Tiểu luận Nhâp môn công nghệ kỹ thuật ôtô: Tìm hiểu động cơ turbo tăng áp của mẫu xe Hyundai

Chia sẻ: Banhbeodethuong | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

66
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu về yêu cầu, nhiệm vụ chung của động cơ Turbo tăng áp. Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của hệ thống Turbo tăng áp và cấu tạo, nguyên lý làm việc của từng bộ phận trong động cơ Turbo trên xe Hyundai. Phân tích được nguyên nhân hư hỏng từ đó được ra phương pháp kiểm tra, sửa chữa đồng thời đưa ra các giải pháp kiến nghị để hệ thống nhiên liệu động cơ xăng trên xe Hyundai hoạt động tốt hơn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận Nhâp môn công nghệ kỹ thuật ôtô: Tìm hiểu động cơ turbo tăng áp của mẫu xe Hyundai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANG KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ BÀI TIỂU LUẬN Chuyên đề: Tìm hiểu động cơ turbo tăng áp của mẫu xe Hyundai HỌC PHẦN : NHÂP MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ CBHD: ThS. ĐOÀN THANH SƠN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TRIỆU QUÝ Mã số sinh viên: 197OT10432 TPHCM, Tháng 8 năm 2020 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Ý THỨC THỰC HIỆN: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. NỘI DUNG THỰC HIỆN: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….. HÌNH THỨC TRÌNH BÀY: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… TỔNG HỢP KẾT QUẢ: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….. TPHCM,Ngày…tháng… năm 2020 Giảng viên hướng dẫn (kí,ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN
[Gõ ở đây] Tiểu luận tốt nghiệp nằm trong chương trình đào tạo kỹ sư của ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô,khoa công nghệ kỹ thuật ô tô trường Đại Học Văn lang. Trong thời gian làm bài,em đã nhận được sự giúp đỡ,đóng góp ý kiến chỉ bảo nhiệt tình từ quý thầy cô. Trong suốt quá trình thực hiện bài báo cáo,tuy em gặp không ít khó khan nhưng với sự giúp đỡ chân thành từ quý thầy cô và bạn bè đã giúp bài tiểu luận giữa kỳ của em được hoàn thành tốt đẹp. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Đoàn Thanh Sơn,giảng viên khoa công nghệ kỹ thuật ô tô đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình làm bài . Qua đó em cũng cảm ơn chân thành cảm ơn các quý thầy cô ở khoa công nghệ kỹ thuật ô tô đã tận tình giúp đỡ em trong suốt mùa hcoj online này. Thời gian làm bài có hạn,và việc vận dụng kiến thức chuyên môn chưa được nhạy bén và sâu sắc vì vậy bài báo cáo không tránh khỏi sai sót kính mong được nhận sự thông cảm góp ý của quý thầy cô Cuối lời,em xin chúc quí thầy cô trong trường dồi dào sức khỏe và công tác thật tốt. Trân trọng kính trào! Sinh viên thực hiện: Nguyễn Triệu Quý 3
Mục Lục Mục Lục ……………………………………………………………..4 Mở Đầu……………………………………………………………… 7 Phần I : Giới thiệu đề tài 1.Tính cấp thiết đề tài………………………………………………..8 2.Ý nghĩa đề tài………………………………………………………8 3.Mục tiêu của đề tài…………………………………………………9 Phần II: Nội Dung đề tài Chương 1:Tổng quan về động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai 1.1Turbo tăng áp là gì……………………………………………..10 1.2 Lịch sử phát triển động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai…10 1.3 Đặc điểm của động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai……….11 1.4 Phân loại các động cơ tăng áp………………………………....12 1.4.1 Tăng áp cho động cơ xăng……………………………. ….13 1.4.2 Tăng áp cho động cơ diesel………………………….. …...14 1.4.3 Tăng áp bằng tuabin khí…………………………………..15
