Khảo sát hệ thống trên động cơ DAEWOO D1146TI

Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền: Trong quá trình làm việc của động cơ, nhóm piston có cácnhiệm vụ chính sau:  Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ cho không khí cháytrong buồng cháy không lọt

LỜI NÓI ĐẦU

Đề tài đồ án tốt nghiệp được giao là công việc cuốicùng trong chuyên ngành đào tạo kỹ sư của trường đại họcBách Khoa Đà Nẵng mà mọi sinh viên trước khi bước vàothực tế công việc phải thực hiện Nó giúp cho sinh viêntổng hợp và khái quát lại kiến thức từ kiến thức cơ sởđến kiến thức chuyên ngành Qua quá trình thực hiện đồán sinh viên tự rút ra nhận xét và kinh nghiệm cho bản thântrước khi bước vào công việc thực tế của một kỹ sư tươnglai

Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hàngtrăm năm Để hiểu rõ hơn về lịch sử phát triển của các quátrình tăng áp cho tới các biện pháp tăng áp và cuối cùng lànhững hư hỏng thông thường cũng như việc tính toán kiểmnghiệm bộ tuabin tăng áp Trong đó, Tăng áp tuabin khí là mộtloại tăng áp phổ biến hiện nay Do vậy, việc nghiên cứu tìmhiểu một cách toàn diện về vấn đề tăng áp cho động cơđốt trong nói chung và cho một hệ thống tăng áp tuabin khícụ 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 TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ DEAWOO D1146TI

Tuy nhiên do những hạn chế về thời gian, kinh nghiệmthực tiễn, kiến thức cũng như tài liệu tham khảo, nên trongphạm vi đồ án này em không thể trình bày được hết cácvấn đề liên quan cũng như tìm hiểu sâu hơn mối quan hệgiữa hệ thống này với hệ thống khác Vì thế chắc chắnkhông tránh khỏi những sai sót trong vấn đề thực hiện Rấtmong 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 XUÂNTHỌ; 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 Trang LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 4

1.1 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ 4 1.2 Đặc điểm các cụm chi tiết và cơ cấu của động cơ D1146TI 7

1.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền 7

1.2.1.1 Nhóm piston 7

1.2.1.2 Thanh truyền 10

1.2.1.3 Trục khuỷu 11

1.2.1.4 Bánh đà 12

1.2.1.5 Thân máy và nắp máy 13

1.2.2 Cơ cấu phân phối khí 14

1.3 Các hệ thống trong động cơ D1146TI 16

1.3.1 Hệ thống làm mát 16

1.3.2 Hệ thống bôi trơn 18

1.3.3 Hệ thống nhiên liệu 20

1.3.4 Hệ thống tăng áp 22

2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ D1146TI 24

2.1 Giới thiệu chung về hệ thống tăng áp trên động cơ đốt trong 24

2.1.1 Phân loại tăng áp 24

2.1.1.1 Biên pháp tăng áp nhờ máy nén 24

2.1.1.1.1 Tăng áp cơ khí 25

2.1.1.1.2 Động cơ tăng áp bằng tuabin khí 26

2.1.1.1.3 Tăng áp hỗn hợp 29

2.1.1.2 Các biện pháp tăng áp khác 30

2.1.1.2.1 Tăng áp dao động và cộng hưởng 30

2.1.1.2.2 Tăng áp trao đổi sóng áp suất 34

2.1.1.2.3 Tăng áp tốc độ 37

2.1.1.2.4 Tăng áp cao 38

2.1.1.2.5 So sánh hệ thống tăng áp có máy nén và

không có máy nén 42

2.1.2 Khảo sát hệ thống nạp thải trên động cơ tăng áp 43 2.1.2.1 Hệ thống nạp thải trên động cơ 4 kì 43

2.1.2.2 Hệ thống nạp thải trên động cơ 2 kì 46

2.1.3 Đặc tính tuabin máy nén 51

2.1.3.1 Đặc tính máy nén 51

2.1.3.2 Đặc tính tuabin 54

2.1.3.3 Đặc tính tuabin máy nén 55

2.2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ D1146TI 57 2.2.1 Sơ đồ hệ thống tăng áp trên động cơ D1146TI 57 2.2.1.1 Hệ thống nạp động cơ D1146TI 59

2.2.1.2 Hệ thống thải động cơ D1146TI 61

2.2.2 Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp trên động cơ D1146TI 63

2.2.2.1 Bộ tuabin tăng áp 63

2.2.2.2 Van giảm áp và bộ chấp hành 72

2.2.2.3 Hệ thống bôi trơn và làm mát bộ tuabin74 2.2.2.4 Bộ bù tuabin tăng áp 75

2.2.3 Đặc điểm bố trí sắp xếp cụm tuabin máy nén 77 2.2.4 Phối hợp giữa tuabin, máy nén và động cơ đốt trong 79

3 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỘ TUABIN TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 80

3.1 Các thông số biết trước và thông số chọn 80 3.2 Tính toán các thông số làm việc trong tuabin và trong máy nén 81

3.3 Tính toán tuabin tăng áp động cơ D1146TI 84

3.3.1 Tính toán máy nén 84

3.3.2 Tính toán tuabin 98

4 MỘT SỐ HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 107

4.1 Xác định các hư hỏng và biện pháp khắc phục 107 4.2 Phân tích các hư hỏng và biện pháp khắc phục 110 4.3 Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ 110

4.4 Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp.112 4.5 Tháo lắp cụm tuabin máy nén 113

5 KẾT LUẬN CHUNG 120

TÀI LIỆU THAM KHẢO 121

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ D1146TI.

