Giáo trình Tăng áp động cơ đốt trong: Phần 2

Phần 2 cuốn giáo trình Tăng áp động cơ đốt trong cung cấp cho người học các kiến thức: Tăng ấp cho động cơ 2 kỳ, ứng dụng của tăng áp trong thực tiễn, một số hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

(^JiniO'lKf 6

6.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM C ơ BẢN KHI TẢNG ÁP CHO ĐỘN(Í c ơ 2 KV

Những ihành lựu dà đạt được trong thực hiện tâng áp cho dộng cơ 4 kỳ bàng 'ĨB khí dã kích thích nhiều nhà nghiên cứu, sản xuất động cơ mong muốn đưa vào áp dụn٥ cho động cơ 2

kỳ Để làm được điều dó chúng ta cần phải quan tám đến các dặc điếm sau dây của loại dộng cơ này:

1 Động cơ 2 kỳ muốn thực hiện được quá trình trao đổi khí cđn phái tạo ra sự chênh áp giữa cửa quét và cửa xả nhằm tạo ra quá trình quét, tức là dùng khí mới để đáy sân vật cháy ra khỏi xilanh Để tạo ra sự chênh áp này buộc phải

cc3 thiết bị nén khí mới, tức là phái có MN Vì

vậy, có thế đưa ra một suy nghĩ đơn gián ràng:

sự tăng công suất của động cơ bang tăng áp chi

đơn giản là làm lăng áp suất khí nạp mới và cấp

thêm nhiên liệu mà khỏng cần thay đổi kết cấu

a cơ

2 Sự hiện diện của MN được dẫn động

bởi động cơ (MN dản động cơ khí) có the gây

nên hiệu quả không tốt đối với dộng cơ 2 kỳ

Trong dộng cơ 4 kỳ, ở quá trình nạp xilanh gần

như đã dược thải sạch sản vật cháy và ở quá trình

nén, trong xilanh được chứa đẩy khí nạp mới,

trong khi trong động cơ 2 kỳ khí mới đi vào

xi lanh trong luc xilanh đang đầy sản vật cháy và

ngay ở thời gian đầu cùa hành trình nén, hành

trình nạp và xả vẫn tiếp diễn, do đó phải mất mát

khá nhiều khí nạp mới cho các quá trình đó Sẽ

là sai lầm nếu nghĩ rằng tăng áp suất khí nạp

mới để cải thiện quá trình quét và nạp Nếu tăng

Hình 6.1 So sánh kích thước C ỉ i a somi xiỉanh

và thản máy của dộng cơ 2 kỳ quét thấng táng

áp và không táng áp:

D = JOSnini; s = I27mm: n = ỈSOO - 2000 \g/pỈL

135

áp suai khi mới, Ĩgoà؛ việc làm tảug cOng lổu thấl clio việc dẫu dộug MN còu làm lãiíg chu^'ếu dộng rối của dòng khi ٩uéi và có thể lầm quá trinh quét xâ.Li di Tóm lại trong đỌng cơ 2 kỳ không thế chạy theo ١.'iệc tang ẩp suất tăng áp nhằm tang liĩợng khl mới còn lại tron^ xílanli cV dầu quá trinh nén.

3 Do có tổn thất khi nén cho quá trinh qudt mà lượng khi nén dược nạp vào xilanh cho mỗi dơn vị cOng suất ở dộng cơ 2 kỳ cần phải lớn hơn nhiều so với động cơ 4 kỳ

4 ở động cơ 2 kỳ khi tốc độ dộng cơ tăng, thời gian mở cửa quét giảm١ vì vạy dể hảo dảm lượng khi cho quá trinh quét cẩn phải tang áp suât khi tang áp (nhằm tăng lốc dọ dOng khi) NêU MN dược dẫn dộng cơ khi tít dộng cơ thi yêu cẩu trên mặc nhiên dược th.oả man nhờ quan

hệ luyến tinh giữa tốc độ dộng cơ và tốc độ MN Tất nhiên khi tốc độ MN tang thi cOng suit tiêu thụ cho MN cUng tảng theo Nhờ dó sự thích ứng của dộng cơ và MN luOn dược dảm bào Đẽ có dược quá irlnh thải và nạp tốt ỏ động cơ 2 kỳ thl phải có tiết diện lưu thOng của cửa nạp rộng và chênh áp trước và sau xilanh là nhO nhất (hình 6.1)

5 ứng suât nhiệt trong dộng cơ 2 kỳ vốn da rất lớn (nàng lượng giải phOng trong một dơn vị thể tích trong một dơn vl thơi gian lớn) cho nên khOng thể tlm cách giảm Itru lượng khi quét cho một đơn vị cOng suất nhằm giảm cOng suâ't tiêu thụ cho MN hoặc tang nhiệt độ khi xả vào ТВ Trong thực tế١ nhiệt độ khi xả vào ТВ ở dộng cơ 2 kỳ thấp hơn nhiều so với dộng cơ 4

kỳ

6 Năng lượng khi xả có thể sử dụng ở cửa vào cùa ТВ nhỏ khOng phải chỉ (lo nhiệt độ khi xả thấp mà tlo phải giữ cho áp suât dtl thấp ít nhat la trong quá trinh quét dể đảm bảo clìo quá trinh quét tốt

7 Trong thời gian mờ cửa quét, piston dlch chuyển với tốc độ rất chậm cOng da'y khi xả khOng có hoặc rất thấp

6.2 NGUYÊN LÝ THỤC HIỆN

Những dặc điểm trên cho thấy k.hả nàng tãng cOng suất cho động cơ 2 kỳ bằng tang áp lợi dụng năng lượng khi xả là việc làm cực kỳ khó khãn١ phức tạp cẩn phải dược ihi.tc hiện rât thận trọng, tỷ mí dặc biệt ة tải trọng cục bộ song thi.rc tế khả năng này khOng lớn lắm Trong khi thực hiện cẩn phải chU ý dến cơ cấu quét thải nhtr kích thước, hình dạng١ vị tri của lỗ quét thải١ ví dụ như ةhlnh 6.1

Người ta da cố gắng rất nhiều dể thực hiện quá trinh tàng áp cho dộng cơ 2 kỳ chi' bằng 1

làm việc Khó khản duy nh،it là ờ chế độ khdi dt)ng Mặc dđii có nhiéu khó khãn rất lớn song cho

dên n؛iy hiện pháp làng áp tiLn ا1ة ílưíĩc thL.rc hiệi) trên dộ!ìg CO' ٩uéi thẳng - dộng co 2 ky sù dpng xuphp thai hoặc dộng co piston đố! dínli \'à sau dó là dổi với một số dộng co ٩uét vOng

l١uy nhiẽ!i١ tinh hiệu quá cha viyc tang áp cho dộng co 2 kỳ quét thẳng và quét vOng rất khác nhau

a)

Ỉíliỉh 6.2 s<y (ỉồ íiịiiiỴẻn ỉý hổtrítănỵ áp cho đônp CO'2 kỳ:

a) phưtíng án lap song sons: b) pliươ!tg an láp nối tiếp cliuyể!! dOng:

1 -trLic dẫn dộng tìr dộng co: 2-lọc khi cha MN thể tlch dản dộng co klií: 3-ΜΝ dẫn dộng co khi:

4-ly hợp: 5-Tìỳ 6-^lN dản dộng bOi rfB; 7-Bì!ìh dura khi tang áp.

^lặt khác giá thành của bộ tang ỉ'ip pht.1 thuộc vào khối 1 trọng khi mà nó cung cấp, vì thê' nên gia tliàith của bộ tang áp díing cho dộng co 2 kỳ lớn hon so với dộng co 4 kỳ Ngoàí ra, khi

sổ vOng quay cíing cao, ty sO tang ap chng lớn thi cOng để dăn dộng MN chng lớn Vì vậy tang

ap cho dỌng co 2 kỳ chi nen phd biến ỏ dộng co có tốc độ chíim va cOng suất lớn

137

Đê ihực hiện quá trinh quét thải và lăng áp cho dộng co 2 kỳ người lit thường sử dụng 2

MN, một MN dẫn dộng bởi 1٦B và MN còn !ﻦ ﻤ ﻠﻧ dược dản dộng co khi Các biện pháp này dưọc sử dụnơ rất phổ biến vì nó cho phép dộng co khởi dộng và làm việc ỏ chế độ tiii trọng nhỏ cLia dộng

cơ cũng như quá trinh gia tốc tốt

Sau đây sẽ xem xét một sổ phương pháp kết nối hệ thOng tăng áp clio dộng cơ 2 kỳ (hlnh

6 2 ).

