khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ daewoo d1146ti

Không khí từ ngoài trời qua máy nén được nén tới áp suất pk rồi vào xilanh động cơ trong kỳ nạp của động cơ... Phân loại tăng áp: Tất cả các biện pháp nhằm tăng áp suất của không khí nạp

LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU Đề tài đồ án tốt nghiệp được giao là công việc cuối cùng trong chuyên ngành đào tạo kỹ sư của trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng mà mọi sinh viên trước khi bước vào thực tế công việc phải thực hiện Nó giúp cho sinh viên tổng hợp và khái quát lại kiến 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 công việc 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 cuối cùng là những hư hỏng thông thường cũng như việc tính toán kiểm nghiệm bộ tuabin tăng 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 trong nói chung và cho một hệ thống tăng áp tuabin khí cụ thể của một động cơ nói riêng là rất cần thiết Chính vì vậy, em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ DEAWOO D1146TI

TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ DEAWOO D1146TI

Tuy nhiên do những hạn chế về thời gian, kinh nghiệm thực tiễn, kiến thức cũng như tài liệu tham khảo, nên trong phạm vi đồ án này em không thể trình bày được hết các vấn đề liên quan cũng như tìm hiểu sâu hơn mối quan hệ giữa hệ thống này với hệ thống 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 PHÙNG XUÂN THỌ; Cùng toàn thể thầy cô khoa cơ khí giao thông và các bạn, những người đã trực tiếp giúp đơ,î chỉ dẫn, góp ý kiến cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án này

Đà Nẵng, ngày 31tháng 05 năm 2007

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hoàng Kim

MỤC LỤC

MỤC LỤC

Trang LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU 1111

MỤC LỤC MỤC LỤC 2222

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 4444

1.1 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ1.1 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ1.1 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ 4444

1.2 Đặc1.2 Đặc1.2 Đặc điể điể điểm các cụm chi tiết và cơ cấu của động cơ D1146TIm các cụm chi tiết và cơ cấu của động cơ D1146TIm các cụm chi tiết và cơ cấu của động cơ D1146TI 7777

1.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền1.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền1.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền 7777

1.2.1.1 Nhóm piston1.2.1.1 Nhóm piston1.2.1.1 Nhóm piston 7777

1.2.1.2 Thanh truyền1.2.1.2 Thanh truyền1.2.1.2 Thanh truyền 101010

1.2.1.3 Trục khuỷu1.2.1.3 Trục khuỷu1.2.1.3 Trục khuỷu 111111

1.2.1.4 Bánh đà1.2.1.4 Bánh đà1.2.1.4 Bánh đà 121212 1.2.1.5 Thân máy và nắp máy1.2.1.5 Thân máy và nắp máy1.2.1.5 Thân máy và nắp máy 11113333

1.2.2 Cơ cấu1.2.2 Cơ cấu1.2.2 Cơ cấu phân phối khí phân phối khí phân phối khí 11114444

1.3 Các hệ thống trong động cơ D1146TI1.3 Các hệ thống trong động cơ D1146TI1.3 Các hệ thống trong động cơ D1146TI 11116666

1.3.1 Hệ thống làm mát1.3.1 Hệ thống làm mát1.3.1 Hệ thống làm mát 11116666

1.3.2 Hệ thống bôi trơn1.3.2 Hệ thống bôi trơn1.3.2 Hệ thống bôi trơn 11118888

1.3.3 Hệ thống nhiên liệu1.3.3 Hệ thống nhiên liệu1.3.3 Hệ thống nhiên liệu 202020

1.3.4 Hệ thống tăng áp1.3.4 Hệ thống tăng áp1.3.4 Hệ thống tăng áp 22222222

2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ D1146TI2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ D1146TI2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ D1146TI 22224444

2.1 Giới thiệu chung về hệ thống tăng áp trên động cơ đốt trong2.1 Giới thiệu chung về hệ thống tăng áp trên động cơ đốt trong2.1 Giới thiệu chung về hệ thống tăng áp trên động cơ đốt trong 22224444

2.1.1 Phân loại tăng áp2.1.1 Phân loại tăng áp2.1.1 Phân loại tăng áp 22224444

2.1.1.1 Biên pháp tăng áp nhờ máy nén2.1.1.1 Biên pháp tăng áp nhờ máy nén2.1.1.1 Biên pháp tăng áp nhờ máy nén 22224444

2.1.1.1.1 Tăng áp cơ khí2.1.1.1.1 Tăng áp cơ khí2.1.1.1.1 Tăng áp cơ khí 22225555

2.1.1.1.2 Động cơ tăng áp bằng tuabin khí2.1.1.1.2 Động cơ tăng áp bằng tuabin khí2.1.1.1.2 Động cơ tăng áp bằng tuabin khí 22226666

2.1.1.1.3 Tăng áp2.1.1.1.3 Tăng áp2.1.1.1.3 Tăng áp hỗn hợp hỗn hợp hỗn hợp 22229999

2.1.1.2 Các biện pháp tăng áp khác2.1.1.2 Các biện pháp tăng áp khác2.1.1.2 Các biện pháp tăng áp khác 303030

2.1.1.2.1 Tăng áp dao động và cộng hưởng2.1.1.2.1 Tăng áp dao động và cộng hưởng2.1.1.2.1 Tăng áp dao động và cộng hưởng 303030

2.1.1.2.2 Tăng áp trao đổi sóng áp suất2.1.1.2.2 Tăng áp trao đổi sóng áp suất2.1.1.2.2 Tăng áp trao đổi sóng áp suất 33334444

2.1.1.2.3 Tăng áp tốc độ2.1.1.2.3 Tăng áp tốc độ2.1.1.2.3 Tăng áp tốc độ 33337777

2.1.1.2.4 Tăng áp cao2.1.1.2.4 Tăng áp cao2.1.1.2.4 Tăng áp cao 33338888

2.1.1.2.5 So sánh hệ thống tăn2.1.1.2.5 So sánh hệ thống tăn2.1.1.2.5 So sánh hệ thống tăng áp có máy nén và không có máy néng áp có máy nén và không có máy néng áp có máy nén và không có máy nén 44442222

2.1.2 Khảo sát hệ thống nạp thải trên động cơ tăng áp2.1.2 Khảo sát hệ thống nạp thải trên động cơ tăng áp2.1.2 Khảo sát hệ thống nạp thải trên động cơ tăng áp 44443333

2.1.2.1 Hệ thống nạp thải trên động cơ 4 kì2.1.2.1 Hệ thống nạp thải trên động cơ 4 kì2.1.2.1 Hệ thống nạp thải trên động cơ 4 kì 44443333

2.1.2.2 Hệ thống nạp thải trên động cơ 2 kì2.1.2.2 Hệ thống nạp thải trên động cơ 2 kì2.1.2.2 Hệ thống nạp thải trên động cơ 2 kì 44446666

2.1.3 Đặc tính tuabin máy nén2.1.3 Đặc tính tuabin máy nén2.1.3 Đặc tính tuabin máy nén 515151