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 hãngDAEWOO sản xuất có hiệu quả kinh tế và hiệu suất cao.Động cơ được sử dụng chủ yếu trên trên ôtô khách Nó thỏamãn 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 lõmtrên đầu piston dạng ômêga Đặc điểm của buồng cháydạng  là tạo được dòng xoáy tiếp tuyến của khí nạp vàdòng xoáy hướng kính của không khí chèn khi nén, kết hợpvới vòi phun nhiều lỗ để tạo ra hòa khí tốt Vòi phun củađộng cơ được đặt trên nắp xilanh hướng vào phía giữa đỉnhpiston để phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng cháy Loạiđỉnh piston này có khuyết điểm là diện tích chịu nhiệt rấtlớn, trọng lượng phần đầu piston nặng và khó giải quyếtvấn đề chịu nhiệt của xécmăng, nhất là xécmăng thứ nhất.Tuy nhiên loại đỉnh có buồng cháy trên đỉnh piston có chỉ tiêukinh tế cao

1.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM, THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠD1146TI

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

tăng áp và làm mát trung gian

Số lượng xécmăng 2 xécmăng khí, 1 xécmăng dầu.Số xylanh - đường kính -

Lớnnhất 2530 [Vg/ph].

Kích thước động cơ (dài

Khối lượng động cơ [kg] 745

Thứ tự làm việc của

Góc phun sớm nhiên liệu 9o

Aïp suất phun nhiên liệu

Aïp suất nén / Số vòng

2] / 200 [Vg/ph]

Phương pháp bôi trơn Bôi trơn cưỡng bức

Loại bơm dầu Bơm bánh răng, dẫn đông từ

trục khuỷu động cơ

Phương pháp làm mát Làm mát bằng nước, chu trình

kín

Kiểu máy nén khí - dung

Điện áp máy khởi động

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

13 14

15

Hình 1.2 Mặt cắt dọc động cơ

1- Bơm nước; 2- Xupap nạp; 3- Xupap xả; 4- Máy nén khí; 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

5-1.2 ĐẶC ĐIỂM CÁC CỤM CHI TIẾT VÀ CƠ CẤU CỦA ĐỘNG CƠ D1146TI.

1.2.1 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền:

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

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

 Tiếp nhận lực khí thể sinh ra do quá trình cháy nổ vàtruyền tới thanh truyền để làm quay trục khuỷu, nén khítrong quá trình nén, đẩy khí thải trong quá trình thải và hútkhí nạp mới trong quá trình nạp

3

1

4 5

2

Hình 1.3 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 D1146TI được chế tạo bằng hợp kimnhôm, trên piston được bố trí hai xécmăng khí và mộtxécmăng dầu Đường kính của piston: D = 111 [mm] Hànhtrình piston: S = 139 [mm]

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

Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyểnđộng trong xilanh, là nơi chịu lực ngang N và là nơi để bố tríbệ chốt piston Trên bệ chốt có các gân để tăng độ cứngvững

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

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

Xécmăng khí được lắp trên đầu piston có nhiệm vụ baokín buồng cháy, ngăn không cho khí cháy từ buồng cháy lọt

xuống cacte Trong động cơ, khí cháy có thể lọt xuống cactetheo ba đường: Qua khe hở giữa mặt xilanh và mặt công tác(mặt lưng xécmăng); qua khe hở giữa xécmăng và rãnhxécmăng; qua khe hở phần miệng xécmăng Xécmăng dầu cónhiệm vụ ngăn dầu bôi trơn sục lên buồng cháy, và gạtdầu bám trên vách xilanh trở về cacte, ngoài ra khi gạt dầuxécmăng dầu cũng phân bố đều trên bề mặt xilanh một lớpdầu mỏng Điều kiện làm việc của xécmăng rất khắcnghiệt, chịu nhiệt độ và áp suất cao, ma sát mài mòn nhiềuvà chịu ăn mòn hoá học của khí cháy và dầu nhờn.