[Gõ ở đây] 1.5 Mục đích tăng áp……………………………………………… 15 1.6 Các phương pháp tăng áp…………………………………… 16 1.6.1 Tăng áp nhờ máy nén……………………………………17 1.6.1.1 Tăng áp cơ khí……………………………………….18 1.6.1.2. Tăng áp tua bin khí…………………………………… 18 1.7 Ưu điểm của động cơ Turbo tăng áp ……………………… 19 1.8 Nhược điểm của động cơ Turbo tăng áp……………………..20 Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai 2.1 Cấu tạo của động cơ Turbo tăng áp……………………………21 2.2. Nguyên lý hoạt động…………………………………………..24 2.3 Kết cấu của hệ thống tăng áp nhờ tua bin- máy nén…………26 2.3.1 Máy nén li tâm……………………………………….26 2.3.2 Tuabin…………………………………………………28 CHƯƠNG 3: Quy trình kiểm tra và sửa chữa động cơ tăng áp Turbo trên mẫu xe Huyndai 3.1 Hư hỏng và biện pháp khắc phục…………………………….29 3.1.1 Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn………………………………………………………… 30 5
3.1.2 Có tiếng ồn bất thường……………………………..31 3.1.3 Tiêu hao dầu lớn và khói xanh ……………………32 3.2 Phân tích các hư hỏng và biện pháp khắc phục……………33 3.2.1 Bôi trơn không đầy đủ ………………………………35 3.2.2 Dầu bị ô nhiễm………………………………………… 35 3.2.3 Rò rỉ dầu ở turbo tăng áp……………………………… 36 3.2.4 Do các yếu tố bên ngoài……………………………….37 3.2.5 Nhiệt độ turbo tăng quá cao…………………………….37 3.3 Kiểm tra và sửa chữa hệ thống tăng áp của động cơ…………38 3.3.1 Kiểm tra bên ngoai……………………………………… 39 3.3.2 Kiểm tra hệ thống nạp……………………………………41 3.3.3 Kiểm tra hệ thống thải…………………………………..42 3.4 Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp……………………44 KẾT LUẬN …………………………………………………..45 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………46
[Gõ ở đây] Mở Đầu Cùng với sự phát triển của ngành điện tử thì trong ngành công nghệ ô tô cũng có những thay đổi mạnh mẽ. hàng loạt các linh kiện bán dẩn, thiết bị điện tử đƣợc trang bị trên động cơ ô tô nhằm mục đích giúp tăng công suất của động cơ giảm suất tiêu hao nhiên liệu, đặc biệt là giảm đƣợc mức ô nhiễm môi trƣờng do khí thải tạo ra, và hàng loạt các ưu điểm khác nhau mà động cơ đốt trong hiện đại đã đem lại cho công nghệ chế tạo ô tô hiện nay. Với việc khảo sát cụ thể về động cơ Turbo tăng áp trên hãng xe Hyndai đã giúp cho em có cái nhìn tổng quan hơn về các vấn đề này.Trong quá trình học tập và mày mò tìm kiếm, em đã tìm hiểu tài liệu và các kiến thức tổng quan nhất về các động cơ Turbo tăng áp hãng xe HUYNDAI qua đó đây cũng là đề tài tiểu luận cuối kì với mong muốn sẽ bổ sung và tìm hiểu sâu hơn về những kiến thức về động cơ này. Do kiến thức còn nhiều hạn chế,kinh nghiệm chưa nhiều tài liệu tham khảo còn ít nên bài tiểu luận giữa kì của em không tranh nhưng sai sót kinh mong thầy chỉ bảo để bài tiểu luận của em được hoan thiện hơn. Cuối cùng,em xin gửi lời cảm ơn đến thầy ThS.Đoàn Thanh Sơn và các thầy trong khoa công nghệ kỹ thuật ô tô đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. TPHCM,ngày 4 tháng 8 năm 2020 Sinh Viên Thực Hiện 7
