mô phỏng hoạt động tăng áp động cơ đốt trong

PHẦN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 11 CHƯƠNG I: HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 12... Các loại máy động lực được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp, nông nghiệp, hàng hải, đánh bắt thủy hải sả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG TĂNG ÁP

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG TĂNG ÁP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG TĂNG ÁP

PHẦN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 11

CHƯƠNG I: HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 12

5

\

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thơng tin chung:

- Tên đề tài: Mơ phỏng hoạt động tăng áp động cơ đốt trong

- Mã số: T 2011

- Chủ nhiệm: GVC ThS Nguyễn Tấn Quốc

- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh

- Thời gian thực hiện:

2 Mục tiêu:

a- Mục tiêu trước mắt: Nghiên cứu đề tài là để nắm vững kiến thức và phương

pháp thực hiện nghiên cứu khoa học, đây cũng là một đề tài lớn của nghiên cứu khoa học

b- Mục tiêu cụ thể: Thiết kế phương tiện dạy học, mô phỏng trên máy tính cho

một phần nội dung của Môn học động cơ đốt trong

c- Mục tiêu lâu dài: Vận dụng qui trình thiết kế phương tiện giảng dạy cho các

nội dung còn lại của môn học và xa hơn nữa là vận dụng vào các môn học khác góp phần nâng cao chất lượng đào tạo của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

3 Tính mới và sáng tạo:

Trong những năm gần đây, kinh tế Việt Nam phát triển mạnh mẽ, nước ta đang trên con đường hiện đại hóa-công nghiệp hóa, nhu cầu về sự phát triển các loại máy động lực ngày càng tăng cao, các yêu cầu về kỹ thuật ngày càng đa dạng Các loại máy động lực được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp, nông nghiệp, hàng hải, đánh bắt thủy hải sản, giao thông vận tải Động cơ đốt trong là một trong những loại máy động lực đã có những bước cải tiến rỏ rệt, là loại động cơ vừa tiết kiệm nhiên liệu vừa có tính năng vận tải lớn rất phù hợp với tình hình giao thông vận tải hiện nay Yêu cầu về vận hành bảo trì sữa chữa động cơ đời mới đòi hỏi phải hiểu biết sâu sắc về cấu tạo các đặc tính kỹ thuật, nguyên lý vận hành và phải có các kỹ năng thành thạo trong các qui trình tháo lắp, bảo dưỡng chuẩn đoán và sửa chữa Do đó nhiều chủng loại động cơ với các yêu cầu đặc trưng riêng, nhưng về nguyên lý vẫn cần phải hiểu biết về qui trình tổng quát cho các loại động cơ Việc bảo

dưỡng và sửa chữa động cơ không chỉ đãm bảo thời hạn vận hành lâu dài, tiết kiệm chi phí, tăng hiệu quả sử dụng mà còn đảm bảo các yêu cầu ngày càng cao về bảo vệ môi trường

Để đáp ứng nhu cầu phát triển, cần có đội ngũ cán bộ kỹ thuật có tay nghề cao và đạo đức tốt như trong Đại hội Đảng toàn quốc đã nêu “ Mục tiêu giáo dục và đào tạo những con người có đầy đủ phẩm chất, năng lực , có đủ tri thức lãnh hội và tay nghề vững mạnh, có tinh thần yêu nước yêu XHCN “ Do đó cần phải đầu tư cho giáo dục , tức là phải có đội ngũ giáo viên giỏi, có cơ sở vật chất , trang thiết bị và phương tiện dạy học tốt

Theo mục tiêu đào tạo của trường ĐHSP Kỹ thuật TP HCM, sinh viên phải được trang bị một trình độ lý thuyết và thực hành vững vàng, cơ bản để đảm nhận chức năng giáo viên kỹ thuật

Ngày nay thế giới đã cho ra đời nhiều loại thiết bị phương tiện hiện đại mới như máy video , máy chiếu qua đầu , máy vi tính giúp cho người học hiểu vấn đề nhanh chóng , cặn kẻ thấu đáo hơn Do đó cải tiến phương tiện dạy học : giáo trình, tài liệu phát tay, bản vẽ, mô hình, phim miếng trong, ứng dụng tin học vào giảng dạy là nhu cầu cấp bách hiện nay

