4.1. Tăng âp cho động cơ lắp trín ơtơ du lịch
Tăng âp cho động cơ lắp trín du lịch ngoăi những đặc điểm chung đối với tăng âp cho động cơ đốt trong cịn cần thỏa mên một số yíu cầu sau:
- Mơmen động cơ phât ra tăng khi số vịng quay giảm để cĩ thể thắng được sức cản lớn hơn, ví dụ khi xe lín dốc mă khơng phải sang số hoặc tạo điều kiện để cĩ thể cĩ điểm lăm việc cố định ở số vịng quay thấp đối với xe cĩ hộp số với biến mơ thủy lực.
- Đâp ứng nhanh khi cĩ yíu cầu về tăng cơng suất mă lực quân tính khơng đâng kể, tức lă khả năng tạo ra sự tăng âp suất tăng âp nhanh nhất.
- Lăm việc ở phạm vi thay đổi số vịng quay lớn.
- Cho khả năng thể tích, trọng lượng vă giâ thănh nhỏ nhất.
Tăng âp bằng tuốc bin mây nĩn cho xe du lịch cần đâp ứng được câc điều kiện tiín quyết lă tuốc bin, mây nĩn nhỏ vă rẻ, cĩ số vịng quay cao, hiệu suất đạt được tương đối cao ở lưu lượng nhỏ, đồng thời tuốc bin mây nĩn phải cĩ độ bền nhiệt cao.
4.2. Tăng âp cho động cơ xăng
Chúng ta đê biết ngay ở thời kỳ đầu của sự phât triển của động cơ đốt trong, tăng âp cho động cơ xăng đê được quan tđm thích đâng nhằm thỏa mên cho động cơ dùng trong mây bay.
Tăng âp cho động cơ xăng lắp trín mây bay cĩ những ưu điểm sau:
Tỷ trọng khơng khí giảm khi chiều cao tăng vì vậy nếu cĩ sử dụng tăng âp thì sẽ bù đắp được tổn thất cơng suất do mật độ khơng khí giảm mă khơng tăng tải trọng cơ học do âp suất trong xylanh cao nếu như mức độ tăng âp tuyệt đối khơng vượt quâ cơng suất đạt được khi động cơ trín mặt đất.
Nhiệt độ của khơng khí lín cao giảm cho phĩp trânh được nhiệt độ cuối quâ trình nĩn vă của chu trình quâ cao, cũng như trânh được khả năng gđy ra kích nổ do tăng âp.
Tăng âp lăm tăng lăm tăng khả năng kích nổ nhưng do số vịng quay của động cơ cũng tăng nín hạn chế được hiện tượng năy.
Khả năng sử dụng câc loại nhiín liệu cĩ tính chống kích nổ cao (trị số ốc tan lớn) vì ở đđy khơng chú ý nhiều đến giâ cả nhiín liệu.
Cĩ khả năng ứng dụng loại nhiín liệu đặc biệt hoặc phun nước để đạt cơng suất cao trong thời gian ngắn khi cất cânh.
Tuy nhiín, những ưu việt trín khơng thể âp dụng cho động cơ ơtơ du lịch. Sự kích thích cho việc phât triển tăng âp cho động cơ xe du lịch khơng được chú trọng một câch đầy đủ vì để tăng âp cơng suất thì cĩ thể sử dụng một biện phâp đơn giản vă rẻ tiền hơn đĩ lă tăng dung tích động cơ, biện phâp tăng âp chỉ dùng cho xe đua vă xe thể thao.
Động cơ xăng cĩ sử dụng tăng âp cho xe du lịch đầu tiín xuất hiện văo năm 1962 ở Mỹ. Từ năm 1962 đến 1976, một loạt lớn động cơ tăng âp cho ơtơ du lịch được sản xuất tại Mỹ, riíng hêng Chevrodet Corvai đê cĩ 60.000 chiếc trong khoảng thời gian đĩ, tuy nhiín vẫn chưa đạt được sự đột phâ trong lĩnh vực năy. Nhờ tăng âp cơng suất của động cơ đê được cải thiện từ 74 KW lín tới 110 KW rồi 130 KW song đặc tính động học của ơtơ vẫn khơng được cải thiện.
