Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ diesel r 2 2 VGT lắp trên xe hyundai santafe

Nhờ vào đặc tính của buồng cháy xoáy lốc mà quá trính cháy vẫn kết thúc kịp thời và động cơ có thể chạy ở tốc độ caokể cả trường hợp phun nhiên liệu rất trễ, hạn chế tốc độ cháy, tốc độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

Khoa Cơ Khí - Công Nghệ

BÁO CÁO

TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI:

Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Diesel R 2.2 VGT lắp trên xe Hyundai Santafe

Sinh viên thực hiện : Trần Trung Kiên

Giáo viên hướng dẫn : ThS Võ Công Anh

Huế, 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

Khoa Cơ Khí - Công Nghệ

BÁO CÁO

TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI:

Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Diesel R 2.2 VGT lắp trên xe Hyundai Santafe

Sinh viên thực hiện : Trần Trung Kiên

Thời gian thực tập : Từ 16/03 đến 22/05/2015 Địa điểm thực tập : Công ty TNHH Phước Lộc Giáo viên hướng dẫn : ThS Võ Công Anh

Huế, 2015

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 - Mô phỏng động cơ Diesel R 2.2 VGT 3

Hình 2.2 - Nhóm pittông 4

Hình 2.3 - Kết cấu thanh truyền động cơ Diesel R 2.2 VGT 5

Hình 2.4 - Kết cấu trục khuỷu động cơDiesel R 2.2 VGT 6

Hình 2.5 - Cơ cấu phân phối khí của động cơDiesel R 2.2 VGT 7

Hình 2.6 - Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ 8

Hình 2.7 - Sơ đồ khối hệ thống bôi trơn 9

Hình 2.8 - Trục cam và cách bố trí đường dầu bôi trơn 9

Hình 2.9 - Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel R 2.2 VGT 10

Hình 2.10 - Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí 11

Hình 2.11 - Sơ đồ nguyên lý tăng áp bằng tuabin khí chỉ liên hệ khí thể 13

Hình 2.13 - Sự thay đổi các thông số tăng áp động cơ diesel 4 kỳ theo tải 15

Hình 2.14 - Đặc tính làm việc của máy nén 17

Hình 2.15 - Đặc tính của Tuabin 18

Hình 2.16 - Đặc tính của cụm Tuabin – Máy nén 19

Hình 4.1 - Sơ đồ hệ thống nạp thải 21

Hình 4.2 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng áp động cơ 24

Hình 4.3 - Sơ đồ nguyên lý làm việc bộ tuabin tăng áp 25

Hình 4.4 - Kết cấu bộ tăng áp tuabin khí lắp trên động cơ Diesel R 2.2 VGT 26

Hình 4.5 - Kết cấu của máy nén khí trong bộ tuabin tăng áp 27

Hình 4.6 - Vỏ xoắn ốc của máy nén trong trong tuabin tăng áp trong động cơ Diesel R 2.2 VGT 28

Hình 4.7 - Kết cấu của cánh nén trong tuabin tăng áp trong động cơ Diesel R 2.2 VGT 28

Hình 4.8 - Buồng xoắn tuabin hướng kính trong tuabin tăng áp động cơ Diesel R 2.2 VGT 29

Hình 4.9 - Kết cấu của cánh tuabin trong tuabin tăng áp động cơ Diesel R 2.2 VGT 30

Hình 4.10 - Trục tuabin trong bộ tuabin tăng áp động cơ Diesel R 2.2 VGT 31

Hình 4.11 - Kết cấu phần bao kín 32

Hình 4.12 - Giản đồ máy nén ly tâm 33

Hình 4.13 - Sơ đồ biến thiên các thông số của dòng khí qua máy nén 34

Hình 4.14 - Sơ đồ hoạt động của tuabin hướng kính và tam giác tốc độ 35

tại cửa vào và cửa ra của bánh công tác 35

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 3

MỤC LỤC 5

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2.Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 2

1.2.1.Mục đích nghiên cứu 2

1.2.2.Nhiệm vụ nghiên cứu 2

PHẦN 2: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

2.1 Giới thiệu chi tiết về động cơ Diesel R 2.2 VGT 3

2.1.1 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ Diesel R 2.2 VGT 3

2.1.2 Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu và hệ thống của động cơ 4

