Tăng áp động cơ đốt trong

TS NGÔ VĂN THANH - ThS VŨ XUÂN THIỆP ThS NGUYEN TUNG LAM TANG AP DONG CO DOT TRONG THƯỜNG BạI HỆ BIÁO TƯỜNG VAN TAT PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHƠ HỖ GHÍ MÌNH THƯ VIỆN - - 00Œ1B684 ! NHA XUAT BAN GIAO THONG VAN TAI “ HÀ NỘI -2016 _ S Mua bree LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, động đốt phương tiện giao thông vận tải liệu hóa thạch dùng động nhiên nguồn động lực từ động nguồn động lực trang bị Các Mặc dù đứng trước nguy CƠ cạn kiệt nguồn nhiên ảnh hưởng đến tổn lâu dài động cơ, đóng vai trò quan trọng, đồng thời nhà khoa học cố gắng tìm nhiều nguồn nhiên liệu tái tạo thay loại nguồn động lực thay khác Do vậy, giới khoa học cần phải vừa tìm nguồn động lực thay cải thiện nâng cao hiệu suất động để kéo dài thời gian sử dụng tìm nguồn động lực thay thé Cùng với phát triển KH- CN, nhờ áp dụng thành tựu công nghệ nên động cải tiễn sâu rộng, đạt hiệu suất cao đáp ứng yêu cầu khắt khe giảm phát thải độc hại khí xá động để bảo vệ mơi trường Tăng áp động đốt trong giải pháp cơng nghệ Giáo trình Tăng áp động biên viên chuyên ngành Kỹ thuật máy động lực, trình cung cấp nội dung điển hình áp dụng cho động đốt soạn theo chương trình giảng dạy cho sinh Trường Đại học Giao thông vận tải Giáo nguyên lý cầu tạo hệ thống tăng áp sử dụng phương tiện giao thơng vận tải Bên cạnh đó, giáo trình tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, cán kỹ thuật làm việc lĩnh vực động cơ, ôtô, đầu máy toa xe, máy xây dung, Chúng xin chân thành cảm ơn tập thể cán giảng dạy Bộ môn Động đốt trong-Khoa Cơ Khí-Trường Đại học Giao thơng Vận tải đóng góp nhiều ý kiến quý báu trình biên soạn giáo trình Trong trình biên : soạn, tham khảo nhiều nguồn tài liệu ngồi nước, nhiên khó tránh khỏi sai sót Nhóm tác giả mong nhận ý kiến đóng góp nhà khoa học, độc giả để giáo trình ngày hồn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin gửi Bộ môn Động đốt trong, Trường Đại học Giao thơng Vận tải Trong giáo trình này, nội dung tác giả đảm nhận sau: TS Ngô Văn Thanh: chủ biên, đảm nhận chương, 1, chương 2, mục 4.1 chương 4, chương - _ ThS Vũ Xuân Thiệp: chương 3, mục 4.2, mục 4.3, mục 4.4, mục 4.5, mục 4.6 chương 4, chương - _ Th§ Nguyễn Tùng Lâm: chương Các tác giả TA * Bảng ký hiệu viết tắt Ký hiệu | Y nghia Te Tý suất tăng áp máy nén Nc Hiéu suat (doan nhiét) cua may nén Nr Hiệu suất (đoạn nhiệt) tua bin C Compressor — May nén EFI Electronic Fuel Injection — Phun nhiên liệu điện tử CFD Computational lưu chat EGR Exhaust Gas Recirculation FEM Finite Element Method — Phương pháp phân tử hữu hạn GDI Gasoline Direct Injection — Phun xăng trực tiếp HP-EGR Fluid Dynamics — M6 phong déng luc hoc High Pressure — Exhaust Gas Recirculation — Luan héi ap suat cao , HPDI High Pressure Direct Injection — Phun trực tiếp áp suất cao LP-EGR Low Pressure — Exhaust Gas Recirculation — Luan héi ap suat thap Pec Ap suat sau máy nén Supercharger | Tăng áp (sử dụng máy nén) khí T Turbine — tua bin Turbocharger | Tang áp tuabin VTG Valve | Variable Turbine Geometry