MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.. 1

MỤC LỤC.. 2

MỤC ĐÍCH - Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 5

1. Giới thiệu chung về động cơ  Yuchai - YZ485ZLQ.. 7

1.1. Các thông số cơ bản của động cơ Yuchai-YZ485ZLQ.. 8

1.2. Các cơ cấu và các hệ thống chính của động cơ. 9

1.2.1. Nhóm piston thanh truyền. 9

1.2.1.1. Nhóm piston. 10

1.2.1.2. Thanh truyền. 11

1.2.2. Cơ cấu trục khuỷu. 13

1.2.2.1. Đầu trục khuỷu. 13

1.2.2.2.  Cổ trục khuỷu. 14

1.2.2.3. Chốt khuỷu. 14

1.2.2.4. Má khuỷu. 14

1.2.2.5. Đối trọng. 15

1.2.2.6. Đuôi trục khuỷu. 15

1.2.3. Thân máy và nắp xylanh. 16

1.2.3.1. Thân máy. 16

1.2.3.2. Nắp xy lanh. 17

1.2.4. Cơ cấu phân phối khí 18

1.2.5. Hệ thống nhiên liệu. 21

1.2.5.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống. 21

1.2.5.2. Cấu tạo bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu. 24

1.2.6. Hệ thống bôi trơn. 25

1.2.7.  Hệ thống làm mát 26

1.2.8. Hệ thống khởi động. 28

1.2.9. Hệ thống tăng áp. 29

2. Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai - YZ485ZLQ.. 29

2.1. Giới thiệu chung về  tăng áp trên động cơ diezel 29

2.1.1. Mục đích của việc tăng áp cho động cơ diezel 29

2.1.2. Các phương pháp tăng áp chủ yếu cho động cơ. 30

2.1.2.1. Biện pháp tăng áp nhờ máy nén. 30

2.1.2.2. So sánh ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp có máy nén và hệ thống tăng áp không có máy nén  31

2.1.3. Một vài vấn đề cần lưu ý khi tăng áp cho động cơ đốt trong. 31

2.2. Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai –YZ485ZLQ.. 32

2.2.1. Sơ đồ  bố trí hệ thống tăng áp trên động cơ. 33

2.2.2. Đặc điểm kết cấu của các bộ phận trong hệ thống tăng áp động cơ YZ485ZLQ   34

2.2.2.1. Kết cấu của bộ turbo tăng áp. 34

2.2.2.2. Bộ phận xả bớt khí thải qua tuabin. 48

2.2.2.3. Bộ phận làm mát khí nạp. 50

2.2.3. Phối hợp làm việc của turbo SJ60  với động cơ YZ485ZLQ.. 53

3. Tính toán hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai YZ485ZLQ.. 56

3.1. Tính toán kiểm nghiệm bộ turbo SJ60 của hệ thống tăng áp lắp trên động cơ Yuchai-YZ485ZLQ   56

3.1.1. Các số liệu cho trước và các thông số chọn. 56

3.1.2. Tính toán các thông số làm việc trong tuabin và máy nén. 57

3.1.3. Tính toán cụm turbo tăng áp. 60

3.1.3.1. Tính toán máy nén. 60

3.1.3.2. Tính toán tuabin. 72

4. Những hư hỏng và biện pháp khắc phục. 79

4.1. Xác định nguyên nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục. 79

4.1.1. Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn. 80

4.1.1.1. Nguyên nhân. 80

4.1.1.2. Biện pháp khắc phục. 80

4.1.2. Có tiếng ồn bất thường. 80

4.1.2.1. Nguyên nhân. 80

4.1.2.2. Biện pháp khắc phục. 80

4.1.3. Tiêu hao nhiên liệu lớn và có khói xanh. 81

4.1.3.1. Nguyên nhân. 81

4.1.3.2. Biện pháp khắc phục. 81

4.2. Phân tích các hư hỏng của hệ thống tăng áp. 81

4.2.1. Thiếu dầu bôi trơn. 81

4.2.2. Vật lạ rơi vào cụm TB-MN.. 81

4.2.3. Dầu bôi trơn bẩn. 81

4.3. Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ. 82

4.3.1. Kiểm tra hệ thống khí nạp. 82

4.3.2. Kiểm tra hệ thống thải 82

4.3.3. Kiểm tra hoạt động bộ chấp hành. 82

4.4. Các điểm cần lưu ý khi sử dụng hệ thống tăng áp. 82

4.5. Phương pháp tháo lắp cum TB-MN.. 83

KẾT LUẬN.. 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 85

LỜI NÓI ĐẦU

   Sau thời gian học tập tại Khoa Cơ khí giao thông, Trường Đại học Bách khoa và thời gian được thực tập tốt nghiệp, kết thúc khoá học, em đã lựa chọn đề tài về chuyên ngành động cơ để nghiên cứu và làm Đồ án tốt nghiệp của mình.Tên đề tài: 

Khảo sát hệ thống tăng áp bằng Turbo khí xả trên động cơ YUCHAI-YZ485ZLQ.

   Với những kiến thức đã học, từ thực tế và các tài liệu thu thập được trong thời gian thực tập tốt nghiệp, được sự giúp đỡ của những anh trong công ty cùng với sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo:...................., cùng các thầy giáo trong khoa, qua sự nổ lực cố gắng của bản thân em đã hoàn thành báo cáo về đề tài của mình.

   Nội dung chính của phần thuyết minh gồm 4 nội dung sau :

1. Giới thiệu chung về động cơ YUCHAI-YZ485ZLQ.

2. Khảo sát hệ thống tăng áp trên đọng cơ YUCHAI-YZ485ZLQ.

3. Tính táon hệ thống tăng áp.

4. Những hư hỏng và biện pháp khắc phục.

   Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện em đã cố gắng tham khảo những tài liệu nước ngoài cũng như các môn học liên quan. Nhưng do trình độ và thời gian có hạn nên  không tránh khỏi những thiếu sót nhất định về mặc nội dung cũng như hình thức trình bày. Em rất mong được sự thông cảm, giúp đỡ, chỉ bảo của quý thầy giáo.

Một lần nữa em xin trân trọng gửi lời biết ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn:...................., cùng quý thầy giáo trong khoa.  

                                                                  .........,ngày ... tháng .... năm 20.....

                                                               Sinh viên thực hiện

                                                                ......................

MỤC ĐÍCH - Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Tuy không còn mới mẽ so với các ngành khoa học khác, nhưng cùng với sự phát triển của nền khoa học công nghệ của nhân loại, ngành động cơ đốt trong đã đóng góp một phần rất quan trọng trong sự phát triển đó. Cùng với những yêu cầu ngày càng cao của nhu cầu cuộc sống, nó đòi hỏi sự cải biến lớn trong tất cả các lĩnh vực khoa học nói chung và đối với ngành động cơ đốt trong nói riêng cũng không nằm ngoài qui luật phát triển đó. Tuy nhiên, sự cải biến đó của ngành động cơ không có nghĩa là thay đổi một cách toàn diện về mặt nguyên lý và kết cấu mà nó vẫn dựa trên nền tản của những nguyên lý và kết cấu đã có từ hàng trăm năm trước, trên cơ sở cải tiến và hoàn thiện hơn.

