Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22 110

- Tăng áp là biện pháp làm tăng áp suất không khí nạp, qua đó làm tăng mật độ không khí và lượng nhiên liệu nạp vào xy lanh động cơ trong mỗi chu trình, do đó công suất động cơ sẽ được t

1 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.

Tuy không còn mới mẽ so với các ngành khoa học khác, nhưng cùng với sự pháttriển của nền khoa học công nghệ của nhân loại, ngành động cơ đốt trong đã đóng gópmột phần rất quan trọng trong sự phát triển đó Cùng với những yêu cầu ngày càng caocủa nhu cầu cuộc sống, nó đòi hỏi sự cải biến lớn trong tất cả các lĩnh vực khoa họcnói chung và đối với ngành động cơ đốt trong nói riêng cũng không nằm ngoài qui luậtphát triển đó Tuy nhiên, sự cải biến đó của ngành động cơ không có nghĩa là thay đổimột cách toàn diện về mặt nguyên lý và kết cấu mà nó vẫn dựa trên nền tản của nhữngnguyên lý và kết cấu đã có từ hàng trăm năm trước, trên cơ sở cải tiến và hoàn thiệnhơn

Để cải tiến và hoàn thiện hơn cho động cơ, ngành động cơ đốt trong đã nghiêncứu và chế tạo ra nhiều những loại động cơ với tính năng ưu việt, bằng cách cải tiến vàhoàn thiện những hệ thống trên động cơ như: hệ thống nhiên liệu (phun xăng điện tử,phun dầu điện tử, hệ thống đánh lửa điện tử, sử dụng hệ thống tăng áp v v.) Mộttrong những biện pháp hữu hiệu nhất để nâng cao công suất cho động cơ diezel được

sử dụng rộng rãi ngày nay đó chính là sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbo chạy bằngnăng lượng khí thải của chính động cơ đó Đây cũng là đề tài em đã lựa chọn đểnghiên cứu và làm đồ án tốt nghiệp cho mình sau thời gian được học tập tại Khoa Cơkhí giao thông của Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Tên đề tài chính thức mà em

thực hiện đó là: khảo sát hệ thống tăng áp bằng turbo khí xả trên động cơ

đó tiết kiệm năng lượng của động cơ

Xã hội ngày càng phát triển vượt bậc Nhưng theo cùng với sự phát triển này lànhững nguy cơ đe dọa đến sự tồn tại của Hành tinh Trái đất là nơi chúng ta đang sống.Một trong những nguy cơ đó xuất phát từ sự ô nhiễm môi trường do chính chúng ta đãtạo ra Vì vậy, để tạo ra sự phát triển bền vững cho xã hội, mỗi chúng ta đều phải cónhững hành động cụ thể để góp phần bảo vệ sự phát triển bền vững đó Sử dụng hệthống tăng áp bằng turbo khí xả cho động cơ là một trong những biện pháp vừa mang

động cơ gây ra Ngày nay, việc đánh giá mức độ ô nhiễm do khí thải của động cơ trênôtô là một trong những tiêu chuẩn không thể thiếu cho ngành đăng kiểm ở các quốcgia, với các tiêu chuẩn này ngày càng khắt khe hơn Trong thời gian đến tại Việt Nam,Cục Đăng Kiểm Việt Nam cũng sẽ bắt đầu áp dụng các tiêu chuẩn này, trước hết là đốivới những phương tiện đăng ký mới, và tiêu chuẩn bước đầu được áp dụng là EURO

II Chính những qui định này đòi hỏi nhà sản xuất phải có những biện pháp cải tiếnthiết thực nhất cho những động cơ đang và sẽ được sản xuất mới Một trong những

biện pháp đó chính là sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbo khí xả.

2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP.

2.1 Định nghĩa tăng áp.

- Tăng áp là biện pháp làm tăng áp suất không khí nạp, qua đó làm tăng mật độ không khí và lượng nhiên liệu nạp vào xy lanh động cơ trong mỗi chu trình, do đó công suất động cơ sẽ được tăng lên

2.2 Mục đích tăng áp cho động cơ DIESEL.

Đối với động cơ không sử dụng hệ thống tăng áp, quá trình nạp của động cơ đượctiến hành bằng cách nạp trực tiếp không khí từ môi trường bên ngoài Việc nạp trựctiếp như vậy sẽ hạn chế về mặt lưu lượng và áp suất khí nạp không cao, do đó côngsuất của động cơ vì thế mà không được phát huy hết Để khắc phục hạn chế này, ta sửdụng một máy nén riêng để nén trước không khí sau đó đưa vào xylanh động cơ, làmtăng mật độ không khí, qua đó tăng số lượng không khí nạp vào động cơ trong mỗichu trình, vì vậy sẽ làm tăng công suất của động cơ Đó chính là mục đích của việctăng áp cho động cơ diezel

Việc tăng áp suất không khí trước khi nạp vào xylanh động cơ làm tăng công suấtcủa động cơ lên rất nhiều Tuy nhiên, nếu với động cơ xăng ta sử dụng phương phápnày để nâng công suất của động cơ ta lại phải vướn thêm vấn đề gây kích nổ, đã tạonên nhiều khó khăn trong sử dụng thực tế, vì vậy việc tăng áp này chỉ sử dụng chủ yếu

ở động cơ diezel Đặc biệt, trong những năm gần đây, do có nhiều tiến bộ vượt bậctrong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo turbo và máy nén nên phạm vi sử dụng tăng áp cho

những tính năng về động lực học của động cơ có sử dụng hệ thống tăng áp tốt hơnđộng cơ không tăng áp mà còn hạ thấp suất tiêu hao nhiên liệu Nếu áp suất có ích

của động cơ tăng áp thấp rất dễ đạt 1,0 – 1,2 Mpa

Tóm lại, việc sử dụng hệ thống tăng áp là biện pháp chủ yếu, hiệu quả nhất đểnâng cao công suất của động cơ diezel, đồng thời tăng áp cho phép cải thiện một số chỉtiêu:

- Giảm thể tích toăn bộ của ĐCĐT ứng với một đơn vị công suất

- Giảm trọng lượng riíng của toăn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất

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

- Hiệu suất của động cơ tăng đặc biệt lă khi tăng âp tuabin khí, do đó suất tiíu haonhiín liệu giảm