Hiện nay áp dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy và học tập nhằm nâng cao chất lượng đào tạo là một nhu cầu cấp bách nhằm để đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao của xã hội Chắc chắn mọi người đều thấy rằng áp dụng công nghệ thông tin vào quá trình dạy

- học sẽ mang lại hiệu quả cao hơn và khuynh hướng bắt buộc là phải chuyển sang giảng dạy và học tập với sự trợ giúp của máy tính

4 Kết quả nghiên cứu:

Kết quả nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Lý thuyết hoạt động Hệ thống tăng áp động cơ diesel và xăng đời mới

- Tăng áp: Supercharger, Turbocharger, …

- Mô phỏng hoạt động tăng áp động cơ diesel

- Mô phỏng hoạt động tăng áp động cơ xăng

5 Sản phẩm:

Khoa Cơ khí Động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh xin được giới thiệu mơ phỏng hoạt động tang áp động cơ đốt trong Mô phỏng dùng để giảng dạy tại các trường đại học, cao đẳng, trường dạy nghề, các cơ sở đào tạo chuyên ngành ô tô – máy

7

động lực: Khoa CKĐ trường ĐHSPKT TPHCM, trường Cao đẳng nghề, trường CĐSPKT Vĩnh Long

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Hiệu quả tốt trong giảng dạy lý thuyết và thực hành

Ngày tháng năm

Cơ quan chủ trì

(ký, họ và tên, đĩng dấu) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên)

PHẦN MỞ ĐẦU

9

I-Lý do chọn đề tài

Hệ thống tăng áp động cơ diesel và xăng đời mới đang sử dụng nhiều trên ô tô ở Việt Nam Trong giảng dạy chuyên ngành ô tô các giảng viên, các kỹ thuật viên tại các cơ sở đào tạo ngoài xã hội rất cần các phương tiện dạy học hiện đại, các phần mềm mô phỏng giúp cho người dạy rút ngắn thời gian giảng dạy và người học dễ tiếp thu hơn

Do đó việc mô phỏng hoạt động tăng áp động cơ diesel và xăng đời mới trên máy tính nhằm phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu, giúp người học tiếp thu nhanh, mau nhớ, dễ hiểu và giúp tương tác tốt giữa thầy – trị là rất cần thiết, cấp bách

Vì vậy việc đề xuất và thực hiện nghiên cứu khoa học “Mơ phỏng hoạt động tăng áp

động cơ đốt trong” là cần thiết

Đề tài NCKH nhằm vào các mục đích: nâng cao việc hiện đại hóa việc dạy học, sử dụng vi tính trong dạy học, năng cao năng suất làm việc của giáo viên và sinh viên; giúp sinh viên nắm bắt các thành tựu mới của khoa học kỹ thuật, tạo hứng khởi cho việc học của sinh viên Giúp giáo viên tạo ra các mô hình hỗ trợ sinh viên trong học tập Tạo sự tương tác giửa thầy và trò trong việc học và dạy Có thể áp dụng ngay phục vụ giảng dạy tại khoa CKĐ ĐHSPKT TPHCM và các trường dạy nghề

III Đối tượng và khách thể nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: hệ thống tăng áp động cơ đốt trong

- Khách thể nghiên cứu:

IV Phương pháp và cơng cụ nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: qua các nguồn tài liệu, giáo trình, sách … tiến hành

phân tích và chọn lọc để vận dụng vào đề tài

Cơng cụ nghiên cứu:

-Nghiên cứu các phần mềm Macromedia Flash, 3D Max, Adobe Premier, Kỳ xảo truyền hình, Ulead Cool 3D….để tạo các mô phỏng 2D

-Nghiên cứu các phần mềm Macromedia DreamWaver, Director để thiết kế chương trình, soạn hệ thống bài giảng tăng áp động cơ đốt trong

- Nghiên cứu lý thuyết hoạt động Hệ thống tăng áp động cơ diesel và xăng đời mới -Biên soạn tài liệu Vẽ các chi tiết trong tăng áp: Supercharger, Turbocharger, …

