Nghiên cứu hệ thống tăng áp trên động cơ. Thiết kế mô phỏng và lập quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống tăng áp HX50

Qua kết quả của thử nghiệm trên Alfed Buchi đã đưa ra nhận định là đểtạo điều kiện cho việc quét buồng sạch cháy, áp suất khí tăng áp phải lớn hơn áp suấtkhí xả vào tuabin và phải sử dụn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng nghiên cứu 1

5 Phạm vi nghiên cứu 2

6 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3

1.1 MỤC DÍCH TĂNG ÁP VÀ NHỮNG TRỞ NGẠI KHI TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3

1.1.1 Lịch sử tăng áp trong động cơ đốt trong 3

1.1.1.1 Tăng áp cho động cơ xăng 3

1.1.1.2 Tăng áp cho động cơ diesel 4

1.1.1.3 Tăng áp bằng tuabin khí 4

1.1.2 Mục đích tăng áp 5

1.1.3 Những hạn chế của tăng áp và biện pháp khắc phục khi thực hiện tăng áp cho ĐCĐT 7

1.1.3.1 Những hạn chế 7

1.1.3.2 Biện pháp khắc phục 8

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG ÁP 9

1.2.1 Phân loại tăng áp 9

1.2.2 Tăng áp nhờ máy nén 10

1.2.2.1 Tăng áp cơ khí 10

1.2.2.2 Tăng áp tua bin khí 11

1.2.2.3 Tăng áp hỗn hợp 14

1.2.3 Các phương pháp tăng áp khác 16

1.2.3.1 Tăng áp dao động và cộng hưởng 16

1.2.3.2 Tăng áp nhờ sóng áp suất - tăng áp COMPREX 18

1.2.3.3 Tăng áp cao 19

1.3 LÀM MÁT KHI TĂNG ÁP 22

1.3.1 Vai trò của làm mát khi tăng áp 22

1.3.2 Các phương pháp làm mát khí tăng áp 24

1.3.3 Vai trò của làm mát khí tăng áp đối với động cơ xăng 26

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG TĂNG ÁP HX 50 28

2.1 SƠ ĐỒ CẤU TẠO 28

2.2 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 30

2.3 KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP NHỜ TUABIN- MÁY NÉN 31

2.3.1 Máy nén li tâm 31

2.3.2 Tuabin 33

2.3.2.2 Tuốc bin hướng kính 33

2.4 T HIẾT KẾ , MÔ PHỎNG SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP BẰNG PHẦN MỀM F LASH 36

2.4.1 Tổng quan về phần mềm flash 36

2.4.1.1 Window 36

2.4.1.2 Timme line 37

2.4.1.3 Libraly 38

2.4.1.4.Tool 38

2.4.1.5 Xác định loại màu viền, loại đường viền và trọng lượng nét vẽ 40

2.4.1.6 Properties 41

2.4.1.7 Thiết kế diện mô phỏng 41

2.4.1.8 Tạo dự liệu mô phỏng 42

2.4.1.9 Viết lệnh cho chương trình 42

2.4.1.10 Hoàn thiện và chạy thử chương trình 42

2.4.2 Mô phỏng sự hoạt động của hệ thống turbo tăng áp 42

2.4.2.1 Sơ đồ cấu tạo 42

2.4.2.2 Nguyên lý làm việc 43

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH KIỂM TRA, SỬA CHỮA HỆ THỐNG TĂNG ÁP HX50 45

3.1 HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 45

3.1.1 Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn 45

3.1.2 Có tiếng ồn bất thường 46

3.1.3 Tiêu hao dầu lớn và khói xanh 46

3.2 PHÂN TÍCH CÁC HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 47

3.2.1 Bôi trơn không đầy đủ 47

3.2.2 Dầu bị ô nhiễm 48

3.2.3 Rò rỉ dầu ở turbo tăng áp 50

3.2.4 Do các yếu tố bên ngoài 51

3.3 KIỂM TRA VÀ SƯA CHŨA HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ 52

3.3.1 Kiểm tra bên ngoài 52

3.3.2 Kiểm tra hệ thống nạp 54

2.3.3 Kiểm tra hệ thống thải 55

3.4 CÁC CHÚ Ý KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP 57

3.5 QUY TRÌNH THÁO, LẮP HỆ THỐNG TĂNG ÁP 58

3.5.1 Quy trình tháo hệ thống tăng áp 58

3.5.2 Quy trình lắp hệ thống tăng áp 65

KẾT LUẬN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

Số thứ tựGhi chú:

Cụm từ viết viết tắt là các chữ cái và các ký hiệu thay chữ được viết liền nhau, đểthay cho một cụm từ có nghĩa thường được lặp nhiều lần trong văn bản hoặc được mọingười mặc nhiên chấp nhận

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Kết quả thí nghiệm của Rudolf Diesel 4 Bảng 1.2 Sự tăng nhiệt độ T của khí khi đi qua MN 22 Bảng 1.3 Số liệu cân bằng nhiệt của động cơ diessel chữ V, 12 xilanh, Dx S= 175x 190mm ở số vòng quay 1500vg/ph 24

Bảng 1.4 Tác dụng của làm mát khi tăng áp trong động cơ diesel tăng áp 25

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Các phương pháp tăng áp 9

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí 10

Hình 1.3 Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp bằng Tuabin biến áp 12

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý tăng áp bằng tuabin khí chỉ liên hệ khí thể 13

Hình 1.5 Tăng áp tuabin khí có liên hệ thuỷ lực 14

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý phương án tăng áp hỗn hợp cho động cơ 15

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống tăng áp dao động và cộng hưởng 16

Hình 1.8 Tương giao của sóng 18

Hình 1.9 Nguyên lý của đường ống nạp có chiều dài thay đổi vô cấp 18

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý tăng áp 2 cấp 19

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý của biện pháp tăng áp siêu cao 20

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý tăng áp chuyển dòng 21

Hình 1.13 Áp suất có ích trung bình phụ thuộc vào tỷ số tăng áp khi mức độ làm mát khi tăng áp khác nhau 23

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo turbo tăng áp 28

Hình 2.2 Dòng khí dịch chuyển trong cánh tuabin và cánh nén 28

Hình 2.3 Ổ bi cầu đỡ trục 30

Hình 2.4 Nguyên lí làm việc turbo tăng áp 31

Hình 2.5 Giản đồ máy nén ly tâm 32

Hình 2.6 Máy nén li tâm loại 1 tầng 33

Hình 2.7 Máy nén li tâm loại 2 tầng 33

Hình 2.8 Sơ đồ hoạt động của tuabin hướng kính và tam giác tốc độ 34

tại cửa vào và cửa ra của bánh công tác 34

Hình 2.9 Tuabin hướng kính 35

Hình 2.10 Giao diện màn hình Window với thanh công cụ main 36

Hình 2.11 Giao diện màn hình Window với thanh công cụ Library- Buttons 37

Hình 2.12 Giao diện màn hình Window với chức năng Actions 37

Hình 2.13 Giao diện màn hình viết lệnh cho chương trình mô phỏng 37

Hình 2.14 Giao diện màn hình thao tác với các lớp (layer) 38

Hình 2.16 Thanh công cụ tool 38

Hình 2.17 Thuộc tình cho nét vẽ 39

Hình 2.18 Bảng điều khiển color Mixer 40

Hình 2.19 Bảng chọn loại đường nét, màu vcuar nét vẽ 41

Hình 2.20 Giao diện và các thuộc tính 41

Hình 2.21.Sơ đồ cấu tạo 43

Hình 2.22 Giao diện màn hình mô phỏng 44

Hình 3.1 Các cánh tuabin bị phá hủy 47

Hình 3.2.Sự đổi màu của trục 47

Hình 3.3 Vết cào ở trục 47

Hình 3.4 Chân trục bị hỏng 47

Hình 3.6 Bánh tuabin bị hỏng 49

Hình 3.8 Rò rỉ dầu ở turbo tăng áp và các trạng thái 50

Hình 3.9 Cánh không khí bị cong 51

Hình 3.10 Các cánh bị mòn 51

Hình 3.11 Chỉ một cánh bị hỏng 51

Hình 3.12 Vỏ tuabin tăng áp bị nứt 52

Hình 3.13 Dùng bộ SST kiểm tra áp suất turbo tăng áp 53

Hình 3.14 Kiểm tra điện áp nguồn cảm biến áp suất đường ống nạp 53

Hình 3.15 Kiểm tra bộ điều chỉnh áp suất bằng bộ SST 53

Hình 3.16 Đầu nối đường dẫn dầu 53

Hình 3.17 Rò rỉ khí đốt ở mặt bích tuabin 54

Hình 3.18 Cách nhận biết hư hỏng của cánh máy nén 54

Hình 3.19 Hư hỏng ở vỏ máy nén 55

Hình 3.20 Kiểm tra trục tuabin 55

Hình 3.21 Kiểm tra bằng mắt xem bánh tuabin 55

Hình 3.22 Kiểm tra độ uốn cong của trục 56

Hình 3.23 Kiểm tra độ dơ dọc trục 56

Hình 3.24 Kiểm tra bằng mắt nhận biết hư hỏng mặt bích 56

Hình 3.25 Kiểm tra đường ống khí 56

Hình 3.26 Kiểm tra lá chắn nhiệt 57

Hình 3.27 Một số dung cụ dùng để tháo lắp 58

Ghi chú:

