4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ MTU 12V-396-TC1LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU
4.2. Biện pháp tăng áp không có máy nén
Phương pháp làm cho áp suất nạp vào động cơ đốt trong lớn hơn giá trị thông thường mà không cần dùng đến máy nén cũng như một số phương pháp tăng áp cao đang phổ biến trong thực tế.
a)Tăng áp dao động và cộng hưởng
Hình 2-7. Sơ đồ nguyên lý tăng áp cộng hưởng.
1- Bình ổn áp; 2- Ống cộng hưởng; 3- Xi lanh; 4- Bình cộng hưởng.
Hệ thống nạp tăng áp cộng hưởng gồm một hệ thống bình và ống có khả năng gây ra dao động trong đường nạp được nối với nhiều xilanh. Nguyên tắc bố trí các nhánh ống đến xilanh là làm cho quá trình có tính chu kỳ của các xilanh phù hợp với tần số của hệ thống đường ống nạp. Khi đó các xilanh được nối với nhau ở số vòng quay cộng hưởng sẽ nhận được áp suất nạp tăng áp.
Sự dao động của sóng áp suất khí nạp trong đường ống nạp phù hợp với sự chuyển động của piston. Chuyển động của piston trong mỗi xilanh sinh ra dao động sóng áp suất và sóng này có thể truyền đến đường nạp của các xilanh khác. Như vậy để ngăn không cho dao động của xilanh này ảnh hưởng đến xilanh khác, ta phải bố trí sao cho các xilanh chung đường ống nạp phải có các kỳ trùng tên xa nhất có thể được. Ví dụ, động cơ 4 xilanh có thứ tự nổ là 1-3-4-2 thì để tạo hệ thống nạp cộng hưởng, phải có hai nhánh ống nạp cho hai nhóm xilanh: Nhóm các xilanh 1 và 4, nhóm các xilanh 2 và 3. Khi đó trong một nhánh ống, nếu xilanh này đang ở kỳ nạp thì xupáp ở xilanh kia đang đóng kín, sóng áp suất của chúng không ảnh hưởng đến nhau.
Phạm vi sử dụng : Chỉ được sử dụng trên động cơ đời mới vì khi tăng áp cho động cơ bằng phương pháp cộng hưởng thì kết cấu đường ống nạp sẽ rất phức tạp, giá thành cao
b) Tăng áp trao đổi sóng áp suất
Giới thiệu sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ tăng áp bằng sóng khí được biểu diễn ở Hình 5-8
3
4 2
3
4 2
1
Hình 5-8 Sơ đồ hệ thống tăng áp bằng sóng khí
1. Không khí thấp áp; 2- Dây đai; 3- Không khí cao áp ;4- Động cơ;
5- Khí thải cao áp; 6- Khí thải thấp áp; 7- Rôto.
• Nhận xét :
- Ưu điểm : Áp suất tăng áp càng cao, khi tốc độ động cơ càng thấp, nhờ đó động cơ sẽ có mômen lớn tại tốc độ thấp
- Nhược điểm : Thiết bị cồng kềnh chiếm không gian lớn, trục khuỷu động cơ dẫn động rôto tiêu thụ 1÷2% công suất động cơ, tiếng ồn lớn, tuổi thọ của rôto thấp nên chưa được sử dụng rộng rãi.
c)Tăng áp tốc độ
Trong các động cơ đặt trên máy bay hoặc trên ôtô đua còn có thể sử dụng dòng không khí ngược với chiều chuyển động của máy bay và ôtô để làm tăng khối lượng môi chất nạp vào động cơ. Phương pháp này được gọi là phương pháp tăng áp tốc độ.
Hiện nay, phương án này ít được sử dụng nên chỉ giới thiệu sơ lược như trên.
d)Tăng áp cao
Để đạt được tăng áp cao và tránh được một số hạn chế do tăng áp gây ra, người ta thực hiện các phương pháp tăng áp sau:
- Tăng áp hai cấp.
Sơ đồ nguyên lý của phương pháp tăng áp hai cấp được biểu diễn trên Hình 5.9. Ở đây có hai cụm TB-MN một áp suất cao, một áp suất thấp. Với cách bố trí này có thể đạt được ưu điểm sau:
+ Sử dụng được cụm TB-MN thông thường.
+ Cho phép tận dụng tốt hơn năng lượng khí xả nên khi cùng áp suất tăng áp, hiệu suất sẽ cao hơn so với tăng áp TB khí thông thường.
