thiết kế hệ thống tăng áp của động cơ cho động cơ toyota 7 mgte

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH ---  --- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ CHO ĐỘNG CƠ TOYOTA 7MGTE Giáo viên hướng dẫn : Lê Thái Hà

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH

-  -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ CHO ĐỘNG CƠ TOYOTA 7MGTE

Giáo viên hướng dẫn : Lê Thái Hà Sinh viên thực hiện : Tống Đức Hòa

Hà Nội, 2022

uhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thai7024130610:04:36 PM10:04:36 PM7024130610:04:36 PM10:04:36 PM7024130610:04:36 PM10:04:36 PM

uhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thai

uhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thai

70Thursday, June 13, 202410:04:36 PM10:04:36 PM70Thursday, June 13, 202410:04:36 PM10:04:36 PM70Thursday, June 13, 202410:04:36 PM10:04:36 PM

uhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiuhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thai

70uhah tieh tihh hihh tai ehihh va kha hahg thchh toah tai eohg ty thhh dau tu xah xuat va thuohg mai hcm thaiThursday, June 13, 2024

Trang 2

1 MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

I MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 4

1.1 Lịch sử phát triển của tăng áp cho động cơ đốt trong 5

II CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG CÔNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 7

III GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ VÀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRONG ĐỘNG CƠ 9

3.1 Giới thiệu chung về động cơ Toyota 7M-GTE 9

3.2 Các chi tiết và hệ thống chính trong động cơ Toyota 7M-GTE 11

IV LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TĂNG ÁP TỐI ƯU 27

4.1 Biện pháp tăng áp có máy nén 27

4.2 Biện pháp tăng áp không có máy nén 33

4.3 So sánh ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp có máy nén và hệ thống tăng áp không có máy nén 38

4.4 Tăng áp cho động cơ xăng 39

4.5 Kết luận phương án tăng áp 40

V TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA 7M-GTE 41

5.1 Chọn tuabin khí 41

5.2 Chọn máy nén khí 43

5.3 Lắp đặt hệ thông tăng áp trên động cơ 49

5.4 Tính toán các thông số làm việc trong TB-MN 51

5.5 Tính toán các bộ phận máy nén ly tâm 55

5.6 Tính chọn các bộ phận tuabin hướng trục 60

VI MỘT SỐ VẤN ĐỀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP 64

6.1 XÁC ĐINH CÁC HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 64

6.2 Phân tích các hư hỏng của hệ thông tăng áp 65

6.3 Phương pháp tháo lắp và kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ 66

Trang 3

2

6.4 Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp 66

KẾT LUẬN 68TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

Trang 4

3

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ô tô luôn là ngành mũi nhọn đóng góp lớn vào GDP của các nước lớn trên thế giới với 3.25% GDP của Mỹ, 5% GDP của Trung Quốc, 4% GDP của Đức và 12% GDP của Thái Lan Tại Việt Nam, ngành ô tô cũng chiếm tới 3% GDP cả nước - theo số liệu năm 2019

Động cơ đốt trong bộ phận quan trọng nhất được ví như “trái tim” cũng được song hành phát triển cùng với ngành ô tô trên thế giới Động cơ ngày càng được cải tiến nâng cao công suất, một trong những phương pháp nâng cao công suất hiệu quả hiện nay là sử dụng hệ thống tăng áp cho động cơ Vì vậy mà em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống tăng áp của động cơ cho động cơ Toyota 7M-GTE” cho bài khóa luận tốt nghiệp của mình Qua đề tài này em muốn hiểu rõ

hơn bản chất cũng như các quá trình làm việc của động cơ khi có hệ thống tăng áp, đồng thời đưa ra phương pháp tăng áp tốt nhất để nâng cao công suất động

cơ và có cách khắc phục các nhược điểm của nó

Tuy nhiên, do những hạn chế về thời gian, kiến thức cũng như tài liệu tham khảo nên trong phạm vi đồ án này em không thể trình bày được hết các vấn đề liên quan cũng như tìm hiểu sâu hơn mối quan hệ giữa hệ thống này với hệ thống khác Vì thế không tránh khỏi những sai sót trong vấn đề thực hiện Rất mong được sự quan tâm chỉ bảo hơn nữa của các thầy cô và các bạn

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Thái Hà, các thầy cô trong khoa Cơ điện & Công trình và các bạn, những người đã trực tiếp giúp đỡ, chỉ dẫn và góp ý cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án vừa qua

Hà Nội, ngày 01 tháng 09 năm 2022 Sinh viên thực hiện

Trang 5

4

I MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong thời gian qua động cơ đốt trong cũng không ngừng được cải tiến và hoàn thiện Nhờ những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt, đặc biệt là hiệu suất cao trong phạm vi công suất rộng, nhỏ gọn nên động cơ đốt trong ngày nay chiếm ưu thế tuyệt đối trong mọi lĩnh vực như vận tải giao thông đường bộ, đường thủy, phát điện dự phòng….Với các cải thiện về mặt kỹ thuật cũng như kết cấu đã làm cho công suất động cơ không ngừng tăng lên Tuy nhiên, khi thiết kế động cơ người ta phải cân nhắc giữa một bên là công suất lớn và một bên là kích thước, trọng lượng nhỏ gọn Có một cách thỏa mãn hai yêu cầu trên là sử dụng tuabin tăng áp hay máy nén tăng áp Nó cho phép đốt cháy một lượng lớn hơn nhiên liệu bằng một lượng không khí lớn hơn được nén vào, kết quả là tạo ra một công suất lớn hơn cho động cơ có kích thước xác định

Nhờ có bộ tuabin tăng áp làm tăng lượng không khí nạp cho một chu trình của động cơ nên có thể:

- Tăng áp đối với không khí đưa vào xylanh có thể làm tăng công suất động cơ - Tăng tính năng động lực học của động cơ

- Giảm tiêu hao nhiên liệu cho động cơ, giảm được chất độc hại trong khí xả nhờ hoàn thiện hơn quá trình cháy