Để cải tiến và hoàn thiện hơn cho động cơ, ngành động cơ đốt trong đã nghiên cứu và chế tạo ra nhiều những loại động cơ với tính năng ưu việt, bằng cách cải tiến và hoàn thiện những hệ thống trên động cơ như: hệ thống nhiên liệu (phun xăng điện tử, phun dầu điện tử, hệ thống đánh lửa điện tử, sử dụng hệ thống tăng áp..v..v.). Một trong những biện pháp hữu hiệu nhất để nâng cao công suất cho động cơ diezel được sử dụng rộng rãi ngày nay đó chính là sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbo chạy bằng năng lượng khí thải của chính động cơ đó. Đây cũng là đề tài em đã lựa chọn để nghiên cứu và làm đồ án tốt nghiệp cho mình sau thời gian được học tập tại Khoa Cơ khí giao thông của Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng. Tên đề tài chính thức mà em thực hiện đó là: Khảo sát hệ thống tăng áp bằng turbo khí xả trên động cơ Yuchai-YZ485ZLQ.

1. Giới thiệu chung về động cơ  Yuchai - YZ485ZLQ

Do trong quá trình tìm kiếm tài liệu nhưng không có mặt cắt của động cơ YZ485ZLQ nên em tham khảo mặt cắt của động cơ DE08TIS. Trong mặt cắt này để tương đồng với động cơ YZ485ZLQ mà ta khảo sát, một số kết cấu đã thay đổi :

+ Trên đầu nhỏ thanh truyền có khoét lõm để hứng dầu;

+ Nắp đầu to thanh truyền không nằm nghiêng 45⁰ mà nằm thẳng (hình 1-6).

Động cơ YZ485ZLQ là động cơ diesel 4 kỳ, 4 xilanh thẳng hàng, phun trực tiếp, được tăng áp và làm mát trung gian do hãng Yuchai sản xuất có hiệu quả kinh tế và hiệu suất cao. Động cơ được sử dụng chủ yếu trên ôtô tải vừa và nhỏ. Nó thỏa mãn các yêu cầu như: tiếng ồn thấp, tiết kiệm nhiên liệu, tốc độ động cơ cao và đảm bảo độ bền.

1.1. Các thông số cơ bản của động cơ Yuchai-YZ485ZLQ

Bảng 1 - 1 Các thống số cơ bản của động cơ.

1.2. Các cơ cấu và các hệ thống chính của động cơ

1.2.1. Nhóm piston thanh truyền

Nhóm piston thanh truyền của động cơ YZ485ZLQ được thể hiện qua hình 1- 2.

1.2.1.1. Nhóm piston

Nhóm piston gồm piston, xécmăng, chốt piston và vòng hãm chốt piston. Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ, cùng với xilanh và nắp xilanh tạo thành buồng cháy. Điều kiện làm việc của piston là rất khắc nghiệt. Trong quá trình làm việc của động cơ, piston chịu lực rất lớn, chịu áp suất và nhiệt độ rất cao và ma sát mài mòn lớn.

- Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ cho không khí cháy trong buồng cháy không lọt xuống cacte và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy;

- Tiếp nhận lực khí thể sinh ra do quá trình cháy nổ và truyền tới thanh truyền để làm quay trục khuỷu, nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải trong quá trình thải và hút khí nạp mới trong quá trình nạp.

Chân piston có dạng vành đai để tăng độ cứng vững cho piston. Trên chân piston người ta cắt bỏ một phần khối lượng nhằm giảm lực quán tính cho piston nhưng không ảnh hưởng đến độ cứng vững của nó.

Chốt piston là chi tiết dùng để nối piston với đầu nhỏ thanh truyền, nó truyền lực khí thể từ piston qua thanh truyền để làm quay trục khuỷu. Trong quá trình làm việc chốt piston chịu lực khí thể và lực quán tính rất lớn, các lực này thay đổi theo chu kỳ và có tính chất va đập mạnh. Chốt piston có dạng hình trụ rỗng. Chốt piston được lắp với piston và đầu nhỏ thanh truyền theo kiểu lắp tự do. Khi làm việc, chốt piston có thể xoay tự do trong bệ chốt piston và bạc lót của đầu nhỏ thanh truyền. Trên đầu nhỏ thanh truyền và trên bệ chốt piston có lỗ để đưa dầu vào bôi trơn chốt piston.

1.2.1.2. Thanh truyền

Thanh truyền là chi tiết dùng để nối piston với trục khuỷu và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. Khi làm việc, thanh truyền chịu tác dụng của: lực khí thể trong xilanh, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh truyền.

Vật liệu để chế tạo thanh truyền là thép cacbon với mác thép là C40.

Thanh truyền có cấu tạo gồm 3 phần: Đầu nhỏ, thân và đầu to.

+ Đầu nhỏ thanh truyền dùng để lắp với chốt piston có dạng hình trụ rỗng, trên đầu nhỏ có rãnh hứng dầu để bôi trơn bạc lót và chốt piston. Khi làm việc, chốt piston có thể xoay tự  do trong đầu nhỏ thanh truyền.

+ Thân thanh truyền có tiết diện chữ I. Chiều rộng của thân thanh truyền tăng dần từ đầu nhỏ lên đầu to mục đích là để phù hợp với quy luật phân bố của lực quán tính tác dụng trên thân thanh truyền trong mặt phẳng lắc.

+ Đầu to thanh truyền có dạng hình trụ rỗng. Kích thước đầu to thanh truyền phụ thuộc vào đường kính và chiều dài chốt khuỷu.

1.2.2. Cơ cấu trục khuỷu

Trục khuỷu của động cơ diezel Yuchai-YZ485ZLQ là loại trục khuỷu được làm liền khối với 5 cổ trục chính (hình 1 – 7).

Vật liệu để chế tạo trục khuỷu trong động cơ này dùng gang graphít cầu để đúc trục khuỷu. Gang graphít cầu có rất nhiều ưu điểm như: rẻ tiền, tính lưu động tốt và dễ đúc, hệ số ma sát trong lớn hơn thép, chịu mòn tốt và ít nhạy cảm với ứng suất tập trung.

Hình 1 – 7 có thể chia trục khuỷu ra các bộ phận sau :

1.2.2.1. Đầu trục khuỷu

Trên đầu trục có lắp puly dẫn động quạt gió, bơm nước, puly dẫn động máy phát, bộ phận chắn dầu và bánh răng phân phối (hình 1 – 8 ).

Bánh răng và bánh đai được lắp chặt trên trục, có then bán nguyệt định vị. Trên đầu trục còn lắp phớt chắn dầu, bạc chắn dọc trục.

1.2.2.3. Chốt khuỷu

Đường kính chốt khuỷu nhỏ hơn đường kính cổ trục. Để giảm khối lượng của trục khuỷu, chốt khuỷu được làm rỗng, vừa nhẹ vừa để chứa dầu bôi trơn. Đường dầu trong cổ trục và chốt khuỷu của động cơ được thể hiện ở (hình 1 – 9).             

1.2.2.4. Má khuỷu   

Má khuỷu là bộ phận nối liền giữa cổ trục và chốt khuỷu, hình dạng má khuỷu chủ yếu phụ thuộc vào dạng động cơ, trị số áp suất khí thể và tốc độ quay của trục khuỷu. Kết cấu má khuỷu của động cơ có dạng ôvan (hình 1 – 10).