- Chữ số thứ nhất chỉ tên chương

- Chữ số thứ hai chỉ thứ tự bảng biểu, sơ đồ, hình,…trong mỗi chương

- Ở cuối mỗi bảng biểu, sơ đồ, hình,…trong mỗi chương phải có ghi chú, giải thích, nêu rõ nguồn trích hoặc sao chụp,…

áp sử dụng năng lượng động năng khí thải thường vẫn bị bỏ phí để năng cao năng suấtcũng như hiệu suất của động cơ Vì vậy, sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbo tăng ápcho động cơ vừa mang lại tính hiệu quả kinh tế cao nhờ tiết kiệm năng lượng nhưngđồng thời cũng mang một ý nghĩa quan trọng vào việc hạn chế ô nhiễm môi trường dokhí thải động cơ gây ra.

- Đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu hệ thống tăng áp trên động cơ Thiết kế môphỏng và lập quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống tăng áp HX50” nhằm nâng caođược kiến thức, kĩ năng về hệ thống tăng áp cho bản thân

2 Mục đích nghiên cứu

- Củng cố và nâng về cấu cao kiến thức chuyên môn tạo về nguyên lý hoạt động

và quy trình kiểm tra, sửa chữa của hệ thống tăng áp trên ô tô

- Mô phỏng hệ thống tăng áp (trên phần mềm Macromedia Flash 8) làm tài liệutham khảo cho sinh viên khóa sau

- Nghiên cứu nhằm giúp cho bản thân dễ dàng hiểu về nguyên lý hoạt động của

hệ thống tăng áp trên ô tô bằng chương trình Macromedia Flash 8

3 Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống tăng áp trên ô tô vàtrong xưởng thực hành của trường

- Mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng áp

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Đạt được kiến thức chuyên sâu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệthống tăng áp

- Lập được quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống tăng áp làm tài liệu tham khảocho sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

- Mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng áp bằng phần mềmMacromedia Flash 8 đảm bảo chính xác về nguyên lý

5 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu từ tình hình thực tế hệ thống tăng áp đang được sử dụng trên ô tô.

- Nghiên cứu từ các tài liệu, giáo trình đang được dùng làm phương tiện giảngdạy cho sinh viên

- Nội dung nghiên cứu: “ứng dụng chương trình Macromedia Flash 8 mô phỏngnguyên lý hoạt động của hệ thống tăng áp – lập quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thốngtăng áp HX 50”

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu từ các nguồn tài liệu như sách, giáo trình, các bài giảng, các bản

vẽ, sách tạp chí, nguồn tài liệu từ internet

- Nghiên cứu từ thực tiễn

- Nghiên cứu từ thực nghiệm

- Tham khảo ý kiến của giảng viên

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1 Mục đích tăng áp và những trở ngại khi tăng áp cho động cơ đốt trong

1.1.1 Lịch sử tăng áp trong động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong (ĐCĐT) có những bước phát triển thăng trầm do nhiềunguyên nhân khác nhau, ví dụ người ta hi vọng vào một nguồn động lực khác có tínhtốt hơn hoặc lo sợ về sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu biểu hiện ở cuộc khủng hoảngnhững năm 70 của thế kỉ 20 Thêm vào đó là vấn đề ô nhiễm do nó gây ra đối với môitrường và sức khỏe con người

Tuy nhiên, nhờ những phát triển vượt bật, kì diệu trong nghiên cứu, chế tạođông cơ xăng, diesel đã đánh bại mọi sự nghi ngờ về sự tồn tại phát triển của nó Nhờnhững ưu điểm vượt trội về nhiều mặt: hiệu suất cao trong phạm vi công suất rộng,nhỏ gọn nên ĐCĐT hiện nay chiếm ưu thế tuyệt đối một số lĩnh vực như vận tải đường

bộ, đường thủy, phát điện dự phòng…

Lịch sử phát triển ĐCĐT luôn gắn liền với lịch sử phát triển tăng áp của nó

1.1.1.1 Tăng áp cho động cơ xăng

Động cơ 4 kì làm việc theo nguyên lí đốt cháy cưỡng bức có khả năng sử dụngtrong thực tế xuất hiện vào những năm 1876 Năm 1885 Gottlieb Deimler (tiền thẩnhãng ôtô Mercedes Benz) đã có đăng kí phát minh số DRP 34.926 về tăng áp cho động

cơ cháy cưỡng bức Theo bản vẽ và sự mô phỏng trong đăng kí phát minh có thể thấy

rõ hộp trục khuỷu được sử dụng như một máy nén – như trong động cơ hai kì quét nhờhộp trục khuỷu Khi piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên không khí hoặc hỗnhợp được hút vào hộp trục khuỷu, hành trình ngược lại của piston sẽ là hành trình nénkhông khí hoặc hỗn hợp trong hộp trục khuỷu, không khí hoặc hỗn hợp chịu nén sẽđẩy vào xilanh qua một van đặt trong đỉnh piston khi áp suất trong hộp trục khuỷuthắng sức căng của lò xo van Quá trình nạp vào xilanh chia làm 3 giai đoạn:

1- Cuối quá trình giãn nở khí ở hộp trục khuỷu tràn vào xilanh đẩy khí cháy rangoài

2- Quá trình nạp bình thường

3- Quá trình nạp thêm vào xilanh ở cuối quá trình nạp

Phát minh chỉ phù hợp với trình độ kĩ thuật thời kì đầu số vòng quay động cơkhoảng 150÷160 vg/ph Với thành công này người ta dự định áp dung thành công nàycho động cơ có số vòng cao hơn từ 500÷600 vg/ph song vì tổn thất dòng chảy qua vanquá lớn nên hàm lượng khí nạp vào động cơ không đáng kể

Với nguyên lí tăng áp tương tự Wilhelm Maybach đã thiết kế động cơ chữ Vcho hãng Deimler nhưng do công suất tăng lên không đáng kể nên hãng Deimler sau

đó đã từ bỏ phương án này

Có lẽ vì kết quả không mấy khả quan ở kết quả đầu tiên nên phải sau chiếntranh thế giới lần thứ nhất, hãng Deimler mới khôi phục lại các thí nghiệm về tăng ápcho động cơ ô tô sau khi thu được hàng loạt kinh nghiệm trong tăng áp cơ khí cho

1.1.1.2 Tăng áp cho động cơ diesel

Ngay trong thời kì hoàn thiện phát minh về động cơ diesel Rudolf Diesel đã đềcập vấn đề tăng áp cho nó Năm 1896 ông đã bổ sung vào đăng kí phát minh số 67207

về khả năng thực hiện nén nhiều cấp trong động cơ 1 xilanh bằng cách bố trí thêm mộtbơm nén trước đường nạp, phát minh đăng kí dưới tên DRP 95.680

Kết quả thí nghiệm của Rudolf Diesel được trình bày ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Kết quả thí nghiệm của Rudolf DieselThông số kỹ thuật Có bơm tăng áp Không có bơm tăng áp

Động cơ diesel ngày nay có nhu cầu tăng áp rất lớn và được áp dunhj 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 cho ĐCĐT

1.1.1.3 Tăng áp bằng tuabin khí

Sự phát triển tăng áp được dẫn động bằng tua bin khí cho động cơ diesel gắnliền với sự nghiệp của kĩ sư người Thụy Sĩ Alfed Buchi Ngày 16/11/1905 AlfedBuchi có đăng kí phát minh DRP số 20 4630 về một liên hợp máy bao gồm: một máynén chiều trục nhiều tầng, một động cơ diesel và 1 tuabin hướng trục nhiều cấp, tất cảđều nối chung trên một trục Không khí được máy nén hút từ môi trường va nén tới ápsuất 3÷4 kG/cm2, khí xả sau khi ra khỏi động cơ áp suất khoảng 16 kG/cm2 được giãn

nở tiếp và sinh công trong tuabin

Với kết cấu này Alfed Buchi hi vong là công tổn thất do giãn nở không hoàntoàn trong xilanh của động cơ sẽ được thu hồi trong tuabin Tuy vậy, điều hi vọng củaAlfed Buchi đều bị tan vỡ bởi hai lí do: thứ nhất là do công cho quá trình xả quá caotrong khi công sinh bởi tuabin lại bị tiêu phí; thứ hai là do áp suất trên đường thải quálớn lên làm cho lượng khí sót trong xilanh quá lớn dẫn đến giảm lượng khí nạp

Từ năm 1911 đến 1914 Alfed Buchi đã xây dựng thiết bị và thực hiện hàng loạtthí nghiệm ở hãng Sulzer tại Winterthur để tìm các nhân tố khác nhau ảnh hưởng đếnđặc tính của động cơ đốt trong được tăng áp Ở thí nghiệm này, Alfed Buchi đã bố trí

dẫn động máy nén từ thiết bị bên ngoài và khí xả của động cơ được đưa đến sinh côngtrong tuabin Qua kết quả của thử nghiệm trên Alfed Buchi đã đưa ra nhận định là đểtạo điều kiện cho việc quét buồng sạch cháy, áp suất khí tăng áp phải lớn hơn áp suấtkhí xả vào tuabin và phải sử dụng góc trùng điệp xupap của động cơ đốt trong hợp li.

Với kết luận trên Alfed Buchi đã đăng kí phát minh tại Đức số 454107, song vìgặp phải chiến tranh thế giới lần thứ nhất nên mọi dự định của ông đều không thựchiện được

Năm 1923, BỘ Giao thông Đức đã đưa 2 hợp đồng để đóng tàu vận tải khách,mỗi động cơ được trang bị 2 động cơ 4 kì 10 xilanh theo mẫu của MAN Nhờ thựchiện tăng áp theo nguyên lí của Buchi cho phép tăng công suất từ 1750 mã lực lên

2500 mã lực Một đặc điểm khác ở đây là trên ống xả có lắp bướm chuyển dòng để cóthể không cho khí xả đi qua tuabin Vây là động cơ có thể làm việc với tăng áp hoặckhông tăng áp Đây chính là thành công đầu tiên về tăng áp của tuabin khí

Năm 1926 Buchi đã thực hiện thí nghiệm về tăng áp theo phát minh trên ở nhàmáy đóng tàu hỏa tại Winterthur, Thụy Sĩ

Hệ thống tăng áp này được hãng BBC Baden thiết kế và chế tạo bao gồm có 1tuabin hướng trục và 1 máy nén li tâm 2 cấp

Các thí nghiệm trên đã thành công công suất động cơ tăng lên 50% một cách dễdàng và trong thời gian ngắn có thể tăng lên 100% Kết quả trên được ứng dụng trênhàng loạt hãng sản xuất động cơ, trong quá trình phát triển người ta càn làm cho ống

xả không chỉ hẹp hơn mà còn ngắn hơn, do đó bộ tăng áp ngày càng lắp gần động cơhơn

1.1.2 Mục đích tăng áp

Nhằm mục đích tăng công suất động cơ người ta phải tìm cách tăng khối lượngnhiên liệu cháy ở trên một đơn vị dung tích xilanh trong một đơn vị thời gian, tức làtăng khối lượng nhiệt tỏa ra trong một không gian và thời gian cho trước Trongnguyên lí động cơ đã cho quan hệ giữa công suất có ích và các thông số khác nhaunhư:

e h v l

N V n p

30

i H

m o

Vh – dung tích của một xilanh;

nv – hệ số nạp;

pl – khối lượng riêng của khí nạp mới;

QH – nhiệt trị thấp nhất của nhiên liệu;

Mo – lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị nhiênliệu;

n - số vòng quay của động cơ;

t – số kì của động cơ;

i – số xi lanh của đông cơ

Chúng ta biết rằng QH, Mo phụ thuộc vào loại nhiên liệu nên thay đổi khôngnhiều.Trong nghiên cứu và phát triển hiệu suất chỉ thị cũng như cơ giới luôn đạt cựcđại, không thể đạt cao hơn

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 bằng cách tăng số vòng quay n của động

cơ Khi tăng số vòng quay của động cơ sẽ gây khó khăn cho việc thực hiện quá trìnhcháy Tác hại hơn nữa là làm cho tốc độ trược trung bình của piston tăng lên dẫn đếnlàm tăng tổn thất ma sát, mài mòn của các chi tiểt của nó và tăng lực quán tính

- Thay đổi số kì từ 4 kì thành 2 kì Nhờ tỉ số của kì sinh công so với vòng quaycủa động cơ 2 kì gấp đôi động cơ 4 kì nên có thể tăng nhiệt lượng giải phóng trongmột đơn vị thời gian, song cho đến nay quá trình thay đổi khí của động cơ 2 kì chưahoàn chỉnh nên sinh ra tổn thất lớn và ô nhiễm năng Tuy vậy, trong xu thế phát triểnnhằm hoàn thiện quá trình quét thải, phun xăng trực tiếp động cơ 2 kì có tiềm năngphát triển lớn

- Tăng dung tích công tác Vh hoặc số xilanh i sẽ kéo theo kích thước, thể tích,trọng lượng của động cơ tăng

- Tăng khối lượng không khí nạp vào xilanh bằng cách tăng khối lượng riêngcủa không khí pk 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 không khí được nạp vào xilanhtăng nên người ta tăng thêm nhiên liệu để đốt cháy trong dung tích đó Như vây, cho tatăng khả năng tăng lượng nhiệt phát ra trong dung tích cho trước Biện pháp làm tăngkhối lượng riêng của môi chất trước khi nạp vào động cơ bằng cách tăng áp suất của

nó được gọi là tăng áp

Mục đích cơ bản của tăng áp là làm cho công suất của nó tăng lên nhưng đồngthởi 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 động cơ ứng với một đơn vị công suất

- Giảm gía thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất

- Hiệu suất của động cơ tăng đặc biệt là khi tăng áp tuabin khí, do đó suất tiêuhao nhiên liệu giảm

- Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại

- Giảm độ ồn của động cơ

1.1.3 Những hạn chế của tăng áp và biện pháp khắc phục khi thực hiện tăng áp cho ĐCĐT

1.1.3.1 Những hạn chế

a Áp suất của chu trình

Về mặt lí thuyết có thể xem quá trình diễn ra trong máy nén là đoạn nhiệt, lúcnày quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất môi trường với nhiệt độ và áp suất sau máy nénlà:

(1- 2)trong đó:

1, pl, vl và Tl là áp suất, khối lượng riêng, thể tích và nhiệt độ sau máy nén;

0, po, v0 và T0 là áp suất, khối lượng riêng, thể tích và nhiệt độ của môi trườngtrước máy nén;

pa, Ta – áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nạp

Quan hệ giữa áp suất cuối quá trình nén phj thuộc vào tỉ số tăng áp và tỉ số néncủa động cơ

Sự tăng áp suất cuối quá trình nén do tăng áp dẫn đến sự tăng của áp suất vànhiệt độ của cả chu trình công tác của động cơ Song tỷ lệ tăng của chúng ở động cơđốt cháy cưỡng bức khác với động cơ tự bốc cháy

Trong động cơ đốt cháy cưỡng bức, do quá trình cháy dẫn đến sự tăng của ápsuất chu trình Tỷ lệ áp của áp suất ở mọi thời điểm của chu trình bằng nhau cũng như

Trong động cơ diessel, do tăng áp nhiệt độ và áp suất cuối quá trình nén tăng

cùng tỷ lệ với sự tăng áp suất cuối quá trình nén Tuy vậy, người ta có thể kết hợp tăng

b Nhiệt độ của chu trình

Tình trạng chịu nhiệt của động cơ còn đáng lo ngại hơn Các nghiên cứu chothấy nếu áp suất chỉ thị trung bình tăng gấp đôi thì dòng truyền nhiệt qua thành vách( nhiệt lượng truyền cho dầu và nước làm mát) chỉ tăng khoảng 60% Như vậy nếunhiệt độ khí xả không đổi, 40% lượng nhiệt còn lại sẽ làm cho các chi tiết động cơnóng lên

xu hướng được ưa thích hơn cả là kéo dài thời gian phun, ngoài ra biện pháp này còncho phép điều chỉnh được áp suất cực đại của chu trình pmax và tỷ số tăng áp

Bên cạnh đó còn phải quan tâm đến điều kiện bay hơi của nhiên liệu trongđộng cơ tăng áp vì khi áp suất tăng sẽ làm giảm không gian vật lí để bay hơi nên nhiênliệu khó bay hơi hơn Quá trình hình thành hỗn hợp của động cơ diesel tăng áp trở nênphức tạp hơn Để có thể có được quá trình hình thành hỗn hợp, tạo điều kiện tốt nhấtcho quá trình cháy thì cần phải tận dụng triệt để lốc xoáy thông qua pha phân phối khí,kết cấu đỉnh piston

