Giới thiệu chung về động cơ Yuchai - YZ485ZLQ
Các thông số cơ bản của động cơ Yuchai-YZ485ZLQ
Bảng 1 – 1 Các thống số cơ bản của động cơ
Tên thông số Giá trị Đơn vị Động cơ do hãng Yuchai Machinery của
Số hiệu động cơ YZ485ZLQ Động cơ diezel 4 kỳ, tăng áp bằng turbo và làm mát trung gian
Thứ tự làm việc các xylanh 1-3-4-2 Đường kính xylanh 85 [mm]
Công suất cực đại/số vòng quay 46/3200 [KW]/[vòng/phút]
Mô men cực đại/Số vòng quay định mức 165/3200 [N.m]/[vòng/phút]
Tốc độ cực đại của động cơ 3456 - 3616 [vòng/phút]
Tốc độ chạy cầm chừng của động cơ 750 - 800 [vòng/phút]
Dung tích xylanh 2,088 [lít] Áp suất phun nhiên liệu 20 – 20,5 [Mpa]
Bơm nhiên liệu loại 4QTF90G
Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất khi đầy tải 215 [g/(kW.h)]
Tiêu chuẩn ô nhiễm môi trường EURO II
Phương pháp bôi trơn cưỡng bức
Dùng bơm dầu kiểu rotor, dẫn đông từ trục khuỷu động cơ
Làm mát bằng nước, chu trình kín
Bơm nước làm mát kiểu ly tâm, dẫn động từ trục khuỷu động cơ
Khởi động bằng môtơ điện loại QD138Y Điện áp máy khởi động – Công suất 12 – 2,5 [V] – [KW] Dùng máy phát loại JFWB15C3
Dòng điện máy phát – Công suất khuyếch đại 14 - 500 [A] – [W]
Trọng lượng khô động cơ 205 [kg]
Kích thước tổng thể: Dài x Rộng x Cao 820x556x660 [mm]Turbo tăng áp loại SJ60
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai - YZ485ZLQ
Giới thiệu chung về tăng áp trên động cơ diezel
2.1.1 Mục đích của việc tăng áp cho động cơ diezel Đối với động cơ không sử dụng hệ thống tăng áp, quá trình nạp của động cơ được tiến hành bằng cách nạp trực tiếp không khí từ môi trường bên ngoài Việc nạp trực tiếp như vậy sẽ hạn chế về mặt lưu lượng và áp suất khí nạp không cao, do đó công suất của động cơ vì thế mà không được phát huy hết Để khắc phục hạn chế này, ta sử dụng một máy nén riêng để nén trước không khí sau đó đưa vào xylanh động cơ, làm tăng mật độ không khí, qua đó tăng số lượng không khí nạp vào động cơ trong mỗi chu trình, vì vậy sẽ làm tăng công suất của động cơ Đó chính là mục đích của việc tăng áp cho động cơ diezel.
Việc tăng áp suất không khí trước khi nạp vào xylanh động cơ làm tăng công suất của động cơ lên rất nhiều Tuy nhiên, nếu với động cơ xăng ta sử dụng phương pháp này để nâng công suất của động cơ ta lại phải vướng thêm vấn đề gây kích nổ, đã tạo nên nhiều khó khăn trong sử dụng thực tế, vì vậy việc tăng áp này chỉ sử dụng chủ yếu ở động cơ diezel Đặc biệt, trong những năm gần đây, do có nhiều tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo turbo và máy nén nên phạm vi sử dụng tăng áp cho động cơ ngày càng rộng và áp suất tăng áp Pk ngày một nâng cao làm cho không những tính năng về động lực học của động cơ có sử dụng hệ thống tăng áp tốt hơn động cơ không tăng áp mà còn hạ thấp suất tiêu hao nhiên liệu Nếu áp suất có ích trung bình của động cơ diezel không tăng áp Pe thường không quá 0,7 – 0,9 Mpa thì Pe của động cơ tăng áp thấp rất dễ đạt 1,0 – 1,2 Mpa, nếu nâng cao áp suất tăng áp Pk và làm lạnh trung gian cho không khí sau khi qua máy nén, đã có thể đưa áp suất có ích trung bình pe của động cơ thực nghiệm lên tới 4 Mpa.
Tóm lại, việc sử dụng hệ thống tăng áp là biện pháp chủ yếu, hiệu quả nhất để nâng cao công suất của động cơ diezel.