2.1.3.1 Đặc tính máy nén2.1.3.1 Đặc tính máy nén2.1.3.1 Đặc tính máy nén 515151

2.1.3.3 Đặc tính tuabin máy nén2.1.3.3 Đặc tính tuabin máy nén2.1.3.3 Đặc tính tuabin máy nén 55555555

2.2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ D1146TI2.2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ D1146TI2.2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ D1146TI 55557777

2.2.1 Sơ đồ hệ thống tăng áp trên động cơ D1146TI2.2.1 Sơ đồ hệ thống tăng áp trên động cơ D1146TI 55557777

2.2.1.1 Hệ thống nạp động 2.2.1.1 Hệ thống nạp động 2.2.1.1 Hệ thống nạp động cơ D1146TIcơ D1146TIcơ D1146TI 55559999

2.2.1.2 Hệ thống thải động cơ D1146TI2.2.1.2 Hệ thống thải động cơ D1146TI2.2.1.2 Hệ thống thải động cơ D1146TI 616161

2.2.2 Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp trên động cơ D1146TI2.2.2 Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp trên động cơ D1146TI2.2.2 Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp trên động cơ D1146TI 66663333

2.2.2.1 Bộ tuabin tăng áp2.2.2.1 Bộ tuabin tăng áp2.2.2.1 Bộ tuabin tăng áp 66663333

2.2.2.2 Van giảm áp và bộ chấp hành2.2.2.2 Van giảm áp và bộ chấp hành2.2.2.2 Van giảm áp và bộ chấp hành 77772222

2.2.2.3 Hệ thống bôi trơn và làm ma2.2.2.3 Hệ thống bôi trơn và làm ma2.2.2.3 Hệ thống bôi trơn và làm mát bộ tuabinït bộ tuabinït bộ tuabin 77774444

2.2.2.4 Bộ bù tuabin tăng áp2.2.2.4 Bộ bù tuabin tăng áp2.2.2.4 Bộ bù tuabin tăng áp 77775555

2.2.3 Đặc điểm bố trí sắp xếp cụm tuabin máy nén2.2.3 Đặc điểm bố trí sắp xếp cụm tuabin máy nén2.2.3 Đặc điểm bố trí sắp xếp cụm tuabin máy nén 77777777

2.2.4 Phối hợp giữa tuabin, máy nén và động cơ đốt trong2.2.4 Phối hợp giữa tuabin, máy nén và động cơ đốt trong2.2.4 Phối hợp giữa tuabin, máy nén và động cơ đốt trong 77779999

3 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỘ TUABIN TĂNG ÁP TRÊN 3 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỘ TUABIN TĂNG ÁP TRÊN 3 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỘ TUABIN TĂNG ÁP TRÊN

ĐỘNG CƠĐỘNG CƠĐỘNG CƠ 808080 3.1 Các thông số biết trước và thông số chọn3.1 Các thông số biết trước và thông số chọn3.1 Các thông số biết trước và thông số chọn 808080

3.2 Tính toán các thông số làm việc trong tuabin và trong máy nén3.2 Tính toán các thông số làm việc trong tuabin và trong máy nén3.2 Tính toán các thông số làm việc trong tuabin và trong máy nén 818181

3.3 Tính toán tuabin tăng áp động cơ D1146TI3.3 Tính toán tuabin tăng áp động cơ D1146TI3.3 Tính toán tuabin tăng áp động cơ D1146TI 88884444

3.3.1 Tính toán máy nén3.3.1 Tính toán máy nén3.3.1 Tính toán máy nén 88884444

3.3.2 Tính toán tuabin3.3.2 Tính toán tuabin3.3.2 Tính toán tuabin 99998888

4 MỘ4 MỘ4 MỘT SỐ HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP T SỐ HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP T SỐ HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP

KHẮC PHỤCKHẮC PHỤCKHẮC PHỤC 1010107777 4.1 Xác định các hư hỏng và biện pháp khắc phục4.1 Xác định các hư hỏng và biện pháp khắc phục4.1 Xác định các hư hỏng và biện pháp khắc phục 1010107777

4.2 Phân tích các hư hỏng và biện pháp khắc phục4.2 Phân tích các hư hỏng và biện pháp khắc phục4.2 Phân tích các hư hỏng và biện pháp khắc phục 1111101010

4.3 Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ4.3 Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ4.3 Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ 1111101010

4.4 Các chú 4.4 Các chú 4.4 Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng ápý khi sử dụng hệ thống tăng ápý khi sử dụng hệ thống tăng áp 1111121212

4.5 Tháo lắp cụm tuabin máy nén4.5 Tháo lắp cụm tuabin máy nén4.5 Tháo lắp cụm tuabin máy nén 1111131313

5 KẾT LUẬN CHUNG5 KẾT LUẬN CHUNG5 KẾT LUẬN CHUNG 1111202020

TÀI LIỆU THAM KHẢOTÀI LIỆU THAM KHẢOTÀI LIỆU THAM KHẢO 1111212121

1 GIỚI THIỆU CHUN

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ D1146G VỀ ĐỘNG CƠ D1146G VỀ ĐỘNG CƠ D1146TI.TI.TI

Động cơ D1146TI là động cơ diesel 4 kỳ, 6 xilanh thẳng hàng, phun trực tiếp, được tăng áp và làm mát trung gian do hãng DAEWOO sản xuất có hiệu quả kinh tế và hiệu suất cao Động cơ được sử dụng chủ yếu trên trên ôtô khách Nó thỏa mãn các yêu cầu như: tiếng ồn thấp, tiết kiệm nhiên liệu, tốc độ động cơ cao, và đảm bảo độ bền

Động cơ D1146TI là loại động cơ có buồng cháy khoét lõm trên đầu piston dạng ômêga Đặc điểm của buồng cháy dạng ω là tạo được dòng xoáy tiếp tuyến của khí nạp và dòng xoáy hướng kính của không khí chèn khi nén, kết hợp với vòi phun nhiều lỗ để tạo ra hòa khí tốt Vòi phun của động cơ được đặt trên nắp xilanh hướng vào phía giữa đỉnh piston để phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng cháy Loại đỉnh piston này có khuyết điểm là diện tích chịu nhiệt rất lớn, trọng lượng phần đầu piston nặng và khó giải quyết vấn đề chịu nhiệt của xécmăng, nhất là xécmăng thứ nhất Tuy nhiên loại đỉnh có buồng cháy trên đỉnh piston có chỉ tiêu kinh tế cao

1.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM

1.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM, THÔNG SỐ KỸ THUÂ, THÔNG SỐ KỸ THUÂ, THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ D11ÛT CỦA ĐỘNG CƠ D11ÛT CỦA ĐỘNG CƠ D1146TI.46TI.46TI