- Nhằm đạt được công suất cao người ta phải tìm mọi biện pháp có giá trị ρk

lớn hơn như có thể được trong khi đó nhiệt độ của môi chất nạp vào động cơ càng thấpcàng tốt

- Phải lựa chọn tỉ số nén của ĐCĐT một cách hợp lí

- Nhiệt độ cuối quá trình nén chỉ cần đủ lớn để đảm bảo thời gian cháy trễ hợp

lí, mặt khác giữ cho nhiệt độ của chu trình không quá cao

b Các biện pháp cụ thể

Trong thực tế người ta sử dụng các biện pháp sau đây để hạn chế các nhượcđiểm của động cơ tăng áp:

Dựa vào nguồn năng lượng để nén không khí trước khi đưa vào động cơ, người

ta chia tăng áp cho động cơ thành hai nhóm: Tăng áp có máy nén và tăng áp không có máy nén, theo sơ đồ sau

1.2.2 Tăng áp nhờ máy nén

1.2.2.1 Tăng áp cơ khí

3 1

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí

1 Động cơ đốt trong; 2 Bánh răng truyền động;

3 Máy nén; 4 Đường nạp; 5 Thiết bị làm mát.

Các loại máy nén được sử dụng trong phương pháp tăng áp cơ khí có thể là máynén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt li tâm, hoặc quạt hướng trục, được dẫn động

từ trục khuỷu của động cơ

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

Ne = Ni - Nm - Nk (1- 3)Trong đó:

Ne: Công suất có ích được lấy từ trục khuỷu động cơ ;

Ni: Công suất chỉ thị ;

Nm: Công suất tổn thất cơ giới của bản thân động cơ ;

Nk: Công suất để dẫn động máy nén

Công suất có ich được lấy ra từ trục khuỷu động cơ Ne có được từ công suất chỉthị Ni sau khi bị khấu trừ đi tổn thất cơ giới của bản thân động cơ Nm và công suất Nk

để dẫn động máy nén (MN)

Công suất dẫn động MN chỉ phụ thuộc vào số vòng quay của nó, vì vậy nếuđộng 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 sẽ làm cho hiệu suất động cơ giảm khi ápsuất tăng áp tăng Chính vì vậy, phương pháp tăng áp dẫn động cơ khí chỉ được ápdụng ở những mục đích cần thiết và áp suất tăng áp pk nhỏ hơn hoặc bằng 1,6 kG/cm2,nếu pk lớn hơn 1,6 kG/cm2 thì Nk sẽ lớn hơn 10%Ne

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 tốc độ 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, làm giảmtính kinh tế của động cơ.

1.2.2.2 Tăng áp tua bin khí

Tăng áp bằng tuabin (TB) khí là phương án tăng áp dùng TB làm việc nhờ nănglượng khí xả của động cơ đốt trong để dẫn động MN Khí xả của động cơ đốt trong có

áp suất và nhiệt độ rất cao nên nhiệt năng của nó tương đối lớn Muốn khí thải phátsinh công nó phải được giãn nở trong một thiết bị để tạo ra công cơ học Nếu để nógiãn nở trong xilanh của động cơ đốt trong thì dung tích của xilanh sẽ rất lớn, làm chokích thước của động cơ đốt trong quá lớn và nặng nề

Điều này mặc dù làm tăng hiệu suất nhiệt nhưng tính hiệu quả được đánh giábằng giá trị áp suất trung bình sẽ rất nhỏ Để tận dụng tốt năng lượng khí xả, người tacho nó giãn nở đến áp suất môi trường và sinh công trong cánh của TB Thực tế đãchứng minh được rằng khí xả của động cơ đốt trong ở tất cả mọi chế độ sử dụng trongthực tế bảo đảm được những điều kiện sau:

- Năng lượng đủ cao để có thể sử dụng một phần cho giãn nở trong TB và sinhcông cơ khí

- Nhiệt độ không quá cao nên có thể tránh được việc hư hỏng các chi tiết củaTB

- TB khí có thể dẫn động Máy nén ly tâm hoặc chiều trục mà không tạo ra sứccản quá lớn trên đường xả của động cơ đốt trong Trong động cơ diesel, khoảng 35 ÷40% năng lượng của nhiên liệu bị mất do theo dòng khí xả ra bên ngoài Trong khi đóngười ta có thể tận dụng một phần của nguồn năng lượng này vì rằng:

+ Nếu giả thiết chu trình xảy ra trong động cơ đốt trong là chu trình Cacno thìmột phần của nguồn năng lượng khí xả ( khoảng một nửa ) được thải ra cho môitrường xung quanh Nếu coi năng lượng do khí thải mang ra khỏi động cơ chiếm 40%tổng lượng do nhiên liệu phát ra thì phần năng lượng thải ra cho môi trường là 20%

+ Khoảng một phần tư ( 10% ) nguồn năng lượng do khí thải mang đi bị mấtmát do ma sát, tiết lưu vì không thể thải ra ngoài với áp suất và nhiệt độ môi trường

Như vậy, còn có thể tận dụng được khoảng 10% năng lượng của nhiện liệu phát

ra chứa trong khí xả Người ta thấy rằng trong tất cả các lĩnh vực sử dụng khác nhaucủa động cơ đốt trong, phụ thuộc vào tỷ số tăng áp p1/p0, năng lượng thực tế để nénmôi chất nạp chỉ nằm trong khoảng 1 ÷ 3,5 số năng lượng do nhiên liệu phát ra Nhưvậy, dòng nẳng lượng khí xả sau khi trừ đi mọi tổn thất như tiết lưu, ma sát… thì sẽcòn lại vẫn đủ cho việc nén khí nạp – thực hiện việc tăng áp cho động cơ đốt trong

Thông thường người ta sử dụng TB- MN lắp trên cùng một trục với số vòngquay 15.000 ÷ 60.000 vg/ph nhưng trong một số trường hợp có thể đạt từ 270.000 ÷280.000 vg/ph ( dùng cho động cơ tăng áp lắp trên xe môtô với TB, MN có đườngkính 34mm cho động cơ diesel cỡ nhỏ lắp trên xe du lịch) hoặc cao hơn

Hình 1.3 Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp bằng Tuabin biến áp

Các loại TB làm việc theo các nguyên lý và kết cấu khác nhau, ví dụ:

- Theo hướng của dòng chảy phân ra TB hướng kính hoặc hướng trục

- Theo nguyên lý sử dụng năng lượng của dòng khí xả vào có thể chia ra TBbiến áp, Tuabin tăng áp, Tuabin bảo toàn xung…

TB biến áp hay còn gọi là TB xung là TB có áp suất khí vào thay đổi, còn TBđẳng áp là TB có áp suất khí vào không thay đổi

Ở TB biến áp, khí thải sau khi ra khỏi động cơ được dẫn trực tiếp với TB bằngcác đường ống có dung tích nhỏ tận dụng động năng của khí xả để sinh công

Ngược lại trong TB đẳng áp, khí thải của động cơ đốt trong được thải vào mộtbình có dung tích tương đối lớn, ở đó nó được giãn nở đến một áp suất nhất địnhnhưng không sinh công, sau đó được đưa vào TB ở đây nó được giãn nở tiếp và sinhcông

Nhằm nhiểu rõ bản chất và đánh giá được ưu nhược điểm của phương pháptăng áp cho động cơ đốt trong bằng TB biến áp và đẳng áp, cần xem xét diễn biến củacác chu trinh lý tưởng xảy ra trong động cơ đốt trong và TB-MN nén khí coi chúngnằm trong một thể thống nhất, tức là xem giữa

a Tăng áp bằng tuabin khí có liên hệ cơ khí

Trong phương án này trục tuabin, động cơ đốt trong và máy nén được nối liềnnhau Kết cấu này bao gồm máy nén hướng trục nhiều cấp, động cơ diesel 4 kỳ vàtuabin hướng trục nhiều cấp được nối đồng trục Áp suất của khí nạp vào xi lanh động

cơ đạt 3÷4 kG/cm2, khí xả sau khi ra khỏi xi lanh động cơ đốt trong trước khi vàotuabin đạt áp suất 16 kG/cm2 Buchhi ( tác giả của phát minh này) cho rằng công dogiãn nở không hoàn hảo của sản vật cháy trong xilanh của ĐCĐT sẽ được thu hồitrong TB Tuy nhiên phương án này gặp phải các hạn chế :