Nguyễn Triệu Quý Phần I:Giới Thiệu Đề Tài 1.Tính cấp thiết của đề tài - Cùng với sự ra đời và phát triển của động cơ Turbo tăng áp, hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ Turbo tăng áp cũng ngày càng phát triển để đảm bảo yêu cầu về được nhiều nhiên liệu và không khí hơn bằng cách nén chúng nhiều hơn vào trong các xilanh, tăng sức mạnh cho động cơ trong khi không tăng số lượng xi lanh cũng như dung tích, điều này dẫn đến ít tiêu hao nhiên liệu hơn..... Suốt thời gian qua, các hệ thống nhiên liệu trong xe hiện nay đã thay đổi rất nhiều, những yêu cầu cho nó ngày càng khắt khe hơn. Cùng với sự phát triển đó hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ Turbo cũng ngày càng phức tạp hóa hơn, để đảm bảo động cơ hoạt động một cách hiệu quả nhất. Tuy hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ turbo ngày càng phát triển do cấu tạo phức tạp nên khi xảy ra hơi hỏng hệ thống này đã gây ra không ít khó khăn cho người tiêu dùng, họ không thể tự khắc phục được sự cố mà phải mang xe vào garage, nhờ các kỹ thuật viên dùng máy đọc lỗi để xác định nguyên nhân. Chính vì sự bất tiện đó mà người tiêu dùng luôn quan tâm đến chất lượng xe của mình, tìm hiểu thật kỹ xuất xứ và hãng xe sản xuất, họ lựa chọn hãng xe có uy tín để hạn chế được những rủi ro có thể xảy ra, và hãng xe Hyundai là một trong những hãng xe được người tiêu dùng lựa chọn đầu tiên. - Và đó cũng là lý do em chon đề “Nghiên cứu về độgn cơ Turbo tăng áp trên xe Hyundai ” để biết được những điểm khác biệt giữa xe của hãng HUYNDAI và các hãng mà e từng được học và đây cũng là đề tài để làm đề tài tiểu luận tốt ngiệp. 2.Ý nghĩa đề tài - Giúp em hiểu rõ hơn cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống động cơ Turbo tăng áp trên xe Hyundai.
[Gõ ở đây] - Giúp em biết được ưu nhược điểum của động cơ, giúp em tiết kiệm đƣợc rất nhiều thời gian trong việc kiểm tra mà không biết nguyên nhân hư hỏng, từ đó đoán ra cách kiểm tra, sửa chữa động cơ xăng phù hợp. - Vận dụng những kiến thức đó để khắc phục những hạn chế vẫn còn tồn tại của động Turbo tăng áp, tìm ra giải pháp khắc phục để hệ thống của động cơ turbo tăng áp trên xe Hyundai ngày càng hoàn thiện hơn, được nhiều người tiêu dùng tin cậy, để hãng xe Huyndai ngày càng phát triển. 3.Mục tiêu của đề tài - Tìm hiểu về yêu cầu, nhiệm vụ chung của động cơ Turbo tăng áp - Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của hệ thống Turbo tăng áp và cấu tạo, nguyên lý làm việc của từng bộ phận trong động cơ Turbo trên xe Hyundai . - Phân tích được nguyên nhân hư hỏng từ đó được ra phương pháp kiểm tra, sửa chữa đồng thời đưa ra các giải pháp kiến nghị để hệ thống nhiên liệu động cơ xăng trên xe Hyundai hoạt động tốt hơn. 9
Phần II: Nội Dung đề tài Chương 1:Tổng quan về động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai 1.1Turbo tăng áp là gì. -Turbo tăng áp là một hệ thống bơm không khí cưỡng bức vào buồng đốt động cơ, vận hành bằng cách lợi dụng luồng khí xả ra từ kì nén trước đó để làm quay cánh tua-bin. Nhờ vậy không khí được nén ép vào trong xi lanh nhiều hơn, khiến nhiên liệu cũng được đưa vào nhiều hơn nên ở mỗi kỳ nổ, động cơ sẽ sản sinh công suất lớn hơn. Một động cơ trang bị turbo tăng áp (gọi tắt là động cơ tăng áp) có thể tạo ra công suất tương đương với động cơ hút khí tự nhiên có dung tích xi lanh lớn gấp đôi. 1.2 Lịch sử phát triển động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai.
