TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Động cơ đốt trong hiện nay nổi bật với hiệu suất cao và kích thước nhỏ gọn, chiếm ưu thế trong các lĩnh vực như giao thông đường bộ, phát điện dự phòng và đường thủy Công nghệ và kết cấu động cơ đã được cải tiến, giúp tăng cường công suất Tuy nhiên, việc thiết kế động cơ cần cân bằng giữa công suất lớn và trọng lượng nhẹ Sử dụng hệ thống tăng áp là một giải pháp hiệu quả, cho phép đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn, từ đó nâng cao công suất đầu ra cho động cơ có kích thước nhất định.
Trong nghiên cứu này, chúng ta sẽ lựa chọn phương pháp tăng áp tối ưu để nâng cao công suất động cơ và đồng thời đề xuất các giải pháp khắc phục những hạn chế hiện tại.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
− Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Nghiên cứu lý thuyết về động cơ đốt trong là cần thiết, đặc biệt là quá trình nạp, hiệu suất nạp và công suất động cơ Việc tham khảo sách, nghiên cứu khoa học và tạp chí chuyên ngành trong và ngoài nước sẽ giúp bạn có cái nhìn tổng quan và sâu sắc về lĩnh vực này.
− Phương pháp so sánh đối chiếu kết quả
So sánh kết quả thu được từ các phương pháp khác nhau giúp đánh giá và xác định phương pháp tối ưu nhất nhằm nâng cao hiệu suất và công suất của động cơ.
Mục đích tăng áp
Nhờ có bộ tuabin tăng áp làm tăng lượng không khí nạp cho một chu trình của động cơ nên có thể: [1]
− Giảm thể tích tổng của động cơ đốt trong ứng với 1 đơn vị công suất
− Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ tương ứng với 1 đơn vị công suất
− Giảm chi phí sản xuất ứng với 1 đơn vị công suất
− Tăng hiệu suất của động cơ, đặc biệt là ở tăng áp bằng tuabin khí và từ đó giảm tiêu thụ nhiên liệu
− Giảm lượng khí thải độc hại
Bảng 1 1: Bảng so sánh các thông số của động cơ 4 kỳ có tăng áp và không có tăng áp [1]
Các thông số Động cơ tăng áp Động cơ không tăng áp
Công suất ở n00 vg/ph 1200ml (882 kW) 600ml (441kW)
Trọng lượng trên một đơn vị công suất (động cơ trần, khô)
3.35 kg/ml (4,56kg/kW) 6,03 kg/ml (8,2 kg/kW)
Thể tích trên một đơn vị công suất 2,88 dm3/ml (3,91dm3/kW) 5,25 dm3/ml (7,11 dm3/kW) Thể tích lắp đặt trên một đơn vị công suất
Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài
Nâng cao công suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường là một vấn đề nghiên cứu quan trọng, liên quan đến nhiều yếu tố và số liệu trong quá trình phân tích Đề tài này tập trung vào hệ thống tăng áp được lắp đặt trên động cơ 1GD-FTV của Toyota Fortuner, nhằm tìm ra các biện pháp cải thiện hiệu suất và bảo vệ môi trường.
Thời gian Nội dung thực hiện
21/02/2023 Giảng viên hướng dẫn giao đề tài
Từ ngày 21 tháng 02 đến 10 tháng 03 năm 2023, chúng tôi đã lập dàn ý cho đề tài nghiên cứu về các biện pháp nâng cao công suất động cơ Chương I của bài viết sẽ trình bày lý do chọn đề tài, phương pháp nghiên cứu được áp dụng, cũng như mục đích của việc tăng áp cho động cơ.
11/03 – 20/04/2023 Viết chương II Tìm hiểu các loại tăng áp và ưu nhược điểm của chúng Tìm hiểu những lưu ý khi sử dụng hệ thống tăng áp
Từ ngày 21/04 đến 10/06/2023, tôi đã hoàn thành chương III và chương IV, trong đó nghiên cứu về các loại máy nén và tua bin Tôi đã thực hiện tính toán các thông số của tua bin và máy nén, đồng thời tìm hiểu các hư hỏng thường gặp trong hệ thống tăng áp và phương pháp khắc phục hiệu quả.
11/06 – 24/06/2023 Viết kết luận, hoàn thiện đề tài và làm PowerPoint.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các biện pháp nâng cao công suất của động cơ
Để cải thiện công suất của động cơ đốt trong, cần tăng khối lượng nhiên liệu cháy trong một đơn vị thể tích xilanh trong khoảng thời gian nhất định Điều này đồng nghĩa với việc tăng lượng nhiệt tỏa ra trong không gian và thời gian xác định Vì vậy, để nâng cao công suất, việc gia tăng lượng nhiên liệu được đốt cháy trong một đơn vị thời gian là rất cần thiết.
Công suất của động cơ được tính: [2]
Trong đó: Pe: Áp suất có ích trung bình (MPa) i: Số xilanh
Vh: Dung tích xilanh (l) n: Số vòng quay trong một phút (vòng/phút)
Biểu thức (2.1) chỉ ra rằng hàm số 𝑁 𝑒 phụ thuộc vào các thông số quan trọng như áp suất có ích trung bình 𝑃 𝑒, thể tích công tác của xilanh 𝑉 ℎ, số xilanh của động cơ i, tốc độ động cơ n và số kỳ của động cơ τ.
Để nâng cao công suất động cơ, cần áp dụng các biện pháp liên quan đến cấu trúc hoặc nguyên lý hoạt động nhằm điều chỉnh các đại lượng tỷ lệ với nhau.
2.1.1 Tăng tốc độ động cơ (n)
Khi tăng tốc độ động cơ, số chu kỳ công tác trong một đơn vị thời gian sẽ tăng, dẫn đến công suất lớn hơn trong cùng khoảng thời gian Động cơ đốt trong có giới hạn về số vòng quay tối đa, thường từ 11000 đến 12000 vòng/phút, trong khi giá trị số vòng quay tối ưu thường nằm trong khoảng 5000 đến 7000 vòng/phút.
Khi động cơ đốt trong tăng số vòng quay, quá trình cháy gặp khó khăn, dẫn đến tăng tốc độ trượt trung bình của piston Điều này gây ra tổn thất do ma sát và mài mòn các chi tiết, đồng thời gia tăng lực quán tính của động cơ Hơn nữa, việc tăng vòng quay còn làm tăng lượng nhiên liệu và dầu bôi trơn tiêu thụ, đồng thời gia tăng độ ồn và rung động của động cơ.