- Công xả của khí xả ĐCĐT tăng lên quá cao

- Khí sót trong xilanh rất lớn làm cho lượng khí mới nạp vào xilanh giảm

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

b Tăng áp bằng tuabin khí liên hệ khí thể

Theo phương án này, tuabin và máy nén được nối đồng trục với nhau Khí xảđược giãn nở trong cánh tuabin sẽ làm tuabin quay và dẫn động máy nén, nén khôngkhí tới áp suất tăng áp và đưa vào động cơ Phương án này cho phép tận dụng tối đanăng lượng khí thải, tạo ra hiệu suất cũng như tinh hiệu quả cao cho ĐCĐT ở mọi lĩnhvực sử dụng Chính vì vậy, phương án tăng áp này sẽ là mục tiêu nghiên cứu chính

3

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý tăng áp bằng tuabin khí chỉ liên hệ khí thể

1 Máy nén; 2 Thiết bị làm mát; 3 Động cơ; 4 Bình xả; 5 Tuabin.

c Tăng áp bằng tuabin khí có liên hệ thuỷ lực

Các phương án kết nối giữa động cơ đốt trong và cụm TB- MN cũng rất phongphú Hình 1.5 trình bày các phương pháp kết nối này Trong đó, hình 1.5 a là cáchghép nối thông dụng nhất, nó cho phép điều chỉnh chế độ tăng áp theo chế độ làm việccủa động cơ đốt trong Ngoài ra, còn có các phương pháp kết nối khác nhằm tận dụngnăng lượng khí xả, như hình 1.5 b,c

Hình 1.5 Tăng áp tuabin khí có liên hệ thuỷ lực

1 Động cơ; 2 Khớp thuỷ lực; 3,4 Cụm tuabin-máy nén dẫn động khí thể;5 TB

tận dụng; 6 Hộp số; 7 Máy phát điện; 8 Hộp tốc độ

a Cơ cấu nối có liên hệ thuỷ lực;

b Cơ cấu nốicó liên hệ thuỷ lực và tua bin tận dụng năng lượng khí xả;

c Cơ cấu nối qua hộp số có tuabin tận dụng năng lượng khí xả dẫn động máy phát điện.

Phụ thuộc vào phương của dòng khí tăng áp đi qua MN dẫn động cơ khí và MNdẫn động từ TB người ta chia phương án lắp ghép nối tiếp thành hai loại: lắp ghép nốitiếp thuận và lắp ghép nối tiếp nghịch

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý phương án tăng áp hỗn hợp cho động cơ

1 Động cơ; 2 Tuabin; 3 Máy nén; 4 Máy nén dẫn động cơ khí; 5 Khớp nối 6 Thiết

bị làm mát trong sơ đồ a, b và bình nạp chung trong sơ đồ c.

a Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp thuận;

b Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp nghịch;

c Tăng áp hỗn hợp 2 tầng lắp song song.

- Đối với phương án lắp thuận: Máy nén dẫn động cơ khí đứng sau máy nén dẫnđộng bằng tuabin khí Khí tăng áp được máy nén dẫn động bằng tuabin khí hút từ môitrường, sau đó dẫn tới máy nén dẫn động cơ khí và đi vào ĐCĐT Lưu lượng khí nạpphụ thuộc vào lưu lượng qua cụm TB- MN

- Đối với phương án lắp nghịch: Máy nén dẫn động cơ khí đứng trước, lưulượng khí nạp vào ĐCĐT phụ thuộc vào lưu lượng máy nén dẫn động cơ khí, vì thếphụ thuộc vào chế độ tốc độ động cơ và lưu lượng cung cấp cho một chu trình làkhông đổi

Trong động cơ tăng áp hỗn hợp lắp song song người ta dùng một máy nén dẫnđộng cơ giới hoặc dùng không gian bên dưới của xi lanh làm máy nén (trường hợpđộng cơ có guốc trượt) cung cấp không khí cho động cơ, song song với bộ máy néntuốc bin khí quay tự do Như vậy, mỗi máy nén trong hệ thống chỉ cần cung cấp mộtphần 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.

1.2.3 Các phương pháp tăng áp khác

Sau đây là các phương pháp làm cho áp suất nạp vào động cơ đốt trong lớn hơngiá trị thông thường mà không cần dùng đến máy nén cũng như một số phương pháptăng áp cao đang phổ biến trong thực tế

1.2.3.1 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 xi lanh lúc đóng xupap nạp.Quá trình đóng và mởmột cách có chu kì của các xupap 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 phụ thuộc vào pha và tần số của ĐCĐT cũng như thời gian đóng mở củaxupap Do vậy, sự dao động này có thể làm tăng hoặc giảm lượng môi chất nạp vàoxilanh theo pha và tần số của ĐCĐT

Theo phương pháp tăng áp này, công nạp của piston được chuyển hóa thànhnăng lượng động lực học của cột khí và chính năng lượng này sẽ chuyển hóa thànhcông nén làm tăng áp suất trong xi lanh cuối quá trình nạp

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống tăng áp dao động và cộng hưởng

a Tăng áp dao động: 1 Hộp phân phối; 2 Ống dao động; 3 Xilanh

b Tăng áp cộng hưởng: 1 Bình ổn áp; 2 Ống cộng hưởng; 3 Xi lanh;4 Bình cộng hưởng

a Tăng áp dao động

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 đóxuất hiện quá trình truyền sóng (sóng áp suất và sóng tốc độ) Ở trạng thái tĩnh, tốc độtruyền sóng a được xác định như sau:

(1- 4)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 và vị trí, theo quan

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

Khi piston dịch chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới tạo ra trongxilanh sự giảm áp suất Do áp suất trong xilanh nhỏ hơn áp suất trên đường nạp, nênxuất hiện sự giãn nở trong ống nạp từ xi lanh ra đến đầu hở của ống có áp suất bằng ápsuất môi trường p0 Áp suất môi trường có giá trị không đổi và lớn hơn áp suất trongxilanh, nên xuất hiện quá trình chuyển động ngược lại của áp suất p0 từ ngoài vàoxilanh, đây chính là sóng nén (sóng áp dương) Nếu sóng nén truyền tới xupap màxupap chưa đóng, sẽ làm tăng áp suất ở khu vực trước xupap và làm tăng hệ số nạp.Sau khi xupap nạp đã đóng, sóng áp suất còn lưu lại vẫn truyền qua truyền lại trongống

Sóng áp dương Sóng áp âm Sóng áp dương Sóng áp âm

T R k

a b c.

Hình 1.8 Tương giao của sóng

a Tương giao của sóng dương; b Tương giao của sóng âm;

c Tương giao của sóng dương và sóng âm.

Để đạt được lượng nạp cực đại trong phạm vi số vòng quay nhất định của ĐCĐT,người ta có thể sử dụng các van để thay đổi có cấp chiều dài của đường ống nạp

1

3 2

Hình 1.9 Nguyên lý của đường ống nạp có chiều dài thay đổi vô cấp

1 Động cơ; 2 ống nạp hình xuyến; 3 Mặt ngoài cố định; 4 Mặt tang trống;

5 Cửa trên mặt tang trống; 6 Tấm dẫn hướng.

b Hệ thống tăng áp cộng hưởng (hình 1.6b )

Trong hệ thống này, ống nạp của động cơ là tổ hợp của các bình và ống có khảnăng gây ra dao động dòng khí nạp Việc thiết kế các kích thước và bố trí sao cho quátrình lưu động có tính chu kỳ của dòng khí nạp vào các xi lanh phù hợp với tần số daođộng của bình và ống

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 và chỉ được sử dụng trênđộng cơ đời mới

1.2.3.2 Tăng áp nhờ sóng áp suất - tăng áp COMPREX

Trong nghiên cứu và thực tế về tăng áp TB cho thấy khó khăn chủ yếu của loạităng áp này là đặc tính momen tồi, khả năng gia tốc của ĐCĐT và các thiết bị kháckém Nhược điểm này được khắc phục rất nhiều trong hệ thống tăng áp dựa vào sóng

áp suất được gọi là COMPREX.

