MỤC LỤC

MỤC LỤC…1

LỜI NÓI ĐẦU.. 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH.. 4

DANH MỤC BẢNG.. 6

CHỮ VIẾT TẮT. 7

1.1. Giới thiệu về động cơ MAZDA WL TURBO. 8

1.2. Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ MAZDA WL TURBO. 9

1.3. Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu và hệ thống của động cơ MAZDA WL TURBO. 10

1.3.1. Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu trên động cơ MAZDA WL TURBO. 10

1.3.2. Đặc điểm các hệ thống trên động cơ MAZDA WL TURBO.. 16

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ MAZDA WL TURBO.. 21

2.1. Đặc điểm hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO. 21

2.2. Hệ thống nạp động cơ MAZDA WL TURBO. 22

2.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống nạp động cơ MAZDA WL TURBO. 22

2.2.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống nạp. 23

2.3. Hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO. 24

2.3.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO. 24

2.3.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO. 25

2.4. Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO. 26

2.4.1. Bộ Tuabin tăng áp. 26

2.4.2. Van giảm áp và bộ phận chấp hành. 35

2.4.3. Hệ thống bôi trơn và làm mát trong bộ tuabin. 37

2.4.4. Bộ bù tua bin tăng áp. 38

2.4.5. Phối hợp giữa TB-MN với ĐCĐT. 41

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỘ TURBIN TĂNG ÁP. 42

3.1. Nội dung tính toán. 42

3.2. Các số liệu cho trước và các thông số chọn. 42

3.3. Tính toán các thông số làm việc tuabin-máy nén. 44

3.4. Tính toán bộ tuabin tăng áp. 47

3.4.1. Tính toán máy nén. 47

3.4.2. Tính toán tuabin. 62

CHƯƠNG 4: KHAI THÁC BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA  HỆ THỐNG TĂNG ÁP  71

4.1. Mục đích, nội dung và yêu cầu trong bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống tăng áp. 71

4.1.1. Mục đích. 71

4.1.2. Nội dung. 71

4.1.3. Yêu cầu. 71

4.2. Quy trình bảo dưỡng hệ thống tăng áp. 72

4.2.1. Bảo dưỡng hàng ngày. 72

4.2.2. Bảo dưỡng định kỳ. 72

4.3. Xác định các hư hỏng và biện pháp sửa chữa . 73

4.3.1. Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn. 74

4.3.2. Có tiếng ồn bất thường. 75

4.3.3. Tiêu hao dầu lớn và khói xanh. 75

4.4. Hệ quả các hư hỏng và biện pháp sửa chữa. 76

4.4.1. Thiếu dầu. 76

4.4.2. Vật lạ rơi vào TB. 76

4.4.3. Dầu bẩn. 76

4.5. Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ. 77

4.5.1. Kiểm tra hệ thống nạp khí. 77

4.5.2.  Kiểm tra hệ thống thải. 77

4.6. Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp. 77

4.7. Tháo và lắp cụm tuabin - máy nén. 78

4.7.1. Các chú ý khi tháo lắp. 83

4.7.2. Các chú ý khi bảo dưỡng, sửa chữa. 85

4.7.3. Kiểm tra tuabin tăng áp. 86

KẾT LUẬN.. 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 90

LỜI NÓI ĐẦU

   Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của kinh tế đất nước, nhu cầu vận chuyển và nguồn động lực phục vụ công-nông nghiệp tăng nhanh dẫn tới số lượng các phương tiện, máy công tác sử dụng nhiên liệu diesel tăng lên rất nhanh như xe khách, xe tải và máy nông nghiệp, phát điện. Đa phần các phương tiện này được lắp ráp trong nước hoặc nhập khẩu. Phần lớn các xe đã qua sử dụng nên chất lượng động cơ rất thấp, tính năng vận hành như công suất thấp, tiêu hao nhiên liệu lớn, khả năng gia tốc kém…

   Nhờ sự phát triển của các ngành khoa học liên quan, ngành động cơ đốt trong đã có nhiều bước phát triển vượt bậc. Để đáp ứng nhu cầu về tính năng vận hành của các phương tiện giao thông, nhiều giải pháp hiệu quả đã được áp dụng. Trong đó, cường hóa cho động cơ bằng tăng áp là một giải pháp cho thấy hiệu quả rõ rệt. Đa phần các loại động cơ thế hệ mới nói chung, trong đó có động cơ diesel nói riêng đều được trang bị hệ thống tăng áp.

   Do vậy, trong quá trình học tập về chuyên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô tại Trường Đại học Trần Đại Nghĩa em đã được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài “Khai thác hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO”

   Nội dung đồ án gồm  các phần sau:

- Chương 1: Giới thiệu chung về động cơ MAZDA WL TURBO

- Chương 2: Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO

- Chương 3: Tính toán kiểm nghiệm bộ turbin tăng áp.

- Chương 4: Khai thác bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống tăng áp.

                                                                                        Tp. HCM, ngày ….. tháng ….. năm 20…..