1.2.1.2 Thanh truyền.

Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷuvà biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyểnđộng quay của trục khuỷu Khi làm việc thanh truyền chịutác dụng của: Lực khí thể trong xilanh, lực quán tính củanhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh truyền.Thanh truyền có cấu tạo gồm 3 phần: Đầu nhỏ, thân vàđầu to

Đầu nhỏ thanh truyền dùng để lắp với chốt piston códạng hình trụ rỗng, trên đầu nhỏ có rãnh hứng dầu để bôitrơn bạc lót và chốt piston Phía trên đầu nhỏ có một vấulồi lên khoảng 5 [mm] để điều chỉnh trọng lượng và trọngtâm của thanh truyền Khi làm việc chốt piston có thể xoaytự do trong đầu nhỏ thanh truyền

Thân thanh truyền có tiết diện chữ I Chiều rộng của thânthanh truyền tăng dần từ đầu nhỏ lên đầu to mục đích làđể phù hợp với quy luật phân bố của lực quán tính tácdụng trên thân thanh truyền trong mặt phẳng lắc

Đầu to thanh truyền có dạng hình trụ rỗng Đầu to đượcchia thành hai nửa, theo mặt nghiêng 45o nhằm giảm kíchthước đầu to thanh truyền mà vẫn tăng đươc đường kínhchốt khuỷu, nửa trên đúc liền với thân, nửa dưới rời ra làm

thành nắp đầu to thanh truyền Hai nửa này được liên kếtvới nhau bằng bulông thanh truyền.

Trên đầu to thanh truyền có lắp bạc lót để giảm độ màimòn cho chốt khuỷu Bạc lót đầu to thanh truyền cũng làmthành hai nửa Khi bạc lót bị mòn thì được thay thế bằngbạc lót mới Trên bạc lót có lỗ và rãnh để dẫn dầu bôi trơnvà các vấu chống xoay, khi lắp ghép các vấu này bám vàocác rãnh trên đầu to

Hình 1.4 Thanh truyền

1.2.1.3 Trục khuỷu.

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

Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng củalực khí thể và lực quán tính, các lực này có trị số rấtlớn và thay đổi theo chu kỳ Các lực tác dụng gây ra ứngsuất uốn và xoắn trục, đồng thời còn gây ra hiện tượng

dao động dọc và dao 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 khuỷucòn có đường ống dẫn dầu bôi trơn, chốt định vị, các bánhrăng dẫn động trục cam, bơm dầu bôi trơn và puly dẫn độngquạt 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 vàcác bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn, bơm cao áp và pulydẫn động các cơ cấu phụ như quạt gió, máy nén Bộ giảmdao động xoắn có tác dụng thu năng lượng sinh ra do cácmômen kích thích trong hệ trục khuỷu do đó dập tắt daođộng gây ra bởi các mômen đó

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

Ổ trục khuỷu dùng để lắp trục khuỷu trên thân máy vàcho phép trục khuỷu chuyển động quay Trục khuỷu động cơD1146TI có 7 cổ trục, Đường kính cổ khuỷu: dck = 84 [mm] Khilắp cổ trục vào hộp trục khuỷu người ta dùng bạc lót đểgiảm mài mòn

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

Đuôi trục khuỷu được lắp với bánh đà Để tránh dầu bôitrơn trong cacte động cơ rò ra ngoài ở đầu và đuôi trục khuỷungười ta có lắp các phớt chặn dầu

1.2.1.4 Bánh đà.

Bánh đà có công dụng là đảm bảo tốc độ quay của trụckhuỷu đồng đều Trong quá trình làm việc của động cơ, bánhđà tích trữ năng lượng sinh ra trong hành trình sinh công đểbù đắp phần năng lượng thiếu hụt trong các hành trình tiêuhao 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 răngkhởi động Vành răng này được gắn chặt lên vành nối bánhđà Khi khởi động vành răng này ăn khớp với bánh răng củamáy khởi động Bánh đà còn là bề mặt làm việc không thểthiếu được của bộ ly hợp

1.2.1.5 Thân máy và nắp xylanh.

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

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

Có 7 ổ đỡ trục khuỷu trong thân máy, các ổ đỡ trục khuỷuđược 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 thànhbuồng cháy Nhiều bộ phận của động cơ được lắp trênnắp 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 lắpcho hai xilanh Trên nắp xilanh được bố trí các đế xupap vàđường ống nạp và thải cho hai xilanh của động cơ Bề mặtlắp ráp với thân máy được gia công chính xác và được bắtchặt với thân máy bằng bulông và êcu chịu lực Giữa thânđộng cơ và nắp máy có một roăng làm kín bề mặt lắpghép

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

Hình 1.6 Nắp xylanh của động cơ D1146TI

1.2.2 Cơ cấu phân phối khí.

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

+ Ít mòn, tiếng kêu bé

+ Dễ điều chỉnh và sửa chữa

Động cơ D1146TI có cơ cấu phân phối khí loại dùng xupaptreo Cách bố trí này tạo cho buồng cháy có kích thước nhỏgọn, giảm được tổn thất nhiệt, dễ dàng bố trí đườngnạp và đường thải, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thảisạch và nạp đầy Hiện nay trên động cơ diesel chỉ dùngphương án bố trí xupap này Tuy vậy nhược điểm củaphương pháp bố trí xupap treo là dẫn động xupap phức tạp,làm tăng chiều cao động cơ, và khí bố trí xupap treo thì làmkết 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 xupapnạp và một xupap xả, các xupap được đặt xen kẻ nhau.Đường nạp và đường thải được bố trí về hai phía củađộng cơ, do đó giảm được sự sấy nóng không khí nạp.Trục cam được bố trí trong hộp trục khuỷu, được dẫnđộng từ trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng Xupap đượcdẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, và đòn bẩy

