đồ án tốt nghiệp khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ yuchai-yz485zlq

Các biện pháp cường hoá đối với động cơ diezel được thực hiện theo haicách: thứ nhất là tăng số vòng quay n của động cơ, phát triển động cơ cao tốc, thứhai là tăng áp suất và giảm nhiệt

LỜI NÓI ĐẦU

Sau thời gian học tập tại Khoa Cơ khí giao thông, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng và thời gian được thực tập tốt nghiệp tại Nhà máy sản xuất và lắp ráp ôtô Chu Lai - Trường Hải, kết thúc khoá học, em đã lựa chọn đề tài về

chuyên ngành động cơ để nghiên cứu và làm Đồ án tốt nghiệp của mình

Tên đề tài: KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP BẰNG TURBO KHÍ XẢTRÊN ĐỘNG CƠ YUCHAI-YZ485ZLQ

Với những kiến thức đã học, từ thực tế và các tài liệu thu thập được trongthời gian thực tập tốt nghiệp, được sự giúp đỡ của những anh trong công ty cùng

với sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS Phùng Xuân Thọ, cùng các

thầy giáo trong khoa, qua sự nổ lực cố gắng của bản thân em đã hoàn thành báocáo về đề tài của mình

Nội dung chính của phần thuyết minh gồm 4 nội dung sau :

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ YUCHAI-YZ485ZLQ

2 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ YZ485ZLQ

Một lần nữa em xin trân trọng gửi lời biết ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ của

thầy hướng dẫn TS Phùng Xuân Thọ, cùng quý thầy giáo trong khoa.

Đà Nẵng, tháng 03 năm 2009

Sinh viên thực hiện

Hoàng Minh Cảnh

MỤC LỤC Trang

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

MỤC ĐÍCH - Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 5

1 Giới thiệu chung về động cơ Yuchai - YZ485ZLQ 7

1.1 Các thông số cơ bản của động cơ Yuchai-YZ485ZLQ 8

1.2 Các cơ cấu và các hệ thống chính của động cơ 9

1.2.1 Nhóm piston thanh truyền 9

1.2.1.1 Nhóm piston 10

1.2.1.2 Thanh truyền 11

1.2.2 Cơ cấu trục khuỷu 13

1.2.2.1 Đầu trục khuỷu 13

1.2.2.2 Cổ trục khuỷu 14

1.2.2.3 Chốt khuỷu 14

1.2.2.4 Má khuỷu 14

1.2.2.5 Đối trọng 15

1.2.2.6 Đuôi trục khuỷu 15

1.2.3 Thân máy và nắp xylanh 16

1.2.3.1 Thân máy 16

1.2.3.2 Nắp xy lanh 17

1.2.4 Cơ cấu phân phối khí 18

1.2.5 Hệ thống nhiên liệu 21

1.2.5.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống 21

1.2.5.2 Cấu tạo bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu 24

1.2.6 Hệ thống bôi trơn 25

1.2.7 Hệ thống làm mát 26

1.2.8 Hệ thống khởi động 28

2 Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai - YZ485ZLQ 29

2.1 Giới thiệu chung về tăng áp trên động cơ diezel 29

2.1.1 Mục đích của việc tăng áp cho động cơ diezel 29

2.1.2 Các phương pháp tăng áp chủ yếu cho động cơ 30

2.1.2.1 Biện pháp tăng áp nhờ máy nén 30

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 31

2.1.3 Một vài vấn đề cần lưu ý khi tăng áp cho động cơ đốt trong 31

2.2 Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai –YZ485ZLQ 33

2.2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống tăng áp trên động cơ 33

2.2.2 Đặc điểm kết cấu của các bộ phận trong hệ thống tăng áp động cơ YZ485ZLQ 34

2.2.2.1 Kết cấu của bộ turbo tăng áp 35

2.2.2.2 Bộ phận xả bớt khí thải qua tuabin 48

2.2.2.3 Bộ phận làm mát khí nạp 51

2.2.3 Phối hợp làm việc của turbo SJ60 với động cơ YZ485ZLQ 53

3 Tính toán hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai YZ485ZLQ 56

3.1 Tính toán kiểm nghiệm bộ turbo SJ60 của hệ thống tăng áp lắp trên động cơ Yuchai-YZ485ZLQ 56

3.1.1 Các số liệu cho trước và các thông số chọn 56

3.1.2 Tính toán các thông số làm việc trong tuabin và máy nén 57

3.1.3 Tính toán cụm turbo tăng áp 60

3.1.3.1 Tính toán máy nén 60

3.1.3.2 Tính toán tuabin 73

4 Những hư hỏng và biện pháp khắc phục 80

4.1 Xác định nguyên nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục 81

4.1.1 Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn 81

4.1.1.1 Nguyên nhân 81

4.1.1.2 Biện pháp khắc phục 81

4.1.2 Có tiếng ồn bất thường 82

4.1.2.1 Nguyên nhân 82

4.1.2.2 Biện pháp khắc phục 82

4.1.3 Tiêu hao nhiên liệu lớn và có khói xanh 82

4.1.3.1 Nguyên nhân 82

4.1.3.2 Biện pháp khắc phục 82

4.2 Phân tích các hư hỏng của hệ thống tăng áp 83

4.2.1 Thiếu dầu bôi trơn 83

4.2.2 Vật lạ rơi vào cụm TB-MN 83

4.2.3 Dầu bôi trơn bẩn 83

4.3 Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ 83

4.3.1 Kiểm tra hệ thống khí nạp 83

4.3.2 Kiểm tra hệ thống thải 83

4.3.3 Kiểm tra hoạt động bộ chấp hành 84

4.4 Các điểm cần lưu ý khi sử dụng hệ thống tăng áp 84

4.5 Phương pháp tháo lắp cum TB-MN 85 KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86



MỤC ĐÍCH - Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Tuy không còn mới mẽ so với các ngành khoa học khác, nhưng cùng với sựphát triển của nền khoa học công nghệ của nhân loại, ngành động cơ đốt trong đãđóng góp một phần rất quan trọng trong sự phát triển đó Cùng với những yêu cầungày càng cao của nhu cầu cuộc sống, nó đòi hỏi sự cải biến lớn trong tất cả cáclĩnh vực khoa học nói chung và đối với ngành động cơ đốt trong nói riêng cũngkhông nằm ngoài qui luật phát triển đó Tuy nhiên, sự cải biến đó của ngành động

cơ không có nghĩa là thay đổi một cách toàn diện về mặt nguyên lý và kết cấu mà

nó vẫn dựa trên nền tản của những nguyên lý và kết cấu đã có từ hàng trăm nămtrước, trên cơ sở cải tiến và hoàn thiện hơn

Để cải tiến và hoàn thiện hơn cho động cơ, ngành động cơ đốt trong đãnghiên cứu và chế tạo ra nhiều những loại động cơ với tính năng ưu việt, bằngcách cải tiến và hoàn thiện những hệ thống trên động cơ như: hệ thống nhiên liệu(phun xăng điện tử, phun dầu điện tử, hệ thống đánh lửa điện tử, sử dụng hệ thốngtăng áp v v.) Một trong những biện pháp hữu hiệu nhất để nâng cao công suấtcho động cơ diezel được sử dụng rộng rãi ngày nay đó chính là sử dụng hệ thốngtăng áp bằng turbo chạy bằng năng lượng khí thải của chính động cơ đó Đây cũng

là đề tài em đã lựa chọn để nghiên cứu và làm đồ án tốt nghiệp cho mình sau thờigian được học tập tại Khoa Cơ khí giao thông của Trường Đại học Bách khoa Đà

