Đang tải... (xem toàn văn)
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động cơ ISUZU 4JH1-TC 1 LỜI NÓI ĐẦU Sau thời gian học tập tại giảng đường đại học, đồ án tốt nghiệp là nhiệm vụ cuối cùng trong chuyên ngành đào tạo kỹ sư của mỗi trường đại học kỹ thuật mà mọi sinh viên trước khi bước vào công việc thực tế phải hoàn thành. Nó giúp sinh viên tổng hợp tất cả và khái quát lại kiến thức cơ sở cũng như chuyên ngành. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong thời gian qua động cơ đốt trong cũng không ngừng được cải tiến để 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, trong thời gian đi thực tập em đã tìm hiểu nghiên cứu hệ thống này, chính vì thế mà em chọn đề tài “KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ ISUZU 4JH1 - TC” để làm đề tài tốt nghiệp. 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. Qua đó, 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 giáo TS. Phùng Xuân Thọ đã hướng dẫn tận tình, cùng các quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Giao Thông 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 này. Đà Nẵng, ngày tháng 06 năm 2012. Sinh viên thực hiện Ngô Đức Quang
Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC LỜI NÓI ĐẦU Sau thời gian học tập giảng đường đại học, đồ án tốt nghiệp nhiệm vụ cuối chuyên ngành đào tạo kỹ sư trường đại học kỹ thuật mà sinh viên trước bước vào công việc thực tế phải hồn thành Nó giúp sinh viên tổng hợp tất khái quát lại kiến thức sở chuyên ngành Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật thời gian qua động đốt không ngừng cải tiến để nâng cao công suất Một phương pháp nâng cao công suất hiệu sử dụng hệ thống tăng áp cho động Vì vậy, thời gian thực tập em tìm hiểu nghiên cứu hệ thống này, mà em chọn đề tài “KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ ISUZU 4JH1 - TC” để làm đề tài tốt nghiệp Qua đề tài em muốn hiểu rõ chất q trình làm việc động có hệ thống tăng áp, đồng thời đưa phương pháp tăng áp tốt để nâng cao công suất động có cách khắc phục nhược điểm Tuy nhiên, hạn chế thời gian, kiến thức tài liệu tham khảo nên phạm vi đồ án em khơng thể trình bày hết vấn đề liên quan tìm hiểu sâu mối quan hệ hệ thống với hệ thống khác Qua đó, khơng tránh khỏi sai sót vấn đề thực Rất mong quan tâm bảo thầy cô bạn Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Phùng Xuân Thọ hướng dẫn tận tình, q thầy khoa Cơ Khí Giao Thơng bạn, người trực tiếp giúp đỡ dẫn góp ý cho em suốt thời gian thực đồ án Đà Nẵng, ngày tháng 06 năm 2012 Sinh viên thực Ngơ Đức Quang Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ 1.1 Mục đích tăng áp động 1.1.1 Định nghĩa tăng áp Tăng áp biện pháp tăng khối lượng khơng khí nạp vào xilanh cách tăng khối lượng riêng khơng khí Muốn vậy, phải tiến hành nén môi chất nạp trước vào xilanh, tức tăng áp suất môi chất nạp Do khối lượng không khí nạp vào xilanh tăng nên người ta tăng thêm lượng nhiên liệu để đốt cháy dung tích Như vậy, cho ta khả tăng lượng nhiệt phát dung tích cho trước 1.1.2 Mục đích tăng áp Nhằm mục đích tăng cơng suất cho động đốt người ta phải tìm cách tăng khối lượng nhiên liệu cháy đơn vị dung tích xilanh đơn vị thời gian, tăng lượng nhiệt phát không gian thời gian cho trước Mục đích tăng áp cho động đốt làm tăng công suất đồng thời tăng áp cải thiện số tiêu sau: + Giảm thể tích tồn ĐCĐT ứng với đơn vị cơng suất; + Giảm trọng lượng riêng toàn động ứng với đơn vị công suất; + Giảm giá thành sản xuất ứng với đơn vị công suất; + Hiệu suất động tăng, đặc biệt tăng áp tua bin khí, suất tiêu hao nhiên liệu giảm; + Giảm độ ồn động 1.2 Phân loại hệ thống tăng áp Tăng áp Có máy nén Dẫn động Tua khí bin khí Khơng có máy nén Hỗn hợp Dao động Sóng áp cộng hưởng suất Liên hệ Liên hệ Liên hệ Mắc nối Mắc song khí khí thể thủy lực tiếp song Tốc độ Hình - Các phương pháp tăng áp động đốt Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC Dựa vào nguồn lượng để nén khơng khí trước đưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động