Valve — Van điều chỉnh lưu lugng xa qua tua bin 4* TA Ghi chu Chương TONG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU Theo số liệu thống kê lượng nhiên liệu tiêu thụ cho động đốt trong, nhiên liệu xăng diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ nguồn nhiên liệu chủ đạo Những nguồn nhiên liệu khác nhiên liệu khí tự nhiên, nhiên liệu tổng hợp (methanol nhiên liệu tương tự khác), nhiên liệu hydro, nguồn nhiên liệu thay quan trọng sử dụng dầu mỏ biến Tuy nhiên, chúng chưa thể thay hoàn toàn vai trò dầu mỏ thị trường lượng giới Hiện nay, nguồn động lực cho phương tiện vận tải máy bay, tàu hỏa, tàu thủy, phương tiện giao thông vận tải đường bộ, chí kể máy phát điện, đa số động đốt sử dụng xăng diesel, nhiên liệu thay sử dụng thử nghiệm với số lượng Cho nên việc cải tiến động để nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu nhằm tăng thời gian cơng tìm nguồn nhiên liệu loại máy móc thay thé yêu cầu tối quan trọng Ở mặt khác, tiêu chuẩn ngày cao khí thải độ ồn mà động đốt cần phải thỏa mãn nhằm bảo vệ môi trường Đó yêu cầu cực khó mà động đốt khó thê thỏa mãn khơng có ưu việt tăng áp Trong ngành hàng không, động máy bay yêu cầu cao nhỏ gọn công suất lớn, nghĩa động phải có cơng suất riêng cao (suất trọng lượng nhỏ) Ngồi ra, lên cao khơng khí lỗng khơng tăng áp cơng suất động giảm nhanh Khi đời, máy bay sử dụng động đốt piston chuyển động tịnh tiến sau sử dụng thêm động tua bin khí tua bin cánh quạt tua bin phản lực sử dụng tăng áp Đối với ngành đường sắt, động nước sử dụng chủ yếu làm nguồn động lực cho tàu hỏa thời gian dài từ lame Watt phat minh động nước Sau động điện, động diesel sử dụng chủ yếu Tàu hỏa sử dụng đầu máy dùng động diesel có nhiều ưu điểm khả vận chuyển quãng đường di chuyển lớn Trong khứ, người ta thử nghiệm động tua bin làm nguồn động lực cho tàu hỏa không thành công mức tiêu thụ nhiên liệu cao độ bền không cao Do động diesel nguồn động lực chủ yếu tàu hỏa Đối với tàu thủy, trước sử dụng động nước sau dùng động diesel hay động tuabin khí, việc sử dụng động tua bin khí để đáp ứng yêu TA*5 cầu khối lượng chuyên chở lớn cần công suất kéo cao Ở tàu thủy tốc độ cao, vấn đề suất tiêu hao nhiên liệu chất lượng nhiên liệu khơng phải yếu tố tiên quyết, động tua bin khí sử dụng chủ yếu Tuy nhiên, động diesel có mức tăng áp cao có tốc độ cao (động diesel tăng áp cao tốc) ngày sử dụng cho tàu thủy dé thay động tua bin khí Đối với tàu thủy vận tải thương mại hàng hóa, có u cầu tính kinh tế nên động diesel có tốc độ trung bình tốc độ thấp sử dụng phổ biến, động sử dụng nhiên liệu diesel nặng không yêu cầu cao chất lượng nhiên liệu nên có giá thành rẻ a Hinh 1.1 Déng co tang ap ding hép truc khuyu cia Gottlieb Daimler Ngày nay, phương tiện giao thông đường xe khách xe tải, động đốt tăng áp cao tốc sử dụng chủ yếu đo phát huy công suất cao, khối lượng nhỏ, độ bền tốt giá thành rẻ, điều khiển vận hành dễ dàng Hơn nữa, năm gần đây, với phát triển khoa học - công nghệ, nhờ áp dụng thành tựu công nghệ nên động tăng áp cải tiến sâu rộng, đạt hiệu suất cao