Nẵng Tên đề tài chính thức mà em thực hiện đó là: khảo sát hệ thống tăng áp bằng turbo khí xả trên động cơ Yuchai-YZ485ZLQ

Các biện pháp cường hoá đối với động cơ diezel được thực hiện theo haicách: thứ nhất là tăng số vòng quay n của động cơ, phát triển động cơ cao tốc, thứhai là tăng áp suất và giảm nhiệt độ môi chất mới trước khi nạp vào động cơ Việcnâng cao số vòng quay n của động cơ bị hạn chế bởi nhiều yếu tố liên quan đếnviệc tổ chức chu trình, vật liệu và công nghệ chế tạo Sử dụng hệ thống tăng áptrên cơ sở không thay đổi số vòng quay n mà chỉ là tăng mật độ, qua đó làm tăngkhối lượng môi chất mới nạp vào xilanh trong mỗi chu trình Ngày nay, người ta

sử dụng rộng rãi biện pháp tăng áp turbo khí xả nhằm tránh dùng công suất có ích

để dẫn động máy nén khí, nhờ đó tiết kiệm năng lượng của động cơ

Xã hội ngày càng phát triển vượt bậc Nhưng theo cùng với sự phát triểnnày là những nguy cơ đe dọa đến sự tồn tại của Hành tinh Trái đất là nơi chúng tađang sống Một trong những nguy cơ đó xuất phát từ sự ô nhiễm môi trường dochính chúng ta đã tạo ra Vì vậy, để tạo ra sự phát triển bền vững cho xã hội, mỗichúng ta đều phải có những hành động cụ thể để góp phần bảo vệ sự phát triển bền

vững đó Sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbo khí xả cho động cơ là một trongnhững biện pháp vừa mang lại hiệu quả kinh tế cao nhờ tiết kiệm năng lượngnhưng đồng thời cũng mang một ý nghĩa xã hội rất to lớn chính nhờ vào việc hạnchế ô nhiễm môi trường do khí thải từ động cơ gây ra Ngày nay, việc đánh giámức độ ô nhiễm do khí thải của động cơ trên ôtô là một trong những tiêu chuẩnkhông thể thiếu cho ngành đăng kiểm ở các quốc gia, với các tiêu chuẩn này ngàycàng khắt khe hơn Trong thời gian đến tại Việt Nam, Cục Đăng Kiểm Việt Namcũng sẽ bắt đầu áp dụng các tiêu chuẩn này, trước hết là đối với những phươngtiện đăng ký mới, và tiêu chuẩn bước đầu được áp dụng là EURO II Chính nhữngqui định này đòi hỏi nhà sản xuất phải có những biện pháp cải tiến thiết thực nhấtcho những động cơ đang và sẽ được sản xuất mới Một trong những biện pháp đó

chính là sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbo khí xả.

1 Giới thiệu chung về động cơ Yuchai - YZ485ZLQ

6

4

151413

5- Bơm cao áp; 6- Piston; 7- Bình lọc nhiên liệu; 8- Vòi phun;

9- Đường ống nạp; 10- Bộ làm mát khí nạp; 11- Đường ống thải;

12- Tuabin tăng áp; 13- Trục cam; 14- Bộ làm mát dầu; 15- Các te

Do trong quá trình tìm kiếm tài liệu nhưng không có mặt cắt của động cơYZ485ZLQ nên em tham khảo mặt cắt của động cơ DE08TIS Trong mặt cắt này

để tương đồng với động cơ YZ485ZLQ mà ta khảo sát, một số kết cấu đã thayđổi :

+ Trên đầu nhỏ thanh truyền có khoét lõm để hứng dầu;

+ Nắp đầu to thanh truyền không nằm nghiêng 450 mà nằm thẳng (hình 6).

1-Động cơ YZ485ZLQ là động cơ diesel 4 kỳ, 4 xilanh thẳng hàng, phun trựctiếp, được tăng áp và làm mát trung gian do hãng Yuchai sản xuất có hiệu quả kinh

tế và hiệu suất cao Động cơ được sử dụng chủ yếu trên ôtô tải vừa và nhỏ Nóthỏa mãn các yêu cầu như: tiếng ồn thấp, tiết kiệm nhiên liệu, tốc độ động cơ cao

và đảm bảo độ bền

Động cơ YZ485ZLQ là loại động cơ có buồng cháy khoét lõm trên đầu piston,dạng ômêga Đặc điểm của buồng cháy dạng ω là tạo được dòng xoáy tiếp tuyếncủa khí nạp và dòng xoáy hướng kính của không khí chèn khi nén, kết hợp với vòiphun nhiều lổ để tạo ra hòa khí tốt Vòi phun của động cơ được đặt trên nắp xilanhhướng vào phía giữa đỉnh piston để phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng cháy Loạiđỉnh piston này có khuyết điểm là diện tích chịu nhiệt rất lớn, trọng lượng phầnđầu piston nặng và khó giải quyết vấn đề chịu nhiệt của xécmăng, nhất là xécmăngthứ nhất Tuy nhiên, loại đỉnh có buồng cháy trên đỉnh piston có chỉ tiêu kinh tếcao Cùng với bộ điều tốc hoạt hoạt động nhờ lực ly tâm giúp động cơ có thể chạy

ổn định ở chế độ không tải

1.1 Các thông số cơ bản của động cơ Yuchai-YZ485ZLQ

Bảng 1 – 1 Các thống số cơ bản của động cơ

Động cơ do hãng Yuchai Machinery của

Trung Quốc sản xuất

Động cơ diezel 4 kỳ, tăng áp bằng turbo và

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 chạy cầm chừng của động cơ 750 - 800 [vòng/phút]

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]

Kích thước tổng thể: Dài x Rộng x Cao 820x556x660 [mm]Turbo tăng áp loại SJ60

1.2 Các cơ cấu và các hệ thống chính của động cơ

1.2.1 Nhóm piston thanh truyền

Nhóm piston thanh truyền của động cơ YZ485ZLQ được thể hiện qua hình 1- 2

Hình 1 – 2 Lắp ghép nhóm piston với thanh truyền của động cơ

1- Bu lông thanh truyền; 2- Nắp đầu to thanh truyền; 3- Bạc lót; 4- Đầu tothanh truyền; 5- Bạc lót chốt piston; 6- Miếng ghép; 7- Xéc măng khí thứ nhất; 8-Xéc măng khí thứ hai; 9- Xéc măng dầu; 10- Vòng ép xéc măng dầu; 11- piston;

12- Chốt piston; 13- Vòng hãm

1.2.1.1 Nhóm piston

Nhóm piston gồm piston, xécmăng, chốt piston và vòng hãm chốt piston.Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ, cùng với xilanh và nắp xilanh tạothành buồng cháy Điều kiện làm việc của piston là rất khắc nghiệt Trong quátrình làm việc của động cơ, piston chịu lực rất lớn, chịu áp suất và nhiệt độ rất cao

− Tiếp nhận lực khí thể sinh ra do quá trình cháy nổ và truyền tới thanhtruyền để làm quay trục khuỷu, nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải trong quátrình thải và hút khí nạp mới trong quá trình nạp

3

1

4 5

2

Hình 1 – 3 Nhóm piston1- Chốt piston; 2- Vòng hãm; 3- Xécmăng dầu; 4- Xécmăng khí thứ hai;

5- Xécmăng khí thứ nhất

Piston của động cơ YZ485ZLQ được chế tạo bằng hợp kim nhôm, trên pistonđược bố trí hai xécmăng khí và một xécmăng dầu Đường kính của piston: D = 85[mm] Hành trình piston: S = 92 [mm]

Đỉnh piston có dạng lõm kiểu ômêga Khi động cơ làm việc đầu piston nhậnphần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó (khoảng 70 ÷ 80%) và nhiệt lượngnày truyền vào xécmăng thông qua rãnh xécmăng, rồi đến nước làm mát động cơ.Ngoài ra, trong quá trình làm việc piston còn được làm mát bằng cách phun dầuvào phía dưới đỉnh piston

Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xilanh, lànơi chịu lực ngang N và là nơi để bố trí bệ chốt piston Trên bệ chốt có các gân đểtăng độ cứng vững.