- Mô phỏng hoạt động tăng áp động cơ diesel

- Mô phỏng hoạt động tăng áp động cơ xăng

-Thiết kế chương trình, soạn hệ thống bài giảng

11

PHẦN NÔI DUNG

NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG I: HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I.NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG ÁP

I.1-Tăng áp truyền động bằng cơ khí (Supercharge)

Bao gồm động cơ, cặp bánh răng truyền động và máy nén khí Về nguyên tắc động cơ phải tốn một phần công suất để dẫn động máy nén Máy nén trong hệ thống tăng áp cơ khí là loại máy nén phát động : thường là máy nén roto, ly tâm, máy nén piston do trục khuỷu động cơ dẫn động thông qua cơ cấu bánh răng, xích hoặc cơ cấu truyền động khác

(Hình 1): C = máy nén; E = động cơ; (Hình 2): 1 = máy nén; 2 = bộ truyền ;

i = đường nạp; e = đường thải 3 = trục khuỷu động cơ

Khi động cơ làm việc, cặp bánh răng quay → máy nén làm việc, nén áp suất không khí

từ P0 đến Pk nạp vào động cơ Pk (0,15 ÷ 0,16) MN/m2 hoặc nhỏ hơn Nếu Pk lớn qúa thì sẽ làm cho công suất tiêu thụ máy nén lớn quá dẫn tới hiệu suất động cơ giảm, dẫn tới công suất giảm

13

1.Ƣu điểm:

 Khí nạp sẽ bị bẩn ở loại máy nén khí truyền động bằng piston (vì có bôi trơn)

3 Phạm vi sử dụng:

Chỉ dùng cho động cơ 2 kỳ trong tàu thủy, ôtô, động cơ tĩnh tại .vì:

 Có áp suất và nhiệt độ khí sót thấp: không dùng tăng áp turbine khí vì phải tốn một phần công suất dẫn động máy nén khí (ở động cơ hai kỳ: τ giảm nên Ne tăng (1,6 - 1,8) lần → tăng áp bằng cơ khí giảm Ne nhưng không bằng sự tăng Ne khi từ 4 kỳ chuyển sang 2 kỳ)

 Ở động cơ 2 kỳ Pr không ổn định, do đó nếu sử dụng tăng áp bằng turbin thì khi làm việc tuorbine bị rung

Các loại bơm

Bơm piston:

1 = nắp bơm, 2 = van, 4 = piston bơm, 5 = thanh truyền, 7 = cốt bơm

Bơm Root

Bơm Root

Quá trình làm việc của bơm Root: a

= hút không khí, b = các giai đoạn trung gian, g = không khí đi ra có áp suất tăng áp

15

Tăng áp dẫn động cơ khí

Mechanically-Driven Supercharger (Tăng áp dẫn động cơ khí)

17

chamber

nạp không khí vào buồng làm việc thứ cấp

cấp

II.2-Tăng áp bằng động cơ

II.3-Tăng áp bằng cánh thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp

Hệ thống ACIS thay đổi chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp tuỳ theo tốc độ động cơ

và góc mở bướm ga qua đó nâng cao được hiệu quả nạp và momen xoắn của động cơ

Các bộ phận của hệ thống ACIS

II.4-Tăng áp bằng turbin khí(Turbocharge)

Turbin khí thải T & máy nén N được lắp trên cùng một trục Khí thải của động cơ đi vào turbine T sinh công làm quay máy nén rồi thải khí thải ra ngoài, đồng thời máy nén hút khí trời (P0) nén lên thành áp suất Pk đưa vào động cơ Số lượng khí nén cung cấp cho động cơ được biến đổi tự động theo công suất động cơ

19

Tùy theo áp suất khí trước turbine người ta chia thành:

1 Tăng áp bằng turbine biến áp:

Khi súpáp thải mở, sản vật cháy được dẫn trực tiếp tới cánh turbine, như vậy việc giản

nở tiếp tục của khí thải được tiến hành đồng thời trong xylanh và trong cánh turbine vì turbine T làm việc ở áp suất biến đổi giảm dần với sự lợi dụng động năng của dòng khí