1 Bhương pháp lắp song soitg bộ tăng áp TB-MN với một bộ tảng áp dẫn dộng cơ khi (hinh 6.2al Nếu hai cụm cùng cung cấp klií till kha năng tâng dtrợc lượng khi nạp là rả't lớn, điểu này cho phép tâng khả nảng tăng cò!ig suất cùa dộng cơ

2 Phương pliilp lắp nối liếp bộ tảng áp TB-MN xơi một bộ tảng áp dẫn dộng cơ khi (lilnli 6.2b) kPnih thtlc này lắp ghép ttĩơng dối phức tạp nhưng kliả năng gia tốc cqm

1١B và dộng cơ ỉà r٤I'l lớn

Trong cả hai trường hợp trèn١ MN cơ khi thương dược dẫn dộng từ dộng cơ thOng qua ly hợp thuỷ Itrc nên có lliể pliOi hợp dOng ngắt sự dẫn dộng của MN một cách phù hợp với chế độ làm việc của dộng cơ

ở chế độ tii nliO và sổ vOng quay nhỏ nảng lượng khi xả còn tihO khOng đủ dể dẫn động

MN nạp khi vào dộng cơ١ lúc này phải sử dụng MN dẫn dộng cơ khi Khi năng lượiig khi xả dã

dU lớn١ ly hợp clio phép lách MN dẫn động cơ khi lUc này MN dẫn dộng cơ khi khOiig làm việc, toàn bộ lượng khi cung cấp cho dộng cơ dều do MN của cụm TB-MN Pliươỉig phap lắp song song trên hlnli 6.2a trong thực tế kliOng dược sử dụng vì khi cắt MN dản dộng cơ giới thi sẽ gầy inh hương dến quá irình quét thải cùa dộng cơ

lllnh 6.3 clio lhả'y ảnh litrờng của tảng áp và phương án kẻ'l nối các cụm MN dẻ'n các chỉ tiêu cOng tác của dộng cơ 2 kỳ Trên dó thể hiện các dặc tinh tương ứng với 3 cách ghép nối khác nliau Phtrong án clii có MN dẫn dộng cơ khi chỉ bảo dảm cho dộng cơ 2 kỳ hoạt dộng dược mà thoi, khả năng táng cOng suất khOng cao, tiêu hao nhiCn liệu lớn và cliU yếu phục vụ clio việc khỏi dộng dộng cơ và quét thải khi

Phương án tang áp có sử dụng TB-MN lắp song song (hình 6.2a) có các chỉ tiẽu kém hơn

so với plitrong án lảp nối tiếp có thtrc hiện chuyển dOng (hlnh 6.2b)

íTnih 6.4a giới thiệu kết cấu của dộng cơ 2 kỳ, D x s = 150 x 200 mm bố tri một MN thể tícli dân dộng cơ kill sau bọ tang áp TB-MN và hlnh 6.4b giới thiệu các kết quả thu dược ة dộng

cơ này Các chi tiẻu dạt dược khi dộng cơ 20 xilanh có cOng suất có ích 1470 kW ỏ số vOng

H itih 6.3 A n h ỉĩiid n Ịĩ Ciia các phưonỊỉ án bố tri M N dến cỏ ìĩg siiat V'á suất tie ii hao

nhiên liệu ة động co.2 kv ٠

139

\ Ѵ \ и\л (٠ д ٠ л ٠ Mạt cắt ugaixg cita , động ca ' 2 kÿ ١ chicV 20 xilanh tang ap tà n g M N the tich ا ة ا ا ٤

động ca k h i đạt sail hạ táng ά ρ Τ Β . Μ Ν D x S : 150 X 200 nini .

TB-MN và MN thể tích dẫn động cơ khí:

chỉ có MN thế tích dẫn động cơ khí

Hinh 6.4b giới thiệu đặc tính của động cơ này khi làm việc với hai dạng lắp đặt thiết bị tăng áp khác nhau: hoặc là hai bộ tãng áp TB-MN và quạt root được lắp nối tiếp với nhau và đổng thời cùng làm việc hoặc chỉ có máy nén cơ khí (quạt root) làm việc Qua dó cho thấy tính

ưu việt khi lợi dụng nãng lượng khí xả để tăng áp cho động cơ ngay că cho động cơ 2 kỳ Bên

141

canh đó nếu sử dụng ؛hẽnì ^IN dan dộng cư khi' ihì sة cho phép quá U٠'n)h gla lốc động cơ lOi hơn.

Hìnlì 6.5 gĩới ĩhlệu kê't chu 0ااإا dộng cơ 2 kỳ quét thảng qua xupap duọ'c tang áp bàng ΤΒ-ΜΝ, song cụn٦ ΤΒ-ΜΝ có ! جاا؛ hệ cơ khi [&[ litic k!iu؛ u động cơ qua nìột ly hợp nhàm dam

bảo dẫn dộng cơ khi cho ciim 'I١B-^1N klii kliOi dộng \’à khi năng lượng khi xá thâ'p Hình 6.6

giớí thiệu dặc tinh làm cíệc cha dộng cơ nhy

Hình 6.6 Đặc tính của động cư 9 xilanh ở hình 6.5.

Kích thước của bộ TB-MN phụ thuộc vào lượng khí cung cấp cho động cơ, do đó phụ thuộc vào phương pháp quét thải của động cơ 2 kỳ Động cơ quét ngang yêu cầu lượng không khí phải cung cấp cho một đơn vị công suất lớn hơn nhiều so với động cơ có cơ cấu quét thảng.Vì vậy việc phối hợp bộ TB-MN cho tăng áp trong động cơ quét ngang gặp nhiều khó khăn, trở ngại hơn Mọi sự cố gắng trong việc thực hiện tăng áp cho động cơ 2 kỳ đều tập trung

143

nhằm giảm đến mức tối đa lượng khí SÓI để bảo dam quét sạch buồng cháy và tăng hiệu suất tổng của cụm TB.MN Động cơ cỊLiét ngang và quét vòng dòi hói lượng khí quét lớn hơn động cơ quét thẳng nên thực hiện lăng áp chi bằng cụm d'B-MN khó khăn hơn.

Khi cửa xả mở (điểm 1) khí tiếp tục giãn nở theo quy luật gần với dạng đường hyperboi

ap suất và nhiệt độ trong xilanh giám đột ngột, năng íượng giãn nở của khí xả trong động co 2

kỳ nhỏ hơn động cơ 4 kỳ vì ở động cơ 4 kỳ, trong SUÓI íìanh trình xả piston đẩy khí xả ra khỏi

xilanh

Cống giãn nở được truyền cho TB từ khi mở cửa xả đến khi mở cửa quét được biểu diễn bằng hiệu số của các diện tích sau 15741 - 15631 Diện tích 15631 là nãng lượng mà khí xả truyền cho piston trong quá trình dịch chuyển xuống phía dưới

Trong suốt thời gian quét lừ khi bắt đầu mở cửa quét (điểm 3), trên đường biểu diễn áp

suất trong xilanh, TB nhận được một khối lượng khí bằng khối lượng khí mới được đưa vào, áp suất và nhiệt độ của khí mới trước cửa quét là Pi và T| Nhiệt độ T٤ khi điều kiện môi trường đã

cho Pn và T(J phụ thuộc vào P j , hiệu suất cụm TB-MN và tất nhiên là phụ thuộc vào biện pháp

làm mát khí tăng áp Điểm 13 là điểm đặc trưng của Pi và Tj Công cần phải cung cấp để nén khí tãng áp từ P( đến P j cho thể tích khí mới cần thiết của quá trình quét và nạp đầy được biểu diễn bằng diện tích 12.13.14.5.12

Sau cửa xả áp suất khí là Py Nhiệt độ của khí cháy khi ra cửa xả là Tị, được biểu diễn

bгing điểm 8', tuy nhiên vì có hoà trộn với khí quét (khí mới) nên nhiệt độ giảm đến điểm 8"

Muốn bảo đảm cho quá trình quét tốt, áp suất khí quét Pi phải lớn hơn áp suất trên đường

xả Pv Đế bảo đảm được điều kiện trên, ở tăng áp bằng TB-MN phải cố gắng giảm công liêu thụ

của MN 12.13.14.5.12, vậy lổn thất áp suất của khí tãng áp phải càng nhỏ càng lốt đồng thời

phái giảm đến mức thấp nhất áp suất ở cửa xả của TB (càng gần với Po càng tốt) nhằm sử dụng

tối đa năng lượng giãn nở cùa khí xả

Phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, tức phạm vi sử dụng, phụ thuộc vào việc lựa chọn phương pháp tăng áp (có hay không có MN dẫn động cơ khO sự hiệu chỉnh động cơ sẽ đem lại lựa chọn hài hoà giữa công suất và suất tiêu hao nhiên liệu (xem đặc tính trên các hình 6.3; 6.4b và 6.6), sự lựa chọn áp suất quét hình 6.7

Sự lựa chọn hài hoà giữa diện tích và chiều cao các cửa quét và thải được thể hiện trên các hình 6.9; 6.10; 6.11 và 6.12

Nếu dùng TB đẳng áp dẫn động MN để tãng áp cho động cơ 2 kỳ thì năng lượng áp suất

ở dầu thời kỳ xả sẽ không được tận dụng Kích thước của ống góp cần phải làm cho áp suất giảm

đủ nhanh để không gây ảnh hưởng hay phá hoaị quá trình thải của xilanh tiếp theo Vì khí xả đi vào bình chứa có áp suất thấp nên không tránh khỏi sự mất mát động năng và nhiệt Trạng thái

khi đi vào ТВ đirợc biểu d؛ễn bằng điểm 8 Diện tích 8.8'.9'.9.8 bJểu thị số tượng nãng lượng thải dược thu hồi trở lụi.

Năng lượng khi xả có thể tận dụng dược khi vào ТВ là 8.8'.9.9'٠8 + 10.11.8'٠9.10 = 8.9.11.10.8

d / d ٠

130 (%)

d()-dường k in h tlê't d iệ n x u p á p ; d -d ư ờ n g k in h ố n g xả;

P i- c ồ n g su ấ t c ủ a Т В ; P()-nầng lu ợ n g tại c ử a xả.