Chân piston có dạng vành đai để tăng độ cứng vững cho piston Trên chânpiston người ta cắt bỏ một phần khối lượng nhằm giảm lực quán tính cho pistonnhưng không ảnh hưởng đến độ cứng vững của nó

Chốt piston là chi tiết dùng để nối piston với đầu nhỏ thanh truyền, nó truyềnlực khí thể từ piston qua thanh truyền để làm quay trục khuỷu Trong quá trình làmviệc chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn, các lực này thay đổi theochu kỳ và có tính chất va đập mạnh Chốt piston có dạng hình trụ rỗng Chốtpiston được lắp với piston và đầu nhỏ thanh truyền theo kiểu lắp tự do Khi làmviệc, chốt piston có thể xoay tự do trong bệ chốt piston và bạc lót của đầu nhỏthanh truyền Trên đầu nhỏ thanh truyền và trên bệ chốt piston có lỗ để đưa dầuvào bôi trơn chốt piston

Xécmăng khí được lắp trên đầu piston có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ngănkhông cho khí cháy từ buồng cháy lọt xuống cacte Trong động cơ, khí cháy có thểlọt xuống cacte theo ba đường: qua khe hở giữa mặt xilanh và mặt công tác (mặtlưng xécmăng); qua khe hở giữa xécmăng và rãnh xécmăng; qua khe hở phầnmiệng xécmăng Xécmăng dầu có nhiệm vụ ngăn dầu bôi trơn sục lên buồng cháy,

và gạt dầu bám trên vách xilanh trở về cacte Ngoài ra, khi gạt dầu, xécmăng dầucũng phân bố đều trên bề mặt xilanh một lớp dầu mỏng Điều kiện làm việc củaxécmăng rất khắc nghiệt, chịu nhiệt độ và áp suất cao, ma sát mài mòn nhiều vàchịu ăn mòn hoá học của khí cháy và dầu nhờn

1.2.1.2 Thanh truyền

Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu và biến chuyển độngtịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Khi làm việc, thanhtruyền chịu tác dụng của: lực khí thể trong xilanh, lực quán tính của nhóm piston

và lực quán tính của bản thân thanh truyền

Vật liệu để chế tạo thanh truyền là thép cacbon với mác thép là C40

Thanh truyền có cấu tạo gồm 3 phần: đầu nhỏ, thân và đầu to

+ Đầu nhỏ thanh truyền dùng để lắp với chốt piston có dạng hình trụ rỗng,trên đầu nhỏ có rãnh hứng dầu để bôi trơn bạc lót và chốt piston Khi làm việc,chốt piston có thể xoay tự do trong đầu nhỏ thanh truyền

Hình 1 – 4 Kết cấu đầu nhỏ thanh truyền + Thân thanh truyền có tiết diện chữ I Chiều rộng của thân thanh truyềntăng dần từ đầu nhỏ lên đầu to mục đích là để phù hợp với quy luật phân bố củalực quán tính tác dụng trên thân thanh truyền trong mặt phẳng lắc.

Hình 1 – 5 Kết cấu thân thanh truyền + Đầu to thanh truyền có dạng hình trụ rỗng Kích thước đầu to thanhtruyền phụ thuộc vào đường kính và chiều dài chốt khuỷu

Đầu to được chia thành hai nửa, nửa trên liền với thân, nửa dưới rời ra làmthành nắp đầu to thanh truyền Hai nửa này được liên kết với nhau bằng bulôngthanh truyền

Hình 1 – 6 Kết cấu đầu to thanh truyền1- Nắp đầu to; 2- Bu lông đầu to thanh truyền; 3- Thân thanh truyền; 4- Bạc lót Trên đầu to thanh truyền có lắp bạc lót để giảm độ mài mòn cho chốt khuỷu.Bạc lót đầu to thanh truyền cũng làm thành hai nửa Khi bạc lót bị mòn thì được

thay thế bằng bạc lót mới Trên bạc lót có lổ và rãnh để dẫn dầu bôi trơn và cácvấu chống xoay, khi lắp ghép các vấu này bám vào các rãnh trên đầu to.

1.2.2 Cơ cấu trục khuỷu

Hình 1 – 8 Kết cấu đầu trục khuỷu

động cơ

1- Then; 2- Puly; 3- Phớt chắn dầu;

4- Bánh răng dẫn động bơm dầu bôi

trơn; 5- Bánh răng dẫn động trục

cam.

2 1

5 4 3

Tất cả các cổ chính có cùng một đường kính, từ cổ chính dầu bôi trơn theo các

lỗ khoan trong má để đi bôi trơn các cổ biên Các chỗ chuyển tiếp của cổ chính và

cổ biên đến má trục có góc lượn

Để giảm bớt trọng lượng của các phần không được cân bằng và của cả trục tachế tạo trục khuỷu có cổ biên rỗng (hình 1 – 9)

1.2.2.3 Chốt khuỷu

Đường kính chốt khuỷu nhỏ hơn đường kính cổ trục

Để giảm khối lượng của trục khuỷu, chốt khuỷu được làm rỗng, vừa nhẹ vừa

để chứa dầu bôi trơn Đường dầu trong cổ trục và chốt khuỷu của động cơ đượcthể hiện ở (hình 1 – 9)

1.2.2.4 Má khuỷu

12

33

Hình 1 – 10 Má khuỷu động cơ1- Đối trọng; 2- Má khuỷu; 3- Chốt khuỷu.