2.1.2.1.Nhóm Pittông 4

2.1.2.2 Nhóm thanh truyền 5

2.1.2.3 Trục khuỷu 6

2.1.2.4.Cơ cấu phân phối khí 6

2.1.3 Đặc điểm các hệ thống trên động cơ Diesel R 2.2 VGT 7

2.1.3.1 Hệ thống làm mát 7

2.1.3.2 Hệ thống bôi trơn 8

2.1.3.3 Hệ thống nhiên liệu 10

2.2.Giới thiệu chung về hệ thống tăng áp 11

2.2.1.Định nghĩa tăng áp 11

2.2.2.Mục đích của tăng áp 11

2.2.3.Biện pháp tăng áp nhờ máy nén 11

2.2.3.1 Tăng áp cơ giới 11

2.2.3.2 Động cơ tăng áp bằng tuabin khí 12

2.2.3.3 Tăng áp hỗn hợp 14

2.2.4 Tăng áp cho động cơ diesel 4 kỳ 15

2.3 Đặc tính của Tuabin- Máy nén 16

2.3.1 Đặc tính của máy nén 16

2.3.2 Đặc tính của tuabin 18

2.3.3 Đặc tính của cụm tuabin-máy nén 19

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 20

3.1.1.Đối tượng nghiên cứu 20

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 20

3.2.Phương pháp nghiên cứu 20

3.2.1.Phương pháp nghiên cứu bản vẽ 20

3.2.2.Phương pháp phỏng vấn chuyên gia 20

3.2.3 Phương pháp thu thập số liệu thống kê 20

PHẦN 4: TRÌNH TỰ KHẢO SÁT 21

TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL R 2.2 VGT 21

4.1.Khảo sát hệ thống tăng áp 21

4.1.1.Hệ thống nạp, thải của động cơ Diesel R 2.2 VGT 21

4.1.2.Nguyên lý làm việc của hệ thống nạp động cơ Diesel R 2.2 VGT 22

4.1.3.Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống nạp Diesel R 2.2 VGT 22

4.1.4.Nguyên lý làm việc của hệ thống thải động cơ Diesel R 2.2 VGT 22

4.1.5 Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống thải động cơ Diesel R 2.2 VGT 23

4.1.6 Đặc điểm hệ thống tăng áp động cơDiesel R 2.2 VGT 23

1 - Vỏ máy nén; 2 - Vỏ tuabin; 3 - Cánh tuabin; 4- Cánh máy nén 25

4.1.7 Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp động cơ Diesel R 2.2 VGT 25

4.1.8.Nguyên lý làm việc máy nén khí trong turbo tăng áp 33

4.1.9.Nguyên lý làm việc của tuabin khí trong turbo tăng áp 34

4.1.10 Hệ thống bôi trơn và làm mát trong bộ tuabin 35

4.1.11 Phối hợp giữa tuabin- máy nén với động cơ đốt trong 36

4.2 Một số hư hỏng và biện pháp khắc phục 36

4.2.1.1.Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn: 37

4.2.1.2.Có tiếng ồn bất thường: 38

4.2.1.3.Tiêu hao dầu lớn và khói đen: 38

4.2.2 Hệ quả các hư hỏng và biện pháp khắc phục 39

4.2.2.1 Thiếu dầu 39

4.2.2.2 Vật lạ rơi vào Tuabin 39

4.2.2.3.Dầu bẩn 39

4.2.2.4 Kiểm tra hệ thống nạp khí 39

4.2.2.5.Kiểm tra hệ thống thải 40

4.2.3.Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp 40

4.2.4.Tháo và lắp cụm Tuabin - Máy nén 41

4.2.4.1.Các chú ý khi tháo lắp 41

4.2.4.2.Các chú ý khi bảo dưỡng, sửa chữa 42

4.2.4.3.Kiểm tra tuabin tăng áp 42

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43

5.1.Kết luận 43

5.2.Kiến nghị 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHẦN 1: MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề

Ngành động cơ đốt trong có một lịch sử phát triển từ buổi rất lâu, đầu tiên

là động cơ hơi nước do nhà bác học người Scottland James Watts (1736 – 1819) phát minh, rồi đến người Đức cải tiến để tạo ra những động cơ với tính năng ưu việt hơn Sau đó trải qua bao thời kỳ cùng sự làm việc không biết mệt mỏi của những nhà khoa học và kỹ sư cơ khí đã đưa ngành động cơ đốt trong gặt hái những thành quả mới và những thành quả đó liên tục đổi mới cho đề thời điểm hiện tại cùng với bao nhiêu thử thách cần giải quyết để mang lại hiệu quả lớn hơn Ngày nay, nền công nghiệp ô tô phát triển rất nhanh và đạt được những thành tựu to lớn về mặt kỹ thuật và mỗi thành tựu đều mang lại thành công về lợi ích sản xuất và công tác nghiên cứu, một trong những thành tựu cơ bản đó là ứng dụng hệ thống tăng áp vào công nghệ sản xuất động cơ đốt trong.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 chíêm ưu thế tuyệt đối trong mọi lĩnh vực như vận tải đường bộ, đường thủy, đường sắt, hàng không, vận tải quân sự,… Lịch sử phát triển ngành động cơ đốt trong luôn gắn liền với lịch sử phát triển hệ thống tăng áp của nó Động cơ diesel ngày nay có nhu cầu tăng áp rất lớn và được áp dụng với hầu hết các hình thức tăng áp cũng như tổ hợp của nhiều hình thức tăng áp Thành tựu tăng áp cho động cơ diesel là thành tựu tăng áp đáng kể nhất cho động cơ đốt trong Trước hết, những chiếc xe hơi

sử dụng nhiên liệu diesel vận hành có hệ thống tăng áp đều có hiệu suất hoạt động cao, có lợi về mặt kinh tế và trên hết đã góp phần vào việc giảm thiểu khí thải độc hại ra môi trường, hạn chế hiệu ứng nhà kính mà cụ thể ở đây là khí