1.2.2.5. Đối trọng

Đối trọng có hai nhiệm vụ chủ yếu :

- Cân bằng các lực và mômen của lực quán tính chưa được cân bằng như lực quán tính ly tâm, mômen của lực quán tính ly tâm ;

- Giảm mômen uốn cổ trục.

Khi trục khuỷu có đối trọng, khối lượng sẽ tăng lên và ảnh hưởng đến tần số dao động riêng của trục. Kích thước của đối trọng phụ thuộc chủ yếu vào lực quán tính ly tâm và không gian của hộp trục khuỷu.

1.2.3. Thân máy và nắp xylanh

Thân máy và nắp xylanh là những chi tiết cố định, có khối lượng lớn và kết cấu phức tạp. Hầu hết các cơ cấu và hệ thống của động cơ đều được lắp trên thân máy và nắp xilanh. Bằng phương pháp đúc, người ta dùng gang xám để chế tạo thân và nắp máy.

1.2.3.1. Thân máy

Thân máy động cơ YZ485ZLQ có 4 xilanh thẳng hàng, được lắp lót xilanh khô,  

 khi lót xilanh bị mòn có thể tháo ra để thay thế. Đường kính lót xilanh được gia công đạt độ chính xác và độ bóng cao. Trong thân máy được bố trí các áo nước làm mát bao bọc xung quanh các xilanh.

Có 5 ổ đỡ trục khuỷu trong thân máy, các ổ đỡ trục khuỷu được đúc liền với các vách ngăn trên thân máy, và các nắp ổ trục chế tạo rời, khi lắp ráp dùng bulông để siết chặt.

+ Lót xy lanh :

  Dùng lót xilanh khô có độ cứng vững lớn, do được ép tựa vào xilanh trên thân máy. Vì vậy, ép xilanh khô có thể làm mỏng. Chiều dày ống lót thường chỉ 2 ¸ 3mm. Lót xilanh khô không bị rò rỉ nước và lọt khí. Tuy nhiên, khuyết điểm của loại lót này là khó gia công và khi ép vào xilanh độ tiếp xúc của mặt ngoài của lót và mặt lỗ xilanh thường khó đạt được 100%, do đó sẽ ảnh hưởng đến truyền nhiệt.

1.2.3.2. Nắp xy lanh

Nắp xilanh có vai trò cùng với xilanh và piston tạo thành buồng cháy. Nhiều bộ phận của động cơ được lắp trên nắp xilanh như: vòi phun, cụm xupap, các đường ống nạp, thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn.

1.2.4. Cơ cấu phân phối khí

Động cơ YZ485ZLQ có cơ cấu phân phối khí loại dùng xupáp treo. Cách bố trí này tạo cho buồng cháy có kích thước nhỏ gọn, giảm được tổn thất nhiệt, dễ dàng bố trí đường nạp và đường thải, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thải sạch và nạp đầy. Hiện nay, trên động cơ diezel chỉ dùng phương án bố trí xupáp này. Tuy vậy, nhược điểm của phương pháp bố trí xupáp treo là dẫn động xupáp phức tạp, làm tăng chiều cao động cơ, và khí bố trí xupáp treo thì làm kết cấu của nắp xilanh phức tạp.

Mỗi xilanh của động cơ được bố trí hai xupáp, một xupáp nạp và một xupáp xả, các xupáp được đặt xen kẻ nhau. Đường nạp và đường thải được bố trí về hai phía của động cơ, do đó giảm được sự sấy nóng không khí nạp. Trục cam được bố trí trong hộp trục khuỷu, được dẫn động từ trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng. Xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, và đòn bẩy.

Đũa đẩy là một thanh thép nhỏ hình trụ dùng để truyền lực từ con đội đến đòn bẩy. Hai đầu tiếp xúc với con đội và cò mổ.

Vật liệu làm đế là thép hợp kim.

Xupáp nạp dùng thép hợp kim Crôm - Niken: 40CrNi.

Xupáp thải do chịu nhiệt độ cao nên dùng: 30CrNi3A.

Động cơ YZ485ZLQ dùng xupáp có đáy bằng, mặt làm việc quan trọng của xupáp là mặt côn, xupáp nạp có mặt côn này nghiêng một góc a = 30⁰, còn xupáp thải thì có mặt côn nghiêng một góc a = 45⁰. Mặt làm việc được gia công rất kỹ và được mài rà với đế xupáp. Khi làm việc thân xupáp trượt dọc theo ống dẫn hướng xupáp, ống dẫn hướng xupáp gắn chặt với nắp máy. Đuôi xupáp có một rãnh hãm hình trụ để lắp ghép với đĩa lò xo, đĩa lò xo được lắp với xupáp bằng hai móng hãm hình côn, mặt trên của đuôi xupáp được tôi cứng để tránh mòn.

1.2.5. Hệ thống nhiên liệu

1.2.5.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống

 Bơm hút nhiên liệu từ bình chứa 1 nhiên liệu qua bầu lọc thô 3, sau đó nhiên liệu được bơm tiếp vận chuyển qua bầu lọc tinh 6 trước khi đưa đến bơm cao áp 9. Các bầu lọc thô và lọc tinh sẽ lần lượt lọc sạch nhiên liệu. Bơm cao áp làm nhiệm vụ bơm nhiên liệu cao áp vào đường ống cao áp để đi đến vòi phun 11 để phun vào động cơ theo đúng thứ tự nổ của mỗi xylanh, nhiên liệu dư thừa trong bơm cao áp đi qua van tràn theo đường ống  trở về cửa hút của bơm chuyển nhiên liệu.

Một phần nhiên liệu bị rò rỉ ở các vòi phun theo đường ống hồi 13 nhiên liệu trở về thùng chứa.

1.2.5.2. Cấu tạo bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu

* Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn động cơ:

Bôi trơn bằng phương pháp bôi trơn cưỡng bức sử dụng bơm bánh răng ăn khớp trong. Bơm được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thông qua bánh răng dẫn động trên trục bơm. Dầu bôi trơn được hút từ cacte thông qua lưới lọc, qua các đường dầu chính để đến các ổ trục khuỷu, ổ trục cam, bôi trơn ổ chốt (ổ đầu to thanh truyền), bôi trơn cơ cấu phân phối khí xuppáp, đòn bẩy, cò mổ....). Đặc biệt, một lượng dầu được bơm liên tục để bôi trơn cho ổ trược trục tuabin - máy nén của hệ thống tăng áp động cơ.

Sử dụng bơm bánh răng ăn khớp trong (hình 1 - 22) với tốc độ quay 4500 vòng/phút, lưu lượng dòng chảy là 38 lít/phút và áp suất dầu bôi trơn vào khoảng 0,2 - 0,5 MPa.

Dùng bầu lọc li tâm toàn phần loại JX0808.

1.2.7. Hệ thống làm mát

* Nguyên lý hoạt động:

Nước trong hệ thống làm mát được tuần hoàn cưỡng bức nhờ vào bơm nước số 7 (bơm nước kiểu li tâm), nước qua ống 8 phân vào các khoang chứa của các xilanh. Khi động cơ nguội và nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 80⁰C thì van hằng nhiệt đóng và nước làm mát không đi vào két làm mát 1 mà trở về trực tiếp từ bơm 7. Sau khoảng thời gian làm việc của động cơ, nhiệt độ nước làm mát lớn hơn 80⁰C, lúc này van hằng nhiệt sẽ mở và nước làm mát đi vào két làm mát 1. Sau khi nước được làm mát sẽ đi qua các đường ống để quay trở về bơm và cứ tiếp tục như vậy quá trình làm mát được thực hiện bằng vòng tuần hoàn kín.  