Đũa đẩy là một thanh thép nhỏ hình trụ dùng để truyềnlực từ con đội đến đòn bẩy Hai đầu tiếp xúc với con độivà cò mổ

Cò mổ nhận lực từ đũa đẩy và truyền đến xupap Đầutiếp xúc với đũa đẩy có vít để điều chỉnh khe hở nhiệt choxupap

Xupap là chi tiết có điều kiện làm việc khắc nghiệt Khilàm việc nấm xupap chịu tải trọng động và tải trọng nhiệtrất lớn nên yêu cầu nấm xupap phải có độ cứng vững cao.Động cơ D1146TI dùng xupap có đáy bằng, mặt làm việcquan trọng của xupap là mặt côn, xupáp nạp có mặt côn nàynghiêng một góc  = 300, còn xupap thải thì có mặt cônnghiêng một góc  = 450 Mặt làm việc được gia công rất kỹvà đuợc mài rà với đế xupap Thân xupap dùng để dẫnhướng cho xupap, đường kính thân xupap nạp và thải đềubằng 9 [mm] Khi làm việc thân xupap trượt dọc theo ốngdẫn hướng xupap, ống dẫn hướng xupap gắn chặt với nắpmáy Đuôi xupap có một rãnh hãm hình trụ để lắp ghép vớiđĩa lò xo, đĩa lò xo được lắp với xupap bằng hai móng hãmhình côn, mặt trên của đuôi xupap được tôi cứng để tránhmòn.

Để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xilanh khi chịu lực

va đập của xupap, người ta dùng đế xupap ép vào họngđường thải và đường nạp Đế xupap là một vòng hình trụ,trên đó có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấmxupap, mặt côn trên đế xupap thường lớn hơn mặt côn trênnấm xupap khoảng (0,5  10), mặt ngoài của đế xupap códạng hình trụ trên có tiện rãnh đàn hồi để lắp cho chắc.Để đảm bảo cho xupap ép chặt vào đế xupap thì giữa xupapvà đòn bẫy phải có một khe hở nhất định gọi là khe hởnhiệt

Lò xo xupap dùng để đóng kín xupap trên đế xupap và đảmbảo xupap chuyển động theo đúng quy luật của cam phânphối khí, do đó trong quá trình mở đóng xupap không có hiệntượng 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 luậtnhất 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 1 giữa hai đỉnh cam cùng têncủa hai xilanh làm việc kế tiếp nhau bằng một nửa góc côngtác k của hai xilanh đó

1.3 CÁC HỆ THỐNG TRÊN ĐỘNG CƠ D1146TI

1.3.1 Hệ thống làm mát.

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho cácchi tiết tiếp xúc với khí cháy như: piston, xecmăng, xupap,nắp xilanh, thành xilanh chiếm khoảng 25  35% nhiệt lượng

do nhiên liệu cháy toả ra Vì vậy các chi tiết đó thường bịđốt nóng mãnh liệt, nhiệt độ của các chi tiết máy cao gây ranhững hậu quả xấu như: làm giảm sức bền, tuổi thọ củacác chi tiết máy, giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăngtổn thất ma sát Vì vậy cần thiết phải làm mát động cơ.Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quátrình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồiđến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chitiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội Động cơquá nóng sẽ gây ra các hiện tượng xấu như đã nói, còn quánguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổnthất nhiệt cho nước làm mát nhiều Động cơ D1146TI có hệthống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức, kiểu kín,nước tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm ly tâm được dẫnđộng 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 xilanhqua các ống dẫn đến van điều nhiệt Nước từ van điềunhiệt được chia ra thành hai dòng: một qua két làm mát vàmột quay trở về bơm Nước sau khi qua két làm mát thì theođường ống dẫn đi qua két làm mát dầu sau đó qua bơm rồituần hoàn trở lại động cơ Ở đây nếu nhiệt độ nước làmmát thấp hơn so với nhiệt độ mở của van điều nhiệt thì vanđiều nhiệt đóng, không cho nước qua két làm mát, nướcđược luân chuyển về bơm, và nếu nhiệt độ nước làm mátcao hơn so với nhiệt độ mở của van điều nhiệt thì van điềunhiệt mở, nước sẽ đi qua két nước làm mát