đáp ứng yêu cầu khắt khe giảm phát thải độc hại khí xả động Đối với xe tải, tăng áp sử dụng tua bin khí xả kết hợp làm mát trung gian đạt hai mục tiêu (tăng hiệu suất giảm phát thải) Nhờ vậy, từ xe tải hạng nặng đến xe tải cỡ trung bình chủ yếu sử dụng động 6* TA diesel có tăng áp tua bin khí xả Đối với xe tô sử dụng động xăng chủ yếu vấn đề tăng áp gặp khó khăn định tượng kích nổ, nhiệt độ khí xả cao Tuy nhiên, động xăng sử dụng hình thức tăng áp khơng máy nén sử dụng phổ biến 1.2 LỊCH SỬ TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ ‘ Tăng áp động có lịch sử lâu đời với đời phát triển động đốt Năm 1885, Gottlieb Daimler da str dung tang ap trén d6ng co ky ding te hộp truc khuyu lam may nén giống động kỳ (hình 1.1) với mong muốn tăng lượng nạp tăng tốc độ động Bằng biện pháp này, hỗn hợp nạp với khối lượng lớn nạp vào xy lanh động Hỗn hợp từ te hộp trục khuỷu nén piston di xuống, sau hỗn hợp nạp vào xy lanh động qua van đặt đỉnh piston áp suất đủ lớn đề thắng sức căng lò xo van Hạn chế lớn việc bố trí van đỉnh piston buộc ơng phải từ bỏ ý tưởng Tuy nhiên, ý tưởng tăng áp tiếp tục kế thừa phát triển đồng nghiệp ông Maybach cách sử dụng nhiều van nạp nắp xy lanh Tăng áp ứng dụng hàng loạt động máy bay nhằm nâng cao hiệu suất công suất động Trong giai doan 1920 +1940, tua bin may nén tăng áp tiếp tục cải thiện khí động học tốc độ quay rotor Trong chiến tranh giới lần thứ 2, tăng áp ứng dụng cho động xăng sử dụng máy bay nhằm nâng cao công suất hiệu suất động Bằng cách tăng áp sử dụng máy nén dẫn động khí, áp suất có ích trung bình động máy bay đạt đến 23bar Hình 1.2 Tăng áp cho động co diesel cua Rudolf Diesel TA * Từ năm 1920, tăng áp bắt đầu sử dụng động ô tô, chủ yếu dùng cho động xe ô tô đua loại xe cao cấp Tăng áp sử dụng chủ yếu loại tăng áp khí kiêu máy nén thể tích kiểu Root dé nạp môi chất vào xy lanh động Tăng áp dùng tua bin khí xả giới thiệu lần Mỹ năm 1960 Chevrolet Corvair Đối với tăng áp động xăng, đột phá lớn theo hướng sản xuất hàng loạt quy gần đây, ví dụ: dịng SLK Audi, Opel va mô lớn, ngoại trừ động sử dụng máy bay, áp dụng động tăng áp máy nén 2.3L hãng Daimler Chrysler áp dụng cho hoac C(SLK class, C class), tăng áp tua bin khí xả hãng Saab , Động diesel có lịch sử tăng áp từ sớm với việc Rudolf Diesel giới thiệu sáng chế DRP 95680 Trong phát minh mình, Rudolf Diesel ding thé tích phía piston để nén khí nạp động hai kỳ vào xy lanh động công suất động tăng lên đến 30% Tuy nhiên, điều ông quan tâm hiệu suất động lại không đạt mong muốn kích thước đường ống nạp khơng phù hợp, ơng dừng lại thử nghiệm Sau 30 năm việc tăng áp động diesel sử dụng thành công động tàu thủy Tăng áp cho động diesel dùng tua bin khí xả biết đến với phát minh đăng ký sáng chế DRP 204630 vào năm 1905 hình 1.3 kỹ sư người Thụy Sỹ tên la Alfred Buechi Tuy nhién, mai đến năm 1925 động diesel tang ap tua bin khí xả giới thiệu lần thị trường sử dụng cho hai tàu thủy chở khách động tĩnh hãng MAN Maschinenfabrik Winterthur Cả hai trường hợp trên, tua bin khí xả đặt bên cạnh động thiết kế Buechi