3.4.1. Tăng âp cho động cơ diesel bốn kỳ:
Tăng âp bằng tuabin khí xả đầu tiín được sử dụng cho động cơ 4 kỳ. Đối với động cơ diesel, vì để đâp ứng được nhu cầu về nđng cao cơng suất cho động cơ nín hầu hết trín câc động cơ diesel cỡ lớn của tău thủy, động cơ diesel trín đầu mây xe lửa vă diesel phât điện đều dùng hệ thống tăng âp. Nhằm giải quyết vấn đề nạp khí ở câc chế độ khởi động vă tải nhỏ, đảm bảo độ chính âp suất đủ để nạp khí văo xilanh ở câc chế độ đối với động cơ 4 kỳ đơn giản hơn động cơ 2 kỳ nhờ cĩ hănh trình thải vă tiíu thụ khơng khí quĩt ít. Nĩi chung sơ đồ nguyín lý tăng âp của câc động cơ 4 kỳ giống nhau, chỉ khâc nhau một ít về kết cấu đường ống xả vă cĩ hoặc khơng cĩ bầu lăm mât khơng khí tăng âp.
Để chuyển động cơ 4 kỳ sang tăng âp bằng tuabin khí xả khơng chỉ đơn giản đặt lín động cơ cụm tuabin mây nĩn vă nối đường ống dẫn của nĩ với bình chứa khơng khí tăng âp vă ống gĩp khí xả. Động cơ 4 kỳ tăng âp tuabin khí xả khâc với động cơ khơng tăng âp.
- Tăng suất tiíu hao khơng khí vă khí xả qua câc xupap nạp, xả. Để đảm bảo điều đĩ, khi tăng âp cần phải tăng gĩc mở sớm vă đĩng muộn câc xupap, tăng gĩc trùng điệp. Đối với động cơ khơng tăng âp gĩc trùng điệp khoảng (25 ÷ 50)0 gĩc quay trục khuỷu. Khi tăng âp bằng tuabin khí xả, để đảm bảo quĩt khí, gĩc trùng điệp được tăng lín đến (100 ÷ 140)0 gĩc quay trục khuỷu. Câc pha phđn phối khí được lựa chọn ứng với chế độ lăm việc lđu dăi nhất của động cơ.
- Cĩ độ chính âp giữa âp suất khơng khí tăng âp Ps vă âp trín đường ống xả (âp suất trước tuabin). Nhờ độ chính âp suất nín trong thời kỳ trùng điệp đảm bảo quĩt sạch buồng chây, do vậy hệ số khí sĩt giảm đến giâ trị γ r = 0,01 ÷ 0,02, lăm tăng hệ số nạp vă hệ số dư lượng khơng khí, cải thiện được chất lượng chây, giảm suất tiíu hao nhiín liệu, ứng suất nhiệt động cơ. Hình 3 - 11, giới thiệu sơ đồ mơ tả sự thay đổi câc thơng số hệ thống tăng âp diesel 4 kỳ theo tải như sau:
Hình 3 – 11 Sự thay đổi câc thơng số tăng âp động cơ diesel 4 kỳ theo tải
Px, tx- Âp suất, nhiệt độ khí xả; Ps- Âp suất khơng khí nạp
Từ Hình 3 - 11, thấy rõ độ chính âp suất tăng nhanh (Ps-Px) khi tải động cơ tăng. Khi giảm tải độ chính lệch âp suất (Ps-Px) giảm xuống. Khi tải của động cơ 4 kỳ khoảng (30 ÷ 50)% tải định mức, âp suất tăng âp bằng âp suất khí xả trước tuabin (điểm a). Tại thời điểm năy khơng diễn ra quâ trình quĩt. Khi tiếp tục giảm tải, âp suất tăng âp bĩ hơn âp suất khí sau xupap xả, nín xảy ra hiện tượng dồn ngược khí xả văo xilanh vă đường ống nạp khơng khí tăng âp.
Dẫn khí xả tới tuabin theo đường ống xả riíng. Trong trường hợp nối câc ống xả của tất cả câc xilanh với 1 đường ống xả chính thì khi âp suất tăng âp thấp (dưới 200KPa) xung âp suất ngăn cản quĩt câc xilanh khâc vă lă nguyín nhđn dồn ngược khí xả văo câc xilanh. Nối câc ống xả của câc xilanh với câc đường ống riíng sẽ ngăn ngừa được hiện tượng năy vă đảm bảo độ chính âp suất (Ps-Pt) vă tạo quâ trình quĩt bình thường của mỗi xilanh.
Ps , P x 0 2 5 50 2 0 4 0 6 0 Ne , % 0 20 0 40 0 60 0 tx, C 0 tx P s P x
Hình 3 - 12 Sơ đồ kết cấu tăng âp động cơ 4 kỳ
1-Rơto TBMN; 2-Vỏ TBMN; 3-Cửa nạp mây nĩn; 4-Mây nĩn 5-Bộ lăm mât khơng khí tăng âp; 6-Ống nạp;7,8-Xupâp nạp, xả; 9-Ống xả.