                                                                                   Sinh viên thực hiện

                                                                                   ………….….

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ MAZDA WL TURBO

1.1. Giới thiệu về động cơ MAZDA WL TURBO.

Động cơ MAZDA WL TURBO do hãng MAZDA của Nhật Bản sản xuất được lắp trên xe FORD RANGER. Động cơ gồm 4 xylanh thẳng hàng thứ tự làm việc là 1- 3 - 4 - 2. Động cơ sử dụng nhiên liệu diesel và được phun gián tiếp vào buồng cháy. Buồng cháy trên động cơ MAZDA là loại buồng cháy ngăn cách kiểu xoáy lốc. 

Tuy nhiên động cơ MAZDA WL TURBO cũng có những nhược điểm: hiệu suất không cao, gây ra tiếng ồn ở chế độ không tải và ít tải, khó khởi động lạnh. Vì vậy, trên động cơ MAZDA WL TURBO có hệ thống sấy khi khởi động.

1.2. Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ MAZDA WL TURBO.

Những nét đặc biệt chính của động cơ MAZDA WL TURBO

- Quá trình làm việc được cải tiến:

+ Buồng cháy ngăn cách, có tác dụng xoáy lốc.

+ 3 xupáp trên một xylanh.

- Giảm trọng lượng:

+ Nắp máy bằng hợp kim nhôm.

+ Nắp bảo vệ dây đai dẫn động cơ cấu phân phối khí bằng chất dẻo.

1.3. Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu và hệ thống của động cơ MAZDA WL TURBO.

1.3.1. Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu trên động cơ MAZDA WL TURBO.

1.3.1.1. Nhóm Pít tông.

 Nhóm pít tông gồm: pít tông, chốt pít tông, xéc măng khí, xéc măng dầu và các chi tiết hãm chốt pít tông. Pitông là một chi tiết quan trọng của động cơ cùng với xy lanh và nắp máy tạo thành buồng cháy. Điều kiện làm việc của pít tông rất khắc nghiệt chịu lực tác dụng rất lớn, chịu nhiệt độ và áp suất cao, chịu mài mòn lớn.

1.3.1.2. Nhóm thanh truyền.

Nhóm thanh truyền bao gồm: thanh truyền, bulông thanh truyền và bạc.

Thanh truyền là chi tiết dùng để nối pít tông với trục khuỷu. Nó có tác dụng truyền lực tác dụng trên pít tông xuống trục khuỷu để làm quay trục khuỷu.Trong quá trình làm việc thanh truyền chịu tác dụng của lực khí thể trong xy lanh, lực quán tính của thanh truyền, lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm pít tông.

- Bạc lót đầu to gồm hai nửa và được chế tạo bằng hợp kim nhôm.

- Vật liệu chế tạo: Thép C45.

1.3.1.4. Cơ cấu phân phối khí.

Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí: thải sạch khí thải ra khỏi xy lanh và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc không khí mới vào xy lanh để động cơ làm việc được liên tục. Cơ cấu phân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đóng mở đúng thời gian quy định.

- Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông.

1.3.2. Đặc điểm các hệ thống trên động cơ MAZDA WL TURBO

1.3.2.1. Hệ thống làm mát.

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy, như: pít tông, xécmăng, xupap, nắp xy lanh, thành xy lanh chiếm khoảng 25÷35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra. Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng, nhiệt độ của chúng rất cao, gây ra những hậu quả xấu, như: làm giảm độ bền, tuổi thọ của chi tiết máy, giảm độ nhớt dầu bôi trơn, tăng tổn thẩt do ma sát. 

- Động cơ MAZDA WL TURBO có hệ thống làm mát bằng nước, tuần hoàn cưỡng bức, gồm: két nước, áo nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió, nắp máy và các đường ống dẫn.

+ Bơm nước kiểu ly tâm được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu

+ Nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt là (80⁰ ÷ 84⁰).

1.3.2.2. Hệ thống nhiên liệu.

 Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có nhiệm vụ chính sau:

- Chứa nhiên liệu dự trữ đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian quy định.

- Lọc sạch nước và tạp chất bẩn trong nhiên liệu.

- Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.

- Tính ổn định ở chế độ không tải được cải tiến:

+ Nhờ thiết bị điều khiển không tải nhanh nên tốc độ động cơ được duy trì ổn định ở chế độ không tải.

+ Lượng nhiên liệu cấp đồng đều cho các xylanh nên giảm được rung động của động cơ ngay ở chế độ không tải.

1.3.2.3. Hệ thống bôi trơn.

- Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làm giảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát. Loại dầu sử dụng trên động cơ là dầu SEA 10W-30.

- Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm dầu loại bánh răng, lọc dầu, cácte, đường ống dẫn dầu, két làm mát dầu và van an toàn.