- Có thể lăm giảm lượng khí thải độc hại

- Giảm độ ồn của động cơ

2.3 Phđn loại tăng âp.

Tất cả câc biện phâp tăng âp nhằm tăng âp suất của không khí nạp văo trong xi

lanh động cơ ở cuối quâ trình nạp lúc đóng xupâp nạp, qua đó lăm tăng lượng khí nạpmới văo trong động cơ, được gọi lă tăng âp cho động cơ

Dựa văo nguồn năng lượng để nĩn không khí trước khi đưa văo động cơ, người tachia tăng âp cho động cơ thănh hai nhóm: Tăng âp có mây nĩn vă tăng âp không cómây nĩn, theo sơ đồ sau:

TỐ C ĐỘ

DAO ĐỘ NG VÀ CỘ NG HƯỞNG

KHÔNG CÓ MÁY NÉN

SÓNG ÁP SUẤ T

TĂNG ÁP

DẪ N ĐỘ NG HỖ N HỢ P

CÓ MÁY NÉN

DẪ N ĐỘ NG TUABIN KHÍ

CHỈ LIÊN HỆ KHÍ THỂ

CÓ LIÊN HỆ THỦY LỰ C

MẮ C SONG SONG

MẮ C NỐ I TIẾ P

Hình 2 -1 Sơ đồ phđn loaị vă câc phương phâp tăng âp trín động cơ đốt trong

2.3.1 Biện phâp tăng âp nhờ mây nĩn.

2.3.1.1 Tăng âp cơ giới

Hình 2 – 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 - NkTrong đó:

Ni: Công suất chỉ thị

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

vậy 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 áp

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

2.3.1.2 Động cơ tăng áp bằng tuabin khí.

Tăng áp bằng tuabin khí: là biện pháp tăng áp mà máy nén được dẫn động nhờtuabin tận dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong

Khí xả của ĐCĐT có nhiệt độ và áp suất cao, nên nhiệt năng của nó tương đốilớn 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 suấtnhiệt nhưng tính hiệu quả được đánh giá bằng giá trị áp suất trung bình sẽ rất nhỏ Đểtận dụng tốt năng lượng khí xả, người ta cho nó giãn nở đến áp suất môi trường vàsinh công trong các cánh của tua bin (TB)

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

- 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

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 cao cho động cơ

3

Hình 2 - 3 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)

Hình 2 – 4 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.

Các phương án kết nối giữa động cơ đốt trong và cụm tuabin - máy nén cũng

rất phong phú Hình 2 - 4 trình bày các phương pháp kết nối này Trong đó, hình 2 - 4

a là cách ghép nối thông dụng nhất, nó cho phép điều chỉnh chế độ tăng áp theo chế độlàm việc của động cơ đốt trong Ngoài ra, còn có các phương pháp kết nối khác nhằmtận dụng năng lượng khí xả, như hình 2 - 4 b,c

2.3.1.3 Tăng áp hỗn hợp

Trong tăng áp hỗn hợp, người ta sử dụng hai hệ thống máy nén khác nhau, mộtđược dẫn động bằng tuabin khí và một được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ

Tuỳ thuộc vào vị trí của máy nén người ta có hai dạng ghép nối: Lắp nối tiếp vàlắp song song

4

1 5

6

6 5

1

3 2

4

Po,To Po,To

b) a)

5

6 Po,To

c)

Po,To 1

3 2

4

Hình 2 – 5 Sơ đồ nguyên lý phương án tăng áp hỗn hợp cho động cơ

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.

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 các phương án lắp ghép này máy nén dẫn động cơ khí có thể sử dụngmáy nén ly tâm, hướng trục, trục vít, quạt Root hoạt động hoàn toàn độc lập với máynén dẫn động bởi tuabin khí

Đối với phương án lắp thuận: Máy nén dẫn động cơ khí đứng sau máy nén dẫn

phụ thuộc vào lưu lượng qua cụm tuabin-máy nén.

Đối với phương án lắp nghịch: Máy nén dẫn động cơ khí đứng trước, lưu lượngkhí nạp vào ĐCĐT phụ thuộc vào lưu lượng máy nén dẫn động cơ khí, vì thế phụthuộc vào chế độ tốc độ động cơ và lưu lượng cung cấp cho một chu trình là khôngđổi

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

2.3.2 Biện pháp tăng áp không có máy nén.

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

2.3.2.1 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.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 2 – 6 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:

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

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

) ; V= ƒ(x, t)

Sóng áp suất và sóng tốc độ cùng xuất hiện và cùng được truyền với tốc độtruyền sóng a Nếu tốc độ của các phần tử chuyển động cùng chiều với tốc độ truyềnsóng và khi sóng truyền tới sẽ làm tăng áp suất thì sóng đó là sóng đó là sóng nén.Nếuchiều truyền sóng ngược lại với chiều của các phần tử chuyển động , khi sóng truyềntới sẽ làm giảm áp suất , sóng đó là sóng giãn nở

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

T R k

a

),(x t f

p 

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

a) b) c)

Hình 2 – 7 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 trênđường nạp, nên xuất hiện sự giãn nở trong ống nạp từ xi lanh ra đến đầu hở của ống có

ngoài vào xilanh, đây chính là sóng nén (sóng áp dương).Nếu sóng nén truyền tớixupap 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 lạitrong ống

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

4 5 6

Hình 2 – 8 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

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, chỉ được sử dụng trên động

cơ đời mới

2.3.2.2.Tăng áp trao đổi sóng áp suất.

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

2

Hình 2 – 9 Sơ đồ hệ thống tăng áp bằng sóng khí

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

6-Khí thải thấp áp; 7-Rôto.