Nếu giảm số kỳ, về mặt lý thuyết cho thấy rằng công suất của động cơ 2 kỳ có thể gấp đôi công suất của động cơ 4 kỳ
Tuy nhiên trong thực tế chỉ gấp từ (1,6 ÷ 1,8) lần:
− Trong động cơ 2 kỳ một phần thể tích công tác bị tổn hao do cơ cấu trao đổi khí
− Để giảm nhiệt độ các chi tiết nhóm piston-xilanh, các động cơ 2 kỳ thường làm việc với hệ số dư lượng không khí lớn
− Với động cơ 2 kỳ, việc làm sạch xilanh kém, lượng khí sót lớn, nên làm xấu quá trình cháy và giảm hiệu suất chỉ thị
− Trong động cơ 4 kỳ, ứng suất nhiệt các chi tiết nhóm piston-xilanh nhỏ và Entanpi khí xả lớn nên có thể tăng áp
Động cơ 2 kỳ có khả năng sinh ra công suất lớn hơn khoảng 50 ÷ 70% so với động cơ 4 kỳ trong cùng điều kiện, trong khi đó, đối với động cơ tăng áp, công suất của động cơ 4 kỳ có thể đạt bằng hoặc lớn hơn công suất của động cơ 2 kỳ khi các yếu tố như đường kính, hành trình và tốc độ quay giống nhau.
2.1.3 Tăng số xilanh động cơ (i)
Tăng số xilanh trong động cơ giúp nâng cao công suất và cải thiện sự cân bằng Hiện nay, động cơ một hàng có thể sở hữu đến 12 xilanh, trong khi động cơ cao tốc kiểu V có thể đạt tới 16 xilanh, và động cơ kiểu sao có từ 32 đến 56 xilanh.
Khi số xilanh của động cơ tăng lên quá lớn, số lượng chi tiết cũng gia tăng đáng kể, khoảng từ 50.000 đến 100.000 chi tiết Điều này dẫn đến sự giảm độ cứng vững của hệ trục khuỷu, ảnh hưởng đến độ tin cậy và an toàn trong quá trình hoạt động Hơn nữa, việc bảo dưỡng và sử dụng động cơ trở nên phức tạp hơn.
2.1.4 Tăng thể tích công tác của động cơ (𝑽 𝒉 )
Tăng thể tích công tác: tức là tăng kích thước xilanh (đường kính D) và hành trình của piston (S) nên sẽ làm tăng công suất của động cơ
Kích thước và chiều cao của động cơ sẽ gia tăng, dẫn đến những thách thức về công nghệ và vật liệu trong quá trình chế tạo các chi tiết của động cơ.
2.1.5 Tăng áp cho động cơ
Ngoài các biện pháp cải tiến thiết kế, việc điều chỉnh các thông số làm việc của động cơ cũng có thể nâng cao hiệu suất có ích ηe, từ đó gia tăng hiệu quả hoạt động.
5 công suất của động cơ 𝑁 𝑒 Tuy nhiên biện pháp này làm tăng công suất 𝑁 𝑒 không đáng kể
Tăng áp cho động cơ là quá trình tăng khối lượng không khí nạp vào xilanh bằng cách tăng khối lượng riêng của không khí, dẫn đến tăng áp suất hiệu dụng 𝑃 𝑒 và công suất động cơ Việc tăng áp cho không khí nạp có thể làm tăng đáng kể công suất động cơ, với áp suất có ích trung bình 𝑃 𝑒 của động cơ Diesel không tăng áp chỉ từ 0,7 đến 0,9 MPa, trong khi động cơ Diesel tăng áp có thể đạt 1,0 đến 1,2 MPa Nếu nâng cao áp suất trên đường ống nạp và làm mát trung gian, áp suất có ích trung bình 𝑃 𝑒 có thể vượt quá 3 MPa Biện pháp tăng áp cho động cơ nhằm tăng áp suất của môi chất trước khi nạp vào động cơ, từ đó tăng khối lượng riêng của nó.
Tăng áp là biện pháp hiệu quả nhất để nâng cao công suất động cơ, do đó, hầu hết các động cơ Diesel cỡ lớn, đặc biệt trong lĩnh vực phát điện và tàu thủy, đều được trang bị hệ thống tăng áp.
Những vấn đề lưu lý khi tăng áp cho động cơ:
Trong động cơ tăng áp, phụ tải nhiệt và cơ học cao hơn so với động cơ chưa tăng áp, do đó cần lựa chọn cẩn thận các thông số cấu tạo, nhiệt động và đặc điểm vật liệu để đảm bảo hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ Hệ thống nhiên liệu cũng cần được cải tiến với quy luật cấp nhiên liệu nghiêm ngặt hơn và vòi phun có áp suất cao hơn Do đó, động cơ tăng áp cần chú ý đến tỷ số nén ε.
Trong động cơ tăng áp, áp suất cực đại trong quá trình cháy 𝑃 𝑧 tăng lên khi mức tăng áp cao, dẫn đến việc hầu hết các động cơ tăng áp cần giảm tỷ số nén ε để hạn chế áp suất này Tuy nhiên, việc giảm 𝑃 𝑧 có thể ảnh hưởng đến khả năng khởi động và công suất động cơ Do đó, khi chọn tỷ số nén cho động cơ tăng áp, cần đảm bảo khả năng khởi động tốt khi động cơ lạnh và hoạt động ổn định ở chế độ tải nhỏ Đối với động cơ Diesel tăng áp, tỷ số nén thường dao động trong khoảng 12 đến 14.
Sau khi tăng áp, mặc dù tỷ số nén đã được giảm để giảm áp suất cực đại, nhưng áp suất cuối quá trình nén 𝑃𝑐 và áp suất cực đại 𝑃𝑧 vẫn cao hơn nhiều so với động cơ chưa tăng áp Việc tăng áp đã làm gia tăng áp suất của môi chất ở đầu quá trình nén Tuy nhiên, khi điều chỉnh tỷ số nén, cần chú ý đến sự phối hợp với hình dạng buồng cháy và đặc điểm tia nhiên liệu để không ảnh hưởng đến khả năng khởi động lạnh, suất tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất làm việc của động cơ.
Các loại tăng áp và ưu nhược điểm
Tăng áp cho động cơ là quá trình gia tăng áp suất không khí nạp vào xilanh trong giai đoạn cuối của quá trình nạp, khi xupap nạp đã đóng Biện pháp này giúp tối ưu hóa lượng khí mới được nạp vào động cơ, từ đó cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ.