1.3.2.4. Hệ thống nạp, thải.

Để nâng cao công suất động cơ, trên mỗi xylanh được bố trí hai xu pap nạp và một xu pap xả, nhằm tăng lượng khí nạp vào xy lanh sau mỗi chu trình. Động cơ MAZDA WL TURBO sử dụng bộ tuabin tăng áp nhằm tận dụng năng lượng khí thải của động cơ để nâng cao hiệu suất của động cơ.

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ MAZDA WL TURBO

2.1. Đặc điểm hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO.

Động cơ MAZDA WL TURBO do hãng MAZDA của Nhật Bản sản xuất là loại động cơ tăng áp dùng tuabin khí xả, có bộ làm mát trung gian khí nạp. Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng áp động cơ Mazda WL Turbo được giới thiệu trên hình  2.1.

Bộ tuabin khí: Tuabin tăng áp sử năng lượng khí xả để dẫn động tuabin, máy nén được gắn đồng trục với tuabin nên quay theo. Không khí từ bầu lọc không khí qua cánh nén và được tăng áp đến áp suất  P_k > P­_o vì thế tăng được lưu lượng khí nạp.

- Bộ tuabin tăng áp gồm có van giảm áp để điều khiển áp suất của khí nạp.

- Bộ làm mát trung gian để giảm nhiệt độ khí nạp.

2.2. Hệ thống nạp động cơ MAZDA WL TURBO.

Kết cấu của hệ thống nạp ảnh hưởng rất lớn đến hệ số nạp của động cơ. Vì thế hệ số nạp đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến công suất động cơ.

2.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống nạp động cơ MAZDA WL TURBO.

Quá trình nạp trong các xilanh động cơ được thực hiện khi pít tông đi từ ĐCT đến ĐCD. Góc mở sớm xupap nạp10⁰, góc đóng muộn xupap nạp 24⁰. Sơ đồ pha phân phối khí kỳ nạp của động cơ Mazda WL Turbo được biểu diễn trên hình 2.3

2.2.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống nạp.

Bầu lọc không khí: Động cơ Mazda sử dụng loại bầu lọc bằng giấy (lọc khô). Không khí từ môi trường ngoài đi qua bầu lọc. Những chất bẩn được giữ lại, không khí sạch đi vào máy nén được nén đến một áp suất cần thiết rồi được đưa vào xy lanh động cơ.

2.3. Hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO.

Trên động cơ Mazda WL Turbo năng lượng khí xả của động cơ được tận dụng để dẫn động bộ tuabin tăng áp. Vì vậy, trong hệ thống thải của động cơ có lắp tuabin khí nối thông với ống thải chung, bộ hồi lưu khí xả rồi đến bộ tiêu âm, sau đó khí xả thải ra môi trường.

2.3.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO.

Quá trình thải trong xilanh động cơ được thực hiện khi pít tông đi từ ĐCD lên ĐCT, xupap thải mở với góc mở sớm là 61⁰ và góc đóng muộn là 9⁰.

Ở cuối quá trình giãn nở, xupap thải mở sớm, sản vật cháy được thải ra ngoài qua xupap xả, theo đường ống thải chung đi vào miệng phun của tuabin khí. Tại đây khí xả có nhiệt độ T_T, áp suất P_T và tốc độ C_T giãn nở sinh công làm quay rôto tuabin khí để dẫn động máy nén.

2.3.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO.

Xupap thải: Trong hệ thống thải, mặt nấm xupap thải chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn. Mặt nấm xu pap luôn luôn chịu va đập mạnh với đế xupap nên rất dễ biến dạng. Do xupap trực tiếp tiếp xúc với khí cháy nên xupap chịu nhiệt độ rất cao. Ngoài ra do trong khí cháy có tạo thành axit nên gây  ra ăn mòn mặt nấm xupáp. Vì vậy đòi hỏi vật liệu làm xupáp phải có độ bền cơ học cao, chịu nhiệt tốt, chống được ăn mòn hóa học và hiện tượng xâm thực của khí thải ở nhiệt độ cao. 

- Mỗi nhóm đường ống thải tốt nhất cần tạo mạch xung có khoảng cách góc bằng nhau.Tiết diện lưu thông của đường thải phải nhỏ lấy xấp xĩ bằng tiết diện lớn nhất của xupap thải và bằng thiết diện ống dẫn vào tua bin

- Đối với tua bin tăng áp cần đưa xung áp suất thải của xilanh vào tuabin theo thứ tự và với khoảng cách góc đều nhau để giảm tổn thất

2.4. Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO.

2.4.1. Bộ Tuabin tăng áp.     

a) Giới thiệu TURBO TKP-8.5 lắp trên động cơ

 Gồm tuabin khí hướng kính và máy nén ly tâm.

