4. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VAÌ NHIỆM VỤ CÁC BỘ PHẬN TRONG
3.2. HỆ THỐNG NẠP THẢI CỦA ĐỘNG CƠ SA6D140E-3
A 2 3 4 2 1 B
Hình 3.2. Sơ đồ hệ thống nạp và thải của động cơ SA6D140E-3. 1. Cổ gĩp; 2. Cụm tua bin máy nén;3. Ống khí thải; 4 Thân bọ lọc turbo. 3.2.1. Hệ thống nạp.
Kết cấu của hệ thống nạp ảnh hưởng rất lớn đến hệ số nạp của động cơ. Vì thế, kết cấu hệ thống nạp đĩng vai trị quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến cơng suất động cơ.
Hệ thống nạp cung cấp cho động cơ khơng khí sạch đúng lượng, nhiệt độ và pha trộn phù hợp để cĩ sự cháy tốt.
Hệ thống nạp cĩ năm thành phần:
Các bộ phận lọc khí. Máy nén khí nạp. Ơúng gĩp nạp. Cửa nạp khơng khí của bộ chế hịa khí. Các xu páp nạp.
Nguyên lý làm việc của hệ thống nạp động cơ SA6D140E-3: Quá trình nạp trong các xi lanh động cơ được thực hiện khi piston đi từ điểm chết trên đến điểm chết dưới. Khi động cơ làm việc, khơng khí ở mơi trường cĩ áp suất P0, nhiệt độ T0, tốc độ C0 được hút vào máy nén 2. Trước khi đi vào máy nén, khơng khí được lọc sạch ở bầu lọc 1. Khí nạp khi ra khỏi bầu lọc cĩ (P1, T1, C1) trước khi đi vào máy nén. Qua máy nén, khơng khí được nén lên (P2, T2, C2). Sau đĩ, khơng khí nén được đưa vào khoang nạp chung của động cơ, để cấp vào mỗi xi lanh động cơ với áp suất (Pk, Tk, Ck). Sơ đồ nguyên lý thể hiện trên hình 3.3.
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp động cơ.
1- Bầu lọc; 2- Máy nén; 3- Khoang nạp chung; 4- Động cơ. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống nạp:
• Bầu lọc khơng khí.
Các bộ lọc khí lọc bụi và chất bẩn từ luồng khơng khí đi qua chúng để đến bộ chế hịa khí .Các bộ lọc sơ cấp ngăn chặn các mảnh lớn để khơng vào được các bộ lọc khí để làm nghẹt chúng.
Gồm hai phần nối liên kết nhau. Khơng khí từ mơi trường ngồi đi vào bầu lọc cĩ chứa dầu để giữ lại những chất bẩn cĩ trọng lượng lớn. Sau đĩ, khơng khí lọc tiếp tục đi qua lọc thấm. Khơng khí được lọc sạch tại đây, nhằm đảm bảo cho động cơ làm việc tin cậy và nâng cao được tuổi thọ của các chi tiết.
Máy nén khí nạp làm tăng cơng suâït động cơ bằng cách dồn nén thêm khơng khí hay hỗn hợp nhiên liệu-khơng khí vào các xi lanh của động cơ hơn là động cơ nạp vào bằng cách hút tự nhiên.
Bộ tuabin tăng áp động cơ SA6D140E-3 sử dụng máy nén ly tâm, bánh cơng tác của máy nén được lắp đồng trục với trục bánh cơng tác của tuabin khí xả và được tuabin khí xả dẫn động.
Các ống gĩp nạp chuyển hỗn hợp khơng khí-nhiên liệu đến xi lanh của động cơ.
Để đảm bảo lượng khơng khí nạp được nạp đồng đều vào các xi lanh động cơ thì kích thước, kết cấu, hình dáng và tiết diện của các nhánh ống nạp đến các xi lanh phải hợp lý với vị trí từng xi lanh so với khoang nạp chung trên động cơ.