Thiết bị là Roto với các rãnh hướng kính nằm dọc trục, các van C, D, và G, Fnằm ở đầu nạp và đầu xả là hai mặt bích có bố trí đường dẫn vào và ra Roto được dẫnđộng từ trục khuỷu của động cơ Để đảm bảo hệ thống làm việc được cân đối người ta

bố trí 2 ống vào và 2 ống ra trên Stato Như vậy có 2 chu trình xảy ra đồng thời trongmột vòng quay của Roto

Trong phương án này, sử dụng năng lượng động học của khí xả để nén khí nạp

Sự tăng hay giảm của áp suất được truyền với cùng tốc độ của các xung nén hìnhthành từ phía có áp suất cao lên phía có áp suất thấp Dòng khối lượng và xung củasóng áp suất tác dụng trực tiếp lên phía có áp suất thấp chuyển động với tốc độ âmthanh trong môi trường xem xét Trong lúc đó, dòng năng lượng lại chuyển động vớitốc độ chậm hơn, nhờ vậy mà tránh được hiện tượng trộn lẫn giữa khí xả và khí mới

một đầu ống để điều khiển sự lưu thông của khí nạp Trong khí đó các van G, F đượclắp ở đầu ngược lại để điều khiển sự lưu thông của khí xả.Van C, G dùng để điều khiểnphía có áp suất cao của chu trình Van D , F được thông với môi trường xung quanh

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

Hình 2-10 là sơ đồ khai triển lớp cắt quanh chu vi tại bán kính trung bình củarôto và stato lên mặt phẳng, trên đó chỉ phương hướng lưu động của khí thải và khôngkhí Tốc độ tiếp tuyến của rôto tại bán kính trung bình được thay bằng tốc độ dịchchuyển của các rãnh thông từ dưới lên trên

G

2 III IV

Khi C đóng thì G đóng, còn F mở ra Lúc này sóng giãn nở hình thành, khí thảichứa trong ống dẫn thải hết ra ngoài theo van F Do sự giãn nở của khí trong ống xả(rảnh dọc trục của roto) làm cho áp suất ở đây nhỏ hơn áp suất khí trời và van D mở ra,không khí đi vào ống van F đóng lại, van D đóng kết thúc chu kỳ làm việc của hệthống

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

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

2.3.2.3 Tăng áp tốc độ.

Trong các động cơ đặt trên máy bay hoặc trên ôtô đua còn có thể sử dụng dòngkhông khí ngược với chiều chuyển động của máy bay và ôtô để làm tăng khối lượngmôi chất nạp vào động cơ Phương pháp này được gọi là phương pháp tăng áp tốc độ

Hiện nay, phương án này ít được sử dụng nên chỉ giới thiệu sơ lược như trên

2.3.2.4 Tăng áp cao.

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

ta thực hiện các phương pháp tăng áp sau:

Về mức độ tăng áp: Hệ thống tăng áp có máy nén có khả năng tăng công suất lớn

và công suất trên một đơn vị diện tích đỉnh piston lớn hơn nhiều so với hệ thống tăng

áp không có máy nén Vì thế, các động cơ diezel cỡ lớn đều dùng tăng áp có máy nén.Ngược lại, hệ thống tăng áp không có máy nén có ưu điểm nổi bật là khi tốc độ động

cơ càng 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

2.4 Tăng áp cho động cơ diesel.

2.4.1 Tăng áp cho động cơ diesel bốn kỳ.

Tăng áp bằng tuabin khí xả đầu tiên được sử dụng cho động cơ 4 kỳ Đối vớiđộng cơ diesel, vì để đáp ứng được nhu cầu về nâng cao công suất cho động cơ nênhầu hết trên các động cơ diesel cỡ lớn của tàu thủy, động cơ diesel trên đầu máy xe lửa

và diesel phát điện đều dùng hệ thống tăng áp Nhằm giải quyết vấn đề nạp khí ở cácchế độ khởi động và tải nhỏ, đảm bảo độ chênh áp suất đủ để nạp khí vào xilanh ở cácchế độ đối với động cơ 4 kỳ đơn giản hơn động cơ 2 kỳ nhờ có hành trình thải và tiêuthụ không khí quét ít Nói chung sơ đồ nguyên lý tăng áp của các động cơ 4 kỳ giốngnhau, chỉ khác nhau một ít về kết cấu đường ống xả và có hoặc không có bầu làm mátkhông khí tăng áp

đặt lên động cơ cụm tuabin máy nén và nối đường ống dẫn của nó với bình chứakhông khí tăng áp và ống góp khí xả Động cơ 4 kỳ tăng áp tuabin khí xả khác vớiđộng cơ không tăng áp.

20 40 60

Px

Ps

20 40 60

Hình 2 – 11 Sự thay đổi các thông số tăng áp động cơ diesel 4 kỳ theo tải

P x , t x - Áp suất, nhiệt độ khí xả; P s - Áp suất không khí nạp

khoảng 3050% tải định mức, áp suất tăng áp bằng áp suất khí xả trước tuabin (điểma) Tại thời điểm này không diễn ra quá trình quét Khi tiếp tục giảm tải, áp suất tăng

áp bé hơn áp suất khí sau xupap xả, nên xảy ra hiện tượng dồn ngược khí xả vào xilanh

và đường ống nạp không khí tăng áp

Dẫn khí xả tới tuabin theo đường ống xả riêng Trong trường hợp nối các ống

xả của tất cả các xilanh với 1 đường ống xả chính thì khi áp suất tăng áp thấp (dưới

xả vào các xilanh Nối các ống xả của các xilanh với các đường ống riêng sẽ ngăn

bình thường của mỗi xilanh

2.4.2.Tăng áp cho động cơ diesel hai kỳ

Tăng áp tuabin khí xả trong các động cơ diesel tàu thủy 2 kỳ bắt đầu sử dụngmuộn hơn so với động cơ 4 kỳ Động cơ 2 kỳ sử dụng sơ đồ tăng áp tuabin khí xả củađộng cơ 4 kỳ (nén không khí trong máy nén tuabin một cấp) gặp phải khó khăn do tính

đặc biệt của nó Để đảm bảo quá trình thay đổi khí và làm việc tốt, các động cơ dieseltàu thủy 2 kỳ đều được tăng áp bằng tuabin khí hoặc tăng áp hỗn hợp.