Tăng áp cho động cơ được phân chia thành hai loại dựa trên nguồn năng lượng sử dụng để nén không khí trước khi nạp vào động cơ: tăng áp có máy nén và tăng áp không có máy nén.
2.2.1 Biện pháp tăng áp có máy nén
Nếu máy nén được dẫn động bằng trục khuỷu của động cơ đốt trong, thì tổ hợp này được gọi là động cơ tăng áp cơ khí Ngược lại, nếu máy nén được dẫn động nhờ tuabin sử dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong, tổ hợp này sẽ được gọi là động cơ tăng áp tuabin khí.
2.2.1.1 Động cơ tăng áp dẫn động cơ khí
Trong phương pháp tăng áp cơ khí, máy nén có thể là máy nén kiểu piston, máy nén ly tâm hoặc máy nén hướng kính, được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ thông qua các cơ cấu truyền động như bánh răng hoặc xích.
Dao động và cộng hưởng
Sóng áp suất Tốc độ
Hình 2 1: Sơ đồ phân loại tăng áp [1]
Hình 2 2: Sơ đồ tăng áp cơ giới [1]
MN – máy nén; ĐC – động cơ; LM – làm mát trung gian; P0 – áp suất môi trường;
Pk – áp suất khí tăng áp
Khi động cơ hoạt động, công suất từ trục khuỷu được truyền đến máy nén, giúp máy nén hút không khí từ môi trường với áp suất 𝑃 𝑜 Sau khi qua máy nén, áp suất không khí tăng lên 𝑃 𝑘, lớn hơn 𝑃 𝑜, và sau đó không khí được đưa vào đường ống nạp và vào xilanh động cơ.
Công suất có ích của động cơ đốt trong được xác định theo công thức sau: [2]
Công suất có ích từ trục khuỷu động cơ Ne được tính toán bằng cách lấy công suất chỉ thị Ni và trừ đi tổn thất cơ giới Nm cũng như công suất Nk cần thiết để dẫn động máy nén.
Công suất dẫn động máy nén phụ thuộc vào số vòng quay, và khi động cơ hoạt động ở chế độ tải nhỏ, phần trăm công suất hao tổn do việc dẫn động máy nén sẽ tăng, dẫn đến giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống.
Nếu gọi công của chu trình ĐCĐT là 𝐿 𝑡𝑑 và công của động cơ tiêu hao do máy nén là 𝐿 𝑡𝑛 thì công nhận được của toàn thiết bị là 𝐿 𝑡𝑑 − 𝐿 𝑡𝑛
Hiệu suất của toàn thiết bị trong trường hợp này là: [2]
𝐿 𝑡𝑑 : Công suất tương đối của MN
Từ (2.4) ta được: 𝑡𝑎 = 𝑡𝑑 (1 − 𝑡𝑎 ) (2.5) Áp suất trung bình của chu trình động cơ tăng áp 𝑝 𝑡𝑎 : [2]
− 𝑝 𝑡𝑑 : Áp suất trung bình ĐCĐT, 𝑝 𝑡𝑑 = 𝐿 𝑡𝑑
𝐿 𝑡𝑑 : Công suất tương đối của MN
Từ (2.5) và (2.7) ta có quan hệ của các đại lượng 𝑡𝑎 , 𝑝 𝑡𝑎 , 𝑝 𝑡𝑑 , 𝑡𝑎 phụ thuộc vào tỷ số tăng áp 𝑃 1
𝑃 0 được biểu diễn như sau:
𝑡𝑎 : công suất tương đối của MN
𝑝 𝑡𝑎 : áp suất trung bình của chu trình động cơ tăng áp
Hình 2 3: Quan hệ giữa 𝑡𝑎 , 𝑝 𝑡𝑎 , 𝑝 𝑡𝑑 , 𝑡𝑎 với tỷ số tăng áp 𝑃 1
Khi tăng tỷ số tăng áp 𝑃 1
𝑃 0 thì sẽ làm tăng 𝑡𝑎 và do đó hiệu suất của động cơ
𝑡𝑎 giảm theo biểu thức (2.2) Hiệu suất của động cơ tăng áp 𝑡𝑎 nhỏ hơn hiệu suất nhiệt ĐCDT 𝑡𝑎 < 𝑡𝑑
Khi áp suất 𝑝1 tăng (tăng 𝑘 của máy nén), áp suất 𝑝𝑡𝑎 cũng tăng nhưng với tốc độ chậm hơn so với áp suất 𝑝𝑡𝑑 Sự gia tăng áp suất dẫn đến việc năng lượng tiêu tốn cho máy nén tăng nhanh hơn so với sự gia tăng công suất chu trình.
2.2.1.2 Động cơ tăng áp bằng tuabin khí
Trong hệ thống tăng áp bằng tuabin khí, tuabin (TB) sử dụng năng lượng khí xả từ động cơ đốt trong (ĐCĐT) để dẫn động máy nén (MN) Khí xả có nhiệt độ và áp suất cao, mang lại năng lượng lớn Nếu khí xả được giãn nở trực tiếp trong xilanh động cơ, mặc dù có thể cải thiện hiệu suất nhiệt, nhưng hiệu quả thực tế lại thấp và làm tăng kích thước cũng như trọng lượng của động cơ Do đó, để chuyển đổi năng lượng này thành công cơ học, khí xả cần được giãn nở và sinh công trong các cánh của tuabin (TB).
Có một số phương án kết nối để thực hiện việc này như sau:
2.2.1.2.1 Tăng áp bằng TB khí liên hệ khí thể a) Tăng áp TB đơn
Cụm tuabin và máy nén được kết nối đồng trục, trong đó khí xả từ tuabin không chỉ giãn nở mà còn cung cấp động lực cho máy nén Không khí được hút vào máy nén, sau đó được nén đến áp suất cao qua bộ làm mát và được đưa vào động cơ.
1 – Động cơ; 2 – Thiết bị làm mát; 3 – Máy nén; 4 – Tuabin; 5 – Bình xả b) Tăng áp TB kép
Sơ đồ nguyên lý trong hình 2.5 cho thấy tuabin và máy nén được lắp đặt ở cả hai đường khí xả, thường áp dụng cho các động cơ V6, V8 và V12 Mỗi cặp tuabin và máy nén sẽ đảm nhận nhiệm vụ cho một bên của động cơ.