Dể tận dụng năng lượng khi xả người ta sử dụng ТВ xung, muốn vậy phải gíảm thời gian

c h phép dể khi xả có thể điền dầy thể tích dường xả từ dộng cơ dến ТВ Vì vậy phải giảm kích thước ống xả càng nhỏ càng tốt, tuy nhiên dường kinh ống xả chỉ dược giảm dến khi mà tổn thất

ma sát của dòng chảy nhỏ hơn nâng lượng thải có thể d ư ^ thu hồi ITinh 6.8 cho thấy giới h n nhỏ nhất của dường kinh ống xả có thể đưọc sử dụng Trong ТВ xung, nàng lượng thải dược tận dụng là 1.10.8'.! Vậy năng litçmg có thể thu hồi là 1.9'.11.10.1

6.4 THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH QUÉT THẢI TRONG »ỘNG c o 2 KỲ TẲNG ÁP

Phụ thuộc vào cách bố tri các cửa thải và cửa quét người ta chia quá trinh thay dổi khi ở dộng cơ 2 kỳ thành 3 loại sau:

- Dộng cơ 2 kỳ quét ngang

- Động cơ 2 kỳ ٩اﺎﺧﺀ١'òng.

- Động cơ 2 kỳ quét thẳng

Tuy luôn có sự bàn cãi song có thể nói rằng quá trinh thay đổi khi trong dộng cơ 2 kỳ sử dụng phtíơng pháp quét thẳng gồm có cửa nạp١ xupap xả hoặc cíta nạp và cửa xả ở dộng cơ dối dinh ià hoan thiện nhất ٧iệc nghiên cứu hoàn thiện quá trinh quét khi của dộng cơ 2 kỳ là việc làm vò cùỉig phức tap cOng phu và rất tốn kém

Việc nghiên cứu phối hợp cụm TB-MN cho dộng cơ 4 kỳ dã khó khàn phức tạp ihì trong dộng cơ 2 kỳ như dã trinh bày ở 6.1 càng khó khản, phức tạp hơn Hlnh 6.9 nói lên một phẩn phức tạp dó

Hlnh 6.9 Á p suất trong xilanh và trước T B Ở n : 350 vglph của động cơ 9 xilanh hỉnh 6.5 vói 2 dạng

ống dần k M c nhan:

áp suất trong xilanh;

áp suất trước TB;

dường nhạt - có ống nạp nguyên thuỷ؛

dường dậm - ổng nạp dã cải tiê'n

؛

áp suit quét

147

Dộng cơ dã dược sản Xuất hàng loạt song nhờ cải liến hệ thống dùng ống dẫn khi xả \'à quét nên bảo dảm quá trinh thay dổi khi tốt hơn Sau cải tiến áp suất trong xilanh nhỏ hơn giá trị

mà áp suất khi dạt dược, ffinh 6.9 và 6.10 càng cho thấy rO vai trò quan trọng của hệ thống ống nạp, xả trong dộng cơ 2 kỳ

№nh 6.10 mô tả vai trò quan trọng của góc phối khi - góc dOng mở cửa quét và cửa xả ảnh hưởng dến tiêu hao nh؛ên liệu của dộng cơ 2 kỳ

Một nhan tố hết sức quan trọng nữa trong quá trinh quét thải của dộng cơ là tiết diện lưu ihOng của cửa quét và cửa thải Sau khi cải tiến tang tiết diện cửa quét và thải (hinh 6.11a) các thOng số của quá trinh quét thải dược cải thiện dáng kể (hình 6.1 Ib) DOng chảy lim thOng tốt hơn, cOng tiêu thụ cho MN ít hơn và tỷ số quét thấp hơn

Độ tang tiêu hao

nh إ ên liệu, g/mỉ.h

I: Do công nén cUa bítm quét II: I + thay dổi tiêu hao chi thị do thay đổi độ dài gỉăn n، ١ , cUa khi sứt trong xilanh

6

-Vi trt' góc quay khi bắt dầu quét

Hlnh 6.10 Ảnh hưởng của góc phối khíđến tiêu hao nhiên liệu của động cơtăng áp hằng ТВ đẳng áp,

P i = 1,65 kGlcmi; Ртах = 60 kGỊcnị2,

ffinh 6 12 clio thấy diện tích và thời gian quét thải phụ thuộc vào hệ thống tăng áp dược

sử dụng Vai trò của tang áp - ТВ dẳng áp hay ТВ biến áp và việc lựa.chọn áp suất tang áp dược thể hiện qua hình 6.12 và 6.13 Hình 6.13 cho thấy ảnh hưởng của hệ thống tang áp bằng ТВ dẳng áp, tiêu hao nhiên liệu cUng như chu trinh cOng tác trong xilanh ffinh 6.13 còn cho thấy khi áp suất tang áp tang, lượng khi tiêu thụ gỉảm và áp suất chu trinh tang, tiêu thụ nhiên l؛ệu

Đcr Vị írí trục khuỷu

Hình 6.11a Động cơ quét thẳng, D x s = 108 X 127 mm, tăng áp đẳng áp.

Việc lựa chọn cơ cấu tăng áp cho động cơ 2 kỳ phụ thuộc vào việc có hay không có sử dụng MN dẫn động cơ khí và phạm vi hoạt động của nó Đó cũng là sự dung hoà giữa tính hiệu quả và tính kinh tế, tức là giữa công suất và suất tiêu hao nhiên liệu, là sự dung hoà giữa áp suất quét P j , hình dạng hình học, kích thước của cơ cấu quét thải và phụ thuộc và kỹ thuật sử dụng năng lượng khí xả - loại TB

149

си mới

Hình 6.11b Các ch itieu về q u étở đ ộ n g cơcó dạng phôi k h i ở hình 6.11α.

P i / P (

Hình 6.13 Ảnh hưởng của ấp sụất quét ịkGỊcm^) ở tăng áp bằng TB đẳng áp.

(ỉltỉtOiiíi 7

ỨXfi 1)ỊJN« CỦA TĂN« Ál YKOAH؛ T llự c TII.ỈN

7.1 CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN TÍNH NẢNG GIA T ố c CỦA ĐỘNG c ơ TẢNG ÁP BẰNG TB.MN

7.1.1 Đạc tính gia tốc của động cơ tầng áp bàng TB-MN

Hình 7.1 và 7.2 biểu diễn bằng sơ đồ sự chênh lệch tải trọng của ĐCĐT trong đặc tính lưu lượng, áp suất của TB

Hình 7.1 Sơ đồ hiểu diễn các trường hợp gia tốc ìj / /

Hình 7.2 Sơ đổ biểu diẻn các trường hợp gia tốc IU

153

trong đó:

n-r - số vòng quay của TB-MN;

n và n؛ là số vòng quay thấp nhất và cao nhất của ĐCĐT;

điểm A - trạng thái làm việc không tải có số vòng quay động cơ nhỏ nhất;

điểm c - trạng thái làm việc không tải có số vòng quay động cơ lớn nhất;

điểm B - trạng thái làm việc toàn tải có số vòng quay nhỏ nhất và mômen lớn nhất;

điểm D - trạng thái làm việc toàn tải có số vòng quay động cơ và mômen lớn nhất

Quá trình gia tốc của động cơ được xét ở 3 trường hợp sau:

Trường hợp gia tốc I, từ c đến D: ứng với trạng thái làm việc từ không tải đến toàn tải (có số vòng quay không đổi nhưng mômen thay đổi từ nhỏ đến giá trị lớn nhất) Từ A đến B١ số vòng quay của ĐCĐT không đổi ở trạng thái không tải nhỏ, mômen thay đổi từ nhỏ đến lớn Từ

c đến D là trường hợp của cụm máy phát điện, ứng với số vòng quay không đổi nhưng mômen thay đổi (xem hình 3.40)

Trường hợp gia tốc II, từ B đến D: ứng với trạng thái làm việc có mômen cao nhất và số vòng quay của động cơ thay đổi từ nhỏ nhất đến lớn nhất, hay nói cách khác đây là sự tăng số vòng quay ở chế độ mômen cực đại ở đây, ngoài mục đích tăng áp suất tăng áp còn có thể tăng sô' vòng quay, không những số vòng quay của cụm TB-MN mà cả liên hợp các chi tiết chuyển động của động cơ cũng như máy công tác Vì vậy, trong trường hợp này TB-MN làm việc không rơi vào vùng nguy hiểm

Trường hợp gia tốc III, từ sô' vòng quay không tải thấp tới trạng thái mômen và sô' vòng quay lớn nhất: trường hợp này đòi hỏi sự thay đổi rất lớn sô' vòng quay của cụm TB-MN, phù hợp với quá trình xảy ra đối với động cơ lắp trên các thiết bị vận tải đường bộ và đường thuỷ (ôtô, tàu thuỷ, )

Xem xét ví dụ về quá trình gia tốc của động cơ diesel dẫn động máy phát điện được biểu diễn ở hình 7.3 qua các thông số: cường độ dòng điện, sô' vòng quay động cơ, sô' vòng quay 7'B tăng áp và áp suất khí xả ta thấy: sau khi đóng cầu dao, cường độ dòng điện tăng lên một cách tức thì, thậm chí có thể đạt được giá trị lớn hơn giá trị lớn nhất một ít Sự chênh lệch công suất giữa giá trị cần có và giá trị mà động cơ phát ra ở giai đoạn gia tốc ban đầu này được khối lượng của các chi tiết vận động quay bù đắp lại Số vòng quay động cơ tới chế độ không tải ban đầu giảm đi khoảng 40 vg/ph, áp suất khí xả trung bình và sô' vòng quay của cụm TB-MN tăng sau một khoảng thời gian ngắn, khoảng 0,3 s Tuy nhiên, số vòng quay của cụm TB-MN vẫn chưa đạt được giá trị mong muốn khi động cơ ở tải trọng này Còn sô' vòng quay của động cơ bắt đầu

phát ra so với momen yên cấu của cụm phát diện Sau khoảng 3 s dộng co dạt dược số vOng quay làm việc còn cụm thl mất 6 s.