Tính đặc biệt của tăng áp động cơ hai kỳ:

Các tính đặc biệt sau đây của động cơ 2 kỳ gây khó khăn cho việc sử dụng tăng

áp tuabin khí xả hay hạn chế việc tăng công suất tăng áp động cơ

- Cần đảm bảo độ chênh giữa áp suất không khí tăng áp trong bình chứa và áp

động cơ 4 kỳ, nhờ có hành trình xả và nạp đảm bảo xả được hầu hết sản vật cháy rakhỏi xilanh và nạp vào xilanh đủ khối lượng không khí ở các chế độ làm việc bất kỳ.Đối với động cơ 2 kì, nếu ở 1 chế độ làm việc nào đó áp suất tăng áp thấp hơn áp suấtkhí trong đường ống xả thì chu trình công tác không thể thực hiện được khả năng quét

và không nạp vào xilanh đủ lượng không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu Để đảmbảo quét và nạp không khí vào xilanh, áp suất tăng áp cần phải cao hơn áp suất khítrong trường hợp ống xả ở tất cả các chế độ tải, do vậy tiêu tốn công suất bổ sung đểnén không khí đến áp suất cao

- Để đảm bảo chất lượng thay đổi khí trong động cơ 2 kỳ, yêu cầu hệ số quét

lượng không khí do máy nén cấp và như vậy phải tăng công suất tiêu thụ cho máy nén

- So với động cơ 4 kỳ, khi áp suất chỉ thị trung bình bằng nhau, nhiệt độ khí xảcủa động cơ 2 kỳ thấp hơn Đối với động cơ 2 kỳ ở chế độ định mức, nhiệt độ khí xả

nhân giảm nhiệt độ khí xả của động cơ 2 kỳ là do lượng không khí quét lớn Giảmnhiệt độ khí xả là nguyên nhân giảm công suất tuabin

2.5 Tăng áp cho động cơ xăng và động cơ khí.

2.5.1 Tăng áp cho động cơ xăng.

Do đặc điểm của động cơ xăng là khí nạp vào động cơ là hỗn hợp xăng vàkhông khí, mặt khác động cơ xăng dễ gây kích nổ nên việc tăng áp cho động cơ xănggặp nhiều khó khăn Hiện nay động cơ xăng tăng áp thường chỉ dùng trong máy baytải trọng nhỏ, máy bay thể thao, trực thăng còn trên ô tô máy kéo ít sử dụng tăng áp vìcông suất của loại động cơ này thường nhỏ 75÷220 KW Nếu lắp thêm cụm tuabinmáy nén sẽ làm giảm tính năng tăng tốc của của động cơ.　

Tăng áp cho động cơ xăng dễ gây ra kích nổ vì sẽ làm tăng áp suất và nhiệt độđầu và cuối quá trình nén Để tăng áp cho động cơ xăng mà không gây ra kích nổngười ta dùng các biện pháp như sau:

phần khí hỗn hợp, thay đổi góc đánh lửa sớm, làm mát trung gian cho khí hỗn hợp ởsau máy nén tăng áp, giảm tỉ số nén động cơ.

Thường người ta chỉ sử dụng động cơ xăng tăng áp trong những điều kiện đặcbiệt : làm việc trên núi cao, động cơ luôn luôn chạy ở chế độ toàn tải

2.5.2 Tăng áp cho động cơ khí.

Gồm 2 phương án:

Phương án 1: Máy nén đặt sau lò khí và ở trước bộ hỗn hợp

Ưu điểm: Giống ưu điểm động cơ xăng tăng áp, đặt máy nén trước BCHK Nhược điểm: Bụi của khí đi vào máy nén làm cho máy nén chống hỏng Vì vậy,

ta thường dùng máy nén ly tâm, không dùng máy nén ro to hay máy nén pittông

Phương án 2: Máy nén đặt trước lò khí, giữ nhiệm vụ cung cấp cho cả lò khí và

bộ hỗn hợp Trong trường hợp này, máy nén khí không tiếp xúc với bụi của khí nhưngphải đảm bảo cho toàn hệ thống lò ga và đường ống dẫn khí ga thật kín để tránh hoảhoạn

Hiện nay, tăng áp cho động cơ khí có thể đưa áp suất trung bình của động cơkhí Pe=0,8÷1,1 MN/m2 (các loại động cơ khí không tăng áp chỉ đạt Pe=0,55÷0,7

2.6 Một vài vấn đề cần lưu ý khi tăng áp cho động cơ đốt trong.

Do trong quá trình tăng áp cho động cơ mắc phải những hạn chế cơ bản đó là sựtăng ứng suất cơ và ứng suất nhiệt được thể hiện qua áp suất và nhiệt độ của chu trình,

vì vậy cần sử dụng một số biện pháp về lựa chọn các thông số nhiệt động, cấu tạo, vậtliệu và công nghệ chế tạo và đảm bảo cho động cơ tăng áp được hoạt động lâu bền vớitốc độ tin cậy cao Do đó để khắc phục được những hạn chế đó ta phải lưu ý nhữngvấn đề khi tăng áp cho động cơ

Để tăng áp cho động cơ, người ta thực hiện theo 3 nguyên tắc sau :

trong khi đó nhiệt độ của môi chất nạp vào động cơ càng thấp càng tốt

b Phải lựa chọn tỷ số nén  của động cơ đốt trong một cách hợp lý nhằm giảm áp

phải đảm bảo nhiệt độ lạnh của động cơ

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

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

2.7 Kết luận.

Biện pháp tăng áp có máy nén và biện pháp tăng áp không có máy nén đều giốngnhau là tăng áp suất của không khí nạp vào xi lanh động cơ, qua đó làm tăng côngsuất của động cơ.

Tuy nhiên tăng áp có máy nén ngày càng sử dụng rộng rãi hơn thiết bị gọn,chiếm không gian nhỏ, gía thành thấp

Ngoài ra tăng áp (có máy nén) dẫn động tuabin khí tận dụng được năng lượngkhí xả, giảm ồn, giảm thành phần độc hại trong khí xả, do đó loại này đang sử dụngnhiều nhất hiện nay Dẫn động cơ giới khắc phục được những nhược điểm dẫn độngtuabin khí nhưng tiêu hao năng lượng để dẫn động máy nén, nên làm giảm hiệu suất

và tính kinh tế của động cơ

Tăng áp không có máy nén hiện nay ít sử dụng do kết cấu phức tạp, giá thànhcao chỉ được sử dụng trên động cơ đời mới

