tăng áp cho động cơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA SAU ĐẠI HỌC MÔN HỌC TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ TIỂU LUẬN TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP TĂNG ÁP ỨNG DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ XE TẢI NHẸ GVHD: TS. HUỲNH THANH CÔNG HVTH: NGUYỄN VĂN MINH Khóa học: 2014 – 2016 Lớp: KTCK-K22 (CN: Cơ khí động lực) Đồng Nai – 7/2015 LỜI CÁM ƠN Trong thời gian học tập môn học “ Tăng áp cho động cơ đốt trong”, em xin chân thành cảm ơn qúy Thầy, Cô trong khoa sau Đại học trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam. Đặc biệt xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến Thầy trực tiếp giảng dạy chúng em môn học này: TS. Huỳnh Thanh Công. Xin chân thành cảm ơn Thầy đã nhiệt tình giảng dạy trong những ngày qua để trang bị cho chúng em những vốn kiến thức vô cùng quý giá giúp chúng em hoàn thành được môn học. Trong bài tiểu luận này dựa trên những tài liệu tham khảo, em sẽ tìm hiểu về “những phương pháp tăng áp ứng dụng trên động cơ xe tải nhẹ” góp phần nâng cao kiến thức và hiểu biết về một trong những cải tiến tăng áp cho động cơ đốt trong được ráp trên các phương tiện đi lại phổ biến hiện nay. Mặc dù đã luôn cố gắng tiếp thu và học hỏi đồng thời cố gắng nghiên cứu để hoàn thành tiểu luận cho môn học. Nhưng với khả năng còn hạn chế về mặt kiến thức và cả kinh nghiệm thực tế cho nên bài tiểu luận của em cũng không tránh khỏi nhiều thiếu xót. Kính mong được sự chỉ dẫn của Qúy Thầy cô cùng các anh, chị đồng nghiệp để bài tiểu luận môn học này của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Trảng Bom, ngày 31 tháng 07 năm 2015 Học viên thực hiện Nguyễn Văn Minh   Lời nói đầu Một động cơ cần đủ 3 yếu tố để tạo ra động năng: nhiên liệu, khí và tia lửa. Càng đốt cháy nhiều không khí và nhiên liệu theo tỷ lệ thích hợp thì càng tạo ra nhiều công suất. Nguyên tắc này mở đường cho việc ứng dụng turbin tăng áp cho động cơ. Để cải tiến và hoàn thiện hơn cho động cơ, ngành động cơ đốt trong đã nghiên cứu và chế tạo ra nhiều những loại động cơ với tính năng ưu việt, bằng cách 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 thống tăng áp v v.). Một trong những biện pháp hữu hiệu nhất để nâng cao công suất cho động cơ được sử dụng rộng rãi ngày nay đó chính là sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbin chạy bằng năng lượng khí thải của chính động cơ đó. Về mặt bản chất turbin tăng áp là một máy nén khí, "thổi" khí áp suất cao vào buồng cháy nhờ đó nâng cao tỷ số nén. Hệ thống nạp cưỡng bức từng sử dụng trên động cơ máy bay trong thời gian dài trước khi được ứng dụng trên động cơ ôtô vào năm 1960. Chúng giúp động cơ nhỏ tạo ra công suất lớn. Không tăng kích thước động cơ mà vẫn tạo công suất lớn đồng nghĩa với tiết kiệm nhiên liệu. Sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbin khí cho động cơ là một trong những biện pháp vừa mang lại hiệu quả kinh tế cao nhờ tiết kiệm năng lượng nhưng đồng thời cũng mang một ý nghĩa xã hội rất to lớn chính nhờ vào việc hạn chế ô nhiễm môi trường do khí thải từ động cơ gây ra. Ngày nay, việc đánh giá mức độ ô nhiễm do khí thải của động cơ trên ôtô là một trong những tiêu chuẩn không thể thiếu cho ngành đăng kiểm ở các quốc gia, với các tiêu chuẩn này ngày càng khắt khe hơn. Trong thời gian hiện nay tại Việt Nam, Cục Đăng Kiểm Việt Nam cũng sẽ bắt đầu áp dụng các tiêu chuẩn này, trước hết là đối với những phương tiện đăng ký mới, và tiêu chuẩn bước đầu được áp dụng là EURO II. Chính những qui định này đòi hỏi nhà sản xuất phải có những biện pháp cải tiến thiết thực nhất cho 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 turbin khí.           !"#$%&'()*+ $, -./ 0%12 !'"' I. TỔNG QUAN VỀ TĂNG ÁP TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Các phương pháp tăng áp chủ yếu cho động cơ Tất cả các biện pháp tăng áp nhằm tăng áp suất của không khí nạp vào trong xi lanh động cơ ở cuối quá trình nạp lúc đóng xupáp nạp, qua đó làm tăng lượng khí nạp mới vào trong động cơ, được gọi là tăng áp cho động cơ. Dựa vào nguồn năng lượng để nén không khí trước khi đưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động cơ thành tăng áp có máy nén và tăng áp không có máy nén theo sơ đồ (hình 1.1). Hình 1.1: Sơ đồ các phương pháp tăng áp trên động cơ đốt trong Ở động cơ đốt trong nếu môi chất trước khi nạp vào xi lanh được nén đến một áp suất nào đó thì được gọi là động cơ tăng áp. Nếu môi chất được nén nhờ máy nén được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thì tổ hợp động cơ đốt trong - máy nén được gọi là động cơ tăng áp cơ khí (hoặc cơ giới). Nếu máy nén được dẫn động nhờ turbin tận dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong thì tổ hợp động cơ đốt trong - turbin - máy nén được gọi là động cơ tăng áp turbin khí. Công suất có ích của động cơ được xác định như sau: n X N ASQFNe pmdtrck ηηηηρ= n X i FSQ A F pH n i . 2/τ Trong đó: k - mật độ không khí nạp (kg/m 3 ) η c - hiệu suất của sự cháy nhiên liệu; 3 3 η tr - hiệu suất của sự truyền nhiệt; η m - hiệu suất cơ giới η d - hiệu suất hao hụt về đồ thị thực tế so với lý thuyết A - khối lượng không khí; Q H - nhiệt trị thấp của nhiêu liệu (kJ/kgNL) F - khối lượng nhiên liệu; S - hành trình của piston (mm) F p - diện tích đỉnh piston(mm 2 ) i - số xilanh; t = 4 đối với động cơ bốn kỳ; t = 2 đối với động cơ hai kỳ n - tốc độ động cơ (vòng/phút). Tăng áp cho động cơ là tăng áp suất môi chất trên đường ống nạp nhằm tăng lượng khí nạp tại đầu quá trình nén. Do đó, tăng áp suất trung bình của chu trình, kết quả làm tăng công suất có ích của động cơ. 1.2 Các dạng tăng áp động cơ. 1.2.1. Động cơ đốt trong tăng áp bằng truyền động cơ khí (supercharger) Hình 1.2: Sơ đồ động cơ tăng áp bằng truyền động cơ khí Hình 1.3: Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp bằng truyền động cơ khí 4 4 Hiệu suất nhiệt của toàn bộ thiết bị được tính bằng biểu thức sau: )1(. 1 ktñc mnñc ty Q LL δ−η= − =η Trong đó: η tdc - hiệu suất nhiệt của động cơ )1.(1 1. . 1 1 1 −ρλ+−λ −ρλ ε −=η − k k k tñc tñc k kvñc kMTmcL η−ρλ+−λε= − )]1(.1.[ 1 (kJ/Kmol) ]1).[( 1 1 1 1 1 −εµ − =           −         µ − = − − k k oo k k o k omn TR k k p p TR k k L ]1).[( 1 −ε −k ko TRM ñc mn k L L =δ (công tương đối của máy nén) Giả sử quá trình nén của máy nén là quá trình đoạn nhiệt: tñc kk o k k o k k m R k k η−ρλ+−λεε −ε µ − =δ −− − .)]1(.1[. ]1)[( . . 1 11 1 tñc k k k k k v k mc R η−ρλ+−λεε −ε − − − )].1(.1[. ]1)[( 1 1 1 với: 1−= k mc R v và e o = εε== k c k k o c o v v v v v v Tăng áp bằng truyền động cơ khí (tăng áp cơ giới) có ưu nhược điểm: - Chất lượng khởi động và tăng tốc động cơ tốt vì lượng khí nạp vào động cơ trong một chu trình chỉ phụ thuộc vào số vòng quay mà không phụ thuộc vào năng lượng khí thảị - Tính kinh tế kém do tiêu hao công dẫn động máy nén 1.2.2. Động cơ đốt trong tăng áp bằng turbin khí (hình 1.4-1.5) Hình 1.4: Hình cắt-turbin tăng áp trên động cơ. 5 5 Hình 1.5: Mặt cắt của bộ tăng áp turbin khí (turbochager) Chú thích: (1) Cánh turbin đường xả (2) Vỏ hộp turbin (3) Khí thải đi vào cánh turbin (4) Ngõ ra khí thải (5) Cánh máy nén khí (6) Vỏ hộp máy nén (7) Trục nối (8) Không khí nén vào Khi động cơ hoạt động, áp suất khí cháy được xả ra qua đường ống dẫn (3) đến turbin làm quay cánh turbin(1) và xả theo đường số (4) đi tới bộ giảm âm ra ngoài. Cánh turbin(1) quay qua trục nối(7) làm cho cánh turbin nén khí(5) quay theo hút không khí từ ngoài vào, khí bị nén lại và đẩy đi qua ống dẫn (6-8) đưa vào trong xilanh động cơ ở kỳ hút như sơ đồ hình 1.6. Hình 1.6: Sơ đồ tăng áp bằng khí xả động cơ Có hai kiểu tăng áp turbin khí xả: 6 6 - Turbin đẳng áp - Turbin biến áp. Hình 1.7: Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp turbin khí (loại turbin biến áp) Chú thích: la - nén đoạn nhiệt của không khí trong máy nén; ac - nén đoạn nhiệt của khí trong xilanh cyz - cấp nhiệt hỗn hợp Q 1 = Q 1 ’ + Q 1 '’; zb - giãn nở đoạn nhiệt trong xilanh brf - giãn nở của khí thải trong xilanh và trong turbin biến áp fl - nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường Q 2 Động cơ tăng áp kiểu biến áp cho áp suất tăng áp cao hơn khi áp suất trung bình trong đường xả của tăng áp biến áp và đẳng áp là như nhau vì cho phép sử dụng toàn bộ năng lượng khí thải. Tuy nhiên loại tăng áp này có nhược điểm chính là hiệu quả sử dụng năng lượng xung áp giảm nhanh khi tăng áp suất tăng áp của khí nạp và kết cấu đường ống xả phức tạp, đặc biệt ở động cơ nhiều xilanh. Động cơ tăng áp kiểu turbin biến áp được sử dụng phổ biến cho các động cơ Diesel vừa và nhỏ. 7 7 Hình 1.8: Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp turbin khí (loại turbin đẳng áp) Chú thích: la - nén đoạn nhiệt trong máy nén; ac - nén đoạn nhiệt trong xilanh cyz - cấp nhiệt hỗn hợp Q 1 = Q 1 ’ + Q 1 '’ zb- giãn nở đoạn nhiệt trong xilanh ba - nhả nhiệt đẳng tích của xilanh Q T ar’-cấp nhiệt trong turbin đẳng áp Q T r’g - giãn nở đoạn nhiệt trong turbin; gl - nhả nhiệt từ turbin cho môi trường Q 2 Hiệu suất nhiệt của chu trình được xác định như sau: )]1(1.[ 1 1 1 −ρλ+−λε −λρ −=η − k o k k ty )]1(1.[ )1.( 1 −ρλ+−λε −λρ − k k o k k Áp suất trung bình của chu trình: )]1(1[ 1 . 1 −ρλ+−λη −ε ε − = k k p p ty k kk ty 1 . 1 −ε ε − k a k p )]1(1[ 1 . 1 −ρλ+−λη −ε ε − = k k p p ty k kk ty Nhận xét: Hiệu suất nhiệt và áp suất trung bình của chu trình hỗn hợp động cơ tăng áp lớn hơn động cơ không tăng áp từ 15 ÷ 35%. 1.2.3. Động cơ đốt trong tăng áp liên hợp (kết hợp supercharger và turbocharger) Hình 1.9: Sơ đồ động cơ tăng áp liên hợp dùng máy nén nối tiếp 8 8 Trong động cơ tăng áp liên hợp khí nạp được tăng áp sơ cấp tại máy nén truyền động cơ khí từ trục khuỷu, sẽ được nén thứ cấp tại máy nén dẫn động bằng turbin khí thải rồi nạp vào xilanh động cơ. * Ưu nhược điểm của hệ thống này là: - Cải thiện tính tăng tốc tốt cho động cơ khi làm việc ở chế độ tải và tốc độ nhỏ. - Nhược điểm: Công suất tiêu thụ cho máy nén tăng nhanh khi tăng công suất điều này giảm hiệu suất động cơ. Để cải thiện nhược điểm trên, nên chọn phương án lắp máy nén song song. Khí nạp mới cùng được nén một cấp tại cả hai máy nén dẫn động cơ khí và dẫn động bằng turbin khí. Sau đó khi tăng áp được đưa tới đường ống nạp chung để vào xilanh động cơ. Ưu điểm của hệ thống tăng áp liên hợp song song là kích thước và khối lượng máy nén nhỏ hơn cũng như tuổi thọ được gia tăng. 1.2.4. Làm mát khí nén sau bộ tăng áp (turbocharger) Hình 1.10: Sơ đồ động cơ tăng áp có làm mát khí tăng áp Với hệ thống nạp cưỡng bức có bộ làm mát khí nạp(intercooler). Khi không khí được nén sẽ nóng lên và giãn nở. Để nhận nhiều sức mạnh từ động cơ, mục tiêu là có được nhiều phân tử khí vào xi-lanh hơn, chứ không phải là khí giãn nở trong khi số phân tử khí lại ít. Do đó, bộ làm mát khí nạp hình thành để làm mát nguồn khí nóng từ máy nén trước khi đi vào buồng đốt để tăng hiệu suất tăng áp đồng thời bảo vệ động cơ, ngoài ra còn chủ động điều chỉnh lượng khí đi vào buồng đốt dưới áp lực cao, tạo sức nén cao hơn và tăng sức mạnh cho mỗi giai đoạn trong 4 kỳ hút, nén, nổ, xả. 9: 9: [...]... nói đầu 2 I TỔNG QUAN VỀ TĂNG ÁP TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3 1.1 Các phương pháp tăng áp chủ yếu cho động cơ 3 1.2 Các dạng tăng áp 4 1.2.1 Động cơ tăng áp bằng truyền động cơ khí 4 1.2.2 Động cơ đốt trong tăng áp bằng turbin khí 5 1.2.3 Động cơ đốt trong tăng áp liên hợp 8 1.2.4 Làm mát khí nén sau bộ tăng áp 9 II PHƯƠNG PHÁP TĂNG ÁP ỨNG DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ – - YUCHAI-YZ485ZLQ LẮP CHO XE TẢI NHẸ (JAC,VEAM,…)... thế động cơ, sau khi lắp, cắt hệ thống cung cấp nhiên liệu và khởi động quay trơn động cơ trong vòng 30s (một đến ba lần không nổ máy) để phân phối dầu bôi trơn đến khắp các vị trí cần bôi trơn của động cơ, sau đó khởi động động cơ và cho chạy không tải trong khoảng 1phút đến 2 phút III KẾT LUẬN Qua việc nghiên cứu đề tài về tăng áp động cơ mà cụ thể là đề tài: tăng áp bằng turbo khí xả trên động cơ. .. của phương pháp tăng áp Tăng áp bằng turbin khí (torbo SJ60) có kết cấu gọn nhẹ, hiệu suất thiết bị cao, động cơ có thể tự động điều chỉnh lượng khí nạp vào phù hợp với chế độ tải trọng Bộ phận làm mát gió giảm được ứng suất nhiệt của các chi tiết trong động cơ tăng áp Nhiệt độ khí tăng áp sau khi qua bộ làm mát có thể giảm xuống đạt yêu cầu Hệ thống tăng áp sử dụng turbo SJ60 với động cơ YZ485ZLQ đạt... turbin tăng áp làm mát gió Mục đích làm mát: - Giảm ứng suất nhiệt của các chi tiết trong động cơ tăng áp Mức độ làm mát phụ thuộc vào mức độ tăng áp Thông thường nhiệt độ khí tăng áp sau khi qua bộ làm mát (bằng nước hoặc không khí) có thể giảm 20 ÷ 70oC - Làm tăng khối lượng riêng của khí nạp (r k), trên thực tế khi cứ giảm nhiệt độ khí tăng áp 10oC thì công có ích tăng 2 ÷ 4% 11 11 II PHƯƠNG PHÁP TĂNG... hệ thống turbin tăng áp trên động cơ Yuchai-YZ485ZLQ 11 2.1.1 Sơ đồ bố trí hệ thống tăng áp trên động cơ 12 2.1.2 Đặc điểm kết cấu của turbo SJ60 trên động cơ Yuchai- YZ485ZLQ 13 2.1.3 Các thông số làm việc của turbo SJ60 với Yuchai-YZ485ZLQ 17 2.2 Ưu khuyết điểm của phương pháp tăng áp 18 2.3 Kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa và tháo lắp hệ thống tăng áp 18 2.4 Những hư hỏng và biện pháp khắc phục 20... đo áp suất khí tăng áp Áp suất khí tăng áp của động cơ mà ta khảo sát là 2,5 KG/cm2 Nếu áp suất khí tăng áp không đạt theo yêu cầu trên thì chuyển sang thực hiện các bước tiếp theo - Kiểm tra hệ thống nạp khí: kiểm tra lọc không khí (lọc gió), hiện tượng lọt khí giữa các bích nối của đường nạp vào máy nén và máy nén vào động cơ, kiểm tra các chất cặn bẩn dính bám, móp méo trên đường ống nạp làm tăng. .. TB hoặc gây hư hỏng nặng cho cụm TB-MN Do đó, chú ý cần phải có thời gian chạy không tải động cơ khoảng 3 ÷ 5 phút trước khi cho dừng hẳn động cơ Thời gian chạy không tải dài hay ngắn phụ thuộc vào mức độ hoạt động của động cơ trước khi dừng - Tránh tăng tốc đột ngột ngay sau khi động cơ vừa khởi động lạnh - Động cơ phải được vận hành trong điều kiện có bầu lọc không khí, tránh trường hợp có vật lạ rơi... 4- Khí thải từ động cơ; 5- Khí đến bộ chấp hành; 6- Két làm mát khí nạp; 7- Khí nạp vào động cơ; 8- Cụm turbin-máy nén; 9- Cơ cấu điều khiển; 10- Bộ chấp hành; 16 16 70 60 6 50 45 2 3 7 350 365 57 260 1 285  11- Van xả; 12- Xupápnạp; 13- Xupáp thải Nguyên lý làm việc Van xả hoạt động từ sự điều khiển của áp suất khí nạp Khi động cơ chạy ở chế độ bình thường van không hoạt động Khi động cơ chạy quá tải... làm cho tốc độ các cánh turbin giảm, sẽ kéo theo sự giảm của các cánh nén, nên lượng khí nạp vào động cơ sẽ ít hơn Động cơ trở về trạng thái hoạt động bình thường c Bộ phận làm mát khí nạp trên động cơ YZ485ZLQ 5 4 41 Hình 2.6: Bố trí két làm mát trên động cơ Chú thích: 1- Bầu lọc không khí; 3- Cụm turbin-máy nén; 5- Khí xả động cơ ra môi trường; 17 2- Đường khí ra của máy nén; 4- Khí xả động cơ vào... vào xilanh động cơ qua cửa nạp 2.1.2 Đặc điểm kết cấu của (turbin)turbo SJ60 trên động cơ YZ485ZLQ Hình 2.2: Hình ảnh turbo (turbin) SJ60 lắp trên động cơ YZ485ZLQ 14 14 Hình 2.3: Tổng thể cụm turbin-máy nén loại SJ60 của hệ thống tăng áp động cơ Yuchai-YZ485ZLQ A- Khí nạp máy nén; B- Khí nạp vào động cơ; C- Khí thải ra môi trường bên ngoài; D- Khí thải vào turbin a Kết cấu của bộ turbo tăng áp SJ60 lắp . chấp hành; 95 95 11- Van xả; 12- Xupápnạp; 13- Xupáp thải.  Nguyên lý làm việc Van xả hoạt động từ sự điều khiển của áp suất khí nạp. Khi động cơ chạy ở chế độ bình thường van không hoạt động nên cần này cũng đi xuống làm xoay cam. Nhờ lực lò xo mà cần gắn liền với van 11 được dịch chuyển để mở van 11. Khi van 11 mở, một phần khí thải được thoát ra ngoài mà không qua turbin. Lúc này. nạp vào bầu áp suất; 6- Két làm mát khí nạp; 7- Ống nạp sau máy nén; 8- Cụm turbin-máy nén; 9- Van xả; 10- Bầu áp suất; 11- Trục khuỷu; 12- piston; 13- Xilanh; 14- Xupáp nạp; 15- Xupáp thải. 