thành hai nhóm: tăng áp có máy nén tăng áp khơng có máy nén, theo sơ đồ 1.2.1 Biện pháp tăng áp nhờ máy nén 1.2.1.1 Tăng áp khí Po,To Hình - Sơ đồ nguyên lý tăng áp khí 1- Động đốt trong; 2- Bánh truyền động; 3- Máy nén; 4- Đường nạp; 5- Thiết bị làm mát Các loại máy nén sử dụng phương pháp tăng áp khí máy nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt ly tâm, quạt hướng trục, dẫn động từ trục khuỷu động Phương pháp dẫn động máy nén phong phú, nhiều trường hợp máy nén trục khuỷu động có bố trí li hợp nhằm cho phép điều khiển phạm vi hoạt động máy nén dẫn động khí cho phù hợp với chế độ ĐCĐT Công suất động đốt xác định theo công thức sau: Ne = Ni - Nm - Nk Trong đó: Ne: Cơng suất có ích lấy từ trục khuỷu động cơ; Ni: Công suất thị; Nm: Công suất tổn thất giới thân động cơ; Nk: Công suất để dẫn động máy nén Công suất dẫn động máy nén phụ thuộc vào số vòng quay Vì động làm việc chế độ tải nhỏ số phần trăm công suất tổn thất cho việc dẫn động máy nén tăng lên, làm giảm mạnh hiệu suất tổng động đốt Công suất dẫn động máy nén tăng nhanh mức độ tăng áp suất thị p i, sử dụng tăng áp dẫn động khí làm cho hiệu suất động giảm áp suất tăng áp tăng Chính vậy, phương pháp tăng áp dẫn động khí áp dụng mục đích cần thiết áp suất tăng áp pk nhỏ 1,6 kG/cm2, pk lớn 1,6 kG/cm2 Nk lớn 10%Ne Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC Với phương pháp tăng áp giới, chất lượng khởi động tăng tốc tốt, lượng khơng khí cấp cho động chu trình phụ thuộc vào vòng quay trục khuỷu mà khơng phụ thuộc nhiệt độ khí thải Đối với tăng áp giới, lượng tiêu hao để dẫn động máy nén tăng lên, giảm hiệu suất giảm tính kinh tế động 1.2.1.2 Động tăng áp tua bin khí Tăng áp tua bin khí: biện pháp tăng áp mà máy nén dẫn động nhờ tua bin tận dụng lượng khí thải động đốt Khí xả ĐCĐT có nhiệt độ áp suất cao nên nhiệt tương đối lớn Muốn khí thải sinh cơng, phải giãn nở thiết bị để tạo cơng học Nếu để giãn nở xilanh ĐCĐT dung tích xilanh lớn, làm cho kích thước ĐCĐT lớn, nặng nề Điều làm tăng hiệu suất nhiệt tính hiệu đánh giá giá trị áp suất trung bình nhỏ Để tận dụng tốt lượng khí xả, người ta cho giãn nở đến áp suất môi trường sinh công cánh tua bin a Tăng áp tua bin khí có liên hệ khí Trong phương án này, trục tua bin động đốt máy nén nối liền Kết cấu bao gồm máy nén hướng trục nhiều cấp, động diesel kỳ tuabin hướng trục nhiều cấp nối đồng trục Áp suất khí nạp vào xi lanh động đạt 3÷4 kG/cm2, khí xả sau khỏi xilanh động đốt trước vào tuabin đạt áp suất 16 kG/cm2 Tuy nhiên phương án gặp phải hạn chế : + Công xả khí xả ĐCĐT tăng lên q cao; + Khí sót xilanh lớn làm cho lượng khí nạp vào xilanh giảm b Tăng áp tua bin khí liên hệ khí thể Hình - Sơ đồ nguyên lý tăng áp tua bin khí liên hệ khí thể 1- Máy nén; 2- Thiết bị làm mát; 3- Động cơ; 4- Bình xả; 5- Tua bin Khảo sát tính toán kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC Theo phương án này, tua bin máy nén nối đồng trục với Khí xả giãn nở cánh tua bin làm tua bin quay dẫn động máy nén, nén khơng khí tới áp suất tăng áp đưa vào động Phương án cho phép tận dụng tối đa lượng khí thải, tạo hiệu suất cao cho động c Tăng áp tua bin khí có liên hệ thuỷ lực 3 4 a) b) c) Hình - Tăng áp tua bin khí có liên hệ thuỷ lực a- Cơ cấu nối có liên hệ thuỷ lực; b- Cơ cấu nối có liên hệ thuỷ lực tua bin tận dụng lượng khí xả; c- Cơ cấu nối qua hộp số có tua bin tận dụng lượng khí xả dẫn động máy phát điện 1- Động cơ; 2- Khớp thuỷ 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 Các phương án kết nối động đốt cụm tua bin - máy nén phong phú Hình 1- trình bày phương pháp kết nối Trong đó, hình 1- 4a cách ghép nối thơng dụng nhất, cho phép điều chỉnh chế độ tăng áp Khảo sát tính toán kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC theo chế độ làm việc động đốt Ngồi ra, có phương pháp kết nối khác nhằm tận dụng lượng khí xả, hình 1- b,c 1.2.1.3 Tăng áp hỗn hợp Trong tăng áp hỗn hợp, người ta sử dụng hai hệ thống máy nén khác nhau, dẫn động tua bin khí dẫn động từ trục khuỷu động Tuỳ thuộc vào vị trí máy nén người ta có hai dạng ghép nối: lắp nối tiếp lắp song song P0,T0 5 6 P0,T0 b) a) P0,T0 P0,T0 c) Hình - Sơ đồ nguyên lý phương án tăng áp hỗn hợp cho động a- Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp thuận; b- Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp nghịch; c- Tăng áp hỗn hợp tầng lắp song song 1- Động cơ; 2- Tua bin; 3- Máy nén; 4- Máy nén dẫn động khí; 5- Khớp nối; 6- Thiết bị làm mát sơ đồ a, b bình nạp chung sơ đồ Trong phương án lắp ghép máy nén dẫn động khí sử dụng máy nén ly tâm, hướng trục, trục vít, quạt root hoạt động hoàn toàn độc lập với máy nén dẫn động tua bin khí Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC Đối với phương án lắp thuận: máy nén dẫn động khí đứng sau máy nén dẫn động tua bin khí Khí tăng áp máy nén dẫn động tua bin khí hút từ mơi trường sau dẫn tới máy nén dẫn động khí vào ĐCĐT Lưu lượng khí nạp phụ thuộc vào lưu lượng cụm TB-MN Đối với phương án lắp nghịch: MN dẫn động khí đứng trước, lưu lượng khí nạp vào ĐCĐT phụ thuộc vào lưu lượng MN dẫn động khí, phụ thuộc vào chế độ tốc độ động lưu lượng cung cấp cho chu trình khơng đổi Trong động tăng áp hỗn hợp lắp song song người ta dùng máy nén dẫn động giới dùng không gian bên xilanh làm máy nén (trường hợp động có guốc trượt) cung cấp khơng khí cho động cơ, song song với "máy nén tua bin khí "quay tự Như vậy, máy nén hệ thống cần cung cấp phần khơng khí nén vào bình chứa chung Ưu điểm chủ yếu hệ thống tăng áp lắp song song khí tăng áp nạp vào động cung cấp đồng thời nhờ hai máy nén, lưu lượng khơng khí qua máy nén nhỏ Do đó, kích thước máy nén nhỏ so với hệ thống tăng áp lắp nối tiếp 1.2.2 Biện pháp tăng áp khơng có máy nén Sau phương pháp làm cho áp suất nạp vào động đốt lớn giá trị thông thường mà không cần dùng đến máy nén số phương pháp tăng áp cao phổ biến thực tế 1.2.2.1 Tăng áp dao động cộng hưởng Người ta sử dụng dao động dòng khí tính cộng hưởng dao động để tăng áp suất mơi chất xilanh lúc đóng xupáp nạp 3 1 a) b) Hình - Sơ đồ hệ thống tăng áp dao động cộng hưởng a- Tăng áp dao động: 1- Hộp phân phối; 2- Ống dao động; 3- Xilanh b- Tăng áp cộng hưởng: 1- Bình ổn áp; 2- Ống cộng hưởng; 3- Xilanh; 4- Bình cộng hưởng Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC Theo phương pháp tăng áp này, cơng nạp piston chuyển hóa thành lượng động học cột khí lượng chuyển hóa thành cơng nén làm tăng áp suất xilanh cuối trình nạp a Tăng áp dao động Quá trình diễn biến áp suất đường ống trình nạp, thải xem xét theo lý thuyết truyền sóng q trình dịch chuyển sóng nén sóng giãn nở Do có dao động áp suất đường nạp, thải động mà xuất q trình truyền sóng (sóng áp suất sóng tốc độ) Ở trạng thái tĩnh, tốc độ truyền sóng a xác định sau: a k.R.T Trong đó: k- Chỉ số nén đoạn nhiệt; R- Hằng số chất khí; T- Nhiệt độ tuyệt đối Sự biến thiên áp suất tốc độ phụ thuộc vào thời gian vị trí, theo quan hệ: p = f (x, t) v = f (x, t) Sóng áp suất sóng tốc độ xuất truyền với tốc độ truyền sóng a Sóng phản xạ chia làm hai loại: Phản xạ đầu kín phản xạ đầu hở Sóng phản xạ đầu kín xuất xupáp đóng kín, sóng phản xạ đầu hở xuất sóng truyền tới đầu hở a) b) c) Hình - Tương giao sóng a- Tương giao sóng dương; b- Tương giao sóng âm; c- Tương giao sóng dương sóng âm Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC Sự dao động áp suất môi chất đường ống nạp thực tế sóng đơn giản tạo mà hai họ sóng truyền theo chiều ngược nhau, kết việc tương giao hợp thành sóng phát sinh đầu tạo nên sóng phản xạ đầu Sóng khí thể vậy, ln tồn tính chồng chất thường xuyên gặp Khi gặp nhau, biên độ sóng tổng biên độ hai sóng Sau xun qua, tính chất biên độ sóng khơng thay đổi, sóng nén sóng nén sóng giãn nở sóng giãn nở Khi piston dịch chuyển từ điểm chết (ĐCT) xuống điểm chết (ĐCD) tạo xilanh giảm áp suất Do áp suất xilanh nhỏ áp suất đường nạp, nên xuất giãn nở ống nạp từ xilanh đến đầu hở ống có áp suất áp suất mơi trường p0 Áp suất mơi trường có giá trị khơng đổi lớn áp suất xilanh, nên xuất trình chuyển động ngược lại