[Gõ ở đây] -Vào cuối thể kỉ 19, kĩ sư người Thụy Sĩ Alfred Büchi (1879- 1959) đã được cấp bằng sáng chế kĩ thuật khi đưa ta ý tưởng về một máy nén khí đưa không khí vào bên trong buồng đốt của động cơ (1885). -Nhưng phải đến 20 năm sau, hệ thống này mới được hiện thực hóa trên những mẫu máy bay chiến đấu. 1.3 Đặc điểm của động cơ Turbo tăng áp trên xe Huyndai. -Động cơ tăng áp giúp nhà sản xuất không chỉ tiết kiệm được chi phí sản xuất, nguyên vật liệu, cắt giảm trọng lượng mà còn giúp cho động cơ hoạt động với hiệu suất vượt trội so với loại hút khí tự nhiên. Quan niệm về một mẫu xe với động cơ có dung tích và số lượng xi lanh lớn thì sức mạnh sẽ tỉ lệ thuận theo đã không còn sự chính xác tuyệt đối. Động cơ Ecoboost 1.0 lít trên Ford Fiesta -Nhờ hiệu quả cao, động cơ tăng áp turbo nhanh chóng được “phổ thông hóa” và ứng dụng rộng rãi. Năm 2012, Ford giới thiệu động cơ EcoBoost 3 xi lanh 1.0 lít và ngay lập tức đoạt giải thưởng động cơ của 11
năm. Đây cũng là loại động cơ được trang bị trên mẫu Fiesta Ecoboost tại Việt Nam. -Ngoài ra trên thị trường Việt Nam, những hãng xe như BMW, Mercedes-Benz, Audi cũng đang ứng dụng rộng rãi động cơ tăng áp cho nhiều mẫu xe. Cụ thể, BMW đang chuyển dần sang động cơ tăng áp cho dòng 3-Series và 5-Series, Mercedes-Benz với hầu hết những mẫu CLA-Class và những mẫu AMG, hay những mẫu xe như Audi A1, A3 đều có hệ thống turbo. -Trong tương lai, sẽ ngày càng nhiều mẫu xe chuyển đổi sang sử dụng động cơ tăng áp và không loại trừ khả năng động cơ hút khí tự nhiên sẽ bị xóa sổ vĩnh viễn. 1.4 Phân loại các động cơ tăng áp 1.4.1 Tăng áp cho động cơ xăng. -Động cơ 4 kì làm việc theo nguyên lí đốt cháy cưỡng bức có khả năng sử dụng trong thực tế xuất hiện vào những năm 1876. Năm 1885 Gottlieb Deimler (tiền thẩn hãng ôtô Mercedes Benz) đã có đăng kí phát minh số DRP 34.926 về tăng áp cho động cơ cháy cưỡng bức. Theo bản vẽ và sự mô phỏng trong đăng kí phát minh có thể thấy rõ hộp trục khuỷu được sử dụng như một máy nén – như trong động cơ hai kì quét nhờ hộp trục khuỷu. Khi piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên không khí hoặc hỗn hợp được hút vào hộp trục khuỷu, hành trình ngược lại của piston sẽ là hành trình nén không khí hoặc hỗn hợp trong hộp trục khuỷu, không khí hoặc hỗn hợp chịu nén sẽ đẩy vào xilanh qua một van đặt trong đỉnh piston khi áp suất trong hộp trục khuỷu thắng sức căng của lò xo van. Quá trình nạp vào xilanh chia làm 3 giai đoạn: 1- Cuối quá trình giãn nở khí ở hộp trục khuỷu tràn vào xilanh đẩy khí cháy ra ngoài. 2- Quá trình nạp bình thường. 3- Quá trình nạp thêm vào xilanh ở cuối quá trình nạp. - Phát minh chỉ phù hợp với trình độ kĩ thuật thời kì đầu số vòng quay động cơ khoảng 150÷160 vg/ph. Với thành công này người ta dự định áp dụng thành công này cho động cơ có số vòng cao hơn từ 500÷600 vg/ph song vì tổn thất dòng chảy qua van quá lớn nên hàm lượng khí nạp vào động cơ không đáng kể.