Bơm nướcLàm mát

dầu

Van điều nhiệt duy trì một nhiệt độ không đổi của dungdịch nước làm mát và cải thiện hiệu suất nhiệt của động

cơ bằng cách giảm sự tổn hao do mất nhiệt Nguyên lýhoạt động của van hằng nhiệt: Khi nhiệt độ nước làm mátcòn thấp, nhỏ hơn nhiệt độ mở của van (khi động cơ mớikhởi động) thì van đóng và không cho nước qua két làm mátmà trở về bơm Khi nhiệt độ nước làm mát tăng cao đếnnhiệt độ bắt đầu làm việc của van thì van bắt đầu mở chonước đi qua két làm mát và khi nhiệt độ nước làm mát càngtăng cao thì van mở càng rộng Van hằng nhiệt bắt đầu làmviệc khi nhiệt độ ở 83oC và bắt đầu mở rộng hơn ở nhiệtđộ 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 nướcđã được làm nguội và dàn ống truyền nhiệt nối ngăn trênvới ngăn dưới Phía sau két nước được bố trí quạt gió

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

1.3.2 Hệ thống bôi trơn.

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa đầu đến bôi trơn cácbề 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 pistonvới xilanh, giữa xecmăng với piston Loại dầu bôi trơn sử dụngtrên động cơ D1146TI là loại dầu mác SAE 15W40

Hệ thống bôi trơn của động cơ D1146TI dùng phương phápbôi trơn cưỡng bức cacte ướt Các bộ phận chủ yếu của hệthống bôi trơn gồm: Cacte, bơm dầu nhờn, bầu lọc dầu, kétlàm mát dầu, các đường ống dẫn, các van bảo vệ và đồnghồ 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]

Van bảo vệ 4,6 bar

Khi nhiệt độ dầu lên cao quá 80 [oC], độ nhớt của dầugiảm sút, van két làm mát dầu sẽ mở cho dầu đi qua két làmmát Khi bầu lọc dầu bị tắc thì van an toàn sẽ mở để chodầu đi thẳng vào đường dầu chính Trên đường dầu chínhngười ta mắc 1 van làm việc ở áp suất 4,6 [bar], van này cótác dụng đảm bảo cho áp suất của dầu bôi trơn trong hệthống có trị số không đổi.

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

Bơm dầu nhờn có tác dụng tạo nên dòng chảy tuần hoàncó áp suất cao trong hệ thống Động cơ D1146TI dùng bơmdầu kiểu bơm bánh răng, được dẫn động từ trục khuỷuthông 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]

+ Dễ chế tạo, giá thành hạ

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 dẫnnhiên liệu; 4- Vòi phun; 7- Van tràn; 8- Bơm cao áp; 9- Bơmchuyển; 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 liệuđược 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 ápsuất đủ lớn theo đường ống cao áp 6 đến vòi phun 4 cungcấp cho xylanh động cơ

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

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

1.3.4 Hệ thống tăng áp

Hệ thống tăng áp trên động cơ D1146TI là loại tăng ápkiểu tuabin khí, được làm mát trung gian Bộ tuabin tăng ápgồm hai phần chính là tuabin và máy nén khí, cùng với các

cơ cấu phụ khác như bạc đỡ trục, thiết bị bao kín, hệthống 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 cùngmột trục Máy nén được dẫn động bởi tuabin khí, khí thảicủa động cơ theo đường ống dẫn đi tới tuabin làm quay cáccánh tuabin thực hiện sinh công cơ học có ích, sau đó đi quađường ống thải ra ngoài Không khí từ ngoài trời qua máy nénđược nén tới áp suất pk rồi vào xilanh động cơ trong kỳ nạpcủa động cơ

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

Loại tuabin: ALLIED SIGNAL 466721-12Aïp 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 biếnđổi cơ năng thành năng lượng của dòng khí tạo ra áp suấtnào đó để cung cấp vào xylanh động cơ Loại máy nén trênđông cơ D1146TI là loại máy nén ly tâm

Hình 1.13 Mô hình bộ tuabin - máy nénVấn đề tăng áp cho động cơ sẽ được trình bày sâu trongphần tiếp theo.

2.KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ D1146TI

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

2.1.1 Phân loại tăng áp:

Tất cả các biện pháp nhằm tăng áp suất của không khínạp vào trong xi lanh động cơ ở cuối quá trình nạp lúc đóngxupáp nạp, qua đó làm tăng lượng khí nạp mới vào trongđộng cơ, được gọi là tăng áp cho động cơ

Dựa vào nguồn năng lượng để nén không khí trước khiđưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động cơ thànhtăng áp có máy nén và tăng áp không có máy nén theo sơ đồsau (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.