So với động cơ diesel thì tăng âp cho động cơ xăng gặp ba trở ngại chính lă vấn đề kích nổ, nhiệt độ khí xả cao vă đặc tính về điều chỉnh về số lượng khí hỗn hợp.
4.3. Tăng âp cho động cơ diesel dùng cho ơtơ du lịch
Như đê nhấn mạnh, việc thực hiện tăng âp cho động cơ diesel dễ dăng hơn vă thuận lợi hơn nhiều so với động cơ xăng, tuy vậy trong lĩnh vực ơtơ du lịch, trước đđy động cơ diesel nĩi chung vă động cơ diesel tăng âp khơng được sử dụng rộng rêi. Song rất nhiều hêng như BMW, Diemler – Benzen đê tập trung nhiều nghiín cứu rất sớm vă tung ra thị trường rất nhiều ơtơ du lịch cĩ động cơ tăng âp khâc nhau. Dưới đđy chỉ giưới thiệu một văi mẫu động cơ của hai hêng BMW- vă Deimler – Benz.
BMW bắt đầu sản xuất động cơ diesel tăng âp dùng cho động cơ du lịch tương đối muộn hơn câc hêng khâc, năm 1982–1983 cho ra đời động cơ D x S = 80x 81mm, dung tích cơng tâc Vh= 2443cm3, buồng chây ngăn câch, = 22, đạt cơng suất Ne = 85 kw ở 4800 (v/ph), moomen cực đại 210 Nm ở 2400(v/ph). Gần đđy nhất năm 1999 cho ra đời động cơ diesel tăng âp cĩ câc chỉ số sau : Động cơ chữ V, 8 xylanh, D x S = 8488, Vh= 3901cm3, buồng chây thống nhất (với 4 xupap ). Nhằm tạo xôy lốc, động cơ năy cĩ bố trí hai đường nạp, một bố trí tiếp tuyến vă một dạng xôy lốc.
Trong sự phât triển động cơ diesel tăng âp dùng cho xe du lịch mới đđy Merced Benz đê sản xuất hăng loạt động cơ OM660 CDI lắp trín xe du lịch cỡ nhỏ Smart. Động cơ 660 CDI lă động cơ diesel phun trực tiếp ( buồng chây thống nhất ) được tăng âp cĩ kích thước nhỏ nhất thế giới:
- Động cơ 3 xylanh thẳng hăng, D x S = 65,5 x 79 mm, phun nhiín liệu trực tiếp, tỷ số nĩn = 18,5
- Hệ thống nhiín liệu Common Rail
- Luđn hồi khí xả được điều khiển bằng điện
- Cụm tuốc bin mây nĩn được điều chỉnh bằng van xả, âp suất tăng âp tối đa lă 2,2 bar.
- Lăm mât khí tăng âp
Điều đặc biệt ở động cơ năy lă ở chỗ đường kính xylanh rất nhỏ, chỉ 65,5mm mă dùng kim phun trực tiếp. Bộ tuốc bin - mây nĩn được chọn bảo đảm cĩ hiệu suất tốt vă khả năng tăng tốc tốt ở chế độ tốc thấp vì vậy đường kính tuốc bin chỉ cĩ 31 mm (chỉ bằng đường kính của mặt đồng hồ đeo tay) vă số vịng quay lớn nhất lă 280.000 (v/ph).
Qua việc nghiín cứu tìm hiểu về tăng âp động cơ dùng cho xe du lịch, một lần nữa khẳng định rằng câc thănh tựu hiện đại nhất của khoa học kỹ thuật được ứng dụng một câch kịp thời, nhanh chĩng trong ngănh chế tạo động cơ nhằm đạt được cơng suất lớn, đạt được mơmen như mong muốn, song vẫn bảo đảm tiíu hao nhiín liệu vă lượng khí xả độc hại thấp nhất, độ tin cậy vă độ bền cao.