[Gõ ở đây] -Với nguyên lí tăng áp tương tự Wilhelm Maybach đã thiết kế động cơ chữ V cho hãng Deimler nhưng do công suất tăng lên không đáng kể nên hãng Deimler sau đó đã từ bỏ phương án này. Có lẽ vì kết quả không mấy khả quan ở kết quả đầu tiên nên phải sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất, hãng Deimler mới khôi phục lại các thí nghiệm về tăng áp cho động cơ ô tô sau khi thu được hàng loạt kinh nghiệm trong tăng áp cơ khí cho động cơ máy bay, xe đua. 1.4.2 Tăng áp cho động cơ diesel. -Ngay trong thời kì hoàn thiện phát minh về động cơ diesel Rudolf Diesel đã đề cập vấn đề tăng áp cho nó. Năm 1896 ông đã bổ sung vào đăng kí phát minh số 67207 về khả năng thực hiện nén nhiều cấp trong động cơ 1 xilanh bằng cách bố trí thêm một bơm nén trước đường nạp, phát minh đăng kí dưới tên DRP 95.680. Kết quả thí nghiệm của Rudolf Diesel được trình bày ở bảng 1.1. -Nhờ kết quả này mà năm 1929 lại suất hiện động cơ tăng áp bằng hộp trục khuỷu khác của hãng Werkspoor lắp trên tàu chở dầu “Megava” của tập đoàn dầu mỏ Anglo Saxon. -Động cơ diesel ngày nay có nhu cầu tăng áp rất lớn và được áp dunhj với hầu hết các hình thức tăng áp cũng như tổ hợp của nhiều hình thức tăng áp. Thành tựu tăng áp cho động cơ diesel là thành tựu tăng áp đáng kể cho ĐCĐT. Thông số kỹ Có bơm tăng Không có bơm tăng thuật áp áp Áp suất chỉ thị pi 9,6÷10,6 6,5÷7 kG/cm2 kG/cm2 Hiệu suất chỉ thị 21% 31% ηi Hiệu suất cơ giới 65% 75,6% ηm Hiệu suất có ích 15,7% 24,2% ηe Suất tiêu hao 396 g/ml.h 258 g/ml.h nhiên liệu có ích 13
gc Áp suất có ích 6,25kG/cm2 4,9÷5,3kG/cm2 Bảng 1.1. Kết quả thí nghiệm của Rudolf Diesel. 1.4.3 Tăng áp bằng tuabin khí. -Sự phát triển tăng áp được dẫn động bằng tua bin khí cho động cơ diesel gắn liền với sự nghiệp của kĩ sư người Thụy Sĩ Alfed Buchi. Ngày 16/11/1905 Alfed Buchi có đăng kí phát minh DRP số 20 4630 về một liên hợp máy bao gồm: một máy nén chiều trục nhiều tầng, một động cơ diesel và 1 tuabin hướng trục nhiều cấp, tất cả đều nối chung trên một trục. Không khí được máy nén hút từ môi trường va nén tới áp suất 3÷4 kG/cm2, khí xả sau khi ra khỏi động cơ áp suất khoảng 16 kG/cm2 được giãn nở tiếp và sinh công trong tuabin. -Với kết cấu này Alfed Buchi hi vọng là công tổn thất do giãn nở không hoàn toàn trong xilanh của động cơ sẽ được thu hồi trong tuabin. Tuy vậy, điều hi vọng của Alfed Buchi đều bị tan vỡ bởi hai lí do: thứ nhất là do công cho quá trình xả quá cao trong khi công sinh bởi tuabin lại bị tiêu phí; thứ hai là do áp suất trên đường thải quá lớn lên làm cho lượng khí sót trong xilanh quá lớn dẫn đến giảm lượng khí nạp. -Từ năm 1911 đến 1914 Alfed Buchi đã xây dựng thiết bị và thực hiện hàng loạt thí nghiệm ở hãng Sulzer tại Winterthur để tìm các nhân tố khác nhau ảnh hưởng đến đặc tính của động cơ đốt trong được tăng áp. Ở thí nghiệm này, Alfed Buchi đã bố trí dẫn động máy nén từ thiết bị bên ngoài và khí xả của động cơ được đưa đến sinh công trong tuabin. Qua kết quả của thử nghiệm trên Alfed Buchi đã đưa ra nhận định là để tạo điều kiện cho việc quét buồng sạch cháy, áp suất khí tăng áp phải lớn hơn áp suất khí xả vào tuabin và phải sử dụng góc trùng điệp xupap của động cơ đốt trong hợp li. -Với kết luận trên Alfed Buchi đã đăng kí phát minh tại Đức số 454107, song vì gặp phải chiến tranh thế giới lần thứ nhất nên mọi dự định của ông đều không thực hiện được.. -Năm 1923, BỘ Giao thông Đức đã đưa 2 hợp đồng để đóng tàu vận tải khách, mỗi động cơ được trang bị 2 động cơ 4 kì 10 xilanh theo mẫu của MAN. Nhờ thực hiện tăng áp theo nguyên lí của Buchi cho phép tăng công suất từ 1750 mã lực lên 2500 mã lực. Một đặc điểm khác ở đây là trên ống xả có lắp bướm chuyển dòng để có thể không cho khí xả đi qua tuabin. Vây là động cơ có thể làm việc với tăng áp