Má khuỷu là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng má khuỷuchủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của trụckhuỷu Kết cấu má khuỷu của động cơ có dạng ôvan (hình 1 – 10)

1.2.2.5 Đối trọng

Đối trọng có hai nhiệm vụ chủ yếu :

- Cân bằng các lực và mômen của lực quán tính chưa được cân bằng nhưlực quán tính ly tâm, mômen của lực quán tính ly tâm ;

- Giảm mômen uốn cổ trục

Khi trục khuỷu có đối trọng, khối lượng sẽ tăng lên và ảnh hưởng đến tần sốdao động riêng của trục Kích thước của đối trọng phụ thuộc chủ yếu vào lực quántính ly tâm và không gian của hộp trục khuỷu

Ở động cơ Yuchai-YZ485ZLQ đối trọng được thiết kế kiểu liền với trụckhuỷu

1.2.2.6 Đuôi trục khuỷu

Đuôi trục khuỷu là nơi truyền công suất ra ngoài thường có mặt bích hoặc côn

để lắp bánh đà Bánh đà được định vị bằng chốt định vị (khi dùng mặt bích) Đuôitrục khuỷu còn thường có vành chắn dầu, ren hồi dầu và phớt chắn dầu

Ở động cơ Yuchai chọn phương án lắp bánh đà lên đuôi bằng mặt bích Ởđuôi trục khuỷu được bố trí các bộ phận sau: bánh đà, ổ lăn lắp trục li hợp, phớtchắn dầu, chốt định vị

Hình 1 – 11 Đuôi trục khuỷu của động cơ

1- Phớt chắn dầu; 2- Vành ngăn dầu;

3- Bánh đà; 4- Bu lông lắp bánh đà;

5- Ổ lăn trục ly hợp; 6- Chốt định vị

3

4 5

6 1

2

1.2.3 Thân máy và nắp xylanh

Thân máy và nắp xylanh là những chi tiết cố định, có khối lượng lớn và kết cấuphức tạp Hầu hết các cơ cấu và hệ thống của động cơ đều được lắp trên thân máy

và nắp xilanh Bằng phương pháp đúc, người ta dùng gang xám để chế tạo thân vànắp máy

1.2.3.1 Thân máyThân máy động cơ YZ485ZLQ có 4 xilanh thẳng hàng, được lắp lót xilanhkhô,

khi lót xilanh bị mòn có thể tháo ra để thay thế Đường kính lót xilanh được giacông đạt độ chính xác và độ bóng cao Trong thân máy được bố trí các áo nướclàm mát bao bọc xung quanh các xilanh

Hình 1 – 12 Khối thân máy của động cơ1- Roang làm kín xy lanh; 2- Đầu nối vào dầu bôi trơn; 3- Đầu nối ra dầu bôitrơn; 4- Khối xilanh; 5- Bạc lót trục khuỷu; 6- Chốt; 7- Nút; 8- Bạc lót phía trên cổtrục chính; 9- Bạc lót phía dưới cổ trục chính; 10- Nắp đỡ trục chính; 11- Bu lông

nắp cổ trục chính; 12- Ổ đỡ cổ trục chính; 13- Vòng đệm chặn lực dọc trục phía

dưới; 14- Vòng đệm chặn lực dọc trục phía trên

Có 5 ổ đỡ trục khuỷu trong thân máy, các ổ đỡ trục khuỷu được đúc liền vớicác vách ngăn trên thân máy, và các nắp ổ trục chế tạo rời, khi lắp ráp dùng bulông

và mặt lỗ xilanh thường khó đạt được 100%, do đó sẽ ảnh hưởng đến truyền nhiệt.1.2.3.2 Nắp xy lanh

Nắp xilanh có vai trò cùng với xilanh và piston tạo thành buồng cháy Nhiều

bộ phận của động cơ được lắp trên nắp xilanh như: vòi phun, cụm xupap, cácđường ống nạp, thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn

Trên nắp xilanh được bố trí các đế xupap và đường ống nạp và thải cho haixilanh của động cơ Bề mặt lắp ráp với thân máy được gia công chính xác và đượcbắt chặt với thân máy bằng bulông và êcu chịu lực Giữa thân động cơ và nắp máy

có một roăng làm kín bề mặt lắp ghép

1.2.4 Cơ cấu phân phối khí

Cơ cấu phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải rangoài trong kỳ thải và nạp đầy khí nạp mới vào xilanh động cơ trong kỳ nạp Cơcấu phân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau :

+ Đóng mở đúng thời gian quy định ;

+ Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông ;

+ Khi đóng phải đóng kín, xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp ;+ Ít mòn, tiếng kêu bé ;

+ Dễ điều chỉnh và sửa chữa

Động cơ YZ485ZLQ có cơ cấu phân phối khí loại dùng xupáp treo Cách bố trínày tạo cho buồng cháy có kích thước nhỏ gọn, giảm được tổn thất nhiệt, dễ dàng

bố trí đường nạp và đường thải, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thải sạch và nạpđầy Hiện nay, trên động cơ diezel chỉ dùng phương án bố trí xupáp này Tuy vậy,nhược điểm của phương pháp bố trí xupáp treo là dẫn động xupáp phức tạp, làmtăng chiều cao động cơ, và khí bố trí xupáp treo thì làm kết cấu của nắp xilanhphức tạp

Hình 1 – 15 Kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phối khíMỗi xilanh của động cơ được bố trí hai xupáp, một xupáp nạp và một xupáp

xả, các xupáp được đặt xen kẻ nhau Đường nạp và đường thải được bố trí về haiphía của động cơ, do đó giảm được sự sấy nóng không khí nạp Trục cam được bốtrí trong hộp trục khuỷu, được dẫn động từ trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng.Xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, và đòn bẩy

Đũa đẩy là một thanh thép nhỏ hình trụ dùng để truyền lực từ con đội đến đònbẩy Hai đầu tiếp xúc với con đội và cò mổ

Cò mổ nhận lực từ đũa đẩy và truyền đến xupáp Đầu tiếp xúc với đũa đẩy cóvít để điều chỉnh khe hở nhiệt cho xupáp

Xupáp là chi tiết có điều kiện làm việc khắc nghiệt Khi làm việc, nấm xupápchịu tải trọng động và tải trọng nhiệt rất lớn, nên yêu cầu nấm xupáp phải có độcứng vững cao

Vật liệu làm đế là thép hợp kim

Xupáp nạp dùng thép hợp kim Crôm - Niken: 40CrNi

Xupáp thải do chịu nhiệt độ cao nên dùng: 30CrNi3A

Động cơ YZ485ZLQ dùng xupáp có đáy bằng, mặt làm việc quan trọng củaxupáp là mặt côn, xupáp nạp có mặt côn này nghiêng một góc α = 300, còn xupápthải thì có mặt côn nghiêng một góc α = 450 Mặt làm việc được gia công rất kỹ vàđược mài rà với đế xupáp Khi làm việc thân xupáp trượt dọc theo ống dẫn hướngxupáp, ống dẫn hướng xupáp gắn chặt với nắp máy Đuôi xupáp có một rãnh hãmhình trụ để lắp ghép với đĩa lò xo, đĩa lò xo được lắp với xupáp bằng hai mónghãm hình côn, mặt trên của đuôi xupáp được tôi cứng để tránh mòn

Để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xilanh khi chịu lực va đập của xupáp,người ta dùng đế xupáp ép vào họng đường thải và đường nạp Đế xupáp là mộtvòng hình trụ, trên đó có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấm xupáp, mặt

côn trên đế xupáp thường lớn hơn mặt côn trên nấm xupap khoảng (0,5 ÷ 10), mặtngoài của đế xupáp có dạng hình trụ trên có tiện rãnh đàn hồi để lắp cho chắc Đểđảm bảo cho xupáp ép chặt vào đế xupáp thì giữa xupáp và đòn bẫy phải có mộtkhe hở nhất định gọi là khe hở nhiệt.

Lò xo xupáp dùng để đóng kín xupáp trên đế xupáp và đảm bảo xupáp chuyểnđộng theo đúng quy luật của cam phân phối khí, do đó trong quá trình mở đóngxupap không có hiện tượng va đập trên mặt cam Ở động cơ YZ485ZLQ dùng một

lò xo trên xupáp nạp, và hai lò xo lồng vào nhau trên xupáp thải

Trục cam dùng để dẫn động xupáp đóng mở theo quy luật nhất định Trục cambao gồm các phần cam nạp, cam thải và các cổ trục, các cam được làm liền vớitrục Với động cơ 4 kỳ 1 hàng xilanh, góc lệch ϕ1 giữa hai đỉnh cam cùng tên củahai xilanh làm việc kế tiếp nhau bằng một nửa góc công tác δk của hai xilanh đó

Hình 1 – 16 Trục cam, con đội và đũa đẩy của động cơ

Hình 1 – 17 Kết cấu cơ cấu phân phối

khí xupáp treo lắp trên động cơ

Yuchai 1- Đũa đẩy xupáp; 2- Đòn bẩy; 3- Đĩa

lò xo; 4- Chén chặn (móng ngựa);

5-Thân xupáp ; 6- Lò xo xupáp; 7- Ống

dẫn hướng; 8- Đế xupáp ; 9- Con đội;

10- Trục cam

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10

Vật liệu dùng cho trục cam là theo hợp kim thành phần các bon thấp 15X, cổtrục có độ cứng 52 ÷ 65 HRC, độ thấm tôi từ (0,07 ÷ 2)mm, độ cứng bên trong cổ

vụ bơm nhiên liệu cao áp vào đường ống cao áp để đi đến vòi phun 11 để phunvào động cơ theo đúng thứ tự nổ của mỗi xylanh, nhiên liệu dư thừa trong bơmcao áp đi qua van tràn theo đường ống trở về cửa hút của bơm chuyển nhiên liệu.Một phần nhiên liệu bị rò rỉ ở các vòi phun theo đường ống hồi 13 nhiên liệutrở về thùng chứa

15 1

14

Hình 1 – 18 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ Yuchai-YZ485ZLQ

1- Thùng chứa nhiên liệu; 2,5,7,8,12- Đường ống dẫn nhiên liệu thấp áp; 3- Bầulọc thô; 4- Bơm chuyển nhiên liệu; 6- Bầu lọc tinh; 9- Bơm cao áp; 10- Đườngống cao áp; 11- Kim phun; 13- Đường dầu hồi; 14- Nút xả cặn; 15- Mắt dầu; 16-

Lổ tiếp nhiên liệu

Không khí từ ngoài qua bầu lọc không khí, vào ống nạp rồi qua xupáp nạp đivào động cơ Trong quá trình nén các xupáp hút và xả đều được đóng kín, khipiston đi lên không khí trong xylanh bị nén Piston càng lên gần điểm chết trênkhông khí bên trên đỉnh piston bị chèn ép chui vào phần lõm ở đỉnh piston, tạo ra

ở đây dòng xoáy lốc hướng kính ngày càng mạnh Cuối quá trình nén, nhiên liệuđược phun vào dòng xoáy lốc này, được xé nhỏ, sấy nóng, bay hơi và hoà trộn đềuvới không khí tạo ra hoà khí rồi tự bốc cháy

Hệ thống nhiên liệu của động cơ sử dụng bơm dãy loại BHF4PL090001

Các bầu lọc nhiên liệu dùng loại C0708A

Hình 1 – 19 Lắp ghép khối bơm cao áp1- Đai ốc; 2- Bộ cân chỉnh phun sớm; 3- Bánh răng dẫn động quay trục bơm;4,8,9,15- Vòng đệm; 5,10- Bu lông; 6,11- Roang làm kín; 7- Vỏ bơm cao áp; 12-Bơm cao áp; 13- Then bán nguyệt; 14- Ống nối đường ống nạp; 16- Đai ốc xiết.

1.2.5.2 Cấu tạo bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu

Hình 1 – 20 Cấu tạo

bơm cao áp của hệ

thống nhiên liệu

1- Bơm tay; 2- Bơm

chuyển nhiên liệu;

Bộ phận quan trọng nhất của bơm chính là cặp bộ đôi siêu chính xác xylanh bơm cao áp, lắp khít nhau Vật liệu chế tạo bộ đôi piston và xilanh là théphợp kim làm ổ bi Piston được cam đẩy lên qua con đội và vít điều chỉnh, hànhtrình đi xuống của piston là nhờ lò xo và đĩa lò xo Ngạnh chữ thập ở phần đuôipiston được ngàm trong rãnh dọc của ống xoay, vành răng được bắt chặt trên đầuống xoay và ăn khớp với thanh răng Như vậy, khi dịch chuyển thanh răng sẽ làmxoay piston

piston- Nguyên lý hoạt động

Khi piston đi xuống (nhờ lực đẩy của lò xo), van cao áp đóng kín, nhờ độchân không được tạo ra trong không gian phía trên piston, khi mở các lổ nạp và xảnhiên liệu được nạp đầy vào không gian trống này cho đến khi piston đến vị tríthấp nhất

Khi piston đi lên nhờ lực đẩy của cam 3, đầu tiên nhiên liệu được đẩy qua các

lổ nạp và xả ra ngoài, khi đỉnh piston che kín cả 2 lổ nạp và xả nhiên liệu ở khônggian phía trên piston 6 bị ép tăng áp suất, khi áp suất đủ lớn sẽ mở van cao áp,nhiên liệu được đưa vào đường cao áp để đi đến vòi phun Quá trình cấp nhiên liệu

được diễn ra cho đến khi rãnh nghiêng trên đầu piston mở lổ xả (đây là thời điểmkết thúc quá trình cấp nhiên liệu), khi đó nhiên liệu từ không gian phía trên pistonqua rãnh dọc thoát qua lổ xả ra ngoài khiến cho áp suất trong xylanh giảm đột ngột

và dưới tác dụng của lò xo 5 và áp suất dư của đường dầu cao áp van cao áp đượcđóng lại

4 3 2 1

9

15 7

5

Hình 1 – 21 Sơ đồ của hệ thống bôi trơn trên động cơ1- Cac te; 2- Bơm bánh răng ăn khớp trong; 3- Van an toàn; 4- Que thăm dầu; 5-Đường dầu hồi sau bầu lọc; 7- Đường dầu chính; 6- Bầu lọc; 8- Đồng hồ áp suất;9- Bôi trơn bộ turbo; 10- Trục dẫn cần đẩy xupáp; 11- Trục cam; 12- Đường dầubôi trơn trục cam; 13- Đường dầu bôi trơn giàn cò mổ; 14- Lổ cấp dầu; 15- Đườngdầu bôi trơn piston xilanh; 16- Dầu đi bôi trơn trục khuỷu; 17- Chốt khuỷu; 18-

Cổ trục khuỷu

 Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn động cơ

Bôi trơn bằng phương pháp bôi trơn cưỡng bức sử dụng bơm bánh răng ănkhớp trong Bơm được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thông qua bánh răng dẫnđộng trên trục bơm Dầu bôi trơn được hút từ cacte thông qua lưới lọc, qua cácđường dầu chính để đến các ổ trục khuỷu, ổ trục cam, bôi trơn ổ chốt (ổ đầu tothanh truyền), bôi trơn cơ cấu phân phối khí xuppáp, đòn bẩy, cò mổ ) Đặc biệt,một lượng dầu được bơm liên tục để bôi trơn cho ổ trược trục tuabin - máy néncủa hệ thống tăng áp động cơ

Hình 1 – 22 Lắp ghép bơm dầu bôi trơn1- Tấm bảo vệ; 2- Lưới lọc; 3- Nắp; 4- Giá đỡ ống; 5- Vòng đệm làm kín; 6,14-

Vỏ bơm; 7,9- Chốt; 8- Bánh răng trong; 10- Bánh răng ngoài; 11- Trục bơm; Then bán nguyệt; 13- Chêm điều chỉnh khe hở; 15- Bánh răng dẫn động bơm;

12-16,17- Vòng hãm; 18,19- Bu lông; 20,21- Vòng đệm

Sử dụng bơm bánh răng ăn khớp trong (hình 1 – 22) với tốc độ quay 4500vòng/phút, lưu lượng dòng chảy là 38 lít/phút và áp suất dầu bôi trơn vào khoảng0,2 – 0,5 MPa

Dùng bầu lọc li tâm toàn phần loại JX0808

Mặt gượng xi lanh, piston, các chốt piston và các bánh răng phân phối bằngdầu vung toé Sau khi bôi trơn bạc đầu to thanh truyền nhờ trục khuỷu đang quayvới một tốc độ lớn, dầu được vung toé và tạo thành một lớp sương mù trong khônggian của cacte bên dưới piston Những giọt dầu bám trên mặt gương xi lanh, pistonvẫn làm nhiệm vụ bôi trơn những chi tiết này rồi rơi về cacte

1.2.7 Hệ thống làm mát

 Nguyên lý hoạt động

Nước trong hệ thống làm mát được tuần hoàn cưỡng bức nhờ vào bơm nước số

7 (bơm nước kiểu li tâm), nước qua ống 8 phân vào các khoang chứa của cácxilanh Khi động cơ nguội và nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 800C thì van hằngnhiệt đóng và nước làm mát không đi vào két làm mát 1 mà trở về trực tiếp từ bơm

7 Sau khoảng thời gian làm việc của động cơ, nhiệt độ nước làm mát lớn hơn

800C, lúc này van hằng nhiệt sẽ mở và nước làm mát đi vào két làm mát 1 Sau khinước được làm mát sẽ đi qua các đường ống để quay trở về bơm và cứ tiếp tục nhưvậy quá trình làm mát được thực hiện bằng vòng tuần hoàn kín

Sử dụng bơm ly tâm được dẫn động từ trục khuỷu động cơ nhờ dây coroa vớitốc độ 4000 vòng/phút và lưu lượng dòng chảy 90 lít/phút

Dùng van hằng nhiệt loại 155B làm bằng vật liệu xốp có thể giãn nở được khinhiệt độ nước làm mát tăng lên

Nhiệt độ của nước làm mát khoảng 800C

5 4 3 2 1 9 10 11

8 7

6

Hình 1 – 23 Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ1- Két nước làm mát; 2- Nắp két nước; 3- Vị trí van hằng nhiệt; 4- Ống dẫnnước khi van hằng nhiệt đóng; 6- Ống dẫn; 7- Bơm nước; 8- Ống phân phối;

9- Quạt gió; 10- Ống nước về bơm; 11- Động cơ

Hình 1 – 24 Kết cấu bơm nước và van hằng nhiệt của hệ thống làm mát1- Puli dẫn động; 2- Ố lăn; 3- Phớt làm kín; 4- Bạc chặn; 5- Lổ lắp quạt gió; 6- Vỏ bơm; 7- Cánh bơm; 8- Trục bơm; 9- Thân van hằng nhiệt; 10- Nắp van; 11- Lò xo; 12- Trục van; 13- Đai đồng; 14- Màng cao su; 15- Đệm cao su

1.2.8 Hệ thống khởi động

Hình 1 – 25 Máy khởi động và máy phát của động cơ

1- Máy khởi động; 2- Máy phát

Hình 1 – 26 Sơ đồ nguyên lý hệ thống khởi động của động cơ

1- Bánh răng trục khuỷu; 2- Nút dừng; 3- Vành răng khởi động; 4- Rãnhxoay một chiều; 5- Đòn bẫy; 6- Đĩa tiếp điểm; 7- Lò xo hồi vị; 8- Vị trí nối dây

dẫn; 9- Nút khởi động; 10- Khoá nguồn; 11- Nguồn ắc qui

Động cơ sử dụng mô tơ khởi động loại QD138Y được lấy điện từ ắc quy vớinguồn khởi động 12V, công suất khởi động 2,5 KW

Dùng máy phát loại JFWZB15 với dòng điện 14A và công suất là 500W

 Nguyên lý hoạt động

Khi đóng công tắc nguồn 10 và ấn nút khởi động 9, dòng điện lúc náy đi từ:(+) ắc qui -> khoá 10 -> nút khởi động 9 -> điểm nối 8 -> cuộn dây W1 vàW2 trên rơ le động cơ khởi động > cuộn dây kích từ của động cơ khởi động -

>( -) ắc qui, đóng tiếp điểm 6, kéo đòn điều khiển 5 dịch chuyển qua trái, đẩy cơcấu bánh răng khởi động ăn khớp với bánh răng trục khuỷu, dòng điện từ (+) ắcqui -> đĩa tiếp điểm 6 -> cuộn dây của động cơ khởi động, động cơ khởi động quaykéo bánh răng trục khuỷu quay và động cơ đựơc khởi động, khi ngắt nút khởiđộng, cuộn W1, W2 mất nguồn tiếp điểm mở, động cơ khởi động dừng, cần điềukhiển 5 dịch chuyển qua phải trả cơ cấu trở về vị trí ban đầu Rãnh xoay một chiều

4 có tác dụng ngăn cản hiện tượng động cơ chính kéo quay động cơ khởi động làmhỏng thiết bị, nguyên lý như sau: Khi động cơ chính đã được khởi động, tốc độcủa trục khuỷu sẽ tăng lên và lớn hơn tốc độ quay của bánh răng khởi động 3, lúcnày trên rãnh xoay 1 chiều 4 xuất hiện phản lực N tự động kéo cơ cấu dịch chuyểnqua trái, thông qua đòn điều khiển 5, ngắt tiếp điểm 6 và động cơ khởi động tựđộng ngừng, vành răng khởi động 3 cũng không còn ăn khớp với bánh răng trụckhuỷu động cơ chính nữa

1.2.9 Hệ thống tăng áp (Khảo sát cụ thể ở chương sau)

2 Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai - YZ485ZLQ

2.1 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 cơđược tiến hành bằng cách nạp trực tiếp không khí từ môi trường bên ngoài Việcnạp 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 phụchạn chế này, ta sử dụng một máy nén riêng để nén trước không khí sau đó đưa vàoxylanh động cơ, làm tăng mật độ không khí, qua đó tăng số lượng không khí nạpvào động cơ trong mỗi chu trình, vì vậy sẽ làm tăng công suất của động cơ Đóchính 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 côngsuất của động cơ lên rất nhiều Tuy nhiên, nếu với động cơ xăng ta sử dụngphương pháp này để nâng công suất của động cơ ta lại phải vướng thêm vấn đềgây kích nổ, đã tạo nên nhiều khó khăn trong sử dụng thực tế, vì vậy việc tăng ápnày 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 nênphạm vi sử dụng tăng áp cho động cơ ngày càng rộng và áp suất tăng áp Pk ngàymột 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 haonhiên 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 saukhi qua máy nén, đã có thể đưa áp suất có ích trung bình pe của động cơ thựcnghiệm lên tới 4 Mpa

Tóm lại, việc sử dụng hệ thống tăng áp là biện pháp chủ yếu, hiệu quả nhất đểnâng 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 xilanh động cơ ở cuối quá trình nạp lúc đóng xupáp nạp, qua đó làm tăng lượng khínạp 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 cómáy nén theo sơ đồ (hình 2 – 1)

Hình 2 – 1 Các phương pháp tăng áp trên động cơ đốt trong2.1.2.1 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 máynén được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thì tổ hợp động cơ đốt trong - máy nén

Tăng áp

Tua bin khí

Dẫn

động

cơ khí

Hỗn hợp

Sóng

áp suất

Tốc độ

Dao động và cộng hưởng

Liên

hệ khí thể

Lắp nối tiếp

Lắp song song

được gọi là động cơ tăng áp cơ khí (hoặc cơ giới) Nếu máy nén được dẫn độngnhờ tuabin tận dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong thì tổ hợp động cơđốt 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 suấtlớn và công suất trên một đơn vị diện tích đỉnh piston lớn hơn nhiều so với hệthống 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 cómômen 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 củachu trình, vì vậy cần sử dụng một số biện pháp về lựa chọn các thông số nhiệtđộng, cấu tạo, vật liệu và công nghệ chế tạo và đảm bảo cho động cơ tăng áp đượchoạt 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 ε của động cơ đốt trong một cách hợp lý nhằmgiảm áp suất pe và nhiệt độ Te cuối quá trình nén cũng như nhiệt độ của chu trìnhtrong 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 trểhợp lý, mặc khác giữ cho nhiệt độ của chu trình không quá cao

- Tăng khả năng truyền nhiệt ra bên ngoài cho các nguồn lạnh bằng cáchtăng lưu lượng của nước làm mát Qua đó, làm tăng hệ số truyền nhiệt và giử chonhiệt độ nước làm mát thấp cũng như giữ ổn định chênh lệch nhiệt độ giữa thànhvách 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

2.2 Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai –YZ485ZLQ

Bảng 2 – 1 Các thông số cơ bản của cụm tuabin - máy nén tăng áp

Đường kính ngoài bánh công tác cụm tuabin-máy nén 48 [mm]

Áp suất dầu bôi trơn cho ổ trục tuabin-máy nén khi động

cơ làm việc

196-392(2-4)

[kPa][kg/cm2]

Tốc độ quay của trục tuabin-máy nén 135000÷150000 [vòng/phút]

2.2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống tăng áp trên động cơ

11121314

15

109

87

654321

Hình 2 – 2 Sơ đồ bố trí hệ thống tăng áp trên động cơ1- Bầu lọc không khí; 2- Ống nạp trước máy nén; 3- Động cơ; 4- Ống thải; 5-Ống dẫn khí nạp vào bầu áp suất; 6- Két làm mát khí nạp; 7- Ống nạp sau máynén; 8- Cụm tuabin-máy nén; 9- Van xả; 10- Bầu áp suất; 11- Trục khuỷu; 12-

piston; 13- Xilanh; 14- Xupáp nạp; 15- Xupáp thải

 Nguyên lý làm việc

Trong quá trình làm việc, giữa động cơ, tuabin và máy nén có sự liên hệ vớinhau Khi động cơ hoạt động, khí thải ra khỏi động cơ theo đường ống 4 vào làmquay tuabin 8 Bánh công tác của tuabin được nối đồng trục với bánh công tác củamáy nén nên bánh công tác của máy nén cũng quay theo Máy nén thực hiện quátrình hút không khí từ môi trường xung quanh qua bầu lọc 1, rồi đến cửa vào bánhcông tác của máy nén nhờ độ chênh áp suất tại cửa vào, sau đó không khí đi vàobánh công tác Nhờ lực ly tâm và tiết diện thay đổi của bánh công tác của máy nénnên không khí được nén đến một áp suất nào đó để qua két làm mát khí nạp 6 đicung cấp cho động cơ.

Máy nén và tuabin lắp đồng trục cho nên khi tuabin quay sẽ dẫn động máy nénlàm việc Lượng không khí nạp yêu cầu cho động cơ được điều khiển bởi bánh dẫnhướng và bánh công tác của máy nén, không khí thay đổi hướng để đi vào bánhcông tác Lúc này bánh công tác của máy nén đang được rôto tuabin dẫn độngquay, làm xuất hiện lực ly tâm đẩy dòng khí từ trong ra ngoài theo phương hướngkính Không khí nén, sau khi ra khỏi bánh công tác, tiếp tục đi vào ống tăng áp.Tại đây, động năng của dòng khí được chuyển thành áp năng Không khí bị nénđến áp suất cần thiết rồi đi vào buồng xoắn ốc Phần động năng còn lại của dòngkhí được tiếp tục chuyển thành áp năng tại đây Lúc này dòng khí nạp có áp suấtcao ra khỏi máy nén theo đường ống nạp vào xilanh động cơ qua cửa nạp

2.2.2 Đặc điểm kết cấu của các bộ phận trong hệ thống tăng áp động cơ

Hình 2 – 3 Tổng thể cụm tuabin-máy nén loại SJ60 của hệ thống tăng áp động cơ

Yuchai-YZ485ZLQA- Khí nạp máy nén; B- Khí nạp vào động cơ; C- Khí thải ra môi trường bên

ngoài; D- Khí thải vào tuabin

2.2.2.1 Kết cấu của bộ turbo tăng áp

a) Giới thiệu bộ turbo SJ60 lắp trên động cơ YZ485ZLQ

Động cơ Yuchai-YZ485ZLQ sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbo khí thải loại

SJ60, do Công ty Weifang Fuyan Turbochargers tại Trung Quốc sản xuất Cụm

turbo tăng áp bao gồm một tuabin dạng hướng kính và một máy nén li tâm

A

C

B

Hình 2 – 4 Kết cấu cụm tuabin-máy nén1- Vỏ tuabin; 2- Bộ phận quay tuabin; 3- Xéc măng làm kín tuabin; 4- Bạc đỡtrục tuabin-máy nén; 5- Vỏ giữa; 6- Vòng hãm; 7- Vòng làm kín máy nén; 8- Vỏmáy nén; 9- Bánh công tác máy nén; 10- Bộ điều chính áp suất; A- Khí xả ra khỏi

tuabin; B- Không khí vào máy nén; C- Khí nạp vào động cơ

 Nguyên lý làm việc của cụm tuabin-máy nén

Khí xả của động cơ đi vào khoang tuabin và áp lực của nó làm cho các cánhtuabin quay Cánh tuabin và cánh nén gắn đồng trục, nên ở khoang tăng áp cáccánh nén sẽ hút không khí từ bên ngoài vào và nén, làm tăng áp lực của không khírồi dẫn vào các xi lanh Khí xả được dẫn ra ở lổ thoát của cụm tăng áp để ra ngoàikhông khí

b) Tuabin hướng kính

 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

 Nguyên lý hoạt động

Tuabin trong bộ turbo tăng áp là một loại động cơ (nguồn động lực) dùng để

chuyển năng lượng của sản vật cháy có áp suất và nhiệt độ nhất định thành công

cơ học dẫn động máy nén khí Hình 2-5 giới thiệu sơ đồ cấu tạo của tuabin gồm

có: vỏ tuabin, vành miệng phun, cánh tuabin Sản vật cháy với áp suất pT, nhiệt độ

TT và tốc độ CT đi vào vỏ tuabin tới vành miệng phun Vành miệng phun là nhữngđường thông có tiết diện giảm dần từ cửa vào đến cửa ra làm cho sản vật cháyđược giãn nở và tăng tốc khi qua miệng phun

Trong miệng phun một phần áp năng của sản vật cháy được chuyển thànhđộng năng Ra khỏi miệng phun dòng khí đi theo hướng α1 (α1= 140 ÷ 150), lúcnày áp suất sản vật cháy từ pT giảm xuống p1, nhiệt độ từ TT giảm xuống T1 đồngthời tốc độ dòng khí từ CT tăng lên C1 Với tốc độ C1 dòng khí đi vào bánh côngtác đang quay theo tốc độ u1, tạo nên tốc độ tương đối W1 của dòng khí vào rãnhcủa bánh công tác Sản vật cháy tiếp tục giãn nở trong rãnh thông chuyển từ hướngkính dần sang hướng trục, truyền động năng cho các cánh để chuyển thành cônglàm quay bánh công tác Khi ra khỏi bánh công tác, sản vật cháy có áp suất p2,nhiệt độ T2, tốc độ tuyệt đối C2 của dòng khí từ bánh công tác đi ra bằng vectơ củatốc độ tương đối W2 và tốc độ theo u2 Do một phần động năng của dòng khí đãchuyển thành công của bánh công tác, nên C2 nhỏ hơn C1 nhiều Động năng do C2

của dòng khí từ bánh công tác đi ra không được sử dụng lại mà bị tổn thất, gọi làtổn thất tốc độ dư

n12III b1

I- Vỏ tuabin; II- Vành miệng phun; III- Bánh công tác; D- Đường kínhbánh công tác; b- Chiều cao cánh; ∆r- Khe hở; C- Tốc độ tuyệt đối; u- tốc

độ theo; W- tốc dộ tương đối

 Đặc điểm cấu tạo và nhiệm vụ của các bộ phận chính của tuabin hướng kính trong hệ thống

Ở phía tuabin khí thì có vỏ tuabin, trong vỏ có bánh công tác Do phần tuabinluôn tiếp xúc với khí xả có nhiệt độ cao, có các tạp chất ăn mòn, nên vỏ tuabinđược đúc bằng gang chịu nhiệt Phần rôto tuabin có nhiều cánh dẫn, được hàn liềntrên trục rôto Khí thải từ động cơ đi vào vỏ tuabin qua ống phun để tác động lêncác cánh dẫn làm quay rôto tuabin Trục rôto tuabin được gối trên bạc đỡ Tốc độquay của trục rôto tuabin rất lớn, vì vậy giữa bạc và trục được bôi trơn bằng dầucấp từ động cơ Tuabin tăng áp bao gồm: vỏ tuabin, bánh công tác, vành miệngphun, bạc và trục quay

- Vỏ tuabin :

+ Vỏ của tuabin không lắp cánh, cấu tạo rất đơn giản, nhờ đó giảm được giáthành của tuabin

+ Kính thước và khối lượng của tuabin nhỏ

+ Tổn thất lưu động ít làm tăng hiệu suất của tuabin

+ Thích hợp cho việc thay đổi chế độ hoạt động, phạm vi thích ứng củatuabin rộng

+ Nhờ kết cấu này của vỏ tuabin nên nó làm việc khá êm dịu, ít tiếng ồn + Tuy nhiên loại vỏ không cánh đòi hỏi nhà sản xuất phải có trình độ cao vềmặt thiết kế và kỹ thuật chế tạo Hệ thống này lắp đặt tuabin biến áp nên vỏ tuabin

có cửa vào hai đường dẫn khí Có tiết diện lưu thông dạng hình quả lê

lớn đến chất lượng làm việc của tuabin Bánh công tác của tuabin do nhiều cánhphân bố đều trên đĩa quay, tạo nên nhiều rãnh thông nhỏ, hướng kính Sản vậtcháy theo hướng kính đi vào các rãnh trên bánh công tác từ phía đường kínhngoài, sau đó dần dần chuyển theo hướng trục đi ra khỏi bánh công tác Các cánh

và đĩa của bánh công tác được đúc chính xác thành một chi tiết

Hình 2 – 7 Bánh công tác của tuabin dạng nửa hở

- Vành miệng phun: Có tác dụng chuyển áp năng của sản vật cháy thành độngnăng của dòng khí theo hướng nhất định trong trường tốc độ đều, để vào bánhcông tác với tổn thất nhỏ nhất Do vành miệng phun có ảnh hưởng lớn đến tínhnăng hoạt động của tuabin nên có yêu cầu cao đối với việc thiết kế cũng như chếtạo, ngoài yêu cao về độ bóng bề mặt các đường thông nó còn đòi hỏi rất khắt khe

về góc lắp đặt các cánh và diện tích đầu ra của miệng phun

- Bạc: Do cánh tuabin và cánh nén quay ở tốc độ rất cao nên các bạc được lắptheo kiểu lắp lỏng hoàn toàn để đảm bảo hấp thụ các rung động từ trục, bôi trơntrục và bạc Các ổ bạc này được bôi trơn bằng dầu động cơ và quay tự do giữa trục

và vỏ để tránh kẹt ở tốc độ cao Dầu động cơ không bị rò nhờ các phớt làm kín dầulắp trên trục

- Trục quay: Là chi tiết liên kết giữa hai bánh công tác tuabin và máy nén, trục

tì lên ổ đỡ thực hiện truyền mômen từ tuabin tới máy nén Tuabin loại nhỏ có bánhcông tác của tuabin và trục được liên kết theo phương pháp hàn

- Nếu áp suất đầu vào không đổi, lưu lượng khối lượng tăng khi nhiệt độ giảm;

- Năng lượng trong một đơn vị khối lượng khí là hàm số của nhiệt độ và ápsuất;

- Tốc độ của TB là hàm số của tốc độ chuyển động theo (tốc độ tiếp tuyến củadòng khí)

Hình 2-9 giới thiệu đặc tính của TB, trục hoành được biểu diễn bằng đại lượng

nhằm loại trừ ảnh hưởng của áp suất và tốc độ vòng quay đến đặc tính của

TB ứng với các số vòng quay của nó được biểu diễn qua đại lượng

Khác với MN, đối với TB không tồn tại vùng làm việc không ổn định

σ = - Tỷ số giản nở của khí trongTB; mg- lưu lượng khối lượng của khí xả; ηT- Hiệu suất đoạn nhiệt của TB.

Đặc tính của TB còn cho thấy mg là hàm số của độ giãn nở nên tốc độ của TB

nT sẽ tăng khi áp suất đầu ra giảm - tức nếu tăng độ cao làm việc của thiết bị (cột

áp làm việc) mật độ không khí giảm (khối lượng riêng của không khí giảm) nên mg

cũng giảm theo

c) Máy nén ly tâm

 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy nén

Máy nén lắp trong bộ TURBO SJ60 là loại máy nén ly tâm, dùng để chuyểnnăng lượng cơ khí thành năng lượng của dòng chảy trong máy nén, dựa vào tácdụng lực ly tâm để tăng áp cho không khí từ áp suất P0 lên áp suất Pk và làm chokhông khí có lưu lượng Gk từ phần không gian này qua phần không gian khác