Các bộ chế hịa khí trrộn khơng khí nạp vào với nhiên liệu theo tỷ lệ phù hợp để đốt cháy, và kiểm sốt tốc độ của động cơ.
Các xu páp nạp tiếp nhận khơng khí vào động cơ điêzen và hổn hợp nhiên liệu-khơng khí vào động cơ đánh lửa bằng buji. Chúng thường được đĩng và mở bằng sự liên kết cơ học từ trục cam.
Trong hệ thống nạp của động cơ, tại núm xupáp nạp là nơi cĩ tiết diện lưu thơng dịng khơng khí nạp nhỏ nhất nên trở lực là lớn nhất. Tăng đường kính xupáp nạp sẽ mở rộng được tiết diện lưu thơng qua xupáp, nhưng lại bị hạn chế bởi vị trí cấu tạo của xupáp, và kích thước của xi lanh.
Hệ thống thải thu các khí thải sau khi cháy rồi tống chúng ra ngồi. Thực ra chúng gồm ba chức năng:
Trên động cơ SA6D140E-3, năng lượng khí xả của động cơ được dùng để dẫn động bộ turbo tăng áp cho động cơ. Vì vậy, trong hệ thống, khí thải qua tuabin khí trước khi xả ra mơi trường. Chất lượng làm việc của hệ thống thải ảnh hưởng rất lớn đến cơng suất của máy nén, đồng thời quyết định lượng khí nạp mới vào xi lanh trong chu kỳ tiếp theo.
Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống thải động cơ SA6D140E-3.
Các xu páp thải mỡ ra để tống các chất khí đả cháy. Các xu páp thường được vận hành bằng trục cam.
Trong hệ thống thải, xupáp thải là nơi cĩ tiết diện nhỏ nhất nên trở lực cản khí thải rất lớn. Do đĩ, để cho hệ thống thải làm việc tốt, cần phải chọn kích thước xupáp thải hợp lý, sao cho tiết diện lưu thơng của dịng khí thải là lớn nhất và trở lực của dịng khí thải là nhỏ nhất.
Tiết diện lưu thơng của dịng khí thải qua xupáp thải khơng chỉ phụ thuộc vào kích thước của xupáp mà cịn phụ thuộc và chế độ đĩng mở xupáp thải. Nếu điều chỉnh khe hở nhiệt quá lớn thì sẽ hạn chế hành trình mở xupáp, làm giảm tiết diện lưu thơng của dịng khí xả.
Tuabin khí xả. Tận dụng năng lượng của khí xả để làm quay tuabin dẫn động máy nén ly tâm làm tăng lượng khí nạp cung cấp cho động cơ. Nhờ vậy, làm tăng được cơng suất cĩ ích của động cơ.
Ống thải luơn tiếp xúc với sản vật cháy cĩ nhiệt độ rất cao (400-600)0C nên phụ tải nhiệt của ống thải rất lớn. Mặt khác, ống thải được bắt bulơng với nắp máy. Vì vậy, trong quá trình tiếp xúc với khí cháy ống thải giãn nở nhiều hơn nắp máy. Do
đĩ, trên đoạn ống thải chung cĩ khâu bù giãn nở nhiệt, khâu này dùng loại liên kết vịng gioăng.
Để hạn chế tiếng ồn của động cơ, bộ tiêu âm được lắp trên đường ra của tuabin khí, vì vậy gây thêm lực cản trên đường thải. Động cơ SA6D140E-3 sử dụng TB- MN tăng áp, nhằm giảm thành phần độc hại trong khí xả và tăng cơng suất động cơ.
3.3. BƠü TURBO LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ SA6D140E-3.
Bộ TURBO lắp trên động cơ SA6D140E-3 là loại tuabin tăng áp dùng năng lượng khí xả để làm quay bánh cơng tác tuabin khí để dẫn động máy nén. Khơng khí được nén dưới áp suất cao trước khi cung cấp vào xilanh động cơ. Sơ đồ kết cấu của bộ turbo được thể hiện trên hình 3.4.
