Chương 10 : TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ
10.1. Phân tích các biện pháp nâng cao cơng suất của động cơ
Cơng suất cĩ ích của động cơ Ne được tính theo biểu thức sau:
. . . 30 e h e m i P V i n N N kW (10-1)
Trong đĩ: m – Hiệu suất cơ giới; Ni – Cơng suất chỉ thị của ĐC (kW); Pe – Áp suất cĩ ích trung bình (MPa); 2 . . 4 h D V S - Thể tích cơng tác của xilanh (lít); D, S – Đường kính, hành trình của piston; i – Sốxilanh ĐC; n – Tốc độĐC (v/ph); - Số kỳ. Qua biểu thức trên ta thấy rằng: Ne là hàm số phụ thuộc vào các thơng số áp suất cĩ ích trung bình Pe thể tích cơng tác của xylanh Vh, sốxylanh động cơ i, tốc độđộng
cơ n và số kỳ của động cơ . Vì vậy, đểtăng cơng suất của động cơ ta phải dùng các giải pháp về mặt kết cấu hay nguyên lý làm việc để giảm giá trị của thơng số nằm ở mẫu số
của biểu thức (10.1) hoặc tăng giá trị của các thơng số nằm trên tử số của biểu thức này. 10.1.1. Giảm số kỳ ()
Khi giữ nguyên giá trị các thơng số ở phần tử số của biểu thức (10.1), nếu giảm số kỳ thì về mặt lý thuyết cơng suất của động cơ 2 kỳ gấp đơi cơng suất của động cơ 4 kỳ. Tuy nhiên trên thực tế chỉ gấp từ (1,6 ÷ 1,8) lần, điều này cĩ được là do trên động
cơ hai kỳ cĩ xảy ra tổn thất trong quá trình thay đổi mơi chất. Quá trình thay đổi mơi chất trên động cơ bốn kỳ hồn hảo hơn trên động cơ hai kỳ.
10.1.2. Tăng tốc độ động cơ (n)
Khi tăng tốc độ động cơ sẽ làm tăng số chu trình cơng tác trong một đơn vị thời
gian. Do đĩ, lượng cơng tạo ra trong một đơn vị thời gian cũng nhiều hơn từđĩ làm tăng được cơng suất động cơ.
Tuy nhiên khi tốc độđộng cơ n tăng vượt quá giá trị giới hạn sẽlàm tăng lực quán
tính, tăng phụ tải nhiệt và tăng độ mài mịn của các chi tiết nên làm rút ngắn tuổi thọ của
động cơ. Mặc khác, với động cơ xăng do đặc điểm hình thành hỗn hợp và tính chất hố lý của nhiên liệu nên cho phép tăng tốc độ động cơ để nâng cao cơng suất. Đối với động
cơ Diesel, khi tăng tốc độđộng cơ sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình cháy nên tốc độ của động cơ Diesel thường nhỏhơn động cơ xăng.
Hiện nay tốc độ động cơ Diesel cao tốc khoảng 4.000 vịng/phút, động cơ xăng
cao tốc khoảng 8.000 vịng/phút. 10.1.3. Tăng số xylanh động cơ (i)
Tăng số xylanh của động cơ sẽlàm tăng cơng suất và tính cân bằng của động cơ.
Hiện nay động cơ một hàng cĩ tới 12 xylanh, động cơ cao tốc chữ V cĩ tới 16 và động
cơ hình sao cĩ từ 32 ÷ 56 xilanh.
Tuy nhiên khi số xylanh quá lớn nhiều sẽ làm cho số chi tiết của động cơ tăng lên
quá nhiều (50.000 ÷ 100.000 chi tiết), làm giảm độ cứng vững của hệ trục khuỷu. Do
đĩ, một mặt làm giảm độ tin cậy và độ an tồn trong quá trình làm việc, mặt khác làm cho việc bảo dưỡng và sử dụng động cơ thêm phức tạp.
10.1.4. Tăng thể tích cơng tác của động cơ (Vh)
143
tăng thể tích cơng tác, từđĩ làm tăng cơng suất của động cơ.
Tuy nhiên, khi kích thước xylanh và hành trình piston càng lớn sẽlàm tăng kích thước bên ngồi và chiều cao của động cơ. Nếu tiếp tục tăng đường kính của xylanh D và hành trình của piston S sẽ gây nhiều khĩ khăn cả về mặt cơng nghệ lẫn vật liệu chế
tạo cho các chi tiết của động cơ.
10.1.5.Tăng áp cho động cơ
Ngồi các biện pháp kể trên, khi dùng các biện pháp cải tiến thiết kếvà điều chỉnh chính xác các thơng số làm việc của động cơ cũng làm tăng hiệu suất cĩ ích e, từ đĩ làm tăng cơng suất của động cơ Ne. Tuy nhiên biện pháp này làm tăng Ne khơng đáng
kể.
Tăng áp cho động cơ đểlàm tăng mật độ của mơi chất nạp. Qua đĩ làm tăng khối
lượng khơng khí nạp đi vào xylanh trong mỗi chu trình, làm tăng Pe vì vậy làm tăng
cơng suất động cơ.
Tăng áp đối với khơng khí đưa vào xylanh động cơ cĩ thểlàm tăng đáng kể cơng suất động cơ. Nếu áp suất cĩ ích trung bình Pe của động cơ Diesel khơng tăng áp từ 0,7
÷ 0,9 MPa thì động cơ Diesel tăng áp rất dễđạt 1,0 ÷ 1,2 MPa. Trường hợp nâng cao áp suất trên đường ống nạp Pk và làm mát trung gian, cĩ thể nâng cao áp suất cĩ ích trung bình Pe lớn hơn 3 MPa.
Tuy nhiên càng nâng cao mức độtăng áp sẽlàm tăng Pe, từđĩ làm tăng phụ tải cơ
khí cũng như phụ tải nhiệt của động cơ. Do đĩ khi tăng áp phải địi hỏi những chi tiết piston, xylanh,... phải cĩ độ bền và khảnăng chịu nhiệt tốt.
Do tăng áp là một trong những biện pháp tốt nhất đểlàm tăng cơng suất ĐC, nên
hiện nay hầu hết các loại ĐC diesel cỡ lớn, đặc biệt là ĐC diesel phát điện và ĐC dùng
trên tàu thủy sử dụng ĐC tăng áp rất nhiều.