Phần máy nén khí nạp liên hệ với động cơ thông qua đường nạp, còn phần tuabin khí thì liên hệ với động cơ thông qua đường thải, bánh công tác của tuabin - máy nén được lắp đồng trục với nhau.

c) Đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc máy nén khí trong bộ TURBO

Máy nén lắp trong bộ TURBO TKP-8.5 là loại máy nén ly tâm, dùng để chuyển năng lượng cơ khí thành năng lượng của dòng chảy trong máy nén, dựa vào tác dụng lực ly tâm để tăng áp cho không khí từ áp suất P₀ lên áp suất P_k và làm cho không khí có lưu lượng G_k từ phần không gian này qua phần không gian khác. Nếu bánh công tác đang có chuyển động quay ở một tốc độ nào đó, thì sau khi không khí qua cửa đi vào bánh công tác nó sẽ cùng quay với bánh công tác và dòng khí chảy theo rãnh thông giữa các cánh của bánh. 

d) Tuabin khí TKP-8.5 của động cơ MAZDA WL TURBO

Trong TURBO TKP-8.5 phần tuabin là tuabin hướng kính. Dòng không khí thải ra khỏi động cơ vào vòng xoắn ốc trên vỏ tuabin rồi vào các cánh ống phun. Trong đó, dòng khí được tăng tốc và đổi hướng về phía cánh động của bánh công tác. 

e) Ổ đỡ, bao kín trong TURBO TKP-8.5 

Ổ đỡ: Đây là chi tiết làm việc trong điều kiện tốc độ lớn, tải trọng nhẹ, nhiệt độ cao. Để đảm bảo độ tin cậy, ổ đở cần được bố trí hợp lý.

Khi lắp ổ lăn động cơ dễ khởi động, không cần cung cấp dầu bôi trơn từ bên ngoài. Tuy nhiên giá thành cao, khả năng chịu tải trọng va đập kém. Trong khi đó, ổ trượt đặc biệt là loại bạc bơi có những thuận lợi nổi trội, đó là giá thành rẽ và kích thước gọn, song đòi hỏi phải bôi trơn tốt.

2.4.2. Van giảm áp và bộ phận chấp hành.

Tuabin tăng áp tạo ra công suất động cơ cao bằng cách tăng áp suất không khí nạp vào trong xilanh, nhưng nếu áp suất không khí tăng quá cao, lực nổ của hỗn hợp khí - nhiên liệu khi cháy sẽ quá lớn và động cơ sẽ không chịu được áp suất này. Vì vậy, phải điều khiển áp suất tăng áp bằng van giảm áp và bộ chấp hành. Van giảm áp được gắn vào vỏ tuabin. Nó có tác dụng giảm áp suất tăng áp khi áp suất tăng quá cao. Khi van giảm áp mở, một phần khí xả không chảy qua cánh tuabin mà chạy thẳng đến ống xả.

2.4.3. Hệ thống bôi trơn và làm mát trong bộ tuabin.

Hệ thống bôi trơn của bộ tuabin được tích hợp với hệ thống bôi trơn của động cơ chính, để bôi trơn các ổ đỡ bên trong vỏ giữa. Dầu động cơ được cấp đến từ ống dầu vào và tuần hoàn giữa các ổ đỡ. Sau khi bôi trơn ổ đỡ, dầu chảy qua ống dầu ra và về cácte của động cơ.

2.4.4. Bộ bù tua bin tăng áp.

Động cơ Mazda là động cơ diezen tăng áp, lắp trên ôtô, nên phải lắp thêm thiết bị hạn chế nhiên liệu là bộ bù tuabin tăng áp, do áp suất tăng áp p_k điều khiển, nhằm tránh nhả khói đen khi xe bắt đầu lăn bánh, khi xe tăng tốc và khi chạy toàn tải, vì những lúc ấy áp suất p_k rất thấp, hệ số dư lượng không khí  a quá  nhỏ, có thể thấp hơn giới hạn nhả khói đen. Nếu p_k bằng áp suất khí trời, bộ bù tuabin tăng áp sẽ điều khiển lượng nhiên liệu toàn tải của động cơ không tăng áp. 

Hoạt động:

- Khi áp suất khí tăng áp thấp:

Khi áp suất thấp, màng bị đẩy lên phía trên nhờ lò xo. Như vậy, lượng phun không tăng, mà được điều khiển giống như động cơ không tăng áp. Chốt nối ở vị trí mặt côn D.

- Khi áp suất tăng áp tăng quá cao:

Nếu áp suất khí tăng áp tăng quá cao, vượt quá áp suất giới hạn, chốt nối sẽ bị đẩy sang trái bởi mặt côn D của cần đẩy, làm giảm lượng phun. Điều này là để tránh phun quá nhiều ngay cả khi việc điều khiển tuabin tăng áp bị hỏng.

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỘ TURBIN TĂNG ÁP

3.1. Nội dung tính toán

- Tính toán các thông số làm việc tuabin-máy nén.

- Tính toán bộ tuabin tăng áp.

+ Tính toán máy nén.

+ Tính toán tuabin.

3.2. Các số liệu cho trước và các thông số chọn.

Các thông số cho trước như bảng 3.1.