\V \ẳ 1 3 Biến thiên cường độ dòng đ iệ n -l ١ số vồng quay cụinĩB M N n ٠ r ١ dp sudt trung htnh trong dường ống x d - p \ V à sổ' vOng quay dộng co n khi gia tốc dộng co tdng dp dản dộng ٠ náy phdt điên.

Qua nghiên cứu ta thấy tinh nàng gia tốc của dộng cơ tảng áp còn phụ thuộc vào mức độ tdng áp١ tức là phụ thuộc vào tỷ số tăng áp pj/pt) Ví dụ một dộng cơ tầng áp có áp suất có ích Pe

ở toàn tải là 9 bar, khi khOng tảng áp p^ chỉ dạt giá trị 6١5 bar, như vậy hiệu suất tảng áp là 38% Nếu châ'p nhận cho dộng cơ làm việc có khOi đen thi cOng suất cùa dộng cơ khOng tang áp có thể đạt 7,9 bar Khi gia tốc dộng cơ tầng áp thanh răng của bơm cao áp dược dẩy di hết hành trinh (cttng cấp hoàn toàn), tốc độ của cụm ΤΒ-ΜΝ trước khi gia tốc còn khá thấp Quá trinh gia tốc diễn ra lừ trạng thái ban dầu cho dến khi dạt dược giá trị áp suất có ích p^ = 7.9 bar xảy ra như đổi với dộng cơ khOng tang áp do dó dộng cơ làm việc an toàn Từ dó cho dến khi dạt giá tri toàn lải, áp suất có ích chỉ cẩn phải tăng thêm một lượng bằng 9,0 - 7,9 = 1,1 bar, vl vậy sự gia tt")'c cùa dộng cơ và cụm ΤΒ-ΜΝ xảy ra nhanh

Trong thực tế, thanh rãng bơm cao áp dược chỉnh dể có lượng phun lớn hơn lượng phun bảo dảm cho p^ dạt dược 9,0 bar cho nên quá trinh gia tốc xẩy ra còn nhanh hơn (phẩn mOmen

dư thừa lớn hơn) Như vậy, trong quá trinh gia tốc của dộng cơ này, áp suất có ích có thể dạt dến khoảng 10 bar với bộ ΤΒ-ΜΝ có quán tinh nhỏ, tất nhiên phải chấp nhận khi xả có khOi den trong thời gian ngắn, nê'u khOng thi phải chấp nhận tinh nảng gia tốc tồi hơn, ví dụ, lượng nhiên liệu cung câ'p phụ thuộc vào áp suất tang áp hoặc lượng phun dược diều khiển bằng chương trinh

155

cho trước, nếu chọn giá trị p, chênh lệch giữa tăng áp và không tăng áp càng lớn thì quá trình gia tốc càng phức tạp và lượng nhiên liệu phun chênh lệch càng lớn.

Để đánh giá khả năng gia tốc của cụm TB-MN người ta đưa vào định nghĩa về chỉ số giatốc G

٦؟ k٣lMN٣lTB 0١sMN )b

trong đó:

Ij - mômen quán tính của MN;

cOh - tốc độ góc của điểm xem xét;

m - lưu lượng khối lượng của MN;

٣1mn .H tb " hiệu suất của MN và TB;

(h sMN )b “ ^^1 X

X“ 1

؛١

- công đoạn nhiệt của MN

Nếu G càng lớn١ khả năng gia tốc của cụm TB-MN càng lớn Khả năng này phụ thuộc rất lớn vào cấu tạo đặc điểm của cụm TB-MN, đặc biệt là bánh công tác của TB và MN Hình 7.4

sẽ ưình bày cụ thể sự phụ thuộc của chỉ số gia tốc G vào kết cấu của bánh công tác

Hình 7.4 Hệ số gia tốc G phụ thuộc vào bánh công tác có cấu tạo khác nhau,

1: tuabin hướng trục, ổ đặt ngoài; bánh MN làm bằng thép; 2: TB hướng trục, ổ đặt trong; bánh công tác MN làm bằng hợp kim nhẹ; 3: TB hướng kính, ổ đặt trong; bánh công tác

MN làm bằng hợp kim nhẹ

Hìiih 7.4 c h thấy mOmen quán tinh của rOto không thích ứng với nguyên lý đồng dạng

vì chiều dàv cùa bánh 'và' cha cánh' khOhg tỷ'lệ vớ؛ dường kinh

Từ những ví dụ và phân tích ờ trên cho thấy khả năng gia tốc cíia cụm TB-MN và của ĐCĐT phụ thuộc rất nhiều vào mục dích sử dụng thể hiện ở các cách gia tốc khác nhau, vào cường độ tà,ng áp Pi/P(| và kết cấu cùa cụm TB-MN

7.1.2 Đặc tínli mOmen của động cơ tăng áp bằng TB-M N

Như dâ phân tích ở mục 3.4, với những dộng co làm việc ở số vOng quay khOng dổi như máy phát diện (xem 3.5.3) hoặc dộng co làm việc với dặc tinh chân vịt sự phối hợp giữa TB-

MN và DCĐT luOn bảo dảm có sự làm việc an toàn và chắc chắn (xem 3.4.2), tức là dặc tinh mOmen của dộng co phát ra bảo dảm tương thích với dặc tinh lưu lượng - áp suất của cụm TB-

MN Tuy vây, trong nhiều trường hợp dOi hỏi phải có mOmen lớn ở số vOng quay nhỏ ví dụ như dối với xe Otô hoặc thiê't bị động lực của tàu thuỷ có nhiều dộng cơ (xảy ra khi có 1 hoặc 2 dộng

cơ bị ngímg hoạt động và động cơ còn lại phải duy tri dược hoạt dộng của tàu) Trong những trường hợp như vậy, dể bảo dảm sự tương thích giữa 2 dặc tinh phải có các biện pháp dể cải thiện dặc tírth mOmen của dộng cơ tâng áp bằng TB-MN, cụ thể là thực hiện các biện pháp sau:

1 Sử dụng lăng áp xung thay vì dUng tăng áp bằng TB đẳng áp nhưng cấn chú ý sắp xếp

và bố tri d ư n g thải hợp ly và đảm bảo tíết diện đương thải nhỏ, chiều dài ngắn (dung tích của ống xả nhỏ)

2 p'hối hợp dặc tinh cùa cụm TB-MN để dạt dược hiệu suất của MN, qMN và hiệu suất của TB, ^TB tối im khi dộng cơ làm việc ở chế độ số vOng quay thấp Khi dộng cơ làm việc ة số vOng quay cực dại ứng với lint lượng khOng khi lớn nhất thi TB và MN có hiệu suất thấp, vl vậy kliOng thể xẩy ra trương hợp liru lư ơ g khi tăng mà áp suất tầng áp tăng Biện pháp phối hợp này còn gắn liền với việc giảm lượng nhiên liệu phun khi số vOng quay tăng và như vậy, khOng thể tận dụng áp su it tăng áp dể dạt dược áp suất tăng ẩp cao nhất có thể

3 Xả bớt khi xả trước TB hoặc xả bớt khi tăng áp sau M.N ở số vOng quay động cơ cao Diều này sẽ hạn chế dược khả năng số vOng quay cùa cụm TB-MN vượt quá giới hạn cho phép

Về phương diện nhiệt động học, biện pháp xả khi xả tốt hơn là xả khi tăng áp sau MN nhirng kết cấu phức tạp hơn c ả hai biện pháp này dều gây ảnh hưởng xấu dến hiệu suất cùa TB, MN

Cắc biện pháp 1 và 2 dược kết hợp với việc điểu chỉnh lưu lư ơ g phun dáp ứng dược yêu cẩu tăng rnOmen khi số vOng quay giảm nhimg người ta buộc phải từ bỏ vì hai biện pháp này gây

ra khả nâng giảm cOng su it lớn nhất

157

7.1.3 Các biện pháp đặc bỉệt để cảl thíện tinh nâng gia tó'c và dạc tinh mOmen của d<Jng cư tăng áp bàng ΤΒ-ΜΝ

Phẩn này g؛ớl thiệu tất cả các biện pháp nhằm cải thiện tinh nàng gia tốc và dặc tinh mOmen cùa dộng cơ t,ăng áp bằng ΤΒ-ΜΝ mà khOng phân tích tinh năng hoàn thiện của nó ví dụ như độ phức tạp hoặc khả năng ứng dụng

