5. PHĐN TÍCH VĂ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÂP TĂNG ÂP
5.1.1. Phđn tích sơ đồ tăng âp tuốc bin khí liín hệ cơ khí
3 1
5
4
2 Po,To
Hình 5–2 Sơ đồ nguyín lý tăng âp cơ khí
1- Động cơ đốt trong; 2- Bânh răng truyền động; 3- Mây nĩn; 4- Đường nạp; 5- Thiết bị lăm mât
Tăng âp cơ khí lă bộ tăng âp do bản thđn động cơ dẫn động qua bânh răng, bânh đai hoặc xích, đơi khi cịn cĩ cả ly hợp, tỉ số truyền giữa chúng lă khơng đổi. Mây nĩn cơ khí chạy bằng lực kĩo trích ra từ trục khuỷu động cơ, do vậy nĩ cũng
Hiện đại Tuốc bin khí Dẫn động cơ khí Hỗn hợp Sĩng âp suất Tốc độ Dao động vă cộng hưởng Liín hệ khí thể Liín hệ cơ khí Liín hệ thủy lực Lắp nối tiếp Lắp song song Tăng âp Truyền thống
tiíu tốn một phần động năng cĩ ích. Tăng âp bằng nguồn động lực lấy từ trục khuỷu động cơ, sử dụng mây nĩn khí được gọi bằng tín Superchanger được dùng cho động cơ truyền thống.
Hệ thống tăng âp dẫn động bằng cơ khí được đặt trín động cơ vă được dẫn động bằng trục khuỷu thơng qua một bộ truyền đai (Hình 5-3) hoặc bânh răng, xích...
Hình 5 - 3 Tăng âp cơ khí dẫn động bằng đai răng
Khí nạp qua Supercharger sẽ được nĩn lại bởi bânh cơng tâc (kiểu supercharger ly tđm) hoặcmột cặp cânh quạt quay (kiểu Superchager cânh quạt) hoặc roto đối lập (kiểu Superchager chđn ren) sau đĩ khí nạp sẽ được nạp văo buồng chây. Tốc độ căng cao thì sự cung cấp khí nạp của hệ thống Supercharger tăng lín. Tốc độ tối thiểu để hệ thống Supercharger bắt đầu hoạt động lă 15.000v/ph (kiểu cânh quạt vă chđn vịt) 40.000 v/ph (kiểu Supercherger ly tđm).
Câc loại mây nĩn được sử dụng trong phương phâp tăng âp cơ khí cĩ thể lă: mây nĩn kiểu piston, quạt roto, trục xoắn, quạt ly tđm, hoặc quạt hướng trục được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ.
Phương phâp dẫn động mây nĩn rất phong phú, trong nhiều trường hợp giữa mây nĩn vă trục khuỷu của động cơ cĩ bố trí ly hợp nhằm cho phĩp điều khiển phạm vi hoạt động của mây nĩn dẫn động cơ khí cho phù hợp với chế độ lăm việc của động cơ đốt trong.
Cơng suất của động cơ đốt trong được xâc định theo cơng thức sau: NeT = NiT - NmT - Nk
Cơng suất cĩ ích được lấy từ trục khuỷu động cơ NeT cĩ được từ cơng suất chỉ thị NiT sau khi bị khấu trừ đi tổn thất cơ giới của bản thđn động cơ NmT vă cơng suất Nk để dẫn động mây nĩn.
Cơng suất dẫn động mây nĩn chỉ phụ thuộc văo số vịng quay của nĩ, vì vậy nếu động cơ lăm việc ở chế độ tải nhỏ thì số phần trăm cơng suất tổn thất cho việc dẫn động mây nĩn tăng lín lăm giảm mạnh hiệu suất tổng của động cơ đốt trong.
Cơng suất dẫn động mây nĩn tăng nhanh hơn mức độ tăng âp suất chỉ thị pi. Vì vậy, khi sử dụng tăng âp dẫn động cơ khí lăm cho hiệu suất động cơ giảm khi âp suất tăng âp tăng.
Chính vì vậy, phương phâp tăng âp dẫn động cơ khí chỉ được âp dụng ở những mục đích cần thiết vă âp suất tăng âp p1 nhỏ hơn hoặc bằng 1,6 kG/cm2, nếu pk lớn hơn 1,6 kG/cm2 thì Nk sẽ lớn hơn 10%Ne.
Với phương phâp tăng âp cơ khí, chất lượng khởi động vă tăng tốc tốt, vì lượng khơng khí cấp cho động cơ một chu trình phụ thuộc văo vịng quay trục khuỷu mă khơng phụ thuộc nhiệt độ khí thải.
Đối với tăng âp cơ giới, năng lượng tiíu hao để dẫn động mây nĩn tăng lín, giảm hiệu suất, giảm tính kinh tế động cơ.
ĐC a) P K P0 MN ĐC b) PK P 0 MN TB P T P T' P K c) ĐC P T' TB KN MN P0 LM P T
Hình 5 - 4 Câc sơ đồ nguyín lý tăng âp cơ khí
a - Sơ đồ tăng âp cơ khí khơng tận dụng năng lượng khí xả; b- Sơ đồ tăng âp cơ khí cĩ tận dụng khí xả; c- Sơ đồ tăng âp cơ khí sử dụng ly hợp lắp giữa động cơ vă mây nĩn; MN- mây nĩn; TB- Tuốc bin; ĐC- Động cơ; LM- lăm mât; KN- Khớp nối; P0- âp suất mơi trường; Pk- âp suất khí tăng âp; PT- Âp suất khí thải ra mơi trường.