4.4. Tăng âp cho động cơ ơtơ tải
Mặc dầu văo những năm 30 đê xuất hiện loại tăng âp cơ khí dùng cho động cơ ơtơ tải vă văo năm 1983 đê cĩ những thí nghiệm ứng dụng tăng âp bằng tuốc – mây nĩn cho động cơ xe tải song mêi đến năm 1972 nĩ mới được đưa văo thực tế. Như vậy so với động cơ cĩ cơng suất lớn nĩ xuất hiện muộn hơn nhiều. Sở dĩ như vậy lă do ngoăi nhược điểm về gia tốc thì việc thiếu câc bộ tuốc bin – mây nĩn cĩ kích thước nhỏ song hiệu suất cao ở lưu lượng nhỏ phù hợp ở chế độ số vịng quay nhỏ của động cơ.
Ngoăi ra, văo thời gian đĩ câc yíu cầu giảm về thể tích, trọng lượng vă giâ thănh cho động cơ cĩ cơng suất nhỏ lắp trín xe tải khơng gay gắt như động cơ cĩ cơng suất lớn. Song với động cơ sử dụng cho xe du lịch thì cũng cịn sớm hơn lă do những điều kiện để thực hiện tăng âp bằng tuốc bin – mây nĩn cho xe tải cịn đơn giản hơn. Đĩ lă do câc lý do sau:
Phạm vi lăm việc (số vịng quay) của động cơ dùng cho xe tải hẹp hơn nhiều so với động cơ dùng cho ơtơ du lịch.
Động cơ dùng cho xe tải thường được sử dụng ở chế độ tải lớn hoặc toăn tải. Ngoăi ra, xe tải cịn thường hoạt động ở phạm vi rộng, đường dốc ít nín sử dụng ở
chế độ gia tốc.
Cũng chính do những nguyín nhđn năy mă ở những động cơ tăng âp bằng tuốc bin – mây nĩn dùng cho xe tải ít khi sử dụng câc biện phâp cải thiện tính năng gia tốc như dùng van xả mă người ta thường chú trọng đến câc biện phâp cải thiện đặc tính ngoăi của động cơ.
Nĩi về sự phât triển của động cơ tăng âp dùng cho xe tải phải nhắc đến hêng Saurer vì nĩ lă hêng đầu tiín sử dụng tăng âp cho xe tải. Động cơ tăng âp cơ khí được sản xuất hăng loạt văo năm 1956. Năm 1972, hêng Saurer thực hiện chế tạo động cơ tăng âp tuốc bin – mây nĩn thay vì tăng âp cơ khí cho động cơ xe tải. Năm 1978 Saurer cho ra đời động cơ tăng âp hỗn hợp tuốc bin- mây nĩn với tăng âp dao động vă cộng hưởng.
Hêng DAF của Hă Lan cho ra đời động cơ tăng âp bằng tuốc bin – mây nĩn cĩ lăm mât khí tăng âp bằng khơng khí sử dụng cho xe tải văo năm 1973, động cơ 6 xylanh, D x S = 130 x 146 mm, cơng suất 206 KW, mơmen cực đại 1260 Nm ở 1300 (v/ph) vă tiíu hao nhiín liệu nhỏ nhất lă 207 (g/ KW.h).
Nĩi đến tăng âp cho ơtơ tải cũng khơng thể khơng nhắc đến hêng Deimler – Benz. Văo khoảng đầu thập kỷ 80 hêng năy đê cho ra đời động cơ OM 442 LA lă động cơ V8 cĩ DxS = 128x142 mm, lăm mât khí tăng âp bằng nước.