Trong phương án này, người ta sử dụng năng lượng động học của khí xả để nénkhí nạp Sự tăng hay giảm áp được được truyền với cùng tốc độ của các xung nén hìnhthành từ phía có áp suất cao lên phía có áp suất thấp

Lúc khối lượng và xung của sóng áp suất tác dụng trực tiếp lên phía có áp suấtthấp chuyển động với tốc độ âm thanh trong môi trường xem xét Trong lúc đó dòngnăng lượng lại chuyển động với tốc độ chậm hơn, nhờ vậy mà tránh được hiện tượngtrộn lẫn giữa khí xả và khí mới

1.2.3.3 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:

- Sử dụng được các cụm TB- MN thông thường

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

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

- Tốc độ vòng của roto nhỏ hơn

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý tăng áp 2 cấp

Nhược điểm cơ bản của sơ đồ tăng áp 2 cấp là không những chiếm không gianlớn mà gia tốc còn kém Vì tăng áp cao nên đòi hỏi phải có hệ thống phụ để giải quyết

b Tăng áp Miller

Sự tăng ứng suất nhiệt và ứng suất cơ tác dụng nên các chi tiết của động cơ đốttrong ngay ở chế độ tải trọng nhỏ, đặc biệt trong tăng áp 2 cấp đã hạn chế khả năng ápsuất trong động cơ đốt trong Cụm TB- MN cung cấp lưu lượng khí giảm khi chế độtải trọng nhỏ làm giảm hệ số dư lượng không khí dẫn đến tăng tải trọng nhiệt nên động

cơ đốt trong Trong phương án tăng áp Miller, trạng thái của môi chất ở đầu quá trìnhnén được thay đổi nhờ có sự thay đổi thời gian đóng của xupáp nạp theo chế độ côngtác của động cơ đốt trong Khi phụ tải của động cơ đốt trong càng tăng, tỷ số tăng ápcàng tăng do năng lưọng cấp cho TB- MN nén tăng, xupáp lạp luôn có xu hướng đóngsớm hơn thậm chí đóng trước cả điểm chết trên (ĐCT) Cuối hành trình, khi xupap nạpđóng xilanh đựoc điền đầy hoàn toàn bởi khí mới với áp suất tăng rất cao Như vậytrong một số trường hợp, khí nạp mới trong xilanh giãn nở tiếp trong hành trình cònlại, nhờ đó mà nhiệt độ và áp suất của môi chất ở đầu trình nén (p1, T1) giảm - giảm tảitrọng nhiệt và tải trọng cơ của động cơ đốt trong

c 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 khí vẫn cho khả năng gia tốctốt Sơ đồ nguyên lý được thể hiện:

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý của biện pháp tăng áp siêu cao

1 Động cơ khởi động 2 Làm mát khí tăng

áp

3 Ống vòng 4 Bơm nhiên liệu

5 Bộ điều chỉnh áp 6 Ống xả 7 Buồng đốt 8 Bộ đánh lửa

Đối với loại tăng áp siêu cao, phía trước turbin 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 rồi đi vàobuồng đốt Phương pháp tăng áp siêu cao có thể được sử dụng trong động cơ diesel có

tỷ số nén E rất thấp (có thể E = 7) và tỷ số tăng áp cao.

Động cơ được trang bị hệ thống này tuy có tỷ số nén nhỏ nhưng ngay ở chế độ

việc này, áp suất tăng áp có thể đạt được rất cao nhờ có năng lưọng cung cấp thêm choturbin từ buồng đốt Nhưng do tỷ số nén của động cơ đốt trong thấp nên tiêu thụ nhiênliệu tăng, nhất là khi tải nhỏ và cung cấp thêm nhiên liệu cho buồng đốt

Vì giá thành của hệ thống cao, tiêu hao nhiên liệu lớn nên phạm vi sử dụng của

hệ thống này chỉ hạn chế ở nơi mà cần trọng lượng nhỏ, kích thước nhỏ mà khả nănggia tốc lớn

d Tăng áp chuyển dòng

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý tăng áp chuyển dòng

a Tăng áp chuyển dòng 1 cấp; b.Tăng áp chuyển dòng 2 cấp T – tuabin; C – máy nén.

Khi áp suất tăng áp cao người ta sử dụng turbin đẳng áp vì có hiệu suất cao ởchế độ làm việc định mức, nhưng ở các chế độ tải trọng khác nó có nhược điểm, nhất

là chế độ tải trọng nhỏ của động cơ đốt trong Để khắc phục nhược điểm này người ta

bố trí nhiều bộ tăng áp nhỏ làm việc theo chế độ lắp song song mà phạm vi hoạt độngcủa chúng phụ thuộc vào chế độ tải trọng của động cơ Tăng áp chuyển dòng có thể làtăng áp 1 cấp hoặc 2 cấp Việc đóng hoặc mở turbin phụ thuộc vào tải và số vòng quaycủa động cơ và được điều khiển từ bên ngoài Về phía đường nạp, trước các máy nén

có bố trí van ngược nhằm phân tách khí lạp mới với môi trường khi hệ thống nàykhông hoạt động Hệ thống tăng áp chuyển dòng có những ưu điểm sau:

- Ở chế độ khởi động và tải trọng nhỏ toàn bộ khí xả chỉ đi qua 1 turbin ( hoặc

hệ thống turbin ở tăng áp 2 cấp ) có tiết diện nhỏ, có áp suất cao nên tạo được áp suấttăng áp cao hơn khi sử dụng 1 turbin có tiết diện lớn

- Cụm tuabin có tiết diện nhỏ nên gia tốc tốt hơn

- Sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và cụm TB- MN rễ dàng hơn và tốt hơn vìmỗi cấp cho một vùng tối ưu về tiêu hao nhiên liệu

- Ở tải trọng thấp thì còn một bộ TB- MN làm việc và có phạm vi làm việc tối

ưu của nó nên cải thiện được tiêu hao nhiên liệu ở tải nhỏ của động cơ đốt trong

- Động cơ có đặc tính mômen tốt hơn và phạm vi làm việc rộng hơn.

Tất nhiên nó cũng mang một số nhược điểm mà đặc biệt là kết cấu phức tạp vàgiá thành cả

Hệ thống tăng áp không có máy nén có ưu điểm nổi bật là khi tốc độ động cơcàng thấp thì áp suất tăng áp càng cao nhờ đó động cơ sẽ có mômen lớn tại tốc độthấp, điều này rất thích hợp với điều kiện làm việc của động cơ ô tô

1.3 Làm mát khi tăng áp

1.3.1 Vai trò của làm mát khi tăng áp

Trong quá trình nén, nhiệt độ của khí tăng áp tăng lên   T T T1 o Sự tăngnhiệt độ T phụ vào tỉ số tăng áp p1/po và hiệu suất của MN, ngoài ra còn phải xét đếndiễn biến của quá trình nén Quá trình này thường được xem là quá trình đoạn nhiệtsong trong thực tế do có sự trao đổi nhiệt trong thành vách và các hiện tượng khác màquá trình này có thể nói là một quá trình phức tạp Bảng 1.3 cho ta thấy sự tăng nhiệt

độ trong MN động học phụ thuộc vào nhiệt độ To hiệu suất của MN ηMN và tỉ số tăngáp

Qua bảng 1.2 cho thấy, để hạn chế sự tăng nhiệt độ của khí tăng áp buộc phải

sử dụng MN có hiệu suất truyền nhiệt lớn Tuy nhiên, dẫu hiệu suất đoạn nhiệt có lớn

Bảng 1.2 Sự tăng nhiệt độ T của khí khi đi qua MN

Cần thiết phải có mối quan hệ sau:

- Khối lượng riêng của khí trước khi nạp có ảnh hưởng quyết định đến lượngkhí nạp vào xilanh

Như vậy, tốc độ tăng của khối lượng riêng nhỏ hơn tốc độ tăng của áp suất tăng

áp (chỉ trong trường hợp với chỉ số k=1, tức là tỉ số khối lượng riêng bằng tỉ số tăngáp)

- Nhiệt độ của khí tăng áp làm tăng tải trọng nhiệt tác động lên động cơ vì giátrị nhiệt độ của toàn bộ chu trình phụ thuộc vào nhiệt độ đầu quá trình nén

Làm mát khi tăng áp cho phép tăng khối lượng khí nén, từ đó có thể tăng ápsuất có ích pc (hình 1.13)

Hình 1.13 Áp suất có ích trung bình phụ thuộc vào tỷ số tăng áp khi mức độ làm mát

khi tăng áp khác nhau

Ngoài tác dụng tăng công suất, làm mát khi tăng áp còn có tác dụng sau:

- Giảm tổn thất nhiệt

- Cải thiện hiệu suất cơ giới

- Pc tăng mà không làm tăng áp suất chu trình

- Giảm công tiêu thụ của MN cho 1kg khí tăng áp

Từ các yếu tố trên có thể rút ra kết luận là làm mát khi tăng áp không nhữngcho phép tăng áp suất có ich mà còn cho phép giảm suất tiêu hao nhiên liệu gc

Ngoài ra ta còn thấy khi làm mát khí tăng áp thì chẳng những áp suất có ichtrung bình của động cơ tăng mà còn làm giảm tổn thất nhiệt cho nước làm mất, hiệusuất tổng ηc Áp suất có ích trung bình pc tăng do tổn thất cơ giới giảm tương đối sovới pc tăng theo công thức pc= pi- pm