Với động cơ không tăng áp thí áp suất có ích trung bình pe < 0,7÷0,9 Mpa nhưng nếu sử dụng hệ thống tăng áp có thể nâng áp suất có ích trung bình lên đến 1 ÷ 1,2 Mpa (Nếu làm lạnh trung gian cho không khí phía sau máy nén có thể đưa áp suất có ích trung bình pe = 4 Mpa)

* Tuy nhiên việc sử dụng hệ thống tăng áp cũng có những nhược điểm sau: - Làm tăng phụ tải cơ khí cũng như phụ tải nhiệt của động cơ do đó phải đặt ra yêu cầu khắt khe hơn khi chế tạo các chi tiết của nhóm piston, bạc trục, xupap,…

- Phải tạo ra hệ thống nhiên liệu mới với quy luật cấp nhiên liệu khắt khe, vòi phun có áp suất phun cao hơn

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

Trang 6

5

Vì vậy, khi nhiên cứu về đề tài này chúng ta có thể đưa ra lựa chọn phương pháp tăng áp tốt nhất để nâng cao công suất động cơ đồng thời có cách khắc phục các nhược điểm của nó

1.1 Lịch sử phát triển của tăng áp cho động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong có những bước phát triển thăng trầm do nhiều nguyên nhân khác nhau như người ta hy vọng vào một nguồn động lực khác có các đặc tính tốt hơn, hoặc lo sợ về sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu, vấn đề ô nhiễm môi trường do nó gây ra đối với môi trường và sức khỏe con người Với những bước phát triển kỳ diệu, vượt bậc trong nghiên cứu, chế tạo động cơ xăng cũng như động cơ diesel đã đánh bại mọi nghi ngờ về sự tồn tại và phát triển của nó.Với những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt, đặc biệt là hiệu suất cao trong phạm vi công suất rộng, nhỏ gọn nên ĐCĐT hiện nay chiếm ưu thế tuyệt đối trong một số lĩnh vực như vận tải đường bộ, đường thủy, phát điện dự phòng…Lịch sử phát triển của hệ thống tăng áp luôn gắn liền với lịch sử phát triển của ĐCĐT

1.1.1 Lịch sử phát triển tăng áp cho động cơ xăng

Năm 1885 Gottlieb Deimler đã có đăng ký phát minh số DRP 34.926 về tăng áp cho động cơ đốt cháy cưỡng bức Trong thời kỳ này, hộp trục khuỷu được dùng như một máy nén, quá trình nạp vào xy lanh lúc này chia thành 3 giai đoạn :

-Cuối quá trình giãn nở, khí ở hộp trục khuỷu tràn vào xy lanh và đẩy khí cháy ra ngoài

-Quá trình nạp bình thường

-Quá trình nạp thêm vào xylanh ở cuối hành trình nạp

Với nguyên lý tăng áp tương tự, Wilhelm Maybach đã thiết kế cho động cơ chữ V, nhưng công suất tăng lên không đáng kể nên hãng Deimler đã loại bỏ phương án này

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

Trang 7

6

Sau chiến tranh thế giới thứ nhất, hãng Deimler khôi phục những thí nghiệm và phát triển hệ thống tăng áp cho động cơ máy bay, xe đua và xe thể thao Ngày nay các động cơ xăng đều sử dụng tăng áp không có máy nén như tăng áp dao động và cộng hưởng, tăng áp sóng áp suất…hoặc kết hợp các tăng áp này với tăng áp tuốc bin khí

1.1.2 Lịch sử phát triển tăng áp cho động cơ diesel

Năm 1896 Rudolf Diesel đã đăng ký phát minh số 67207 về tăng áp cho động cơ tự bốc cháy thực hiện quá trình nén nhiều cấp trong động cơ một xylanh bằng cách bố trí thêm một bơm nén trước đường nạp, phát minh này được đăng ký dưới tên DRP 95.680 ngày 06/03/1896

Cuối năm 1896 Rudoif Diesel đã chế tạo thành công động cơ dùng thể tích phía dưới piston để nén khí nạp vào trong một bình phụ, đế hành trình nạp, khí có áp suất cao từ bình nén vào xylanh Qua phân tích các kết quả có từ thí nghiệm thì phát minh này không được ứng dụng vì tổn thất lớn

Năm 1929 hãng Werkspoor cho ra đời động cơ tăng áp bằng hộp trục khuỷu lắp trên tàu chở dầu Megava của tập đoàn dầu mỏ Anglo Saxon Thành tựu phát triển tăng cho động cơ diesel được phát triển từ đây và là thành tựu tăng áp đáng kể nhất cho ĐCĐT

1.1.3 Tăng áp cho động cơ máy bay

Động cơ đốt trong được sử dụng cho máy bay thì tăng áp cho nó đóng một vai trò rất quan trọng vì mật độ không khí giảm rất nhiều khi tăng độ cao

Năm 1910 chiếc máy bay tăng áp dẫn động bằng cơ khí đầu tiên xuất hiện và đạt độ cao 5,2km

Năm 1917 hãng Rateau của Pháp chế tạo và thử nghiệm động cơ xăng tăng áp bằng tuốc bin khí đầu tiên nhưng chưa được sử dụng vào thời điểm đó được, và mãi đến chiến tranh thế giới lần thứ II mới được hoàn chỉnh

Trang 8

Công suất động cơ được tính:

Ne = 𝑝𝑝𝑒𝑒.𝑖𝑖.𝑉𝑉ℎ.𝑛𝑛30𝜏𝜏

Để tăng công suất Ne thì có các phương pháp sau: - Các giải pháp về kết cấu:

+ Tăng số chu trình một đơn vị thời gian bằng cách tăng số vòng quay n của động cơ Hiện nay, giới hạn số vòng quay lớn nhất của động cơ đốt trong ở khoảng 11000 v/phút đến 12000 v/phút, những giá trị số vòng quay thích hợp nhất chỉ ở khoảng 5000 v/phút đến 7000 v/phút Khi tăng số vòng quay của động cơ đốt trong sẽ gây khó khăn cho việc thực hiện các quá trình, đặc biệt là quá trình cháy Tác hại hơn nữa là làm cho tốc độ trượt trung bình của piston