+ Khoảng làm việc TB rộng hơn, ít xảy ra trường hợp rơi vào vùng làm việc không ổn định của cụm TB-MN.
K
K
T
T
Hình 5-9 Sơ đồ nguyên lý tăng áp 2 cấp K- Máy nén T- Tuabin
+ Tốc độ vòng của rôto nhỏ hơn.
Nhược điểm cơ bản của tăng áp hai cấp là chiếm không gian lớn và gia tốc kém. Vì tăng áp cao nên đòi hỏi phải có hệ thống phụ để giải quyết chế độ khởi động và làm việc không tải.
e)Tăng áp Miller.
Sự tăng ứng suất nhiệt và ứng suất cơ tác dụng lên các chi tiết của động cơ đốt trong ngay cả ở chế độ tải trọng nhỏ, đặc biệt khi tăng áp hai cấp đã hạn chế khả năng tăng áp suất cho động cơ đốt trong. Cụm TB-MN cung cấp lưu lượng khí giảm khi chế độ tải trọng nhỏ làm giảm hệ số dư lượng không khí dẫn đến tăng tải trọng nhiệt lên động cơ đốt trong. Trong phương pháp tăng áp Miller, trạng thái của môi chất ở đầu quá trình nén được thay đổi nhờ có thay đổi thời gian đóng của xupáp nạp theo chế độ công tác của động cơ đốt trong. Khi tải của động cơ đốt trong càng tăng, tỉ số tăng áp càng tăng do năng lượng cấp cho TB-MN tăng, xupap nạp luôn có xu hướng đóng sớm hơn, thậm chí đóng trước cả điểm chết dưới. Cuối hành trình, khi xupap nạp đóng, xilanh được điền đầy hoàn toàn bởi khí mới với áp suất tăng áp rất cao.
f)Tăng áp siêu cao
Biện pháp tăng áp này được thực hiện cho động cơ diesel nhằm đáp ứng yêu cầu đạt pe cao trong phạm vi rộng của số vòng quay trong khi vẫn cho khả năng gia tốc tốt. Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên Hình 5-10.
Đối với loại tăng áp siêu cao, phía trước TB có bố trí buồng đốt 7 phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, một lượng nhiên liệu và không khí được đưa thêm vào buồng đốt cùng với khí xả. Không khí đưa thêm được trích từ máy nén, được điều chỉnh để có số lượng thích hợp, đi qua một ống nhánh sau đó trộn với khí xả và đi vào buồng đốt. Phương pháp này có thể được sử dụng trong động cơ diesel có tỉ số nén rất thấp (có thể ~7) và tỉ số tăng áp rất cao.
Hình 5-10 : Sơ đồ nguyên lý của biện pháp tăng áp siêu cao
1- Động cơ khởi động ; 2- Làm mát khí tăng áp ; 3- Ống vòng ; 4- Bơm nhiên liệu 5- Bộ điều chỉnh ; 6 - Ống xả ; 7 – Buồng đốt ; 8 – Bộ đánh lửa
Phạm vi sử dụng : Vì giá thành của hệ thống cao và tiêu hao nhiên liệu lớn, nên nó chỉ sử dụng ở nơi mà cần trọng lượng nhỏ, kích thước nhỏ mà khả năng tăng tốc lớn.
g)Tăng áp chuyển dòng
Khi áp suất tăng áp cao người ta thường sử dụng TB đẳng áp vì nó có hiệu suất cao ở chế độ làm việc định mức, nhưng ở các chế độ tải khác nó có nhiều nhược điểm, nhất là chế độ tải nhỏ của ĐCĐT. Để khắc phục nhược điểm này, người ta bố trí nhiều bộ tăng áp nhỏ làm việc theo chế độ lắp song song mà phạm vi hoạt động của chúng phụ thuộc vào chế độ tải của động cơ. Tăng áp chuyển dòng có thể là tăng áp một cấp hoặc hai cấp. Việc đóng hoặc mở TB phụ thuộc vào tải và số vòng quay của động cơ được điều khiển từ bên ngoài.
KẾT LUẬN : Qua các phân tích trên ta thấy hệ thống tăng áp có máy nén dùng tuabin khí liên hệ khí thể có nhiều ưu điểm nhất vì nó cho phép lợi dụng tối đa năng lượng khí xả, tạo ra hiệu suất cũng như tính hiệu quả cao cho ĐCĐT, thích hợp cho các động cơ cỡ lớn. Chính vì vậy mà hệ thống tăng áp này rất thích hợp để lắp trên động cơ MTU
5.TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ MTU 12V-396-TC14 .