2.1.2 Các phương pháp tăng áp chủ yếu cho động cơ
Tất cả các biện pháp tăng áp nhằm tăng áp suất của không khí nạp vào trong xi lanh động cơ ở cuối quá trình nạp lúc đóng xupáp nạp, qua đó làm tăng lượng khí nạp mới vào trong động cơ, được gọi là tăng áp cho động cơ.
Dựa vào nguồn năng lượng để nén không khí trước khi đưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động cơ thành tăng áp có máy nén và tăng áp không có máy nén theo sơ đồ (hình 2 – 1).
Hình 2 – 1 Các phương pháp tăng áp trên động cơ đốt trong 2.1.2.1 Biện pháp tăng áp nhờ máy nén Ở động cơ đốt trong nếu môi chất trước khi nạp vào xi lanh được nén đến một áp suất nào đó thì được gọi là động cơ tăng áp Nếu môi chất được nén nhờ máy nén được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thì tổ hợp động cơ đốt trong - máy nén
Có máy nén Không có máy nén
Dao động và cộng hưởng
Lắp song song được gọi là động cơ tăng áp cơ khí (hoặc cơ giới) Nếu máy nén được dẫn động nhờ tuabin tận dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong thì tổ hợp động cơ đốt trong - tua bin - máy nén được gọi là động cơ tăng áp tua bin khí.
2.1.2.2 So sánh ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp có máy nén và hệ thống tăng áp không có máy nén
Về mức độ tăng áp: Hệ thống tăng áp có máy nén có khả năng tăng công suất lớn và công suất trên một đơn vị diện tích đỉnh piston lớn hơn nhiều so với hệ thống tăng áp không có máy nén Vì thế, các động cơ diezel cỡ lớn đều dùng tăng áp có máy nén Ngược lại, hệ thống tăng áp không có máy nén có ưu điểm nổi bật là khi tốc độ động cơ càng thấp thì áp suất tăng áp càng cao, nhờ đó động cơ sẽ có mômen lớn tại tốc độ thấp, điều này rất thích hợp với điều kiện làm việc của động cơ ô tô.
2.1.3 Một vài vấn đề cần lưu ý khi tăng áp cho động cơ đốt trong
Do trong quá trình tăng áp cho động cơ mắc phải những hạn chế cơ bản đó là sự tăng ứng suất cơ và ứng suất nhiệt được thể hiện qua áp suất và nhiệt độ của chu trình, vì vậy cần sử dụng một số biện pháp về lựa chọn các thông số nhiệt động, cấu tạo, vật liệu và công nghệ chế tạo và đảm bảo cho động cơ tăng áp được hoạt động lâu bền với tốc độ tin cậy cao Do đó để khắc phục được những hạn chế đó ta phải lưu ý những vấn đề khi tăng áp cho động cơ. Để tăng áp cho động cơ, người ta thực hiện theo 3 nguyên tắc sau :
1 Để đạt được công suất cao người ta phải tìm mọi biện pháp để có giá trị ρk lớn trong khi đó nhiệt độ của môi chất nạp vào động cơ càng thấp càng tốt.
2 Phải lựa chọn tỷ số nén của động cơ đốt trong một cách hợp lý nhằm giảm áp suất pe và nhiệt độ Te cuối quá trình nén cũng như nhiệt độ của chu trình trong khi phải đảm bảo nhiệt độ lạnh của động cơ.
3 Nhiệt độ cuối quá trình nén chỉ cần đủ lớn để đảm bảo thời gian cháy trể hợp lý, mặc khác giữ cho nhiệt độ của chu trình không quá cao.
+ Các phương pháp tăng áp cụ thể :
- Giảm tỷ số nén của động cơ đốt trong Trong thực tế những động cơ diezel tăng áp cao tỷ số nén có thể giảm đến = 7.
- Làm mát khí tăng áp, cho phép chẳng những giảm áp suất, nhiệt độ cuối quá trình nén và cả chu trình mà còn làm tăng khối lượng riêng của khí nạp ρ1.
- Tổ chức quét buồng cháy bằng khí tăng áp sẽ có tác dụng rất hiệu quả trong việc giảm nhiệt độ của đỉnh piston, xupáp xả và cánh tuabin.
- 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 giử cho nhiệt độ 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.