Động cơ 4DX22-110 là động cơ diesel 4 kỳ, 4 xilanh thẳng hàng, phun trực tiếp,

được tăng áp và làm mát trung gian do hãng FAW JIEFANG sản xuất có hiệu quả

kinh tế và hiệu suất cao Động cơ được được lắp trên xe THACO FOTON tải 3,45 tấn

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 4DX22-110 là loại động cơ có buồng cháy khoét lõm trên đầu piston,dạng ômêga Đặc điểm của buồng cháy dạng ômêga là tạo được dòng xoáy tiếp tuyếncủa khí nạp và dòng xoáy hướng kính của không khí chèn khi nén, kết hợp với vòiphun nhiều lổ để tạo ra hòa khí tốt Vòi phun của động cơ được đặt trên nắp xilanhhướng vào phía giữa đỉnh piston để phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng cháy Loạiđỉnh piston này có khuyết điểm là diện tích chịu nhiệt rất lớn, trọng lượng phần đầupiston nặng và khó giải quyết vấn đề chịu nhiệt của xécmăng, nhất là xécmăng thứnhất Tuy nhiên, loại đỉnh có buồng cháy trên đỉnh piston có chỉ tiêu kinh tế cao Cùngvới bộ điều tốc hoạt hoạt động nhờ lực ly tâm giúp động cơ có thể chạy ổn định ở chế

3.1 Đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ 4DX22-110.

18 15 13 12 10 9 7 6 4

1 2 5 8

Hình 3-2 Mặt cắt dọc động cơ 4DX22-110

1-Van hằng nhiệt ; 2- Trục cò mổ ; 3- Nắp xy lanh ; 4- Xu páp nạp ; 5- Xu páp xả 6- Đũa đẩy ; 7- Con đội ; 8- Lót xy lanh ; 9-Trục cam ; 10- Lỗ dầu bôi trơn

15- Vòng chặn chốt pittông ; 16- Chốt pittông ; 17- Pittông ; 18- Pu ly.

17 16

11 10

8

6 5

Hình 3-3 Mặt cắt ngang của động cơ 4DX22-110

1- Thân máy ; 2- Trục khuỷu ; 3- Bộ điều tốc ; 4- Thanh truyền ; 5- piston ; 6- Bình lọc nhiên liệu ; 7- Đường ống nạp ; 8- Bộ làm mát khí nạp; 9- Vòi phun ; 10- Lò xo xu páp ; 11- truc cò mổ ; 12- Đường ống thải; 13- Tuabin tăng áp ; 14 Đối trọng; 15-

Chân máy; 16- Bầu lọc dầu; 17- Cát te.

Bảng 3-4 thông số kỹ thuật chính của động cơ 4DX22-110.

Động cơ do hãng FAW JIEFANG

của Trung Quốc sản xuất

Động cơ diezel 4 kỳ, tăng áp bằng

turbo và làm mát trung gian

Mô men cực đại/Số vòng quay định

mức

Phương pháp bôi trơn cưỡng bức

Dùng bơm dầu kiểu rotor, dẫn đông

từ trục khuỷu động cơLàm mát bằng nước, chu trình kín

Bơm nước làm mát kiểu ly tâm,

3.2 Các cơ cấu và hệ thống chính của động cơ.

3.2.1 Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu và hệ thống của động cơ 4DX22-110.

a Nhóm Pittông

Nhóm piston gồm piston, xécmăng, chốt piston và vòng hãm chốt piston Piston làmột chi tiết quan trọng của động cơ, cùng với xilanh và nắp xilanh tạo thành buồngcháy Điều kiện làm việc của piston là rất khắc nghiệt Trong quá trình làm việc củađộng cơ, piston chịu lực rất lớn, chịu áp suất và nhiệt độ rất cao và ma sát mài mònlớn

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

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

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

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

và hút khí nạp mới trong quá trình nạp

3

1

4 5

2

Hình 3 – 5 Nhóm piston

1- Chốt piston; 2- Vòng hãm; 3- Xécmăng dầu; 4- Xécmăng khí thứ hai;5- Xécmăng

khí thứ nhất.

Piston của động cơ 4DX22-110 được chế tạo bằng hợp kim nhôm, trên piston được

bố trí hai xécmăng khí và một xécmăng dầu

Đường kính của piston: D = 102 [mm]

Hành trình piston: S = 118 [mm]

Đỉnh piston có dạng lõm kiểu ômêga Khi động cơ làm việc đầu piston nhận phần

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 bằng cách phun dầuvào phía dưới đỉnh piston.

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

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

Chốt piston là chi tiết dùng để nối piston với đầu nhỏ thanh truyền, nó truyền lựckhí thể từ piston qua thanh truyền để làm quay trục khuỷu Trong quá trình làm việcchốt 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 Chốt piston có dạng hình trụ rỗng Chốt piston được lắpvới piston và đầu nhỏ thanh truyền theo kiểu lắp tự do Khi làm việc, chốt piston cóthể xoay tự do trong bệ chốt piston và bạc lót của đầu nhỏ thanh truyền Trên đầu nhỏthanh truyền và trên bệ chốt piston có lỗ để đưa dầu vào bôi trơn chốt piston

Chốt piston động cơ 4DX22-110 được chế tạo từ thép 15XA có mặt cắt ngang dạng

85

Hình 3 – 6 Kết cấu của chốt piston 4DX22-110

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

Xéc măng của động cơ 4DX22-110 được chế tạo từ gang xám.

A A-A

B-B a

R29,5

Hình 3 – 8 Kết cấu thanh truyền động cơ 4DX22-110

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

Thanh truyền động cơ 4DX22-110 được chế tạo từ thép C45 và gia công bằngphương pháp rèn khuôn

nhằm tăng độ cứng vững cho thanh truyền

+ Đầu nhỏ thanh truyền có đường kính Ф = 31 (mm), trên đó có khoan lỗ để hứngdầu bôi trơn

+ Đầu to thanh truyền động cơ 4DX22-110 gồm hai nửa và chúng được nối với

chốt khuỷu thì giữa đầu to và chốt khuỷu người ta có thêm bạc lót, bạc lót đầu to

thép tốt, có độ cứng HB = 25  30 nên dễ rà khít với bề mặt trục.