Kiểu động cơ: 4 kỳ, kiểu làm mát bằng nước, tăng áp và làm

mát trung gian

Kiểu xylanh Ôúng lót khô có thể thay thế

Số lượng xécmăng 2 xécmăng khí, 1 xécmăng dầu

Số xylanh - đường kính - hành trình

Tổng thể tích xylanh [l] 8,071

Công suất cực đại / Số vòng quay 158 [KW] / 2300 [Vg/ph]

Mômen cực đại / Số vòng quay 82 [kg.m] / 1200 [Vg/ph]

Thứ tự làm việc của xylanh 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4

Góc phun sớm nhiên liệu 9o

Kiểu vòi phun Vòi phun nhiều lỗ (5 lỗ)

Aïp suất phun nhiên liệu [kg/cm2] 214

Aïp suất nén / Số vòng quay 28[kg/cm2] / 200 [Vg/ph]

Phương pháp bôi trơn Bôi trơn cưỡng bức

Loại bơm dầu Bơm bánh răng, dẫn đông từ trục khuỷu

động cơ

Loại bơm nước Bơm ly tâm, dẫn động bằng đai

Phương pháp làm mát Làm mát bằng nước, chu trình kín

Kiểu máy nén khí - dung tích [cc] Dẫn động bằng đai - 220

Điện áp máy khởi động - Công suất 24 [V] - 4,5 [KW]

∗∗∗∗ MẶT CẮT NGANG CỦA ĐỘNG CƠ D1146TI.MẶT CẮT NGANG CỦA ĐỘNG CƠ D1146TI

1- Bình lọc dầu; 2- Trục khuỷu; 3- Thùng dầu; 4- Thanh truyền;

5- Bơm cao áp; 6- Piston; 7- Bình lọc nhiên liệu; 8- Vòi phun;

9- Đường ống nạp; 10- Bộ làm mát khí nạp; 11- Đường ống thải;

12- Tuabin tăng áp; 13- Trục cam; 14- Bộ làm mát dầu; 5- Các te

∗∗∗∗ MẶT CẮT DỌC CỦA ĐỘNG CƠ D1146TI.MẶT CẮT DỌC CỦA ĐỘNG CƠ D1146TI

13 14

15

Hình 1.2 Mặt cắt dọc động cơ

1- Bơm nước; 2- Xupap nạp; 3- Xupap xả; 4- Máy nén khí; 5- Bình lọc khí; 6- Nắp động cơ; 7- Đầu xilanh; 8- Thân xilanh; 9- Hộp bánh đà; 10- Trục cam; 11- Bánh đà; 12- Trục khuỷu; 13- Ôúng hút dầu;14- Bơm dầu; 15- Puly dẫn động

1.2 ĐẶC ĐIỂM CÁC

1.2 ĐẶC ĐIỂM CÁC CỤM CHI TIẾT VÀ CỤM CHI TIẾT VÀ CỤM CHI TIẾT VÀ CƠ CẤU CỦA ĐỘNG CCƠ CẤU CỦA ĐỘNG CCƠ CẤU CỦA ĐỘNG CƠ D1146TI.Ơ D1146TI.Ơ D1146TI

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 cháy không lọt xuống cacte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy

− 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

3

1

4 5

Đỉnh piston có dạng lõm kiểu ômêga Khi động cơ làm việc đầu piston nhận phần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó (khoảng 70 ÷ 80%) và nhiệt lượng này truyền vào xécmăng thông qua rãnh xécmăng, rồi đến nước làm mát động cơ Ngoài ra trong quá trình làm việc piston còn được làm mát băng cách phun dầu vào phía dưới đỉnh piston

Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xilanh, là nơi chịu lực ngang N và là nơi để bố trí bệ chốt piston Trên bệ chốt có các gân để tăng độ cứng vững

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

Chốt piston là chi tiết dùng để nối piston với đầu nhỏ thanh truyền, nó truyền lực khí thể từ piston qua thanh truyền để làm quay trục khuỷu Trong quá trình làm việc chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn, các lực này thay đổi theo chu kỳ và có tính chất va đập mạnh Đường kính chốt piston bằng 42 [mm], có dạngû hình trụ rỗng Chốt piston được lắp với piston và đầu nhỏ thanh truyền theo kiểu lắp tự do Khi làm việc chốt piston có thể xoay tự do trong bệ chốt piston và bạc lót của đầu nhỏ thanh truyền, trên đầu nhỏ thanh truyền và trên bệ chốt piston có lỗ để đưa dầu vào bôi trơn chốt piston

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

1.2.1.2 Thanh truyền

1.2.1.2 Thanh truyền

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

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

Đầu nhỏ thanh truyền dùng để lắp với chốt piston có dạng hình trụ rỗng, trên đầu nhỏ có rãnh hứng dầu để bôi trơn bạc lót và chốt piston Phía trên đầu nhỏ có một vấu lồi lên khoảng 5 [mm] để điều chỉnh trọng lượng và trọng tâm của thanh truyền Khi làm việc chốt piston có thể xoay tự do trong đầu nhỏ thanh truyền

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 tính tác dụng trên thân thanh truyền trong mặt phẳng lắc

Đầu to thanh truyền có dạng hình trụ rỗng Đầu to được chia thành hai nửa, theo mặt nghiêng 45o nhằm giảm kích thước đầu to thanh truyền mà vẫn tăng đươc đường kính chốt khuỷu, nửa trên đúc liền với thân, nửa dưới rời ra làm thành nắp đầu to thanh truyền Hai nửa này được liên kết với nhau bằng bulông thanh truyền

Trên đầu to thanh truyền có lắp bạc lót để giảm độ mài mòn cho chốt khuỷu Bạc lót đầu to thanh truyền cũng làm thành hai nửa Khi bạc lót bị mòn thì được thay thế bằng bạc lót mới Trên bạc lót có lỗ và rãnh để dẫn dầu bôi trơn và các vấu chống xoay, khi lắp ghép các vấu này bám vào các rãnh trên đầu to

Hình 1.4 Thanh truyền

1.2.1.3 Trục khuỷu.

1.2.1.3 Trục khuỷu

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

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

Kết cấu của một trục khuỷu gồm có: Cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu, đối trọng Ngoài ra trên trục khuỷu còn có đường ống dẫn dầu bôi trơn, chốt định vị, các bánh răng dẫn động trục cam, bơm dầu bôi trơn và puly dẫn động quạt gió, máy nén khí

Hình 1.5 Trục khuỷu động cơ D1146TI

1- Cổ trục khuỷu; 2- Chốt khuỷu; 3- Má khuỷu

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

Chốt khuỷu là bộ phận dùng để nối với đầu to thanh truyền Đường kính chốt khuỷu: dch = 71 [mm] Để giảm độ mài mòn, tăng tuổi thọ cho chốt khuỷu người ta dùng bạc khi lắp chốt khuỷu với đầu to thanh truyền

Ổ trục khuỷu dùng để lắp trục khuỷu trên thân máy và cho phép trục khuỷu chuyển động quay Trục khuỷu động cơ D1146TI có 7 cổ trục, Đường kính cổ khuỷu: dck = 84 [mm] Khi lắp cổ trục vào hộp trục khuỷu người ta dùng bạc lót để giảm mài mòn

Má khuỷu là bộ phận nối liền cổ trục chính và chốt khuỷu Trên má khuỷu người ta có gắn các đối trọng có tác dụng cân bằng mômen quán tính cho trục khuỷu

Đuôi trục khuỷu được lắp với bánh đà Để tránh dầu bôi trơn trong cacte động cơ rò

ra ngoài ở đầu và đuôi trục khuỷu người ta có lắp các phớt chặn dầu

1.2.1.4 Bánh đà

1.2.1.4 Bánh đà

Bánh đà có công dụng là đảm bảo tốc độ quay của trục khuỷu đồng đều Trong quá trình làm việc của động cơ, bánh đà tích trữ năng lượng sinh ra trong hành trình sinh công để bù đắp phần năng lượng thiếu hụt trong các hành trình tiêu hao công làm cho 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 răng này được gắn chặt lên vành nối bánh đà Khi khởi động vành răng này ăn khớp với bánh răng của máy khởi động Bánh đà còn là bề mặt làm việc không thể thiếu được của bộ

ly hợp

1.2.1.5 Thân máy và nắp xylanh

1.2.1.5 Thân máy và nắp xylanh

Thân máy và nắp xylanh là những chi tiết cố định, có khối lượng lớn và kết cấu phức tạp Hầu hết các cơ cấu và hệ thống của động cơ đều được lắp trên thân máy và nắp xilanh

Thân máy động cơ D1146TI có 6 xilanh thẳng hàng, được lắp lót xilanh khô, khi lót xilanh bị mòn có thể tháo ra để thay thế Đường kính lót xilanh là: D = 111 [mm] được gia công đạt độ chính xác và độ bóng cao Trong thân máy được bố trí các áo nước làm mát bao bọc xung quanh các xilanh

Có 7 ổ đỡ trục khuỷu trong thân máy, các ổ đỡ trục khuỷu được đúc liền với các vách ngăn trên thân máy, và các nắp ổ trục chế tạo rời, khi lắp ráp dùng bulông để siết chặt

Nắp xilanh có vai trò cùng với xilanh và piston tạo thành buồng cháy Nhiều bộ phận của động cơ được lắp trên nắp xilanh như: vòi phun, cụm xupap, các đường ống nạp, thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn

Mỗi nắp xilanh của động cơ D1146TI được dùng để lắp cho hai xilanh Trên nắp xilanh được bố trí các đế xupap và đường ống nạp và thải cho hai xilanh của động cơ Bề mặt lắp ráp với thân máy được gia công chính xác và được bắt chặt với thân máy bằng bulông và êcu chịu lực Giữa thân động cơ và nắp máy có một roăng làm kín bề mặt lắp ghép

Vòi phun được lắp từ phía trên của nắp xilanh và có roăng làm kín để đảm bảo làm kín buồng cháy, chiều dày của roăng làm kín bằng 3 [mm]

Hình 1.6 Nắp xylanh của động cơ D1146TI

1.2.2 Cơ cấu p

1.2.2 Cơ cấu phân phối khí.hân phối khí.hân phối khí

Cơ cấu phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải ra ngoài trong kỳ thải và nạp đầy khí nạp mới vào xilanh động cơ trong kỳ nạp Cơ cấu phân 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

Động cơ D1146TI có cơ cấu phân phối khí loại dùng xupap treo Cách bố trí này tạo cho buồng cháy có kích thước nhỏ gọn, giảm được tổn thất nhiệt, dễ dàng bố trí đường nạp và đường thải, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thải sạch và nạp đầy Hiện

nay trên động cơ diesel chỉ dùng phương án bố trí xupap này Tuy vậy nhược điểm của phương pháp bố trí xupap treo là dẫn động xupap phức tạp, làm tăng chiều cao động

cơ, và khí bố trí xupap treo thì làm kết cấu của nắp xilanh phức tạp

Hình 1.7 Kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phối khí

Mỗi xilanh của động cơ được bố trí hai xupap, một xupap nạp và một xupap xả, các xupap được đặt xen kẻ nhau Đường nạp và đường thải được bố trí về hai phía của động cơ, do đó giảm được sự sấy nóng không khí nạp Trục cam được bố trí trong hộp trục khuỷu, được dẫn động từ trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng Xupap được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, và đòn bẩy

Đũa đẩy là một thanh thép nhỏ hình trụ dùng để truyền lực từ con đội đến đòn bẩy 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 có vít để điều chỉnh khe hở nhiệt cho xupap

Xupap là chi tiết có điều kiện làm việc khắc nghiệt Khi làm việc nấm xupap chịu tải trọng động và tải trọng nhiệt rất lớn nên yêu cầu nấm xupap phải có độ cứng vững cao

Động cơ D1146TI dùng xupap có đáy bằng, mặt làm việc quan trọng của xupap là mặt côn, xupáp nạp có mặt côn này nghiêng một góc α = 300, còn xupap thải thì có mặt côn nghiêng một góc α = 450 Mặt làm việc được gia công rất kỹ và đuợc mài rà

và thải đều bằng 9 [mm] Khi làm việc thân xupap trượt dọc theo ống dẫn hướng xupap, ống dẫn hướng xupap gắn chặt với nắp máy Đuôi xupap có một rãnh hãm hình trụ để lắp ghép với đĩa lò xo, đĩa lò xo được lắp với xupap bằng hai móng hãm hình côn, mặt trên của đuôi xupap được tôi cứng để tránh mòn

Để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xilanh khi chịu lực va đập của xupap, người

ta dùng đế xupap ép vào họng đường thải và đường nạp Đế xupap là một vòng hình trụ, trên đó có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấm xupap, mặt côn trên đế xupap thường lớn hơn mặt côn trên nấm xupap khoảng (0,5 ÷ 10), mặt ngoài của đế xupap có dạng hình trụ trên có tiện rãnh đàn hồi để lắp cho chắc Để đảm bảo cho xupap ép chặt vào đế xupap thì giữa xupap và đòn bẫy phải có một khe hở nhất định gọi là khe hở nhiệt

Lò xo xupap dùng để đóng kín xupap trên đế xupap và đảm bảo xupap chuyển động theo đúng quy luật của cam phân phối khí, do đó trong quá trình mở đóng xupap không có hiện tượng va đập trên mặt cam Ở động cơ D1146TI dùng một lò xo trên xupap nạp, và hai lò xo lồng vào nhau trên xupap thải

Trục cam dùng để dẫn động xupap đóng mở theo quy luật nhất định Trục cam bao gồm các phần cam nạp, cam thải và các cổ trục, các cam được làm liền với trục Với động cơ 4 kỳ 1 hàng xilanh, góc lệch ϕ1 giữa hai đỉnh cam cùng tên của hai xilanh làm việc kế tiếp nhau bằng một nửa góc công tác δk của hai xilanh đó

ma sát Vì vậy cần thiết phải làm mát động cơ Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi đến môi chất làm

mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chi tiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội Động cơ quá nóng sẽ gây ra các hiện tượng xấu như đã nói, còn quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổn thất nhiệt cho nước làm mát nhiều Động

cơ D1146TI có hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức, kiểu kín, nước tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm ly tâm được dẫn động từ trục khuỷu

Hình 1.8 Sơ đồ khối hệ thống làm mát của động cơ D1146TI

Dung dịch nước làm mát từ thân động cơ lên nắp xilanh qua các ống dẫn đến van điều nhiệt Nước từ van điều nhiệt được chia ra thành hai dòng: một qua két làm mát và một quay trở về bơm Nước sau khi qua két làm mát thì theo đường ống dẫn đi qua két làm mát dầu sau đó qua bơm rồi tuần hoàn trở lại động cơ Ở đây nếu nhiệt độ nước làm mát thấp hơn so với nhiệt độ mở của van điều nhiệt thì van điều nhiệt đóng, không cho nước qua két làm mát, nước được luân chuyển về bơm, và nếu nhiệt độ nước làm mát cao hơn so với nhiệt độ mở của van điều nhiệt thì van điều nhiệt mở, nước sẽ đi qua két nước làm mát

Van điều nhiệt duy trì một nhiệt độ không đổi của dung dịch nước làm mát và cải thiện hiệu suất nhiệt của động cơ bằng cách giảm sự tổn hao do mất nhiệt Nguyên lý hoạt động của van hằng nhiệt: Khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp, nhỏ hơn nhiệt độ mở của van (khi động cơ mới khởi động) thì van đóng và không cho nước qua két làm

của van thì van bắt đầu mở cho nước đi qua két làm mát và khi nhiệt độ nước làm mát càng tăng cao thì van mở càng rộng Van hằng nhiệt bắt đầu làm việc khi nhiệt độ ở

83oC và bắt đầu mở rộng hơn ở nhiệt độ 950C

Két làm mát dùng để hạ nhiệt độ của nước từ động cơ ra rồi lại đưa trở vào làm mát động cơ Két làm mát gồm có ba phần: ngăn trên chứa nước nóng, ngăn dưới chứa nước đã được làm nguội và dàn ống truyền nhiệt nối ngăn trên với ngăn dưới Phía sau két nước được bố trí quạt gió

Quạt gió dùng để tăng tốc độ lưu động của không khí đi qua két tản nhiệt làm hiệu quả làm mát cao hơn Quạt có đường kính: 700 [mm], số cánh: 8, được dẫn động bằng dây cu-roa từ trục khuỷu

1.3.2 Hệ thống bôi trơn

1.3.2 Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa đầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làm giảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín khe hở giữa piston với xilanh, giữa xecmăng với piston Loại dầu bôi trơn sử dụng trên động cơ D1146TI là loại dầu mác SAE 15W40

Hệ thống bôi trơn của động cơ D1146TI dùng phương pháp bôi trơn cưỡng bức cacte ướt Các bộ phận chủ yếu của hệ thống bôi trơn gồm: Cacte, bơm dầu nhờn, bầu lọc dầu, két làm mát dầu, các đường ống dẫn, các van bảo vệ và đồng hồ báo Các thông số của hệ thống bôi trơn động cơ

Aïp suất dầu trong hệ thống: 4,6 [Kg/cm2]

Nhiệt độ max: 105 [oC]

Bạc lót thanh truyền

Trụ đòn bẩy

Trục cò mổ

Cò mổ

Trục cam

Van bảo vệ 1,3 bar

Van bảo vệ 4,6 bar

Khi nhiệt độ dầu lên cao quá 80 [oC], độ nhớt của dầu giảm sút, van két làm mát 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 1 van làm việc ở áp suất 4,6 [bar], van này có tác dụng đảm bảo cho áp suất của dầu bôi trơn

Bầu lọc dầu dùng trên động cơ là loại bầu lọc thấm dùng lõi lọc bằng giấy

Bơm dầu nhờn có tác dụng tạo nên dòng chảy tuần hoàn có áp suất cao trong hệ thống Động cơ D1146TI dùng bơm dầu kiểu bơm bánh răng, được dẫn động từ trục khuỷu thông qua hệ thống bánh răng dẫn động

Đường kính bánh răng chủ động: dcđ = 28 [mm]

Đường kính bánh răng bị động: dbđ = 17 [mm]

1.3.2 Hệ thống nhiên liệu:

1.3.2 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 một khoảng 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 làm viêc của động cơ

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

+ Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xilanh theo trình tự làm việc qui định của 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 thuân tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa

+ Dễ chế tạo, giá thành hạ

2 3

6 7

8 9

10

11 12

1

13

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ D1146TI

1- Bulông xả khí; 2- Bầu lọc nhiên liệu; 3, 5, 6,10,11- Ống dẫn nhiên liệu; 4- Vòi phun; 7- Van tràn; 8- Bơm cao áp; 9- Bơm chuyển; 12-Thùng chưa nhiên liệu; 13- Bulông xả nước

Bơm chuyển nhiên liệu 9 hút nhiên liệu từ thùng chứa 12, sau đó đẩy tới bầu lọc tinh 2 Tại bầu lọc tinh, nhiên liệu được lọc sạch tạp chất, sau đó nhiên liệu theo đường ống 3 tới bơm cao áp 8 Bơm cao áp tạo cho nhiên liệu một áp suất đủ lớn theo đường ống cao áp 6 đến vòi phun 4 cung cấp cho xylanh động cơ

Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ bơm cao áp được theo đường ống dẫn 5 và 11 trở về thùng chứa

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

1.3.4 Hệ thống tăng áp

1.3.4 Hệ thống tăng áp

Hệ thống tăng áp trên động cơ D1146TI là loại tăng áp kiểu tuabin khí, được làm mát trung gian Bộ tuabin tăng áp gồm hai phần chính là tuabin và máy nén khí, cùng với các cơ cấu phụ khác như bạc đỡ trục, thiết bị bao kín, hệ thống bôi trơn và làm mát

Hình 1.11 Sơ đồ tăng áp tuabin khí

Nguyên lý làm việc: Tuabin và máy nén được lắp trên cùng một trục Máy nén được dẫn động bởi tuabin khí, khí thải của động cơ theo đường ống dẫn đi tới tuabin làm quay các cánh tuabin thực hiện sinh công cơ học có ích, sau đó đi qua đường ống thải ra ngoài Không khí từ ngoài trời qua máy nén được nén tới áp suất pk rồi vào xilanh động cơ trong kỳ nạp của động cơ

Tuabin tăng áp trên động cơ là loại tuabin tăng áp hướng kính, có các thông số như sau:

Loại tuabin: ALLIED SIGNAL 466721-12 Aïp suất không khí nén ở lối ra max: 1,26 [kg/cm2]

Lưu lượng không khí hút của máy nén max: 16,8 [m3/h]

Tốc độ quay của tuabin max: 102800 [rpm]

Tốc độ cực đại cho phép: 126150 [rpm]

