Giáo trình Tăng áp động cơ đốt trong: Phần 1

Phần 1 cuốn giáo trình Tăng áp động cơ đốt trong cung cấp cho người học các kiến thức: Mục đích tăng áp và những trở ngại khi tăng áp cho động cơ đốt trong, các phương pháp tăng áp, tăng áp bằng tubin khí, tăng áp dẫn dộng cơ khí,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

ﺎﺟ

- ! v r ;١ﺀ؟ بﺀ

أ١ﺎﻋ ل

،

يادم

،:■.!

ﻖﻏ;ي

؟

٠ y > \i ٠

ﺀ ٠

د ؤ

ا ا ا ا ا ا

T R Ư Ờ N G ĐẠ! HỌ C BÁ C H K H O A HÀ NÒ!

P (í،s TS ν Ο Ν Γ ιΗ Ϊ Α ï'h S L Ê A N H T Ư Â N

TĂNG ÁP DỘNG C ơ DỐT TRONG

NHÀ х и л т BAN Κ Η ()Α Н(.)С VA KỸ T H Ư Ậ T

LOINOI ί)Λ ٧

ulum^ aăm T ron ١ ةااا

٠ اا phut tricn liciiiH ١

ذأ ١ Ngtmli ĐộiiR cơ cU')t troiig clu CO lich

tit^ klioiiH ٩

اا

٠ 0

ا ٤

cơ clot kv tluiiit, độu ٠ '

اا(.)ا

٠ i siCpliut tricn cua klioa()V اااﺈﻳ

١ اا cltiw

ق اأ

٠

uum

tliĩựn vCt pltclt ةااا

0 اا ỈUỎH cltt'، )'c ١

اا(

م ﻟ ٠ ا؛ااآ ١ ااا ا)،؛اأ ' ١ (

c C

؛ vi أ ١ ا ١ ا،

ﻻ 1 \

١ U\CI

؛

VC mạt II ااﺎﺟاا

اااااا

cỏ tíiili اأا(')'ا

٩ ) dộng C(y dc ١ ا

00

ا tricH Nhicu

trc) rà.t dang kế

إ 0 ' ١ cld clộttg Cíí tang ứp dong ỈUỘÍ

c xiicít bchi.Tiiv )

٠ '(

cluivcn ngcinh đd dii ااأاا

١ اآ 40 ncini, nliìcu gido اا

'

0

اا {، )

١ tg co'Itt()to d!t vtfc tdttg dp c ١ ا

t اآا , 1994 ntcTi debt ttdttt

c tộp, ، tg!tieat )

٠ (

١ t tnc vtt c'!to vịệc gicittg clctx ا

١ t، )c Đê p (V bậc ca() Itoc rồi sait đb Ici bộc dctt

c!ttbtg tbi biCnt soụn gido trítt!t ١

اا '

0

اا

t vd cb Itĩệii íỊiiei

؛ vet t!tattt Wtdo đn'ợc te ٠

ao gồttt cetc vettt dể tfí(a Idttt 9 c!tn'ơ ١ ig Ĩr o ١ tg đ b ١

؛ Gieto tt'í، t!t ttdv dtíí.ỹc c!t

٤ ا (!

p!tett triCtt cda

؟ rett k

٤ tt!t todtt hệ t!tổ، tg tdttg dp Gido trbt!t dd trìtt!t bet ١ '

١ t hí.íp, gtdo trltt!t ttdv cbtt đn'a ra cdc \ốu tb ebt!t)t ١ ỉ p!t

؛ Ben cettt!t việc p!td، t ttelt e ٤ t، d trl

nt ttit!t ttdttg)t!t ٤ cdc biệỉt p ١ te ١ p cd tttdt kití tdttg dp ١

٤ ا^اا ttdítg tdttg dp

١ tợc \<c gieittg elei

؛e

؛ c!tơ v اا ١ ﺄﻋ

١ ti gihp't!t tetttg dp dộttg cơ ttetv WtOttg e

؛ r(tp gido trì

٤ ا؛؛ا tCti ﺎﺋا)ا

١ t(.)C tttet cejtt cố tlic dttttg

Γ bộc de.ỉi !tpc vet satt dẹt {؛

٤ p, ttg!tieat cetn k!toa lioc)t

ejttettt debt elộttg ا؛جاا

ệc trottgcdc ttgettt!t

؛ etttt v

؛ kv' t!tn(tt ا)()

١

؛ tốc vettt kỉió trdt ١

؛

c ,v(t ١ ١ اأ ' 1 اةاا.

et tdtten'tn(tt lien e ٤ itatt vet dd dtt'ợc dợc diỉvệt vet cltinu st ١

؛

ktebt e ١ ba dộc giei đ ể ﻵ

tetttlt cdttt ơtt SIÍ đbttg gbp

؛ cltdtt t اا

؛ ١ sett c ١ tthtg tOi et ٤

؛ ett t!t

’

0

اا ệtt

؛

؛ toettt t

؛

t ttety ttgetv ỉttột

؛

gteto trltt

Moi V кіс'п đÓli 4 :<(}ỊÌ.\iịll Ціі’і '،؟ا

.-Bự mon Đỏng cơdỏí trong Khoa Co khi 'rriK'yng Đại lìoc Bách kííoa ỉỉà Nội

So l , đưòng Đại cỏ ؛٧ ệt١1 لذ'ا Nội Tel: Ơ4 8680097

EniniI:dongco@ niail.hnt.eda ١ i i

Xiìỉ cliàỉi ỉlỉcíỉilì cam ο'η.

Nhoin tiic glii PC)S٠ i s ٧ỏ NGHĨA ThS LÊ ANH TUẤN

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Miic luc

Trang35

Chương I MỤC ĐÍCH TẢNG ÁP VÀ NHỮNG TRỞ N(ÌẠI KHI TẢNG ÁP CHO ĐỘNG

2.1 Phân loại tăng áp

2.2 Biện pháp tăng áp nhờ máy nén

2.3 Các phương pháp tăng áp khác

Chương 3 TAN(؛ ÁP B.VNÍỈ TƯABIN KHÍ

3.1 Những nội dung cần nghiên cứu

4.1 Phối hợp ĐCĐT với MN dẫn động cơ khí

4.2 Dùng MN thể tích dẫn động cơ khí tăng áp cho ĐCĐT

7131623

25

26 44

6060657686

120

123

6.3 Sử dụng năng lượng khí xả trong dộng cơ 2 kỳ

6.4 Thực hiện ciuá trình quét thải trong động cơ 2 kỳ tàng áp

Chương 7 ÚNG DỤNG CỦA TÀNG ÁP TRONG THỤC TIỄN

7.1 Ccíc biện pháp cái thiện tính nãng gia tốc của động cơ tăng áp bằng TB-MN

7.2 Tàng áp cho động cơ du lịch và một sô' ví dụ

7.3 Tăng áp cho ôtô tải

7.4 Tăng áp cho động cơ sử dụng ở các lĩnh vực khác

Chương 8 MỘT SỐ HU HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

8.1 Xác định hư hỏng và biện pháp khắc

8.2 Phân tích các hư hóng của hệ thống tăng áp

8.3 Kiếm tra hệ thông lãng áp của dộng cơ

8.4 Các chú ý khi sừdụng hệ thống tăng áp

8.5 Tháo và lắp cụm TB-MN

Chương 9 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TẢNG ÁP

9.1 Giới thiệu chung

9.2 Các phương trình cơ bản của quá trình trao đổi khí

9.3 Tính chu trình của hệ thống động cơ và TB-MN

126130132

135

136

144 146

153167190194

209

212 212

214215

216217218

X.ÍẠI KHI TĂX.Í

؛

’ '،

Tuy nhlên١ những bước phát trlến ky dlộu١ vư^ bậc tiong nghiên cứu١ chế tạo dộng cơ