9 8 7 A 1 B 11 10 F C 12 E D 4 2 3 5 6
Hình 3.4 Sơ đồ cấu tạo của bộ turbơ tăng áp
Cánh dẩn hướng; 2-Vịng đai; 3- Cánh khuếch tán; 4- Võ bọc; 5- Vành che đỡ;6- Võ che tua bin; 7- Bánh cơng tác; 8- Vịng làm kín; 9- Đệm; 10-Đường dầu về các te; 11- Đệm trục chính ; 12- Vành đai;13- Bánh cơng tác của buồng thổi; A- Đường vào; B- Đường ra; C- Khí vào; D- Khí ra; E- Dầu vào; F- Dầu ra;
Bộ tăng áp turbo gồm hai phần: Tuabin khí hướng kính và máy nén ly tâm. Cả hai được lắp trên cùng một trục. Phần máy nén khí nạp nối với động cơ thơng qua đường nạp, cịn phần tuabin khí thì nối với động cơ thơng qua đường thải.
3.3.1. Máy nén ly tâm.
Vỏ máy nén được đúc bằng hợp kim nhơm. Bên trong cĩ bánh cơng tác lắp đồng trục với bánh cơng tác của tuabin khí. Bánh cơng tác được bắt chặt vào trục rơto của tuabin khí bằng êcu. Khi rơto của tuabin quay làm quay bánh cơng tác của máy nén, bánh cơng tác máy nén sẽ truyền động năng cho dịng khí vào máy nén. Khơng khí ra khỏi bánh cơng tác của máy nén, vào vành tăng áp, rồi tiếp tục vào buồng xoắn trước khi đi vào xi lanh động cơ.
Đường ống vào của máy nén cĩ dạng ống hướng trục: ưu điểm của loại này là kết cấu máy nén đơn giản, gọn, đảm bảo dịng khí vào đều ít bị tổn thất.
Bánh cơng tác cĩ tác dụng chuyển dịng khí từ hướng trục sang hướng kính. Cơng dẫn động máy nén được truyền cho khơng khí trong các rảnh cánh làm tăng áp suất, nhiệt độ và tốc độ dịng khí tại đây. Bánh cơng tác được chế tạo bằng nhơm và làm tách rời với trục tuabin khí.
Nguyên lý hoạt động của máy nén. Giản đồ máy nén ly tâm:
b2 b3 b1 5 (c) 5 (c) 3 4 4 4 3 3 2 2 D 4 D 3 D 2 2 1 1 1 a a 0 D 1m D 1 D B
1- Đoạn cửa vào; 2- Bánh cơng tác; 3- Vành tăng áp; 4- Vỏ xoắn ốc; D0-Đường kính trong của miệng vào bánh cơng tác; D1- Đường kính ngồi của miệng vào bánh cơng tác; D1m- Đường kính trung bình của miệng vào bánh cơng tác; D2- Đường kính
ngồi của miệng vào bánh cơng tác; D3- Đường kính trong của vành tăng áp; D4-
Đường kính ngồi của vành tăng áp.
Máy nén ly tâm dựa vào tác dụng của lực ly tâm để tăng áp suất cho khơng khí và làm cho khơng khí cĩ lưu lượng từ phần khơng gian này chuyển qua phần khơng gian khác. Khi khơng khí đi vào bánh cơng tác thì nĩ sẽ quay cùng với bánh cơng tác rồi lưu động theo rảnh thơng giữa các cánh của bánh. Như vậy, chuyển động của dịng khí đi vào bánh cơng tác là tổng hợp của chuyển động theo, quay trịn của bánh cơng tác và chuyển động tương đối của dịng chảy đi vào bánh cơng tác. Khi quay bánh cơng tác truyền cơng cho khơng khí làm tăng áp suất và tốc độ của khơng khí trong rảnh cánh. Lúc dịng khí đi tới miệng ra của bánh cơng tác, dưới tác dụng của lực ly tâm, của chuyển động quay, dịng khơng khí đi qua miệng ra của bánh với một tốc độ lớn, đồng thời tạo nên hiện tượng chân khơng cục bộ tại cửa vào gây tác dụng hút khơng khí phía trước cửa đi vào bánh. Bánh cơng tác quay liên tục và khơng khí được hút liên tục qua cửa vào rồi ra khỏi cửa ra với tốc độ lớn tạo nên dịng chảy liên tục trong rảnh cánh.
Phía ngồi cửa ra của bánh cơng tác cĩ một vành tăng áp, khơng khí qua đây được chuyển một phần động năng thành áp năng làm cho khơng khí tiếp tục tăng lên và tốc độ giảm xuống. Vỏ xoắn ốc thu nhận khơng khí từ vành tăng áp đi ra tiếp tục chuyển động năng của dịng khí thành áp năng, sau đĩ qua ống nối tới đường nạp của động cơ.
3.3.2. Tuabin.
Cấu tạo tuabin gồm: vỏ tuabin, trong vỏ cĩ bánh cơng tác. Do phần tuabin luơn tiếp xúc với khí xả cĩ nhiệt độ cao, cĩ các tạp chất ăn mịn, nên vỏ tuabin được
đúc bằng gang chịu nhiệt. Phần rơto tuabin cĩ nhiều cánh dẫn, được hàn liền trên trục rơto. Khí thải từ động cơ đi vào vỏ tuabin qua ống phun để tác động lên các cánh dẫn làm quay rơto tuabin. Trục rơto tuabin được gối trên bạc chặn và bạc đỡ ở hai đầu máy nén và tuabin. Tốc độ quay của trục rơto tuabin rất lớn. Vì vậy, giữa bạc và trục được bơi trơn bằng dầu cấp từ động cơ
Bạc: Do cánh tuabin và cánh nén quay ở tốc độ rất lớn nên các bạc được lắp theo kiểu lắp lỏng hồn tồn để đảm bảo hấp thụ các rung động từ trục, bơi trơn trục và bạc. Các ổ bạc này được bơi trơn bằng dầu động cơ và quay tự do giữa trục và vỏ để tránh kẹt ở tốc độ cao. Dầu động cơ khơng bị rị rĩ nhờ các phớt làm kín dầu lắp trên trục. Bạc được chế tạo từ hợp kim đồng và graphít.
Vỏ giữa: Vỏ giữa đỡ cánh tuabin và cánh nén thơng qua trục và các ổ bạc. Bên trong vỏ cĩ chế tạo các khoang trống và các rãnh dầu bơi trơn tuần hồn trong các khoang và rãnh này bơi trơn cho tuabin.
Đặc điểm kết cấu của các bộ phận trong tuabin:
Vỏ tuabin: Vỏ tuabin cĩ kết cấu hình xoắn ốc, bao gồm khoang cửa vào tiếp nhận sản vật cháy từ các xi lanh động cơ, hướng sản vật cháy đi vào vuơng gĩc với trục quay. Khoang cửa ra tiếp nhận sản vật cháy sau khi làm nhiệm vụ sinh cơng làm quay trục tuabin và thải ra ngồi. Vỏ tuabin được đúc bằng gang chịu nhiệt.
Ống phun: Khí thải trong các xi lanh động cơ được thải ra với áp suất và nhiệt độ cao (thế năng cao) được lưu thơng qua ống phun. Tại đây, áp suất và nhiệt độ của dịng khí giảm xuống, dịng khí ra khỏi ống phun cĩ tốc độ lớn (động năng của dịng khí lớn). Ơúng phun là ống tăng tốc cĩ tiết diện nhỏ dần cĩ tác dụng chuyển áp năng của sản vật cháy thành động năng của dịng khí theo hướng nhất định. Trên vành miệng phun cĩ gắn các cánh hình chêm gắn cố định lên chu vi của vành bánh tĩnh, tạo nên các đường thơng đều nhỏ dần.
