Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 2gd ftv

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD-FTV Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS DƯƠNG ĐÌNH NGHĨA HỒNG NGỌC CƠNG Đà Nẵng, 2020 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD-FTV LỜI NÓI ĐẦU Trong xu hội nhập nay, công nghiệp Việt Nam đứng hội đầy tiềm ngành công nghiệp ô tô Việt Nam không ngoại lệ Ở nước ta số lượng ô tô đại lưu hành ngày tăng Các loại ô tô cải tiến theo hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hố q trình điều khiển hạn chế mức thấp thành phần nhiễm khí xả động Nền khoa học kỹ thuật ngày phát triển đem đến tiến vượt bậc nhằm nâng cao chất lượng đời sống xã hội Với phát triển mạnh mẽ tin học vai trò dẫn đường, q trình tự động hóa sâu vào ngành sản xuất sản phẩm chúng, số tơ Nhờ giúp đỡ máy tính để cải thiện q trình làm việc nhằm đạt hiệu cao chống ô nhiễm mơi trường, tối ưu hố q trình điều khiển dẫn đến kết cấu động ô tô thay đổi phức tạp Các công nghệ ngày đến mục đích tối ưu nâng cao chất lượng sản phẩm Để cải tiến hoàn thiện cho động cơ, ngành động đốt nghiên cứu chế tạo nhiều loại động với tính ưu việt, cách cải tiến hồn thiện hệ thống động Công nghệ thay đổi ngày, đo việc nắm bắt tiếp cận công nghệ điều cốt lõi để phát triển tồn Nếu không tiếp cận công nghệ làm cho người sử dụng cán công nhân kỹ thuật ngành ô tô nước ta cịn nhiều lúng túng sai sót nên cần có nghiên cứu cụ thể cơng nghệ tơ Vì vậy, sinh viên ngành động lực trường, em chọn đề tài: "Khảo sát hệ thống tăng áp động 2GD-FTV" làm đề tài tốt nghiệp Em mong với đề tài em củng cố tốt kiến thức để trường em đóng góp vào ngành cơng nghiệp tơ nước ta, để góp phần vào phát triển chung ngành Cuối em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn Ths Dương Đình Nghĩa bảo em tận tình, giúp em vượt qua khó khăn vướng mắc hồn thành đồ án Bên cạnh em cảm ơn thầy khoa tạo điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực Hồng Ngọc Cơng Sinh viên thực hiện: Hồng Ngọc Cơng Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Đình Nghĩa KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD-FTV Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 1.1 Định nghĩa tăng áp Bộ tăng áp động hệ thống nạp nhiên liệu cưỡng động để động có kích thước định tạo nhiều cơng suất Bộ tăng áp khác với bơm tăng nạp thông thường chỗ tăng nạp chạy lực kéo khí động thơng dây cu roa nối với maniven tăng áp động chạy lượng khí thải tua bin Bộ tăng áp gắn vào họng xả động cơ, động hoạt động, khí xả làm quay tua bin nó, tua bin vận hành máy nén (lắp lọc gió họng nạp nhiên liệu) máy nén nạp nhiên liệu cho động cơ, khí xả từ động thổi vào cánh tuốc bin làm quay tua bin, lượng khí thải qua tua bin nhiều tua bin quay nhanh 1.2 Phân loại tăng áp Tăng áp Có máy nén Dẫn động khí Liên hệ khí Tua bin khí Liên hệ khí thể Khơng có máy nén Hỗn hợp Liên hệ thủy lực Dao động cộng hưởng Mắc nối tiếp Sóng áp suất Tốc độ Mắc song song Hình - Các phương pháp tăng áp động đốt 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 1.3 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 Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Cơng Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Đình Nghĩa KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD-FTV 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 công 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 1.4 Các biện pháp tăng áp 1.4.1 Biện pháp tăng áp nhờ máy nén 1.4.1.1 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 = N i - 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 Sinh viên thực hiện: Hồng Ngọc Cơng Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Đình Nghĩa KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD-FTV Công suất dẫn động máy nén phụ thuộc vào số vịng quay Vì động làm việc chế độ tải nhỏ số phần trăm cơng 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 Với phương pháp tăng áp giới, chất lượng khởi động tăng tốc tốt, lượng khơng khí cấp cho động chu trình phụ thuộc vào vịng 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 1.4.1.2 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 công 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 : + Cơng 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 Sinh viên thực hiện: Hồng Ngọc Cơng Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Đình Nghĩa KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD-FTV 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 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 theo chế độ làm Sinh viên thực hiện: Hồng Ngọc Cơng Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Đình Nghĩa KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD-FTV việc động đốt Ngoài ra, cịn có phương pháp kết nối khác nhằm tận dụng lượng khí xả, hình 1- b,c 1.4.1.3 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 hồn tồn độc lập với máy nén dẫn động tua bin khí 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 Sinh viên thực hiện: Hồng Ngọc Cơng Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Đình Nghĩa KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD-FTV 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 1.4.2 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 1.4.2.1 Tăng áp dao động cộng hưởng Người ta sử dụng dao động dịng khí tính cộng hưởng dao động để tăng áp suất mơi chất xilanh lúc đóng xupáp nạp 3 1 b) a) 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 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 Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Cơng Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Đình Nghĩa KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD-FTV 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 Sự dao động áp suất môi chất đường ống nạp thực tế khơng phải 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 xun 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 Sinh viên thực hiện: Hồng Ngọc Cơng Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Đình Nghĩa KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD-FTV 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 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 cịn 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 vô 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 dịng khí nạp Ngun tắc thiết kế kích thước bố trí cho q trình lưu động có tính chu kỳ dịng khí nạp vào xilanh phù hợp với tần số dao động bình ống Do cách bố trí vậy, xilanh nối có áp suất cuối q trình nạp tăng số vịng quay ĐCĐT tần số dao động bình ống Tức lúc xảy tượng cộng hưởng dịng khí nạp 1.4.2.2 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 Sinh viên thực hiện: Hồng Ngọc Cơng Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Đình Nghĩa ... Ngọc Cơng Sinh viên thực hiện: Hồng Ngọc Cơng Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Đình Nghĩa KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD- FTV Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 1.1... 81 KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD- FTV MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 1.1 ĐỊNH NGHĨA TĂNG ÁP 1.2 PHÂN LOẠI TĂNG... THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 12 1.5.1 Tăng áp động diesel 12 1.5.2 Tăng áp cho động xăng 16 CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 2GD- FTV