^ang cũng nhu diesel dă dắnh bit؛ mọi nghi ngờ vể sự tồn tại và phíit triển của nó Nhờ nhCrng ưt! tĩíếm vượt trội vể nhiều mặt dặc bíệt !؛t hiệtí siuit cao trong phạn٦ vi cOng stiất rộng١ nhỏ gọn nên DCDT hiện nay chiếm ưu thế tuyệt dối trong một số lĩnh vực như vận tải dường bộ١ dttờng thuỷ, phiỉt diện dự phòng.v.v

Llch sử phát triển D C D I luOn gắu lién \'ớị lỊclt sử phht triến hệ íhống thng áp clio !íó

1.1.1 Tang áp cho động cư xăng

Dộng cơ 4 ky làm việc theo nguyẻit lý dOt cháy cưỡng bức có kha nang sh dt.ing trong iht.tc tế xuất hiện vào nãiìì 1876 Nam 1885 Gottlieb Deimler (tiền than của hãng sản xuít ồtô hàng dầu thế g؛ới - Mercedes Benz) da cd dang ky pl١ái minh số DRP 34.926 vổ tang ííp cho dộ!ig cơ dô't cháy cưỡng bức Theo ban \'ẽ và sự mở tả trong dang ký phat minh có thể thâ.y rO hộp trục khuỷu dược sử dting như một may nén - nhtt trong động cơ 2 kỳ quềt nhờ hộp trpc khuýu Khi piston di từ điểm chết dưới lan diCm chết trẻn khOng khi hoặc hỗn hợp dược htlt vao hộp trục khuỷu, hành trĩnh ngược 1؛؛Í của piston sC la hanh trinh nén khOng khi hoặc hỗn Itợp trong hộp trt.!c khuỷu, khOng khi hoặc hỗn hợp cliỊu n^n se dtrợc dẩy vào xilanlí qua 1 van dạt trong dinh piston khi tip suất trong hộp trục khuỷu thắng strc cãng của 10 xo van Như vậy, qua trinh nạp vào xilanh lUc nầy dược chia thanh 3 giai đoạn:

1 - Cuối qua trinh giãn nờ, khi ơ hộp trục khuỷu tran vào xilanh dẩy khi chay ra ngoài.2- Qua trinh nạp binh thường

3- Quá trình nạp thêm vào xilanh ớ cuối hành Irình nạp.

Hình 1.1 Động cơ 4 kỳ chữ V tảng áp nhờ hộp trục khuỷu đấu tiên của Gottlỉeb Deỉniler.

Cần phải chú ý rằng ý nghĩa của phát minh trên chỉ phù hợp với trình độ kỹ thuật về động cơ ở thời kỳ đầu khi số vòng quay của động cơ chi mới đạt klioảng 150 -ỉ- 160 vg/ph Với thành công ban đầu này người ta dự dịnlì áp dụng kỹ thuật này cho động cơ có số vòng quay cao hơn từ 500 600 vg/ph để đưa vào sỉr dụng cho xe òtỏ, song vì tổn thất dòng chảy qua van quálớn nên hàm lượng khí nạp vào động cơ tăng không dáng kể

Với nguyên lý tăng áp tương tự Wilhelm Maybach dã thiết kế cho động cơ chữ V cho hãng Deimler (hình 1.1) nhưng do còng suất tăng lCn không đáng kể nên hãng Deimler sau đó

đã từ bỏ phương án này

Có lẽ vì nhĩrng kết quả không mấy khả quan ờ phương án đầu liên nên phải đến sau chiến tranh thế giới lẩn thứ nhất, hàng Deimler mới khôi phục lại những thí nghiêm về tảng áp cho động cơ dùng trên ôtô sau klú đà thu được hàng loạt kinh nghiệm trong tãng áp bằng cơ khí cho động cơ máy bay, cho xe đua và về sau là cho xe thể thao Ngày này, hầu hết các động cơ xáng hiện đại đều sử dụng các loại tảng áp không có MN như: tânư áp dao động và cộng hưởng, táng áp sóng áp suất hoậc kết hợp các tăng áp này với tăng áp TB khí

1.2 ا ] ‘ànụ,ﻦﻧاو clio (1(>اا؛ﺀ cư diesel

Ngay trong thời kỳ hoiln thl^ii piiáí minh ve dộng cơ tự hốc ch٤'iy (dộng cơ diesel) RndoJf I^lesel đã dé cập đến v٤'ln đề tàng áp clio nỏ Nairn 18% ơng diì cho bO sung vào đãng ký phát niinh số 67207 vổ khả nang thực hiện quá trình nén nhlCn c٤١'p tiOi^g dộng cơ 1 xtlanh bằng cách

bO Irí ﺄﺠﻟﻵأ1 I bơm nén trước dường nạp, phht minh này dược đhitg ký dướ؛ tên DRP 95.680 ngày 06/()3/ỉ 896 ٧ào cuố؛ nảm 1896 Rudolt' Diesel da chè' tgo thhnh cOng dộng cơ dùng thể tích phía dưới piston dế nén khi ngp vho trong một binh phti, dến hhnh trinh nạp khi có áp stiâ't cao từ blnlì dược nén vào xilanh (hlnh 1.2) \'à dưa\ ào tlìí nghiệm Diesel dạt hy vọng vào việc dạt dược một dộng cơ có hiệu suiĩl cao va giilnt tiẻu hao I)hièn 1ÍỘU

Kết quả thi nghiệm của Rudolf Die.sel đtrợc trìnli bhy ờ bhng 1.1, dồ thị còng và dồ thị p-

٧ của bơm tăng áp dược trinh bày trCn hình thế hiện ngtiyên bản kê't quả thử nghiệm của ông (Itlnh 1.3) Qua phân tích các kê't quh có dượ'c thl mọi hy vọng mà Rudolf Disel dều khOng dạt dược, Ong cho rằng dảy là con dường sai lẩm và khOng bao giờ quay trở lại

\\\\١ ١ \ \.1 ٠ Phuong án tồng áp của Riuiolj.Diesel:

a) Dộng cơ thi nglìiậiv، có: dường kinh xiíanh D = 250 inm hìinh trinh piston s = 400 mm; phía dươi dộng

cơ là mẩy nén khi (tăng áp hộp trục khu؛ Li).

b) Cơ cấu diều khiển van ap suất ctla dộng cơ till ngltiệin.

\Ѵл\л ؟ \Л Kèt quíì thi nghiệm ciitt Rudolf diesel ١

Cỏ b(ơni tang áp K l t ỏ i i g t í i i i g á p

؛ η

ﺎ ﻫ ا

hj ﻢﺗ

Với động cơ tăng áp kiểu này cho thấy, ứng với mỗi một chu trình làm việc của động cơ (hìnlì 1.2) không gian bẽn dưới piston thực hiện hai hành trình nén vào bình chứa Klìi táng áp Hành trinh nén thứ I khi mà xiipáp nạp của không gian ben trên piston đóng (hành trình cháy & giãn nở) không gian phía dưới nạp vào bình chứa với áp suất cực đại lên dến 2,1 kG/cm' (hình

1.3 b) Hành trình nén ihứ II của khống gian phía dưới piston được thực hiện khi XLipáp nạp mở

(hành trình nạp của động cơ) áp suất trong bình chứa chi ở 1,1 kG/cm^ (hình l,3b) Như vậy áp suất nạp vào xilanh động cơ 4 kỳ chi là 1,1 kG/cm"