Ngoài ra, nhiệt lương truyền cho hệ thống làm mát động cơ có tăng áp thấp hơn

so với đông cơ không tăng áp Như vậy, làm mát khi tăng áp cho phép giảm tổn thấtnhiệt

Bảng 1.3 Số liệu cân bằng nhiệt của động cơ diessel chữ V, 12 xilanh, Dx S=

Tăng áp có làm mát khí tăng áp và piston

Áp suât có ich pc,

kG/cm2

Lượng nhiên liệu của

nhiên liệu cấp, kcal/ml

62638,9%

63839,85

58837,0%

1.3.2 Các phương pháp làm mát khí tăng áp

Phương pháp làm mát phổ biến nhất là làm mát bằng nước Nước làm mátđược tuần hoàn trong động cơ và mang nhiệt của khí tăng áp ra ngoài Phương thứcnày có thể nói là đơn giản nhất và hiệu quả nhất để giảm nhiệt độ khí tăng áp đến mứcchỉ lớn hơn nhiệt độ trung bình của nước làm mát một ít Phương thức này có hệ số

Bảng 1.4 Tác dụng của làm mát khi tăng áp trong động cơ diesel tăng áp

TT Loại động cơ

Thông số

Động cơ tàu hỏa

Động cơ tàu thủy tốc

độ trung bình

Động cơ 2 kì tốc độ chậm

trao đổi nhiệt lớn, ổn thất áp suất nhỏ, chênh lệch nhiệt độ giữa nước vào và nước rachỉ khoảng 10÷150C Với phương thức này, các tổn thất phát sinh gồm:

- Tổn thất áp suất do khí nạp phải đi qua két làm mát

- Qua làm mát khí tăng áp sẽ cho phép giảm công tiêu thụ của MN

Với sự phát triển của tăng áp, đặc biệt sử dụng tăng áp cao trong động cơ ôtô,xuất hiện ngày càng nhiều bộ làm mát mà môi chất làm mát khi tăng áp là không khícủa môi trường

1.3.3 Vai trò của làm mát khí tăng áp đối với động cơ xăng

Bên cạnh những tác động có lợi của nước làm mát khi tăng áp đến khối lượngriêng và tải trọng như đã trình bày, ở động cơ xăng còn phải lưu tâm đến hiện tượngkích nổ do nhiệt gây ra Tương ứng với các áp suất khi tăng áp khác nhau sẽ có một sựphụ thuộc giữa giới hạn nổ với nhiệt độ khi tăng áp

Giới hạn kích nổ phụ thuộc vào:

- Áp suất và nhiệt độ khí nạp vào động cơ

- Góc đánh lửa sớm

- Hệ số dư lượng không khí

- Trị số ốctan của nhiên liệu

Sau đây là những lưu ý khi thực hiện tăng áp cho động cơ xăng:

- Vì sự hạ thấp nhiệt độ do sự bay hơi nhiên liệu phụ thuộc ít vào nhiệt độ củamôi trường bay hơi mà chủ yếu phụ thuộc vào thời gian bay hơi, nên khi ở cùng tỉ sốtăng áp, sự chênh lệch nhiệt độ cuối quá trình nén khi bay hơi của nhiên liệu xảy racàng sớm thì nhiệt độ cháy càng nhỏ Điều này cho thấy sự bay hơi của nhiên liệu xảy

ra ngay cả khi nhiệt độ của môi chất còn nhỏ song- càng lâu dài càng tốt

- Sự hạ thấp nhiệt độ phụ thuộc rất lớn vào nhiệt hóa hơi và lượng không khí líthuyết tối thiểu Lmin của nhiên liệu Do đó, sử dụng rượu metyl hoăc hỗn hơp metyl-xăng rất có lợi tăng áp động cơ xăng

- Nhiệt độ của khí tăng áp thấp cùng với tỉ lệ nén cao còn cho phép lựa chọnđược góc đánh lửa tối ưu cho quá trình cháy, làm tăng hiệu suất của động cơ

Qua nghiên cứu vai trò làm mát trên tăng áp cho ta thấy nhận định của RudolfDiesel rằng làm mát khi tăng áp là phương pháp quan trọng và đơn giản để tăng côngsuất, đặc biệt là đối với tăng áp cao.

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG TĂNG ÁP HX 50

2.1 Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo turbo tăng áp

Turbo tăng áp bao gồm khoang tuabin, khoang nén khí, khoang trung tâm,cánh TB, cánh nén khí, các ổ trục tự lực hoàn toàn, van cửa xả, bộ chấp hành

Turbo tăng áp được cố định trên đường ống xả khí bằng các bu lông Khí xả từcác xilanh sẽ làm quay các cách turbin, nó hoạt động theo nguyên lý giống một động

cơ TB khí TB được gắn lên cùng một trục với cánh nén khí, cánh nén khí được đặtgiữa bộ lọc khí và đường ống dẫn khí nạp Nhờ cánh nén khí, không khí được nén vàotrong các xilanh với áp suất cao

Hình 2.2 Dòng khí dịch chuyển trong cánh tuabin và cánh nén

Dòng khí xả từ các xilanh thổi ra tạo áp lực lên các cánh TB làm cánh TB quay.Càng nhiều khí xả đi qua các cánh tuabin thì cánh TB quay càng nhanh Cánh TB phảichịu được nhiệt và có độ bền cao vì nó tiếp xúc trực tiếp với khí xả, quay với tốc độ

gốm Các cánh TB được làm bằng gốm thường nhẹ hơn các cánh tuabin được làmbằng kim loại phổ biến trong hầu hết các turbo tăng áp Trái lại, chúng lại cho phépcác cánh TB quay nhanh hơn, và giảm được độ trễ tác dụng.

Mặt khác trên một đầu còn lại của trục TB, cánh nén khí được gắn vào để đẩykhông khí vào trong các xilanh Các cánh nén khí là một loại bơm ly tâm, nó hướngdòng không khí từ tâm quay theo biên dạng cánh hướng ra ngoài

Để có thể tăng tốc độ quay lến đến 150.000 vòng/phút, trục của tuabin được đỡbởi một ô bi đặc biệt Hầu hết các ổ bi đều bị quá hủy ở tốc độ như thế, cho hầu hếtcác turbin tăng áp đều sử dụng loại ổ đỡ chất lỏng Loại ổ bi này đỡ lấy trục TB bằngmột lớp dầu cực mỏng Điều này đạt được hai mục đích: trục quay của tuabin đượclàm mát và nó cho phép trục quay với lực cản ma sát thấp…

Van điều chỉnh áp suất được lắp trong khoang TB Khi van này mở thì mộtphần khí xả sẽ đi tắt qua ống xả, nhờ thế mà giữ ổn định cho áp suất nạp, khi áp suấtnạp đạt đến trị số đã định (khoảng 0,7 kg/cm2) Việc đóng mở van được kiểm soát bởi

bộ điều chỉnh áp suất

Một trong những vấn đề chính đối với turbo tăng áp đó là chúng không làmtăng công suất ngay lập tức khi bạn đạp ga Phải mất khoảng vài giây đồng hồ để turbotăng vận tốc trước khi tác dụng khuyếch đại công suất Kết quả là một độ trễ xuất hiệnkhi bạn đạp ga và sau đó chiếc xe bất thình lình chồm lên khi turbo bắt đầu làm việc

Một cách để làm giảm độ trễ tác dụng của turbo là giảm tác dụng quán tính củacác bộ phận quay, chính là làm giảm trọng lượng bản thân của chúng Điều này chophép cánh turbin và cánh nén khí có thể tăng tốc rất nhanh và hỗ trợ tăng cường côngsuất cho động cơ sớm hơn Một cách chắc chắn để giảm độ quán tính của cánh TB vàcánh nén khí là chế tạo chúng có kích thước nhỏ hơn Một turbo có kích thước nhỏ hơn

sẽ tác dụng giúp tăng cường công suất cho động cơ nhanh hơn ở tốc độ động cơ thấpnhưng có thể không có tác dụng tăng công suất ở tốc độ động cơ cao khi một lượnglớn khí nạp được nén vào trong động cơ Nó cũng nguy hiểm hơn khi tốc độ quay của