Sử dụng bơm ly tâm được dẫn động từ trục khuỷu động cơ nhờ dây coroa với tốc độ 4000 vòng/phút và lưu lượng dòng chảy 90 lít/phút.

1.2.9. Hệ thống tăng áp. (Khảo sát cụ thể ở chương sau)

2. Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai - YZ485ZLQ

2.1. Giới thiệu chung về  tăng áp trên động cơ diezel

2.1.1. Mục đích của việc tăng áp cho động cơ diezel

Đối với động cơ không sử dụng hệ thống tăng áp, quá trình nạp của động cơ được tiến hành bằng cách nạp trực tiếp không khí từ môi trường bên ngoài. Việc nạp trực tiếp như vậy sẽ hạn chế về mặt lưu lượng và áp suất khí nạp không cao, do đó công suất của động cơ vì thế mà không được phát huy hết. Để khắc phục hạn chế này, ta sử dụng một máy nén riêng để nén trước không khí sau đó đưa vào xylanh động cơ, làm tăng mật độ không khí, qua đó tăng số lượng không khí nạp vào động cơ trong mỗi chu trình, vì vậy sẽ làm tăng công suất của động cơ. Đó chính là mục đích của việc tăng áp cho động cơ diezel.

2.1.2. Các phương pháp tăng áp chủ yếu cho động cơ

Tất cả các biện pháp tăng áp nhằm tăng áp suất của không khí nạp vào trong xi lanh động cơ ở cuối quá trình nạp lúc đóng xupáp nạp, qua đó làm tăng lượng khí nạp mới vào trong động cơ, được gọi là tăng áp cho động cơ.

Dựa vào nguồn năng lượng để nén không khí trước khi đưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động cơ thành tăng áp có máy nén và tăng áp không có máy nén theo sơ đồ (hình 2 – 1).

2.1.2.1. Biện pháp tăng áp nhờ máy nén

Ở động cơ đốt trong nếu môi chất trước khi nạp vào xi lanh được nén đến một áp suất nào đó thì được gọi là động cơ tăng áp. Nếu môi chất được nén nhờ máy nén được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thì tổ hợp động cơ đốt trong - máy nén được gọi là động cơ tăng áp cơ khí (hoặc cơ giới). Nếu máy nén được dẫn động nhờ tuabin tận dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong thì tổ hợp động cơ đốt trong - tua bin - máy nén được gọi là động cơ tăng áp tua bin khí.

2.1.2.2. So sánh ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp có máy nén và hệ thống tăng áp không có máy nén

Về mức độ tăng áp: Hệ thống tăng áp có máy nén có khả năng tăng công suất lớn và công suất trên một đơn vị diện tích đỉnh piston lớn hơn nhiều so với hệ thống tăng áp không có máy nén. Vì thế, các động cơ diezel cỡ lớn đều dùng tăng áp có máy nén. Ngược lại, hệ thống tăng áp không có máy nén có ưu điểm nổi bật là khi tốc độ động cơ càng thấp thì áp suất tăng áp càng cao, nhờ đó động cơ sẽ có mômen lớn tại tốc độ thấp, điều này rất thích hợp với điều kiện làm việc của động cơ ô tô.

2.2. Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai –YZ485ZLQ

Bảng 2 - 1 Các thông số cơ bản của cụm tuabin - máy nén tăng áp

2.2.1. Sơ đồ  bố trí hệ thống tăng áp trên động cơ.

* Nguyên lý làm việc:

Trong quá trình làm việc, giữa động cơ, tuabin và máy nén có sự liên hệ với nhau. Khi động cơ hoạt động, khí thải ra khỏi động cơ theo đường ống 4 vào làm quay tuabin 8. Bánh công tác của tuabin được nối đồng trục với bánh công tác của máy nén nên bánh công tác của máy nén cũng quay theo. Máy nén thực hiện quá trình hút không khí từ môi trường xung quanh qua bầu lọc 1, rồi đến cửa vào bánh công tác của máy nén nhờ độ chênh áp suất tại cửa vào, sau đó không khí đi vào bánh công tác. Nhờ lực ly tâm và tiết diện thay đổi của bánh công tác của máy nén nên không khí được nén đến một áp suất nào đó để qua két làm mát khí nạp 6 đi cung cấp cho động cơ.

2.2.2. Đặc điểm kết cấu của các bộ phận trong hệ thống tăng áp động cơ YZ485ZLQ

Hình 2 - 3 Tổng thể cụm tuabin-máy nén loại SJ60 của hệ thống tăng áp động cơ Yuchai-YZ485ZLQ

A- Khí nạp máy nén; B- Khí nạp vào động cơ; C- Khí thải ra môi trường bên ngoài; D- Khí thải vào tuabin.

2.2.2.1. Kết cấu của bộ turbo tăng áp

a) Giới thiệu bộ turbo SJ60 lắp trên động cơ YZ485ZLQ

Động cơ Yuchai-YZ485ZLQ sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbo khí thải loại SJ60, do Công ty Weifang Fuyan Turbochargers tại Trung Quốc sản xuất. Cụm turbo tăng áp bao gồm một tuabin dạng hướng kính và một máy nén li tâm.

* Nguyên lý làm việc của cụm tuabin-máy nén:

Khí xả của động cơ đi vào khoang tuabin và áp lực của nó làm cho các cánh tuabin quay. Cánh tuabin và cánh nén gắn đồng trục, nên ở khoang tăng áp các cánh nén sẽ hút không khí từ bên ngoài vào và nén, làm tăng áp lực của không khí rồi dẫn vào các xi lanh. Khí xả được dẫn ra ở lổ thoát của cụm tăng áp để ra ngoài không khí.

b) Tuabin hướng kính

* Nguyên lý hoạt động:

Tuabin trong bộ turbo tăng áp là một loại động cơ (nguồn động lực) dùng để chuyển năng lượng của sản vật cháy có áp suất và nhiệt độ nhất định thành công cơ  học dẫn động máy nén khí. Hình 2-5 giới thiệu sơ đồ cấu tạo của tuabin gồm có: vỏ tuabin, vành miệng phun, cánh tuabin. Sản vật cháy với áp suất p_T, nhiệt độ T_T­ và tốc độ C_T­ đi vào vỏ tuabin tới vành miệng phun. Vành miệng phun là những đường thông có tiết diện giảm dần từ cửa vào đến cửa ra làm cho sản vật cháy được giãn nở và tăng tốc khi qua miệng phun.

* Đặc điểm cấu tạo và nhiệm vụ của các bộ phận chính của tuabin hướng kính trong hệ thống:

Ở phía tuabin khí thì có vỏ tuabin, trong vỏ có bánh công tác. Do phần tuabin luôn tiếp xúc với khí xả có nhiệt độ cao, có các tạp chất ăn mòn, nên vỏ tuabin được đúc bằng gang chịu nhiệt. Phần rôto tuabin có nhiều cánh dẫn, được hàn liền  trên trục rôto. Khí thải từ động cơ đi vào vỏ tuabin qua ống phun để tác động lên các cánh dẫn làm quay rôto tuabin. Trục rôto tuabin được gối trên bạc đỡ. Tốc độ quay của trục rôto tuabin rất lớn, vì vậy giữa bạc và trục được bôi trơn bằng dầu cấp từ động cơ. 

* Đặc tính của tuabin (TB):

Đường đặc tính của TB biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng khối lượng của khí xả với tỉ số giãn nở của nó ở các số vòng quay khác nhau của rôto TB. Dòng chảy qua TB tuân theo các quy luật sau:

- Nếu áp suất đầu vào không đổi, lưu lượng khối lượng tăng khi nhiệt độ giảm;

- Năng lượng trong một đơn vị khối lượng khí là hàm số của nhiệt độ và áp suất;

Nếu lưu lượng khối lượng m_g của khí xả là không đổi mà nhiệt độ giảm thì lưu lượng thể tích giảm và do đó áp suất của khí xả giảm làm cho tỉ số giản nở cũng giảm theo. Trong trường hợp đó các điểm làm việc của TB sẽ là A,B,C,D (hình 2-9).

Khác với MN, đối với TB không tồn tại vùng làm việc không ổn định.

Đặc tính của TB còn cho thấy m_g là hàm số của độ giãn nở nên tốc độ của TB n_T sẽ tăng khi áp suất đầu ra giảm - tức nếu tăng độ cao làm việc của thiết bị (cột áp làm việc) mật độ không khí giảm (khối lượng riêng của không khí giảm) nên m_g cũng giảm theo.

* Đặc tính của máy nén:

Cơ sở để thành lập đặc tính cung cấp khí cho máy nén ly tâm là phương trình Euler. Phương trình này cho phép thiết lập mối quan hệ giữa công cung cấp của máy nén cho 1 kg khí đi qua bánh công tác như sau:

L- Công cung cấp tương ứng với lượng khí m_k (kg).

U₁, U₂- Tốc độ vòng ở cửa vào và cửa ra.

C_1u, C_2u- Tốc độ tuyệt đối theo phương tiếp tuyến.

h_t- Công lý thuyết cần thiết cấp cho 1 kg chất khí hay còn gọi là độ cao cung cấp lý thuyết (bỏ qua ma sát, không có sự va đập và tách dòng giữa dòng chảy với cánh).

Công thức (2-1) trên mang dấu trừ khi <90⁰ và mang dấu cộng khi >90⁰.

Vì chất lỏng đi qua MN là chất khí (chất lỏng chịu nén) nên nó có các tính chất sau :

- Khi nhiệt độ không đổi, thể tích riêng tỷ lệ nghịch với áp suất ;

- Nhiệt độ của chất khí thay đổi rất nhiều khi đi qua MN nên khối lượng riêng của nó cũng thay đổi.

Thực tế máy nén ly tâm luôn có các tổn thất sau :

- Rò rỉ qua khe hở giữa rôto với vỏ.

- Tổn thất do ma sát giữa khí với cánh, vỏ với khí.

 - Tổn thất do va đập giữa góc vào của dòng khí với góc vào của cánh.

Do đó đường biểu diễn đặc tính thực tế của máy nén là một đường cong (hình 2 – 14). Dựa vào đường cong này có thể dễ dàng nhận thấy rằng khi độ chênh áp suất trước và sau máy nén bằng không, tức là p₁/p­₀ = 1 thì lưu lượng qua máy nén lớn nhất.

* Khi ta xây dựng được đặc tính của tuabin và máy nén từ đó ta xây dựng đặc tính của cụm tuabin-máy nén (TB-MB) như sau:

Trong tăng áp cho động cơ đốt trong bằng TB-MN, TB và MN đựơc lắp trên cùng một trục nên chúng có cùng tốc độ với nhau, chú trọng đến các thông số để thiết lập đặc tính là :

- Lưu lượng khối lượng của khí tăng áp m_K ;

- Tỉ số tăng áp của MN, p_k.

- Nhiệt độ khí xả đi qua TB, T_g .

- Tỉ số giản nở của TB, d_T.

- Số vòng quay của TB và MN, n_T.

Trong các đại lượng trên, đại lượng quan trọng nhất là lưu lượng khối lượng của khí tăng áp m_k, đây là đại lượng phản ánh đầy đủ mục đích của việc tăng áp cho động cơ đốt trong. Đặc tính của cụm TB-MN được biểu diễn trên hình 2 -17.

  d) Bao kín, ổ đỡ và bôi trơn trong turbo

+ Bố trí ổ đỡ: Ổ đỡ bộ turbo tăng áp là chi tiết làm việc trong điều kiện tốc độ lớn, tải trọng nhẹ, nhiệt độ cao. Do đó muốn ổ đỡ hoạt động tốt, cần bố trí ổ đỡ hợp lý, cần giải quyết các vấn đề cân bằng động phần quay của tuabin-máy nén, độ chính xác về vật liệu chế tạo và lắp đặt, ngoài ra còn đảm bảo áp suất và lưu lượng dầu bôi trơn để bôi trơn và làm mát cho ổ đỡ.

2.2.2.3. Bộ phận làm mát khí nạp

Vai trò của việc làm mát khí nạp

Trong quá trình nén, nhiệt độ của khí tăng áp tăng lên: ∆T = T₁ – T₀. Sự tăng nhiệt độ ∆T này phụ thuộc vào tỷ số tăng áp p₁/p_o và hiệu suất của máy nén, ngoài ra còn phải xét đến diễn biến của quá trình nén.

Hình 2 – 24 cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ khí tăng áp và hiệu suất đoạn nhiệt đến khối lượng không khí nạp.

Từ hình 2 – 25 làm mát khí tăng áp cho phép tăng khối lượng khí nén, từ đó có thể tăng áp suất có ích p_e. Nếu ở áp suất tăng áp khác nhau, khi hạ nhiệt độ 10⁰C sẽ làm cho khối lượng riêng tăng 3%. Trong trường hợp này, nếu g_e bằng nhau và hệ số dư lượng không khí như nhau, thì công suất sẽ tăng ít nhất 3%. Kinh nghiệm cho thấy, nhiệt độ khí nạp thấp sẽ  cho tiêu hao nhiên liệu thấp theo số liệu cứ giảm 10⁰C thì g_e giảm 0,5%. Như vậy, nếu giữ nguyên hệ số dư lượng không khí thì công suất tăng khoảng 3,5% cho mỗi 10⁰C.

2.2.3. Phối hợp làm việc của turbo SJ60  với động cơ YZ485ZLQ

Đối với động cơ tăng áp bằng TB-MN thì cụm TB-MN cần đảm bảo cung cấp đủ lượng không khí cho ĐCĐT, tức là đảm bảo các điều kiện sau đây :

- Áp suất khí nạp phải đảm bảo các yêu cầu ứng với từng chế độ làm việc;

- Lưu lượng khối lượng khí nạp như mong muốn;

- Hệ số dư lượng không khí đạt giá trị cần thiết, nhằm đảm bảo năng lượng khí xả cung cấp cho TB, qua đó cung cấp đủ công cho MN.

  a) Phối hợp TB-MN với ĐCĐT ở chế độ ổn định

Chế độ làm việc ổn định là chế độ làm việc mà số vòng quay và tải trọng của động cơ được coi là không đổi. Ở chế độ này quá trình lưu động của dòng khí chịu tác động của các nhân tố sau :

1. Lưu lượng khí qua MN

Muốn tăng công suất của động cơ, người ta tăng áp suất khí nạp nhờ MN. Lượng khí nạp vào phụ thuộc các yếu tố :

- Tổn thất dòng chảy từ MN đến xilanh động cơ;

- Sự sấy nóng của khí trong quá trình nén ở trong MN từ áp suất ban đầu p₀ đến áp suất tăng áp p₁.

2. Sự phân chia lượng không khí do MN cung cấp

Khí nén mới sau khi qua MN được đưa vào ĐCĐT và chia làm hai phần :

- Phần lớn lượng không khí lưu lại trong xi lanh và được sử dụng để đốt cháy nhiên liệu ;

- Một phần nhỏ để quét buồng cháy trong thời gian cả xupáp nạp và thải đều mở.

b) Phối hợp TB-MN với ĐCĐT ở chế độ thay đổi

Khí thải của ĐCĐT là nguồn năng lượng được tận dụng để dẫn động MN nhằm tăng lượng khí nạp mới và làm tăng công suất của ĐCĐT. Trong thực tế, khi động cơ được tăng áp làm việc ở chế độ thay đổi, hoặc là mô men M_e(p_e) hoặc số vòng quay n của động cơ thay đổi, sẽ gây ảnh hưởng đến hoạt động của cụm TB-MN và cũng vì vậy, nó sẽ có tác dụng ngược lại đối với ĐCĐT. Muốn phối hợp trong điều kiện chế độ làm việc thay đổi, những thông số sau cần được đưa vào nghiên cứu :

- Lưu lượng khối lượng của khí nạp m_K .

- Tỉ số tăng áp p₁/p₀ .

- Số vòng quay của ĐCĐT n.

- Số vòng quay của TB-MN n_T.

c) Phối hợp ở chế độ sử dụng

Lưu lượng khí cung cấp bởi bộ tăng áp phụ thuộc vào các thông số sau :

- Điều kiện môi trường.

- Tổn thất áp suất trên đường nạp.

- Sự lưu động của dòng khí sau MN, đặc biệt là sự lưu động không ổn định có thể do hình dáng, kết cấu của ống nạp, do dao động khi đóng mở xupáp nạp, làm cho giới hạn không ổn định bị dịch chuyển về phía lưu lượng lớn.

3. Tính toán hệ thống tăng áp trên động cơ Yuchai YZ485ZLQ

3.1. Tính toán kiểm nghiệm bộ turbo SJ60 của hệ thống tăng áp lắp trên động cơ Yuchai-YZ485ZLQ

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

Bảng 3 – 1 Giá trị các thông số cho trước

3.1.2. Tính toán các thông số làm việc trong tuabin và máy nén

 Trong quá trình làm việc của động cơ diezel tăng áp bằng tuabin khí sử dụng năng lượng khí thải của động cơ, khi động cơ làm việc ở chế độ định mức, cụm TB-MN thường xuyên đảm bảo cân bằng giữa công suất sản sinh ra của tuabin và công tiêu thụ dẫn động máy nén (N_­K = N_T). Trục quay của cụm TB-MN không liên hệ động lực với trục khuỷu của động cơ, do đó ở tất cả chế độ làm việc của động cơ, cụm TB-MN đều tự điều chỉnh công suất. Công suất của máy nén được 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 nhiên liệu qua máy nén được xác định theo khối lượng không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu, trong xilanh động cơ.

g_e- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích, g_e= 0,215 [kg/(kW.h)] .

N_e- Công suất có ích của động cơ, N_e= 46 [kW] .

a- Hệ số dư lượng không khí, a= 1,7 .

j_k- Hệ số quét khí, j_k= 1,05.

M₀- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu,

Theo tài liệu [2] M₀= 0,496 (kmol kk/kg nhiên liệu).

m_b- Khối lượng 1 mol không khí, m_b= 28,95 [kg] .

Thay các giá trị vào (3-1)=>  thỏa mãn so với thông số ban đầu là 0,010,18 [kg/s] .

2. Lưu lượng khí qua tuabin G_T, hay suất tiêu hao khí xả qua tuabin

Suất tiêu hao khí xả qua tuabin lớn hơn suất tiêu hao không khí một lượng bằng suất tiêu hao nhiên liệu (kg/s).

Ta có:

g_es- Suất tiêu hao nhiên liệu trong 1 giây, kg/s.

m- 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 = 0,35 [MN/m²] (Tham khảo tài liệu [2]).

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

P_k = (1,15 - 1,3) P_p, nên ta chọn  .

Thay các giá trị vào (3-3), => t’_p = 794 – 273 = 521[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

b₀- Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết, b₀ = 1,0347473.

t’_p = 521 [⁰C].

 Vì động cơ cở nhỏ, tăng áp có làm mát khí nạp nên khí nạp sau khi qua két làm mát T_k sẽ còn 298⁰K, do đó :

 t_k = T_k – 273 =298 – 273 = 25 [⁰C] .

m_cp, m’_cp, m”_cp lần lượt là tỷ nhiệt mol trung bình của không khí, hỗn hợp khí quét và khí thải, của khí thải, được xác định theo các công thức sau :

m”_cp = m”_cv + 8,314 = 20,755 + 0,00264T’_p + 8,314

= 20,755 + 0,00264794 + 8,314 = 31,165 [KJ/(Kmol.⁰K)] .

Tỷ 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

Thay các giá trị vừa tính được vào phương trình (3-4).

=> t_p = 502 [⁰C] .

 => T_p = 502 + 273 = 775 [⁰K] .

3.1.3. Tính toán cụm turbo tăng áp

Việc tính toán cụm 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 TB-MN theo các điều kiện sau :

- Cân bằng công suất: N_K = N _T.

- 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_hh .

Trong đó :

N_K, N_T- Công suất của máy nén và tuabin.

 n_K, n_T- Số vòng quay của máy nén và tuabin.

G_hh- Lưu lượng khí hao hụt trong xilanh động cơ.

3.1.3.1. Tính toán máy nén

Các thông số cơ bản của máy nén :

+ 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 bánh công tác.

+ b₂ - Chiều rộng miệng ra bánh công tác.

+ b₃ ­- Chiều rộng miệng vào vành tăng áp.

+ b_{4­ ­} - Chiều rộng miệng ra của vành tăng áp.

+ z - Số cánh của bánh công tác.

T*_a1 = T₀ = 298 ⁰K .

2. Áp suất của dòng hãm ở tiết diện a₁a₁, P*_a1 :

P*_a1 = P₀ - DP_b1 .                                                                        (3-6)

Trong đó :

- P₀ - Áp suất khí quyển, P₀ = 0,1 [MN/m²].

- DP_b1 - Tổn thất áp suất không khí khi đi qua bầu lọc,

DP_b1 = 0,002 [MN/m²] .

Thế vào công thức (3-6) ta được :  P*_a1 = 0,1 - 0,002 = 0,098 [MN/m²] .

3. Vận tốc không khí C_a1 ở tiết diện a₁a₁ thay đổi trong khoảng (30 - 70)m/s : Chọn C_a1 = 50 m/s .

8. Áp suất của không khí sau máy nén, P_K  :

Vì tổn thất áp suất do khí tăng áp khi đi qua két làm mát là 0,20,3[kg/cm²].

Do đó P_K lúc này sẽ là 2,2[kg/cm²] .

Vậy P_K = 0,22 [MN/m²].