Hình 1.3 Tang áp cho động diesel Buechi * TA 1.3 CÁC BIỆN PHÁP NANG CAO CÔNG SUÁT ĐỘNG CƠ Động đốt loại động nhiệt, trình chun hóa lượng từ hóa chuyển sang nhiệt thơng qua q trình cháy xy lanh động Nhiệt thơng qua q trình giãn nở chuyển thành (công công suất động cơ) Lượng oxy cần thiết cho trình đốt cháy nhiên liệu lấy trực tiếp từ khơng khí nạp vào xy lanh hành trình nạp Vì vậy, cơng suất động đốt nảo có phụ thuộc vào lượng khơng khí nạp vảo xy lanh để thực crys trình đốt cháy nhiên liệu Hình 14 Nguyên lý tăng áp cho động co diesel ky ca Buechi 1.3.1 Mối quan hệ lượng khơng khí nạp cơng động Lượng khơng khí nạp vào xy lanh điền đầy thể tích cơng tác Vụ q trình nạp có khối lượng là: My, Trong đó: | = Py, , (1.1) mạ: khối lượng khơng khí, kg, Pr: khdi wong riéng cla khong khi, kg/m’ Vụ: thể tích cơng tác xy lanh, m’ Lượng khơng khí nạp vào xy lanh để xác định lượng nhiên liệu đưa vào để thực q trình cháy Cơng thị chu trình L¡ thu tăng lên nhờ vào việc tăng áp suất nhiệt độ q trình cháy Mặt TA*9 khác, cơng thị chu trình L¡ tính theo cơng thức sau: SỐ L=”” sp, mw Trong đó: (1.2) L¡: cơng thị chu trình, J D: đường kính xy lanh, m S: hành trình piston, m pi: ấp suất thị chu trình, bar Mặt khác, cơng thị chu trình tính theo lượng nhiệt cấp cho chu trình đơn vị thời gian sau: 1, =0, Trong đó: (13) Q¿: lượng nhiệt nhiên liệu đưa vào chu trinh, J mi: hiệu suất thị chu trình Lượng khơng vào thể tích bỏ qua nhiệt cắp cho chu trình lại phụ thuộc vào lượng nhiên liệu lượng oxy khí nạp vào xy lanh chu trình Lượngơ Oxy không phụ thuộc cong tác Vụ mà phụ thuộc vào khối lượng khơng khí nạp vào Giả thiết tổn thất, lượng nhiệt đưa vào tính sau: Q, Trong đó: : = Su, — V Pull, (1.4) L9 ðn: lượng nhiên liệu cấp cho chu trình H.: nhiệt trị thấp nhiên liệu Lạ: lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hết Ikg nhiên liệu Đối với nhiên liệu xăng diesel Hụ Lạ số Vì từ công thức ta thấy lượng nhiệt đưa vào xy lanh tỷ lệ trực tiếp với khối lượng riêng khơng khí pạ Khơi lượng khơng khí nạp vào xy lanh tỷ lệ trực tiếp với khối lượng riêng khơng khí Do đó, lượng nhiệt đưa vào xy lanh tỷ lệ với khối lượng không khí nạp vào Nói cách khác, cơng chu trình phụ thuộc vào khối lượng riêng khơng khí nạp vào xy lanh hành trình nạp trình trao đổi khí Từ ` cơng thức ta có: _ a 10* TA Đụ TT], dl 5) Trong : Qw¡ : nhiệt truyền cho thành vách thứ ¡ (xy lanh, piston, nắp máy ) _ Ai diện tích bề mặt thứ ¡ Tụi: nhiệt độ bề mặt thứ i Cy, Cy: cac hang SỐ, cho sau: C¡ =2,28+0,308c,/c„ | C, =0,0034 (đối vỚi động diesel), Cạ =0,00622 (đối với động xăng) Q trình trao đổi khí, theo định luật nhiệt động học ta có: My da đm„ da in HM) i—>- đa tn ye 1) (7.1 Poy Động xăng, hỗn hợp gồm xăng khơng khí cịn động co diesel, hỗn hợp khơng khí Do đó, phương trình (7.11) có thê viết thành: - Đôi với động xăng: : dam dT - ot ( ay /ôT+0,b„ TT ou, |p) Ou, )dm, am, ( rẻ đai | da “da u,+ + đm, da\| + m, Gu, PE2 py ESE +h am, in "da —h dm ™ da oul \dV da (7.12) - Đối với động diesel: Ty da = ] | m.„(ôu!ôT+(ôu!ôp)p„!T„)| Ou =| Uy +— Op p-h, dm,, da L># — > ( —p,,| “da "\ Ou đm Op “det +| U,, +— p- hon ame|— 1-——= apV }da a) Ou da — M4 —— OA da Theo Woschni, hệ số truyền nhiệt viết sau: w„ =130d '?p 0.8m -0.53 Cc 0.8 Đạu cyl ( m) C, =6.18+0.417c,/c, (7.14) Để xác định lưu lượng hỗn hợp qua xu páp nạp thải, ta sử dụng mơ hình họng tiết lưu tương đương vị trí tiết diện thơng qua xu páp Tơn thât dịng TA* 141 khí qua họng mơ hình tương đương phụ thuộc vào vị trí mở xu páp, trị số thời g1an- tiệt diện: Ạ ef Po, RT nu oO “(115 (7.15) Trong d6: Aeg: tri s6 thai gian-tiết diện xu pap Po¡: áp suất tĩnh phía trước họng To,¡: nhiệt độ phía trước họng xu pap tự: hàm số dịng chảy Đơi với dịng chảy có tơc độ tốc độ âm thanh, hàm sơ dịng chảy xác định sau: k y= fe | k—T|\ Đạu 2/k +2] (k+l)/Ä (7.16) Pou Đối với dịng chảy có tốc độ âm thanh, hàm số dòng chảy xác định sau: go = am =| —_ 1/(k+1) Ca k — k+I cv 7.17 = Trị số thời gian-tiết diện xác định theo cơng thức sau: Aug = He = (7.18) Trong đó: kạ: hệ số dòng chảy qua tiết diện xuppap dự;: đường kính dé xu páp (hình 7.1) Trong động kỳ, đặc biệt động kỳ, q trình trao đổi khí cửa nạp cửa thải mở xảy tượng quét khí Để mơ q trình qt khí ta sử dụng số mơ hình sau đây: + Q trình qt khí hồn toằn: khí nạp vào thay hồn tồn sản phẩm cháy cịn sót lại xy lanh khơng có tổn thất khí nạp qua đường thải + Q trình hịa trộn hồn tồn: khí nạp vào hịa trộn với khí sót xy lanh, xảy tượng khí nạp bị lọt khí ngồi đường thải Mơ hình thường sử dụng cho động kỳ có thời kỳ trùng điệp ngắn 142 *#TA động kỳ có chất lượng quét thải thấp có thê sử dụng mơ hình + Qt khí theo lối tắt: khí nạp vào thải ngồi qua đường thải mà khơng ảnh hưởng đến thành phần hỗn hợp xy lanh + Quét khí theo mơ hình động thực tế: dy, + Hình 7.1 Cách xác định đường kính hảo Phương án quét thẳng thường tốt để xu páp so với phương án qt vịng Hình 7.2 so sánh hiệu mơ hình qt khí Sau lựa chọn mơ hình qt khí phù hợp, khối lượng hỗn hợp tong: xy lanh động là: cyl = ee (7.19) GM oy mo Dựa vào phương trình 7.19 ta giải tốn bang phương pháp số Ứng với góc quay trục khuỷu —=——— - Quết vòng Quẻt thăng c ee em Quet hồn toan —-—-— Hịa trộn hồn toan 100 - a 33 602, 112 a” ⁄ “1 “88 40 Be in 2E ee ⁄ T7 20- , Z7 03) 00 tore 02 Ũ 04 † a 06 08 Rg 10 Hé sé quét [-] eds Satie 1412 meee 14 ny 1.6 Hình 7.2 So sánh hiệu mơ hình qt khí TA * 143 7.2.2 Phần tử đường ong (pipe element) Để có thê mơ xác chu trình động q trình khí động học xảy đường ống nạp, thải cần mô xác Dựa phương -_ trình cân lượng bảo tồn khối lượng, phương trình sau sử dụng _ để mơ dịng chảy đường Ống: ôp ô(m)_ ” ô*) 8wˆ+p)_ a 721 ™” at ox A de 2L FyV ad AE MEP py py LA, Iw at Ox , Ade (7.22) V Trong #= øc,T t2 Øc” lượng địng khí Đối với tổn thất ma sát tổn thất nhiệt qua thành vách, ta có thê sử dụng phương trình Reynold sau: _ + Tén that ma sat: 1y _ ÂN Ve (7.23) 2D Trong đó: Ag: hệ số ma sát + Tổn thất nhiệt qua thành vách: dy _ 4K —==——plvc,(ŒTy—7 (7.24) Trong đó: Tw : nhiệt độ thành đường ống ._ Như vậy, phương trình vi phân (7.20 +7.22) có thê giải nhờ phương pháp giải phương trình vi phân