Tính toán hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai YZ485ZLQ
Những hư hỏng và biện pháp khắc phục
Xác định nguyên nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục
Việc xác định những nguyên nhân hư hỏng của hệ thống tăng áp là hết sức quan trọng, nó liên quan lớn đến nhiều chỉ tiêu của động cơ Do đó, người thợ sửa chữa phải tuân thủ rất nghiêm ngặt quy trình sửa chữa theo đúng tuần tự sau :
- Tìm hiểu các biểu hiện của động cơ ;
- Chỉ tác động vào cụm TB-MN khi đã xác định rõ sự cố của động cơ là do cụm TB-MN gây ra
Chú ý: tránh tháo cụm TB-MN khi chưa biết rõ nguyên nhân gây hư hỏng để tránh trường hợp tác động vào cụm TB-MN khi không cần thiết.
Hư hỏng hệ thống tăng áp chủ yếu do các nguyên nhân sau :
- Dầu bôi trơn bị bẩn ;
- Vật lạ rơi vào hệ thống.
Khi xảy ra hư hỏng ở hệ thống tăng áp sẽ có những biểu hiện hư hỏng sau :
- Công suất của động cơ thấp ;
- Tiêu hao nhiên liệu lớn ;
- Động cơ xuất hiện khói đen hoặc khói xanh ;
- Độ ồn của động cơ tăng.
Sau đây là một số hiện tượng hư hỏng thường gặp của cụm TB-MN và biện pháp khắc phục chúng.
4.1.1 Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn
- Do áp suất tăng áp quá thấp ;
- Tắc hệ thống nạp khí ;
- Rò rỉ trong hệ thống nạp khí ;
- Sai lệch điều kiện vận hành của TB-MN.
- Dùng đồng hồ đo áp suất khí tăng áp Áp suất khí tăng áp của động cơ mà ta khảo sát là 2,5 [KG/cm 2 ] Nếu áp suất khí tăng áp không đạt theo yêu cầu trên thì chuyển sang thực hiện các bước tiếp theo.
- Kiểm tra hệ thống nạp khí: kiểm tra lọc khí, hiện tượng lọt khí giữa các bích nối của đường nạp vào máy nén và máy nén vào động cơ, kiểm tra các chất cặn bẩn dính bám trên đường ống nạp làm tăng sức cản trên đường nạp.
- Kiểm tra hệ thống thải khí: sự lọt khí qua các bích nối giữa động cơ với đường ống thải, giữa đường ống thải với TB, kiểm tra hiện tượng tắc đường ống thải khí.
- Kiểm tra sự quay của cánh MN Nếu cánh MN không quay hoặc khó quay thì tháo cụm TB-MN và kiểm tra độ rơ dọc trục cũng như khe hở hướng kính của cánh máy nén.
Quá trình đo được tiến hành theo đúng chỉ định trong các catalog và sổ tay hướng dẫn vận hành bảo trì của nhà chế tạo Nếu các giá trị đo được, không đảm bảo chỉ định thì phải thay thế cụm TB-MN.
4.1.2 Có tiếng ồn bất thường
- Có hiện tượng cộng hưởng của các chi tiết lắp ghép với cụm TB-MN hoặc với bản thân cụm TB-MN.
- Ống xả bị rò hoặc rung động do nới lỏng các bulông cố định.
- Sai lệch điều kiện vận hành của TB-MN.
- Kiểm tra các bulông lắp ghép của cụm TB-MN, nhất là các bulông nên xem có bị lỏng, lắp đặt không đúng hay bị biến dạng không, từ đó, có biện pháp sửa chữa hoặc thay thế nếu cần
- Kiểm tra các bích nối của hệ thống nạp, thải với động cơ cũng như với cụm TB-MN Siết chặt lại bulông hoặc thay thế tùy thuộc vào tình hình cụ thể Kiểm tra sự biến dạng của ống xả.
- Kiểm tra các khe hở dọc trục và khe hở hướng tâm của cánh MN, kiểm tra trục TB-MN cũng như kiểm tra các ổ đỡ.
- Kiểm tra xem có vật lạ rơi vào hệ thống không.
4.1.3 Tiêu hao nhiên liệu lớn và có khói xanh
Do hư hỏng các đầu nối với cụm TB-MN hoặc do mòn bạc lắp trên trục cụm TB-MN.
- Kiểm tra sự thất thoát dầu của hệ thống thải: tháo ống nối đầu vào của tuabin xem có sự tích tụ muội than trên cánh tuabin Sự tích tụ muội than ở đây là do cháy dầu gây ra.
- Kiểm tra sự rò rỉ dầu của hệ thống nạp: kiểm tra các khe hở dọc trục và khe hở hướng kính của cánh máy nén, kiểm tra sự có mặt của dầu bôi trơn trong ống hút của máy nén.
Phân tích các hư hỏng của hệ thống tăng áp
Việc thiếu dầu có ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc bình thường của các ổ trục, sự quay của roto, các đệm làm kín, thậm chí có thể gây gãy trục hay các sự cố nghiêm trọng khác.
Nhiệt độ làm viêc bình thường của các ổ trục là 60-90 0 C nhưng khi thiếu dầu bôi trơn nó có thể lên tới 400 0 C Điều này dẫn đến cháy dầu bôi trơn, biến dạng trục, tróc dích vật liệu ổ lên trục và có thể dẫn đến va đập cánh của cụm TB-MN lên vỏ.
4.2.2 Vật lạ rơi vào cụm TB-MN
Nếu có vật lạ rơi vào cụm TB-MN thì hậu quả sẽ rất lớn Có thể gây gãy, vỡ các cánh MN, cánh TB hoặc gây hao mòn nhanh các bề mặt ma sát.
Dầu để bôi trơn trục TB-MN được trích từ hệ thống bôi trơn của động cơ và qua hệ thống lọc Nhưng nếu dầu bôi trơn bị bẩn sẽ làm cho chất lượng bôi trơn của dầu không đảm bảo, có thể làm tắc các đường ống dẫn dầu bôi trơn, gây ra hiện tượng thiếu dầu hoặc làm cào xước, mài mòn các bề mặt ma sát.
Dầu bẩn có thể do lọc không tốt, do hiện tượng cháy dầu, dẫn đến sự pha trộn dầu sạch với một lượng muội than do dầu cháy hoặc do sự tích tụ cặn ở các vị trí khó lưu thông dầu trong hệ thống.
Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ
4.3.1 Kiểm tra hệ thống khí nạp
Kiểm tra sự rò rỉ, tắc kẹt của đường ống nối giữa bầu lọc khí với đường nạp,đường nạp với cụm TB-MN cũng như giữa cụm TB-MN và đường ống nối với động cơ Các hư hỏng trong hệ thống này, cần được khắc phục theo các trình tự như sau :
- Tắc lọc khí: làm sạch hoặc thay thế ;
- Vỏ bị hỏng hoặc biến dạng: sửa chữa hoặc thay thế ;
- Rò rỉ tại các đầu nối: kiểm tra các đầu nối và sửa chữa ;
- Nứt vỡ các phụ kiện: sửa chữa và thay thế.
4.3.2 Kiểm tra hệ thống thải
Kiểm tra sự rò rỉ hay tắc kẹt của đường ống nối giữa động cơ với đầu vào cụm TB-MN và giữa đầu ra của cụm TB-MN với đường thải.
- Biến dạng các phụ kiện: sửa chữa và thay thế.
- Vật lạ rơi vào các rãnh: vệ sinh.
- Lọt dầu: sửa chữa hoặc thay thế.
- Nứt vỡ các phụ kiện: sửa chữa và thay thế.
4.3.3 Kiểm tra hoạt động bộ chấp hành
- Tháo ống bộ chấp hành.
- Dùng SST 09992-00241 (đồng hồ đo áp suất tuabin tăng áp), áp suất khoảng 0,81 kgf/cm 2 lên bộ chấp hành và kiểm tra cần dịch chuyển Nếu cần không dịch chuyển, thay cụm tuabin tăng áp.
Lưu ý: không bao giờ tạo áp suất lớn hơn 0,95 kgf/ cm 2 lên bộ chấp hành.
- Kiểm tra màng cao su bị thũng hay xé rách hoặc co giản quá mức, nếu vậy, phải thay thế.
- Kiểm tra lò xo có biến dạng hay lực đàn hồi quá yếu, làm cần điều khiển không có tác dụng.