Đỏ thị i.3a cho thấy áp suất chi thị động cơ là 9,6 kG/cm^١ còn trong hình l.3b thì cho thấy công nén cho tăng áp là 1,094 kG/cm’ + 0,902 kG/cm“ - 1,996 kG/cm٦ Vậy tổn thất cho bơm tảng áp là quá lớn Trong quá trình thử nghiệm người ta đã tìm cách giảm còng tổn thất cho bơm nén bằng cách nén khí vào bình chứa lớn hơn (giảm áp suất tăng áp, giảm tổn hao khí) và van ở bơm tăng áp lớn hơn Nhờ kết quả này mà năm 1929 lại xuất hiện động cơ tăng áp bằng hộp trục khuỷu khác của hãng Werkspoor lắp trên tàu chở dầu “Megava١١ của Tập đoàn Dầu mỏ Anglo Saxon

Động cơ diesel ngày này có nhu cầu tăng áp rất lớn và được áp dụng với hầu hết các hlnh thức tăng áp cũng như tổ hợp của nhiều hlnh thức tảng áp Thành tựu tăng áp cho động cơ diesel 'là thành tựu tãng áp đáng kế nhất cho ĐCĐT

1.1.3 Tăng áp cho động cơ máy bav

Động cơ đốt trong được sử dụng cho máy bay thì tăng áp cho nó đóng một vai trò rất quan trọng vì mật độ của không khí giảm rất nhiều khi lăng độ cao Nếu ở độ cao 5km so với mặt đất khối lượng riêng cua không khí chí còn 60%, còn khi ở độ cao lOkm - chì còn 33% so với mặt dất Do vây, khi máy bay càng lên cao công suất sẽ giảm rất nhiều

Chiếc máy bay tãng áp xuất hiện đầu tiên vào nãm 1910 đạt được độ cao 5,2 km Trong thế chiến thứ nhất hàng loạt hãng đã chế tạo động cơ tăng áp dẫn động cơ khí dùng cho máy bay Động cơ xáng tăng áp bằng tuabin khí đẩu tiẻn dược hãng Rateau của Pháp chế tạo và thử nghiệm vào năm 1917 song chưa thê ứng dụng vào thực tế tại thời điểm đó được Trong lúc đó động cơ tăng áp bằng máy nén ly tâm dẫn động cơ khí qua hộp số nhiều cấp thậm chí là vố cấp được thiết kế tương đối hoàn hảo Tăng áp bằng tuabin khí cho động cơ xăng mãi đến chiến tranh thế giới lần thứ II mới được hoàn chỉnh

Động cơ máy bay 2 kỳ tăng áp bảng tuabin do hàng Junkers chế lạo được đưa vào bay thử vào năm 1939

11

1.1.4 Tảng áp bằng tuabin khí

Sự phát triển lăng áp được dẫn động bằng Uiabìn khí cho dộng cơ diesel gắn liền với sự

nghiệp của kỹ sư người Thuỵ Si Alfred Buchi Ngày 16/11/1905 Alfred Buchi có đảng kv phát

minh DRP số 20 4630 về một liên hợp máy bao gồm: một máy nén chiều trục nhiều tầng, một động cơ diesel và 1 tuabin hướng trục nhiều cấp, tất cả đều nối chung trên 1 trục (tảng áp bằng

TB khí dẫn động cơ giới) Không khí được máy nén hút từ môi trường và nén tới áp suất 3 -^ 4 kG/cm^١ khí xả sau khi ra khỏi động cơ ở áp suất khoảng 16 kG/cm" dược gian nở tiếp và sinh công trong tuabin

Với kết cấu này Alfred Buchi hy vọng là công tổn thất do giãn nở không hoàn toàn trong xilanh của động cơ sẽ được thu hổi trong tuabỉn Tuy vậy, điều hy vọng của Alfred Buchi bị tan

vỡ bởi 2 lý do: thứ nhất íà do công cho quá trình xả quá cao trong khi cồng sinh ra bởi tuabin lại

bị tiêu phí; thứ hai là do áp suất trên đường thải quá lớn nên làm cho lượng khí sót trong xilanh quá lớn dẫn đến giảm lượng khí nạp

Từ 1911 đến 1914 Alfred Buchi đã xây dựng thiết bị và thực hiện hàng loạt thí nghiệm ở hãng Sulzer tại Winterthur đẻ’ tìm ra các nhân tố khác nhau ảnh hưởng đến đặc tính của dộng cơ đốt trong được tăng áp ở các thí nghiệm này, Alfred Buchi đã bố trí dẫn động máy nén từ thiết

bị bên ngoài và khí xả của động cơ được đưa đến sinh cỏng trong tuabin ở đây các giá trị như

áp suất lăng áp, lượng khí tăng áp, nhiệt dộ được điều khiển dộc lập, lừ đó thấy rỏ ánh hường của chúng đến công suất và hiệu suất của dộng cơ Qua kết quả của thừ nghiệm trên Alfred Buchi đã đưa ra nhận định là để tạo điều kiện cho việc quét sạch buồng cháy, áp suất khí tăng áp phải lớn hơn áp suất khí xả vào tuabin và phải sử dụng góc trùng điệp xupáp của động cơ đốt trong hợplý

Với kết luận trên Alfred Buchi dã dãng ký phát minh tại Đức số 454107, song vì gập phải Chiến tranh thế giới lần thứ nhất nen mọi dự định của ông không dược thực hiện

Năm 1923, Bộ Giao thông Đức dã đưa 2 hợp đồng để đóng tàu vận lái khách, mỗi tàu được trang bị 2 động cơ 4 kỳ 10 xilanh theo mẫu của MAN Nhờ thực hiện lãng áp theo nguyên

lý của Buchi cho phép tăng còng suất lừ 1750 mã lực (ml) lên 2500 ml Một đặc điểm khác được thực hiện ở đây là trên ống xả có lắp bướm chuyển dòng để có thể không cho khí xả đi qua tuabin Vậy là động cơ có thể làm việc với tăng áp hoặc không tăng áp Đây là thành công đầu tiên về lãng áp bằng tuabin khí

Với dộng cơ Uìng áp ờ ti.ên, í\p ^ ا!؛ا chi thi ﺀأااأ dược Ị 1 kCì/cnv công suất lãng íên 40%, ا'sơỉìg kết ،juả lớn nl)٤١ 1ا؛ Iigudi la thu nhạn dược c أ؛ c kiến tliức cơ hiin về tang ap, dậc biệt la có thể điểu chinh tuabin tang ap.

Mặc dù kết ٩uả da d^t dược la I٠ất lớn song chng còn ٢ất nhiều kliO khãn١ dặc biệt là sự chênh lệch giữa áp suit lăng áp \'à áp suất trên dương xả líim cho lượng khi sót còn rctl lớn nhả't

la khi h؛ộu suất của tuabin khOng cao Tại Thuy Sĩ, ngày 30/11/1923, Btichi cho dang ký phát ininli số 122664 về một liệ thống tang ٤íp gọi la sOng áp suit đirợc biểu diễn ở hlnh 1.4 mà ngày nay gọi la tang ap bằng tuabin biến ap hay luabin xtnig

\V\w\ ١ \ ٠ 4.Ngu> ١ ên 1 ﻹ tang áp cho động co 4 k6 ,؛ xilauh ci'، a Bachi.