11. Hiệu suất đoạn nhiệt cột áp, H_ag : Chọn  H_ag = 0,65.

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

Chọn  C_1a = C₁ = 80 [m/s].

21. Đường kính ổ trục bánh công tác, D₀ : D₀ = 0,25D₁ = 0,2533 = 8,25 [mm] .

29. Góc xếp cánh, b_1mx : b_1mx = b_1m  + i .

Trong đó :i - Góc quay của dòng, i = (2 -3)⁰, chọn i =  2⁰54’.

=> b_1mx = 30⁰6’ + 2⁰54’ = 33⁰.

42. Vận tốc vòng tạo thành vận tốc tuyệt đối C₂ ở lối ra của bánh công tác, C_2u  :

C_2u = mU₂ = 0,8344,872 = 275,898 [m/s]..

44. Vận tốc vòng tạo thành vận tốc tương đối ở lối ra của bánh công tác, W_2u :

W_2u = U₂ – C_2u = 344,872 – 275,898 = 68,974 [m/s].

45.Vận tốc hướng tâm tạo thành vận tốc tương đối ở lối ra từ bánh công tác, W_2r :

W_2r = C_2r = 80 [m/s].

52. Bề rộng phần không cánh của ống khuếch tán ở lối ra, b’₂ :

b’₂ = b₂ + (2¸5) [mm] .                                                       

Chọn b’₂ = b₂ + 3,3 = 2,7 + 3,3 = 6 [mm].

53. Đường kính ngoài ống khuếch tán hở, D’₂ :

D’₂ = (1,08¸1,15) D₂ .

Chọn D’₂ = 1,1D₂ = 1,10,06 = 0,066 [m] = 66 [mm].

69. Đường kính ngoài của ống khuếch tán có cánh, D₃ :

D₃ = (1,35¸1,7) D₂ .

Chọn D₃ = 1,4  D₂ = 1,4  0,06 = 0,084 [m].

70. Bề rộng ống khuếch tán có cánh ở lối ra, b₃ :

 Ta có: b₃ ³ b’₂ .

Chọn b₃ = 1,2  b’₂ = 1,2  0,006 = 0,0072 [m].

71. Góc nghiêng đối với vận tốc tuyệt đối C₃ ở lối ra của ống khuếch tán có cánh, a₃ :

a₃ = a₂ + (10¸18)⁰ = 16⁰10’ + 17⁰50’ = 34⁰.

74. Nhiệt độ không khí ở lối ra của ống khuếch tán có cánh, T₃ :

T₃ = b  T’₂₁ .                                                                         (3-22)

 Chọn: b = 1,085. Từ (3-22) => T₃ = 1,085  390,113 = 423,273 [⁰K].

78. Vận tốc của không khí ở lối ra của buồng xoắn ốc, C₄ :

Chọn C₄ = C₃ = 25,65 [m/s].

80. Nhiệt độ ở lối ra của buồng xoắn ốc, T₄ :

T₄ = T₃ = 423,273 [⁰K].

3.1.3.2. Tính toán tuabin

Nhiệt độ khí thải ra khỏi động cơ là, T_T :

T_T = T_p = 775 [⁰K] .

Áp suất khí thải ra khỏi động cơ, P_T :

P_T = P_p = 0,169 [MN/m²] .

Hệ số dư lượng không khí tổng cộng, a_c :

a_c = j_Ka .

Trong đó: j_K - Hệ số quét khí, chọn j_K = 1,05 ;

=> a_c = 1,051,7 = 1,785.

Khối lượng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu, L₀ :

L₀ = r_KKM₀ .                                                                           (4-1)

Trong đó :

r_KK- Khối lượng riêng của không khí: r_KK = 28,95 [kg/m³] ;

M₀- Khối lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu.

Theo tài liệu [2],  M₀ = 0,496 [Kmol kk/ kg nhiên liệu] .

Thay các giá trị vào (4-1), ta có :

L₀ = r_KKM₀ = 28,950,496 = 14,32 [Kg kk/kg nl] .

Số vòng quay của tuabin: n_T = n_K = 109832 [vòng/phút] .

1. Hệ số biến đổi phân tử của hỗn hợp mới, b₀ :      .

Với H,O là thành phần của hyđrô và ôxy tính theo khối lượng có trong một kg nhiên liệu lỏng, ta có :

H = 0,126[kg] ;

O = 0,004[kg] .

8. Công giãn nở đoạn nhiệt trong ống nối, L_Tagc :

L_Tagc = (1 - r)L_Tag .

Trong đó :

r - Mức độ phản lực ở đường kính trung bình ;

theo tài liệu [2]: r = 0,45 ¸ 0,55, chọn r = 0,5 .

=> L_Tagc = (1 – 0,5)180421,508 = 90210,754 [J/kg].

13. Vận tốc vòng ở đường kính trung bình, U :

U =cC_Tag .                                                                                (4-4)

Theo tài liệu [2], chọn c  = 0,54 .

Từ (4-4) => U = 0,54600,702 = 324,379 [m/s].

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 = t₁Sina₁ = 9,52sin 22⁰ = 3,566 [mm].

23. Công giãn nở đoạn nhiệt của khí thải trong cánh của bánh công tác, L_Tag1 :

L_Tag1 = rL_Tagc = 0,590210,754 = 45105,377 [J/kg].

32. Công của khí thải ở bánh công tác tuabin, hay công làm quay bánh công tác, L_Tu :

L_Tu = (U₁W₁Cosb₁ + U₂W₂Cosb₂)

= U(W₁Cosb₁ + W₂Cosb₂)

= 324,379 (164,79Cos69⁰30’ +328,884Cos6⁰49’) = 124649,054 [J/kg].

42. Hiệu suất có ích của tuabin, h_T :

h_T = h_Tih_Tm .                                                                         (4-11)

Trong đó:  h_Tm- Hiệu suất cơ giới, h_Tm = (0,92 ¸ 0,98), chọn h_Tm = 0,97.

Thế các giá trị vào (4-11), ta được :

h_T = 0,6550,97 = 0,64 .

Với h_T = 0,64, theo tài liệu [1]  thoả mãn điều kiện h_T = (0,6¸0,8).

4. Những hư hỏng và biện pháp khắc phục

Về mặt kết cấu, cụm TB-MN rất đơn giản. Tuy nhiên, điều kiện làm việc của nó rất khắc nghiệt, nhất là nó làm việc ở số vòng quay lớn và rất lớn, từ 135000 150000 [vòng/phút]. Lúc này, nhiệt độ của TB rất cao, do các chi tiết nhỏ nên quá trình bôi trơn khó khăn, chính vì vậy mà ma sát giữa các chi tiết làm việc rất cao. Bên cạnh đó, cụm TB-MN được lắp trong một liên hợp MN-ĐCĐT-TB thành một thực thể thống nhất nên chúng có quan hệ mật thiết với nhau. Do đó, khi xem xét hư hỏng và khắc phục chúng, cần phải đặt chúng trong một thể thống nhất.

4.1. Xác định nguyên nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục

Việc xác định những nguyên nhân hư hỏng của hệ thống tăng áp là hết sức quan trọng, nó liên quan lớn đến 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 ;

- Chỉ tác động vào cụm TB-MN khi đã xác định rõ sự cố của động cơ là do cụm TB-MN gây ra.