đi từ xylanh đến cánh công tác của turbine Để thực hiện qúa trình giãn nở thêm của khí thải trong cánh turbine T, người ta bố trí turbine T rất gần xy lanh động cơ để cho dung tích đường ống nối từ xylanh đến turbine là nhỏ nhất

2 Tăng áp bằng turbine đẳng áp:

Khí thải từ xi lanh động cơ được tích vào thùng chứa &→ tạo được áp suất áp không đổi

đi vào cánh turbine Ở trường hợp này không lợi dụng được động năng của dòng khí thải

Do dung tích thùng chứa lớn hơn dung tích của xi lanh, nên áp suất và tốc độ dòng khí giảm so với lúc mới ra khỏi xi lanh Động năng lúc này biến thành nhiệt năng Do vậy nhiệt độ của khi trước khi vào turbine T tăng lên

3 = Sản vật cháy vào turbine; T = Turbine

4 = Thải khí thải ra ngoài

Tăng áp bằng Turbine

 Khi chuyển từ cơng suất lớn đến cơng suất nhỏ thì một phần năng lượng khí thải khơng tận dụng được và ngược lại từ cơng suất nhỏ đến cơng suất lớn thì máy nén N khơng nén được PK cần thiết cho động cơ

4 Phạm vi sử dụng :

Dùng cho động cơ 4 kỳ vì năng lượng khí thải lớn, PR ổn định hơn ( coi PR =const), do

đĩ được sử dụng rộng rãi cho phương tiện vận tải đường bộ

Hệ thống tuộc bơ tăng áp

thải làm quay tuộc bơ)

A truck exhaust gas turbocharger with

twin-flow turbine housing

tuộc bơ tăng áp sử dụng khí thải với vỏ tuộc bin dịng kép

3 Ƣu-Khuyết điểm:

a.Ưu điểm:

+ ηty > ηtđ , Pty > Ptđ +Phạm vi tăng áp tương đối lớn ( =

21

Turbocharger System Hệ thống tuộc bô tăng áp

thải làm quay tuộc bô)

A truck exhaust gas turbocharger with

twin-flow turbine housing

tuộc bô tăng áp sử dụng khí thải với vỏ tuộc bin dòng kép

3 air cleaner lọc gió

6 exhaust(gas)turbocharger,

III-Tăng áp hỗn hợp

Tăng áp hỗn hợp là biện pháp sử dụng cùng một lúc cả hai biện pháp tăng áp: cơ khí và turbine

Có hai phương pháp tăng áp hỗn hợp:

23

III.1-Tăng áp hỗn hợp mắc nối tiếp

1 Nối tiếp thuận:

cơ bằng cơ khí, loại này vưà có khả năng

tăng Pk, vừa có khả năng tận dụng được

năng lượng của dòng khí thải

k chu trình

2 I

i = n :

Lượng nạp trong một chu trình máy nén N1: GchutrìnhN1 = const &→ GKchutrình = const

III.2-Tăng áp hai tầng song song

nén đi qua một máy nén ít &→ máy nén nhỏ

(hay máy nén N2) bị hư hỏng thì máy nén N2 (hay máy nén N1) vẫn làm việc bình thường, cung cấp khí PK cho động cơ

 Loại tăng áp hỗn hợp khắc phục được khuyết điểm của tăng áp cơ khí hay tăng áp turbine và tận dụng được ưu điểm của các loại kia

25

IV-Đặc điểm tăng áp cho động cơ xăng

1 Động cơ xăng rất ít sử dụng tăng áp vì ba lý do:

 Khi sử dụng tăng áp bằng tourbine khí thì tính năng gia tốc cuả động cơ rất kém

 Dễ xảy ra kích nổ

2 Khắc phục những khuyết điểm trên bằng cách:

Người ta tăng giảm cấu tạo buồng cháy, sử dụng năng lượng chống kích nổ tốt, tăng giảm thành phần khí hỗn hợp, gĩc đánh lửa sớm, thơng số kết cấu động cơ hợp lý, sử dụng hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử, vật liệu chế tạo hợp lý Với những biện pháp đĩ trong động cơ xăng cĩ thể tăng áp được