Hình 3 - 12 giới thiệu sơ đồ tăng âp tuabin khí xả động cơ 4 kỳ. Khơng khí mơi trường xung quanh được nạp văo mây nĩn 4 qua cửa nạp 3, được nĩn vă cấp văo bình chứa 6 thơng qua bầu lăm mât khơng khí 5, từ đĩ nạp văo xilanh động cơ qua xupap nạp 7. Lăm mât khơng khí tăng âp để tăng khối lượng khơng khí nạp (tăng bổ sung cơng suất động cơ), giảm ứng suất nhiệt.
3.4.2.Tăng âp cho động cơ diesel hai kỳ:
Tăng âp tuabin khí xả trong câc động cơ diesel tău thủy 2 kỳ bắt đầu sử dụng muộn hơn so với động cơ 4 kỳ. Động cơ 2 kỳ sử dụng sơ đồ tăng âp tuabin khí xả của động cơ 4 kỳ (nĩn khơng khí trong mây nĩn tuabin một cấp) gặp phải khĩ khăn do tính đặc biệt của nĩ. Để đảm bảo quâ trình thay đổi khí vă lăm việc tốt, câc động cơ diesel tău thủy 2 kỳ đều được tăng âp bằng tuabin khí hoặc tăng âp hỗn hợp.
Tính đặc biệt của tăng âp động cơ hai kỳ.
Câc tính đặc biệt sau đđy của động cơ 2 kỳ gđy khĩ khăn cho việc sử dụng tăng âp tuabin khí xả hay hạn chế việc tăng cơng suất tăng âp động cơ.
- Cần đảm bảo độ chính giữa âp suất khơng khí tăng âp trong bình chứa vă âp suất khí xả trong đường ống xả (Ps-Px) trong tất cả câc chế độ tải của động cơ. Đối với động cơ 4 kỳ, nhờ cĩ hănh trình xả vă nạp đảm bảo xả được hầu hết sản vật chây ra khỏi xilanh vă nạp văo xilanh đủ khối lượng khơng khí ở câc chế độ lăm việc bất kỳ. Đối với động cơ 2 kì, nếu ở 1 chế độ lăm việc năo đĩ âp suất tăng âp thấp hơn âp suất khí trong đường ống xả thì chu trình cơng tâc khơng thể thực hiện được khả năng quĩt vă khơng nạp văo xilanh đủ lượng khơng khí cần thiết để đốt chây nhiín liệu. Để đảm bảo quĩt vă nạp khơng khí văo xilanh, âp suất tăng âp cần phải cao hơn âp suất khí trong trường hợp ống xả ở tất cả câc chế độ tải, do vậy tiíu tốn cơng suất bổ sung để nĩn khơng khí đến âp suất cao.
- Để đảm bảo chất lượng trao đổi khí trong động cơ 2 kỳ, yíu cầu hệ số quĩt lớn hơn so với động cơ 4 kỳ. Hệ số quĩt của động cơ 2 kỳ ϕa= 1,45 ÷ 1,65; trong khi đĩ của động cơ 4 kỳϕâ= 1,07 ÷ 1,35. Để tăng hệ số dư lượng khơng khí quĩt cần tăng lượng khơng khí do mây nĩn cấp vă như vậy phải tăng cơng suất tiíu thụ cho mây nĩn.
- So với động cơ 4 kỳ, khi âp suất chỉ thị trung bình bằng nhau, nhiệt độ khí xả của động cơ 2 kỳ thấp hơn. Đối với động cơ 2 kỳ ở chế độ định mức, nhiệt độ khí xả nằm trong giới hạn (350 ÷ 450)0C. Cịn với động cơ 4 kỳ, cĩ thể đạt (450 ÷ 500)0C. Nguyín nhđn giảm nhiệt độ khí xả của động cơ 2 kỳ lă do lượng khơng khí quĩt lớn. Giảm nhiệt độ khí xả lă nguyín nhđn giảm cơng suất tuabin.
Như vậy, tăng cơng suất động cơ 2 kỳ bằng câch sử dụng tuabin khí xả phức tạp hơn so với động cơ 4 kỳ, vì cơng suất tuabin nhỏ nhưng hệ thống tăng âp cần phải cấp lượng khơng khí lớn hơn vă cĩ âp suất cao hơn. Hiệu số giữa cơng suất cần thiết của mây nĩn để cấp khơng khí với cơng suất do tuabin sinh ra cĩ khi đạt tới (4 ÷ 6)% cơng suất chỉ thị của động cơ.
- Tăng âp động cơ 2 kỳ lăm tăng ứng suất nhiệt vă ứng suất cơ.