Các điểm cần lưu ý khi sử dụng hệ thống tăng áp
- Không dừng động cơ ngay sau khi ôtô vận hành ở tốc độ cao, tải lớn hoặc leo dốc để tránh trường hợp bơm dầu của hệ thống bôi trơn bị tắt, dẫn đến thiếu cung cấp cho các bề mặt ma sát của hệ thống tăng áp vốn đang làm việc với tốc độ rất lớn Hiện tượng này có thể gây ra cháy TB hoặc gây hư hỏng nặng cho cụm TB-
MN Do đó, chú ý cần phải có thời gian chạy không tải động cơ khoảng 20120 s trước khi cho dừng hẳn động cơ Thời gian chạy không tải dài hay ngắn phụ thuộc vào mức độ hoạt động của động cơ trước khi dừng.
- Tránh tăng tốc đột ngột ngay sau khi động cơ vừa khởi động lạnh.
- Động cơ phải được vận hành trong điều kiện có bầu lọc khí, tránh trường hợp có vật lạ rơi vào hệ thống.
- Nếu cụm TB-MN có sự cố và cần phải thay thế thì trước tiên cần phải kiểm tra các nguyên nhân gây hư hỏng theo các bước sau đây sau đó mới tháo bỏ từng phần nếu cần thiết.
+ Mức dầu và chất lượng dầu bôi trơn của động cơ ;
+ Điều kiện vận hành trước đó của động cơ ;
+ Đường dầu bôi trơn dẫn đến cụm TB-MN.
Việc kiểm tra này là hết sức cần thiết để tránh sự cố tiếp theo sau khi đã sửa chữa hoặc thay thế cụm TB-MN mới.
- Tuân thủ đầy đủ các chỉ dẫn khi tháo và lắp cụm TB-MN Không đánh rơi, va đập các chi tiết sau khi tháo vào các vật cứng Không di chuyển các chi tiết bằng cách cầm vào các bộ phận dễ bị biến dạng.
- Trước khi di chuyển cụm TB-MN, phải che kín đường nạp, đường thải cũng như phễu kiểm tra dầu để tránh sự xâm nhập của các bụi bẩn hoặc vật lạ.
- Nếu thay thế cụm TB-MN cần phải kiểm tra sự tích tụ của các cặn bẩn trong đường ống dẫn dầu Nếu cần thiết, có thể thay thế các đường ống này.
- Khi tháo cụm TB-MN cần tháo toàn bộ các tấm đệm bị dính chặt vào các mặt bích ống dẫn dầu cũng như các bích nối khác của cụm TB-MN.
- Nếu thay thế bulông hoặc đai ốc thì chỉ được thực hiện nếu có các bulông, đai ốc mới theo đúng chỉ định của nhà sản xuất để đảm bảo không bị đứt hoặc biến dạng.
- Nếu thay thế mới cụm TB-MN, cần đổ 2050cc dầu bôi trơn vào phễu đổ dầu của cụm TB-MN và quay cánh MN bằng tay để đưa dầu đến các ổ trục.
- Nếu sửa chữa lớn hoặc thay thế động cơ, sau khi lắp, cắt hệ thống cung cấp nhiên liệu và quay động cơ bằng tay trong vòng 30s để phân phối dầu bôi trơn đến khắp các vị trí cần bôi trơn của động cơ, sau đó khởi động động cơ và cho chạy không tải trong khoảng 60s.
Phương pháp tháo lắp cum TB-MN
Trước hết việc tháo và lắp cụm TB-MN cần phải tuân thủ theo đúng trình tự và chỉ dẫn do nhà thiết kế quy định, tránh việc tháo cụm TB-MN khi chưa xác định rõ nguyên nhân cũng như chưa xác định được mục đích rõ ràng.
Quá trình lắp cụm TB-MN vào động cơ hết sức quan trọng đòi hỏi cẩn thận và chính xác của người thợ Các bước lắp đặt cụm TB-MN được tiến hành theo trình tự ngược lại so với lúc tháo Tuy nhiên, cần chú ý đến lực siết các bulông, đai ốc phải theo đúng yêu cầu Ngoài ra, sau khi lắp đặt xong, cần phải chú ý một số công việc cần phải thực hiện như sau :
+ Tra dầu vào cụm TB-MN và quay tay để đưa dầu bôi trơn vào các ổ trục ;
+ Đổ đầy nước làm mát vào két làm mát của động cơ ;
+ Kiểm tra mức dầu bôi trơn của động cơ ;
+ Khởi động động cơ và kiểm tra xem có hiện tượng rò rỉ không.