3.3. Tính toán các thông số làm việc tuabin-máy nén.

Trong quá trình làm việc của động cơ diesel có tăng áp bằng tuabin khí xả khi động cơ làm việc ở chế độ định mức, TB-MN thường xuyên đảm bảo cân bằng giữa công suất do tuabin sinh ra và công suất tiêu dùng cho máy nén (N_T = N_K). TB-MN có rôto không liên hệ động lực học với trục khuỷu, ở tất cả các chế độ làm việc của động cơ TB và MN đều tự điều chỉnh công suất. Công suất của máy nén khi tính toán dựa vào suất tiêu hao không khí và áp suất tăng áp.

(1) Lưu lượng không khí vào máy nén (G_k) hay suất tiêu hao không khí qua máy nén được xác định theo khối lượng không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu trong xi lanh động cơ. 

Ta có:

g_e- suất tiêu hao nhiên liệu có ích, g_e = 0,225 Kg/(kW.h)

N_e- Công suất có ích của động cơ, N_e = 85 kW

a- Hệ số dư lượng không khí, a = 1,7

j_k- Hệ số quét khí, j_k = 1,05

Mo- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu.Theo tài liệu [2]: Mo = 0,496 Kmol không khí/kg nhiên liệu.

m_b- Khối lượng 1 kmol không khí, m_b = 28,95 kg

Thay các giá trị vào (3.1), ta được: G_k = 0,13616 [kg/s]

(3) Nhiệt độ của khí thải ra khỏi động cơ khi chưa tính đến sự hoà lẫn của khí quét: T_p’

Ta có:

m- Là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót, m = 1,5;

T_b, P_b- Nhiệt độ và áp suất cuối quá trình giãn nở;

T_b = 1010⁰K; P_b = 0,34 [MN/m²]

P_p- Áp suất khí thải ra khỏi động cơ, P_p chọn theo P_k,

P_k = (1,15 - 1,3) P_p, chọn P_p = P_k/1,28= 0,17/1,28 = 0,1328 MN/m²

Thay các giá trị vào (3.3): => t^’ p = 734,29 - 273 =  461,28 [⁰C]

(4) Nhiệt độ của khí thải ra khỏi động cơ khi tính đến thành phần khí quét hoà lẫn trong khí xả: T_p

Ta có:

t’_p = 461,28 [⁰C]

t_k = T_k - 273 = 298 - 273 = 25 [⁰C]

m_cp, m’_cp, m’’_cp- Là tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình của không khí, của hỗn hợp khí quét và khí thải, của khí thải, được xác định theo các công thức sau [7]:

m_cp   = m_cv + 8,314 = 19,806 +T_k + 8,314 =  19,806 +0,0028. 298 + 8,314 =  28,95 [KJ/Kmol.⁰K]

m’’_cp =  m’’_cv  + 8,314 = 20,755043 + 0,0026401283 . T’_p + 8,314

=  20,755043 + 0,0026401283 . 734,29+ 8,314 = 31  [KJ/Kmol.⁰K]

Tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của hỗn hợp khí xả trước tuabin, được tính theo phương trình tỉ nhiệt hỗn hợp lượng không khí quét dư và sản vật cháy. m’_cp được xác định theo công thức sau [3]: m_cp = 30,82 [ KJ/Kmol. ⁰K]

3.4. Tính toán bộ tuabin tăng áp.

Việc tính toán turbo tăng áp dựa trên tính chất đồng bộ của tuabin và máy nén. Đối với một chế độ ổn định thì sự làm việc ổn định của tuabin máy nén theo các điều kiện sau:

- Cân bằng công suất: N_K = N_T

Trong đó : N_T, N_K- Là công suất của tuabin và máy nén

- Cân bằng số vòng quay: n­_K = n_T

- Cân bằng lưu lượng khí qua tuabin và máy nén: G_T = G_K + G_nl - G_hhụt

G_hhụt- Là lưu lượng khí hao hụt trong xilanh động cơ.

3.4.1. Tính toán máy nén.

(1) Nhiệt độ của dòng hãm ở tiết diện a₁a₁ ở lối vào của bánh công tác, T^*_a1:              

T^*_a1= T₀ = 298 ⁰K

(2) Áp suất của dòng hãm ở tiết diện a₁a₁, P^*_a1

P^*_a1= P₀ - DP_b1

Vậy: P^*_a1= 0,1 -  0,002 = 0,098   [MN/m²]

Gồm các thông số cấu tạo chính sau:

+ D₀ -Đường kính trong của miệng vào bánh công tác.

+ D₁-Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác.

+ D_1m-Đường kính trung bình của miệng vào bánh công tác.

+ D₂-Đường kính ngoài của miệng ra bánh công tác.

+ D₃ -Đường kính trong vành tăng áp.

+ D₄-Đường kính ngoài vành tăng áp.

+ B-Chiều dài của bánh công tác.