[Gõ ở đây] hoặc không tăng áp. Đây chính là thành công đầu tiên về tăng áp của tuabin khí -Năm 1926 Buchi đã thực hiện thí nghiệm về tăng áp theo phát minh trên ở nhà máy đóng tàu hỏa tại Winterthur, Thụy Sĩ. -Hệ thống tăng áp này được hãng BBC Baden thiết kế và chế tạo bao gồm có 1 tuabin hướng trục và 1 máy nén li tâm 2 cấp. -Các thí nghiệm trên đã thành công công suất động cơ tăng lên 50% một cách dễ dàng và trong thời gian ngắn có thể tăng lên 100%. Kết quả trên được ứng dụng trên hàng loạt hãng sản xuất động cơ, trong quá trình phát triển người ta càn làm cho ống xả không chỉ hẹp hơn mà còn ngắn hơn, do đó bộ tăng áp ngày càng lắp gần động cơ hơn. 1.5 Mục đích tăng áp. -Nhằm mục đích tăng công suất động cơ người ta phải tìm cách tăng khối lượng nhiên liệu cháy ở trên một đơn vị dung tích xilanh trong một đơn vị thời gian, tức là tăng khối lượng nhiệt tỏa ra trong một không gian và thời gian cho trước. Trong nguyên lí động cơ đã cho quan hệ giữa công suất có ích và các thông số khác nhau như: Trong đó: Vh – dung tích của một xilanh; nv – hệ số nạp; pl – khối lượng riêng của khí nạp mới; QH – nhiệt trị thấp nhất của nhiên liệu; Mo – lượng không khí lí thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị nhiên liệu; n - số vòng quay của động cơ; t – số kì của động cơ; i – số xi lanh của đông cơ. -Chúng ta biết rằng QH, Mo phụ thuộc vào loại nhiên liệu nên thay đổi không nhiều.Trong nghiên cứu và phát triển hiệu suất chỉ thị cũng như cơ giới luôn đạt cực đại, không thể đạt cao hơn. 15
-Vậy muốn tăng công suất người ta phải tăng khối lượng nhiên liệu đốt cháy trong một đơn vị thời gian bằng cách thay đổi các thông số còn lại như sau: - Tăng số chu trình trong một đơn vị bằng cách tăng số vòng quay n của động cơ. Khi tăng số vòng quay của động cơ sẽ gây khó khăn cho việc thực hiện quá trình cháy. Tác hại hơn nữa là làm cho tốc độ trược trung bình của piston tăng lên dẫn đến làm tăng tổn thất ma sát, mài mòn của các chi tiểt của nó và tăng lực quán tính. - Thay đổi số kì từ 4 kì thành 2 kì. Nhờ tỉ số của kì sinh công so với vòng quay của động cơ 2 kì gấp đôi động cơ 4 kì nên có thể tăng nhiệt lượng giải phóng trong một đơn vị thời gian, song cho đến nay quá trình thay đổi khí của động cơ 2 kì chưa hoàn chỉnh nên sinh ra tổn thất lớn và ô nhiễm năng. Tuy vậy, trong xu thế phát triển nhằm hoàn thiện quá trình quét thải, phun xăng trực tiếp...động cơ 2 kì có tiềm năng phát triển lớn. - Tăng dung tích công tác Vh hoặc số xilanh i sẽ kéo theo kích thước, thể tích, trọng lượng của động cơ tăng. - Tăng khối lượng không khí nạp vào xilanh bằng cách tăng khối lượng riêng của không khí pk. Muốn vậy phải tiến hành nén môi chất nạp trước khi đưa vào xilanh, tức là tăng áp suất của môi chất nạp. Do khối lượng không khí được nạp vào xilanh tăng nên người ta tăng thêm nhiên liệu để đốt cháy trong dung tích đó. Như vây, cho ta tăng khả năng tăng lượng nhiệt phát ra trong dung tích cho trước. Biện pháp làm tăng khối lượng riêng của môi chất trước khi nạp vào động cơ bằng cách tăng áp suất của nó được gọi là tăng áp. -Mục đích cơ bản của tăng áp là làm cho công suất của nó tăng lên nhưng đồng thởi tăng áp cho phép cải thiện một số chỉ tiêu sau: - Giảm thể tích toàn bộ của ĐCĐT ứng với một đơn vị công suất. - Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất. - Giảm gía thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất. - Hiệu suất của động cơ tăng đặc biệt là khi tăng áp tuabin khí, do đó suất tiêu hao nhiên liệu giảm. - Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại. -Giảm độ ồn của động cơ.