phù hợp Phương pháp phơ biến _ sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải tốn dịng chảy đường ống 144 * TA 7.2.3 Phần tử bình ơn áp (plenum element) Để mơ phân tử bình ổn áp, phương trình sử dụng giống phương trình 7.11 mơ q trình diễn xy lanh Tuy nhiên, thê tích xy lanh khơng đổi, phương trình viết đơn giản dạng sau: =e ~ os wy —*h,, da TM yy = ——da et — Tuy (7.25) 7.2.4 Phần tử tua bin máy nén Tua bin, may nén cé thé coi trung tâm động tăng áp mơ với dịng chảy liên tục phức tạp Mô tua bin máy nén theo mô hình tốn học, với giả thiết tốn thất xảy tua bin va máy nén trình đoạn nhiệt Như vậy, ta có phương trình mô sau: Fy =i (hy -h) P„ =tiirn„ „(ly — Py) | (7.27) (7.28) Trong đó: Pc, Pr: công suât máy nén va tua bin mm, : lưu lượng khôi lượng qua máy nén va tua bin hị, hạ: entanpi trước sau máy nén hạ, hạ: enfanpi trước va sau tua bin Công suât cụm tua bin máy nén phụ thuộc vào lưu lượng qua thay đổi entanpi trước sau tua bin máy nén Thêm vào đó, ta cân đưa hiệu suât giới (đã đề cập trên) vào cơng thức tính cơng st Như vậy, hiệu suât tông cộng cụm tua bin máy nén là: Nhe = Mids cD sr (7.29) Ngoài ra, tính tốn mơ hình chê độ làm việc không ôn định, ta cân phải quan tâm đên động lực học cụm rotor tôc độ nạp tỷ lệ với tơc độ góc cụm tua bin máy nén Nêu gọi Irc mơ men qn tính cụm tua bin may nén, œ+c tôc - TA* 145 độ góc cum tua bin may nén, ta có cơng thức sau: doe BR, dt Ln đực (7-39) Mơ hình đầy đủ hệ thống tăng áp địi hỏi phải có đầy đủ Vo xoan 6c thông số đầu vào biểu đồ tua bin máy nén, biểu đồ có nhà chế tạo cung cấp Tuy nhiên, ta sử dụng mơ —”] ad hình tương tự để tính tốn số liệu Vanh tăng ap E- tương đương dựa tham số hình học tua bin máy nén Ví dụ hình 7.3 mơ hình mơ tham số hình học máy nén điển hình, dựa vào phương pháp ¬ Banh cong tac ¬ xấp xỉ theo kinh nghiệm, ta vẽ Cửa bánh cơng tác Cura vao 40,000 [2 Tỷ số tăng áp Po/D: [~] duoc duong thong số đầu vào tua bin máy nén (Compresor and turbine map) hình 7.4 7.5 * x 38.000 36,000 1X "26.000 min! 24 M6 phong * 30,000 T 0.5 T Lưu lượng m [kg⁄s] Thị nghiệm r 18 Hình 7.4 So sánh đặc tính máy nén mơ thí nghiệm 146 * TA : + 0.6 Mơ phịng 0.5 ộ Lưu lượng m [kg/s]} nN? 0.7 ON Hiệu suất đoạn nhiệt máy nén 1ì; „ e [=] 0.8 Hình 7.5 So sánh đường hiệu suất máy nén mơ thí nghiệm Đối với tua bin, nêu khơng có đủ thơng số đầu vào nhà chế tao cung cấp, ta sử dụng phương pháp tính tốn ngoại suy Bulaty để ước lượng số liệu đầu vào cho mơ hình 7.6 Ngoại suy —»i~— Thi nghiệm-++©— Ngoại suy 08 100 — = 06 Aye mm tt: = O45 t2 ^^ ~ Ye + 090 1.2 “ee wos “A “3 ° “8 ñ L2 ty 13h tâ- Ta ^^ 02 X ` * ` > é ¬` ` 94 0.6 08 085 N { A * > N ` * `" » am ` NX h 1.0 Tỷ số tốc độ Urey [+] \ é Đ — 1.2 39©bn ‘Oo8 “% 0.80 “Ò ` | = a Nei XS 1,4 aD O75 070 Hình 7.6 SỐ liệu tua bin theo phương pháp ngoại suy Bulaty 7.2.5 Làm mát khí nạp Làm mát khí nạp có vai trị quan trọng động tăng áp trình bày ví dụ chương Việc làm mát thực khơng khí làm mát nước Mơ hình 3D- CFD thường sử dựng để mơ q trình làm mát hỗn hợp nạp động tăng áp TA* 147 Ngoài ra, phần tử khác