(8) Áp suất của không khí sau máy nén: P_k = 0,17[MN/m²]

(13) Vận tốc chiều trục để tạo nên vận tốc tuyệt đối khi dòng vào hướng trục: C_1a = C₁ và nó nằm trong phạm vi (80 -150 [m/s]), chọn C_1a = C₁ = 80 [m/s]

(21) Đường kính trong của miệng vào bánh công tác: Do = 0,3 . D1 = 0,3.63,7= 19,11 [mm]

(22) Đường kính D₂ bánh công tác:

Được chọn theo số liệu thống kê: D₁/D₂ = 0,45 ÷ 0,67. Chọn D₂ = D₁/0,65= 63,7/0,65 = 98 [mm]

(45) Vận tốc hướng tâm tạo thành vận tốc tương đối ở lối thoát ra từ bánh công tác : W_2r = C_2r = 80 [m/s]

(52) Bề rộng phần không có cánh của ống khuếch tán ở lối ra: b’₂

Xác định theo công thức sau:   b’₂ = b₂ + (2 ¸5)mm. Chọn b’₂ = b₂+2,4 = 3,79+3,21 =7[mm]

(53) Đường kính ngoài ống khuếch tán hở: D’₂

D’₂ = (1,08¸1,15) D₂ Chọn D’₂ = 1,15 . D₂ = 1,15 . 98 = 112,7 [mm]

(69) Đường kính ngoài của ống khuếch tán có cánh:

Theo [9]:     D₃ = (1,35¸1,7).D₂

Chọn D₃ = 1,453 . D₂ = 1,453 . 0,098 = 0,1424 [m]

(70) Bề rộng ống khuếch tán có cánh ở lối ra: b₃

Theo [9]:     b₃ ³ b’₂

Chọn b₃ = 1,25 . b’₂ = 1,25 . 0,007 = 0,00875 [m]

(71) Góc nghiêng đối với vectơ vận tốc tuyệt đối C₃ ở lối ra của ống khếch tán có cánh [9]:

a₃ = a₂ + (10¸18°) = 19°9’ + 15°51’ = 35°

(74) Nhiệt độ không khí ở lối ra của ống khếch tán : T₃

T₃ = b . T’₂

Chọn: b = 1,085

T₃ = b . T’₂ = 1,085 . 360,81 = 391,48 [^oK]

3.4.2. Tính toán tuabin.

Theo tính toán ban đầu, nhiệt độ của khí thải ra khỏi động cơ là

T_T = T_p = 646,03 ⁰K

Áp suất khí thải ra khỏi động cơ là P_T = P_p = 0,14 [MN/m²]

Hệ số dư lượng không khí tổng cộng: a_c = j_k.a

Ở đây: j_k- Là hệ số quét khí. Theo tài liệu [2], chọn: j_k = 0,96

a_c = 1,05 . 1,7= 1,785

Khối lượng của không khí để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu:

L₀ = r_KK . M₀

Ở đây: r_KK- Là khối lượng riêng của không khí, r_KK  = 28,95 [kg/kmol]

M₀- Là lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu. Theo tài liệu [2]: Mo = 0,496 [Kmol kkhí/kg nliệu]

L₀ =  r_KK . M₀ = 28,95 . 0,496 = 14,3592 [Kg kk/kg nl]

Số vòng quay của tuabin n_T = n_K = 55059,73 (vòng/phút)

K₁- Là số mũ đoạn nhiệt của khí thải trước tuabin.

Theo tài liệu [3], K₁ = 1,33-1,35; Chọn K₁=1,35

(8) Công giãn nở đoạn nhiệt trong ống nối: L_Tagc

Theo tài liệu [2] : r = 0,45 ¸0,55, chọn r = 0,50

(13) Vận tốc vòng ở đường kính trung bình: U

U = c . C_Tag

Theo tài liệu [2], chọn c  = 0,54

U = 0,54 . 455,13 = 245,77 [m/s]

(15) Chiều cao cánh ống nối: l₁

Theo tài liệu [2]:  l₁/D_1m = 0,16 ¸ 0,25,

chọn l₁= 0,24.D_1m=0,22.0,0853=0,0188[m]

(16) Bước lưới ống nối: t₁

Theo tài liệu [2]: t₁/l₁ = 0,8 ¸0,9

Chọn t₁/l₁ = 0,875 => t₁ = 0,875 . l₁ = 0,875 . 0,0188 = 0,0165 [m]

(18) Bề rộng lưới ống nối ở phần hẹp nhất: a

Theo tài liệu [2]: khi M₁ > 0,6 thì a được xác định theo công thức:

a = t₁ . sina₁ = 16,5 . sin 22⁰ = 6,18 [mm]

(22) Góc vào của dòng ở cánh của bánh công tác tuabin: b₁

b₁ = arcsin (C₁. Sina₁/W₁) = arcsin (312,2.Sin22⁰/126,4)= 72⁰55’

(23) Công giãn nở đoạn nhiệt của khí thải trong cánh của bánh công tác :

L_Tag1 = r . L_Tagc = 0,50 .51786,45 = 25893,225  [J/Kg]

* Kết luận: Qua kết quả tính toán ở trên cho phép ta có thể kết luận: Với điều kiện khai thác ở Việt Nam (nhiệt độ, áp suất môi trường,…) hệ thống tăng áp động cơ Mazda WL Turbo lắp trên xe Ford Ranger đảm bảo phát huy tốt công suất và hiệu suất làm việc. Các chỉ tiêu kinh tế và hiệu quả của chu trình công tác của động cơ được đảm bảo trong điều kiện khai thác ở môi trường nước ta.