4.5. Tăng âp cho động cơ sử dụng ở câc lĩnh vực khâc 4.5.1. Sử dụng tăng âp hai cấp cho động cơ cơng suất cao 4.5.1. Sử dụng tăng âp hai cấp cho động cơ cơng suất cao
Câc biện phâp tăng âp gồm (tăng âp cơ khí, tăng âp bằng tuốc bin khí, tăng âp hỗn hợp, tăng âp dao động vă cộng hưởng, tăng âp nhờ sĩng âp suất – tăng âp COMPREX, tăng âp cao), về đặc điểm của câc phương phâp tăng âp cao năy cho ta thấy vì sự tốn kĩm vă phức tạp nín biện phâp năy chỉ được âp dụng ở nơi cĩ yíu cầu cơng suất rất cao song thể tích vă trọng lượng lại bĩ, ví dụ: Sử dụng cho mục đích quốc phịng như (xe tăng, tău cao tốc ...), khi sử dụng tăng âp cao phải cĩ câc biện phâp để giảm tải trọng vă nhiệt cho câc chi tiết của động cơ mă một trong câc biện phâp đĩ lă giảm tỷ số nĩn của động cơ vă cũng chính vậy, mă lăm tăng tiíu tiíu hao nhiín liệu. Dưới đđy giới thiệu hai ví dụ tăng âp cao theo nguyín lý Miller, chuyển dịng vă hyperbar.
Hêng Grandi Motori Trieste (GMT) cĩ động cơ B320 thực hiện tăng âp 2 cấp kết hợp với Miller. Ở động cơ năy âp suất cực đại của quâ trình chây gần như khơng đổi so với tăng âp một cấp lă Pzmax = 127 bar.
Nhờ cĩ thay đổi gĩc đĩng muộn của xupap nạp lăm cho tỷ số nĩn thực tế khi khởi động vă tải nhỏ lă = 11,8 vă toăn tải lă = 8,5.
Nhờ đĩ động cơ B320DV cĩ D x S = 230 x 270 mm, chữ V, 20 xylanh cĩ tỷ số tăng âp lă 4,9 đạt cơng suất 5260 kw ở 1200 v/ph (263 KW/1 xylanh) vă Pe = 23,5bar, trong khi đĩ nếu tăng âp một cấp thì chỉ đạt Pc = 16,58 bar.
Giải phâp tăng âp 2 cấp hyperbar được thực hiện ở động cơ chữ V, 12 xylanh V12M3 của hêng Poyaud cĩ D x S = 135 x 122 mm, = 9,2, mỗi hăng xylanh cĩ một cặp tuốc bin – mây nĩn thấp âp vă một cặp tuốc bin – mây nĩn cao âp. Động cơ đạt cơng suất 885 KW ở 2375(v/ph) vă 1030 KW ở 2500 (v/ph) tương đương với âp suất cĩ ích Pe = 27,1 bar.
4.5.2. Động cơ diesel cho ngănh đường sắt
Động cơ 2 kỳ ở phạm vi cơng suất trung bình năy chỉ được sản xuất ở một số ít hêng chế tạo động cơ. Một trong câc hêng tiíu biểu lă GMC Electromotiv Division. Cĩ thể lấy kiểu động cơ lăm ví dụ, động cơ năy được sử dụng đặc biệt trong ngănh đường sắt vă nĩ thống trị trong ngănh đường sắt ở Mỹ. Động cơ sử dụng biện phâp quĩt thẳng qua 4 xupap bố trí ở nắp xylanh vă cửa quĩt ở thđn xylanh.
Tuốc bin – mây nĩn được kết nối với trục khuỷu qua bộ ly hợp tự động với một tỷ số truyền nhất định, nhờ đĩ khi động cơ đạt đến một giâ trị cơng suất xâc định, năng lượng khí xả cung cấp cho tuốc bin đủ lớn thì cụm tuốc bin – mây nĩn tâch khỏi sự dẫn động của trục khuỷu động cơ. Ví dụ điển hình của EMD lă động cơ EMD645 cĩ D x S = 230 x 245 mm, Vh=10,57 lít vă động cơ EMD 16 - 645E5 đạt cơng suất 2500 KW ở n = 900 (156 KW/1 xylanh). Nếu động cơ năy sử dụng cho tău thủy hoặc tĩnh tại thì cơng suất được giới hạn lă 148 KW/1 xylanh.