mô động tua bin tăng áp bình lọc khí, giảm âm, luân hồi khí thải, xử lý khí thải mô dạng phần tử đường ống phân tử bình ổn áp Hiện nay, có nhiều phần mềm mơ thực biện pháp mô Tuy nhiên, việc tính tốn mơ hệ thống động tăng áp tương đối phức tạp, đòi hỏi phải có nhiều kiến thức chuyên sâu động đốt trong, lý thuyết động lực học chất lỏng CFD —" Yên RTD phương pháp số để giải tốn mơ hình Hình 7.7 7.8 ví dụ mơ hình tính tốn đường ống nạp đường ống thải mô CFD °F Jun! A15 Hình 7.8 Mơ hình CFD mơ tính tốn dịng khí xy lanh 148 * TA Câu hỏi ơn tập chương Trình bày ưu nhược điểm sử dụng phần mềm CFD tính tốn mơ động đốt trong? Phân tích mơ hình cháy vùng dùng để mơ động cơ? Phân tích mơ hình phần tử tua bin- máy nén mơ hình mơ động cơ? Khi mơ q trình qt khí ta thường sử dụng mơ hình nào? Tại mơ để đảm bảo kết xác cao, ta phải lưu ý đến q trình làm mát khí nạp mới? TA* 149 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tắt Tiến Nguyên lý động đốt NXB Giáo dục, 2007 [2] Nguyễn Thành Lương Tua bïn khí động phản lực NXB GTVT, 2007 [3] Võ Nghĩa, Lê Anh Tuấn Tăng áp động đốt NXB khoa học kỹ thuật, 2009 [4] Hermamn Hiereth, Peter Prenninger Charging the Internal Combustion Engine Springer-Verlag, 2003 [5] Hung Nguyen-Schäfer Rotordynamics of Automotive Turbochargers Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012 [6] Klaus Mollenhauer, Helmut Tschoeke Handbook of Diesel Engines Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010 [7] Willard W., Pulkrabek EngineeringFundamentals of the Internal CombustionEngine Prentice Hall, 2004 T8] Hung Nguyen-Schäfer Aero and Vibroacoustics of Automotive Turbochargers Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013 [9] Guzzella, Lino, Christopher Onder Introduction to modeling and control of internal combustion engine systems Springer Science & Business Media, 2009 [10] Fiengo, Giovanni, et al Common Rail System for GDI Engines: Modelling, Identification, and Control Springer Science & Business Media, 2012 [11] Watson, Neil, and Marian S Janota Turbocharging The internal combustion engine MacMillan, 1982 TA# 151 VI x CST MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU -Chương TƠNG QUAN 1.1.GIOITHIEU © 1.2 LICH SU TANG AP DONG CO 1.3 CAC BIEN PHAP NANG CAO CONG SUAT ĐỘNG CƠ 1.3.1 Méi quan gitta lượng khơng khí nạp công động 1.3.2 Quan hệ lưu lượng khối lượng khơng khí nạp cơng suất độngcơ 1.4 ỨNG DỤNG TĂNG ÁP ĐỀ GIẢM KÍCH THƯỚC ĐỘNG CƠ 12 Chương NÂNG CAO CÔNG SUÁT ĐỘNG CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TĂNG ÁP 13 2.1 KHÁI NIỆM TĂNG ÁP 13 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG ÁP 14 2.3 TANG AP TREN DONG CO XANG 15 2.3.1 Các phương tăng áp cho động xăng 15 2.3.2 Khắc phục kích nỗ tăng áp 16 2.4 TANG AP TREN DONG CO DIESEL | 17 2.4.1 Tăng áp cấp kết hợp với luân hồi khí xả EGR 18 2.4.2 Tăng áp sử dụng tua bin song song 2.4.3 Tăng áp hai cấp: “19 l : 20 2.5 UU NHUGC DIEM KHI TANG AP TREN DONG CO DOT TRONG 21: 2.5.1 Ưu điểm tăng áp 21 - 2.5.2 Một số nhược điểm tăng áp động To 23 