CHƯƠNG 4: KHAI THÁC BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG TĂNG ÁP

4.1. Mục đích, nội dung và yêu cầu trong bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống tăng áp.

4.1.1. Mục đích.

- Giảm cường độ hao mòn của các chi tiết.

- Ngăn ngừa và phát hiện kịp thời các hư hỏng của hệ thống tăng áp của động cơ MAZDA WL TURBO để sớm khắc phục.

- Đảm bảo cho hệ thống tăng áp của động cơ MAZDA WL TURBO được vận hành ổn định, an toàn và đạt được công suất cao nhất.

4.1.2. Nội dung.

- Bão dưỡng hàng ngày.

- Bão dưỡng định kỳ.

4.2. Quy trình bảo dưỡng hệ thống tăng áp.

4.2.1. Bảo dưỡng hàng ngày.

- Kiểm tra sự làm việc ổn định của động cơ.

- Kiểm tra mức dầu bôi trơn, nước làm mát, dung dịch ắc qui,… của động cơ.

- Kiểm tra dầu bôi trơn có bị rò rỉ không.

4.2.2. Bảo dưỡng định kỳ.

- Bảo dưỡng định kỳ từ 1.000 km - 1.500 km (bảo dưỡng ô tô lần đầu): Thay lọc dầu và dầu động cơ.

- Bảo dưỡng định kỳ từ 5.000 km - 35.000 km.

+ Thay mới dầu động cơ, dầu động cơ xe for ranger thường dùng là 5W30.

+ Nếu thay dầu động cơ 5.000 km thì 2 lần thay dầu 1 lần thay lọc động cơ, còn thay dầu 10.000 km thì thay dầu động cơ và lọc dầu động cơ cùng lúc.

4.3. Xác định các hư hỏng và biện pháp sửa chữa .

Việc xác định các hư hỏng của hệ thống tăng áp là rất quan trọng, nó liên quan lớn tới nhiều chỉ tiêu của động cơ. Do đó người thợ sửa chữa phải tuân thủ rất nghiêm ngặt quy trình sửa chữa theo đúng tuần tự sau:

- Tìm hiểu các biểu hiện của động cơ.

- Xác định hư hỏng.

4.3.1. Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn.

Nguyên nhân:

- Áp suất tăng áp quá thấp.

- Tắc hệ thống nạp khí.

- Rò rỉ trong hệ thống nạp khí.

4.3.2. Có tiếng ồn bất thường.

Nguyên nhân:

- Có hiện tượng của các chi tiết lắp ghép với cụm TB-MN

- Ống xả bị rò hoặc rung động.

- Sai lệch điều kiện vận hành của TB-MN.

Khắc phục:

- Kiểm tra các bulông ghép của cụm TB-MN, nhất là các bulông. Xem chúng có bị lỏng, lắp đặt không đúng hay bị biến dạng không, từ đó có phương pháp sửa chữa hoặc thay thế nếu cần.

- Kiểm tra các bích nối của hệ thống nạp, thải với động cơ cũng như với cụm TB-MN.

4.4. Hệ quả các hư hỏng và biện pháp sửa chữa.

4.4.1. Thiếu dầu.

Việc thiếu dầu sẽ có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc bình thường của các ổ trục, sự quay của các rôto, các đệm làm kín, thậm chí có thể làm gẫy trục hoặc gây ra các sự cố lớn.

4.4.3. Dầu bẩn.

Dầu bôi trơn cụm TB-MN thường được lấy từ động cơ sau khi đã được lọc sạch. Nếu dầu bẩn sẽ dẫn tới chất lượng bôi trơn không đảm bảo, có thể làm tắc các đường ống dẫn dầu gây ra hiện tượng thiếu dầu hoặc làm cào xước, bào mòn các bề mặt ma sát.

4.5. Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ.

4.5.1. Kiểm tra hệ thống nạp khí.

Kiểm tra sự rò rỉ hay tắc kẹt của đường ống nối giữa lọc khí và đường nạp, đường nạp với cụm TB-MN cũng như giữa cụm TB-MN với đường ống nối với động cơ... các hư hỏng trong hệ thống này cần phải được khắc phục:

- Tắc lọc khí: Làm sạch hoặc thay thế.

- Vỏ bị hư hỏng hoặc biến dạng: Sửa chữa hoặc thay thế.

4.5.2. Kiểm tra hệ thống thải.

Kiểm tra sự rò rỉ hay tắc kẹt của đường ống nối giữa động cơ với đầu vào cụm TB-MN và giữa đầu ra của cụm này với đường thải.