Hình 2 4: Tăng áp bằng TB khí liên hệ khí thể [4]
Hình 2 5: Tăng áp bằng TB khí liên hệ khí thể [4]
1 – Động cơ; 2 – Thiết bị làm mát; 3 – Máy nén; 4 – Tuabin; 5 – Bình xả
Tăng áp tuabin khí là giải pháp hiệu quả để nâng cao công suất và tối ưu hóa kinh tế, kỹ thuật của động cơ, đặc biệt phổ biến trong các động cơ Diesel hiện đại Hình 2.4 và hình 2.5 minh họa sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ tăng áp bằng tuabin khí, trong đó hệ thống tận dụng năng lượng từ khí xả để vận hành tuabin khí.
Máy nén và tuabin được kết nối đồng trục, hoạt động bằng cách tận dụng năng lượng khí thải từ động cơ Khi khí thải đi vào tuabin, nó sẽ giãn nở và tạo ra công, làm quay các cánh tuabin và đồng thời quay máy nén Máy nén hút không khí từ bên ngoài với áp suất 𝑃 𝑜, nén không khí đến áp suất 𝑃 𝑘 và đưa vào đường nạp của động cơ Năng lượng khí thải tỷ lệ thuận với công suất động cơ; công suất càng lớn thì năng lượng trong khí thải càng cao, giúp tăng cường hoạt động của cụm tuabin – máy nén, từ đó cung cấp nhiều không khí nén hơn cho động cơ.
− TB khí có thể dẫn động MN mà không tạo ra sức cản quá lớn trên đường thải của ĐCĐT
Tăng áp bằng turbo (TB) khí, sử dụng năng lượng từ khí thải thay vì dẫn động từ trục khuỷu của động cơ như tăng áp cơ khí, giúp nâng cao tính kinh tế cho động cơ.
− Tuy nhiên khi sử dụng tăng áp bằng tuabin khí sẽ gây ra độ trễ khi động cơ bắt đầu tăng tốc
2.2.1.2.2 Tăng áp bằng TB khí liên hệ cơ khí
Trong phương án này tuabin, động cơ đốt trong và máy nén được nối liền nhau
Hình 2.6 giới thiệu kết cấu và sơ đồ nguyên lý của phương án này
Hình 2 6: Kết cấu và sơ đồ nguyên lý của tăng áp tuabin [4]
1 – Động cơ; 2 – Khớp nối; 3 – Máy nén; 4 – Tuabin; 5 – Làm mát
Phương án này cho thấy khả năng tăng áp suất nạp vào động cơ một cách hiệu quả, với áp suất khí nạp đạt 3.4 kG/cm² và áp suất khí xả ra khỏi xilanh động cơ đốt trong trước khi vào tuabin đạt 16 kG/cm².
Tăng áp cho động cơ Diesel và động cơ xăng
2.3.1 Tăng áp cho động cơ Diesel
Hầu hết động cơ Diesel sử dụng hệ thống tăng áp để nâng cao công suất, giảm thiểu vấn đề khi ở chế độ tải nhỏ và tăng tốc, đồng thời đảm bảo áp suất môi chất nạp đủ Mặc dù động cơ 4 kỳ có nguyên lý tăng áp tương tự, cấu trúc đường ống xả và bầu làm mát lại khác nhau tùy thuộc vào từng loại động cơ.
Chuyển đổi động cơ 4 kỳ không tăng áp sang động cơ 4 kỳ tăng áp có thể thực hiện bằng cách lắp một cụm tuabin – máy nén và kết nối với ống dẫn khí xả cùng bình chứa không khí tăng áp Động cơ tăng áp tuabin khí 4 kỳ mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với động cơ không tăng áp, bao gồm hiệu suất hoạt động cao hơn và khả năng tăng cường công suất.
Việc điều chỉnh xupap nạp và xupap xả giúp tăng cường lượng không khí và khí thải, đồng thời tăng góc trùng điệp bằng cách mở sớm và đóng muộn Điều này tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa không khí tăng áp và khí thải, đảm bảo quét sạch buồng cháy và cải thiện chất lượng cháy Nhờ vào hiệu ứng quán tính, áp suất trên đường nạp được nâng cao, dẫn đến tăng hệ số nạp và hệ số dư lượng không khí, giảm suất tiêu hao nhiên liệu và ứng suất nhiệt động cơ.
2.3.2 Tăng áp cho động cơ xăng
Hiện nay, động cơ xăng trên máy bay tải trọng nhỏ, máy bay thể thao và trực thăng thường sử dụng hệ thống tăng áp, trong khi ô tô máy kéo ít sử dụng do công suất động cơ chỉ từ 75 đến 220 kW Hơn nữa, đặc điểm hỗn hợp hòa khí của động cơ xăng, bao gồm xăng và không khí, cùng với hiện tượng kích nổ dễ xảy ra, đã tạo ra nhiều hạn chế trong việc áp dụng tăng áp cho động cơ xăng.
Vì vậy, tính năng tăng tốc của động cơ sẽ bị giảm nếu lắp thêm cụm tuabin – máy nén [1]
Hiện tượng kích nổ ở động cơ xăng tăng áp xảy ra do áp suất và nhiệt độ đầu vào và cuối quá trình nén tăng cao Để khắc phục hiện tượng này, cần thực hiện các biện pháp điều chỉnh và thay đổi phù hợp.
− Giảm tỉ số nén động cơ phù hợp
− Thay đổi cấu trúc buồng cháy
− Dùng nhiên liệu có tính chống kích nổ tốt (chỉ số octan cao)
− Thay đổi góc đánh lửa sớm
− Thay đổi tỷ lệ thành phần hỗn hợp khí
− Làm mát trung gian hỗn hợp khí sau máy nén tăng áp
Tăng áp cho động cơ xăng thường chỉ được áp dụng trong những điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như khi động cơ hoạt động ở chế độ toàn tải hoặc khi làm việc ở độ cao lớn.
Kích nổ là hiện tượng cháy một cách đột ngột của phần hòa khí trước khi ngọn lửa lan tới nó
Khi xảy ra cháy kích nổ trong xilanh, sóng xung kích hình thành và di chuyển với tốc độ rất lớn từ 1200 đến 2300m/s Những sóng này phản xạ nhiều lần khi chạm vào vách buồng cháy, tạo ra âm thanh giống như tiếng va đập của động cơ đã hao mòn Biểu hiện đặc trưng của cháy kích nổ bao gồm đường giãn nở trên đồ thị công có hình răng cưa, động cơ nhả khói đen và công suất động cơ giảm.