áp suất p0 từ ngồi vào xilanh, sóng nén (sóng áp dương) Nếu sóng nén truyền tới xupap mà xupap chưa đóng, làm tăng áp suất khu vực trước xupap làm tăng hệ số nạp Sau xupap nạp đóng, sóng áp suất lưu lại truyền qua truyền lại ống Để đạt lưu lượng nạp cực đại phạm vi số vòng quay định ĐCĐT, người ta sử dụng van để thay đổi có cấp chiều dài đường ống nạp Hình - Nguyên lý đường ống nạp có chiều dài thay đổi vơ cấp 1- Động cơ; 2- Ống nạp hình xuyến; 3- Mặt ngồi cố định; 4- Mặt tang trống; 5- Cửa mặt tang trống; 6- Tấm dẫn hướng b Hệ thống tăng áp cộng hưởng Trong hệ thống ống nạp động tổ hợp bình ống có khả gây dao động dòng khí nạp Ngun tắc thiết kế kích thước bố trí cho q trình lưu động có tính chu kỳ dòng khí nạp vào xilanh phù hợp với tần số dao động bình ống Do cách bố trí vậy, xilanh nối Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC có áp suất cuối trình nạp tăng số vòng quay ĐCĐT tần số dao động bình ống Tức lúc xảy tượng cộng hưởng dòng khí nạp 1.2.2.2 Tăng áp trao đổi sóng áp suất Thiết bị rơto với rãnh hướng kính nằm dọc trục, van C, D G, F nằm đầu nạp đầu xả hai mặt bích có bố trí đường dẫn vào Rơto dẫn động từ trục khuỷu động Để đảm bảo hệ thống làm việc cân đối người ta bố trí hai ống vào hai ống stato Như có hai chu trình xảy đồng thời vòng quay rơto Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động: Hình - Sơ đồ hệ thống tăng áp sóng khí 1- Khơng khí thấp áp; 2- Dây đai; 3- Khơng khí cao áp; 4- Động cơ; 5- Khí thải cao áp; 6- Khí thải thấp áp; 7- Rôto Trong phương án này, sử dụng lượng động học khí xả để nén khí nạp Sự tăng hay giảm áp suất truyền với tốc độ xung nén hình thành từ phía có áp suất cao lên phía có áp suất thấp Dòng khối lượng xung sóng áp suất tác dụng trực tiếp lên phía có áp suất thấp chuyển động với tốc độ âm môi trường xem xét Trong lúc đó, dòng lượng lại chuyển 10 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC M 0 M1 H O ,126 , 004 1, 632 , 495 32 32 1, 0391 c M 1, 632 , 496 c M Khối lượng phân tử khí trước tua bin: KT KT KK c L0 1,632.14,3592 28,95 29,053 [Kg/Kmol] c L0 1,0391 1,632 14,3592 Hằng số trạng thái khí trước tua bin: R1 R1 848 848 29,187 [Kg.m/(Kg.độ)] KT 29,053 Lưu lượng khí qua tua bin: GT 0,159.1 GT GK 1 0,166[ Kg / s ] 1,632.14,3592 c Lo Áp suất dòng hãm trước tua bin: P*T P*T xác định từ phương trình sau: PTo PT* K1 K 1 K1 1 ( KgK 1) 1 T H Ở đây: PT0- Là áp suất dòng khí tua bin, chọn PT0 = 0,102 [MN/m 2] T GT TT* 0,166 613,33 TK 0,65 1,395 GK Ta1 0,159 297,2 TK- Là hiệu suất chung turbo, Theo [3]: Chọn TK = 0,65 H K1 K R1 1,35 1,4 29,198 1,099 K K R 1,35 1,4 29,27 K1- Là số mũ đoạn nhiệt khí thải trước tua bin K1 = 1,33 ÷ 1,35 Chọn K1 = 1,35 Thay số vào ta có : 0,102 PT* 1, 41 (2,2 1, 1) 1 1,395.1,099 1, 35 1, 351 0,204 [MN/m ] Công đoạn nhiệt định mức: LTag LTag GK LKagg GT TK 0,159.7725,72 11398,08 [Kg.m/Kg] = 111815,19 [J/Kg] 0,166.0,65 Vận tốc khí giãn nở đoạn nhiệt định mức qua tua bin: CTag 79 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC CTag 2.LTag 2.111815,19 472,89 [m/s] Công giãn nở đoạn nhiệt ống nối: LTagc L Tagc (1 ) L Tag Ở đây: - Là mức độ phản lực đường kính trung bình Theo tài liệu [1] : = 0,45 0,55 Chọn = 0,5 LTagc (1 0,5).111815,19 55907,59 [J/Kg] Vận tốc khí lối ống nối: C1 C1 4,43. LTagc 9,81 Ở đây: - Là hệ số tốc độ, theo tài liệu [1]: = 0,96 0,985 Chọn = 0,96 C1 4,43.0,96 55907,59 321,05 [m/s] 9,81 10 Áp suất lối từ ống nối: P1 P1 PT* [1 0,204 (1 LTagc K1 R1.TT* 9,81 K1 K1 ] K1 1 55907 ,59 1,35 29 ,187 613,33 9,81 1,35 ) 1, 35 1, 35 1 = 0,147 [MN/m 2] 11 Nhiệt độ lối ống nối: T1 T1 TT* C12 321,052 613,33 566,67 [0K] K 1,35 2.9,81 R1 2.9,81 .29,187 K1 1,35 12 Khối lượng riêng khí lối ống nối: ρ1 1 P1 10 ,147 10 ,88 [Kg/m ] R1 T1 29 ,187 566 ,67 13 Vận tốc vòng đường kính trung bình: U U = CTag Theo tài liệu [1], chọn = 0,54 U = 0,54.472,89 = 255,36 [m/s] 14 Đường kính trung bình lưới ống nối: D1m D1m 60.U 60.255,36 0,071 [m] nT 3,14.68202 15 Chiều cao cánh ống nối: l1 80 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC Theo tài liệu [1]: l1/D1m = 0,16 0,25 Chọn l1= 0,24.D1m= 0,24.0,071 = 0,0171 [m] 16 Bước lưới ống nối: t1 Theo tài liệu [1]: t1/l1 = 0,8 0,9 Chọn t1/l1 = 0,87 => t1 = 0,87.l1 = 0,87.0,0171 = 0,0149 [m] 17 Số max: M1 C1 321,05 0,68 K1.9,81.R1.T1 1,35.9,81.29,187.566,67 M1 18 Bề rộng lưới ống nối phần hẹp nhất: Theo tài liệu [1]: M1 > 0,6 a xác định theo công thức: a = t1.sin1 = 14,9.sin25 0= 5,5[mm] Với 1 = 140 25 góc mà dòng khí khỏi miệng phun, ta chọn 1 = 250 19 Vận tốc tương đối khí thải lối vào bánh cơng tác: W1 W1 C12 U 2.C1.U Cos1 321,052 255,36 2.321,05.255,36.Cos 250 127,49[ m / s ] 20 Nhiệt độ dòng hãm lối vào bánh công tác : T*W TW* T1 W12 127,492 566,67 566,673 [ K] K1 1,35 2.9,81 .R1 2.9,81 .29,187 K1 1,35 21 Vận tốc quy đổi: W1 W W1 127,49 0,113 K1 1,35 * 2.9,81 R1.TW 2.9,81 .29,187.566,673 K1 1,35 22 Góc vào dòng cánh bánh cơng tác tua bin: 1 1 = arcsin(C1.Sin1/W1)= arcsin (321,05.Sin25 0/127,49) = 70034’ 23 Cơng giãn nở đoạn nhiệt khí thải cánh bánh công tác: LTag1 LTag1 = .LTagc = 0,5.55907,59 = 27953,79 [J/Kg] 24 Vận tốc vòng đường kính D1: u1 U1 = 1.C1 Theo tài liệu [1], 1 = 0,9÷0,95 Chọn 1 = 0,9 U1 = 0,9.301,05 = 270,94 [m/s] 25 Đường kính ngồi bánh công tác lối vào : D1 D1 60.U 60.270,94 0,076 m= 76 [mm] nT 3,14.68202 26 Đường kính ổ trục cơng tác: 81 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC D0 = 0,25.D1 = 0,25.76 = 19 [mm] 27 Đường kính D2 bánh cơng tác: Được chọn theo số liệu thống kê: D2 0,75 D1 D2 = D1.0,75 = 76.0.75 = 57 [mm] 28 Đường kính trung bình lối bánh công tác: 57 19 D22 D02 42,48 [mm] 2 D2 m 29 Vận tốc tương đối khí lối bánh công tác: W2 W 2 W12 2.LTag1 Ở đây: - Là hệ số tốc độ miệng phun; = 0,93 0,98 Chọn = 0,96 W2 0,96 127,492 2.27953,79 257,85 [m/s] 30 Nhiệt độ khí lối bánh công tác: T2 T2 TW* W22 257,852 566,673 = 536,56 [0K] K1 1,35 2.9,81 .R1 2.9,81 .29,187 K1 1,35 31 Khối lượng riêng khí lối bánh cơng tác: 2 2 P2 10 R1 T2 Ở đây: P2- Là áp suất lối bánh công tác Xem P2 = PT0 = 0,102 [MN/m2] 2 0,102.105 = 0,65 [Kg/m3] 29,187.536,56 32 Góc dòng từ bánh cơng tác chuyển động tương đối: β’2 2' arcSin ( GT ) D m W l Ta coi: D2m = D1m = 0,071 [m]; l2 = l1 = 0,0171 [m] Thay số vào ta có : 2' arcSin ( ,166 ) = 1503’ 3,14 0,071 257 ,85 ,0171 0,65 33 Lưu lượng khí rò rỉ: Gym G ym 2 GT l Sin 2' 82 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC 2- Là khe hở rò rỉ khí, Theo tài liệu [1] chọn 2 = [mm] G ym 0,001.0,166 0,037 [Kg/s] 0,0171.Sin15 3 34 Tính xác góc ra: 2 arcSin( GT G ym GT Sin 2' ) arcSin( 0,166 0,037 Sin1503) = 11038’ 0,166 35 Vận tốc tuyệt đối khí lối bánh công tác: C2 Ở U2 = U = 255,36 [m/s] C2 W22 U 2.U W2 Cos 257,852 255,362 2.255,36.257,85.Cos11038 50,95[m / s] 36 Góc khí từ bánh cơng tác: 2 arcSin( W2 257,85 Sin ) arcSin( Sin11038) 87 013 C2 50,95 37 Cơng khí thải bánh công tác tua bin, tức công quay bánh công tác: LTu LTu (U W1 Cos1 U W2 Cos ) U (W1 Cos1 W2 Cos ) 255,36.(127,49.Cos700 61 257,85.Cos11038) 75364,28[ J / Kg ] 38 Hiệu suất tua bin: ηTu Tu LTu 75364 ,28 0,67 LTag 111815 ,19 39 Tổn thất vận tốc lối ra: ∆Lb C 22 Lb K b Ở đây: Kb- Là hệ số; Kb = 1,5 Chọn Kb = Lb 50 ,95 1298 ,06 [J/Kg] 40 Tổn thất rò rỉ: Lym Lym LTu G ym GT 75364,28.0,037 17180,54 [J/Kg] 0,166 41 Tổn thất ống phun : Lc Lc ( C12 321,05 ) ( ) 4384 ,25 [J/Kg] 2 0,96 2 42 Tổn thất cánh bánh công tác: Lλ W2 257,852 L ( 1) ( ) 2828,76 [J/Kg] 0,96 2 83 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC 43 Cơng suất tiêu phí để khắc phục ma sát đĩa tổn thất thông hơi: Nmb N mb D12m ( U ) m 100 Ở đây: - Là hệ số, Theo tài liệu [1], chọn = m 1 0,88 0,65 0,77 [Kg/m3] 2 N mb 0,0712.