Trang 9

+ Tăng dung tích công tác Vh hoặc số xylanh I sẽ kéo theo kích thước, thể tích, trọng lượng của động cơ tăng Hiện nay, động cơ một hàng xylanh có tới 12 xylanh, động cơ cao tốc chữ V có tới 16 xylanh và động cơ hình sao có tới 32 đến 56 xylanh Nếu tăng số xylanh nhiều hơn nữa sẽ làm cho số chi tiết của động cơ tăng lên quá nhiều ( 50000 đến 100000 chi tiết) làm giảm độ cứng vững của hệ trục khuỷu Do đó, một mặt làm giảm độ tin cậy và độ an toàn trong quá trình làm việc của động cơ Mặt khác, việc bảo dưỡng, sửa chữa và sử dụng thêm phức tạp

Việc dùng các biện pháp cải tiến và điều chỉnh chính xác các thông số cấu tạo và thông số điều chỉnh động cơ nhằm tăng hiệu suất chỉ thị, hiệu suất cơ giới và hệ số nạp cũng chỉ có thể làm cho công suất có ích của động cơ tăng lên rất ít

- Phương pháp tăng áp

+ Tăng khối lượng không khí nạp vào xylanh bằng cách tăng khối lượng riêng của không khí 𝜌𝜌𝐾𝐾 Muốn vậy phải tiến hành nén môi chất nạp trước khi đưa vào xylanh, tức là tăng áp suất của môi chất nạp Do khối lượng nạp vào xylanh tăng nên người ta có thể tăng thêm nhiên liệu để đốt cháy trong dung tích đó Như vậy, cho ta khả năng tăng lượng nhiệt phát ra trong dung tích cho trước Biện pháp làm tăng khối lượng riêng của môi chất trước khi nạp vào động cơ bằng cách tăng áp suất của nó được gọi là tăng áp cho động cơ

Trang 10

9

III GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ VÀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRONG ĐỘNG CƠ

3.1 Giới thiệu chung về động cơ Toyota 7M-GTE

Động cơ Toyota 7M- GTE sản xuất từ năm 1986 đến 1993 được lắp trên dòng

xe Toyota Supra Động cơ Toyota 7M- GTE là động cơ sử dụng nhiên liệu xăng, một hàng 6 xy lanh, dung tích xy lanh 3,0l sử dụng 24 xu páp (4 xu páp cho một xy lanh) cho phép tăng hiệu quả trao đổi khí nhưng không làm tăng đường kính xy lanh quá lớn Nắp máy được làm từ hợp kim nhôm, sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu phun xăng điện tử EFI (Electronic fuel injection), xy lanh được đúc liền thân máy, thân máy thuộc nhóm vỏ thân chịu lực Ngoài ra, động cơ Toyota 7M- GTE còn sử dụng các hệ thống hiện đại vừa có khả năng tăng công suất của động cơ lại giảm mức tiêu hao nhiên liệu Với các tính năng vượt trội của động cơ 7M- GTE về công suất lớn, kích thước nhỏ gọn đã hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu khắt khe của dòng xe Toyota Supra rất thể thao và sành điệu

3.1.1 Tổng thành các cụm chi tiết của động cơ

Hình 3.1: Mặt cắt dọc động cơ Toyota 7M- GTE

Trang 11

10

Hình 3.2: Mặt cắt ngang động cơ Toyota 7M- GTE

Các hệ thống trên động cơ bao gồm:

- Hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức một vòng tuần hoàn kín

- Hệ thống đánh lửa điện tử EIS (Electronic ignition system), tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm ESA (Electronic spark advance) nhờ tín hiệu khối điều khiển trung tâm ECU ( Engine control unit) của động cơ

Các cơ cấu chính của động cơ gồm: - Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền - Cơ cấu phối khí

Trang 12

Nắp xy lanh động cơ 7M- GTE được giới thiệu trên hình 3.3:

Trang 13

12

Hình 3.3: Nắp xy lanh và đệm nắp máy

Điều kiện làm việc của nắp xy lanh rất khắc nhiệt như nhiệt độ cao, áp suất khí thể rất lớn và bị ăn mòn hoá học bởỉ các chất ăn mòn trong sản phẩm cháy Nắp xy lanh của động cơ Toyota 7M- GTE là một dạng nắp chung một khối cho 6 xy lanh Nó được chế tạo bằng hợp kim nhôm, có ưu điểm là nhẹ, tản nhiệt tốt, giảm được khả năng kích nổ Nắp được nắp với thân máy qua đệm nắp máy bằng các gu giông

3.2.2 Thân máy

Thân máy cùng với nắp xy lanh là nơi lắp đặt và bố trí hầu hết các cụm các chi tiết của động cơ Cụ thể trên thân máy bố trí xy lanh, hệ trục khuỷu, và các bộ phận truyền động để dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm nước, bơm dầu, quạt gió…

Thân máy động cơ 7M- GTE được giới thiệu trên hình 3.4

Trang 14

13

Hình 3.4: Thân máy

Thân máy của động cơ loại thân xy lanh - hộp trục khuỷu Khối thân xy lanh của động cơ được chế tạo liền với nửa trên hộp trục khuỷu theo hình thức vỏ thân xy lanh chịu lực

Thân máy của động cơ được chế tạo bằng gang đúc, có tính dẫn nhiệt tốt

Vai trò: chủ yếu của pít tông là cùng với các chi tiết khác như xy lanh, nắp xy lanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền lực khí thể cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí

Điều kiện làm việc: Điều kiện làm việc của pít tông rất khắc nhiệt Trong quá trình làm việc pít tông phải chịu tải trọng cơ học lớn có chu kỳ, nhiệt độ cao Pít tông của động cơ được chế tạo bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt

Trang 15

14

Pít tông có dạng đỉnh lõm, do đó có thể tạo xoáy lốc nhẹ tạo thuận lợi cho quá trình hình thành khí hỗn hợp và cháy Trên phần đầu pít tông có xẻ 3 rãnh để lắp các xéc măng khí và xéc măng dầu Khe hở giữa phần đầu pít tông và thành xy lanh nằm trong khoảng 0,04 ÷ 0,06 mm

Thân pít tông có dạng hình côn tiết diện ngang hình ôvan và có hai bệ để đỡ chốt pít tông Thân pít tông có nhiệm vụ dẫn hướng cho pít tông chuyển động trong xy lanh

Để đảm bảo cho pít tông chuyển động dễ dàng trong xy lanh, khe hở giữa phần thân pít tông và thành xy lanh ở chế độ khi nước làm mát 80 ÷ 900C nằm trong khoảng 0,04 ÷ 0,06 mm

• Xéc măng:

Xéc măng của động cơ Toyota 7M- GTE được giới thiệu trên hình:

Trên piston có 2 loại xéc măng là xéc măng khí và xéc măng dầu

Hình 3.6: Xéc măng

1.Xéc măng dầu; 2.Xéc măng khí

Xéc măng khí có nhiệm vụ bao kín buồng cháy của động cơ và dẫn nhiệt từ đỉnh pít tông ra thành xy lanh và tới nước làm mát Mỗi pít tông được lắp 2 xéc măng khí vào hai rãnh trên cùng của đầu pít tông Để xéc măng rà khít với thành xy lanh nó được mạ một lớp thiếc Xéc măng khí phía trên được mạ crôm để giảm mài mòn Khi lắp khe hở miệng của xéc măng nằm trong khoảng 0,3÷0,5 mm để giảm hiện tượng lọt khí xuống các te khi lắp đặt miệng xéc măng phải lệch nhau 1800 Vật liệu chế tạo xéc măng khí là thép hợp kim cứng

Xéc măng dầu được làm từ thép chống gỉ Xéc măng dầu có nhiệm vụ san đều lớp dầu trên bề mặt làm việc và gạt dầu bôi trơn thừa từ thành xy lanh về các te Xéc măng dầu có các lỗ dầu và được lắp vào rãnh dưới cùng của pít tông

Trang 16

Chốt pít tông của động cơ Toyota 7M-GTE được giới thiệu trên hình:

Hình 3.7: Chốt pít tông

1.Vòng hãm; 2.Chốt pít tông

Chốt pít tông được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần hợp kim như: crôm, măng gan, thành phần các bon thấp… được xử lý tăng cứng và mài bóng

Chốt pít tông có dạng hình trụ rỗng Các mối ghép giữa chốt pít tông với pít tông và thanh truyền theo hệ trục để đảm bảo lắp ghép dễ dàng Chốt pít tông được lắp tự do ở cả hai mối ghép Khi lắp ráp mối ghép giữa chốt và bạc đầu nhỏ thanh truyền là mối ghép lỏng, còn mối ghép với bệ chốt là mối ghép trung gian, có độ dôi Phương pháp lắp này làm cho chốt mòn đều hơn và chịu mỏi tốt hơn nhưng khó bôi trơn mối ghép phải có kết cấu hạn chế di chuyển dọc trục của chốt

• Thanh truyền:

Trang 17

16

Thanh truyền là chi tiết nối giữa pít tông và trục khuỷu Trong quá trình làm việc thanh truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm pít tông và lực quán tính của bản thân thanh truyền Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập Trong quá trình làm việc của động cơ, thanh truyền thực hiện 2 chuyển động phức tạp: Chuyển động tịnh tiến dọc theo thân xy lanh và chuyển động lắc tương đố so với trục của chốt pít tông Thanh truyền được chế tạo bằng thép hợp kim, trong thân thanh truyền có khoan rãnh dẫn dầu bôi trơn nên bề mặt bạc đầu nhỏ và chốt pít tông

Trên thanh truyền và có đánh dấu ở nửa trên đầu to thanh truyền và nửa dưới đầu to thanh truyền, cùng với dấu ở pít tông khi lắp các dấu này phải cùng phía và quay về phía đầu động cơ

Trên hình 3.8 giới thiệu dấu định vị trên nhóm pít tông- thanh truyền

Hình 3.8: Vạch dấu định vị trên nhóm pít tông- thanh truyền

Bạc đầu nhỏ thanh truyền bằng đồng thanh có dạnh hình trục rỗng, trên bạc có lỗ dẫn dầu tương ứng với lỗ trên dầu nhỏ thanh truyền

Bạc đầu to là loại thanh mỏng và lắp lẫn được Bạc lót gồm hai nửa được dập ghép từ thép mềm và được phủ một lớp chịu mòn là hợp kim nhôm có hàm lượng thiếc cao, chiều dày của bạc lót sau khi phủ là 1,6mm, chiều rộng là 25mm, bạc có gờ khớp với rãnh ở nửa trên và nắp dưới của đầu to để chống xoay

Để đảm bảo cân bằng cơ cấu khủy trục-thanh truyền, khối lượng của thanh truyền lựa chọn khi lắp không chênh lệch quá 6-8 gam

Trang 18

17

3.2.4 Trục khuỷa

Vai trò của trục khuỷu: trục khuỷu nhận lực tác dụng từ pít tông tạo mômen quay kéo các máy công tác và nhận năng lượng của bánh đà; sau đó truyền cho thanh truyền và pít tông thực hiện quá trình nén cũng như trao đổi khí trong xy lanh

Điều kiện làm việc của trục khuỷu hết sức khắc nhiệt nó phải chịu lực T, Z do lực khí thể và lực quán tính của nhóm pít tông- thanh truyền gây ra.Ngoài ra trục khuỷu còn chịu lực quán tính ly tâm của các khối lượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu và thanh truyền Những lực này gây uốn xoắn dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu trên các ổ đỡ