- Biến dạng các phụ kiện: Sửa chữa và thay thế.

- Vật lạ rơi vào các rãnh: Vệ sinh các rãnh.

4.7. Tháo và lắp cụm tuabin - máy nén.

- Quy trình tháo tuabin khỏi xe

+ Bước 1: Mở 4 kẹp trên nắp hộp lọc gió và tháo nó ra bằng đường ống. Nới lỏng cổ rê của đường ống dẫn khí trên đầu vào của bộ tăng áp và tháo 4 cái kẹp sau. sử dụng tuốc nơ vít.

+ Bước 4: Sử dụng cờ lê ổ cắm có lắp bộ phận mở rộng, tháo hai đai ốc mặt bích nối đầu vào dầu với ổ trục tăng áp.

+ Bước 6: Quy trình lắp lại turbo ngược quy trình tháo.

- Quy trình tháo rời tuabin

+ Bước 1: Đánh dấu lên 2 vỏ

+ Bước 4: Tháo ruột turbo ra, đưa lên bàn gá, sau đó tháo con tán giữ cánh quạt nén trên trục.

+ Bước 6: Tháo ốc vít bao quanh bạc đạn.

4.7.1. Các chú ý khi tháo lắp.

- Trước khi lắp lại turbo cần kiểm tra và vệ sinh phần ruột và vỏ turbo.

- Dầu động cơ nóng rất nhanh do nó sử dụng để làm mát và bôi trơn tuabin tăng áp, nên nó bị biến chất nhanh chóng. Vì vậy, dầu động cơ và lọc dầu phải được thay thế thường xuyên.

4.7.2. Các chú ý khi bảo dưỡng, sửa chữa.

- Nếu động cơ hoạt động với lọc gió, nắp vỏ lọc gió hay đường ống bị tháo, các vật bên ngoài sẽ lọt vào và làm hỏng cánh tuabin và cánh nén bởi vì chúng quay với tốc độ rất cao.

- Nếu tuabin tăng áp hỏng và cần phải thay thế, đầu tiên kiểm tra các mục sau để tìm nguyên nhân sửa chữa nếu cần thiết

4.7.3. Kiểm tra tuabin tăng áp.

a) Kiểm tra tua bin tăng áp trên xe.

Kiểm tra hệ thống nạp khí: Kiểm tra rò rỉ hay tắc giữa lọc khí và đường vào tuabin tăng áp, giữa đường ra tuabin tăng áp với nắp qui lát. Nếu tìm thấy hư hỏng gì, làm sạch, sửa chữa hay thay thế chi tiết.

b) Kiểm tra tua bin tăng áp tháo khỏi xe.

- Kiểm tra bánh tuabin:

+ Hãy kiểm tra xem bánh tuabin có quay tự do, không có bất kỳ điểm chặt nào.

+ Đặt tuabin trên mặt bích bên của nó và trong khi giữ nó bằng một tay, quay bánh tuabin bằng các đầu ngón tay của bạn. 

KẾT LUẬN

   Sau quá trình tìm hiểu, nghiên cứu các phương pháp tăng áp trong động cơ đốt trong nói chung cũng như việc tìm hiểu, nghiên cứu lý thuyết và tính toán kiểm nghiệm hệ thống tăng áp trên động cơ MAZDA WL TURBO, đến nay đồ án của em đã hoàn thành.

   Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu để thực hiện đồ án, kiến thức thực tế cũng như kiến thức căn bản của em được nâng cao hơn. Em đã hiểu được hơn về các hệ thống tăng áp của động cơ đốt trong, đặc biệt là hệ thống tăng áp của động cơ MAZDA WL TURBO biết được các kết cấu mới và nhiều điều mới mẻ từ thực tế. Em cũng học tập được nhiều kinh nghiệm trong công tác bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống tăng áp của động cơ đốt trong nói chung, khái quát được các kiến thức chuyên ngành cốt lõi.

   Để hoàn thành được đồ án này trước hết em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy của Khoa ô tô - Trường đại học Trần Đại Nghĩa, đã hướng dẫn chỉ bảo em từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành, cảm ơn thầy ThS …………. đã tận tình, chỉ bảo giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Tuy nhiên do thời gian có hạn, kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiều hạn chế cũng như thiếu những kinh nghiệm thực tiễn cho nên đồ án không tránh khỏi sai sót rất mong các thầy cô quan tâm góp ý để kiến thức của em ngày một hoàn thiện hơn. 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Võ Nghĩa, Lê Anh Tuấn. “Tăng áp động cơ đốt trong”. Hà Nội: NXB khoa học và kỹ thuật, 2005.

[2]. Nguyễn Tất Tiến.“Nguyên lý động cơ đốt trong”. NXB giáo dục, 2000.

[3]. TS. Vy Hữu Thành – ThS Vũ Anh Tuấn. “Hướng dẫn môn học động cơ đốt trong”. HVKTQS, 2003.

[4]. “Ford Ranger Training Manual”. Ford  Motor Company, 1999.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"