Bánh cơng tác: Bánh cánh hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao của sản vật cháy, tốc độ lớn, liên tục nhận xung lực của sản vật cháy cĩ tính ăn mịn mạnh, nên bánh cơng tác là chi tiết chịu tác dụng lớn nhất về lực, về nhiệt, về dao động và ăn mịn trong tuabin. Bánh cơng tác của trục tuabin được tạo nên bởi nhiều cánh phân bố đều trên đĩa quay, tạo nên nhiều rãnh thơng nhỏ hướng sản vật cháy đi vào các rãnh trên bánh cánh, từ phía đường kính ngồi sau đĩ dần chuyển theo hướng trục đi ra khỏi bánh cơng tác. Các cánh và đĩa của bánh cơng tác được đúc chính xác thành một chi tiết. Đĩa bánh cơng tác là chi tiết được rèn rồi gia cơng. Cĩ nhiều phương pháp gia cơng, thân cánh cĩ thể dùng cơng nghệ phay, sau đĩ ép lăn, đánh bĩng, chân cánh cĩ thể phay hoặc chuốt.
Trục quay là chi tiêït trên đĩ được lắp bánh cơng tác của tuabin và bánh cơng tác của máy nén. Trục được tỳ lên các bạc đỡ để thực hiện việc truyền mơmen từ bánh cơng tác của tuabin đến bánh cơng của máy nén để tăng lượng khí nạp cho động cơ. Bánh cơng tác tuabin và trục quay được lăïp ghép theo mối liên kết hàn liền thành một chi tiết được gọi là trục rơto tuabin, cịn bánh cơng tác máy nén lắp vào trục được hãm bởi êcu đầu trục.
3.4. Ổ ĐỠ, BAO KÍN TRONG BỘ TURBO. 3. 4.1. Ổ đỡ:
Trong bộ turbo này dùng loại ổ đỡ bằng bạc gối hai đầu. Ơø đỡ là chi tiết làm việc trong điều kiện tốc độ lớn, tải trọng nhẹ, nhiệt độ cao. Do vậy, vật liệu chế tạo bằng hợp kim đồng và graphít chịu nhiệt và bơi trơn tốt. Loại này cĩ cấu tạo đơn giản, tuổi thọ sử dụng cao.
3.4.2. Bao kín.
Việc bao kín nhằm ngăn lọt dầu và khí, là khâu quan trọng đảm bảo cho động cơ hoạt động tin cậy. Phần bao kín phải đảm bảo khi động cơ chạy ở tải nhỏ,
đầu bơi trơn khơng lọt sang phần dẫn khí và khi động cơ chạy ở tải lớn khơng để lọt khí sang khơng gian chứa dầu.
Vịng găng được lắp trong rãnh bao kín ở đầu máy nén và đầu tuabin. Nhờ lực đàn hồi của vịng găng ép chặt vào vỏ tuabin, giữa rãnh và vịng găng tạo nên khe hở sườn rãnh lớn hơn độ chuyển dịch chiều trục. Vịng găng được đúc bằng gang hợp kim, ở đầu máy nén và đầu tuabin được lắp bởi hai vịng găng, chung một rãnh, miệng vịng găng đặt lệch nhau một gĩc 1800 để tạo cho vịng găng bao kín tốt hơn. 3.4.3. Van giảm áp và bộ phận chấp hành.
Tuabin tăng áp tạo điều kiện nâng cao cơng suất động cơ bằng cách tăng áp suất khơng khí nạp vào trong xy lanh, nhưng nếu áp suất khơng khí tăng quá cao thì cơng suất của động cơ tăng cao. Làm cho đường đặc tính của động cơ khơng phù hợp với chế độ làm việc, tức là động cơ làm việc ở chế độ Ne, Me cao khơng cần thiết. Vì vậy, để cải thiện đặc tính của động cơ thì ta phải lắp van giảm áp nhằm