CO2 Vì vậy, vấn đề tăng áp hiện đang là phương pháp tối ưu cho công việc nghiên cứu, sản suất và ứng dụng vào thực tế, thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Mặt khác việc nghiên cứu tìm hiểu một cách toàn diện về vấn

đề tăng áp động cơ đốt trong nói chung và cho một hệ thống tăng áp tuabin khí

cụ thể của một động cơ nói riêng là rất cần thiết và có lợi về nhiều mặt, giúp cho con người làm chủ và hiểu rõ cách hoạt động của một động cơ tăng áp Nhằm mục đích tăng công suất cho động cơ đốt trong, người ta phải tìm cách tăng khối lượng không khí và nhiên liệu cháy ở một dung tích xilanh trong một đơn vị thời gian, tức là tăng khối lượng nhiệt nhiên liệu phát ra trong một không gian và thời gian cho trước Mục đích cơ bản của tăng áp động cơ là làm cho công suất của nó tăng lên Nhưng đồng thời tăng áp cho phép cải thiện một số chỉ tiêu sau:

- Giảm thể tích toàn bộ và trọng lượng riêng của động cơ đốt trong.

- Giảm giá thành sản suất

- Hiệu suất động cơ tăng, đặc biệt là tăng áp bằng tua bin khí và do đó suất tiêu hao nhiên liệu giảm

- Giảm lượng khí thải độc hại và độ ồn của động cơ

Để hiểu rõ hơn về vấn đề tăng áp cho động cơ đốt trong nói chung và tăng

áp bằng tuabin khí nói riêng nên em đã chọn đề tài “Khảo sát hệ thống tăng áp

trên động cơ Diesel R 2.2 VGT lắp trên xe Hyundai Santafe” làm đề tài báo

cáo của mình

1.2.Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

1.2.1.Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu kết cấu của động cơ tăng áp

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của động cơ tăng áp

- Chỉ ra được những tính năng ưu việt và những hạn chế của động cơ

1.2.2.Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu chi tiết bản vẽ về động cơ để tìm hiểu kết cấu

- Xác định hình thức tăng áp của động cơ, nguyên lý hoạt động Rút ra ưu điểm, nhược điểm của động cơ tăng áp

- Tìm hiểu những vấn đề của động cơ trong quá trình vận hành và bảo dưỡng

PHẦN 2: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Giới thiệu chi tiết về động cơ Diesel R 2.2 VGT

Động cơ Diesel R 2.2 VGT do hãng HYUNDAI của Hàn Quốc sản xuất được lắp trên xe HYUNDAI SANTAFE Động cơ gồm 4 xylanh thẳng, dung tích 2.2-lít (2199cc) sử dụng nhiên liệu diesel và được phun gián tiếp vào buồng cháy Buồng cháy trên Động cơ Diesel R 2.2 VGTlà loại buồng cháy ngăn cách kiểu xoáy lốc Không gian buồng cháy được chia làm hai phần: Buồng cháy xoáy lốc và buồng cháy chính, được nối với nhau bằng đường thông lớn Đỉnh pittông được khoét lõm.Trên mỗi xylanh gồm có 1 xupáp nạp và một xupáp thải Chính những đặc điểm đó đảm bảo cải thiện quá trình cháy của động cơ Nhờ vào đặc tính của buồng cháy xoáy lốc mà quá trính cháy vẫn kết thúc kịp thời và động cơ có thể chạy ở tốc độ caokể cả trường hợp phun nhiên liệu rất trễ, hạn chế tốc độ cháy, tốc độ tăng áp khi cháyvà động cơ làm việc ít ồn hơn.Kích thước Động cơ Diesel R 2.2 VGTnhỏ gọn nhưng công suất động cơ đạt được vẫn lớn nhờ hệ thống nạp sử dụng tuabin tăng áp

Hình 2.1 - Mô phỏng động cơ Diesel R 2.2 VGT 2.1.1 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ Diesel R 2.2 VGT