TB quá nhanh ở tốc độ động cơ cao khi có nhiều khí xả đi qua các cánh tuabin

Các turbo tăng áp có kích thước lớn hơn có thể giúp tăng công suất động cơnhiều hơn ở tốc độ cao nhưng lại sinh ra một độ trễ tác dụng rất lớn bởi vì nó mấtnhiều thời gian hơn để tăng tốc độ quay của cánh turbin và cánh nén khí do chúngnặng hơn Để khắc phục được hạn chế này, người ta đã chế tạo một số bộ phận đặcbiệt đi kèm với nó Hầu hết các động cơ có gắn turbo tăng áp để có một mức hao phínhất định, điều này bắt buộc phải sử dụng một turbo tăng áp nhỏ hơn để giảm độ trễtrong khi ngăn nó khỏi quay quá nhanh ở tốc độ động cơ cao Để ngăn hao tổn, trongturbo bố trí một van đặc biệt cho phép khí xả đi tắt qua các cánh turbin Van này có độnhạy lớn với sự tăng áp đột ngột Nếu áp suất tăng lên quá cao, nó có thể xác nhậnrằng TB quay quá nhanh và mở ra cho phép một lượng khí xả đi vòng qua cánh TB và

Hình 2.3 Ổ bi cầu đỡ trục

Một số turbo tăng áp sử dụng vòng bi cầu thay vì sử dụng loại ổ đệm chất lỏng

để đỡ lấy trục của TB Nhưng chúng không phải là loại ổ bi cầu thông thường, chúng

là các ổ bi tự lựa có độ chinh xác rất cao được làm từ loại vật liệu cao cấp để có thểchịu được tốc độ quay và nhiệt độ sinh ra từ các turbo tăng áp Chúng cho phép cáctrục tuabin có thể quay với lực ma sát sinh ra thấp hơn các loại ổ đỡ chất lỏng được sửdụng trong hầu hết các turbo tăng áp Chúng cho phép các trục có trọng lượng nhẹ hơn

và quay chậm hơn có thể làm việc hiệu quả Đây là điều giúp các turbo tăng áp có thểtăng tốc nhanh hơn, giảm được độ trễ đến mức thấp hơn

2.2 Nguyên lý hoạt động

Khi động cơ làm việc, tại kì xả dòng khí xả từ các xilanh thổi ra tạo áp lực lêncác cánh tuabin làm cánh tuabin quay Lúc này máy nén do tuabin dẫn động được quaycùng tốc độ của tuabin nhờ trục, hút không khí từ ngoài môi trường xung quanh quabầu lọc vào máy nén qua cửa nạp Dòng khí đi tới miệng ra của bánh công tác, dướitác dụng của lực ly tâm của chuyển động quay, dòng khí đi ra miệng ra của bánh vớimột tốc độ lớn, đồng thời tạo nên hiện tượng chân không cục bộ tại cửa vào gây tácdụng hút không khí phía trước cửa đi vào bánh tạo ra dòng chảy liên tục trong rãnhcánh Sau đó dòng khí được dẫn qua vành tăng áp Tại đây động năng của không khíđược chuyển thành áp năng, làm cho áp suất của khòng khí tăng lên và tốc độ giảmxuống Nhờ đó, sau khi đi qua bộ tuabin tăng áp, không khí đã được nén sơ bộ trước

khi đi vào xilanh động cơ

Do động cơ làm việc liên tục tubin sẽ cung cấp lượng khí và nhiên liệu thíchhợp để đưa vào động cơ Áp suất trong buồng cháy sẽ tăng nên khí động cơ tăng tốc và

có tải

Hình 2.4 Nguyên lí làm việc turbo tăng áp

Ở chế độ toàn tải, vận tốc khí xả qua roto tuabin khí xả sẽ được sẽ được giảmbớt để bảo vệ turbo Không khí nạp do máy nén tạo ra có áp suất lớn sẽ được trích mộtphần theo dẫn dể mở van điều áp cho khí xả ra ngoài không qua tuabin khí xả

2.3 Kết cấu của hệ thống tăng áp nhờ tua bin- máy nén

2.3.1 Máy nén li tâm

Máy nén lắp trong bộ turbo là loại máy nén ly tâm, dùng để chuyển năng lượng

cơ khí thành năng lượng của dòng chảy trong máy nén, dựa vào tác dụng lực ly tâm đểtăng áp cho không khí từ áp suất p0 lên áp suất pk và làm cho không khí có lưu lượng

Gk từ phần không gian này qua phần không gian khác Nếu bánh nén đang có chuyểnđộng quay ở một tốc độ nào đó, khi không khí qua cửa nạp đi vào bánh nén nó sẽ cùngquay với bánh nén và dòng khí chảy theo rãnh thông giữa các cánh của bánh

Do đó, chuyển động của dòng khí đi vào bánh nén sẽ là tổng hợp của cácchuyển động theo quay tròn của bánh nén và chuyển động tương đối của dòng chảytrong rãnh cánh Bánh nén quay, truyền công cho không khí, làm tăng áp suất và tốc

độ của dòng khí trong rãnh cánh

Lúc dòng khí ra tới miệng ra của bánh nén, dưới tác dụng của lực ly tâm vàchuyển động quay, dòng khí đi ra với một tốc độ lớn, đồng thời tạo nên hiện tượngchân không cục bộ tại cửa vào, gây tác dụng hút không khí mới phía trước cửa vào và

ra khỏi cửa ra với tốc độ lớn tạo nên dòng chảy liên tục trong rãnh cánh

Máy nén ( MN) ly tâm có các ưu điểm chủ yếu sau:

- Kết cấu đơn giản, trong lượng và kíck thước nhỏ

- Chăm sóc và bảo dưỡng dễ dàng, thuận tiện

- Có thể làm việc với số vòng quay lớn nên có thể cho lưu lượng lớn

- Lưu lượng của dòng cung cấp liên tục, đều đặn

- Bôi trơn tương đối đơn giản và lưu lượng bôi trơn không lớn

4

Hình 2.5 Giản đồ máy nén ly tâm

1 Đoạn cửa vào; 2 Bánh công tác; 3 Vành tăng áp; 4 Vỏ xoắn ốc;

D 0 - Đường kính trong của miệng vào bánh công tác;

D 1 - Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác;

D 1m - Đường kính trung bình của miệng vào bánh công tác;

D 2 - Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác;

D 3 - Đường kính trong của vành tăng áp;

D 4 - Đường kính ngoài của vành tăng áp.

MN ly tâm có thể là loại một tầng hoặc nhiều tầng, song kết cấu của loại MN lytâm có nhiều tầng thực chất là sự ghép nối tiếp của các MN ly tâm 1 tầng lại với nhau

Hình 2.6 Máy nén li tâm loại 1 tầng Hình 2.7 Máy nén li tâm loại 2 tầng

Máy nén ly tâm có thể có một miệng hút hoặc hai miệng hút kết cấu hai miệnghút có thể cho lưu lượng khí thông qua lớn hơn Bánh công tác hay còn gọi là rotođược dẫn động từ bên ngoài Khi roto quay, dưới tác dụng của lực ly tâm, chất khí nằmgiữa cánh và đĩa chuyển động hướng kính theo hướng từ trong ra ngoài

2.3.2 Tuabin

TB khí là thiết bị biến đổi nội năng và thế năng của chất khí thành cơ năng.Quá trình biến đổi này được thực hiện nhờ sự tác động tương hỗ giữa dòng khí và cánhTB

Nội năng và thế năng của chất khí trước tiên được biến đổi thành động năng,sau đó là quá trình biến đổi động năng thành cơ năng ( quay bánh công tác) trong TB.Các quá trình này được thực hiện trong vòi phun ( hay cánh hướng) và bánh cong tác

Có hai loại TB là: TB hướng trục và TB hướng kính

2.3.2.1 Tuabin hướng trục

Khí cháy đi vào TB có thế năng cao Khi đi vào cánh hướng của TB sẽ đượcgiãn nở và làm cho vận tốc khí tăng lên, hướng chuyển động dòng khí thay đổi Dòngkhí được gia tốc và tác dụng lên cánh TB sinh ra công cơ học làm quay TB

Đây là loại tuabin được sử dung cho động cơ diesel cỡ lớn và rất lớn Về mặttrong lượng, giá cả và kích thước của loại TB này lại hoàn toàn không phù hợp với loạiđộng cơ cỡ nhỏ, đặc biệt hiệu suất của TB hướng trục chỉ có thể chấp nhận được khichiều cao của cánh phải tương đối lớn, ít nhất phải lớn hơn 20mm

2.3.2.2 Tuốc bin hướng kính

Trong turbo phần TB là tuabin hướng kính Dòng không khí thải ra khỏi động

cơ vào vòng xoắn ốc trên vỏ tuabin rồi vào các cánh ống phun Trong đó, dòng khíđược tăng tốc và đổi hướng về phía cánh động của bánh công tác Các ống phun códạng prôfin cánh cong, đáp ứng được điều kiện tối ưu cho dòng khí trong ống phun

Sự giãn nở của dòng khí sau khi diễn ra trong ống phun tiếp tục qua khe hở ∆r

Các bộ phận chính trong tuabin bao gồm: vỏ tuabin, vành miệng phun, bánh