Nhiệt độ cho phép của khí xả ở cửa vào tuabin: 750 oC

Khối lượng: 9,5 [kg]

Hình 1.12 Kết cấu tuabin - máy nén

1- Vỏ máy nén; 2- Vỏ tuabin; 3- Thân tuabin máy nén; 4- Bánh công tác máy nén; 5-

Bánh công tác tuabin

Máy nén dùng để tăng áp cho động cơ có nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành năng lượng của dòng khí tạo ra áp suất nào đó để cung cấp vào xylanh động cơ Loại máy nén trên đông cơ D1146TI là loại máy nén ly tâm

Hình 1.13 Mô hình bộ tuabin - máy nén Vấn đề tăng áp cho động cơ sẽ được trình bày sâu trong phần tiếp theo

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

TRONG

2.1.1 Phân loại tăng áp:

2.1.1 Phân loại tăng áp:

Tất cả các biện pháp nhằm tăng áp suất của không khí nạp vào trong xi lanh động

cơ ở cuối quá trình nạp lúc đóng xupáp nạp, qua đó làm tăng lượng khí nạp mới vào trong động cơ, được gọi là tăng áp cho động cơ

Dựa vào nguồn năng lượng để nén không khí trước khi đưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động cơ thành tăng áp có máy nén và tăng áp không có máy nén theo

sơ đồ sau (Hình 2.1)

Hình 2.1 Các phương pháp tăng áp trên động cơ đốt trong

2.1.1.1.Biện pháp tăng áp nhờ máy nén

2.1.1.1.Biện pháp tăng áp nhờ máy nén

Ơí động cơ đốt trong nếu môi chất trước khi nạp vào xi lanh được nén đến một áp suất nào đó thì được gọi là động cơ tăng áp 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

Tăng áp

Tua bin khí

Dẫn

động

cơ khí

Hỗn hợp

sóng áp suất

Tốc độ

Dao động và cộng hưởng

Liên hệ khí thể

Lắp nối tiếp

Lắp song song

dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong thì tổ hợp động cơ đốt trong - tua bin - máy nén được gọi là động cơ tăng áp tua bin khí

2.1.1.1.1 Tăng áp cơ g

2.1.1.1.1 Tăng áp cơ giới (cơ khí)iới (cơ khí)iới (cơ khí)

a- Sơ đồ tăng áp cơ giới không tận dụng năng lượng khí xả; b- Sơ đồ tăng áp cơ giới có tận dụng khí xả; c- Sơ đồ tăng áp cơ khí sử dụng ly hợp lắp giữa động cơ và máy nén; MN- máy nén; TB- Tuabin; ĐC- động cơ; LM- làm mát; KN- Khớp nối; P0- áp suất môi trường; Pk- áp suất khí tăng áp; PT- áp suất khí thải ra môi trường

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 dẫn động từ trục khuỷu của động cơ Các sơ đồ tăng áp cơ giới trên hình 2.2

Phương pháp dẫn động máy nén rất phong phú, trong nhiều trường hợp giữa máy nén và trục khuỷu của động cơ có bố trí ly hợp nhằm cho phép điều khiển phạm vi hoạt động của máy nén dẫn động cơ khí cho phù hợp với chế độ làm việc của động cơ đốt trong

ĐC

a)

P K

P T '

P K

c)

ĐC

P T '

Hình 2.2 Sơ đồ tăng áp cơ giới trên động cơ đốt trong

Máy nén thể tích đáp ứng tốt nhất đối với động cơ làm việc theo đường đặc tính tải, còn máy nén ly tâm đối với động cơ làm việc theo đường đặc tính chong chóng Đối với động cơ hai kỳ có đầu chữ thập thường dùng hốc dưới xi lanh để nén khí 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 chỉ thị

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 vậy nếu động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ thì số phần trăm công suất tổn thất cho việc dẫn động 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, vì vậy, khi sử dụng tăng áp dẫn động cơ khí làm cho hiệu suất động cơ giảm khi áp suất tăng áp tăng Chính vì vậy, phương pháp tăng áp dẫn động cơ khí chỉ được áp dụng ở những 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 trục khuỷu 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

2.1.1

2.1.1.1.2 Động cơ tăng áp bằng tua1.2 Động cơ tăng áp bằng tua1.2 Động cơ tăng áp bằng tuabin khíbin khíbin khí

Tăng áp bằng tuabin khí là phương pháp tăng áp dùng tuabin(TB) làm việc nhờ 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 học 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 suất nhiệt nhưng tính hiệu quả được đánh giá bằng giá trị áp suất trung bình sẽ rất nhỏ Để tận dụng tốt năng lượng khí xả, người ta cho nó giãn nở đến áp suất môi trường và sinh công trong các cánh của tua bin (TB)

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

a) Tăng áp bằng tua

a) Tăng áp bằng tuabin khí liên hệ cơ kbin khí liên hệ cơ kbin khí liên hệ cơ khíhíhí

Trong phương án này trục tuabin, động cơ đốt trong và máy nén được nối liền nhau Hình 2.3 Giới thiệu kết cấu và sơ đồ nguyên lý của phương án này

Kết cấu này bao gồm máy nén hướng trục nhiều cấp, động cơ diesel 4 kỳ và tuabin hướng trục nhiều cấp được nối đồng trục Aïp 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 vào tuabin đạt áp suất 16 kG/cm2

SVTH: NGUYỄN HOÀNG KIM

SVTH: NGUYỄN HOÀNG KIM Lớp 02C4 Lớp 02C4 Lớp 02C4

khí tới áp suất tăng áp và đưa vào động cơ

Hình 2.4 Tăng áp bằng TB khí liên hệ khí thể 1- Máy nén; 2- Thiết bị làm mát; 3- Động cơ; 4- Bình xả; 5- Tuabin

c) Tăng áp bằng TB khí có liên hệ thuỷ lực

c) Tăng áp bằng TB khí có liên hệ thuỷ lực

và tuabin 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; 1-

Các phương án kết nối giữa động cơ đốt trong và cụm tuabin - máy nén cũng rất phong phú Hình 2.5 trình bày các phương pháp kết nối này Trong đó, hình 2.5a là cách ghép nối thông dụng nhất, nó cho phép điều chỉnh chế độ tăng áp theo chế độ làm việc của động cơ đốt trong Ngoài ra, còn có các phương pháp kết nối nhằm tận dụng năng lượng khí xả như hình 2.5b,c

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 song

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

Trong hệ thống hai tầng lắp nối tiếp thuận (hình 2.6.a), tầng thứ nhất là bộ "máy nén tuốc bin" 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 ly tâm

do trục khuỷu dẫn động và tầng thứ hai là "máy nén tuốc bin khí" quay tự do được gọi là hệ thống tăng áp hai tầng nối tiếp ngược (hình 2.6b)