( 255 ,36 ) 0,77 0,131 [W] 100 44 Tổn thất ma sát thông hơi: Lmb Lmb 75 N mb 9,81 75.0,131.9,81 583 [J/kg] GT 0,166 45 Hiệu suất đoạn nhiệt tua bin: ηTag Tad 1 Lc L Lb LTag 4384,25 2828,76 1298,06 0,9 111815,19 Theo tài liệu [1], Tad = 0,75 0,9 46 Hiệu suất thị tua bin: ηTi Ti 1 Lc L Lb Lmb L ym LTag 4384,25 2828,76 1298,06 157,78 17180,54 0,77 111815,19 47 Hiệu suất có ích tua bin: ηT T Ti Tm Ở đây: Tm- Là hiệu suất giới Theo tài liệu [1] Tm = 0,9 0,98 Ta chọn Tm = 0,98 T 0,77.0,98 0,75 Theo tài liệu [1] T = 0,72 0,8 48 Cơng suất có ích tua bin: NT NT LTag GT T 75 111815,19.0,166.0,75 187,2 [W] = 0,187 [KW] 75 So sánh với công suất máy nén NK = 0,187 [KW] ta có: N % N K NT 0,196 0,187 100% 4,5% NK 0,196 84 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC NHỮNG HƯ HỎNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Về phương diện kết cấu nói cụm TB-MN đơn giản Tuy vậy, điều kiện làm việc tương đối khắc nghiệt, làm việc số vòng quay cao cao Lúc này, nhiệt độ TB cao, điều kiện bơi trơn khó khăn nên ma sát lớn Ngoài cụm TB-MN lắp liên hợp gồm MNĐCĐT-TB thành thể thống nên chúng có mối liên hệ mật thiết với Mỗi tượng sai sót bất thường cụm TB-MN ảnh hưởng trực tiếp đến cụm khác Vì vậy, xem xét hư hỏng khắc phục chúng, cần phải đặt thể thống 5.1 Xác định hư hỏng biện pháp khắc phục Việc xác định hư hỏng hệ thống tăng áp quan trọng, liên quan lớn tới nhiều tiêu động Do người thợ sửa chữa phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình sửa chữa theo sau: + Tìm hiểu biểu động cơ; + Xác định hư hỏng; + Chỉ tác động vào cụm TB-MN xác định rõ ràng cố động cụm TB-MN gây Chú ý tránh tháo cụm TB-MN chưa biết rõ nguyên nhân gây hư hỏng để tránh trường hợp tác động vào cụm TB-MN không cần thiết gây hại tức thời cho cụm thiết bị Hư hỏng hệ thống tăng áp chủ yếu nguyên nhân sau: + Thiếu dầu; + Dầu bẩn; + Vật lạ rơi vào hệ thống Nếu xảy hư hỏng hệ thống tăng áp có biểu hư hỏng sau: + Cơng suất động thấp; + Khó tăng tốc; + Tiêu hao dầu lớn; + Khói xanh khói đen; + Độ ồn động tăng Sau trình bày số tượng hư hỏng hay gặp phải biện pháp khắc phục chúng 5.1.1 Động khó tăng tốc, tụt cơng suất tiêu hao nhiên liệu lớn 85 Khảo sát tính toán kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC Nguyên nhân: + Áp suất tăng áp thấp; + Tắc hệ thống nạp khí; + Rò rỉ hệ thống nạp khí; + Tắc hệ thống thải; + Rò rỉ hệ thống thải; + Sai lệch điều kiện vận hành TB-MN Khắc phục: + Dùng đồng hồ đo áp suất khí tăng áp Nếu áp suất tăng áp khơng đạt giá trị u cầu chuyển sang thực bước Giá trị áp suất tăng áp tùy thuộc vào loại động + Kiểm tra hệ thống nạp khí: Kiểm tra lọc khí, tượng lọt khí bích nối đường nạp vào máy nén MN với động cơ, đóng cặn đường nạp, + Kiểm tra hệ thống thải: Sự lọt khí qua bích nối động đường thải, đường thải với TB với bình ổn áp (nếu có) kiểm tra tượng tắc đường ống thải + Kiểm tra quay cánh MN: Nếu cánh MN không quay khó quay tháo cụm TB-MN kiểm tra độ rơ dọc trục khe hở hướng kính bánh cánh MN Quá trình đo tiến hành dẫn nhà chế tạo Nếu giá trị đo khơng đảm bảo định phải thay cụm TB-MN 5.1.2 Có tiếng ồn bất thường Nguyên nhân: + Có tượng chi tiết lắp ghép với cụm TB-MN với thân nó; + Ống xả bị rò rung động; + Sai lệch điều kiện vận hành TB-MN Khắc phục: + Kiểm tra bulông ghép cụm TB-MN, bulông Xem chúng có bị lỏng, lắp đặt khơng hay bị biến dạng khơng, từ có biện pháp sửa chữa thay cần + Kiểm tra bích nối hệ thống nạp, thải với động với cụm TB-MN Siết chặt lại bulông thay tùy thuộc vào tình hình cụ thể Kiểm tra biến dạng ống xả 86 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC + Kiểm tra khe hở dọc trục hướng tâm bánh cánh MN, kiểm tra trục TB-MN ổ đỡ + Kiểm tra có vật lạ rơi vào hệ thống khơng 5.1.3 Tiêu hao dầu lớn khói xanh Nguyên nhân: Do hư hỏng đầu nối với cụm TB-MN mòn bạc lắp trục cụm TB-MN Khắc phục: Kiểm tra lọt dầu hệ thống thải: Tháo ống nối đầu vào TB xem có tích tụ muội than cánh TB Sự tích tụ muội than cháy dầu sinh Kiểm tra lọt dầu hệ thống nạp: Kiểm tra khe hở dọc trục khe hở hướng kính bánh cánh MN, kiểm tra có mặt dầu bơi trơn ống hút MN 5.2 Phân tích hư hỏng hệ thống tăng áp 5.2.1 Thiếu dầu Việc thiếu dầu có ảnh hưởng lớn tới làm việc bình thường ổ trục, quay rơto, đệm làm kín, chí làm gẫy trục gây cố lớn Ở nhiệt độ bình thường, nhiệt độ ổ trục (60-90)0C thiếu dầu lên tới 4000C Điều dẫn đến cháy dầu, biến dạng trục, tróc dính vật liệu ổ lên trục dẫn đến va đập cánh rôto lên vỏ 5.2.2 Vật lạ rơi vào TB Nếu có vật lạ rơi vào cụm TB-MN hậu khó lường Có thể gây gãy, vỡ cánh MN, TB gây hao mòn nhanh bề mặt ma sát 5.2.3 Dầu bẩn Dầu bôi trơn cụm TB-MN thường lấy từ động sau lọc Nếu dầu bẩn dẫn tới chất lượng bơi trơn khơng đảm bảo, làm tắc đường ống dẫn dầu gây tượng thiếu dầu làm cào xước, bào mòn bề mặt ma sát Dầu bẩn lọc không tốt, tượng cháy dầu dẫn đến pha trộn dầu với lượng muội dầu cháy tích tụ cặn dầu vị trí khó lưu thơng dầu hệ thống 87 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC 5.3 Kiểm tra hệ thống tăng áp động 5.3.1 Kiểm tra hệ thống nạp khí Kiểm tra rò rỉ hay tắc kẹt đường ống nối lọc khí đường nạp, đường nạp với cụm TB-MN cụm TB-MN với đường ống nối với động hư hỏng hệ thống cần khắc phục tương xứng sau: + Tắc lọc khí: Làm thay thế; + Vỏ bị hư hỏng biến dạng: Sửa chữa thay thế; + Rò rỉ đầu nối: Kiểm tra đầu nối sửa chữa; + Nứt vỡ phụ kiện: Sửa chữa thay 5.3.2 Kiểm tra hệ thống thải Kiểm tra rò rỉ hay tắt kẹt đường ống nối động với đầu vào cụm TB-MN đầu cụm với đường thải + Biến dạng phụ kiện: Sửa chữa thay thế; + Vật lạ rơi vào rãnh: Vệ sinh rãnh; + Lọt dầu: Sửa chữa thay thế; + Nứt vỡ phụ kiện: Thay 5.4 Các ý sử dụng hệ thống tăng áp Không dừng động sau ôtô vận hành tốc độ cao, tải lớn leo dốc để tránh trường hợp bơm dầu động bị cắt dẫn tới thiếu cung cấp cho bề mặt ma sát hệ thống tăng áp vốn làm việc tốc độ cao Hiện tượng gây cháy TB gây hư hỏng nặng cho cụm TB-MN Do cần phải có thời gian chạy khơng tải động khoảng (20÷120)s trước dừng động Thời gian chạy không tải dài hay ngắn tùy thuộc vào mức độ hoạt động động trước định dừng Tránh tăng tốc đột ngột sau động khởi động lạnh Động phải vận hành điều kiện có lọc khí, tránh trường hợp vật lạ rơi vào hệ thống Nếu cụm TB-MN có cố cần phải thay trước tiên cần phải kiểm tra nguyên nhân gây hư hỏng theo bước sau tháo bỏ phần cần: + Mức dầu chất lượng dầu động cơ; + Điều kiện vận hành trước động cơ; + Đường dầu dẫn tới cụm TB-MN 88 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC Việc kiểm tra cần thiết để tránh cố sau sửa chữa thay cụm TB-MN Tuân thủ đầy đủ dẫn tháo lắp cụm TB-MN Không đánh rơi, va đập chi tiết sau tháo vào vật cứng Không di chuyển chi tiết cách cầm vào phận dễ bị biến dạng Trước di chuyển TB-MN cần phải che kín đường nạp, đường thải phễu kiểm tra dầu để tránh xâm nhập bụi bẩn vật lạ Nếu thay TB-MN cần phải kiểm tra tích tụ cặn bẩn đường ống dẫn dầu Nếu cần thiết, thay đường ống Khi tháo cụm TB-MN cần tháo toàn đệm bị dính chặt vào bích ống dẫn dầu bích nối khác TB-MN Nếu thay bulơng đai ốc thực có bulông, đai ốc theo định để đảm bảo không bị đứt biến dạng Nếu thay TB-MN, cầm đổ (20-25)cc dầu vào phễu đổ dầu TB-MN quay cánh nén tay để đưa dầu tới ổ trục Nếu đại tu thay động cơ, sau lắp, cắt cung cấp nhiên liệu quay tay động vòng 30s để phân phối dầu đến khắp nơi động cơ, sau cho động chạy không tải khoảng 60s 5.5 Tháo lắp cụm tua bin - máy nén Việc tháo lắp cụm TB-MN phải tuân thủ theo trình tự dẫn nhà thiết kế, tránh trường hợp tháo TB-MN chưa biết rõ nguyên nhân chưa xác định mục đích rõ ràng Quá trình lắp cụm TB-MN vào động quan trọng, đòi hỏi tỉ mỉ xác Các bước lắp đặt cụm TB-MN tiến hành theo trình tự ngược lại so với lúc tháo Tuy nhiên, cần phải ý tới lực siết bulông, đai ốc phải yêu cầu Ngoài ra, sau lắp xong cần phải thực đầy đủ công việc sau: + Tra dầu vào cụm TB-MN quay tay để đưa dầu tới ổ trục; + Đổ đầy nước làm mát vào động cơ; + Khởi động động kiểm tra xem có tượng rò rỉ khơng; + Kiểm tra mức dầu động 89 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC KẾT LUẬN Sau thời gian gần 15 tuần tìm hiểu, nghiên cứu làm đồ án với đề tài “Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC”, đến đồ án em hoàn thành thời gian quy định Qua trình thực đồ án kết giúp em củng cố lại kiến thức học hiểu biết thêm nhiều kiến thức loại động có hệ thống tăng áp động cơ, biết kết cấu thực tế kinh nghiệm việc sử dụng bảo dưỡng sửa chữa hệ thống tăng