* Ưu điểm của tăng âp cơ khí:
Với phương phâp tăng âp cơ khí, chất lượng khởi động vă tăng tốc động cơ tốt vì lượng khơng khí cấp cho động cơ trong một chu trình phụ thuộc văo vịng quay trục khuỷu mă khơng phụ thuộc văo nhiệt độ khí thải.
Nổi bật của tăng âp cơ khí lă tính hưởng ứng rất nhanh khi tăng tốc. Bộ tăng âp trong hệ thống tăng âp cơ khí thường dùng mây nĩn thể tích, động cơ cỡ nhỏ thường dùng mây nĩn rơto. Bín trong mây nĩn rơto khơng cĩ quâ trình nĩn nhưng khơng khí tại cửa ra gặp dịng khí nĩn đi ngược bị nĩn trong khơng gian kín giữa rơto vă vỏ nín hiệu suất hơi thấp vă gđy tiếng ồn. Ưu điểm của mây nĩn rơto lă khơng cĩ sự tiếp xúc giữa rơto vă vỏ cũng như giữa rơto với nhau nín khơng cần bơi trơn, vì vậy khí nĩn do bơm rơ to cung cấp lẫn rất ít dầu nhờn.
Âp suất pk căng lớn, rị rỉ qua khe hở căng nhiều, vì vậy lăm giảm hiệu suất dung tích vă hiệu nĩn, nếu tăng tốc độ quay tính năng của mây nĩn sẽ khâ hơn. Mây nĩn kiểu phiến gạt vă kiểu vít vơ tận hiệu suất cao hơn vă tiếng ồn ít hơn, nhưng chúng lại cĩ cấu tạo phức tạp nín hiện nay ít dùng ngoăi bộ tăng âp nhên hiệu Bendix (Mỹ) cịn cĩ thị trường tiíu thụ trín động cơ cỡ nhỏ.
Ưu điểm chính của câc loại mây nĩn thể tích so với mây nĩn ly tđm lă khơng bị hạn chế bởi tốc độ mất ổn định trong phạm vi hoạt động của động cơ, mặc khâc lưu lượng khơng khí lại tỷ lệ thuận với tốc độ, tương tự như đặc tính lưu lượng của động cơ. Vì vậy rất dễ phối hợp với hoạt động của động cơ nhất lă ở khu vực tốc độ thấp, hiệu quả tăng âp rất rõ rệt. Chính vì vậy hiện nay tăng âp cơ khí vẫn được sử dụng để cải thiện tính năng tấp tốc của động cơ tăng âp.
* Nhược điểm của tăng âp bằng cơ khí:
- Đối với tăng âp cơ khí, năng lượng tiíu hao để dẫn động mây nĩn tăng lín nín lăm giảm hiệu suất cơ giới, lăm giảm tính kinh tế của động cơ. Bín cạnh đĩ, thì bộ tăng âp năy phù hợp với câc loại động cơ diesel thấp tốc, vă do cĩ khối lượng lớn nín khơng sử dụng trín động cơ cao tốc ngăy nay.
- Tăng âp được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ, nín động cơ phải tiíu hao một phần cơng suất để dẫn động. Vì thế hiệu quả tăng âp khơng được cao.
- Ở tăng âp sử dụng mây nĩn thể tích (đối với động cơ 2 kỳ) được dẫn động bằng cơ khí nín tồn tại những khuyết điểm: Khơng tận dụng được một phần năng lượng khí xả, mất một phần cơng suất của động cơ đốt trong để dẫn động mây nĩn, lượng lọt khí tăng khi số vịng quay giảm.
Vì vậy, nếu bảo đảm sử dụng cơng suất dẫn động mây nĩn một câch hợp lý sẽ khơng thể đâp ứng một câch hoăn hảo yíu cầu tăng mơmen khi số vịng quay giảm.
Muốn đâp ứng tốt nhất đặc tính mơmen buộc phải sử dụng mây nĩn cĩ kích thước lớn. Điều năy dẫn đến mây nĩn cung cấp năng lượng khí thừa so với yíu cầu.
- Những nhược điểm của hệ thống tăng âp dẫn động cơ khí được khắc phục khi sử dụng tổ hợp tuốc bin–mây nĩn để tăng âp. Vă phương phâp năy được âp dụng rộng rêi trong động cơ đốt trong lắp trín ơto vă mây kĩo.
Cần tìm mọi câch giảm tổn hao trong tăng âp cơ khí, muốn vậy khi chạy ở tải vừa vă nhỏ cần tâch ly hợp. Đồng thời cũng cần đảm bảo câc yíu cầu khâc như tính năng giảm tốc tức thời, tuổi thọ cao...Muốn vậy cần căi trước bânh răng truyền động, căi răng ở tốc độ cao, giảm tần số căi vă khi căi khơng tạo ra tăng âp, qua đĩ kĩo dăi tuổi thọ của ly hợp.