[Gõ ở đây] 1.6 Các phương pháp tăng áp. -Dựa vào nguồn năng lượng để nén không khí trước khi đưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động cơ thành hai nhóm: Tăng áp có máy nén và tăng áp không có máy nén, theo sơ đồ sau: Hình 1.1. Các phương pháp tăng áp. 1.6.1 Tăng áp nhờ máy nén. 1.6.1.1 Tăng áp cơ khí. 17
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí. 1. Động cơ đốt trong; 2. Bánh răng truyền động;3. Máy nén; 4. Đường nạp; 5. Thiết bị làm mát. -Các loại máy nén được sử dụng trong phương pháp tăng áp cơ khí có thể là máy nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt li tâm, hoặc quạt hướng trục, được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ. Công suất của động cơ đốt trong được xác định theo công thức sau: Ne = Ni - Nm - Nk Trong đó: Ne: Công suất có ích được lấy từ trục khuỷu động cơ ; Ni: Công suất chỉ thị ; Nm: Công suất tổn thất cơ giới của bản thân động cơ ; Nk: Công suất để dẫn động máy nén. -Công suất có ich được lấy ra từ trục khuỷu động cơ Ne có được từ công suất chỉ thị Ni sau khi bị khấu trừ đi tổn thất cơ giới của bản thân động cơ Nm và công suất Nk để dẫn động máy nén (MN). -Công suất dẫn động MN chỉ phụ thuộc vào số vòng quay của nó, vì vậy nếu động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ thì số phần trăm công suất tổn thất cho việc dẫn động máy nén tăng lên, làm giảm mạnh hiệu suất tổng của động cơ đốt trong. -Công suất dẫn động máy nén tăng nhanh hơn mức độ tăng áp suất chỉ thị pi, vì vậy khi sử dụng tăng áp dẫn động cơ khí sẽ làm cho hiệu suất động cơ giảm khi áp suất tăng áp tăng. Chính vì vậy, phương pháp tăng áp dẫn động cơ khí chỉ được áp dụng ở những mục đích cần thiết và áp suất tăng áp pk 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 pháp tăng áp cơ giới, chất lượng khởi động và tăng tốc động cơ tốt, vì lượng không khí cấp cho động cơ trong một chu trình phụ thuộc vào tốc độ trục khuỷu mà không phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải. Tuy nhiên, đối với tăng áp cơ giới, năng lượng tiêu hao để dẫn động máy nén tăng lên, nên làm giảm hiệu suất, làm giảm tính kinh tế của động cơ. 1.6.1.2. Tăng áp tua bin khí.