áp nói chung động nói riêng, nhằm phục vụ tốt cho cơng việc sau em Tuy nhiên, thời gian có hạn, kiến thức thân tài liệu hạn chế, nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận nhiều đóng góp ý kiến quý báu thầy cô Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Cơ Khí Giao Thơng Trường Đại Học Bách Khoa dạy bảo em suốt thời gian học tập trường, cảm ơn thầy giáo TS Phùng Xuân Thọ tận tình hướng dẫn để em hồn thành đồ án 90 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tất Tiến “Nguyên lý động đốt trong” Nhà xuất giáo dục; 2000 [2] Võ Nghĩa, Lê Anh Tuấn “Cơ sở tăng áp động đốt trong” Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội; 2005 [3] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến “Kết cấu tính tốn động động đốt trong” Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội; 1979 [4] TS Lê Xn Hòa, ThS Nguyễn Thị Bích Ngọc “Giáo trình Bơm quạt máy nén”.Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh; 2004 [5] Trần Thanh Hải Tùng “Bài giảng tính tốn hệ thống động ”: Đại học Bách khoa Đà Nẵng [6] TS Dương Việt Dũng “Giáo trình mơn học kết cấu động đốt trong” Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng; 2007 [7] Tài liệu động 4JH1-TC Công ty ơtơ ISUZU Việt Nam 91 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ 1.1 Mục đích tăng áp động 1.1.1 Định nghĩa tăng áp 1.1.2 Mục đích tăng áp 1.2 Phân loại hệ thống tăng áp 1.2.1 Biện pháp tăng áp nhờ máy nén 1.2.2 Biện pháp tăng áp khơng có máy nén 1.2.3 Tăng áp cho động diesel 13 1.2.4 Tăng áp cho động xăng động ga 16 1.3 Đặc tính TB-MN tăng áp 18 1.3.1 Đặc tính tua bin 18 1.3.2 Đặc tính MN 19 1.3.3 Đặc tính cụm tua bin-máy nén 21 1.4 Phối hợp TB-MN với ĐCĐT 22 1.4.1 Phối hợp TB-MN với ĐCĐT chế độ ổn định 22 1.4.2 Phối hợp TB-MN với ĐCĐT chế độ thay đổi 23 1.5 Ưu nhược điểm động tăng áp 24 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ISUZU 4JH1-TC 26 2.1 Giới thiệu chung 26 2.2 Các cấu động ISUZU 4JH1-TC 28 2.2.1 Cơ cấu khuỷu trục truyền 28 2.2.2 Cơ cấu phân phối khí 31 2.3 Các hệ thống động ISUZU 4JH1-TC 33 2.3.1 Hệ thống nhiên liệu 33 2.3.2 Hệ thống bôi trơn 34 2.3.3 Hệ thống làm mát 35 2.3.4 Hệ thống khởi động 36 2.3.5 Hệ thống tăng áp 37 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ ISUZU 4JH1-TC 39 3.1 Sơ đồ hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC 39 3.2 Hệ thống nạp động ISUZU 4JH1-TC 40 3.2.1 Nguyên lý làm việc hệ thống nạp động ISUZU 4JH1-TC 40 3.2.2 Đặc điểm kết cấu phận hệ thống nạp 41 92 Khảo sát tính tốn kiểm nghiệm hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC 3.3 Hệ thống thải động ISUZU 4JH1-TC 41 3.3.1 Nguyên lý làm việc hệ thống thải động ISUZU 4JH1-TC 42 3.3.2 Đặc điểm kết cấu phận hệ thống thải động ISUZU 4JH1-TC 42 3.4 Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp động ISUZU 4JH1-TC 43 3.4.1 Bộ turbo tăng áp 43 3.4.2 Van giảm áp phận chấp hành 49 3.4.3 Hệ thống bôi trơn làm mát turbo RHF5 50 3.4.4 Các cảm biến đường ống nạp 51 TÍNH TỐN HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ ISUZU 4JH1-TC 53 4.1 Tính tốn nhiệt động ISUZU 4JH1-TC 53 4.1.1 Thông số kỹ thuật cho trước thông số chọn 53 4.1.2 Tính tốn thơng số chu trình cơng tác 54 4.1.3 Xây dựng đồ thị công 60 4.1.4 Động học cấu trục khuỷu, truyền 64 4.2 Tính tốn kiểm nghiệm turbo tăng áp động ISUZU 4JH1-TC 65 4.2.1 Tính tốn thông số làm việc turbo RHF5 65 4.2.2 Tính tốn cụm turbo tăng áp RHF5 67 NHỮNG HƯ HỎNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 85 5.1 Xác định hư hỏng biện pháp khắc phục 87 5.1.1 Động khó tăng tốc, tụt công suất tiêu hao nhiên liệu lớn 85 5.1.2 Có tiếng ồn bất thường 86 5.1.3 Tiêu hao dầu lớn khói xanh 87 5.2 Phân tích hư hỏng hệ thống tăng áp 87 5.2.1 Thiếu dầu 87 5.2.2 Vật lạ rơi vào TB 87 5.2.3 Dầu bẩn 87 5.3 Kiểm tra hệ thống tăng áp động 88 5.3.1 Kiểm tra hệ thống nạp khí 88 5.3.2 Kiểm tra hệ thống thải 88 5.4 Các ý sử dụng hệ thống tăng áp 88 5.5 Tháo lắp cụm tua bin - máy nén 89 KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 93