c Trục khuỷu

Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất Nó tiếp nhận lựctác dụng trên pittông truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến củapittông thành chuyển động quay của trục để đưa công suất ra ngoài Trong quá trìnhlàm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể và lực quán tính Những lực này cótrị số rất lớn và thay đổi theo chu kì nhất định nên có tính chất va đập mạnh, gây raứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao độngxoắn làm rung động cơ, gây mất cân bằng Để đảm bảo cân bằng cho động cơ trongquá trình làm việc người ta bố trí hai trục cân bằng

Kết cấu trục khuỷu gồm các phần: đầu trục khuỷu, cổ trục khuỷu, chốt khuỷu,

má khuỷu và đuôi trục khuỷu

Trục khuỷu của động cơ 4DX22-110 được đúc liền thành một khối bằng théphợp kim, bao gồm 5 cổ khuỷu và 4 chốt khuỷu bên trong trục khuỷu có khoang cácđường dầu để bôi trơn các bề mặt ma sát như chốt khuỷu, má khuỷu đầu trục khuỷu

có hai rảnh then để lắp bánh răng dẩn động bơm cao áp, puly dẩn động bơm nước vàmáy phát Bánh đà được lắp ở đui trục khuỷu bằng các bulông

Hình 3 – 9 Kết cấu trục khuỷu động cơ

1-Đầu trục khuỷu; 2-Cổ trục;3-Đường dầu bôi trơn; 4-Chốt khuỷa;5-Má khuỷa

;6-Đuôi trục khuỷu.

d Cơ cấu phân phối khí.

Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí: thải sạch khí thải rakhỏi xy lanh và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc không khí mới vào xy lanh để động cơ làmviệc được liên tục

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, xu pap thải không tự mở trong quá trình nạp;

- Ít mòn, tiếng kêu bé;

- Dễ điều chỉnh và sửa chữa;

Động cơ 4DX22-110 có cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo Cách bố trí nàytạo cho buồng cháy có kích thước nhỏ gọn, giảm được tổn thất nhiệt, giảm sức cản khíđộng, tạo điều kiện thận lợi cho việc thải sạch và nạp đầy Động cơ sử dụng 8 xupáp,gồm 4 xupáp thải và 4 xupáp nạp, xupáp được bố trí hợp lý làm tăng tiết diện lưuthông của dòng khí Tuy nhiên nó vẫn tồn tại một số nhược điểm là việc dẫn độngxupáp phức tạp và làm tăng chiều cao động cơ, kết cấu nắp xy lanh phức tạp hơn và rấtkhó đúc

Trên mỗi xy lanh được bố trí một xupáp nạp và một xupáp thải Xupáp nạpđược bố trí về một phía Đường thải và đường nạp được bố trí về hai phía để giảm sựsấy nóng khí nạp, do đó nâng cao hệ số nạp

Trục cam được dẫn động bởi trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng Xupapđược dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy và đòn bẩy

Hình 3-10 Cơ cấu phân phối khí của động cơ 4DX22-110

3.2.2 Đặc điểm các hệ thống trên động cơ 4DX22-110.

a Hệ thống làm mát.

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc vớikhí cháy, như: pittông, xécmăng, xupap, nắp xy lanh, thành xy lanh chiếm khoảng25÷35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốtnóng, nhiệt độ của chúng rất cao, gây ra những hậu quả xấu, như: làm giảm độ bền,tuổi thọ của chi tiết máy, giảm độ nhớt dầu bôi trơn, tăng tổn thất do ma sát Hệ thốnglàm mát có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồngcháy rồi truyền đến môi chất làm mát để đảm bảo nhiệt độ làm việc của động cơ

Động cơ 4DX22-110 có hệ thống làm mát bằng nước, tuần hoàn cưỡng bức,gồm: két nước, áo nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió, nắp máy và các đườngống dẫn

Bơm nước kiểu ly tâm được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu

Két làm mát lắp trên phía đầu xe Két làm mát có đường nước vào từ van hằngnhiệt và có đường nước ra đến bơm, trên két nước có các dàn ống dẫn nước gắn cánhtản nhiệt

1 2 3 4

5 6 7

8

Hình 3 –11 Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ 4DX22-110

1- Van hằng nhiệt ; 2,4- Ống dẫn hơi nước 3-Bơm nước; 5-Ống phân phối hơi nước;

6- Van xả nước; 7-Quạt gió; 8-Két làm mát.

Nguyên lý hoạt động: Nước từ bình chứa nước, qua két làm mát, được dẫn vàobơm nước, đi vào làm mát động cơ Trong thời gian chạy ấm máy, nhiệt độ động cơ

mát mà đi thẳng đến bơm nước rồi đi vào động cơ Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt

độ làm việc của van hằng nhiệt thì van sẽ mở ra và cho nước từ động cơ qua két làmmát rồi đến bơm Như vậy nước sẽ được tuần hoàn cưỡng bức trong quá trình làm việccủa động cơ

16 17 18

4 3 2 1

9

15 7

5

Hình 3 – 12 Sơ đồ của hệ thống bôi trơn trên động cơ

1- Cac te; 2- Bơm bánh răng ăn khớp trong; 3- Van an toàn; 4- Que thăm dầu; Đường dầu hồi sau bầu lọc; 7- Đường dầu chính; 6- Bầu lọc; 8- Đồng hồ áp suất; 9- Bôi trơn bộ turbo; 10- Trục dẫn cần đẩy xupáp; 11- Trục cam; 12- Đường dầu bôi trơn trục cam; 13- Đường dầu bôi trơn giàn cò mổ; 14- Lổ cấp dầu; 15- Đường dầu bôi trơn piston xilanh; 16- Dầu đi bôi trơn trục khuỷu; 17- Chốt khuỷu; 18- Cổ trục

5-khuỷu.

Nguyên lý làm việc: Bôi trơn bằng phương pháp bôi trơn cưỡng bức sử dụng bơm

bánh răng ăn khớp trong Bơm được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thông qua bánhrăng dẫn động trên trục bơm Dầu bôi trơn được hút từ cacte thông qua lưới lọc, quacác đường dầu chính để đến các ổ trục khuỷu, ổ trục cam, bôi trơn ổ chốt (ổ đầu tothanh truyền), bôi trơn cơ cấu phân phối khí xuppáp, đòn bẩy, cò mổ ) Đặc biệt, mộtlượng dầu được bơm liên tục để bôi trơn cho ổ trược trục tuabin - máy nén của hệthống tăng áp động cơ

Để bôi trơn bề mặt làm việc giữa mặt cam và cò mổ, trong thân trục cam có khoanmột đường ống dầu và từ đường dầu này sẽ có các đường dầu nhỏ để bôi trơn từngtừng mặt cam như trên hình vẽ.