1 Diều chỉnh ở ТВ, MN

a DỊch chuyển cánh dẫ'n ờ MN

b Thay đổi hinh dáng hình học của ТВ: thay dổi cánh dẫn và những bộ phận khác gây ảnh hương dến tiết diện dOng chảy vào cánh ТВ

c Xả bớt khi xả hoặc khi tăng áp

2 Chuyển hướng khi xả của nhiều ống dẫn khi xả vào một vOi phun lioặc vào một ТВ trong trường hợp sử dụng 2 hay nhiều bộ ΤΒ-ΜΝ

3 Chuyển từ tăng áp bằng áp suất khOng dổi (sử dụng ТВ dẳng áp) ở chế độ tải lớn sang lăng áp xung ở chế độ tải bộ phận

4 Sử dụng thêm một MN dược dẫn dộng từ dộng co hoặc từ bên ngoài

a MN phụ dược lắp nối tiếp phía trước hoặc phía sau cụm ΤΒ-ΜΝ

b MN phụ dược lắp song song với cụm ΤΒ-ΜΝ dể cung cấp thêm cho dộng co một dOng khi mới song song với dOng khi do cụm ΤΒ-ΜΝ cung cấp Biện pháp cung cấp khi này dược thực hiện như sau:

+) Qua vòi phun vào ống dẫn khi nạp;

+) Qua vòi phun vào bánh công tác của MN;

+) Qua vòi phun vào ống khuếch tán của MN

c Sử dụng thêm một MN dẫn dộng co khi lắp song song với cụm ΤΒ-ΜΝ

d Thổi khi tăng áp có hoặc khOng dược sấy nóng từ bộ tản nhiệt vào ТВ hoặc sir dụng một bưổng dot trước khi dưd khi xả vào ТВ.

6 Dưa thêm khi mới từ binh chứa có áp suất cao vào dộng co theo các cách sau:

a Vào ống dẫn khi tăng áp

b Vào ống nạp của cụm ΤΒ-ΜΝ có van 1 chiềư

c Vào một trong những ống dẫn khi xả hoặc vào một vòi phun riêng biệt

d Trực tiếp vào xilanh qua van diềư chinh

Cííc biện pháp này thường dUng clto các yêu cẩu dặc biệt như: khoảng thOi gian tirong dối lớn hoặc trạng thái làm việc thường xuyên thay dổi, tuy nhiên cần phải chú ý tới các tổn thất

mà biện pháp này có thể gặp phải

7 Tăng áp kết hợp giữa ΤΒ-ΜΝ và dao dộng cộng hưởng

8 Thay dổi thOi gian phối khi trong quá trinh làm việc

ffinh 7.1 và 7.2 ỏ trên thể hiện các phirong thiíc thay dổi chế độ làm việc của DCDT trong dồ thỊ dặc tinh lưu lượng - áp sưất của ΤΒ-ΜΝ song chưa phân tích dặc tinh của các trường hợp gia tốc cũng như chua dề cập dến các yêu cầu về thời gian sử dụng, ở dây cần phân loại và

có một số đánh giá thực tế hon ChUng ta có thể phân ra ba trường họp sau:

Sự trợ giUp gia tốc chủ yếu dể xuít phát (ôtô từ

là cẩn tang tải nhanh (thay dổi mOmen cùa dộng co từ chế độ khOng tải dến chế độ

sử dụng trong một khoảng thOi gian nhanh nhất)

Sự hồ trọ gia tốc một khoảng ngắn, có thể x^

bổ tri lại nhỏ

Sự hổ trọ gia tốc luôn dưẹtc sẵn sàng với khoả

tri ١'à chi phi lớn

Trường họp I Hồ trợ gia tốc chủ yếu dể xuất phát

Dể thoả mãn trường họp gia tốc I, người ta có thể sử dụng các biện pháp dưa thêm khi vào khi tang áp Theo phuong pháp này, khi có thể dược thổi 1 lần hoặc thổi liên tục dể phụ trợ cho tang áp Biện pháp này dưọc sử dụng khác nhau cho dộng co 2 kỳ và dộng co 4 kỳ do dặc tíirh lưu lưọng - áp suất của cụm ΤΒ-ΜΝ khác nhau, ffinh 7.5 biểu diễn dặc tinh cùa dộng co 2

kỳ dưọc tăng áp bằng Т В - І , còn dặc tinh trên hlnh 7.6 là của dộng co 4 kỳ ứng với các số vOng quay của dộng co la П), nj, n.1

159

Ïïvu\v1.s Đặc tinh thuỵ lục сйа MN và đặc tinh tlCn thn hh ة ng hhl сйп động cơ 2 kÿ trẻn đố thị p-V ٠

Ïï\u\v1.6 Đặc tinh hơ ١ n сйп MN và đặc tinh tlèn thn khống khl củữ động cơ 4 k ٥ trén đồ thị p-V.

Trên hình 7.5 và 7.6 đoạn a biểu diễn liai !uợng khi cung cấp bỏl cụm TB-MN và đoạn b

là cha khi php dược iliêm vho Bj ادا điếm làm việc ة đặc íính lưu lưọng áp suâ't íãng áp thấp và B٦ - íip ۶ ١ذ٧ة tăng áp cao A| \'à 1ذ chc điếm gia định phụ thuộc vào 2 dlểm trên và do có thể nằm ة vùi^g giới htin bơn٦ của MN nên kliOng thể íàm việc dược

Có thể tliily rằng, ở dộng co 2 kỳ khi làm việc với chế độ tăng áp cao, dể tránh làm việc ở gi،5i hạn bom cần thèm một lượng khi lirong ứng với đoạn b^ song song với lượng khi dược cung cap bỏi cttm TB-MN Khi tỷ số tang áp giảm dấn, khoảng cách giữa dường giới hạn bom và dường dặc (tinh dộng co cũng giảm dần, vậy nếu giữ nguyên lượng khi thêm này dến một lUc nào

dó (ứng với một tỷ sO tang áp nào dó) sẽ dẩy TB-MN vào vUng bom (Bj؛ Aj với b|)

Với dộng co 4 kỳ lại có xu hướng ngược lại, ở tỷ số tang áp thấp có thể dưa vào một lưc;ng khi phụ ttrong dối lớn b| song nếu tàng tỷ số lăng áp ngay ỏ số vOng quay trung binh vẫn

có thể xẩy ra nguy hiểm clio CIUIÌ TB-MN vì xuất hiện chế độ bom VI những nguyên nhàn này

ma 0 dộng co 4 kỳ có thể díing biện pháp dưa thêm khi từ một binh chứa trực tiếp vào ống dẫn khi lảng áp (biện pháp 6.a) Ngưọc lại ờ dộíĩg co 2 kỳ việc dưa thêm khi ít bị hạn chế vì ít khi xuất hiện hiện tượng bom

Phirong phdp này có lọi thê' la có khi mới ngay dể sử dụng trong xilanh dộng co cho quá trinh cháy Việc phun tăng nhiên liệu dược thực hiện dồng ihOi với sự phun khi mà không gây ra khOi do thiê'u không khi COng suất cíia TB rất lớn so với các phirong pháp khác vl chỉ một lượng khOttg khi dược nén bOí MN, do dó quá trinh gia tốc TB-MN nhanh hon Chinh vì vậy phirong phdp này có thể str dụng với kết quả lốt ngay cả ở những dộng co có áp suất có ích lớn

Độ lớn của binh chứa phu thuộc vào cOng suất của dộng co và áp suất khi trong binh chứa١ độ lớn của MN dể tích khi cho binh chứa Ngoài cOng suất hay kíc-h thước của dộng co chtlng còn phụ thuộc vào tần số sử dụng gia tốc

Phirong pháp theo nguyên ly 6.b rất phức tạp vì cẩn phải có một lượng khi lớn với van một chiểu ở trẻn dường nạp của MN nên nó chỉ dược sử dụng cho một số dộng co 2 kỳ Phưong plidp 6.C có tác dụng không lớn vl lượng khi dưa vào khOng dược sử dụng trực tiếp cho quá trinh chdy mà nó chi n.hằm nâng cao cồng suất của TB dể tang 1 trọng khi mới di vào dộng co

Phirong pháp 6.d dược sừ dụng cho dộng co diesel dẫn dộng máy phát diện nhằm nâng cao linh náng sử dụng cùa dộng co khi có xung tải Khi từ một binh chứa dtrợc dira vào qua van khOi dộng (trong dộng co khOi dộng bằng MN khi) Tất nhiên, dể dạt dược hiệu.quả tối tru phải

có co cấu diều khiển khác với co cấu khOi dộng Với nguyên lý này có thể thu nhận xung tải dạt 95% cOng suất định mức khi số vOng quay khOng bị giảm quá 7% số vOng quay định mức Tuy

vậy, cần phảإ chú ý dến việc giảm chi ph؛ sự tiêu hao khi nén không nhỏ vì vậy cần phải chú ý dến kích thước binh chứa vầ tần số gia tốc.