Trong động cơ tăng áp hỗn hợp lắp song song (hình 2.6c) người ta dùng một máy 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 cần cung 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 vào động

cơ được cung câïp đồng thời nhờ hai máy nén, lưu lượng không khí qua mỗi máy nén đều nho.í Do đo,ï kích thước của mỗi máy nén đều nhỏ so với hệ thống tăng áp lắp nối tiếp

2.1.1.2 Các phương pháp tăng áp khác:

2.1.1.2 Các phương pháp tăng áp khác:

Trình bày phương pháp làm cho áp suất nạp vào động cơ đốt trong lớn hơn giá trị thông thường mà không cần dùng đến máy nén cũng như một số phương pháp tăng áp cao đang phổ biến trong thực tế

2.1.1.2.1 Tăng áp dao động và cộng hưởng

2.1.1.2.1 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

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

2222

2222 4444

a) Tăng áp dao động: (Tăng áp quán tính) hình 2.7a

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

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

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 hệ:

T R k

a=

) , (

) , (

t x f v

t x f p

=

=

Sóng áp suất và sóng tốc độ cùng xuất hiện và cùng được truyền với tốc độ truyền sóng a

Sóng phản xạ được chia làm hai loại: Phản xạ đầu kín và phản xạ đầu hở Sóng phản xạ đầu kín xuất hiện khi xupáp đóng kín Sóng phản xạ đầu hở xuất hiện khi sóng truyền tới đầu hở

Sự dao động của áp suất môi chất trong đường ống nạp thực tế không phải do một sóng đơn giản tạo ra mà do hai họ sóng truyền theo chiều ngược nhau, nó là kết quả của việctương 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 gặp nhau 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

Hình 2.8 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

Khi piston dịch chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD) tạo

ra trong xilanh sự giảm áp suất, do áp suất trong xilanh nhỏ hơn áp suất trên đường nạp nên xuất hiện sự giãn nở trong ống nạp từ xi lanh ra đến đầu hở của ống có áp suất bằng áp suất môi trường p0 Aïp suất môi trường có giá trị không đổi và lớn hơn áp suất

trong xilanh nên xuất hiện quá trình chuyển động ngược lại của áp suất p0 từ ngoài vào xilanh, đây chính là sóng nén (sóng áp dương) Nếu sóng nén truyền tới xupap mà xupap 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 trong ống Nhằm đạt được lưu lượng nạp cực đại, tạo điều kiện để đạt mômen lớn nhất ở mọi chế độ vòng quay (Hình 2.9)

Để đạt được lưu 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

4444 5555 6666 2222

3333

1111

Tóm lại: Trong quá trình thay đổi môi chất thực tế, dòng chảy trong các ống

b) Hệ thống tăng áp cộng hưởng hình 2.7b, gồm: Bình ổn áp 1, ống cộng hưởng 2, bình cộng hưởng 4 được nối với các nhánh ống nạp Các nhánh này được phân nhóm đảm bảo trình tự làm việc của các xilanh cùng một nhóm có góc lệch công tác tương đối lớn (lớn hơn 240 độ góc quay trục 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 qua ống cộng hưởng 2 vào bình cộng hưởng 4, rồi đi vào xilanh động cơ

Hình 2.9 Nguyên lý của đường ống nạp có chiều dài thay đổi vô cấp

1- Động cơ; 2- Ôúng nạp hình xuyến; 3- Mặt ngoài cố định; 4- Mặt tang trống; 5-

Cửa trên mặt tang trống; 6- Tấm dẫn hướng

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

cơ đời mới

2.1.1.2.2 Tăng áp trao đổi sóng áp suất

2.1.1.2.2 Tăng áp trao đổi sóng áp suất

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 2.10 Giới thiệu sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ tăng áp bằng sóng khí của hãng BBC Thụy Sĩ

Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống tăng áp bằng sóng khí 1- Không khí thấp áp; 2- Dây đai; 3- Không khí cao áp ;4- Độngü cơ; 5- Khí thải cao

áp; 6- Khí thải thấp áp; 7- Rôto

Cấu tạo: Rôto 7 được trục khuỷu động cơ dẫn động qua đai truyền 2 Trên rôto có nhiều tấm ngăn cách đường kính chạy dọc theo chiều dài rôto, tạo nên các rãnh thông dọc trục Đầu trái rôto nối với đường ống cao áp 3 và đường ống vào thấp áp 1 của không khí vào động cơ, còn đầu phải nối với đường vào cao áp 5 và đường ra thấp

áp 6 của khí thải Sau khi không khí thấp áp đi từ đường 1 vào rãnh thông, tiếp đó rôto quay một góc nhất định thì đầu bên kia của rôto khí thải cao áp cũng đi vào rãnh thông ép không khí trong rãnh đến khi không khí ép ăn thông với đường nạp cao áp 3 của động cơ, thì không khí cao áp chạy ra đường 3 nạp vào động cơ, còn đầu bên kia của rãnh thông sản vật cháy sau khi giãn nở cũng được nối thông vào đường ống thải thấp áp để thải ra ngoài trời

Quá trình hoạt động của bộ tăng áp bằng sóng khí được giải thích từ đồ thị khai triển của quá trình truyền sóng áp suất như sau:

Hình 2.11, là sơ đồ khai triển lớp cắt quanh chu vi tại bán kính trung bình của rôto và stato lên mặt phẳng, trên đó chỉ phương hướng lưu động của khí thải và không khí Tốc độ tiếp tuyến của rôto tại bán kính trung bình được thay bằng tốc độ dịch chuyển của các rãnh thông từ dưới lên trên

G

2 III IV

Hình 2.11 Sơ đồ khai triển thể hiện quá trình truyền sóng áp suất trong bộ tăng áp

bằng sóng khí đơn giản

A- Bình góp khí xả; B- Bình góp không khí nén; C- Không khí cao áp; D- Không khí thấp áp; G- Khí xả cao áp; F- Khí xả thấp áp; 1- Đường thấp nhất; I, II, VII- Các sóng khí

Chu trình của sóng áp suất bắt đầu từ 1 trên sơ đồ (từ đường thấp nhất trên hình 2.11) Lúc đầu trong rãnh thông chứa đầy không khí mới, áp suất xấp xỉ bằng áp suất khí trời, hai đầu rãnh bịt kín, tức không khí ở dạng tĩnh lặng, lưu tốc bằng không Khí thải của động cơ chứa trong bình góp A Khi rôto quay, một rãnh thông nào đó ăn thông với đường xả cao áp, thì sản vật cháy đi vào rãnh, tiếp xúc với không khí có sẵn trong trong rãnh và gây ra sóng nén I truyền sang phải với tốc độ âm thanh, làm tăng áp suất và nhiệt độ không khí và đẩy không khí chuyển dịch sang phải Các rãnh được chuyển dịch lên phía trên theo tốc độ U, vì vậy đường truyền sóng đi sang phải có dạng nghiêng lên Khi sóng áp suất đi đến đầu bên phải thì rãnh ăn thông với đường không khí cao áp Do áp suất tại cửa ra của đường không khí cao áp lớn hơn so với sóng nén truyền tới từ đường thải nên sóng phản xạ của cửa mở vẫn là sóng nén, tức là sóng nén II truyền sang trái Tác dụng của sóng nén II là làm tăng áp suất không khí trong rãnh đạt tới giá trị bằng áp suất tại cửa ra đường không khí cao áp Lúc ấy không khí nén từ rãnh đi ra đường cao áp tới bình góp khí nén B rồi từ đó đi vào động cơ E Khi sóng nén II truyền tới đầu trái của rôto thì đường thải cao áp G vừa đóng (lúc sóng nén truyền sang trái, sản vật cháy và không khí truyền trong rãnh vẫn đi sang phải) Sản vật cháy, sau khi giãn nở, tạo sóng giãn nở III truyền tới đầu phải thì đường không khí cao áp vừa đóng Sau đó, hai đầu rãnh được bịt kín, khí thải trong rãnh ở trạng thái tĩnh, không lưu động