Hình 2 22: Đồ thị công khi cháy kích nổ [5]
Các yếu tố như áp suất và nhiệt độ trong phần hòa khí đều góp phần làm tăng khả năng cháy kích nổ trong động cơ Những yếu tố kết cấu cũng có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng này.
Năng cháy kích nổ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kết cấu buồng cháy, số lượng và vị trí bugi, kích thước xilanh, vật liệu chế tạo piston và nắp xilanh, phương pháp làm mát, và tỷ số nén Bên cạnh đó, loại nhiên liệu, thành phần hòa khí và góc đánh lửa sớm cũng có mối liên hệ chặt chẽ với sự xuất hiện của hiện tượng cháy kích nổ.
Kích nổ là hiện tượng có hại vì:
Công suất động cơ giảm dẫn đến việc tiêu thụ nhiên liệu tăng, bởi vì một phần năng lượng bị tiêu hao cho việc lan truyền sóng xung kích Điều này gây ra tổn thất nhiệt cho hệ thống làm mát và làm tăng năng lượng tiêu hao cho sự phân hủy nhiên liệu và sản phẩm cháy.
Sự lan truyền và phản xạ đa lần của sóng xung kích trong buồng đốt làm tăng cường truyền nhiệt từ khí nóng đến vách xilanh Điều này có thể dẫn đến việc phá hủy màng dầu bôi trơn trên các bề mặt của các chi tiết cơ cấu truyền lực, gây ra hư hỏng nghiêm trọng như quá tải hệ thống làm mát, kẹt piston và bó xecmang.
Làm mát khí tăng áp
Khi không khí được nén qua máy nén, nhiệt độ và áp suất tăng lên Mức độ gia tăng áp suất ảnh hưởng đến hiệu suất máy nén và tổn thất nhiệt, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ Nhiệt độ trung bình trong chu trình động cơ Diesel chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu của môi chất trong quá trình nén, do đó ảnh hưởng đến phụ tải nhiệt của động cơ Nếu không có làm mát trung gian cho không khí tăng áp, tỉ số tăng áp sẽ bị hạn chế, khiến áp suất có ích trung bình không vượt quá 1 MPa.
Lắp thêm bộ làm mát trung gian trên đường nạp giúp giảm nhiệt độ môi chất sau khi qua máy nén, từ đó nâng cao công suất động cơ Việc giảm nhiệt độ môi chất nén càng nhiều sẽ mang lại hiệu quả lớn hơn và tăng mức độ tăng áp 𝜋 𝑘.
Hình 2 23: Quan hệ giữa phần trăm mật độ không khí theo mức độ làm mát và tỉ số tăng áp π k [2]
Mối quan hệ giữa mật độ không khí và mức độ tăng áp πk được thể hiện trong Hình 2.23, cho thấy rằng mật độ không khí nén tăng lên khi mức độ làm mát gia tăng và tỉ số tăng áp πk cao hơn.
Hình 2 24: Mối quan hệ giữa công suất động cơ với p k và t k 1 – t k 0°𝐶 ; 2 – t k @℃ ; 3 – t k P℃ ; 4 – t k `℃ [2]
A – làm mát khí nén; B – không làm máy khí nén; N eo công suất động cơ chưa tăng áp; N e công suất động cơ tăng áp
Hình 2.24 cho thấy mối quan hệ giữa công suất động cơ và áp suất pk ở các nhiệt độ tk khác nhau Khi nhiệt độ tk sau bộ làm mát trung gian thấp hơn, công suất động cơ gia tăng đáng kể Việc làm mát không khí nén không chỉ giảm tổn thất nhiệt trong chu trình mà còn tăng công suất chỉ thị của động cơ trong điều kiện áp suất pk không đổi, từ đó cải thiện hiệu suất cơ giới Do đó, làm mát trung gian cho không khí nén tăng áp là một giải pháp hiệu quả để giảm tiêu hao nhiên liệu.
Theo thực nghiệm, khi nhiệt độ không khí giảm 10°C, lưu lượng không khí tăng 3% và hiệu suất có ích tăng 0.5% với áp suất không đổi Do đó, nếu giảm nhiệt độ không khí 10°C và giữ hệ số dư lượng không khí α không đổi, công suất sẽ tăng lên 3,5% Việc sử dụng bộ làm mát trung gian ảnh hưởng đến nhiệt độ khí thải của động cơ, giúp điều chỉnh và kiểm soát nhiệt độ khí thải theo yêu cầu, đảm bảo độ ổn định và hiệu quả.
Độ trễ của Turbo và cá biện pháp hạn chế
Độ trễ turbo tăng áp (turbo lag) là khoảng thời gian giữa việc mở bướm ga và cảm nhận được sự tăng đột ngột momen xoắn từ động cơ tăng áp Hiện tượng này xảy ra do thời gian cần thiết để động cơ tạo ra áp suất khí thải đủ lớn nhằm quay cánh quạt tuabin và bơm khí nạp vào động cơ Turbo lag có thể ảnh hưởng đến trải nghiệm lái xe, đặc biệt trong các tình huống cần phản ứng nhanh như vượt xe hoặc khởi động từ chỗ đỗ.
2.5.1 Tăng áp tuần tự (Sequential turbo)
Hệ thống tăng áp tuần tự thường được lắp đặt trên động cơ tăng áp kép, sử dụng hai Turbo tăng áp khí thải giống nhau nối mạch song song Ở tốc độ động cơ thấp, chỉ một Turbo hoạt động, trong khi Turbo thứ hai được kích hoạt tùy thuộc vào công suất và áp suất nén cần thiết Khi động cơ đạt tốc độ cao, cả hai Turbo sẽ cùng hoạt động để tối ưu hiệu suất.
Việc mở tắt Turbo thứ hai được thực hiện bằng van kích bằng khí lực
Khi tốc độ quay dưới 2600 vòng/phút, van chặn 1, van chặn 2 và van hồi tiếp sẽ đóng lại Turbo tăng áp 1 sẽ khởi động, cung cấp không khí sạch vào kênh hút trước Turbo tăng áp 2.
Khi tốc độ quay động cơ từ 2600 trở lên: Van chặn 1, van chặn 2 và van hồi tiếp đều mở Cả 2 Turbo tăng áp đều hoạt động
Van thoát trong hệ thống có vai trò quan trọng trong việc mở và bảo vệ máy nén khỏi áp suất nén quá cao và tốc độ quay vượt mức cho phép Khi công suất giảm đột ngột, chẳng hạn như trong chế độ vận hành tự đẩy, van hồi tiếp và van chặn 1, 2 sẽ đóng lại Turbo tăng áp 2 sẽ chạy chậm lại cho đến khi dừng hoàn toàn.
2.5.2 Tăng áp hai cấp (Stage – Turbo)
Hệ thống tăng áp này sử dụng hai Turbo với kích thước khác nhau, bao gồm một Turbo lớn và một Turbo nhỏ hoạt động nối tiếp Qua nắp điều khiển, dòng khí sạch và khí thải được kích hoạt, giúp động cơ phản ứng nhanh chóng với sự thay đổi tốc độ Turbo nhỏ hoạt động hiệu quả ở tốc độ thấp, cung cấp tối đa lượng khí nạp cho động cơ và giảm thiểu hiện tượng trễ Turbo Khi tốc độ vòng quay cao, Turbo lớn sẽ hoạt động để tối ưu hóa lượng không khí nạp vào động cơ.
Hình 2 25: Sơ đồ tăng áp TB tuần tự.[8]
Hệ thống tăng áp cho động cơ 38 xilanh hoạt động hiệu quả trong phạm vi rộng, giúp giảm thiểu độ trễ tăng áp Mô hình của hệ thống này được minh họa trong hình dưới đây.
Hình 2 26: Sơ đồ tăng áp hai cấp [8]
Tốc độ động cơ từ 800 – 1500(v/p):
Phía khí thải: Nắp điều khiển tuabin và van thoát đóng Dòng khí thải dẫn động turbo nhỏ nhưng không đủ sức dẫn động turbo lớn
Phía không khí: Nắp vòng của bộ phận nén được đóng Không khí chảy xuyên qua turbo lớn và được nén trong turbo tăng áp nhỏ
Tốc độ động cơ từ 1500 – 2500(v/p):
Phần khí thải: Nắp điều khiển turbo mở một phần, van thoát vẫn đóng Dòng khí thải mạnh dần và dẫn động cả 2 tuabin
Trong hệ thống turbo tăng áp, nắp vòng của bộ phận nén vẫn được giữ kín, cho phép không khí được nén trước khi vào turbo nhỏ, giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
Tốc độ động cơ từ 2500 – 4000(v/p):
Phía khí thải: Nắp điều khiển turbo được mở, van thoát đóng Tất cả khí thải vào turbo tăng áp lớn
Phía không khí: Nắp vòng máy nén mở Không khí hút được nén hoàn toàn
2.5.3 Tăng áp cuộn kép (Twin – scroll turbo)
Trong động cơ 4 xilanh với ống xả đơn, khí thải được thải ra sau mỗi 180 độ, dẫn đến sự can thiệp khí thải giữa các xilanh là rất ít Ngược lại, động cơ có nhiều xilanh hơn sẽ có sự phân bố khí thải khác biệt.
Trong động cơ 4 xilanh, khoảng cách giữa các lần thải khí là ngắn hơn 180 độ, trong khi động cơ 5, 6, 8 xilanh có khoảng cách lần lượt là 144 độ, 120 độ và 90 độ Đối với động cơ 6 xilanh thẳng hàng (thứ tự nổ: 135642), áp suất khí xả của xilanh 1 giảm khi mở góc trùng điệp nạp và xả, đồng thời quá trình xả trong xilanh 3 bắt đầu Nếu nối chung đường ống thải giữa xilanh 1 và 3, xung khí thải của xilanh 3 có thể ảnh hưởng đến quá trình quét khí của xilanh 1 Để khắc phục tình trạng này, ống xả được chia nhỏ, nhóm các xilanh 1, 4, 5 lại với nhau và các xilanh 3, 6, 2 lại với nhau, nhằm tạo ra khoảng xả khí rộng hơn và đảm bảo độ chênh lệch áp suất (𝑃 𝑠 > 𝑃 𝑥), từ đó duy trì quá trình quét khí trong xilanh 1 một cách bình thường.
Hình 2 27: Sự thay đổi áp suất môi chất trong đường ống xả theo góc quay trục khuỷu [4]
𝜑 𝑞 – góc trùng điệp; A – góc mở xupap xả; B – góc mở xupap nạp; 𝑃 𝑥 – Áp suất khí xả trung bình; 𝑃 𝑠 – áp suất khí trong đường ống nạp
2.5.4 Bộ tăng áp VGT (Variable Geometry Turbo)
Biện pháp điều chỉnh góc quay của cánh tuabin giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc trong các điều kiện tải khác nhau Khi tải nhẹ và tốc độ động cơ thấp, cánh dẫn khí được điều chỉnh để tạo ra đường dẫn hẹp, tăng tốc độ dòng khí thải và nâng cao áp suất nén, từ đó tối ưu hóa tốc độ quay của tuabin Ngược lại, khi tốc độ động cơ cao, cánh dẫn sẽ mở rộng để tiếp nhận lượng khí thải lớn hơn, đảm bảo đạt được áp suất nén cần thiết.
Các phương pháp điều khiển VGT phổ biến bao gồm điều khiển bằng khí nén, thủy lực và điện Vị trí của cánh biến thiên là yếu tố then chốt trong việc điều chỉnh lượng khí đến tuabin, do đó, việc điều khiển VGT trở nên phức tạp và yêu cầu điều chỉnh vị trí VGT phù hợp với các điều kiện khác nhau.
Hình 2 28: Sơ đồ tăng áp cuộn kép [9]
Hình 2 29: Sơ đồ tăng áp VGT [9]
Hệ thống tăng áp điện (E-turbo) là công nghệ kết hợp giữa bộ tăng áp truyền thống và mô tơ điện tốc độ cao, mang lại lực đẩy tức thì ngay khi người lái đạp ga.
Hệ thống tăng áp điện sử dụng điện 48 volt thay cho hệ thống 12 volt, kết hợp với pin lithium-ion để lưu trữ và sạc điện khi xe xuống dốc Bộ chuyển đổi điện 48 volt thành 12 volt cung cấp năng lượng cho các thiết bị trên xe, giúp giảm độ trễ cho xe Động cơ điện nhỏ gọn hoạt động ở 48V không chỉ giảm kích thước dây dẫn mà còn giảm trọng lượng toàn bộ hệ thống So với động cơ 12V (khoảng 14,5V), động cơ 48V có cùng công suất nhưng nhỏ hơn và hiệu quả hơn Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống này là độ bền của dây dẫn.
Khi xe tăng tốc, pin sạc cung cấp điện cho máy nén, giúp giảm độ trễ cho hệ thống tăng áp Ở tốc độ trung bình và cao, năng lượng từ khí xả được sử dụng để sạc lại pin.
Hệ thống tăng áp điện thích hợp sử dụng cho các mẫu xe lai (Hybrid), các loại xe đua, xe sang
Hình 2 30: Cấu tạo hệ thống tăng áp điện (E-turbo).[12]
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ 1GD-FTV TRÊN XE TOYOTA FORTUNER
Chọn tuabin khí
Hệ thống tăng áp bao gồm hai thành phần chính là máy nén khí và tuabin khí, cùng với các bộ phận phụ trợ như vỏ máy nén, tuabin, đường dầu bôi trơn, hệ thống làm mát, phớt làm kín dầu và ổ đỡ trục Một trong những loại tuabin được sử dụng là tuabin tăng áp hướng kính.
Cụm tuabin tăng áp hướng kính có thiết kế đặc trưng với dòng khí đi từ bên ngoài vào tâm trục và sau đó theo chiều dọc ra khỏi tuabin Luồng khí được dãn nở trong cánh dẫn hướng trước khi vào tuabin Ưu điểm của loại tuabin này bao gồm cấu tạo đơn giản, thể tích nhỏ, quán tính quay thấp và khả năng tăng tốc tốt, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu lưu lượng nhỏ Thường thì tuabin hướng kính một tầng được kết hợp với máy nén ly tâm một tầng Phạm vi sử dụng của tuabin hướng kính được trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3 1: Thông số chính của bộ tuabin tăng áp hướng kính [2] Đường kính bánh công tác D 2
Tốc độ cực đại n TK
Nhiệt độ cực đại cho phép của khí thải t th
Công suất của động cơ tăng áp
44 b) Tuabin tăng áp hướng trục
Cụm tuabin tăng áp hướng trục có đặc điểm là dòng khí di chuyển theo chiều dọc trục, đi qua các rãnh để tăng tốc độ, sau đó lan tỏa từ tâm ra ngoài Ưu điểm của cụm tuabin này là thiết kế kích thước hợp lý, cho phép tạo ra lưu lượng lớn với hiệu suất cao, phù hợp cho động cơ cỡ lớn và vừa Phạm vi sử dụng của tuabin hướng trục được thể hiện qua bảng 3.2.
Bảng 3 2: Thông số chính của bộ tuabin tăng áp hướng trục [2] Đường kính bánh công tác
Tốc độ cực đại n TK
Nhiệt độ cực đại cho phép của khí thải t th
Công suất của động cơ tăng áp
Sau khi phân tích ưu điểm và phạm vi sử dụng của hai loại tuabin, cùng với thông số công suất có ích của động cơ (Ne 0 kW), chúng tôi đã quyết định chọn tuabin hướng kính để lắp đặt trên hệ thống tăng áp của động cơ 1GD-FTV.
Chọn máy nén khí
Máy nén khí tạo ra dòng khí có áp suất vượt quá 1,15 lần áp suất không khí, và khí nén được dẫn từ máy nén hoặc buồng chứa qua đường ống đến nơi tiêu thụ Dựa vào cấu tạo và nguyên lý hoạt động, máy nén khí được phân loại thành 4 loại khác nhau.
3.2.1 Máy nén khí kiểu pittông
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Qua cơ cấu quay 1 và thanh truyền 2, chuyển động quay của động cơ được chuyển hóa thành chuyển động tịnh tiến của pittông 4 trong xilanh 3 Khi pittông di chuyển xuống, thể tích xilanh tăng lên, dẫn đến áp suất trong buồng giảm và van hút mở ra, cho phép khí được hút vào qua ống hút Ngược lại, khi pittông di chuyển lên, thể tích buồng xilanh giảm, khí bị nén, áp suất tăng và van hút đóng lại, trong khi van đẩy mở ra, cho phép khí được đẩy qua ống đẩy vào thùng chứa khí nén.
Hình 3 1: Sơ đồ cấu tạo máy nén khí pittông [9]
1 – Tay quay; 2 – Thanh truyền; 3 – Xilanh; 4 – Pittông Ưu điểm: Cứng vững, kết cấu và vận hành đơn giản
Máy nén khí có nhược điểm là cấp lưu lượng không đều, do đó cần phải nạp khí vào thùng chứa khí nén trước khi dẫn khí đến nơi tiêu thụ.
Máy nén khí kiểu roto là thiết bị tạo ra khí áp suất cao dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích thông qua chuyển động quay của roto Trong loại máy này, có nhiều kiểu khác nhau, trong đó nổi bật là máy nén khí roto kiểu cánh gạt.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Khi máy nén không hoạt động, khoảng trống giữa roto và vỏ có hình dạng lưỡi liềm Khi roto quay, lực ly tâm xuất hiện, đẩy các cánh ra ngoài và ép sát vào buồng trống Khoảng trống trong máy nén được chia thành nhiều phần với thể tích khác nhau Khi roto quay, thể tích các buồng tăng lên, dẫn đến áp suất giảm và không khí được hút vào Tiếp theo, khi thể tích các buồng giảm dần, áp suất không khí tăng lên và được đẩy ra ngoài Quá trình hút, nén và đẩy diễn ra liên tục trong mỗi vòng quay của roto.
Hình 3 2: Sơ đồ cấu tạo máy nén kiểu roto cánh gạt [9]
1 – Vỏ máy; 2 – Roto; 3 – Cánh; 4 – Miệng hút; 5 – Miệng đẩy Ưu điểm: Điều kiện cân bằng tốt, đơn giản về mặt cấu tạo
Nhược điểm của máy nén khí hai roto ren vít bao gồm yêu cầu chế tạo chi tiết với độ chính xác cao, đảm bảo các mặt bên trong có độ bóng và hình dạng tròn đều Ngoài ra, vật liệu chế tạo cần phải có tính chống mài mòn tốt để đảm bảo hiệu suất và độ bền của thiết bị.
Máy nén khí dạng ren vít hoạt động dựa trên sự thay đổi thể tích giữa các khoảng trống giữa các răng khi trục vít quay Quá trình này bao gồm ba giai đoạn: đầu tiên là hút, khi thể tích khoảng trống tăng lên; tiếp theo là nén, khi thể tích khoảng trống giảm xuống; và cuối cùng là đẩy không khí ra ngoài.
Máy nén khí bao gồm vỏ máy và hai roto ren vít Hai trục của roto ren vít được bố trí song song với nhau
Khi máy nén hoạt động, roto chủ động quay kéo theo roto bị động, tạo ra các rãnh vít giữa mỗi cặp răng Không khí được hút vào từ một đầu máy, sau đó bị nén và chuyển sang đầu còn lại Phía hút và phía đẩy của máy nén được đặt ở bên hông, cho phép không khí đi vào các rãnh vít và lấp đầy khoảng trống Khi roto tiếp tục quay, các khoảng trống chứa không khí sẽ được đóng kín.
Các mặt của ren vít và vỏ máy tạo ra sự tương tác giữa các mấu của ren vít bị động và rãnh vít chủ động, dẫn đến việc giảm thể tích trong các khoang khí Khi khí bị nén lại, nó sẽ tiếp tục di chuyển dọc theo trục và cuối cùng thoát ra qua ống đẩy Ưu điểm của quá trình này là hiệu suất hoạt động cao và khả năng kiểm soát tốt hơn trong hệ thống.
− Không khí sau quá trình nén không chứa tạp chất, đảm bảo sự an toàn và hiệu suất của các thiết bị sử dụng khí nén
− Tuổi thọ của vít ren cao, trong khoảng từ 15.000 đến 40.000 giờ làm việc, giúp máy hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong một thời gian dài
− Máy nén hai roto ren vít có kích thước nhỏ gọn, giúp tiết kiệm không gian và thuận tiện cho việc lắp đặt
− Máy hoạt động một cách êm ái, giảm tiếng ồn và tiếng rung, ít ảnh hưởng đến môi trường xung quanh
Nhược điểm: Thiết kế phức tạp, chi phí sản xuất lớn, tỷ số nén bị hạn chế
Hình 3 3: Sơ đồ cấu tạo máy nén khí kiểu ren vít [9]
3.2.3 Máy nén khí kiểu hướng trục
Máy nén khí hướng trục 8 cấp được thiết kế với nhiều cấp nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Cấu trúc của máy bao gồm một roto quay với 8 tầng bánh công tác sắp xếp theo hình tròn, cùng với 10 tầng cánh hướng dòng cố định Cánh thứ 3 có nhiệm vụ hướng dòng khí vào bánh công tác đầu tiên theo chiều dọc trục và phân phối khí đều trên tiết diện vào Mỗi tầng bánh công tác đều có cánh hướng dòng giúp loại bỏ vận tốc dòng khí theo chiều.
Quá trình nén khí diễn ra qua 48 quay, với dòng khí được định hướng theo chiều dọc trục ở cả hai đầu Tầng cánh thứ 6, được lắp đặt cuối cùng, có nhiệm vụ loại bỏ thành phần vận tốc quay đồng nhất, giúp hình thành dòng khí theo chiều thuận để đẩy ra ống Thiết kế stato theo hình chóp cụt và roto hình trụ với đường kính hẹp dần giúp khí được nén hiệu quả từ đầu này sang đầu kia Rãnh số 8 có chức năng thông áp suất với bên ngoài, hạn chế lực dọc trục trong máy nén Ưu điểm của hệ thống này là khả năng tạo ra lưu lượng lớn nhờ vào việc nén khí qua nhiều tầng.
Hình 3 4: Sơ đồ cấu tạo máy nén khí kiểu hướng trục [9]
1 – Roto; 2 – Stato; 3,5,6 – Cánh dẫn hướng; 4 – Cánh công tác; 7 – Khe zíc zắc;
3.2.4 Máy nén khí kiểu ly tâm
Máy nén ly tâm là thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ khí thành năng lượng dòng chảy, hoạt động dựa trên nguyên lý lực ly tâm Thiết bị này tăng áp suất không khí từ áp suất ban đầu (P0) lên áp suất cao hơn (Pk) và đồng thời chuyển dòng khí có lưu lượng (Gk) từ vị trí này sang vị trí khác.
Không khí khi đi vào bánh công tác sẽ quay cùng tốc độ với bánh công tác, tạo ra chuyển động quay tròn và chuyển động tương đối của dòng khí Khi bánh công tác quay, nó truyền công cho không khí, làm tăng tốc độ và áp suất trong rãnh bánh công tác Sự tác động của chuyển động quay và lực ly tâm giúp dòng khí ra khỏi bánh công tác với tốc độ cao hơn.
Khi bánh công tác di chuyển với tốc độ lớn, hiện tượng sụt áp suất xuất hiện tại cửa vào, dẫn đến việc hút không khí mới từ phía trước Sau khi không khí ra khỏi bánh công tác, nó sẽ đi qua vành tăng áp, nơi động năng được chuyển đổi thành áp năng, làm tăng áp suất và giảm tốc độ không khí Vỏ máy nén hình xoắn ốc dẫn không khí từ vành tăng áp, tiếp tục chuyển đổi năng lượng động năng thành áp năng trước khi đi qua ống nối và nạp vào động cơ.
Giai đoạn 1: Khu vực trước cửa vào máy nén, các thông số đặc trưng của dòng khí như sau: nhiệt độ T0, áp suất P0 và tốc độ C0
Giai đoạn 2 diễn ra tại khu vực cửa vào cánh máy nén, nơi dòng không khí được hút vào và phân chia vào các rãnh của cánh Tại đây, vận tốc không khí tăng lên giá trị C1, trong khi nhiệt độ và áp suất giảm xuống mức T1 và P1 tương ứng.
Thông số kỹ thuật
Bảng 3 3 : Thông số kỹ thuật động cơ 1GD-FTV [11]
Stt Tên thông số Kí hiệu Giá trị Thứ nguyên
1 Công suất có ích Ne 130 kW
3 Số vòng quay định mức n 3400 vòng/phút
7 Loại động cơ Tăng áp
Bảng 3 4 : Các thông số chọn [2]
Thông số Ký hiệu Đơn vị Khoảng giá trị thường gặp
Giá trị chọn Áp suất trên đường thải Pth MN/m 2 (1,02÷1,04)P0 1,03P0
Suất tiêu hao nhiên liệu ge g/(kWh) 200÷285 245 Áp suất tăng áp PK MN/m 2 0,2 Áp suất môi trường xung quanh P0 MN/m 2 0,1
Nhiệt độ môi trường xung quanh: T0 K 300
Hệ số dư lượng không khí 1,7÷2,2 2
Hệ số lợi dụng nhiệt độ tại Z Z 0,65÷0,85 0,85
Hệ số lợi dụng nhiệt độ tại b b