Qua ví dụ trín cho thấy, trong phạm vi số vịng quay năy, động cơ 2 kỳ khơng cĩ được sự hơn hẳn về cơng suất trín 1 xylanh nín những ưu điểm về thể tích, trọng lượng đê mất đi. Ngoăi ra tải trọng nhiệt ở động cơ 4 kỳ nhỏ hơn nhiều so với động cơ 2 kỳ. Chính vì vậy, trong phạm vi cơng suất vă tốc độ năy nín hiện nay động cơ 2 kỳ rất ít được sử dụng. Vì những lý do trín mă động cơ dùng cho tău hỏa vă tău thủy ở cơng suất trung bình phổ biến lă động cơ 4 kỳ.
Động cơ thích hợp với tău hỏa cĩ cơng suất lớn phải kể đến kiểu PAGV280/của hêng SEMT Pielstick cĩ D x S = 280 x 290 mm, ở số vịng quay khoảng 1000 1050 (v/ph) cho cơng suất 295 KW/xylanh, tức Pe = 20,8 bar. Loại động cơ năy cũng cịn được sử dụng cho tău thủy vă mây phât điện.
4.5.3. Động cơ diesel tốc độ trung bình dùng cho tău thủy vă mây phât điện phât điện
Xem xĩt xu hướng phât triển vă đặc điểm của động cơ diesel tăng âp cĩ tốc độ trung bình, tức lă động cơ cĩ số vịng quay từ 300 v/ph đến 1200 v/ph.
Từ năm 1973, thời gian xảy ra cuộc khủng hoảng nhiín liệu đến nay số lượng câc kiểu động cơ ở phạm vi tốc độ trung bình năy tăng một câch đâng kể. Văo năm 1984, cĩ khoảng 174 kiểu vă cơng suất của động cơ cũng được cải thiện rất nhiều.
Điều đĩ cho thấy vai trị cũng như sự thích thú đối với động cơ năy. Để lăm nguồn động lực cho tău thủy, phụ thuộc văo yíu cầu cơng suất vă số lượng động cơ bố trí trín tău thủy mă phải cĩ hộp số hoặc cĩ cả hộp thu cơng suất. Tuy vậy, nĩ vẫn phải bảo đảm gọn nhẹ vă rẻ hơn động cơ cỡ lớn cĩ cùng cơng suất mă xylanh khơng lớn quâ lăm giâ thănh bảo dưỡng, sửa chữa tăng.
Trong một số loại tău thủy như phă,... do điều kiện phải thường xuyín di chuyển, do kích thước lớn, đặc biệt lă chiều cao lớn do cĩ hănh trình lớn mă khơng thể sử dụng động cơ 2 kỳ tốc độ thấp. Trong lĩnh vực tĩnh tại (trạm phât điện) khi sử dụng động cơ cĩ số vịng quay lớn sẽ cĩ kích thước nhỏ vă như vậy kích thước của mây phât điện cũng nhỏ nín giâ thănh cũng vừa phải.
Ngoăi ra, với kỹ thuật hiện nay động cơ thuộc loại tốc độ trung bình năy cĩ thể sử dụng câc loại nhiín liệu cĩ chất lượng thấp (dầu nặng) như động cơ tốc độ thấp. Câc yếu tố trín kết hợp với kỹ thuật vă cơng nghệ tăng âp ở động cơ diezel khâ hoăn chỉnh cho phĩp tăng cao cơng suất riíng, song trong lĩnh vực năy số kiểu động cơ đê giảm đi rất nhiều, trong 174 kiểu động cơ loại năy chỉ cĩ 8 kiểu lă động cơ 2 kỳ. Câc kiểu động cơ loại năy thường sử dụng tăng âp xung, bảo toăn xung hoặc nhiều xung.