Các rãnh trên tiếp tục quay (dịch chuyển lên trên), tới khi mở thông với đường thải thấp áp thì khí thải trong rãnh thoát ra đường thải thấp áp tạo ra sóng giãn nở IV truyền vào rãnh Khi sóng IV tới đầu phải thì rãnh cũng ăn thông với đường không khí thấp áp Do sóng giãn nở truyền tới có áp suất lớn hơn áp suất tại cửa vào của đường không khí thấp áp, nên sóng phản xạ trên đầu hở của sóng giãn nở kể trên vẫn là sóng giãn nở

V Khi ấy dòng không khí trong rãnh đang lưu động sang trái Khi sóng V truyền tới

đầu trái, do áp suất của sóng giãn nở thấp hơn áp suất tại cửa ra của đường thải thấp áp nên sóng phản xạ VI sẽ là sóng nén Lúc ấy áp suất khí trong rãnh hơi tăng nhưng dòng khí vẫn đi sang trái, nhưng lưu tốc hơi giảm Khi sóng VI tới đầu bên phải thì cửa không khí thấp áp vừa đóng

Khi sóng phản xạ VII của sóng VI tới đầu trái, thì cửa thải thấp áp vừa đóng Lúc đó khí thể trong rãnh lại trở lại trạng thái tĩnh, không lưu động và xuất hiện chân không cục bộ Tiếp theo, rãnh chuyển dịch tới vị trí ăn thông với đường xả cao áp thì lại tiếp tục một chu trình mới Các sóng phản xạ, giãn nở và nén V-VII, tạo ra áp suất dương ở đầu khí thải và áp suất âm ở đầu không khí nạp, khiến khí thải được thải ra ngoài và hút không khí mới từ không gian thấp áp vào rãnh

Như vậy, khi rôto quay, các rãnh trên hình 2.11 chuyển dịch lên trên sẽ lần lượt ăn thông hoặc ngăn cách với các cửa của khí thải và của không khí, thấp và cao áp, trong các rãnh sẽ xuất hiện một loạt sóng nén và sóng giãn nở có quy luật, nhờ đó trạng thái của không khí và của khí thải trong rãnh cũng được thay đổi theo một quy luật nhất định

∗ Ưu điểm nổi bật của loại tăng áp bằng sóng khí là áp suất tăng áp càng cao, khi tốc độü động cơ càng thấp, nhờ đó động cơ sẽ có mômen lớn tại tốc độ thấp

∗ Nhược điểm của loại này là thiết bị cồng kềnh chiếm không gian lớn, trục khuỷu động cơ dẫn động rôto tiêu thụ 1÷2% công suất động cơ, tiếng ồn lớn, tuổi thọ của rôto thấp nên chưa được sử dụng rộng rãi

2.1.1.2.3 Tăng áp tốc độ

2.1.1.2.3 Tăng áp tốc độ

Trong các động cơ đặt trên máy bay hoặc trên ôtô đua còn có thể sử dụng dòng không khí ngược với chiều chuyển động của máy bay và ôtô để làm tăng khối lượng môi 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

2.1.1.2.4.Tăng áp cao

2.1.1.2.4.Tăng áp cao

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

- Tăng áp hai cấp

- Tăng áp Miller

- Tăng áp siêu cao

- Tăng áp chuyển dòng

a)

a) Tăng áp hai cấp

Sơ đồ nguyên lý của phương pháp tăng áp hai cấp được biểu diễn trên hình 2.12 Ở đây có hai cụm TB-MN một áp suất cao, một áp suất thấp Với cách bố trí này có thể 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 việc không 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 tốc kém Vì tăng áp cao nên đòi hỏi phải có hệ thống phụ để giải quyết chế độ khởi động và làm việc không tải

b) Tăng áp Miller

Sự tăng ứng suất nhiệt và ứng suất cơ tác dụng lên các chi tiết của động cơ đốt trong ngay cả ở chế độ tải trọng nhỏ, đặc biệt khi tăng áp hai cấp đã hạn chế khả năng tăng 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 lên động cơ đốt trong Trong phương pháp tăng áp Miller, trạng thái của môi chất ở đầu quá trình nén được thay đổi nhờ có thay đổi thời gian đóng của xupáp nạp theo chế độ công tác của động cơ đốt trong Khi tải của động cơ đốt trong càng tăng, tỉ số tăng áp càng tăng do năng lượng cấp cho TB-MN tăng, xupap nạp luôn có xu hướng đóng sớm hơn, 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

Hình 2.13 Biểu diễn chu trình của động cơ 4 kỳ tăng áp bằng TB-MN thông thường và phương pháp tăng áp Miller có điều kiện ban đầu là nhiệt độ của khí tăng áp bằng nhau Hình 2.14 biểu diễn sự thay đổi pha phối khí của xupap nạp theo tải trọng Trong tăng áp bằng TB-MN thông thường quá trình nén bắt đầu ở điểm 1 có áp suất p1, ở phương pháp tăng áp Miller, xupap nạp đóng sớm khi trong xilanh có áp suất tăng áp là p1’, sau đó khí nạp được giãn nở đến áp suất đầu nén p1

0

TB-MN

43

P1 '

P2 2

1

05

P

1'P

V

Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 2.15

Hình 2.15 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; 6- Ống xả; 7- Buồng đốt; 8-Bộ đánh lử

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

Vì giá thành của hệ thống cao và 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 năng tăng tốc lớn

d) Tăng áp chuyển dòng

Khi áp suất tăng áp cao người ta thường sử dụng TB đẳng áp vì nó có hiệu suất cao

ở chế độ làm việc định mức, nhưng ở các chế độ tải khác nó có nhiều nhược điểm, nhất là chế độ tải nhỏ của ĐCĐT 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 động của chúng phụ thuộc vào chế độ tải của động cơ Tăng áp chuyển dòng có thể là tăng áp một cấp hoặc hai cấp như hình 2.16 Việc đóng hoặc mở TB phụ thuộc vào tải và số vòng quay của động cơ được điều khiển từ bên ngoài

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý tăng áp chuyển dòng

b)