xúc với khí cháy ống thải giãn nở nhiều hơnnắp máy

4.3.Lựa chọn phương án lắp đặt bộ tăng áp trên động cơ AMZ 236

4.3.1.Lựa chọn sơ đồ tăng áp tubin khí

Tăng áp bằng tuabin khí là phương pháp tăng áp dùng tuabin (TB) làm việcnhờ năng lượng khí xả của động cơ đốt trong (ĐCĐT) để dẫn động máy nén (MN).Khí xả của ĐCĐT có nhiệt độ và áp suất rất cao nên nhiệt năng của nó tương đối lớn.Muốn khí thải sinh công, nó phải được giãn nở trong một thiết bị để tạo ra công cơ

Kỳ thải