- Công suất cực đại: 197 mã lực tại 3800 vòng/phút

- Dung tích xi lanh: 2199cc

- Số vòng quay định mức: 4000 vòng/phút

- Số xi lanh: 4

- Số kì: 4

- Suất tiêu hao nhiên liệu trung bình: 6,5 lít/100 km

- Phát thải khí CO2 ra môi trường: 175 gam/km

2.1.2 Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu và hệ thống của động cơ

2.1.2.1.Nhóm Pittông

Nhóm pittông gồm: pittông, chốt pittông, xéc măng khí, xéc măng dầu và các chi tiết hãm chốt pittông Pittông cùng với xy lanh và nắp máy tạo thành buồng cháy Điều kiện làm việc của pittông rất khắc nghiệt: chịu lực tác dụng rất lớn, chịu nhiệt độ và áp suất cao, chịu mài mòn lớn

Trong quá trình làm việc, nhóm pittông có nhiệm vụ chính sau:

- Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ không cho không khí cháy lọt xuống các te và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy

- Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực ấy cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu, nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải ra khỏi xy lanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp

23

1

45

Ø89.5

Hình 2.2 - Nhóm pittông

1-Chốt pittông; 2- Vòng hãm chốt; 3- Xéc măng dầu4,5 - Xéc măng khí

2.1.2.2 Nhóm thanh truyền

Nhóm thanh truyền bao gồm: thanh truyền, bulông thanh truyền và bạc.-Thanh truyền là chi tiết dùng để nối pittông với trục khuỷu Nó có tác dụng truyền lực tác dụng trên pittông xuống trục khuỷu để làm quay trục khuỷu.Trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu tác dụng của lực khí thể trong

xy lanh, lực quán tính của thanh truyền, lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm pittông

- Đầu nhỏ thanh truyền (đầu lắp với chốt pittông) bị biến dạng dưới tác dụng của lực quán tính chuyển động tịnh tiến(không kể lực quán tính do khối lượng đầu nhỏ gây ra) Đầu to thanh truyền (đầu lắp với chốt khuỷa) chịu tác dụng của lực quán tính của nhóm pitttông và thanh truyền.Thân thanh truyền chịu nén dưới tác dụng của lực khí thể và chịu uốn trong mặc phẳng lắc của thanh truyền dưới tác dụng của lực quán tính

- Khi động cơ làm việc, lực khí thể và lực quán tính thay đổi theo chu kỳ về trị sồ và hướng.Do đó tải trọng tác dụng trên thanh truyền là tải trọng thay đổi

và có tính chất va đập

3

4 5

6 7

1 2

Ø29

Ø59

Hình 2.3 - Kết cấu thanh truyền động cơ Diesel R 2.2 VGT

1-Lỗ hứng dầu; 2-Đầu nhỏ; 3-Rãnh dầu; 4-Bulông thanh truyền5-Bạc lót đầu to; 6-Đầu to; -Thân thanh truyền

2.1.2.3 Trục khuỷu

Trục khuỷu tiếp nhận lực tác dụng trên pittông truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của pittông thành chuyển động quay của trục để đưa công suất ra ngoài Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể và lực quán tính Những lực này có trị số rất lớn và thay đổi theo chu kì nhất định nên có tính chất va đập mạnh, gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao động xoắn làm rung động cơ, gây mất cân bằng.Để đảm bảo cân bằng cho động cơ trong quá trình làm việc người ta bố trí hai trục cân bằng

Kết cấu trục khuỷu gồm các phần: đầu trục khuỷu, cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu và đuôi trục khuỷu

Trục khuỷu của động cơ được đúc liền thành một khối bằng thép hợp kim, bao gồm 5 cổ khuỷu và 4 chốt khuỷu bên trong trục khuỷu có khoang các đường dầu để bôi trơn các bề mặt ma sát như chốt khuỷu, má khuỷu đầu trục khuỷu có hai rảnh then để lắp bánh răng dẩn động bơm cao áp, puly dẩn động bơm nước và máy phát Bánh đà được lắp ở đui trục khuỷu bằng các bulông

Hình 2.4 - Kết cấu trục khuỷu động cơDiesel R 2.2 VGT

1-Đầu trục khuỷu; 2-Cổ trục;3-Đường dầu bôi trơn; 4-Chốt khuỷu;

5-Má khuỷu ;6-Đuôi trục khuỷu

2.1.2.4.Cơ cấu phân phối khí

Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí: thải sạch khí thải ra khỏi xy lanh và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc không khí mới vào xy lanh

để động cơ làm việc được liên tục Cơ cấu 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, xu pap thải không tự mở trong quá trình nạp;

- Ít mòn, tiếng kêu bé;

- Dễ điều chỉnh và sửa chữa

Động cơ có cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo Cách bố trí này tạo cho buồng cháy có kích thước nhỏ gọn,giảm được tổn thất nhiệt,giảm sức cản khí động, tạo điều kiện thận lợi cho việc thải sạch và nạp đầy Động cơ sử dụng 8 xupáp, gồm 4 xupáp thải và 4 xupáp nạp,xupáp được bố trí hợp lý làm tăng tiết diện lưu thông của dòng khí Trên mỗi xy lanh được bố trí một xupáp nạp và một xupáp thải Xupáp nạp được bố trí về một phía Đường thải và đường nạp được bố trí về hai phía để giảm sự sấy nóng khí nạp, do đó nâng cao hệ số nạp.Trục cam được dẫn động bởi trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng Xupap được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy và đòn bẩy

Hình 2.5 - Cơ cấu phân phối khí của động cơDiesel R 2.2 VGT

2.1.3 Đặc điểm các hệ thống trên động cơ Diesel R 2.2 VGT

2.1.3.1 Hệ thống làm mát

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy, như: pittông, xécmăng, xupap, nắp xy lanh, thành xy lanh chiếm khoảng 25÷35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng, nhiệt độ của chúng rất cao, gây ra những hậu quả xấu, như: làm giảm độ bền, tuổi thọ của chi tiết máy, giảm độ nhớt dầu bôi trơn, tăng tổn thất do ma sát Hệ thống làm mát có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt

từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi truyền đến môi chất làm mát để đảm bảo nhiệt độ làm việc của động cơ

Động cơ có hệ thống làm mát bằng nước, tuần hoàn cưỡng bức, gồm: két nước,

áo nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió, nắp máy và các đường ống dẫn

Bơm nước kiểu ly tâm được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu

Nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt là (800C÷ 840 C)

Két làm mát lắp trên phía đầu xe Két làm mát có đường nước vào từ van hằng nhiệt và có đường nước ra đến bơm, trên két nước có các dàn ống dẫn nước gắn cánh tản nhiệt

56

78

Hình 2.6 - Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ

1- Van hằng nhiệt; 2,4- Ống dẫn hơi nước;3-Bơm nước

5-Ống phân phối hơi nước; 6- Van xả nước; 7-Quạt gió; 8-Két làm mátNguyên lý hoạt động: Nước từ bình chứa nước, qua két làm mát, được dẫn vào bơm nước, đi vào làm mát động cơ Trong thời gian chạy ấm máy, nhiệt độ động cơ nhỏ hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt (80o C÷ 84oC) thì nước sẽ không qua két làm mát mà đi thẳng đến bơm nước rồi đi vào động cơ Khi nhiệt

độ động cơ lớn hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt thì van sẽ mở ra và cho nước từ động cơ qua két làm mát rồi đến bơm Như vậy nước sẽ được tuần hoàn cưỡng bức trong quá trình làm việc của động cơ

đưa dầu đi bôi trơn các bề mặt ma sát và làm mát các chi tiết.

12

3

91011

Hình 2.7 - Sơ đồ khối hệ thống bôi trơn

1-Cát te; 2-Bơm dầu; 3-Bình lọc dầu thô; 4-Đồng hồ đo áp suất dầu

5-Đũa đẩy; 6-Giàn cò mổ; 7-Xupap ; 8- Trục cam

9- Bình lọc dầu tinh;10-Đường dầu chính ; 11-Trục khuỷu

Để bôi trơn bề mặt làm việc giữa mặt cam và cò mổ, trong thân trục cam có khoan một đường ống dầu và từ đường dầu này sẽ có các đường dầu nhỏ để bôi trơn từng từng mặt cam như trên hình vẽ

Hình 2.8 - Trục cam và cách bố trí đường dầu bôi trơn

Ngoài ra, động cơ có sử dụng tubin tăng áp, nên trên đường dầu chính của hệthống bôi trơn có đường dầu đến bộ tuabin để bôi trơn ổ trục tuabin.

2.1.3.3 Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có nhiệm vụ chính sau:

Chứa nhiên liệu dự trữ đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian quy định

Lọc sạch nước và tạp chất bẩn trong nhiên liệu

Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phù hợp với chế độ làm việc của động cơ

Cung cấp nhiên liệu vào xy lanh đúng thời điểm theo quy luật đã định

Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào xy lanh theo trình tự làm việc của động cơ

11 12

Hình 2.9 - Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel R 2.2 VGT

1-Bu lông xả khí; 2-Bầu lọc nhiên liệu; 3,5,6,11-Ống dẫn nhiên liệu

4-Vòi phun;7-Van tràn; 8-Bơm cao áp; 9- Bơm chuyển

12-Thùng chứa nhiên liệu;13- Bu lông xả nước

Nguyên lý làm việc: Bơm chuyển nhiên liệu 9 hút nhiên liệu từ thùng chứa 12, sau đó đẩy tới bầu lọc tinh 2.Tại bầu lọc tinh nhiên liệu được lọc sạch tạp chất, sau đó nhiên liệu theo đường ống 3 tới bơm cao áp 8 Bơm cao

áp tạo cho nhiên liệu một áp suất đủ lớn theo đường ống cao áp 6 đến vòi 4

cung cấp cho xi lanh động cơ, nhiên liệu rò qua khe hở trong kim phun xả trong các tổ bơm cao áp theo đường ống dẫn 5 và 11 trở về thùng chứa Nhiên liệu đi vào trong xi lanh bơm cao áp không được lẫn không khí vì không khí

sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm không ổn định thậm chí có thể làm gián đoạn quá trình cấp nhiên liệu

2.2.Giới thiệu chung về hệ thống tăng áp

2.2.1.Định nghĩa tăng áp

Tăng áp là biện pháp làm tăng áp suất không khí nạp, qua đó làm tăng mật

độ không khí và lượng nhiên liệu nạp vào xy lanh động cơ trong mỗi chu trình,

do đó công suất động cơ sẽ được tăng lên

2.2.2.Mục đích của tăng áp

Tăng áp làm cho công suất động cơ diesel tăng lên, đồng thời cho phép cải thiện một số chỉ tiêu:

- Giảm thể tích toàn bộ của ĐCĐT ứng với một đơn vị công suất

- Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất

- Giảm gía thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất

- Hiệu suất của động cơ tăng đặc biệt là khi tăng áp tuabin khí, do đó suất tiêu hao nhiên liệu giảm

- Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại

- Giảm độ ồn của động cơ

2.2.3.Biện pháp tăng áp nhờ máy nén

2.2.3.1 Tăng áp cơ giới

3 1

Hình 2.10 - Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí

1-Động cơ đốt trong; 2-Bánh răng truyền động;

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.

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

Ne = Ni - Nm - Nk

Trong đó:

Ne: Công suất có ích được lấy từ trục khuỷu động cơ

Ni: Công suất chỉ thị

Nm: Công suất tổn thất cơ giới của bản thân động cơ

Nk: Công suất để dẫn động máy nén

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

Công suất dẫn động máy nén tăng nhanh hơn mức độ tăng áp suất chỉ thị pi,

vì vậy khi sử dụng tăng áp dẫn động cơ khí sẽ làm cho hiệu suất động cơ giảm khi áp suất tăng áp tăng Chính vì vậy, phương pháp tăng áp dẫn động cơ khí chỉ được áp dụng ở những mục đích cần thiết và áp suất tăng áp pk nhỏ hơn hoặc bằng 1,6 KG/cm2, nếu pk lớn hơn 1,6 KG/cm2 thì Nk sẽ lớn hơn 10%Ne

Với phương pháp tăng áp cơ giới, 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 tốc độ trục khuỷu mà không phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải Tuy nhiên, đối với tăng áp cơ giới, năng lượng tiêu hao để dẫn động máy nén tăng lên, nên làm giảm hiệu suất, làm giảm tính kinh tế của động cơ

2.2.3.2 Động cơ tăng áp bằng tuabin khí

Tăng áp bằng tuabin khí: là biện pháp tăng áp mà máy nén được dẫn động nhờ tuabin tận dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong Khí xả của động

cơ đốt trong 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 xi lanh của động cơ thì dung tích của xilanh sẽ rất lớn, làm cho kích thước của động cơ 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)

a) Tăng áp bằng tuabin khí có liên hệ cơ khí

Trong phương án này, trục tuabin, động cơ đốt trong và máy nén được nối liền nhau Kết cấu này bao gồm máy nén hướng trục nhiều cấp, động cơ diesel 4

kỳ và tuabin hướng trục nhiều cấp được nối đồng trục Áp suất của khí nạp vào

xi lanh động cơ đạt 3÷4 kG/cm2, khí xả sau khi ra khỏi xi lanh động cơ đốt trong trước khi vào tuabin đạt áp suất 16 kG/cm2 Tuy nhiên phương án này gặp phải các hạn chế:

- Công xả của khí xả động cơ đốt trong tăng lên quá cao;

- Khí sót trong xilanh rất lớn làm cho lượng khí mới nạp vào xilanh giảm.b) Tăng áp bằng tuabin khí liên hệ khí thể

Theo phương án này, tuabin và máy nén được nối đồng trục với nhau Khí

xả được giãn nở trong cánh tuabin sẽ làm tuabinquay và dẫn động máy nén, nén không khí tới áp suất tăng áp và đưa vào động cơ Phương án này cho phép tận dụng tối đa năng lượng khí thải, tạo ra hiệu suất cao cho động cơ

3

Hình 2.11 - Sơ đồ nguyên lý tăng áp bằng tuabin khí chỉ liên hệ khí thể

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

2.2.3.3 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

1

3 2

4

2 3

1

Po,To Po,To

b) a)

Tuỳ thuộc vào vị trí của máy nén người ta có hai dạng ghép nối: Lắp nối tiếp và song song

a - Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp thuận

b - Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp nghịch

c - Tăng áp hỗn hợp 2 tầng lắp song song

1-Động cơ; 2-Tuabin; 3-Máy nén; 4-Máy nén dẫn động cơ khí; 5-Khớp nối6-Thiết bị làm mát trong sơ đồ a, b và bình nạp chung trong sơ đồ (c)

Trong các phương án lắp ghép này máy nén dẫn động cơ khí có thể sử dụng máy nén ly tâm, hướng trục, trục vít, quạt Root hoạt động hoàn toàn độc lập với máy nén dẫn động bởi tuabin khí

Đối với phương án lắp thuận: Máy nén dẫn động cơ khí đứng sau máy nén dẫn động bằng tuabin khí Khí tăng áp được máy nén dẫn động bằng tuabin khí hút từ môi trường, sau đó dẫn tới máy nén dẫn động cơ khí và đi vào động cơ đốt trong Lưu lượng khí nạp phụ thuộc vào lưu lượng qua cụm Tuabin- Máy nén.Đối với phương án lắp nghịch: Máy nén dẫn động cơ khí đứng trước, lưu lượng khí nạp vào động cơ đốt trong phụ thuộc vào lưu lượng máy nén dẫn động

cơ khí, vì thế phụ thuộc vào chế độ tốc độ động cơ và lưu lượng cung cấp cho một chu trình là không đổi

Trong động cơ tăng áp hỗn hợp lắp song songngười ta dùng một máy nén dẫn động cơ giới hoặc dùng không gian bên dưới của xi lanh làm máy nén (trường hợp động cơ có guốc trượt) cung cấp không khí cho động cơ, song song với bộ "máy nén tuốc bin 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 đókích thước của mỗi máy nén đều nhỏ so với hệ thống tăng áp lắp nối tiếp

2.2.4 Tăng áp cho động cơ diesel 4 kỳ

Đối với động cơ diesel, vì để đáp ứng được nhu cầu về nâng cao công suất cho động cơ nên hầu hết trên các động cơ diesel cỡ lớn của tàu thủy, động cơ diesel trên đầu máy xe lửa và diesel phát điện đều dùng hệ thống tăng áp.Nhằm giải quyết vấn đề nạp khí ở các chế độ khởi động và tải nhỏ, đảm bảo độ chênh

áp suất đủ để nạp khí vào xilanh ở các chế độ đối với động cơ 4 kỳ đơn giản hơn động cơ 2 kỳ nhờ có hành trình thải và tiêu thụ không khí quét ít Để chuyển động cơ 4 kỳ sang tăng áp bằng tuabin khí xả không chỉ đơn giản đặt lên động

cơ cụm tuabin máy nén và nối đường ống dẫn của nó với bình chứa không khí tăng áp và ống góp khí xả Động cơ 4 kỳ tăng áp tuabin khí xả khác với động cơ không tăng áp

20 40 60

P x

P s

20 40 60

Hình 2.13 - Sự thay đổi các thông số tăng áp động cơ diesel 4 kỳ theo tải

P x ,t x - Áp suất, nhiệt độ khí xả; P s - Áp suất không khí nạp

Đồ thị trên chỉ rõ độ chênh áp suất tăng nhanh (Ps-Px) khi tải động cơ tăng

khoảng 30÷50% tải định mức, áp suất tăng áp bằng áp suất khí xả trước tuabin (điểm a) Tại thời điểm này không diễn ra quá trình quét Khi tiếp tục giảm tải,

áp suất tăng áp bé hơn áp suất khí sau xupap xả, nên xảy ra hiện tượng dồn ngược khí xả vào xilanh và đường ống nạp không khí tăng áp.Dẫn khí xả tới tuabin theo đường ống xả riêng Trong trường hợp nối các ống xả của tất cả các xilanh với 1 đường ống xả chính thì khi áp suất tăng áp thấp (dưới 200KPa) xung

áp suất ngăn cản quét các xilanh khác và là nguyên nhân dồn ngược khí xả vào các xilanh Nối các ống xả của các xilanh với các đường ống riêng sẽ ngăn ngừa được hiện tượng này và đảm bảo độ chênh áp suất (Ps-Pt) và tạo quá trình quét bình thường của mỗi xilanh

2.3 Đặc tính của Tuabin- Máy nén

2.3.1 Đặc tính của máy nén

Ngoài các ưu điểm nổi trội về kích thước nhỏ và giá thành thấp, máy nén ly tâm còn cho phép tạo ra áp suất đủ cao mà rất ít nhạy cảm khi hình dáng của nó không đạt sự hoàn hảo như yêu cầu, nên nó là loại máy nén luôn được ưu tiên sử dụng trong tăng áp cho động cơ đốt trong