Nảm 1926 Buchi da thực hiện cac thi nghiệm về tang ííp theo phát minh trên ở nhà máy dẩu tàu hoả tạl Winterthur, Thuy Sĩ

Hệ thống tang tip này dược hang Baden thiơt kế và chế tgo bito gồm có 1 ttiabin hướng trục và 1 n٦áy nén ly tam 2 ca.p

cac ihí nghỉệti٦ irCn da thanh cOng một ctícli ri.rc rỡ١ cOng suit dộng cơ tăỉig lên 50% một cách đổ dàng và trong thời gian ngan có thể tang lên 100% Kết quả trẻn da dược ứng di.iitg ỏ hàng loạt hang sản xuất động cơ, OtO của 6٦hau Âu và trong quá trinh phat triến người ta càng làm cho ống xả khOng chi hep hơn ma còn ngắn hơn, do đó bộ tang áp lắp ngày càng gẩn dộng

cơ hơn

1.2 MỤC BÍCH CỦA TANG ÁP

Nhằm mục dích tang cOng suất clìo dộng cơ dốt trong người ta phai tim cách làng khối lượng nhiên liệu cháy ở một dơn vl dung tích xilanh trong một dơn vị thời gian, tức la tang khối lượns nhiệt phát ra trong một kliOtig gian và thời gian cho trước Troiíg nguyên ly dộng cơ da cho quan hệ giữa cOng suat có ích ١'à cac thOng sổ khác như satt:

13

Pi - khối lượng riêng của khí nạp mới;

Q h - nhiệt trị thấp của nhiên liệu;

M(J - lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị nhiên liệu;

n - số vòng quay của động cơ;

X - số kỳ của động cơ;

i - số xilanh của động cơ

Chúng ta biết rằng Qh١ M( phụ thuộc vào loại nhiên liệu nên thay đổi không nhiều Trong nghiên cứu và phát triển hiệu suất chi thị cũng như cơ giới luôn đạt cực đại, không thể đạt cao hơn được

Vậy muốn tãng công suất người ta phải tăng khối lượng nhiên liệu đốt cháy trong một đơn vị thời gian bằng cách thay đổi các thống số còn lại như sau:

Tãng số chu trình trong 1 đơn vị thời gian bàng cách tăng số vòng quay n của động cơ Hiện nay giới hạn số vòng quay lớn nhất của ĐCĐT ở khoảng 11.000 vg/ph đến 12.000 vg/ph١những giá trị vòng quay thích hợp nhất chi ở khoang 5000 vg/ph đến 7000 vg/ph Khi tâng sô' vòng quay của ĐCĐT sẽ gây khó khán cho việc thực hiện các quá trình, đặc biệt là quá trình cháy Tác hại hơn nữa là làm cho tốc độ trượt trung bình của piston tăng dẫn đến làm lang lổn thất ma sát, mài mòn các chi tiết của nó và lãng lực quán tính

Thay đổi số kỳ từ 4 kỳ thành 2 kỳ Nhờ tỷ số của kỳ sinh còng so với vòng quay của động cơ 2 kỳ gấp đôi của động cơ 4 kỳ nên có thể tăng nhiệt lượng giải phóng trong một đơn vị thời gian, song cho đến nay quá trình thay đổi khí của động cơ 2 kỳ chưa hoàn chỉnh nên sinh ra tổn thất lớn và ô nhiễm tăng Hiện nay dộng cơ 2 kỳ được sử dụng chủ yếu là động cơ diesel và động cơ xăng công suất nhỏ hoặc công suất rất lớn Tuy vậy, trong xu thế phát triển nhằm hoàn thiện quá trình quét thải, phun xăng trực tiếp động cơ 2 kỳ có tiềm năng phát triển lớn

٠ Táng dung tích công tác hoặc số xilanh i sẽ kéo theo kích thước, thể lích, trọng

٠ Tăng khối lượng khống khí nạp vào xilanh bằng cách tãng khối lượng riêng của không khí Muỗn vậy, phái tien hanh nén mòi chat nạp li ước khi dưa vào xilanh, tức là lăng áp suất cũa mói chất nạp Do khối lượng klìòng khí dược nạp vào xilanh tăng nên người ta có thể tăng them nhièn liệu để dốt cháy trong dung tích dó Như vậy, cho ta khả năng tãng lượng nhiệt phát ra trong dung tích cho trước Biện pháp làm tăng khối lượng riêng của mòi chất trước khi nạp vào động cơ bằng cách tăng áp suất của nó được gọi là TÀNG ÁP.

Mục đích cơ bản của tăng áp cho ĐCĐT là làm cho công suất ciìa nó tăng lên nhưng đồng thời tang áp cho phép cải thiện một số chí tiêu sau:

♦ Giảm thể tích loàn bộ cùa ĐCĐT ứng với 1 đơn vị cóng suất

♦ Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ dộng cơ ứng với 1 đơn vị công suất

♦ Giảm giá thành sản xuất ứng với 1 đơn vị công suất

♦ Hiệu suất của động cơ tăng, đặc biệt ơ tăng áp bằng TB khí và do đó suất tiêu hao nhiên liệu giảm

♦ Có thể làm giảm lượng khí thải dộc hại

♦ Giảm độ ồn của động cơ

Bảng 1.2 cho ví dụ so sánh giữa hai dộng cơ 4 kỳ tang áp và không tãng áp có cùng các thòng số kết cấu như hành trình piston s, dường kính xilanh D và tốc độ vòng quay n

BảìiịỊ 1.2 Bảng so sánh các thông so ctia động cơ 4 kỳ có tăng áp và không có táng áp

Còng suất ở n = 1500 vg/ph 1200ml (882 kW) 600ml (441 kW)

Trọng lượng trên 1 đơn vị công

suất (động cơ trần, khô)

công suất

3,25 dnrVml (4,42 dnrVkW) 6,51 dm Vml (8,85

dmVkW)Qua xem xét và so sánh những động cơ tăng áp và không tăng áp ở cùng 1 hãng sản xuất

ta rút ra những ưu việt-sau đây của động cơ tãng áp khi có cùng công suất

♦ Thể tích của động cơ nhò hơn

15

٠ Trọng iượng động cơ nhỏ hơn.

٠ Nếu díing tuabin khi tận dt.ing nang !tr(.)'ng khi xa dể dẫn dộng máy nén tang áp llìì hJệu suất của dộng cơ tang ap cao hơn hán

٠ Lượng nhiệt mất cho môi tiường !ànì mat it hơn, cơ câu !àm mat nhỏ hơn

٠ Giá thành của dộng cơ nhỏ hơn

٠ Tuabln dặt trên dường thải nẻn bản than nó !à bộ phận giảm àm tốt cho ĐCĐT

٠ Còng suất cùa dộng cơ tang ap bằng tuabln khi bl giảm ít hơn khi mặt độ (khcíi

!ượng riêng) khOng khi của mOl tiương giam

٠ Giảm lượng khi xả dộc hại

1.3 m l G HẠN CHẾ CỦA TẢNG ÁP

Hạn chế cơ bản của khả năng tảng áp cho dộng cơ dốt troitg là sự tang ứng suất cơ và ứng suất nhiệt dược thể hiện qua ap suất, nhiệt độ cíia chu trinh

1.3.1 Áp suất của chu trìuh

Về mật ly thuyết có thể xem quá trinh diễn ra trong tnay nén là đoạn nhiệt, Itìc này quajt

hệ giữa nhiệt độ và áp suâ't mOi trường với nhiệt độ và áp suất sau may nén sẽ là:

ﻢ ﻧ آ ]к~\

( 1 2 )Рі_Ѵ о / P l١ k 'T[ ١

ر

1(P ،P.) Vitrong dó:

ρ ١؛ Pj١ v؛ và Tj la ap suất, khối lượng riêng, tliổ tích và nhiệt độ sau máy nén;

Po, p((, v(( và T() là áp suat, khối lượng riẽng, thể tích và nhiệt độ của môi trường trước máy nén;

p ١ - áp suất và nhiệt độ của mối chất ti.onu xilanh ở cuối quá trình nén; n là chi số

nen da biến trung bình.;

E - tỷ số nén của dộng cơ;

p؛، T؛ - áp suất và nhiệt dộ cuối quá trình n،،p:

Báng 1.3 thế hiện một cách tống quát quan hệ trẽn

1.3 Nhiệt độ CC)j áp suất (kGỉcnr) và khối Ỉiỉợng riẽnp ịkphìi^) của khi táng áp và của niôi chất trong xilanh ỏ ciiổi quá trinh nén phụ thuộc vào áp suất tăng áp và tỷ số nén của động cư

Có thể biểu diễn quan hộ này bàng đồ thị trên hình 1.5١ trong đó: Pi ١Tj là áp suất vỉ nhiệt độ khí tăng áp; P^.١ T, là áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nén

Quan hệ giữa áp sLU.it CLIỐI qiiíí trìiìli ncn phụ thuộc vào tỷ số tang áp và tỷ số nén của

động cơ đirợc biểu d؛ễn trên hình 1.6

H inh Ι.6 Quan ìĩệ gitìa áp suat ciuíi qucí trinh nén vói tỷ soíàng áp νά tỷ số nén,

Sự tang áp suất CUỐI quá trinh nén do tang i؛p dản dẻ'n sự tăng cùa áp suât và nhiệt độ của

cả chu trinh cOng tác cùa động cơ Song tỷ lệ tang của chUng ở dộng cơ dốt cháy cưỡng bức khác với dộng cơ tự bốc cháy

Trong dộng cơ dốt chíiy cưỡng bức١ do qu؛'i trinh tạo hỗn hợp bên ngoài dộng cơ nên về mặt ly thuyết sự tang của mật độ hỗn líỢp cháy dẫn dê'n sự tang cíta ap suât chti trinh Tỷ lệ tăi١g

cuta áp suất ờ mọi điểm của chu trinh bàng nhau, cutng như tỷ số؛ P /,

Pi

(tỷ số giữa áp suất circdại của chut trinh với áp suiat chỉ thl trung binh) !uOn khOng dổi Thutc ra tỷ số tăng áp suat còn lớn hơn, vì ở dộng cơ tăng áp quá trinh quét dược thực hiện hoàn hảo hơn làm khi sót giảm, dẫn

'I roii؟ dộng cơ diesel, do tăng áp nliiệl dỏ và áp suất cuối quá trình nén lăng làm rút ngãn thời gian cháy tré T،, áp suất cực dại cua quá trinh cháy p ٠٠ tang và lãng kỉiỏiig cùng tỷ lệ ,,٦؛١VỚI sự lang cúa áp suất cuối nén Tuy vặy, tromỉ dông cơ diesel, người la có thế kết họ٠p việc tăng

tý số lang áp với việc giảm tỷ số nén của ĐCĐT đến mức chi bảo dàm khởi động lạnh Với

sự phối hợp như vậy ngoài việc cho phép giảm thời gian cháy trỗ T، còn làm cho khoảng cách giữa và p, là khổng đổi khi thay đổi tỷ số tảng áp Như vậy sự tăng áp suất chu trình có thể được bù trừ và giải quyết ổn ihoả

1J.2 Nhiệt độ cua chu trình

Tinh trạng chịu nhiệt trong động cơ tãng áp còn đáng lo ngại hơn Gíc nghiên cứu đã chí

ra rằng nếu áp suất chí thị trung binh tăng gấp đôi thì dòng nhiệt truyền qua thành vách (nhiệt lượng truyền cho dầu và nước làm mát) chí tảng khoảng 60% (hình 1.7a và 1.7b) Như vậy, nếu nhiệt độ khí xả khống đổi, 40% lượng nhiệt còn lại sẽ làm cho các chi tiết của động cơ nóng lên

Hình 1.7a Quơn hệ giữa việc táng công suất vói lượng nhiệt truyền cho nước làm mát và dầu.

19

Hình 1.7b Lượng nhiệt truyền qua đính piston phụ thuộc vào áp suất có ích p^ởcác nhiệt độ khác

nhau của đính piston.

Hình 1.8 Sự thay đổi nhiệt độ khí xả khi nhiệt độ khí nạp thay đổi

H'lnh 1.8 chi ra quan hệ giữa nhiẹt độ của khí xá ứng với nhiệt độ khí nạp khác nhai! khi

số vòng quay và cõng suất không thay dối

Qua các minh chứng trên cho thấy nhiệt lượng Iruyển cho niròc làm mát qua các chi tiết của động cơ tăng chậm hơn sự tăng công suất của dộng cơ tang áp Điều này dán tới nhiệt dộ các chi tiết của động cơ tăng Hậu quả này dược chứng minh ở hlnh 1.9 va 1.10 thông qua nhiệt độ của đinh piston và rãnh xécmăng khí thứ nhất

Nhiệt độ ở tàm dính piston động cơ 4 kỳ tăng áp Piston nhôm, D

= 200 -T 300mm Tốc đô trung bình piston là 5,5 m/s

Tỷ số nén

e

13.5 13.5 17,2

Chi số nén da áp suất cháy

n = 1500 vg/ph ١ T| = 20؛’c ١ Pi = 1; 1.5 và 2.2 kG/cm\ không iàm mát đính piston

/ ٠

Bẽn cạnh dó người ta còn phái ٩L!an lam (ا'!اdieu híện bay liai ctia nhiCn liệư tl'ang dộnũ

cơ tang ap vi kill áp suat tảng se làm gi،im khởỉig g؛ai٦ ν؛ιί !ý ':!ế b؛؛y Ịì(vị ПСЛ nhỉên l؛ệu khó-bay hơi hơn Qua Iflnh htnh thanh hồn hợp cha t!t)ng ca diescl tang hp Iiỏ nên plihrc lạp hơn Dể có thế có dược quá trinh hình thhnh hỗn 1κ;ρ tốt, ti.iơ dỉéu kiện tat nhat clio quá tilnh chhy ihí cần phhi tận dụng triệt dế xoay lốc thOng qua pha phối khi, kết c٤١'u dinh !liston

1.4 CÁC BIỆN PHAP KHẮC PHỤC HAN CHÊ KHI I HIIC HIỆN TANC, ^ P c h o

OCHT

1.4.1 Ngiiyèii tác c ٧ ’ biin

MuOn thực hiện tang áp cho DCDT người ta phhi lira chọn chc biện phhp để hgn chế các nhược điểm da dược phan tích ỏ trẻn Drong quh tidiili It.ra chọn phải dung hoà dtiợc 3 yếu to' sau dảy:

1 Nhằm dạt dược cOng suất cao người ta phiii t'im mọi biện phdp dế có gia trị Pk lớn hơn như có thể dược trong klii đó nhiệt do cha mai chat nạp vào dộng cơ chng tha.p càng tốt Bảng 1.3 cho ta gia ti؛ nliiẹi độ cha chu trinh trong khi xem qua trinh nén la doan nhíệt nhưng trong thtíc tế nhiệt dt) cha mai chilt ơ cuOí qua trinh nén còn lớn hơn do quá trinh sấy nOng cha mOi cliất

2٠ Phải lựa chọn tỷ số nén ع cha DCD^r mọt Cilcli h(.)p lý T١ỷ số nén họ٠p lý nhầm giảm

áp suat pا và nhiệt độ τ ا cuOi quá udnh iiCn chng nhtr nhiệt độ cha cliu trlnli trong klii phải dảm bho khởí dộng Ignh dộng ca

3 Nhiệt độ cuối qua trinh nén chi cđii dh ΐα'η dể bảo dhm tliOi gian chay trề hop lý١ mht khilc giữ cho nhiệt độ cíia chu tiiiili kliỏiig qua cao

Làm mát đỉnh piston.

Tăng khả năng truyền nhiệt ra bên ngoài cho các nguồn lạnh bằng cách tăng lưu lượng của nước làm mát Qua đó làm tăng hệ số truyền nhiệt và giữ cho nhiệt dộ nước làm mát thấp cũng như giữ ổn định chênh lệch nhiệt độ giữa thành vách và nước làm mát

Tổ chức xoáy lốc buồng cháy tốt để bảo đảm sự đồng nhất về nhiệt độ hình thành khí hỗn hợp và cháy tốt

Như đã giới thiệư ở chương ĩrước tất cả các biện pháp nhằm tãng áp suất cua khi nạp vào

tí ong xilanh ỏ cuối quá trinh nạp lúc xupáp nạp chưa dóng, qua dó làm tăng lượng khi nạp mới vào xilanh dược gọi là tăng áp và dược biểu diễn ởhình 2.1

HvuYvlA Cốc phương phốp tống áp.

ChUng ta sẽ xem xét một cách sơ lược tất cả các biện pháp tăng áp dược trinh bày ở hinh

2٠ 1 và một số loại tăng áp phối hợp cUng như tăng áp cao khác Phươitg pháp tầng áp tốc độ, loại hình sử dụng tốc độ của phương tiện vận tải dể nạp thêm khi nạp vào dộng cơ khOng dược trinh bày trong giáo trinh này

25

2.2 BIỆN PHÁP TẢNG ÁP NHỜ MÁY NÉN

Như đã nhiều lần đề cập ở động cơ đốt trong nếu môi chất trước khi nạp vào xilanh được nén đến một áp suất nào đó thì được gọi là ĐỘNG cơ TÀNG ÁP Nếu mổi chất dược nén nhờ máy nén được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thì tổ hợp ĐCĐT - MN được gọi là động cơ tãng

áp cơ khí (hoặc cơ giới) Nếu MN dược dẫn động nhờ tuabin (TB) tận dụng năng lượng của khí thải của ĐCĐT thì tổ hợp ĐCĐT - Tuabin - Máy nén (TB-MN) được gọi là động cơ tăng áp luabin khí

2.2.1 Tãng áp cơ khí

Các loại máy nén được sử dụng trong phương pháp tăng áp này có thể là máy nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt ly tâm hoặc quạt hướng trục được dẫn động từ trục khuỷu của ĐCĐT (hình 2.2)

H'inh 2.2 Sư đồ HỊỉuyén ỉý íáỉĩịỊ áp cơ khí:

1-động cơ đốt trong; 2-bánh răng tmyén động; 3-máy nén; 4-đường nạp; 5-thiết bị làm mát

Phương pháp dẫn động MN cũng rất phong phú, trong nhiểu trường hợp giữa MN và trục khuỷu của động cơ có bó trí ly hợp nhằm cho phép điều khiển phạm vi hoạt động của máy nén dẫn động cơ khí cho phù hợp \'ới các chế độ làm việc của ĐCĐT Trong tăng áp hỗn hợp có sự kết hợp giữa dẫn động cơ khí với dẫn động bằng TB khí xả thì MN dẫn động cơ khí chí làm việc

ở phạm vi số vòng quay và tải trọng nhỏ của ĐCĐT nhằm cải thiện đặc tính của động cơ tăng áp

mà thôi

Trong tâng áp dẫn động cơ khí thì công suất của ĐCĐT được xác định theo quan hệ sau:

N, = N٠ - N٠, - N,

Công suat có ích dược lấy ra lừ truc kỉuiýu ci'ỉa dộng cư có dược tír cOng suất chi thị

N, sau khi bi khầu irít di tưn thất cư giới ct’،a ba!i íhâỉi dộng Cữ N,n\ a cổng suất Nk 'dể dẫn động MN

Cớng st!ất dẫn dộng MN chi phụ thuộc \'ào sò' \'bng (!uay cha nó ١٧١٧ặy nê'u động cơ làm

١'iệc ة chế độ tải nhỏ th١ số phấn tran) còng suiil td!í tlia't cho ٧iÇc dảt) dộng MN tang lên làm gihm mgnlí hiệu sưa.t tổng cúa DCDT

Còtíg suit dản dộng MN tang nltiinh hơn tốc độ tan^ ilp stiâ't chỉ thị p؛ ١٧١٧ậy١ khi sử ilpng tăng áp dần dộng cơ khi lam cho hiệu sua't dộng cư giam khi áp sua't ia!)g áp tang Chinh ٧١

١’ậy phương phdp tang áp dẫn dộng cơ klií chi áp dpng ờ những mục dích cẩn thiết ٧à áp suất tầng ííp Pi 1١6 ة kG/cn)2 Nếu Pi lớn hơn 1,6 kG/cu)^ llh Nk sẽ lớn hơn 10% công suất có ích N

Chu trinh lý tưởng của dộng cơ tang ííp cơ klit' dược biểu diẻn trên hình 2.3

Cliu trinh ly tưởng dược biểu

điền bao gồm chtt trinh lý tưởng cùa

ĐCĐT - ờ dây la chu trìnl) hổn họ'p

ucz١zbn ٧à chu trinh ly tưởng cùa MN

I0n21 Cííc ٩ua trlnlì xảy ra trong xilanh

DCĐT da dược xem xét cự thế trong

giiío trinh nguyên ly dộng cơ đốt trong

Qua Irlnh nén trong MN dược biểu diễn

bàng dttờng nén đogn nhiệt On ở day

mOi chat dược nén từ ap sưât P(1 dến áp

suả.t Pi

Nếu gọi cOng của chu trinh

ĐCĐT la L،d ٧à cOng của dộng cơ liêu

hao cho n)áy nén la L٠n٠ thỉ cOng thu hồi

dược của toàn bộ thiết bị la Lki - L٠٠r

riu = Ti,j(l - 5„) (2.1)

Qi là nhiệl lượng cấp vào dộng cơ Quá trinh cấp nhiệt của chu trình cấp nhiệt hỗn hợp được chia thành hai giai đoạn: cấp nhiệt đẳng tích cz’ và cấp nhiệt đẳng áp z١z Quá trình nén và giãn nở là các quá trình đoạn nhiệt nên ta có:

L,J = ٣l،JQ , = [mc, (t„ - T,.)+ mc ٠(t, - T, )jn ,J

= m c 4 (T ,-T ,)+ k (T ,-T ,)]ri„

= m c١,T,e٠‘“'[(?t-l)+kẰ (p-l)]ri،jtrong đó:

mCp, mCy - nhiệt dung riêng kilomol đẳng áp và đẳng tích của môi chất.

Quá trình nén trong máy nén cũng được xem là đoạn nhiệt, vậy công để thực hiện quá

trình nén từ Po đến Pi sẽ được tính như sau:

١

-٠ ln

k - 1k

£ ) ﺢ ﻫ آ ح

11 'ا 1٢ ﻻ

c h

ﻵ 1

ﺀ ا ة 11 ة'ا ج 111 ا 1 ﻼﻓ'أ 8 ف

„ﻻ8ﺎﺟﺀﻻﻷ1ﻻﻷاا٩00ﺀﻷ)2.2(ذ٧)2.2(),2.1(اﻻﺀﻻblểﺔﻫﺀ،أﺀ٧هىﻷ

2.4 ا1

ا ﻷ 1 ة

diễn

١٧ ﺎﺟ 5 0 ى؟ﺀ 1 ( اا

ةﻷ ﻻ : 0

nhận xét

ة ﺀ 0 لﻵ

ا ﺔ ﻟ 0 لا،ي ﺀ

، ﻷ

،ﺎﻧﺀ 0

thể

ﺀ 10

<

(زأ!ﻷ

اﻷ،لا8

^اﻻ

00

لﺎﺟ0(اﺀﻻﻷ.ةﻻدﺀﻻ16

hiệ

،ﻞﻫذ٧ا.ل5اةاﺎﺟةاﻵ1ج8 ا

'ﺀةاﺎﺟ6ةﺀزﺀﺔﻟﺎﺟ

؛ﻻ11أﻻﻻ116ﻻااﺎﻋápةﻼﺟ1

00

اﺎﺟ16

<

ﺀتﻷ

ấ tﻻsﻻذ؛ﻻ) 2.1(اﻵﺀ

ﺀت ﻷ

ا ا ة ٩

؛ ﻻ ٤ ا 1

1

Iất chi

ا +

Áp s

áp.ﺔﻟاة1dộng 60 khôngاا

0ا61111(1

؛1ﻵ00ﻻة60tăllg áp dẫn

PιJ

' ١ 80 ﻻ

chậm hσ

ﻻ ة 0 ة

، ة ا ا ة

a

ا 0

p

ا1 ﺀ

ﺬ ﻟ ا ا 1

)

M N

'اﻷ 1 ( ل ة ﻻ ة

ất Pι

ة ﻻ

áp

ة ا ا ة 1 +

اﻷ ! ا 1 لا

tãng

لا 6 لااةذر

eho

ﻻ 6 ا ﻻ

ا ا

ﻻ ة 0 1

ﻻ ة 0 1

nh hσn

ﻷ

nh

ا ة ﻻ ة خﻻ 0

dẫn dộng máy

ﻻ ة 0 ى 1

ل اة ﻻ ة ة 1 6 1

ا , 1

60

ذ 0 ا لد'ﺀ 1

6 0 ﻷ 6

tăng áp

ا ا 1 ﻻ ﺀ،

xét

ﻻ ا د ﻻ 6 6 0

\'ة لاﺎﻛﻻا

N611

ا| 111

ا ا 6 ة

6 0 0

thị

اا؛

6 ﻻة'ا 8

áp

ة 1 6 1 ,

lăog

ذ

Pι

ا ة 0

áp

ة ا ا ة 1

raà

ا 6 8

áp

ة 0

ا ة 811 0 ة ٧

Ộ6 ﻻ

phụ th

؛ 61

ة ذ

6 0

ا ة ا 11

ﺞ ﻟا 1

6 6 6 1 ة

0 0

آ ا 6 16 '

tăog

ا ﻻ 1

yếu phụ thuộc vào tốc độ động cơ١ do đó cOng tổn thít cơ g؛ớl của ĐCĐT (không kể díỉn dộag MN) gần nhu khOng dổi Vì thế lang áp dần dộng cơ khi duợc йр dụng chi có lợl kh؛ sir g ؛؛nn cíia

Ли nhO hơn sự tăng của hiệu siiàt cơ glớإ Лт làm cho liíệu siiâ't tổng - hiệu suiit có ích л^ tảng

Những kê't luận trên dược rút ra tỉr việc nghiên ctru cho một loat chu Irlnh cụ thể cua ĐCĐT là chit trinh hỗn hợp song kết лиа vẫn dilng với chu trinh dẳng áp cung nhu đảng tích

2.2.2 Dộng cơ tăng áp bằng ТВ khi

Tăng áp bằng ТВ khi là phuơng án tăng áp dìing ТВ làm việc nhờ nảng luơng khi xả của DCDT dể dẫn dộng MN Khi xả của DCDT cO áp suất và nhiệt độ rất cao nên nhiệt năng của nó tuơng dối lớn Muốn khi thải sinh cOng nó phải đuợc giăn nở trong một thiết bإ để tạo ra cOng cơ học Nếu dể nó giăn nơ trong xilanh cùa DCĐT ihì dung tícli của xilanh sẽ rất lớn, làm cho kích ihuớc của DCDT quá lớn١ nặng nề Điểu này mặc dù làm tảng hiệu suất nhiệt nhung tinh hiệu quả duợc đánh giá bằng giá tri áp suất trung binh sẽ rất nhỏ Dể tận dụng tốt nãng luợng khi xu, nguơi ta cho nó giãn nơ dến áp suất mOi truờng và sinh cOng trong cánh của ТВ Thirc tê' da chứng minh duợc rằng khi xả của DCĐT ơ tất cả mọi chế độ sử dụng tiong thirc tế bảo diim đuợc các diều kiện sau:

Năng luợng dU cao dể có thể sir dung một phần cho gỉẫn nở trong ТВ và sinh cOng

cơ khi

Nhiệt độ khOng quá cao nên có thể tránh duợc việc hu hOng các chi tiè't của ТВ

ТВ khi có thể dẫn dộng MN ly lâm hoặc chiều trục mà khOng tạo ra sức cản quá lớn trên duờng xả của DCDT Trong động cơ diesel, khoảng 35 40 ب% nảng luựng của nhiên liệu phiít ra bi mil do theo klií xa ra bẻn ngoài Trong khi dó ngtrơi ta có the tận dụng một phẩn ctia nguồn nang luợng này vl rằng:

+ Nếu giả thiết chu trinh xảy ra trong ĐCĐT là chu trinh Cacno ihl một phán cUa nguồn nang luợng khi xả (khoảng một níra) duợc thải ra cho môi Irirơng xung quanh Nếu coi nầng luợng do khi thải mang ra khỏ؛ dộng cơ chiếm 40% tổng nàng lirợng do nhiên liệtt phát ra thi phẩn nầng lirợng thải ra môi Iruờng là 20%

+ Khoảng một phần tu (10%) nguồn nảng luợng do khi thải mang di bị mầ.t mát do ma sát, tiết luu vì khOng thể' thii khi ra ngoài với áp suấ't và nhiệt độ của mOi truờng

Nhu vậy, còn có thể tận dụng dirợc khoiing 10% năng luợng của nhiên liệu phát ra chtra trong khi xả Nguời ta thầ'y rằng trong tất cả cổc lĩnh vực sU dụng khác nhau cíia DCĐT, phụ

thuộc vào tỷ số tảng áp Pi/p(i ١ nảng luợng thirc tê' cầiì thiê't đê nén mói chất пар chi nằn٦ trong

khoang I 3,5 ب% số năng lượng do nhiên liệu pháỉ ra Như vậy, dOng năng lượng khi xả sau khi

ti ừ di mọi lổn thất như tiết lưu, ma sá t thì số cOn lại vẫn dù dể cung cấp cho 'việc nén kl^í nạp - thi.tc hiện việc lảng áp cho ĐCĐT

ThOng thường người ta sử dụng ТВ và MN lắp trên címg một trục có số vOng quay 15.000 60.000 ب vg/ph nhưng trong một số trường hợp có thể dạt tới 270.000 280.000 ب vg/ph (tlùng cho dộng cơ tang áp lắp trên xe mồtỏ với ТВ, MN có dường kinh 34mm hoặc cho dộng co' diesel cỡ nhỏ lắp trên xe du ljch) hoặc cao hơn

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

Theo hướng của dòng chảy dược phân ra ТВ hướng kinh hoặc hướng trục

Theo nguyCn ly sử dụng nang lượng của dòng khi xả vào ТВ có thể chia ra ТВ biến

áp, ТВ dẳng áp, ТВ bảo toàn xung

ТВ biê'n áp hay còn gọi là ТВ xung là ТВ có áp suất khi vào thay dổi, còn ТВ dẳng áp là

٣1B có áp suất klií vào khOng thay dổi

ở ТВ biến áp khi thải sau khi ra khOi dộng cơ dược dẫn trt.rc tiếp tới ТВ bằng các dường ống có dung tích nhỏ tận dụng dộng năng của khi xả dể sinh cOng

31

Ngược lại trong TB đảng áp, khi thái ciìa ĐCĐT dược thải vào một binh có diiiig tích tương dối lớn١ ở đó nó dược ian nờ dẻ'n một áp siiiít nhả.t dinh nhưng khOng sinh cOng, sau dó dược dưa vào TB, ở dây nó dược giãn nở tiê'p \'à sinh cOng.

Nhằm hiểu rO bản chất và đánh giá dược ưu nhược điểm cùa phương pháp tang áp cho dộng cơ dốt trong bằng TB biê.n áp và dẳng áp, cẩn xem xét diễn biến của các chu trĩnlt lý tưởng xảy ra trong ĐCĐT và TB-MN khi coi chdng nằm trong một thể thống nhất, tức là xem giữa

ĐCĐT và cụm TB-MN có liCn hệ cơ khi.

1 Chu trìiili lý tưởng của động cơ tung úp bả اا gTB l)iếỉ\ áp

Chu trinh ly tương cùa loại dộng cơ này dược biểu diễn ỏ hỉnh 2.5 Trong đó, phẩn ncz١zbn là phần chu trinh xảy ra trong xilanlt DCDT và phẩn bfonb xẩy ra trong TB ở dây, bf là quá irỉnh giãn nở đoạn nhiệt của khi thải trong cánh TB, of - nhả nhiệt dẳng áp của TB còn lon21 là quá trinh nén trong MN

Giả thiết cOng giãn nỏ cùa khi xả dược thtt hồi toàn bộ trong TB Các quá trinh trong chu trinh này bao gồm:

fo - quá trinh thải nhiệt dẳng áp؛

on - quá trinh nén đoạn nhiệt trong MN؛

nc - quẩ trinh nén đoạn nhiệt trong xilanh DCDT؛

cz١ - quá trinh cấp nhiệt dẳng tích Q i١;

zz١ - quá trlidì câ'p nhiệt đảng áp Qi١١ ؛

zb - giãn nở đoạn nhiệt trong xilanh ĐCĐT;

bf - giãn nở đoạn nhiệt trong cánh TB

Ta đưa vào các ký hiệu sau:

١ﻢﺛ

ى (

T ,= T „^ L = T ،٠p 'v à T ,٠: | v

0 ح (ا

٧

nen T : T1 n k-l

'ح

So sánh (2.5) và (2.6) ta có:

k-lp' ٠ pλε^'

> 7ل ا ٠ ]k-ì

p e ,٠£( p

٠ p " = p١

(2.6)

P' = pẰkThay p ١ vào phương trinh (2.4) ta có:

pẦsk-iT،=T„

١ ,1 ﻢﻧk-l pλkε,١ε

0

(2.7)

T ,= Tا n kا T p^.k

1-gk

"

؛-'

λ k εThay các gإá trị nhĩệt độ vào phương trinh (2.4) ta có:

ااﺎﻌﺗا

k T „ p ^ - T ٠,

-:vào (2.8) ta có ا

Đẻ đánh giá tính hiệu quả cùa chu trình thl cần phải xác định áp suất trung bình cùa chu

m c, eĩ^p„[(>i-l)+kx(p-l)]

mR e٠>.'،p-l

Rmc

(2.13)

(2.14)

Công thức (2.14) cho phép xác định áp suất chỉ thị trung bình ứng với thể tích tổng cộng bao gồm thể tích của TB١ MN và thể tích công tác của ĐCĐT Để đánh giá tính hiệu quả của ĐCĐT cần phải xác định áp suất trung bình ứng với dung tích xilanh của ĐCĐT V„ - V،., tức là:

35

I 1 Ѵ - Ѵ Ѵ -Ѵ

ل'ا ا 'تﻶﻟ

٠ :ﻞﺛ_ﻝ.

٠ ﻝ:ﻼﻟ_ﻵ

ع _ ا : ؛

اا ٧

ا ا ﺬ ﺗ ٧

ا

V

l l i a y g lit t r ị p١ ứ c ô n g 2 7 ) أ!اا'1ا) \ 'à o ( 2 ! 6 ) ta c ó :

ذ , - ا ٤ _ ر ذ د ٧

,

-٧ ﻊﺗ:ا ٧

II l

'l l ì a y ( 2 1 7 ) \ 'à u i á tr ị Pu ờ ( 2 1ﻲﻟ ٠\'í \0 ( 2 1 ٠) ta đ ir ợ c

ا

kي-ﺖﻟ

،اا،غ

،أا'>'لﻵ) ،

'"

ل'

٠7 16ا 1lang iip clat dẽìiأ

'ذ

؛ا

^ігопіг thirc le loại lang áp nàv clií elio pliep áp

ااذا1لا

Ί uy

aiaiii

ذ1١1

1

\ uu.íng chu động C(Î uìng dp

أ 1

Irlrh nén dogn nhiệi 11'ong MN

Hiệu sud'1 lOng cha cụm gồm ĐCĐ'I١ \'à TB٠٨'ÍN Id:

Qll-

=اا.ا١Hiệu suat ciiaĐCĐT là:

Q:

Q

(2,23)

ااا= أ ١٦

Q

vậy Qi = 0 ل

1-11.,Hiệu suâ't cha ciim ΤΒ-ΜΝ la:

η,„ = ا - ( ا - 4ا)(ا -٩ ﻻ)Hiệu suà't nhiệt cha cliu trình hỗn hợp cha ĐCĐT Id:

- ٦ ا

(2.27)

37

1 \ \ 1 ا ( ا ٠ C h u Irlnh 1 ﻹ tuong cua đòng cư tang áp b à n g T B đ ảng ốp.

Ta có Qn = mCp(T| - T؛.) là nhiệt lượng thải của rB Q2 = mCj١(T٠١ - Tr) là nhiệt lượng thải cùa DCDT cũng chinh là nhiệt lượng cấp cho TB

Lập các qttan hệ nhíệt tíộ:

.عا؛اا

T i Tلا١ I ()t ٠N ١ ĩ : 1 '

١ا٧كvV,·//

Lập các quan hệ áp suit:

()

pí - p ؛

pr -

١

, p

Ta có p٠١=p٠/ V , ١H

V

và Pr =P| ﻢﺛ ٧ ١ ب

:.ر ٧ ا

trên có thể thực hiện qua việc bíểu

díển chu trinh cùa hai cụm thiê't bị

trên cUng một dồ thl T-S như trên

htnh 2.7 Trong dó, chu trinh của

dộng cơ tăng áp bằng ТВ biê'n áp

dược biểu diễn bởi dường cong

oncz١zbfo còn tăng áp bằng ТВ dẳng

d p -0ncz’zb،^rf١0

Qua dồ th؛ ta thấy hiệu suit

nhiệt và áp suất ТВ của dộng cơ tang

VVvvvYv 1.1 ٠ C h u Irìn h 1 ﻻ lu ồ n g c iia dộng cu lUng áp Т В k h i

dưp ٠ c biểu diễn trẻn dồ th i 'Г-S.

39

áp bằng TB biến áp cao hơn động cơ tăng ÌÍp bằng TB đẳng áp Sở di nhn vậy vì chtí tĩình !١'

tưởng trong hệ TB biến áp diì lợi dụng dược dỏní níing của dOng khi thải.

Trong lịch sử phát triển của tait؟ ilp cho dộng cơ tồn tại nhiềư biện pháp kết nổi giữذا ĐCĐT và cụm TB-MN١ chdng ta sẽ lẩn lượt xcm xét c٤ic phương phtlp kết nối dO

2.2.2.1 Tttiig áp b ằ n g T B kh؛ Uén hệ cơ khi

Troitg phương án này trtjc TB, ĐCĐ٢l٦ \'à MN dược nối liền nhan ITtnh (2.8) giới thiệii kết cấư và sơ dồ ngưyên lý của phương án này

IJinh 2.8 Kết cấu và sơ đồ nguyên ỉý ctía táng áp TB

COng xả của khi xả DCDT tăng lên ٩uá cao,

Khi sót troitg xilanh rất lốn làm clto lượỉtg khi mới nạp vào xilanh giảm

Do các nguyên nhan trên mà phương tin này kltOng dược tổn tai trong thtrc te'.