[Gõ ở đây] -Tăng áp bằng tuabin (TB) khí là phương án tăng áp dùng TB làm việc nhờ năng lượng khí xả của động cơ đốt trong để dẫn động MN. Khí xả của động cơ đốt trong có áp suất và nhiệt độ rất cao nên nhiệt năng của nó tương đối lớn. Muốn khí thải phát sinh công nó phải được giãn nở trong một thiết bị để tạo ra công cơ học. Nếu để nó giãn nở trong xilanh của động cơ đốt trong thì dung tích của xilanh sẽ rất lớn, làm cho kích thước của động cơ đốt trong quá lớn và nặng nề. -Điều này mặc dù làm tăng hiệu suất nhiệt nhưng tính hiệu quả được đánh giá bằng giá trị áp suất trung bình sẽ rất nhỏ. Để tận dụng tốt năng lượng khí xả, người ta cho nó giãn nở đến áp suất môi trường và sinh công trong cánh của TB. Thực tế đã chứng minh được rằng khí xả của động cơ đốt trong ở tất cả mọi chế độ sử dụng trong thực tế bảo đảm được những điều kiện sau: -Năng lượng đủ cao để có thể sử dụng một phần cho giãn nở trong TB và sinh công cơ khí. -Nhiệt độ không quá cao nên có thể tránh được việc hư hỏng các chi tiết của TB. -TB khí có thể dẫn động Máy nén ly tâm hoặc chiều trục mà không tạo ra sức cản quá lớn trên đường xả của động cơ đốt trong. Trong động cơ diesel, khoảng 35 ÷ 40% năng lượng của nhiên liệu bị mất do theo dòng khí xả ra bên ngoài. Trong khi đó người ta có thể tận dụng một phần của nguồn năng lượng này vì rằng: + Nếu giả thiết chu trình xảy ra trong động cơ đốt trong là chu trình Cacno thì một phần của nguồn năng lượng khí xả ( khoảng một nửa ) được thải ra cho môi trường xung quanh. Nếu coi năng lượng do khí thải mang ra khỏi động cơ chiếm 40% tổng lượng do nhiên liệu phát ra thì phần năng lượng thải ra cho môi trường là 20%. + Khoảng một phần tư ( 10% ) nguồn năng lượng do khí thải mang đi bị mất mát do ma sát, tiết lưu vì không thể thải ra ngoài với áp suất và nhiệt độ môi trường. -Như vậy, còn có thể tận dụng được khoảng 10% năng lượng của nhiện liệu phát ra chứa trong khí xả. Người ta thấy rằng trong tất cả các lĩnh vực sử dụng khác nhau của động cơ đốt trong, phụ thuộc vào tỷ số tăng áp p1/p0, năng lượng thực tế để nén môi chất nạp chỉ nằm trong khoảng 1 ÷ 3,5 số năng lượng do nhiên liệu phát 19
ra. Như vậy, dòng nẳng lượng khí xả sau khi trừ đi mọi tổn thất như tiết lưu, ma sát… thì sẽ còn lại vẫn đủ cho việc nén khí nạp – thực hiện việc tăng áp cho động cơ đốt trong. -Thông thường người ta sử dụng TB- MN lắp trên cùng một trục với số vòng quay 15.000 ÷ 60.000 vg/ph nhưng trong một số trường hợp có thể đạt từ 270.000 ÷ 280.000 vg/ph ( dùng cho động cơ tăng áp lắp trên xe môtô với TB, MN có đường kính 34mm cho động cơ diesel cỡ nhỏ lắp trên xe du lịch) hoặc cao hơn. Hình 1.3. Chu trình lý tưởng của động cơ tăng áp bằng Tuabin biến áp *Các loại TB làm việc theo các nguyên lý và kết cấu khác nhau, ví dụ: - Theo hướng của dòng chảy phân ra TB hướng kính hoặc hướng trục. - Theo nguyên lý sử dụng năng lượng của dòng khí xả vào có thể chia ra TB biến áp, Tuabin tăng áp, Tuabin bảo toàn xung… -TB biến áp hay còn gọi là TB xung là TB có áp suất khí vào thay đổi, còn TB đẳng áp là TB có áp suất khí vào không thay đổi. -Ở TB biến áp, khí thải sau khi ra khỏi động cơ được dẫn trực tiếp với TB bằng các đường ống có dung tích nhỏ tận dụng động năng của khí xả để sinh công. -Ngược lại trong TB đẳng áp, khí thải của động cơ đốt trong được thải vào một bình có dung tích tương đối lớn, ở đó nó được giãn nở đến một áp suất nhất định nhưng không sinh công, sau đó được đưa vào TB ở đây nó được giãn nở tiếp và sinh công.