Trường hựp II Trợ giúp g؛a tốc có ch؛ phi tưưng đố؛ nhỏ, thờ؛ gian sử dụng tuỳ ý

Nhfeg sự trợ giUp này phải chú y trước tiên dến biện pháp có tác dụng diều chỉnh trong

ТВ, MN dược trinh bày trong mục 1, sau dó là các biện pháp chuyển hướng khi xả dược trinh bày trong mục 2 và 3 cùa phần 7.1.3

Tác dụng chù yếu cùa thay dổi hướng cắnh ở MN là làm dịch chuyển dặc tinh của cụm

ТВ, MN và do vậy có tác dụng rất lớn trong việc diều chỉnh giới hạn bơm cùa MN Việc tảng áp suất tang áp ở một điểm làm việc dã cho của ĐCĐT chỉ có thể xẩy ra nếu như sự dịch chuyển điểm làm việc sẽ dưa dến một điểm làm việc mới dảm bảo dạt dược hiệu suất ΤΒ-ΜΝ cao hơn Thực ra việc dإch chuyển dểm làm việc có tác dụng dịch chuyển giới hạn bơm là chủ yếu

KhOng khi vào

WÀu\v1 ٠ l ٠ M ặt cát của с ш п Т В -Μ Ν có cơ cdu thay đổi cánh dẫn ÔTB:

l-khoang chứa dầu; 2-lõi thấm dầu; 3-Ổ bi; 4-cánh mẩy nén; 5-thành sau MN; 6-dòn bẩy vòi phun của ТВ;

7-kẹp; 8-thành sau ТВ; 9-vòi phun ТВ; 10-cánh ТВ; 11-ổ bi; 12-VỎ ТВ; 13-νό MN.

Sự ^híiy dổi cánlì dán CLÌa ТВ hoặc những biện pháp khác làm ٤hay dổi t؛ết diện chảy vào qua sir giam nhỏ Iiếì diện nen th ٤؛ m chi ỞTaỉ nhỏ ỉưư lưựng khi giản٦١ sinh ra a٠p snấí chẽnh áp lớn, diều này làm rang cOng suất ТВ cũng như 1ذﺬﻟاأذﺎﺘﺗ số vòng quay ТВ và áp suất tàng áp Còn

ơ clie' độ tải lớn, tiết diện lưu thOng lớn, lưu lượng khi lớn, sức cản trên dười١g xả nhỏ, dản tới cOng suât cùa ТВ tảng và làm cho áp suất tảng áp lãng Phương pháp diều chinh này có tác dụng lớn nhưng cấu tạo phức tạp hơn so với trười^g hợp diều chình ở MN

Biện pháp dlch chuyển cánh dẫn (tức là làm thay dổi phương của dOng chảy cũng như tiết diện cíia vOi phtin) dược quan tâm từ rất sớm (vào những nãm 1962, 1963) song nó dirợc áp dụng cho ТВ tãng áp trong xe tảí vào dầu những nãm 1980 ITinh 7.7 cho ví dụ về thay dổi cánh dẫn cùa Ί'Β Dặc điểm câ'u tạo của cụm ΤΒ-ΜΝ này là ТВ và MN nằm cạnh nhau về cùng một phía so với các ổ dỡ

№nh 7.8 giới thiệu ТВ có cánh dẫn thay dổi ở dây, các cánh dẫn dược lắp lên chốt có thể quay dược, đầu kia cùa cánh dẫn dược tỳ lên bánh rãng cưa Cánh dẫn tỳ vào bánh răng cưa nhờ có dộng nảng của dOng khi Khi quay bánh răng theo chiều mũi tên sẽ làm cho tiết diện của dOng hẹp lại Cơ cấu này có số lượng chi tiết íl vì vậy dơn giản hơn và cQng có thể rẻ hơn so với phirơng plỉáp dẫn dộng rieng cho timg cánh

١ V\ ٢ ủ \1 Ẳ ٠ M ạt cát с й а Т В có cánh dẫn thaỵ đổi nhờ hdnh rang cưa.

Klii thực hiện giải pháp này có gặp một số khó khan, trước tiên la cánh dẫn phải lắp ghép

có khe hở trong ống dẫn dể tránh hiện tượng kẹt, nhưng ة vl tri dóng, dOng chảy sẽ bị rối loạn do

rò ri qua khe hở Do hiện tượng này mà hiệu suất của ТВ cQng như áp suất tang áp cũng giảm so ١’ớì loại cánh dẫn cố định khi có cUng tiết diện lưu thOng Vì nhược điểm này mà người ta di dến

163

kết câ'ii !àm hẹp dOng chảy vào №nh 7.9 giới thiệu một số nguyên ly của ТВ thay dổi hinh diíng hlnh liọc bằng cách Jàm hẹp dOng chảy vào này.

ïïmVvl.9 M ột số ví dụ về két edit thay dổi hìah dạng hình học сй а Т В

Biện pháp thay dổi cánh dẫn huO g cQng dược áp dụng trong ТВ hirO g trục cỡ lớn

Dổi với dộng cơ ôtồ tăng áp bằng ΤΒ-ΜΝ, thOng thương người ta sừ dụng biện pháp diều

chinh xả bớt khi tăng áp hoặc khi xả (biện pháp 3.C) vl biện pháp này có chi phi nhỏ nhimg dạt dược hiệu suất cao ffinh 7.10 giới thiệu nguyên ly và kết cấu của van xả khi này.

Hình 7.10 Kết cấu van xả k h i thải có đường làm mát.

Biện pháp này nếu sử

dụng áp suất tăng áp để điều

chinh xả bớt khí xả là có lợi

nhất, ớ đày١ cụm TB-MN

được điều chinh ưu tiên ở chế

độ lưu lượng nhỏ khi số vòng

quay nhỏ Như vậy chế độ làm

việc này có thể đạt được một

cách tối ưu mà phương pháp

điều chỉnh 3.b không đạt

được, ở lưu lượng lớn, khí xả

được xả bớt nên không thể đạt

Hình 7.11 Sơ đồ nguyên lý phương pháp xả hót kh í thải nhờ

van xả điều khiển hằng áp suất khỉ táng áp

được áp suất tăng áp cao cũng như số vòng quay của cụm TB-MN cao Tuy nhiên, biện pháp xả bớt khí sẽ làm giảm hiệu suất tổng của cụm TB-MN Nếu diều chinh để cỊim TB-MN làm việc

có hiệu suất cao ở số vòng quay thấp thì đặc tính mômen động cơ càng được cải thiện nhưng phai hy sinh khả nãng đạt công suất cực đaị và như vậy tránh được hiện tượng quá tải của động

cơ và cụm TB-MN

Hình 7.12 Sơ đồ đỉỂu chỉnh có bướm tiết lưu trước và sau M N (lé ngán ngừa

sự giảm số vòng quay kh ỉ sang số.

165

x ả khí cho phép cải thiện được đặc tính mômen và tính năng gia tốc của ĐCĐT và đirợc

sử dụng rộng rãi trong các động cơ tăng áp dùng cho ôtô du lịch (hình 7.11)

ơ trong các động cơ xe đua kết hợp với việc xả khí thải, đôi khi còn sử dụng bướm tiết lưu trước và sau MN (hình 7.12)

Những bướm tiết lưu này sẽ đóng khi giảm ga Như vậy công suất tốn cho MN sẽ giảm rất nhiều, rôto của cụm TB-MN ở lần gia tốc tiếp theo sẽ có động năng lớn nên gia tốc nhanh Các biện pháp được trình bày ỏ mục 7.1.3.2 và 7.1.3.3 chưa được sử dụng phổ biến vì có cấu tạo phức tạp

2 ،x 1 0 0

Hình 7.13 Sơ đồ tăng áp hỗn hợp (a) V kết quả của nó (h).

Biện pháp phối hợp giữa tăng áp bằng TB-MN với hệ thống ống nạp thích hợp để có được hệ thống ống nạp dao động và cộng hưởng được sử dụng rất phổ biến Một hệ thống ống nạp tạo ra cộng hưởng ở số vòng quay thấp của động cơ cho phép tãng hiệu suất nạp và áp suất tăng áp ở số vòng quay nhỏ của ĐCĐT, vì vậy đặt tính mômen được cải thiện, gia tôc tốt, đặc biệt bình cộng hưởng sẽ thích ứng nhanh Sơ đồ hệ thống này và kết quả được trình bày trên hinh 7.13

Trường hựp IIL Luón sẵn sàng gia tốc nhung với cỉii phí lỏn

Phương pháp này đòi hỏi công suất để nén khí tăng áp ngoài năng lượng được lấy lừ khí

xả còn cần phải có nguồn năng lượng khác luôn sẵn sàng để sử dụng Biện pháp này cần thiết trước hết là cho động cơ 2 kỳ, ở đó cụm TB-MN không phải luôn bảo đảm cho sự tồn tại của chênh áp giữa áp suất sau MN và trước TB ở mọi chế độ làm việc của ĐCĐT Những biện pháp này đã được trình bày ở chương tăng áp cho động cơ 2 kỳ và nó cũng được sử dụng trong động

cơ 4 kỳ để cải thiện tính năng gia tốc và đặc tính mômen của ĐCĐT Loại tăng áp này thường được sử dụng cùng với tăng áp dẫn động cơ khí như ở các dộng cơ 2 kỳ của h،ãng GMC (Detroit Allison Diesel)

Biện pháp thổi trực tiếp một phần khí tăng áp vào TB (biện pháp 5.d) chỉ được sử dụng trong trường hợp áp suất tăng áp cao hơn áp suất trên đường ống xả sau ĐCĐT, ví dụ trong trường hợp tăng áp xung, ở phạm vi áp suất trong đường ống xả tụt xLiớng giá trị thấp nhất Tất nhiên ở đây cần hệ thống ống dẫn và van một chiều cho mỗi nhánh ống xả vì ở tải lớn thì hiện tượng thổi này sẽ không cần thiết nữa hoặc có thể có ảnh hưởng xấu đến quá trình làm việc bình thường của động cơ

cô định ở số vòng quay thấp đối với xe có hộp số với biến mò thuỷ lực

- Đáp ilmg nhanh khi có yêu cầu về lảng công suất mà lực quán tính không đáng kể, tức

là khả năng tạo ra sự tăng áp suất tăng áp nhanh nhất

- Làm việc ở phạm vi thay đổi số vòng quay lớn (hình 7.14)

- Cho khả năng thể tích, trọng lượng và giá thành nhỏ nhất

Tăng áp bằng TB-MN cho xe du lịch cần đáp ứng được các điều kiện tiên quyết là TB,

MN nhỏ và rẻ, có số vòng quay cao, hiệu suất đạt được tương đối cao ở lưu lượng nhỏ, lất nhiên, đặc tính phải đảm bảo rộng, đồng thời TB, MN phải có độ bền nhiệt cao

167

Hình 7.14 Đặc tinh làm việc của ĐCĐT dùng cho xe ôtó trong đặc tinh luìi lượng - áp siiat ciia

TBỳMN.