Cơ sở để thành lập đặc tính cung cấp khí cho máy nén ly tâm là phương trình Euler Phương trình này cho phép thiết lập mối quan hệ giữa công cung cấp của máy nén cho 1 kg khí đi qua bánh công tác như sau:

kg Nm C

U C U m

L:Công cung cấp tương ứng với lượng khí mk (kg);

U1, U2: Tốc độ vòng ở cửa vào và cửa ra(m/s);

C1u, C2u: Tốc độ tuyệt đối theo phương tiếp tuyến(m/s);

ht:Công lý thuyết cần thiết cấp cho 1 kg chất khí hay còn gọi là độ cao cung cấp lý thuyết (bỏ qua ma sát, không có sự va đập và tách dòng giữa dòng chảy với cánh).(J/kg)

Chất khí có các tính chất :

- Khi nhiệt độ không đổi, thể tích riêng tỷ lệ nghịch với áp suất;

- Nhiệt độ của chất khí thay đổi rất nhiều khi đi qua máy nén nên khối lượng riêng của nó cũng thay đổi theo

Do những đặc điểm trên của chất khí mà chúng ta cần phải để ý đến việc sử dụng lưu lượng thể tích hay lưu lượng khối lượng, lưu lượng đầu vào hay lưu lượng đầu ra của máy nén khi xây dựng đặc tính lưu lượng - áp suất, sao cho sự ảnh hưởng của các tính chất trên là nhỏ nhất.Máy nén dùng để tăng áp cho động

cơ đốt trongnên khối lượng khí nạp vào động cơ (hay lưu lượng đầu ra của máy nén) là đáng quan tâm nhất.Đặc tính này biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng khối lượng và tỉ số tăng áp suất ở cửa ra với cửa vào của máy nén P1/P0 khi tốc

độ vòng quay của rôto không đổi

Thực tế Máy nén ly tâm luôn có các tổn thất sau:

- Rò rỉ qua khe hở giữa rôto với vỏ;

- Tổn thất do ma sát giữa khí với cánh, vỏ với khí;

- Tổn thất do va đập giữa góc vào của dòng khí với góc vào của cánh

Do đó đường biểu diễn đặc tính thực tế của máy nén là một đường cong Dựa vào đường cong này có thể dễ dàng nhận thấy rằng khi độ chênh áp suất trước và sau MN bằng không, tức là P1/P0 = 1 thì lưu lượng qua máy nén lớn nhất.Trong thực tế, vùng làm việc của máy nén nằm trong giới hạn ổn định là vùng ứng với lưu lượng nhỏ, vùng còn lại (phía lưu lượng lớn) không được sử dung trong thực tế

âënh

0,83

Vuìng båm

1,0 1,5 2,0

Hình 2.14 - Đặc tính làm việc của máy nén

Hiệu suất máy nén cũng chính là tỉ số của độ chênh nhiệt độ khi nén đoạn nhiệt (đoạn nhiệt) với độ chênh nhiệt độ khi nén thực tế (thực tế) Để giảm sự nóng lên của khí tăng áp nhằm tăng khối lượng khí sau máy nén, cần phải bảo đảm cho máy nén làm việc ở khu vực hiệu suất nhiệt cao Ứng với tốc độ vòng

càng nhanh khi lưu lượng tăng, hay nói cách khác khi ở số vòng quay càng nhỏ đặc tính càng phẳng Khi cần có tỉ số tăng áp cao, người ta cần sử dụng hai máy nén ghép nối tiếp với nhau.

2.3.2 Đặc tính của tuabin

Đường đặc tính của Tuabin biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng khối lượng của khí xả với tỉ số giãn nở của nó ở các số vòng quay khác nhau của rôto Tuabin.Dòng chảy qua Tuabin tuân theo các quy luật sau:

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

- Năng lượng chứa trong một đơn vị khối lượng khí là hàm số của nhiệt độ

và áp suất

Nếu lưu lượng khối lượng mg của khí xả là không đổi mà nhiệt độ giảm thì lưu lượng thể tích giảm và do đó áp suất của khí xả giảm làm cho tỉ số giãn nở cũng giảm theo Trong trường hợp đó, các điểm làm việc của Tuabin sẽ là A,B,C,D

Khác với Máy nén, đối với Tuabin không tồn tại vùng làm việc không ổn định, vì trong tuabin áp suất giảm dần theo phương chuyển động của dòng khí nên sự tách dòng không thể xuất hiện

A B

C D

1,5

δT

2,5

Hình 2.15 - Đặc tính của Tuabin

Đặc tính của Tuabin còn cho thấy nếu tăng độ cao làm việc của thiết bị (cột

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