Chú ý: tránh tháo cụm TB-MN khi chưa biết rõ nguyên nhân gây hư hỏng để tránh trường hợp tác động vào cụm TB-MN khi không cần thiết.

Khi xảy ra hư hỏng ở hệ thống tăng áp sẽ có những biểu hiện hư hỏng sau :

- Công suất của động cơ thấp.

- Tăng tốc khó.

- Tiêu hao nhiên liệu lớn.

- Động cơ xuất hiện khói đen hoặc khói xanh.

-  Độ ồn của động cơ tăng.

Sau đây là một số hiện tượng hư hỏng thường gặp của cụm TB-MN và biện pháp khắc phục chúng.

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

4.1.1.1. Nguyên nhân

-  Do áp suất tăng áp quá thấp.

- Tắc hệ thống nạp khí.

- Rò rỉ trong hệ thống nạp khí.

- Tắc hệ thống thải.

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

4.1.1.2. Biện pháp khắc phục

- Dùng đồng hồ đo áp suất khí tăng áp. Áp suất khí tăng áp của động cơ mà ta khảo sát là 2,5 [KG/cm²]. Nếu áp suất khí tăng áp không đạt theo yêu cầu trên thì chuyển sang thực hiện các bước tiếp theo.

- Kiểm tra hệ thống nạp khí: kiểm tra lọc khí, hiện tượng lọt khí giữa các bích nối của đường nạp vào máy nén và máy nén vào động cơ, kiểm tra các chất cặn bẩn dính bám trên đường ống nạp làm tăng sức cản trên đường nạp.

4.1.2. Có tiếng ồn bất thường

4.1.2.1. Nguyên nhân

- Có hiện tượng cộng hưởng của các chi tiết lắp ghép với cụm TB-MN hoặc với bản thân cụm TB-MN.

- Ống xả bị rò hoặc rung động do nới lỏng các bulông cố định.

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

4.1.2.2. Biện pháp khắc phục

- Kiểm tra các bulông lắp ghép của cụm TB-MN, nhất là các bulông nên xem có bị lỏng, lắp đặt không đúng hay bị biến dạng không, từ đó, có biện 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. Siết chặt lại bulông hoặc thay thế tùy thuộc vào tình hình cụ thể. Kiểm tra sự biến dạng của ống xả.

- Kiểm tra các khe hở dọc trục và khe hở hướng tâm của cánh MN, kiểm tra trục TB-MN cũng như kiểm tra các ổ đỡ.

4.1.3. Tiêu hao nhiên liệu lớn và có khói xanh

4.1.3.1. Nguyên nhân

Do hư hỏng các đầu nối với cụm TB-MN hoặc do mòn bạc lắp trên trục cụm TB-MN.

4.1.3.2. Biện pháp khắc phục

- Kiểm tra sự thất thoát dầu của hệ thống thải: tháo ống nối đầu vào của tuabin xem có sự tích tụ muội than trên cánh tuabin. Sự tích tụ muội than ở đây là do cháy dầu gây ra.

- Kiểm tra sự rò rỉ dầu của hệ thống nạp: kiểm tra các khe hở dọc trục và khe hở hướng kính của cánh máy nén, kiểm tra sự có mặt của dầu bôi trơn trong ống hút của máy nén.

4.2. Phân tích các hư hỏng của hệ thống tăng áp

4.2.1. Thiếu dầu bôi trơn

 Việc thiếu dầu có ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc bình thường của các ổ trục, sự quay của roto, các đệm làm kín, thậm chí có thể gây gãy trục hay các sự cố nghiêm trọng khác.

4.2.3. Dầu bôi trơn bẩn

Dầu để bôi trơn trục TB-MN được trích từ hệ thống bôi trơn của động cơ và qua hệ thống lọc. Nhưng nếu dầu bôi trơn bị bẩn sẽ làm cho chất lượng bôi trơn của dầu không đảm bảo, có thể làm tắc các đường ống dẫn dầu bôi trơn, gây ra hiện tượng thiếu dầu hoặc làm cào xước, mài mòn các bề mặt ma sát.

4.3. Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ

4.3.1. Kiểm tra hệ thống khí nạp

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

- Tắc lọc khí: làm sạch hoặc thay thế ;

- Vỏ bị hỏng hoặc biến dạng: sửa chữa hoặc thay thế ;

- Rò rỉ tại các đầu nối: kiểm tra các đầu nối và sửa chữa ;

4.4. Các điểm cần lưu ý khi sử dụng hệ thống tăng áp

- Không dừng động cơ ngay sau khi ôtô vận hành ở tốc độ cao, tải lớn hoặc leo dốc để tránh trường hợp bơm dầu của hệ thống bôi trơn bị tắt, dẫn đến thiếu cung cấp cho các bề mặt ma sát của hệ thống tăng áp vốn đang làm việc với tốc độ rất lớn. Hiện tượng này có thể gây ra cháy TB hoặc gây hư hỏng nặng cho cụm TB-MN. Do đó, chú ý cần phải có thời gian chạy không tải động cơ khoảng 20120 s trước khi cho dừng hẳn động cơ. Thời gian chạy không tải dài hay ngắn phụ thuộc vào mức độ hoạt động của động cơ trước khi dừng.

4.5. Phương pháp tháo lắp cum TB-MN

 Trước hết việc tháo và lắp cụm TB-MN cần phải tuân thủ theo đúng trình tự và chỉ dẫn do nhà thiết kế quy định, tránh việc tháo cụm TB-MN khi chưa xác định rõ nguyên nhân cũng như chưa xác định được mục đích rõ ràng.

KẾT LUẬN

   Qua việc nghiên cứu đề tài về tăng áp động cơ mà cụ thể là đề tài: Tăng áp bằng turbo khí xả trên động cơ Yuchai-YZ485ZLQ, thông qua việc tìm hiểu về lý thuyết cũng như tính toán kiểm nghiệm bộ turbo SJ60, đến nay, em đã hoàn thành xong đồ án của mình.

   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 sâu sắc hơn về các hệ thống tăng áp của động cơ đốt trong, đặc biệt là hệ thống tăng áp của động cơ Yuchai-YZ485ZLQ, 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, vận hành 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 cô giáo của Khoa cơ khí giao thông, đã hướng dẫn chỉ bảo em từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành, cảm ơn thầy:……………… 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”. NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2005.

[2]. Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên lý động cơ đốt trong”. NXB giáo dục, 2003.

[3]. Nguyễn Đức Phú. “Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong tập I, II, III”. NXB ĐH & THCN.

[4]. Yuchai. “Diesel engine parts catalogue – YZ485ZLQ”. Yuchai Machinery Co., Ltd – 2004.

[5]. Yuchai. “Operation and maintenance – YZ485ZLQ”. Yuchai Machinery Co., Ltd – 2003.

[6]. “Turbochanger user’s manual”. Weifang Fuyuan Tuborchangers Co.,Ltd.

[7]. Đỗ Văn Dũng, Nguyễn Quốc Nghiêm. “Từ điển kỹ thuật ô tô”. NXB ĐHSP kỹ thuật TPHCM - Khoa cơ khí động lực.

[8]. Nguyễn Thành Lương. “Tua bin khí và động cơ phản lực”. Nhà xuất bản GTVT.

[9]. Nguyễn Văn May. “Bơm, quạt, máy nén”. NXB khoa học kỹ thuật, 1997.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"