7.2.1 Tâng áp ở dộng cơ xầng

Chúng ta dã biết ngay ở thời kỳ dần của sự phát tỉ٠iển của DC٥I ٦, tăng áp cho dộng cơ xãng dã dược qitan tâm thích dáng nhằm thơả mãn cho dộng cơ dùng tfong máy bay

Tăng áp cho dộng cơ xăng lắp trên máy bay có những ưu việt sau:

Tỷ trọng khOng khi giảm khi chiều cao tảng vì vậy nếu có sir dụng tăng áp thi sẽ bù dắp dược tổn thất cOng suất do mật độ không khi giảm mà khOng tảng lải trọng cơ học do áp suất trong xilanh cao nếu như mức độ tảng áp tuyệt dối khOng vượt quá cOng suất dạt dược khi dộng

cơ ở trên mặt dất

Nhiệt độ cùa không khi khi lên cao giảm cho phép tránh dược nhiệt độ CUỐÍ quá trinh

nén và của chu trinh quá cao, cQng như tránh dược khả nảng gây ra kích nổ do tầng áp

Tăng áp làm tăng khả nồng kích nổ nhưng do số vòng quay của động cơ cũng tang nên hạn chế dược hiện tượng này

Khả năng sử dụng các loại nhiên liệu có tinh chống kích nổ cao (trl số ốctan lớn) vì ؤ dây khOng chU ý nhiều dến giá cả nhiên liệu

Có khả nâng ứng dụng loại nhiẻn liệu dặc biệt hoặc phun nước dể dạt cOng suá't cao trong thời gian ngắn khi cất cánh

Tuy nhiên, những ưu việt trên khOng thể áp dụng cho dộng cơ ôtô du lịch Sự kích thích cho việc phát triển tang áp cho dộng cơ xe ôtò du llch khOng dược chií trọng một cách đầy dU vì

dể tang cOng suất thi có thể sử dụng một biện pháp dơn giản và rẻ tiền hơn dó la tang dung tích

cơ xang lang iíp cho xe du lịch dẩn tiên xuá't hإện vào nãm 1.962 ở Mỹ Từ nãm

1962 đến 1(ر76ا mọt ا0ارأ lứn dộng co tang áp cho ótò du llch dược sản xuất ة Mỹ, riêng hãng t^hevrodet 6'or١'iii dã cO 6٢).()()() chiếc trong khoang thời gian dO, tuy nhiên vản chưa dạt dược sự dội phá trong lĩn h \ i٠rc n؛iy iN'hờ tang áp cOfig st!ất của dộng co' dã dược cải thiện từ 74 kW lên lới 110k١ ٧ rồi 130 kvv soíig dặc tínli động học cha ôtô vẫn khOng dược cải thiện

Do nhilng tổíì tại néu trhn, mạc dù xu hướng tảng áp cho dộng cơ xãng sử dụng cho OtO tlu lịch có tang song số lượng dộns cơ kliOng tang áp dùng cho loại OtO này trong một khoảng thơi giair dài vẫn lớn Ιιο'η so νό'ί lo ؛٤i dộng cơ tang áp

So vơi dộng cơ diesel thl tang áp clto dộng cơ xáng gặp ba trở ngại chinh như vấn dể kích

nO nhiệt (ÎÔ klrí xả cao và đạc tinh diều chinh về số lượng khi hỗn hợp

Nhtt vậy, dể khắc phtic dược các hgn chế trên chhng ta phải sử dụng các giải pháp saudáy:

Nguyen nhait thường gạp nhít của việc xuất hiện kích nổ là sự xuất hiện các điểm tự chily trong ١'ùng hOn họp mà míing lita chưa lan tràn tới Sự xuất hiện này là do sự tầng áp suất

và nhiệt độ của phẩn hồĩt ltọ'p còn Ιί.ιϊ ngohi phẩn hỗn hợp dã dược màng lửa bao trùm Diều này

sẽ dẩy nhanh phiin irng chuan bị chtíy và sinh ra các xuttg áp suất của quá trinh cháy Sự cháy khdng binh ihtrOttg này gay ra tílc hại rất lớn dê'n việc hư hại về mặt cơ học do sự dao dộng áp

suàt có tẩn s6 cao giOirg lìhư hiệỉt tượng xam thgc.

Hiện tưựng kíclì nO phg thuộc vào gOc diính lửa sớm, hiện tượng này sẽ giảm và mất di khi giảm gOc dílnli Itla sớm, t(a nhiên, như thê' sẽ làm cho quá trinh cháy clỉậm di dẫn dến giảm cOng suất và tang suất tiêu hao nhien l؛ệu١ trong khi dó nhiệt độ khi xả lại tăng lên Ngoài ra, nhiệt độ kltí ỉii.tp ilia'p \’à 1اةاا lìỢp giàu lẽn chng góp phần làm giảm hiện tượng kích nổ

ITtnh 7.15 giới thiệu ảnlt hương của tỷ lệ nén dê'n áp suất tảng áp cho phép ỏ giới hạn kíclt nổ cUng như hệ số dư lượng khờng khi Còn ảnh hường cùa tỷ số nén và nhiệt độ khi tang

áp dến áp suílt khi tang áp dược Irình bày tr٤١n hình 7.16

Sự hạ thả.p tỷ sổ nen sẽ lànì giảm hiệu suất của dộng cơ, tuy nhiên có thể khắc phục dược bằng một số biện phdp ví du như Itệ số dư lượng khOng khi tối ưti (chi xẩy ra dối với dộng cơ khOng lắp bộ xúc tdc khi xd), chqn điểm đánh lửa tOi ưu và giảm tương dối tốn thất cơ khi nhờ tâng áp siu'ú có ích

169

2 ا

WvuYvl AS Ap suat tang áp đạt g i hạn htch nổ

khi gốc đánh lửa tốt ưa pha thaộc vào nhlgt độ

khl tang áp V Ớ I trị số' Octan v a hệ sổ' dư lượng

khOng khi khác nhaa.

áp, giới hạn kích nổ xuất hiện ở áp suất tăng áp 1,5 bar khi có e = 6, song nếu làm mát khi tầng

áp lới nhiệt độ 60('c thi có thể dạt 8 = ح ffinh 7.17 còn cho thấy ảnh hưởng của làm mát khi tầng

áp dến cOng suất và suất tiêu hao nhiên liệu của dộng cơ tăng áp

Hlnh 7.17 một lần nữa giới thiệu vai trò quan trọng cùa làm mát khi tăng áp dến các chỉ tiêu của dộng cơ xảng Tất nhiên, làm mát khi tăng áp sẽ gắn hồn với tăng tổn thất nhưng ngươi

ta buộc phải chip n.hận tổn thất này vỉ vai trò khOng thể thiếu của nó Tuy nhiên, cần phải chú ý dến điều kiện bố tri hệ thống làm mát vi nó ảnh hưởng dến khOng gian bố tri dộng cơ trên ôtô Hơn nữa, cần phải chú ý dến hiệu quả làm mát nhờ tác dụng của gió do chuyển dộng cùa xe khi dộng cơ làm việc với cOng suất lớn nhưng tốc độ nhỏ

Trong nhiều thi nghiệm dẫ chứitg minh rằng tổng nhiệt lư ơ g dược lấy di từ bộ làm mát khi tang áp và hệ thống làm mát của dộng cơ có tang áp gần bằng động cơ khOng tăng áp có cUng cOng suất

Hình 7.17 Ảnh hưởng của nhiệt độ khí táng áp

đến góc đánh lửa sớm cho phép, công suất và

suất tiéu hao nhiên ỉiệiL

Hình 7.18 Làm mát khí tâng áp bằng không

khí theo nguyên lý Garret:

ỉ - ống dẫn khí xả; 2 - TB khí xả; 3 ٠ ống dản khí

có áp suất cao; 4 - quạt làm mát; 5 - khí lãng áp;

Có thể làm mát khí táng áp theo các 6 - khí ra; 7 - két làm mát; 8 - khí tầng áp sau khi