Trục khuỷu của động cơ Toyota 7M- GTE được giới thiệu trên hình 3.9

Hình 3.9: Cấu tạo trục khuỷu

Trục khuỷu của động cơ được chế tạo bằng thép hợp kim có các thành phần mănggan, vômphram… Phôi trục khuỷu chế tạo bằng phương pháp rèn khuôn hoặc rèn tự do Sau đó phôi được ủ và thường hoá trước khi gia công cơ Tiếp theo gia công cơ trục khuỷu được nhiệt luyện và xử lý bề mặt rồi gia công chính xác các bề mặt làm việc, cổ trục chính và cổ khuỷu

Trên trục khuỷu gồm có đầu trục, các cổ khuỷu, má khuỷu, đối trọng và đuôi trục Trục khuỷu gồm có 6 chốt khuỷu và 4 cổ trục Trục khuỷu của động cơ toyota 7M-GTE có 8 đối trọng đúc liền

Trên đầu trục có then để lắp puly dẫn động quạt gió, bơm nước cho hệ thống làm mát, có bánh răng trục khuỷu để dẫn động trục cam, bơm dầu

Trang 19

18

Cổ trục khuỷu được gia công và xử lý bề mặt đạt độ cứng và độ bóng cao Các cổ trục đều có chung một đường kính Cổ khuỷu được làm rỗng để làm rãnh dần dầu bôi trơn đến các cổ và chốt khác của trục khuỷu

Chốt khuỷu cũng được gia công và xử lý bề mặt để đạt độ cứng và độ bóng cao Đường kính chốt nhỏ hơn đường kính cổ Chốt khuỷu cũng được làm rỗng để giảm trọng lượng và chứa dầu bôi trơn

Các đối trọng được làm liền với má Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà và được làm rỗng để lắp vòng bi đỡ trục sơ cấp của hộp số

3.2.6 Cơ cấu phối khí

*Nhiệm vụ - yêu cầu:

Cơ cấu phối khí bao gồm tất cả các cụm, các chi tiết và các kết cấu với chức năng đảm bảo quá trình trao đổi khí giữa xy lanh động cơ với môi trường bên ngoài trong các quá trình nạp khí vào xy lanh và thải các sản phẩm cháy từ xy lanh ra môi trường bên ngoài

Trang 20

19

Cơ cấu phối khí của động cơ Toyota 7M-GTE được giới thiệu trên hình 3.11:

Hình 3.11: Cơ cấu phối khí

1.Phớt chắn dầu đầu trục cam; 2 Nắp Trục cam; 3 Trục cam; 4 Bạc tì vấu cam; 5 Chụp đuôi xu páp; 6 Móng hãm; 7 Đĩa lò xo; 8 Lò xo xu páp; 9 Phớt chắn dầu bôi trơn; 10 Đế lò xo; 11 Ống dẫn hướng; 12 Đế đặt xu páp;

13 Xu páp; 12 Móng hãm; 16 Phớt chăn dầu

Yêu cầu đối với cơ cấu phối khí đó là: Nạp đầy và thải sạch ở mọi chế độ làm việc của động cơ; Tiếng ồn thấp, khả năng bao kín tốt; Độ bền và độ tin cậy làm việc cao; Dễ dàng lắp ráp thay thế chi tiết và sửa chữa bảo dưỡng điều chỉnh Cơ cấu phối khí dùng trên động cơ Toyota 7M- GTE là cơ cấu phối khí dùng xu páp treo, sử dụng trục cam kép DOHC (Double overhead camshafts) giúp cho việc mở được hoàn toàn và đóng dứt khoát xu páp Vì vậy làm tăng khả năng nạp đầy và thải sạch cho động cơ, đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu đối với 1 cơ cấu phối khí

Trang 21

20

Điều kiện làm việc: Về mặt tải trọng trục cam không phải chịu điều kiện làm việc nặng nhọc Các bề mặt làm việc của cam tiếp xúc thường ở dạng trượt nên dạng hỏng chủ yếu là mài mòn

Trục cam được chế từ thép hợp kim, các bề mặt làm việc của cam và các cổ trục được thấm than và tôi cứng với độ thấm cứng tôi khoảng 0,7 ÷ 2 mm đạt độ cứng 52 ÷ 65 HRC Trong động cơ Toyota 7M-GTE có hai trục cam được lắp ở trên nắp xy lanh, các vấu cam được làm liền với trục Trên mỗi trục có 12 cam có dạng cam lồi

Trục cam được dẫn động từ trục khuỷu, thông qua truyền động đai răng các bánh răng đai đẫn động cần phải ăn khớp với puly ở vị trí xác định đã được đánh dấu để đảm bảo pha phối khí và thứ tự làm việc của động cơ

Cổ trục và cam được bôi trơn bằng dầu bôi trơn được dẫn từ ống dầu bên trong trục cam qua cửa dầu

Trang 22

21

Xuppa động cơ Toyota 7M-GTE được gới thiệu trên hình 3.12:

Hình 3.12: Kết cấu các phần của xu páp và lắp ghép xu páp với đế

1.Đuôi xu páp; 2.Thân xu páp; 3.Nấm xu páp

Nấm xu páp có chức năng là đóng kín vì vậy phần quan trọng nhất của nấm là bề mặt làm việc của nấm với góc vát 450 Cả xu páp thải và nạp của động cơ đều có kết cấu dạng nấm bằng Ưu điểm của nấm bằng là đơn giản dễ chế tạo và có diện tích chịu nhiệt nhỏ Độ cứng vững của tán nấm khá cao nên có thể giảm bán kính góc lượn từ phần tán nấm tới phần thân để giảm khối lượng Thân xu páp có tiết diện ngang là hình tròn Thân xu páp có nhiệm vụ dấn hướng và tản nhiệt cho nấm xu páp Phần nối tiếp giữa nấm và thân được làm nhỏ lại để dễ gia công và tránh bị kẹt xu páp trong ống dẫn hướng vì phần dưới của thân có nhiệt độ cao hơn phần trên

Phần đuôi xu páp có chỗ thắt để ăn khớp với các gờ của móng hãm Có lắp chụp và bạc tì để nhận truyền động từ trục cam qua các vấu cam