Hình 3-13 Trục cam và cách bố trí đường dầu bôi trơn

1-Bạc ; 2- Đường dầu; 3- Bulông; 4- Cam; 5- Cổ trục.

Ngoài ra, động cơ 4DX22-110 có sử dụng tubin tăng áp, nên trên đường dầu chínhcủa hệ thống bôi trơn có đường dầu đến bộ tuabin để bôi trơn ổ trục tuabin

c Hệ thống nhiên liệu.

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

Chứa nhiên liệu dự trữ đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong mộtkhoảng thời gian quy định

Lọc sạch nước và tạp chất bẩn trong nhiên liệu

Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phù hợp với chế độ làm việc của động cơ Cung cấp nhiên liệu vào xy lanh đúng thời điểm theo quy luật đã định

Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào xy lanh theo trình tự làm việc của động cơ

11

12

Hình 3 – 14 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 4DX22-110

1-Bu lông xả khí; 2-Bầu lọc nhiên liệu; 3,5,6,11-Ống dẫn nhiên liệu; 4-Vòi Van tràn; 8-Bơm cao áp; 9- Bơm chuyển; 12-Thùng chứa nhiên liệu ;13- Bu lông xả

phun;7-nước.

Nguyên lý làm việc : 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 đónhiên liệu theo đường ống 3 tới bơm cao áp 8 Bơm cao áp tạo cho nhiên liệu một ápsuất đủ lớn theo đường ống cao áp 6 đến vòi 4 cung cấp cho xi lanh động cơ, nhiênliệu rò qua khe hở trong kim phun xả trong các tổ bơm cao áp theo đường ống dẫn 5

và 11 trở về thùng chứa Nhiên liệu đi vào trong xi lanh bơm cao áp không được lẫnkhông 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

d Hệ thống khởi động.

Hình 3 –15 Máy khởi động và máy phát của động cơ

1- Máy khởi động; 2- Máy phát.

Hình 3 – 16 Sơ đồ nguyên lý hệ thống khởi động của động cơ

1- Bánh răng trục khuỷu; 2- Nút dừng; 3- Vành răng khởi động; 4- Rãnh xoay một chiều; 5- Đòn bẫy; 6- Đĩa tiếp điểm; 7- Lò xo hồi vị; 8- Vị trí nối dây dẫn; 9- Nút khởi

động; 10- Khoá nguồn; 11- Nguồn ắc qui.

Nguyên lý hoạt động: Khi đóng công tắc nguồn 10 và ấn nút khởi động 9, dòng

điện lúc náy đi từ: (+) ắc qui -> khoá 10 -> nút khởi động 9 -> điểm nối 8 ->

đẩy cơ cấu bánh răng khởi động ăn khớp với bánh răng trục khuỷu, dòng điện từ (+)ắcqui -> đĩa tiếp điểm 6 -> cuộn dây của động cơ khởi động, động cơ khởi độngquay kéo bánh răng trục khuỷu quay và động cơ đựơc khởi động, khi ngắt nút khởiđộng, cuộn W1, W2 mất nguồn tiếp điểm mở, động cơ khởi động dừng, cần điều khiển

5 dịch chuyển qua phải trả cơ cấu trở về vị trí ban đầu Rãnh xoay một chiều 4 có tácdụng ngăn cản hiện tượng động cơ chính kéo quay động cơ khởi động làm hỏng thiết

bị, nguyên lý như sau: Khi động cơ chính đã được khởi động, tốc độ của trục khuỷu sẽtăng lên và lớn hơn tốc độ quay của bánh răng khởi động 3, lúc này trên rãnh xoay 1chiều 4 xuất hiện phản lực N tự động kéo cơ cấu dịch chuyển qua trái, thông qua đònđiều khiển 5, ngắt tiếp điểm 6 và động cơ khởi động tự động ngừng, vành răng khởiđộng 3 cũng không còn ăn khớp với bánh răng trục khuỷu động cơ chính nữa

4 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ 4DX22-110

Bảng 4 – 1 Các thông số cơ bản của cụm tuabin - máy nén tăng áp

Áp suất dầu bôi trơn cho ổ trục tuabin-máy nén khi động

cơ làm việc

4.1 Sơ đồ hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110.

11 12 13 14 15

10 9 7 6 5 4 3 2 1

Hình 4 – 2 Sơ đồ bố trí hệ thống tăng áp trên động cơ

1- Bầu lọc không khí; 2- Ống nạp trước máy nén; 3- Động cơ; 4- Ống thải; 5- Két làm mát khí nạp; 6- Ống nạp sau máy nén; 7- Ống dẫn khí nạp vào bầu áp suất ;8- Cụm tuabin-máy nén; 9- Van xả; 10- Bầu áp suất; 11- Trục khuỷu; 12- piston; 13- Xilanh;

14- Xupáp nạp; 15- Xupáp thải.

Nguyên lý làm việc: Trong quá trình làm việc, giữa động cơ, tuabin và máy nén

có sự liên hệ với nhau Khi động cơ hoạt động, khí thải ra khỏi động cơ theo đườngống 4 vào làm quay tuabin 8 Bánh công tác của tuabin được nối đồng trục với bánhcông tác của máy nén nên bánh công tác của máy nén cũng quay theo Máy nén thựchiện quá trình hút không khí từ môi trường xung quanh qua bầu lọc 1, rồi đến cửa vàobánh công tác của máy nén nhờ độ chênh áp suất tại cửa vào, sau đó không khí đi vàobánh công tác Nhờ lực ly tâm và tiết diện thay đổi của bánh công tác của máy nén nênkhông khí được nén đến một áp suất nào đó để qua két làm mát khí nạp 5 đi cung cấpcho động cơ

Máy nén và tuabin lắp đồng trục cho nên khi tuabin quay sẽ dẫn động máy nénlàm việc Lượng không khí nạp yêu cầu cho động cơ được điều khiển bởi bánh dẫnhướng và bánh công tác của máy nén, không khí thay đổi hướng để đi vào bánh côngtác Lúc này bánh công tác của máy nén đang được rôto tuabin dẫn động quay, làm

của dòng khí được chuyển thành áp năng Không khí bị nén đến áp suất cần thiết rồi đivào buồng xoắn ốc Phần động năng còn lại của dòng khí được tiếp tục chuyển thành

áp năng tại đây Lúc này dòng khí nạp có áp suất cao ra khỏi máy nén theo đường ốngnạp vào xilanh động cơ qua cửa nạp

4.2 Đặc điểm kết cấu của các bộ phận trong hệ thống tăng áp động cơ 4DX22

-110.