a Phương án một: Đặt bộ chế hịa khí sau máy nén

b.Phương án 2: Đặt máy nén N trước bộ chế hịa khí

Do đĩ bộ chế hịa khí đặt sát động cơ do đĩ tính năng gia tốc rất tốt Khơng khí cĩ áp suất PK > P0 đi qua bộ chế hịa khí do đĩ nhiên liệu bốc hơi nhiều Bản thân nhiên liệu khơng tiếp xúc máy nén N &→ hoả hoạn máy nén N khơng việc gì Tuy nhiên do PK > P0 &→ để tạo độ chân khơng ở họng khuếch tán để đạt µ thích hợp, người ta sử dụng lắp nhiều bộ chế hịa khí song song &→ khối lượng của cả hệ tăng Ngồi

ra khi sử dụng nhiều bộ chế hịa khí thì các cánh bướm ga rất khĩ hiệu chỉnh giống nhau

Đặt bộ chế hịa khí sau máy nén, khí hỗn hợp đi qua máy nén N do đĩ nĩ hịa trộn tốt, nhiên liệu bốc hơi nhiều Khí hỗn hợp lúc bắt đầu vào máy nén N cĩ nhiêt độ thấp do đĩ tăng thêm lưu lượng và hiệu suất của máy nén N Tuy nhiên với phương án này khi xảy ra hỏa hoạn máy nén

N rất dễ bị hỏng

V-Đặc điểm tăng áp turbin khí cho động cơ 2 kỳ

Việc tăng áp bằng tourbine khí còn rất nhiều khó khăn vì:

độ đó NTb nhỏ không đủ làm quay máy nén hay NTb đủ làm quay máy nén thì PK nhỏ không đảm bảo quá trình quét sạch khí thải động cơ &→ lượng khí sót nhiều

 Hệ số quét động cơ 2 kỳ lớn nhiều so với động cơ 4 kỳ: φ2 kỳ = 1,4 ÷ 2,4 ,φ4kỳ = 1,05 ÷ 1,15 Vì vậy công suất tiêu thụ cho N (máy nén) đòi hỏi nhiều hơn

khí thải có nhiều khí quét làm giảm nhiệt độ của khí thải trước tourbine

Để khắc phục, ta sử dụng một số biện pháp:

 Bố trí đường thải sao cho giảm tổn thất về năng lượng khí thải từ động cơ đến T

 Nâng cao nhiệt độ khí thải bằng cách giảm lượng khí quét vào trong không khí thải

 Sử dụng T khí biến áp để sử dụng cả động cơ năng lượng giãn nở của khí thải

Chọn cơ cấu phối khí và góc phối khí một cách thích hợp

Chương trình này hoạt động trên trình duyệt WEB Internet Explorer, dễ dàng cài đặt và hoạt động trên phần lớn máy tinh hiện nay

II- YÊU CẦU VÀ CÀI ĐẶT

Để chương trình hoạt động tốt và đãm bảo đem lại kết quả tốt cho người sử dụng thì máy tính phải đảm bảo một số yêu cầu sau về phần cứng và quá trình cài đặt

1- Yêu cầu

- Ổ cứng phải còn trống tối thiểu trên 200 Mb

- Hoạt động trên hệ điều hành Windows 9X trở lên

- Chắc chắn đã cài đặt trình duyệt Internet Explorer và được hổ trợ hoạt động với phần mềm Macromedia Flash

- Có các chương trình Multimedia, tối thiểu phải có Windows Media Player

- Chương trình này sử dựng bộ fonts TimeRoman, fonts VNI do đó phải có bộ fonts này trong máy tối thiểu là font VNI-Time và VNI-Present, VNI- Brush

2- Cài đặt

- Đặt đĩa CD vào ổ CD-ROM Tiến hành cài đặt

III HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG

Chương trình gồm có 5 phần chính sau :

- Giới thiệu

- Nội dung lý thuyết

- Mô phỏng

- Hướng dẫn sử dụng

Sau đó xuất hiện trang chủ của chương trình trên trang này có các nút liên quan để đi đến trực tiếp các nội dung chính của chương trình hoặc theo trình tự đã được biên soạn sẵn