Để tránh hiện tượng giãn nở làm kênh xu páp nên có khe hở nhiệt Khe hở nhiệt được xác định bằng căn lá có độ dày bằng khe hở quy định đặt vào đuôi xu páp khi điều chỉnh Phương pháp điều chỉnh khe hở nhiệt đối với động cơ Toyota 7M- GTE là thay đổi chiều dày của bạc tì ở phía trên chụp đuôi xu páp cho phép thay thế bạc mà không cần phải tháo trục cam, khi điều chỉnh khe hở nhiệt xu páp phải đảm bảo đóng kín Khi khe hở nhiệt quá lớn, các xu páp mở không hoàn toàn, do đó làm giảm chất lượng quá trình nạp và thải, gây ra va đập, ngược lại khi khe hở nhiệt quá nhỏ, các xu páp đóng không hoàn toàn do đó

Trang 23

c, Ống dẫn hướng xu páp:

Để thuận lợi cho việc gia công, đại tu, sửa chữa và kéo dài tuổi thọ lắp xy lanh giữa thân xu páp và nắp xy lanh có một chi tiết trung gian là ống dẫn hướng Ống dẫn hướng lắp lỏng với thân xu páp và có chức năng dẫn hướng cho xu páp chuyển động tịnh tiến qua lại khi đóng mở Ống được ép căng vào lỗ gia công trong nắp xy lanh Ống được chế tạo bằng gang hợp kim hoặc gang dẻo nhiệt luyện Ống có kết cấu hình trụ rỗng có vát mặt đầu để dễ lắp ráp

d, Lò xo xu páp:

Xu páp tì chặt lên đế đóng kín đường thông là nhờ lực đẩy của lò xo Trên mỗi

xu páp có lắp một lò xo Lò xo xu páp được chế tạo bằng thép lò xo (thép crom sillic) sau đó được ram cứng Giúp cho lò xo xu páp đảm bảo ngay cả ở tốc độ động cơ cao Lò xo xu páp có kết cấu hình trụ, hai đầu mài phẳng để lắp ráp với đĩa xu páp

3.2.6 Hệ thống làm mát

Trên động cơ Toyota 7M- GTE sử dụng hệ thống làm mát bằng nước lưu thông tuần hoàn cưỡng bức nhờ bơm nước có các chi tiết chính trên hình Trong hệ thống này tốc độ lưu động của nước chủ yếu do bơm quyết định

Trang 24

23

Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát bằng nước của động cơ Toyota 7M-GE được giới thiệu trên hình 3.13:

Hình 3.13: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng

1.Thân máy; 2.Nắp xy lanh; 3 Đường nước ra khỏi động cơ; 4 Ống dẫn bọt nước; 5.Van hằng nhiệt; 6.Nắp rót nước; 7.Két làm mát; 8.Quạt gió; 9.puly; 10 Ống nước nối tắt về bơm; 11 Đường nước vào động cơ; 12.Bơm nước; 13.Két làm mát dầu; 14 Ống phân phối nước

3.2.7 Hệ thống bôi trơn

Động cơ Toyota 7M- GTE sử dụng phương pháp bôi trơn cưỡng bức Dầu

trong hệ thống bôi trơn được bơm đẩy đến các bề mặt ma sát với áp suất nhất định, do đó hoàn toàn có thể đủ lưu lượng để bảo đảm bôi trơn làm mát và tẩy rửa các bề mặt ma sát

Sơ dồ cấu tạo HT bôi trơn của động cơ Toyota 7M- GTE được giới thiệu trên hình 3.14:

Trang 25

24

Hình 3.14: Sơ đồ cấu tạo hệ thống bôi trơn

1.Cốc lọc; 2.Két làm mát dầu ; 3.Bơm dầu ; 4 Lưới lọc

Hình 3.15: Sơ đồ hệ thống đánh lửa của động cơ Toyota 7M- GTE

Khi động cơ nguội hoặc làm việc ở vùng cao thời điểm đánh lửa được điều khiển hơi sớm hơn để tối ưu hoá đặc tính của động cơ

Trang 26

25

3.2.9 Hệ thống khởi động

Hệ thống khởi động bằng điện với phương pháp điều khiển gián tiếp bằng rơle điện từ Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ, người ta làm kiểu truyền động một chiều bằng khớp truyền động hành trình tự do loại cơ cấu cóc

Trang 27

26

3.2.10 Hệ thống cung cấp nhiên liệu

Động cơ Toyota 7M-GTE sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử (EFI) bệ thống này có các ưu điểm chính là các thông số được đo và kiểm soát được đưa vào xử lý cho quá trình cung cấp nhiên liệu và bảo vệ động cơ nhiều hơn(Lượng không khi nạp, nhiệt độ nước làm mát, tốc độ xe.) Các đại lượng vật lý được đo với nguyên lý hiện đại, đó chính xác cao, công cụ xử lý điều khiển hiện đại và chính xác cao

Hình 3.17: Cấu tạo của hệ thống EFI

Công tắc khởi động trung gian; 2 Cảm biến tốc độ, 3 Máy nén khí, 4 Bộ liên kết điều khiển, 5 Đèn báo tín hiệu khởi động động cơ 6 Bình điện, 7 Rơ le mở

mạch 8 Rơ le bom nhiên liệu 9 Điện trở, 10 Bơm xăng, 11 Lọc xăng 12 Giảm chấn thủy lực, 13 Fan mạch điều chỉnh tốc độ không tải, 14 Vòi phun khởi động 15 Cơ cấu chấp hành kiểu màng 16 Văn điều áp, 17 Vòi phun, 18 Thùng chân không, 19 Van VSV hệ thống thay đổi chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp,

20 Cảm biến tiếng gõ động cơ, 21.Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 22 Công tắc nhiệt thời gian vòi phun khởi động, 23 BVTS van của hệ thống tuần hoàn khi