171

7,2.1.2, Biện pháp giảm tải trọng nhiệt

Nhiệt độ khí xả của động cơ xảng cao hơn động cơ diesel nhiều song trong khí xả của nó

có chứa ít ôxy nên ít ăn mòn hơn Cánh dẫn không được sử dụng ở loại TB hướng kính có kích thước bé song để đảm bảo có dòng chảy vào cánh TB tốt phải chọn dòng xoáy ở cửa vào hợp lý

Do tải trọng nhiệt gây ra bởi nhiệt độ của khí xả cao nên để đảm bảo cho rôto của TB làm việc tốt nó phải được chế tạo từ vật liệu có độ bền nhiệt cao Ngoài ra١ nhiệt độ khí xả cao còn gây ảnh hưởng tới vỏ TB, ống dẫn khí xả và xupáp xả Để giảm nhiệt độ ống xả, người ta sử dụng 1١B biến áp (TB xung) có góc lệch công tác cần thiết, giữa các ống dẫn riêng biệt Bên cạnh đó, người ta còn nghiên cứu sử dụng vật liệu gốm cho TB - đây là cơ sở cho việc phát triển tăng áp bằng TB-MN Để giảm tải trọng nhiệt cho các chi tiết của động cơ tăng áp người ta có thể làm mát xupáp xả, piston

7.2.13 Điều chỉnh động cơ

Ngược với động cơ diesel,

hỗn hợp của động cơ xăng được điều

chính bằng số lượng, tức là cần phải

có một bướm tiết lưu để điều chỉnh

lưu lượng hỗn hợp khí nạp Bướm tiết

lưu có thể đặt trước hoặc sau MN,

mỗi cách đặt bướm tiết lưu đều có

những điểm mạnh và điểm yếu (hình

7.19)

Nếu đặt bướm tiết lưu trước

MN sẽ có ưu điểm là khi đóng bướm

tiết lưu đột ngột để sang số hoặc khi

chạy theo đà sẽ không xảy ra chế độ

làm việc rơi vào vùng bơm cùa MN

Khi đóng hoàn loàn hoặc một phần

bướm tiết lưu MN sẽ cho áp suất thấp

hơn Như vậy một mặt khi cùng lưu

lượng, điểm làm việc của MN dịch

về bên phải của đường đặc tính, mặt

khác sự cân bằng công suất giữa TB

Hình 7.19 S ự khác nhau vé số vòng quay của M N do

hô trí bướm tiết lưu:

đường trên bố trí bướm tiết lưu trước MN١ đường dưới -

bố trí sau MN phụ thuộc vào tải và số vòng quay của

động cơ

cao hơn số vong quay của cụm ΤΒ-ΜΝ vì cOng nén giảm, ffinh 7.19 с!10 thấy sự khác nhau của

số vOng quay MN khi bố tri bướm tiết lưu trước và sau MN Trong trường hợp dầu (bô tri trước MN), MN sẽ có số vòng quay lớn và sẽ gia lốc tốt hơn Nếu dộng cơ sử dụng bộ chế hoà khi bướm tiết lưu bổ tri trước sẽ có các lợi ích như:

- Sử dpng hệ thống giống như dối với dộng cơ khOng tăng áp

- Sự phOi hợp bộ chế hoà khi dơn giản hơn

- Nhiên liệu trong hỗn hợp dược phân lán dều nhơ chuyển dộng rối trong MN

- Sự bay hơi nhiên liệu sẽ làm giảm nhiệt độ của khi tãng áp

Nltược điểm của phương án bố tri bộ chế hoà khi trước MN là do MN khOng thể bảo dảm kin hoàn toàn nên khi dOng bướm tiết lưu dầu sẽ bị hút vào hỗn hợp١ sinh ra tổn thất dẩu, gày 0 nhíễm và dặc biệt tàng lượng cacbua hydro chưa cháy hết trong khi xả Nếu chế hoà khi dạt sau MN thl bộ chế hoà khi cUng phải bảo dảm kin

Trong thực tế hẩu hết các dộng cơ xãng tảng áp có bướm tiê't lưu dạt sau MN Kết cấu này nếu dóng dột ngột bướm tíết lưu có thể xuất hiện chế độ bơm của MN Dể tránh hiện tượng này người la có thể sứ dụng vai^tuần hoàn dể nối thOng trước và sau MN tuy nhiên biện pháp này ít dước sử dụng mà thOng thường người ta chấp nhận xuất hiện chế độ bơm nhẹ trong một khoảng thời gian ngắn

Dể cải thiện dặc tinh mOmen và tinh năng gia tốc người ta sử dụng các biện pháp: thay dổi hình dạng hlnh học của ТВ hoặc phương pháp xả bớt khi tang áp hoặc khi xả DUng phương pháp xả khi xả có lợi hơ)i về nhiệt dộng học vỉ nó làm clio áp suâ'1 khi xả ở cliế độ tOc độ và cOng suất lớn giảm Tất nhién nó làm cho hiệu suất của cụm ΤΒ-ΜΝ tồi di do phải ưu tiên cho ТВ làm việc ở chế độ lưu lượng nhỏ

7.2.2- T ảng áp cho dộng cơ diesel láp trên ỏtố

So với dộng cơ xăng, việc thực hiện lãng áp cho dộng cơ diesel dơn giản hơn nhiều vì: khOng có hiện tượng kích nổ nhiệt độ khi xả thấp hơn và việc diều chíiìh tải của dộng cơ là diều chinh bằng chất Những khó khan về dặc tinh mOmen và tinh năng gia tốc khi sử dụng tang áp ΤΒ-ΜΝ vẫn dược giải quyết bàng các biện pháp như đối với dộng cơ xáng

Ngoài ra việc sử dụng hệ thống diều chỉnh diện tử có thể bảo dảm chinh xác lượng nhiẽn liệu phun theo dặc tinh dộng cơ da dược tinh sẵn trong bộ nhớ nên nó thoả mãn mọi diều kiện dạt ra cho dộng cơ

173

7.2.3 Những lợi thế của tăng áp cho động cư ôtô

Những ưu điểm của động cơ làng áp nói chung như: trọng lượng nhỏ hơn, thể tích lắp đặt nhỏ khi có cùng công suất với động cơ không tăng áp, giá thành cho một đơn vị công suất giảm, hiệu suất cao, đặc biệt với động cơ diesel khoảng công suất lớn khi cùng mẫu động cơ, bộ làm mát nhỏ hơn khi cùng công suất, giảm tiếng ồn tốt hơn và ít khí xả độc hại đều được tận dụng trong động cơ ôtô tăng áp Hai ưu điểm đầu rất quan trọng đối với động cơ tăng áp sử dụng cho ôtô thể thao và ôtô đua Ví dụ, sử dụng một cụm TB-MN có trọng lượng khoảng 6 kg với số vòng quay lófn nhất là 150.000 vg/ph có thể đưa công suất từ 70 kW lên tới 110 kW; hãng Volkswagen có động cơ diesel Vj١ = 1,5 hì không tăng áp có công suất 37 kW có trọng lượng riêng là 3 kg/kW, khi động cơ này được tăng áp thì đạt được cống suất 55 kW, lúc này trọng lượng riêng sẽ là 2,4 kg/kW; động cơ xe ôtô Smart của hãng Mercedes - Benz làm việc với cụm TB-MN có đường kính 32 mm với số vòng quay 280.000 vg/ph đưa công suất của động cơ diesel

có dung tích chỉ 800 cm٠١ đạt 37 kW, trọng lượng riêng là 2,3 kg/kW

v ể mặt giá thành, tuy rằng với việc sản xuất hàng loạt các bô TB-MN thì giá thành trở nên rất rẻ song những thay đổi khác trong động cơ để bảo đảm sự làm việc an toàn (ví dụ như làm mát piston) và sự thay đổi trong bố trí động cơ cũng ảnh hưởng đến giá thành động cơ nói chung

Sự ra đời các luật về khí xả và các cuộc khủng hoảng về nhiên liệu buộc người ta phải sử dụng các biện pháp như làm nghèo hỗn hợp làm cho công suất động cơ giảm Nhưng động cơ lăng áp chẳng những đảm bảo và tăng được công suất mà còn tránh được việc phải thay thế bằng động cơ lớn hơn, đắt hơn

Việc giảm tỷ số nén 8 sẽ làm tăng tiêu hao nhiên liệu, tuy vậy ở động cơ xăng tăng áp nhờ giảm được tổn thất ma sát và tổn thất của quá trình thay đổi khí của động cơ nên suất tiêu hao nhiên liệu vẫn giảm

Với xu hướng giảm kích thước của TB, MN hoặc đường ống vào TB để cải thiện đặc tính gia tốc thì ở chế đô tải lớn, suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ tăng áp không tốt hơn động cơ không tăng áp khi có cùng công suất, tuy nhiên khi xét cùng công suất, ở chế độ tải nhỏ tiêu hao nhiên liệu của dộng cơ tăng áp nhỏ hơn

ở động cơ diesel tăng áp nếu có cùng công suất thì chẳng những động cơ nhỏ hơn, tiêu hao nhiên liệu ít hơn mà lượng khí xả độc hại cũng được giảm đi Đặc biệt, tính kinh tế vận tải (ví dụ lít / km) và hàm lượng khí xả được cải thiện (bảng 7.1 và 7.2)