4.2.1 Đặc điểm kết cấu của bộ tuabin – máy nén tăng áp.

a Giới thiệu bộ turbo PJ60C lắp trên động cơ 4DX22-110.

Gồm tuabin khí hướng kính và máy nén ly tâm

Phần máy nén khí nạp liên hệ với động cơ thông qua đường nạp, còn phần tuabinkhí thì liên hệ với động cơ thông qua đường thải, bánh công tác của tuabin - máy nénđược lắp đồng trục với nhau

b Kết cấu và nguyên lý làm việc của tuabin-máy nén lắp trên động cơ 4DX22-110.

1 2 3

9 10

Không khí vào máy nén; C- Khí nạp vào động cơ.

Nguyên lý làm việc của cụm tuabin-máy nén: Khí xả của động cơ đi vào khoang

tuabin và áp lực của nó làm cho các cánh tuabin quay Cánh tuabin và cánh nén gắn

đồng trục, nên ở khoang tăng áp các cánh nén sẽ hút không khí từ bên ngoài vào vànén, làm tăng áp lực của không khí rồi dẫn vào các xi lanh Khí xả được dẫn ra ở lổthoát của cụm tăng áp để ra ngoài không khí.

c Máy nén ly tâm.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy nén.

Máy nén lắp trong bộ TURBO JP60C là loại máy nén ly tâm, dùng để chuyển nănglượng cơ khí thành năng lượng của dòng chảy trong máy nén, dựa vào tác dụng lực ly

4

Hình 4 – 4 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

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; B- Chiều dài bánh công tác; b 2 - Chiều rộng miệng ra của bánh công tác; b 3 - Chiều rộng miệng vào vành tăng áp.

-Khí trời

Hình 4 – 5 Sơ đồ biến thiín câc thông số của dòng khí qua mây nĩn

Nguyín lý lăm việc của mây nĩn: Ở tiết diện 0-0 trước cửa văo mây nĩn, không

văo cânh nĩn, do không khí được hút vă chia đều văo câc rênh cânh nín tốc độ dòng

ra của bânh công tâc, do đặc điểm của rênh cânh có tiết diện nhỏ dần từ cửa văo đếncửa ra, nín tốc độ tuyệt đối tăng lín, do bânh công tâc truyền công suất cho chất khí

3-3 đầu ra của vănh tăng âp, do đặc điểm của vănh tăng âp có tiết diện tăng dần, nín

âp dạng vỏ xoắn ốc Tại đđy, tốc độ dòng khí tiếp tục giảm vă âp suất nhiệt độ tiếp tụctăng Sau khi dòng khí ra khỏi vỏ xoắn ốc của mây nĩn ở tiết diện k-k, thì dòng khí cócâc thông số Ck, Pk, Tk

 Đặc điểm kết cấu câc bộ phận trong mây nĩn:

- Mây nĩn:Bao gồm vỏ mây nĩn được đúc bằng hợp kim nhôm Bín trong cóbânh công tâc lắp đồng trục với bânh công tâc của tuabin khí Bânh công tâc được bắtchặt văo trục của tuabin khí bằng ícu

A A

A A

60 R=3

R=5 R=2

Hình 4 – 6 Kết cấu của máy nén

- Đoạn ống cửa vào: là đoạn ống hướng trục có tiết diện hình tròn, dòng khí đi

vào máy nén theo hướng trục, nên dễ phân đều trên các cánh mà ít bị cản

- Vỏ xoắn ốc: Không khí từ ống giảm tốc được nén vào vỏ xoắn ốc máy nén.Tại đây, động năng của dòng khí tiếp tục biến thành thế năng áp suất, làm cho nhiệt độ

và áp suất của dòng khí tiếp tục tăng lên, đồng thời tốc độ dòng khí giảm xuống, vì tiếtdiện lưu thông qua vỏ xoắn ốc tăng dần Vỏ xoắn ốc có tiết diện ngang là hình tròn,chế tạo bằng hợp kim nhôm

60 R=3

Hình 4 – 7 Vỏ xoắn ốc của máy nén

- Bánh công tác của máy nén : Là chi tiết quang trọng nhất của máy nén , được chếtạo bằng đúc chính xác hoặc được gia công theo chương trình trên máy phay nhiều

cánh uốn trước , nghiêng sau Các cánh uốn phía trước có tác dụng làm tăng độ cứng

và sức bền của cánh , cải thiện tính năng lưu động của dòng chảy nên làm tăng ápsuất , nhiệt độ và tốc độ dòng khí tại đây

Ø Ø8 Ø

5

5 19

32

3

Hình 4 - 8 Kết cấu cánh của máy nén

d Tuabin hướng kính.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tuabin

Nguyên lý hoạt động: Tuabin trong bộ turbo tăng áp là một loại động cơ (nguồn

động lực) dùng để chuyển năng lượng của sản vật cháy có áp suất và nhiệt độ nhấtđịnh thành công cơ học dẫn động máy nén khí Hình 4-9 giới thiệu sơ đồ cấu tạo của

những đường thông có tiết diện giảm dần từ cửa vào đến cửa ra làm cho sản vật cháyđược giãn nở và tăng tốc khi qua miệng phun

Trong miệng phun một phần áp năng của sản vật cháy được chuyển thành động

cháy tiếp tục giãn nở trong rãnh thông chuyển từ hướng kính dần sang hướng trục,truyền động năng cho các cánh để chuyển thành công làm quay bánh công tác Khi ra

sử dụng lại mà bị tổn thất, gọi là tổn thất tốc độ dư