Trang 28

27

xả, 24.Cảm biến ôxy, 25 Cuộn dây đánh lửa, 26, bộ chia điện, 27 Cảm biến nhiệt độ khi nạp, 28.Cam biển lưu lượng không khi, 29.Cảm biến vị trí bướm ga

IV LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TĂNG ÁP TỐI ƯU

Tăng áp là một quá trình trong đó máy nén được dẫn động bởi khí thải của động cơ thông qua tuabin để cung cấp không khí có áp cho động cơ Quá trình cung cấp không khí có áp cho động cơ, được gọi là tăng áp, có từ đầu thế kỷ XX Bằng cách tạo áp suất không khí ở đầu vào động cơ, tốc độ dòng khí tăng tương ứng Điều này dẫn đến việc tăng hiệu suất cho động cơ có cùng kích thước Việc tăng hiệu suất sẽ chỉ phụ thuộc vào sự kết hợp tốt giữa động cơ và bộ tăng áp

Hệ thống tăng áp cho động cơ đốt trong có nhiều loại khác nhau và sơ đồ phân loại được biểu diễn như hình 4.1:

Hình 4.1: Sơ đồ phân loại hệ thống tăng áp cho động cơ đốt trong

4.1 Biện pháp tăng áp có máy nén

Nếu mỗi chất được nén nhờ máy nén được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thì tổ hợp động cơ đốt trong máy nén được gọi là động cơ tăng áp cơ khí (hoặc cơ giới) Nên 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 – tuabin – máy nén được gọi là động cơ tăng áp tuabin khí

Tăng áp

Tuabin khí Dẫn động

cơ khí Hỗn hợpDao động và cộng hưởng sóng áp suất Tốc độLiên

hệ khí thể Liên

hệ cơ khí

Liên hệ thuỷ lực

Lắp nối tiếp

Lắp song song

Trang 29

28

a Tăng áp cơ khí

Các loại máy nén được sử dụng trong phương pháp tăng áp cơ khí có thể là: máy nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt li tâm, hoặc quạt hướng trục được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ Các sơ đồ tăng áp cơ giới

Hình 4.2: Sơ đồ tăng áp cơ giới

a- Sơ đồ tăng áp cơ giới không tận dụng năng lượng khí xả; b- Sơ đồ tăng áp cơ giới có tận dụng khí xả; c- Sơ đồ tăng áp cơ khí sử dụng ly hợp lắp giữa động cơ và máy nén; MN- máy nén; TB- tuabin; ĐC- động cơ; LM- làm mát; KN- khớp nối; P0- áp suất môi trường; Pk- áp suất khí tăng áp; Pt- áp suất khí thải ra môi trường

Phương pháp dẫn động máy nén rất phong phú, trong nhiều trường hợp giữa máy nén và trục khuỷu của động cơ có bố trí ly hợp nhằm cho phép điều khiển phạm vi hoạt động của máy nén dẫn động cơ khí cho phù hợp với chế độ làm việc của động cơ đốt trong

Máy nén thể tích đáp ứng tốt nhất với động cơ làm việc theo đường đặc tính tải, còn máy nén ly tâm đối với động cơ làm việc theo đường đặc tính chong chóng Đối với động cơ hai kỳ có đầu chữ thập thường dung hốc xylanh để nén khí bổ sung

Công suất của động cơ đốt trong được xác định theo công thức sau:

Trang 30

29

NeT = NiT NmT Nk

Công suất có ích được lấy từ trục khuỷu động cơ NeT có được từ công suất chỉ thị NiT sau khi bi khấu trừ đi tổn thất cơ giới của bản thân động cơ NmT và công suất Nk để dẫn động máy nén

• Nhận xét:

- Ưu điểm: Vì máy nén được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu của động cơ nên chất lượng khởi động và tăng tốc động cơ tốt vì lượng không khí cấp cho động cơ trong một chu trình phụ thuộc vào vòng quay trục khuỷu mà không phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải

- Nhược điểm : Máy nén được đẫn động trực tiếp từ trục khuỷu của động cơ nên công suất dẫn động máy nén chỉ phụ thuộc vào số vòng quay của nó, vì vậy nếu động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ thì số phần trăm công suất tổn thất cho việc dẫn động máy nén tăng lên làm giảm mạnh hiệu suất tổng của động cơ đốt trong

b Động cơ tăng áp bằng tuabin khí

Tăng áp bằng tuabin khí là phương pháp tăng áp dùng tuabin (TB) làm việc nhờ năng lượng khí xả của động cơ đốt trong (ĐCĐT) để dẫn động máy nén (MN) Khí xả của ĐCĐT có nhiệt độ và áp suất cao nên nhiệt năng của nó tương đối lớn Muốn khí thải sinh công, nó phải được giãn nở trong một thiết bị để tạo ra công cơ học Nếu để nó giãn nở trong xylanh của ĐCĐT thì dung tích của xylanh sẽ rất lớn, làm cho kích thước của ĐCĐT quá lớn, nặng nề Điều này mặc dù làm tăng hiệu suất nhiệt nhưng tính hiệu quả được đánh giá bằng giá trị áp suất trung bình sẽ rất nhỏ Để tận dụng tốt năng lượng khí xả, người ta cho nó giãn nở đến áp suất môi trường và sinh công trong các cánh của tuabin (TB) Ta lần lượt xem xét các phương án kết nối đó:

b.1 Tăng áp bằng TB khí liên hệ cơ khí

Trong phương án này trục tuabin, động cơ đốt trong và máy nén được nối liền nhau Hình 4.3 Giới thiệu kết cấu và sơ đồ nguyên lý của phương án này

Trang 31

30

Hình 4.3: Kết cấu và sơ đồ nguyên lý của tăng áp tuabin

1- Động cơ; 2- Khớp nối; 3- Máy nén; 4- Tuabin; 5- Làm mát • Nhận xét

- Ưu điểm: Áp suất của khí nạp vào xylanh động cơ đạt 3,4 kG/cm2, khí xả sau khi ra khỏi xy lanh động cơ đốt trong trước khi và tuabin đạt áp suất 16 kG/cm2