Ơí động cơ đốt trong nếu môi chất trước khi nạp vào xilanh được nén đến một áp suất nào đó thì được gọi làđộng cơ tăng áp Nếu môi chất được nén nhờ máy nénđược dẫn động từ trục khuỷu động cơ thì tổ hợp động cơđốt trong - máy nén được gọi là động cơ tăng áp cơ khí(hoặc cơ giới) Nếu máy nén được dẫn động nhờ tuabin tậndụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong thì tổ hợpđộng cơ đốt trong - tua bin - máy nén được gọi là động cơtăng áp tua bin khí

Tăng áp

Có máy nén Không có máy

nén

Tua bin khí

Tố

c độ

Dao động và cộng hưởng

Liên hệ khí thê ø

ỷ lự c

Lắ

p nối tiế p

Lắ

p son

g son g

2.1.1.1.1 Tăng áp cơ giới (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; máy nén; TB- Tuabin; ĐC- động cơ; LM- làm mát; KN- Khớp nối;

MN-P0- áp suất môi trường; Pk- áp suất khí tăng áp; PT- áp suấtkhí 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 từtrục khuỷu của động cơ Các sơ đồ tăng áp cơ giới trên hình2.2

Phương pháp dẫn động máy nén rất phong phú, trongnhiều trường hợp giữa máy nén và trục khuỷu của động cơcó bố trí ly hợp nhằm cho phép điều khiển phạm vi hoạtđộng của máy nén dẫn động cơ khí cho phù hợp với chếđộ làm việc của động cơ đốt trong

ĐC

a)

P K

P 0

P T

P T '

P K

c)

ĐC

P T '

TB KN

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 làmviệc theo đường đặc tính tải, còn máy nén ly tâm đối vớiđộng cơ làm việc theo đường đặc tính chong chóng Đối vớiđộng cơ hai kỳ có đầu chữ thập thường dùng hốc dưới xilanh để nén khí bổ sung.

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

NeT = NiT - NmT - Nk

Công suất có ích được lấy từ trục khuỷu động cơ NeT cóđược từ công suất chỉ thị NiT sau khi bị khấu trừ đi tổnthất cơ giới của bản thân động cơ NmT và công suất Nk đểdẫn động máy nén

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

Công suất dẫn động máy nén tăng nhanh hơn mức độ tăngáp suất chỉ thị pi, vì vậy, khi sử dụng tăng áp dẫn động cơkhí làm cho hiệu suất động cơ giảm khi áp suất tăng áp tăng.Chính vì vậy, phương pháp tăng áp dẫn động cơ khí chỉđược áp dụng ở những mục đích cần thiết và áp suấttăng áp p1 nhỏ hơn hoặc bằng 1,6 kG/cm2, nếu pk lớn hơn 1,6kG/cm2 thì Nk sẽ lớn hơn 10%Ne [1]

Với phương pháp tăng áp cơ giới, chất lượng khởi động vàtăng tốc động cơ tốt vì lượng không khí cấp cho động cơtrong một chu trình phụ thuộc vào vòng quay trục khuỷu màkhông phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải Tuy nhiên, đối vớităng áp cơ giới, năng lượng tiêu hao để dẫn động máy néntăng lên nên làm giảm hiệu suất cơ giới, làm giảm tính kinh tếcủa động cơ

2.1.1.1.2 Động cơ tăng áp bằng tuabin khí.

Tăng áp bằng tuabin khí là phương pháp tăng áp dùngtuabin(TB) làm việc nhờ năng lượng khí xả của động cơ đốttrong (ĐCĐT) để dẫn động máy nén (MN) Khí xả của ĐCĐT cónhiệt độ và áp suất rất cao nên nhiệt năng của nó tươngđối lớn Muốn khí thải sinh công, nó phải được giãn nở trongmột thiết bị để tạo ra công cơ học Nếu để nó giãn nởtrong xi lanh của ĐCĐT thì dung tích của xilanh sẽ rất lớn, làmcho kích thước của ĐCĐT quá lớn, nặng nề Điều này mặcdù làm tăng hiệu suất nhiệt nhưng tính hiệu quả đượcđánh giá bằng giá trị áp suất trung bình sẽ rất nhỏ Để tậndụng tốt năng lượng khí xả, người ta cho nó giãn nở đếnáp 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 tuabin khí liên hệ cơ khí.

Trong phương án này trục tuabin, động cơ đốt trong và máynén được nối liền nhau Hình 2.3 Giới thiệu kết cấu và sơđồ 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 đượcnối 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

trướckhi vàotuabinđạt ápsuất 16kG/cm2

Hình 2.3 Kết cấu và sơ đồ nguyên lý của tăng áp tuabin

b) Tăng áp bằng TB khí liên hệ khí thể

Sơ đồ nguyên lý của tăng áp này thể hiện trên hình 2.4.Theo phương án này, tuabin và máy nén được nối đồng trục

Hình 2.4 Tăng áp bằng TB khí liên hệ khí thể

1- Máy nén; 2- Thiết bị làm mát; 3- Động cơ; 4- Bìnhxả; 5- Tuabin

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

SVTH: NGUYỄN HOÀNG KIM - Lớp 02C4 Trang:30

Hình 2.5 Tăng áp TB khí có liên hệ

thuỷ lựca) Cơ cấu nối có liên hệ thuỷ lực; b) Cơ cấu

nối có liên hệ thuỷ lực và 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- Động cơ; 2- Khớp thuỷ

lực; 3,4- Cụm TB-MN dẫn động khí thể; 5- TB

tận dụng; 6- Hộp số; 7- Máy phát điện; 8-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ DAEWOO D1146TI

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

2.1.1.1.3 Tăng áp hỗn hợp.

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

thuỷ lựca) Cơ cấu nối có liên hệ thuỷ lực; b) Cơ cấu

nối 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- Động cơ; 2- Khớp thuỷ

lực; 3,4- Cụm TB-MN dẫn động khí thể; 5- TB

tận dụng; 6- Hộp số; 7- Máy phát điện; 8-

Hộp tốc độ

Tuỳ thuộc vào vị trí của máy nén người ta có hai dạngghép nối: Lắp nối tiếp (hình 2.6a,b) và lắp song song (hình2.6c).

Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống tăng áp hỗn hợp cho động cơa- Tăng áp hỗn hợp 2 tầng lắp nối tiếp thuận; b- Tăng áphỗn hợp 2 tầng lắp nối tiếp nghịch; c- Tăng áp hỗn hợp 2tầng lắp song song

1- Động cơ; 2- Tuabin; 3- Máy nén; 4- Máy nén dẫn động cơkhí; 5- Khớp nối

6- Thiết bị làm mát trong sơ đồ a, b và bình nạp chungtrong 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 vàtầng thứ hai là máy nén truyền động cơ giới

Hệ thống tăng áp mà tầng thứ nhất là một máy nénthể tích hoặc máy nén ly tâm do trục khuỷu dẫn động và

a

)

b)

c)

tầng thứ hai là "máy nén tuốc bin khí" quay tự do đượcgọi là hệ thống tăng áp hai tầng nối tiếp ngược (hình2.6b).

Trong động cơ tăng áp hỗn hợp lắp song song (hình 2.6c)người ta dùng một máy nén dẫn động cơ giới hoặc dùngkhông 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 nén tuốc bin khí" quay tự do Nhưvậy, 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 làkhí tăng áp nạp vào động cơ được cung câïp đồng thời nhờhai 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 hệthống tăng áp lắp nối tiếp

2.1.1.2 Các phương pháp tăng áp khác:

Trình bày phương pháp làm cho áp suất nạp vào động cơđốt trong lớn hơn giá trị thông thường mà không cần dùngđến máy nén cũng như một số phương pháp tăng áp caođang phổ biến trong thực tế

2.1.1.2.1 Tăng áp dao động và cộng hưởng

Người ta sử dụng sự dao động của dòng khí và tínhcộng hưởng của dao động để tăng áp suất của môi chấttrong xi lanh lúc đóng xupap nạp

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

2

2 4

1

Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống tăng áp dao động và

cộng hưởnga- Tăng áp dao động: 1- Hộp phân phối; 2- Ống dao động; 3-Xilanh

b- Tăng áp cộng hưởng: 1-Bình ổn áp; 2- Ôúng cộng hưởng;

3-Xi lanh ;4- Bình cộng hưởng

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

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

Do có sự dao động của áp suất trên đường nạp, thải củađộng cơ mà ở đó xuất hiện quá trình truyền sóng (sóng ápsuất và sóng tốc độ) Ở trạng thái tĩnh, tốc độ truyềnsóng 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 vàothời 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 cùngđược truyền với tốc độ truyền sóng a

Sóng phản xạ được chia làm hai loại: Phản xạ đầu kín vàphản xạ đầu hở Sóng phản xạ đầu kín xuất hiện khixupáp đóng kín Sóng phản xạ đầu hở xuất hiện khi sóngtruyền tới đầu hở

Sự dao động của áp suất môi chất trong đường ống nạpthực tế không phải do một sóng đơn giản tạo ra mà do haihọ sóng truyền theo chiều ngược nhau, nó là kết quả củaviệctương giao và hợp thành của sóng phát sinh ở đầu nàytạo 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 haisóng, sau khi xuyên qua, tính chất và biên độ của sóng khôngthay đổi, sóng nén vẫn là sóng nén và sóng giãn nở vẫn làsóng giãn nở

Hình 2.8 Tương giao của sónga- 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) xuốngđiểm 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 đầuhở của ống có áp suất bằng áp suất môi trường p0 Aïpsuất môi trường có giá trị không đổi và lớn hơn áp suất trongxilanh nên xuất hiện quá trình chuyển động ngược lại củaáp suất p0 từ ngoài vào xilanh, đây chính là sóng nén (sóngáp dương) Nếu sóng nén truyền tới xupap mà xupap chưađóng, sẽ làm tăng áp suất ở khu vực trước xupap và làmtăng hệ số nạp Sau khi xupap nạp đã đóng, sóng áp suấtcòn lưu lại vẫn truyền qua truyền lại trong ống Nhằm đạtđược lưu lượng nạp cực đại, tạo điều kiện để đạtmômen lớn nhất ở mọi chế độ vòng quay (Hình 2.9).

Để đạt được lưu lượng nạp cực đại trong phạm vi sốvòng quay nhất định của ĐCĐT người ta có thể sử dụng cácvan để thay đổi có cấp chiều dài của đường ống nạp

4 5 6 2

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; Mặt tang trống; 5- Cửa trên mặt tang trống; 6- Tấm dẫn

4-hướng

vào bình ổn áp 1 thông qua ống nối, rồi đi qua ống cộnghưởng 2 vào bình cộng hưởng 4, rồi đi vào xilanh động cơ.

Hiện nay, việc tăng áp cho động cơ bằng phương phápcộng hưởng chưa được phổ biến vì kết cấu đường ốngnạp 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

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động

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

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 độngqua đai truyền 2 Trên rôto có nhiều tấm ngăn cách đườngkính chạy dọc theo chiều dài rôto, tạo nên các rãnh thôngdọc trục Đầu trái rôto nối với đường ống cao áp 3 và

đường ống vào thấp áp 1 của không khí vào động cơ, cònđầu phải nối với đường vào cao áp 5 và đường ra thấp áp 6của khí thải Sau khi không khí thấp áp đi từ đường 1 vàorãnh thông, tiếp đó rôto quay một góc nhất định thì đầu bênkia của rôto khí thải cao áp cũng đi vào rãnh thông ép khôngkhí trong rãnh đến khi không khí ép ăn thông với đường nạpcao áp 3 của động cơ, thì không khí cao áp chạy ra đường 3nạp vào động cơ, còn đầu bên kia của rãnh thông sản vậtcháy sau khi giãn nở cũng được nối thông vào đường ốngthải thấp áp để thải ra ngoài trời.

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

Hình 2.11, là sơ đồ khai triển lớp cắt quanh chu vi tại bánkính trung bình của rôto và stato lên mặt phẳng, trên đó chỉphương hướng lưu động của khí thải và không khí Tốc độtiếp tuyến của rôto tại bán kính trung bình được thay bằngtốc 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 caoáp; 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 (từđường thấp nhất trên hình 2.11) Lúc đầu trong rãnh thôngchứa đầy không khí mới, áp suất xấp xỉ bằng áp suất khítrời, hai đầu rãnh bịt kín, tức không khí ở dạng tĩnh lặng,lưu tốc bằng không Khí thải của động cơ chứa trong bìnhgóp A Khi rôto quay, một rãnh thông nào đó ăn thông vớiđường xả cao áp, thì sản vật cháy đi vào rãnh, tiếp xúc vớikhông khí có sẵn trong trong rãnh và gây ra sóng nén I truyềnsang phải với tốc độ âm thanh, làm tăng áp suất và nhiệt độkhông khí và đẩy không khí chuyển dịch sang phải Các rãnhđược chuyển dịch lên phía trên theo tốc độ U, vì vậy đườngtruyền sóng đi sang phải có dạng nghiêng lên Khi sóng ápsuất đi đến đầu bên phải thì rãnh ăn thông với đường khôngkhí cao áp Do áp suất tại cửa ra của đường không khí caoáp lớn hơn so với sóng nén truyền tới từ đường thải nên sóngphản xạ của cửa mở vẫn là sóng nén, tức là sóng nén IItruyền sang trái Tác dụng của sóng nén II là làm tăng ápsuất không khí trong rãnh đạt tới giá trị bằng áp suất tạicửa ra đường không khí cao áp Lúc ấy không khí nén từrãnh đi ra đường cao áp tới bình góp khí nén B rồi từ đó đivào động cơ E Khi sóng nén II truyền tới đầu trái của rôto thìđường thải cao áp G vừa đóng (lúc sóng nén truyền sang trái,sản vật cháy và không khí truyền trong rãnh vẫn đi sangphải) Sản vật cháy, sau khi giãn nở, tạo sóng giãn nở IIItruyền tới đầu phải thì đường không khí cao áp vừa đóng.Sau đó, hai đầu rãnh được bịt kín, khí thải trong rãnh ởtrạng thái tĩnh, không lưu động

Các rãnh trên tiếp tục quay (dịch chuyển lên trên), tới khimở thông với đường thải thấp áp thì khí thải trong rãnh thoát

ra đường thải thấp áp tạo ra sóng giãn nở IV truyền vàorãnh Khi sóng IV tới đầu phải thì rãnh cũng ăn thông vớiđường không khí thấp áp Do sóng giãn nở truyền tới có ápsuất lớn hơn áp suất tại cửa vào của đường không khí thấpáp, nên sóng phản xạ trên đầu hở của sóng giãn nở kể trênvẫn là sóng giãn nở V Khi ấy dòng không khí trong rãnh đanglưu động sang trái Khi sóng V truyền tới đầu trái, do áp suấtcủa sóng giãn nở thấp hơn áp suất tại cửa ra của đườngthải thấp áp nên sóng phản xạ VI sẽ là sóng nén Lúc ấy ápsuất 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 cửakhông khí thấp áp vừa đóng

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

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

 Ưu điểm nổi bật của loại tăng áp bằng sóng khí là ápsuất tăng áp càng cao, khi tốc độü động cơ càng thấp, nhờđó động cơ sẽ có mômen lớn tại tốc độ thấp