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG ÁP SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ 27 3.1 TĂNG ÁP DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ 27 3.1.1 Máy nén dẫn động từ trục khuỷu 27 3.1.2 Một số biện pháp tăng áp khí khác 30 3.2 TANG AP BANG TUA BIN KHI XA 3.2.1 Tăng áp tua bin khí có liên hệ khí 34 34 3.2.2 Tăng áp tua bin khí xả 35 TA * 153 3.3 TANG AP HON HỢP 3.3.1 Ghép nối tiếp 3.3.2 Ghép song song máy nén Chương TĂNG ÁP BẰNG TUA BIN - MÁY NÉN 4.1 NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA TUBIN MÁY NÉN 4.1.1 Các tham số nhiệt động học đặc trưng 4.1.2 Hiệu suất tua bin máy nén 4.1.3 Các phương trình tính tốn tua bin máy nén tăng áp 4.2 MAY NEN | 4.2.1 Cầu tạo máy nén ly tâm 4.2.2 Các phận máy nén ly tâm 4.2.3 Đặc tính máy nén ly tâm 4.3 TUA BIN 4.3.1 Tua bin hướng kính 4.3.2 Tua bin hướng trục 45 45 47 49 49 49 50 52 58 61 64 69 78 79 89 4.4 PHOI HOP GIU'A CUM TUA BIN MAY NEN VA ĐỘNG CƠ DOT TRONG 97 4.4.1 Đặc tính cum tua bin - may nén 97 4.4.2, Phối hợp cụm tăng áp động đốt 99 4.5 KY THUAT SU DUNG NANG LUONG KHi XA 105 4.5.1 Quá trình tăng áp đẳng áp 106 4.5.2 Quá trình tăng áp xung 108 4.5.3, Ưu nhược điểm tang dp tua bin xung tua bin đẳng áp 109 4.6 PHÓI HỢP TUABIN MAY NEN VOI DONG CO DOT TRONG CHE BO TAI THAY DOI Chuong CAC HE THONG TANG AP KHAC 115 5.1 TANG AP NHO HIEU UNG AP SUAT TREN DUONG NAP 115 112 5.1.1 Tăng áp cộng hưởng đường ống nạp 115 5.1.2 Hiệu ứng cộng hưởng Helmholzt đường ống nạp 119 5.2 TANG AP BANG SONG AP SUAT KHI XA 5.3 TANG AP TOC DO 154* TA 120 123 5.4 TĂNG ÁP CAO | | 123 5.5, SO SANH HE THONG TANG:AP CO MAY NEN VA HE THONG TANG AP KHONG CO MAY NEN 123 Chuong CAC NHAN TO ANH HUONG SAU KHI TANG AP DONG CO 125 6.1 PHA PHO! KHi 125 6.2 TY SO NEN ¢ 126 6.3 DUONG NAP VA DUONG THAI 128 6.3.1 Đường nạp 128 6.3.2 Đường thải 129: 6.4 HE THONG NHIEN LIEU 6.5 LAM MAT TRUNG GIAN 6.6 LAM MAT PISTON _ | | Chương MƠ PHONG TÍNH TỐN HỆ THONG TANG AP 7.1 GIỚI THIỆU XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN 7.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN CHO ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP 7.2.1 Xy lanh (Cylinder element) 137 137 137 138 7.2.2 Phần tử đường ống (pipe element) _ 144 7.2.3 Phần tử bình ổn ap (plenum element) 7.2.4 Phần tử tua bin may nén 7.2.5 Làm mát khí nạp TAI LIEU THAM KHẢO MUC LUC 131 133 135 | : ee , 145 | 145 147 151 152 TA* 155 « NHÀ XUẤT BẢN GIAO THƠNG VẬN TẢI 80B Trần Hưng Đạo - Hoàn Kiếm - Hà Nội Điện thoại: 0439423345 * Fax: 04.38224784 Website: www.nxbgtvtvn * Email: nxbgtvt@fpt.vn Chịu trách nhiệm xuất bản: Chịu trách nhiệm nội dung: Biên Tập: Thiết kế bản: Trình bảy: | _ Trường ĐH GTVT Thân Ngọc Anh Xưởng in Trường ĐH GTVT Xưởng in Trường ĐH GTVT In 270 khổ 19x27 cm xưởng in Trường Đại học GTVT Địa chỉ: Số phố Cầu Giấy, P Láng Thượng, Q Đống Đa, TP Hà Nội Số xác nhận đăng ký xuất bản: 2126-2016/CXBIPH/3-85/GTVT Mã số sách tiêu chuẩn quốc tế - ISBN: 978-604-76-1052-5 Quyết định xuất số: 118/QD-GTVT 04/07/2016 In xong nộp lưu chiểu năm 2016: 156 * TA Lê Tử Giang