- Nhược điểm: Công xả của khí xả ĐCĐT tăng lên quá cao Khí sót trong xylanh rất lớn làm cho lượng khí mới nạp vào xylanh giảm Phạm vi sử dụng: Do các nhược điểm trên mà phương án này không được sử dụng trong thực tế

b.2 Tăng áp bằng TB khí liên hệ khí thể

Sơ đồ nguyên lý của tăng áp này thể hiện trên hình 4.4 Theo phương án này, tuabin và máy nén được mối đồng trục với nhau Khí xả được giãn nở trong cánh tuabin sẽ làm tuabin quay và dẫn động máy nén nén không khí tới áp suất tăng áp và đưa vào động cơ

Hình 4.4: Tăng áp bằng TB khí liên hệ khí thể

Trang 32

31

1-Động cơ; 2-Thiết bị làm mát; 3-Máy nén; 4-Tuabin; 5-Bình xả

Ưu điểm: Cho phép lợi dụng tối đa năng lượng khí xả, tạo ra hiệu suất cũng như tính hiệu quả cao cho ĐCĐT

Phạm vi sử dụng: Được sử dụng rộng rãi trong thực tế

b.3 Tăng áp bằng TB khí liên hệ thủy lực

Các phương án kết nối giữa động cơ đốt trong và cụm tuabin, máy nén cũng rất phong phú Hình trình bày các phương pháp kết nối này:

- Hình 4.5alà cách ghép nối thông dụng nhất, nó cho phép điều chỉnh chế độ tăng áp theo chế độ làm của động cơ đốt trong

- Hình 4.5b, 4.5c là các phương pháp kết nối nhằm tận dụng năng lượng khí xả Ở đây, ngoài cụm TB-MN dùng tăng áp cho động cơ còn có TB tận dụng năng lượng còn thừa của khí xả cung cấp cho thiết bị công tác

Loại kết cấu này được sử dụng nhiều trong động cơ 2 kỳ tốc độ thấp cũng như động cơ 4 kỳ tốc độ trung bình và ngay cả động cơ sử dụng trên xe tải

Hình 4.5: Tăng áp TB khí có liên hệ thủy lực

1-Động cơ; 2-Khớp thủy lực; 3,4-Cụm TB-MN dẫn động khí thể; 5-TB tận

dụng; 6-Hộp số; 7-Máy phát điện; 8-Hộp tốc độ

Trang 33

32

a Cơ cấu nối có liên hệ thủy lực; b Cơ cấu nối có liên hệ thủy lực và tuabin tận dụng năng lượng khí xả; c Cơ cấu nối qua hộp số có tuabin tận dụng năng lượng khí xả dẫn động máy phát điện;

c Tăng áp hỗn hợp

Trong tăng áp hỗn hợp người ta sử dụng hai hệ thống máy nén khác nhau, một được dẫn động bằng tuabin khí và một được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ

Tuỳ thuộc vào vị trí của máy nén người ta có các dạng ghép nối:

- Lắp nối tiếp thuận (Hình 4.6a): Tầng thứ nhất là bộ "máy nén tuabin" quay tự do và tầng thứ hai là máy nén truyền động cơ giới

- Hệ thống tăng áp hai tầng nối tiếp ngược (Hình 4.7b): Tầng thứ nhất là một máy nén thể tích hoặc máy nén ly tâm do trục khuỷu dẫn động và tầng thứ hai là "máy nén tuabin khí" quay tự do

- Lắp song song (Hình 4.7c): Người ta dùng một máy nén dẫn động cơ giới hoặc dùng không gian bên dưới của xylanh làm máy nén (trường hợp động cơ có guốc trượt) cung cấp không khí cho động cơ, song song với bộ "máy nén tuabin khí" quay tự do Như vậy, mỗi máy nén trong hệ thống chỉ cần cung cấp một phần không khí nén vào bình chứa chung

Ưu điểm chủ yếu của hệ thống tăng áp lắp song song là khí tăng áp nạp vào động cơ được cung cấp đồng thời nhờ hai máy nén, lưu lượng không khí qua mỗi máy nén đều nhỏ Do đó, kích thước của mỗi máy nén đều nhỏ so với hệ thống tăng áp lắp nối tiếp

Trang 34

33

Hình 4.7: Sơ đồ hệ thống tăng áp hỗn hợp cho động cơ

a Tăng áp hỗn hợp 2 tầng lắp nối tiếp thuận; b Tăng áp hỗn hợp 2 tầng lắp nối tiếp nghịch; c Tăng áp hỗn hợp 2 tầng song song; 1-Động cơ; 2-Khớp nối; 3,4-Cụm TB-MN; 5-Bộ làm mát; 6-Máy nén dẫn động cơ khí; 7-Bình nạp chung

4.2 Biện pháp tăng áp không có máy nén

Sau đây là các phương pháp làm cho áp suất nạp vào động cơ đốt trong lớn hơn giá trị thông thường mà không cần dùng đến máy nén cũng như một số phương pháp tăng áp cao đang phổ biến trong thực tế

4.2.1 Tăng áp dao động và cộng hưởng

Người ta sử dụng sự dao động của dòng khí và tính cộng hưởng của dao động để tăng áp suất của môi chất trong xylanh lúc đóng xupap nạp

Trang 35

34

Theo phương pháp tăng áp này, công nạp của piston được chuyển hóa thành năng lượng động học của cột khí và chính năng lượng này sẽ chuyển hóa thành công nén làm tăng áp suất trong xylanh cuối quá trình nạp

Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng áp dao động và cộng hưởng

a -Tăng áp dao động: 1- Hộp phân phối; 2- Ống dao động; 3-

Xylanh; b - Tăng áp cộng hưởng: 1- Bình ổn áp; 2- Ống cộng hưởng; 3- Xylanh; 4- Bình cộng hưởng

Giới thiệu sơ đồ cấu tạo và nguyên tác hoạt động của động cơ tăng áp bằng sóng khí được biểu diễn ở hình 4.9: