đồ án tốt nghiệp khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490zl

Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
Lời nói đầu
Đề tài đồ án tốt nghiệp được giao là công việc cuối cùng trong chuyên ngành đào
tạo kỹ sư của trường đại học Bách khoa Đà Nẵng mà mọi sinh viên trước khi bước vào
thực tế công việc phải thực hiện. Nó giúp cho sinh viên tổng hợp và khái quát lại kiến
thức từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành. Qua quá trình thực hiện đồ án
sinh viên tự rút ra nhận xét và kinh nghiệm cho bản thân trước khi bước vào công việc
thực tế của một kỹ sư tương lai.
Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hàng trăm năm. Để hiểu rõ
hơn về lịch sử phát triển của các quá trình tăng áp cho tới các biện pháp tăng áp và
cuối cùng là những hư hỏng thông thường cũng như việc tính toán kiểm nghiệm bộ
tuabin tăng áp. Trong đó, Tăng áp tuabin khí là một loại tăng áp phổ biến hiện nay. Do
vậy, việc nghiên cứu tìm hiểu một cách toàn diện về vấn đề tăng áp cho động cơ đốt
trong nói chung và cho một hệ thống tăng áp tuabin khí cụ thể của một động cơ nói
riêng là rất cần thiết. Chính vì vậy, em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là: “KHẢO SÁT
HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 490ZL”
Tuy nhiên do những hạn chế về thời giạn, kinh nghiệm thực tiễn, kiến thức cũng
như tài liệu tham khảo, nên trong phạm vi đồ án này em không thể trình bày được hết
các vấn đề liên quan cũng như tìm hiểu sâu hơn mối quan hệ giữa hệ thống này với hệ
thống khác. Vì thế chắc chắn không tránh khỏi những sai sót trong vấn đề thực hiện.
Rất mong có được sự quan tâm chỉ bảo hơn nữa của các thấy cô cùng các bạn.
Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo DƯƠNG VIỆT DŨNG cùng toàn
thể thầy cô khoa cơ khí giao thông và các bạn, những người đã trực tiếp giúp đỡ chỉ
dẫn, góp ý kiến cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án này.
Đà Nẵng, ngày 26 tháng 2 năm 2009
Sinh viên thực hiện.

Nguyễn Đức Hùng
1
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL

MỤC LỤC

2
MỤC LỤC 2
Hình 4 - 5 Sơ đồ nguyên lý làm việc bộ tuabin tăng áp 40
1- Vỏ máy nén ; 2- Vỏ tuabin ; 3- Cánh tuabin ; 4- Cánh máy nén 40
2
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
1. MỤC ĐÍCH, Ý GHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hơn một trăm năm, trong quá
trình phát triển đã trải qua nhiều thăng trầm do nhiều nguyên nhân khác nhau. Ví dụ
người ta hy vọng vào một nguồn tài nguyên khác có đặc tính khác tốt hơn hoặc do lo
sợ về sự cạn kiệt của nguồn nguyên liệu được biểu hiện ở cuộc khủng hoảng những
năm 70 của thế kỷ XX, thêm vào đó là vấn đề ô nhiễm do nó gây ra đối với môi trường
và sức khỏe con người.
Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, động cơ đốt trong đă có
những bước phát triển kỳ diệu, vượt bậc trong nguyên cứu chế tạo động cơ xăng cũng
như động cơ diesel đời mới có tính năng kinh tế, kỹ thuật vượt trội ra đời đã đánh bại
mọi sự nghi ngờ về sự phát triển của nó.
Nhờ những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt, đặc biệt là hiệu suất cao trong phạm vi
công suất rộng, nhỏ gọn, nên động cơ đốt trong ngày nay chíêm ưu thế tuyệt đối trong
mọi lĩnh vực như vận tải đường bộ, đường thủy, đường sắt, hàng không, phát điện dự
phòng,…
Lịch sử phát triển ngành động cơ đốt trong luôn gắn liền với lịch sử phát triển hệ
thống tăng áp của nó.
Ngày nay, hầu hết các động cơ xăng hiện đại đều sử dụng các loại tăng áp không có
máy nén như: tăng áp dao động và cộng hưởng, tăng áp sóng áp suất, hoặc kết hợp các
tăng áp này với tăng áp tua bin khí.
Động cơ diesel ngày nay có nhu cầu tăng áp rất lớn và được áp dụng 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 nhất cho động cơ đốt trong.
Nhằm mục đích tăng công suất cho động cơ đốt trong, người ta phải tìm cách tăng
khối lượng không khí và nhiên liệu cháy ở một dung tích xilanh trong một đơn vị thời
gian, tức là tăng khối lượng nhiệt nhiên liệu phát ra trong một không gian và thời gian
cho trước.
Mục đích cơ bản của tăng áp động cơ là làm cho công suất của nó tăng lên. Nhưng
đồng thời tăng áp cho phép cải thiện một số chỉ tiêu sau.
+ Giảm thể tích toàn bộ của động cơ đốt trong ứng với một đơn vị công suất.
+ Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất.
+ giảm giá thành sản suất ứng với một đơn vị công suất.
3
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
+ Hiệu suất động cơ tăng, đặc biệt là tăng áp bằng tua bin khí và do đó suất tiêu
hao nhiên liệu giảm.
+ Có thể làm giảm lượng khí thải độc hạ
+ Giảm độ ồn của động cơ.
Để hiểu rõ hơn về vấn đề tăng áp cho động cơ đốt trong nói chung và tăng áp bằng
tuabin khí nói riêng em đã chọn đề tài “Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ 490ZL”
2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 490ZL
Động cơ 490ZL do hãng JIANGSU SIDA của Trung Quốc sản xuất được lắp
trên xe THAICO FOTON tải 2 tấn. 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 490ZL là loại buồng cháy ngăn cách kiểu xoáy lốc.
Không gian buồng cháy được chia làm hai phần: Buồng cháy xoáy lốc và buồng cháy
chính, được nối với nhau bằng đường thông lớn. Đỉnh pittông được khoét lõm.Trên
mỗi xylanh gồm có 1 xupáp nạp và một xupáp thải. Chính những đặc điểm đó đảm bảo
cải thiện quá trình cháy của động cơ. Nhờ vào đặc tính của buồng cháy xoáy lốc mà
quá trính cháy vẫn kết thúc kịp thời và động cơ có thể chạy ở tốc độ cao kể cả trường
hợp phun nhiên liệu rất trễ, hạn chế tốc độ cháy, tốc độ tăng áp khi cháy và động cơ
làm việc ít ồn hơn. Tuy nhiên động cơ 490ZL cũng có những nhược điểm: hiệu suất không

cao, gây ra tiếng ồn ở chế độ không tải và ít tải.
Kích thước động cơ 490ZL nhỏ gọn nhưng công suất động cơ đạt được vẫn lớn
nhờ hệ thống nạp sử dụng tuabin tăng áp.
4
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
Hình 2-1 Hình mô phỏng động cơ 490ZL

2.1 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ 490ZL


18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
7
6
4
3
1
5
2
8
672
89.5

692

Hình 2-2 Mặt cắt dọc động cơ 490ZL
1-Van hằng nhiệt ; 2- Trục cò mổ ; 3- Nắp xy lanh ; 4- Xu páp nạp ; 5- Xu páp xả
6- Đũa đẩy ; 7- Con đội ; 8- Lót xy lanh ; 9-Trục cam ; 10- Lỗ dầu bôi trơn
11- Vỏ bánh đà ; 12- Bánh đà ; 13- Lưới lọc dầu bôi trơn ; 14- Đai ốc xả dầu
15- Vòng chặn chốt pittông ; 16- Chốt pittông ; 17- Pittông ; 18- Pu ly
5
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL

1
7
10
13
15
18
2
3
4
5
6
8
9
11
12
14
16
17
Hình 2-3 Mặt cắt ngang của động cơ 490ZL
1- Thân máy ; 2- Trục khuỷa ; 3- Bộ điều tốc ; 4- Thanh truyền ;

5- Đường nạp không khí ; 6- Vòi phun ; 7- Lò xo xu páp ; 8- Trục cò mổ ;
9- Đường thải ; 10- Xu páp ; 11- Đũa đẩy ; 12- Pittông ; 13- Con đội ;
14- Trục cam;15- Đối trọng ; 16- Chân máy ; 17- Bầu lọc dầu ; 18- Cát te
6
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL

Bảng 2-4 thông số kỹ thuật chính của động cơ 490ZL
7
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
8
Thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị
Công suất có ích định mức Ne kW 60
Tỷ số nén ε 17
Số vòng quay định mức n vòng/phút 3200
Đường kính xylanh D mm 89.5
Hành trình pittông S mm 89.5
Số xilanh i 4
Số kì
τ
4
Góc mở sớm xupáp nạp Φ
1
Độ 12
Góc đóng muộn xupáp nạp Φ
2
Độ 38
Góc mở sớm xupáp thải
Φ
3
Độ 50

Góc đóng muộn xupáp thải Φ
4
Độ 14
Buồng cháy ngăn cách
Động cơ tăng áp
Dung tích xi lanh Lít 2.545
Thứ tự nổ của động cơ 1-3-4-2
Momen cực đại của động cơ Me
max
N.m 205
Dài x Rộng x Cao LxWxH Mm 692x566x672
Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ
nhất
g
e
g/kw.h 220
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
2.2. Đặc điểm các cụm chi tiết,cơ cấu và hệ thống của động cơ 490ZL
2.2.1. Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu trên động cơ 490ZL
2.2.1.1. Nhóm Pittông
Nhóm pittông gồm: pittông, chốt pittông, xéc măng khí, xéc măng dầu và các
chi tiết hãm chốt pittông. Pittông 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 pittông rất khắc nghiệt:
chịu lực tác dụng rất lớn, chịu nhiệt độ và áp suất cao, chịu mài mòn lớn.
Trong quá trình làm việc, nhóm pittông có nhiệm vụ chính sau:
- Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ không cho không khí cháy lọt xuống các te
và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy;
- Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực ấy cho thanh truyền để làm quay trục
khuỷu, nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải ra khỏi xy lanh trong quá trình thải và
hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp.

2
3
1
4
5
Ø89.5
Hình 2 – 5 Nhóm pittông
1-Chốt pittông ; 2- Vòng hãm chốt pittông ; 3- Xéc măng dầu;
4- xéc măng khí ; 5- xéc măng khí
2.2.1.2. Nhóm thanh truyền.
9
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
Nhóm thanh truyền bao gồm: thanh truyền, bulông thanh truyền và bạc.
-Thanh truyền là chi tiết dùng để nối pittông với trục khuỷu. Nó có tác dụng
truyền lực tác dụng trên pittông 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
pittông.
- Đầu nhỏ thanh truyền (đầu lắp với chốt pittông) bị biến dạng dưới tác dụng
của lực quán tính chuyển động tịnh tiến(không kể lực quán tính do khối lượng
đầu nhỏ gây ra ) . Đầu to thanh truyền (đầu lắp với chốt khuỷa ) chịu tác dụng
của lực quán tính của nhóm pitttông và thanh truyền .Thân thanh truyền chịu nén
dưới tác dụng của lực khí thể và chịu uốn trong mặc phẳng lắc của thanh truyền
dưới tác dụng của lực quán tính .
- Khi động cơ làm việc , lực khí thể và lực quán tính thay đổi theo chu kỳ về
trị sồ và hướng.Do đó tải trọng tác dụng trên thanh truyền là tải trọng thay đổi và
có tính chất va đập .

3
4
5
6
7
1
2
Ø171
Ø29
Ø59
Hình 2 – 6 Kết cấu thanh truyền động cơ 490ZL
1-Lỗ hứng dầu; 2-Đầu nhỏ; 3-Rãnh dầu; 4-Bulông thanh truyền;
5-Bạc lót đầu to; 6-Đầu to;7-Thân thanh truyền.
2.2.1.3. Trục khuỷu
10
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất. Nó tiếp nhận lực
tác dụng trên pittông truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của
pittông thành chuyển động quay của trục để đưa công suất ra ngoài. Trong quá trình
làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể và lực quán tính. Những lực này có
trị số rất lớn và thay đổi theo chu kì nhất định nên có tính chất va đập mạnh, gây ra
ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao động
xoắn làm rung động cơ, gây mất cân bằng. Để đảm bảo cân bằng cho động cơ trong
quá trình làm việc người ta bố trí hai trục cân bằng.
Kết cấu trục khuỷu gồm các phần: đầu trục khuỷu, cổ trục khuỷu, chốt khuỷu,
má khuỷu và đuôi trục khuỷu.
Trục khuỷu của động cơ 490ZL được đúc liền thành một khối bằng thép hợp
kim, bao gồm 5 cổ khuỷu và 4 chốt khuỷu. bên trong trục khuỷu có khoang các đường
dầu để bôi trơn các bề mặt ma sát như chốt khuỷu, má khuỷu đầu trục khuỷu có hai
rảnh then để lắp bánh răng dẩn động bơm cao áp, puly dẩn động bơm nước và máy

phát. Bánh đà được lắp ở đui trục khuỷu bằng các bulông.

Hình 7-2 Kết cấu trục khuỷu động cơ 490ZL
1-Đầu trục khuỷu; 2-Cổ trục;3-Đường dầu bôi trơn; 4-Chốt khuỷa;
5-Má khuỷa ;6-Đuôi trục khuỷu.
2.2.1.4. 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;
11
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
- Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông;
- Khi đóng phải đóng kín, xu pap thải không tự mở trong quá trình nạp;
- Ít mòn, tiếng kêu bé;
- Dễ điều chỉnh và sửa chữa
Động cơ 490ZL có cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo. Cách bố trí này tạo cho
buồng cháy có kích thước nhỏ gọn, giảm được tổn thất nhiệt, giảm sức cản khí động,
tạo điều kiện thận lợi cho việc thải sạch và nạp đầy. Động cơ sử dụng 8 xupáp, gồm 4
xupáp thải và 4 xupáp nạp, xupáp được bố trí hợp lý làm tăng tiết diện lưu thông của
dòng khí. Tuy nhiên nó vẫn tồn tại một số nhược điểm là việc dẫn động xupáp phức
tạp và làm tăng chiều cao động cơ, kết cấu nắp xy lanh phức tạp hơn và rất khó đúc.
Trên mỗi xy lanh được bố trí một xupáp nạp và một xupáp thải. Xupáp nạp
được bố trí về một phía. Đường thải và đường nạp được bố trí về hai phía để giảm sự
sấy nóng khí nạp, do đó nâng cao hệ số nạp.
Trục cam được dẫn động bởi trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng. Xupap
được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy và đòn bẩy.
Hình 2-8 Cơ cấu phân phối khí của động cơ 490ZL
2.2.2. Đặc điểm các hệ thống trên động cơ 490ZL
2.2.2.1. Hệ thống làm mát

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc với
khí cháy, như: pittông, 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 thất do ma sát. Hệ thống
12
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
làm mát có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng
cháy rồi truyền đến môi chất làm mát để đảm bảo nhiệt độ làm việc của động cơ.
Động cơ 490ZL 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 (80
0
÷ 84
0
).
Két làm mát lắp trên phía đầu xe. Két làm mát có đường nước vào từ van hằng
nhiệt và có đường nước ra đến bơm, trên két nước có các dàn ống dẫn nước gắn cánh
tản nhiệt.

1 2 3
4
5
6
7
8

Hình 2 – 9 Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ 490ZL

1- Van hằng nhiệt ; 2,4- Ống dẫn hơi nước 3-Bơm nước;
5-Ống phân phối hơi nước; 6- Van xả nước; 7-Quạt gió; 8-Két làm mát
Nguyên lý hoạt động: Nước từ bình chứa nước, qua két làm mát, được dẫn vào bơm
nước, đi vào làm mát động cơ. Trong thời gian chạy ấm máy, nhiệt độ động cơ nhỏ
hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt (80
o
÷ 84
o
) thì nước sẽ không qua két làm mát
mà đi thẳng đến bơm nước rồi đi vào động cơ. Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độ
làm việc của van hằng nhiệt thì van sẽ mở ra và cho nước từ động cơ qua két làm mát
rồi đến bơm. Như vậy nước sẽ được tuần hoàn cưỡng bức trong quá trình làm việc của
động cơ.
2.2.2.2. 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.
13
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
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.
Hệ thống bôi trơn động cơ 490ZL kiểu cưỡng bức cácte ướt và vung toé, dùng
để đưa dầu đi bôi trơn các bề mặt ma sát và làm mát các chi tiết.
1
2
3
4
5
8
9
10

11
6
7
Hình 2 – 10 Sơ đồ khối hệ thống bôi trơ
1-Cát te; 2-Bơm dầu; 3-Bình lọc dầu thô; 4-Đồng hồ đo áp suất dầu;
5-Đũa đẩy; 6-Giàn cò mổ; 7-Xupap ; 8- Trục cam;
9- Bình lọc dầu tinh;10-Đường dầu chính ; 11-Trục khuỷa.
14
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
Để bôi trơn bề mặt làm việc giữa mặt cam và cò mổ, trong thân trục cam có khoan
một đường ống dầu và từ đường dầu này sẽ có các đường dầu nhỏ để bôi trơn từng
từng mặt cam như trên hình vẽ.
1
2
3
4
5
Hình 2-11. Trục cam và cách bố trí đường dầu bôi trơn.
1-Bạc ; 2- Đường dầu; 3- Bulông; 4- Cam; 5- Cổ trục.
Ngoài ra, động cơ 490ZL có sử dụng tubin tăng áp, nên trên đường dầu chính của hệ
thống bôi trơn có đường dầu đến bộ tuabin để bôi trơn ổ trục tuabin.
2.2.2.3. 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.
Cung cấp nhiên liệu vào xy lanh đúng thời điểm theo quy luật đã định.
Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào xy lanh theo trình tự làm việc của động cơ.

15
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL

1
13
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Hình 2 – 12 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 490ZL
1-Bu lông xả khí; 2-Bầu lọc nhiên liệu; 3,5,6,11-Ống dẫn nhiên liệu;
4-Vòi phun;7-Van tràn; 8-Bơm cao áp; 9- Bơm chuyển;
12-Thùng chứa nhiên liệu ;13- Bu lông xả nước
Nguyên lý làm việc : Bơm chuyển nhiên liệu 9 hút nhiên liệu từ thùng chứa 12 ,
sau đó đẩy tới bầu lọc tinh 2 .Tại bầu lọc tinh nhiên liệu được lọc sạch tạp chất , sau đó
nhiên liệu theo đường ống 3 tới bơm cao áp 8 . Bơm cao áp tạo cho nhiên liệu một áp
suất đủ lớn theo đường ống cao áp 6 đến vòi 4 cung cấp cho xi lanh động cơ, nhiên
liệu rò qua khe hở trong kim phun xả trong các tổ bơm cao áp theo đường ống dẫn 5
và 11 trở về thùng chứa . Nhiên liệu đi vào trong xi lanh bơm cao áp không được lẫn
không khí vì không khí sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm không ổn định thậm chí
có thể làm gián đoạn quá trình cấp nhiên liệu
3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP
3.1. Định nghĩa tăng áp

- Tăng áp là biện pháp làm tăng áp suất không khí nạp, qua đó làm tăng mật độ
không khí và lượng nhiên liệu nạp vào xy lanh động cơ trong mỗi chu trình, do đó
công suất động cơ sẽ được tăng lên.
3.2. Mục đích của tăng áp
Tăng áp làm cho công suất động cơ diesel tăng lên, đồng thời cho phép cải thiện một
số chỉ tiêu:
16
Kho sỏt h thng tng ỏp trờn ng c 490ZL
- Gim th tớch ton b ca CT ng vi mt n v cụng sut;
- Gim trng lng riờng ca ton b ng c ng vi mt n v cụng sut;
- Gim gớa thnh sn xut ng vi mt n v cụng sut;
- Hiu sut ca ng c tng c bit l khi tng ỏp tuabin khớ, do ú sut tiờu hao
nhiờn liu gim;
- Cú th lm gim lng khớ thi c hi;
- Gim n ca ng c.
3.3. Phõn loi tng ỏp
Da vo ngun nng lng nộn khụng khớ trc khi a vo ng c, ngi
ta chia tng ỏp cho ng c thnh hai nhúm: Tng ỏp cú mỏy nộn v tng ỏp khụng cú
mỏy nộn, theo s sau:
TC
ĩ
DAO
ĩNG
VAè
CĩNG
HặNG
KHNG COẽ MAẽY NEẽN
SOẽNG
AẽP
SUT

TNG AẽP
DN
ĩNG
HN
HĩP
COẽ MAẽY NEẽN
DN
ĩNG
TUABIN
KHấ
CHẩ
LIN
H
KHấ
THỉ
COẽ
LIN
H
THUY
LặC
MếC
SONG
SONG
MếC
NI
TIP
DN
ĩNG
C
GIẽI

COẽ
LIN
H
C
KHấ
Hỡnh 3 -1 S phõn loa v cỏc phng phỏp tng ỏp trờn ng c t trong.
3.3.1. Bin phỏp tng ỏp nh mỏy nộn
3.3.1.1. Tng ỏp c gii
3
1
5
4
2
Po,To
17
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
Hình 3 - 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:
N
e
= N
i
- N
m
- N

k
Trong đó:
N
e
: Công suất có ích được lấy từ trục khuỷu động cơ
N
i
: Công suất chỉ thị
N
m
: Công suất tổn thất cơ giới của bản thân động cơ
N
k
: Công suất để dẫn động máy nén.
Công suất dẫn động máy nén 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 p
i
, 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 p
k
nhỏ hơn hoặc bằng 1,6 KG/cm
2
,
nếu p
k
lớn hơn 1,6 KG/cm

2
thì N
k
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.
3.3.1.2. Động cơ tăng áp bằng tuabin khí
Tăng áp bằng tuabin khí: là biện pháp tăng áp mà máy nén được dẫn động nhờ
tuabin tận dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong.
Khí xả của ĐCĐT có nhiệt độ và áp suất cao, nên nhiệt năng của nó tương đối
lớn. Muốn khí thải sinh công, nó phải được giãn nở trong một thiết bị để tạo ra công
cơ học. Nếu để nó giãn nở trong xi lanh của ĐCĐT thì dung tích của xilanh sẽ rất lớn,
làm cho kích thước của ĐCĐT quá lớn, 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 các cánh của tua bin (TB).
18
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
a). Tăng áp bằng tuabin khí có liên hệ cơ khí
Trong phương án này, trục tuabin, động cơ đốt trong và máy nén được nối liền
nhau. Kết cấu này bao gồm máy nén hướng trục nhiều cấp, động cơ diesel 4 kỳ và
tuabin hướng trục nhiều cấp được nối đồng trục. Áp suất của khí nạp vào xi lanh động
cơ đạt 3÷4 kG/cm
2
, khí xả sau khi ra khỏi xi lanh động cơ đốt trong trước khi vào
tuabin đạt áp suất 16 kG/cm
2

. Tuy nhiên phương án này gặp phải các hạn chế :
- Công xả của khí xả ĐCĐT tăng lên quá cao;
- Khí sót trong xilanh rất lớn làm cho lượng khí mới nạp vào xilanh giảm.
b) Tăng áp bằng tuabin khí liên hệ khí thể
Theo phương án này, tuabin và máy nén được nối đồng trục với nhau. Khí xả
được giãn nở trong cánh tuabin sẽ làm tuabin quay và dẫn động máy nén, nén không
khí tới áp suất tăng áp và đưa vào động cơ. Phương án này cho phép tận dụng tối đa
năng lượng khí thải, tạo ra hiệu suất cao cho động cơ.

3
2
4
1
5
Hình 3 - 3 Sơ đồ nguyên lý tăng áp bằng tuabin khí chỉ liên hệ khí thể
1-Máy nén; 2-Thiết bị làm mát; 3-Động cơ; 4-Bình xả; 5-Tuabin.
c). Tăng áp bằng tuabin khí có liên hệ thuỷ lực.
1
2
3
4
1
2
3
4
5

19
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
a) b)

1
3
4
8
2
5
6
7
c)
Hình 3 - 4 Tăng áp tuabin khí có liên hệ thuỷ lực
1-Động cơ; 2-Khớp thuỷ lực; 3,4-Cụm tuabin-máy nén dẫn động khí thể;5-TB
tận dụng; 6-Hộp số; 7-Máy phát điện; 8-Hộp tốc độ
a) Cơ cấu nối có liên hệ thuỷ lực;
b) Cơ cấu nốicó liên hệ thuỷ lực và tua bin tận dụng năng lượng khí xả;
c) Cơ cấu nối qua hộp số có tuabin tận dụng năng lượng khí xả dẫn động máy
phát điện.
Các phương án kết nối giữa động cơ đốt trong và cụm tuabin - máy nén cũng
rất phong phú. Hình 3 - 4 trình bày các phương pháp kết nối này. Trong đó, hình 3 - 4
a là cách ghép nối thông dụng nhất, nó cho phép điều chỉnh chế độ tăng áp theo chế độ
làm việc của động cơ đốt trong. Ngoài ra, còn có các phương pháp kết nối khác nhằm
tận dụng năng lượng khí xả, như hình 3 - 4 b,c.
3.3.1.3. Tăng áp hỗn hợp
Trong tăng áp hỗn hợp, người ta sử dụng hai hệ thống máy nén khác nhau, một
được dẫn động bằng tuabin khí và một được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ.
20
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
Tuỳ thuộc vào vị trí của máy nén người ta có hai dạng ghép nối: Lắp nối tiếp và
lắp song song

Po,To
1
3
2
4
5
6
Po,To
c)
Hình 3 - 5 Sơ đồ nguyên lý phương án tăng áp hỗn hợp cho động cơ
a- Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp thuận.
b- Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp nghịch.
c- Tăng áp hỗn hợp 2 tầng lắp song song.
1-Động cơ; 2-Tuabin; 3-Máy nén; 4-Máy nén dẫn động cơ khí; 5-Khớp nối 6-Thiết bị
làm mát trong sơ đồ a, b và bình nạp chung trong sơ đồ (c)
Trong các phương án lắp ghép này máy nén dẫn động cơ khí có thể sử dụng
máy nén ly tâm, hướng trục, trục vít, quạt Root hoạt động hoàn toàn độc lập với máy
nén dẫn động bởi tuabin khí.
21
1
3
2
4
5
6
6 6
6
5
4
2

3
1
Po,To
Po,To
b)
a)
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
Đối với phương án lắp thuận: Máy nén dẫn động cơ khí đứng sau máy nén dẫn
động bằng tuabin khí. Khí tăng áp được máy nén dẫn động bằng tuabin khí hút từ môi
trường, sau đó dẫn tới máy nén dẫn động cơ khí và đi vào ĐCĐT. Lưu lượng khí nạp
phụ thuộc vào lưu lượng qua cụm tuabin-máy nén.
Đối với phương án lắp nghịch: Máy nén dẫn động cơ khí đứng trước, lưu lượng
khí nạp vào ĐCĐT phụ thuộc vào lưu lượng máy nén dẫn động cơ khí, vì thế phụ
thuộc vào chế độ tốc độ động cơ và lưu lượng cung cấp cho một chu trình là không
đổi.
Trong động cơ tăng áp hỗn hợp lắp song song người ta dùng một máy nén dẫn
động cơ giới hoặc dùng không gian bên dưới của xi lanh làm máy nén (trường hợp
động cơ có guốc trượt) cung cấp không khí cho động cơ, song song với bộ "máy nén
tuốc bin khí"quay tự do. Như vậy, mỗi máy nén trong hệ thống chỉ cần cung cấp một
phần không khí nén vào bình chứa chung.
Ưu điểm chủ yếu của hệ thống tăng áp lắp song song là khí tăng áp nạp vào
động cơ được cung cấp đồng thời nhờ hai máy nén, lưu lượng không khí qua mỗi máy
nén đều nhỏ. Do đó kích thước của mỗi máy nén đều nhỏ so với hệ thống tăng áp lắp
nối tiếp.
3.3.2. Biện pháp tăng áp không có máy nén
Sau đây là các phương pháp làm cho áp suất nạp vào động cơ đốt trong lớn hơn
giá trị thông thường mà không cần dùng đến máy nén cũng như một số phương pháp
tăng áp cao đang phổ biến trong thực tế.
3.3.2.1. Tăng áp dao động và cộng hưởng
Người ta sử dụng sự dao động của dòng khí và tính cộng hưởng của dao động

để tăng áp suất của môi chất trong xi lanh lúc đóng xupap nạp.Quá trình đóng và mở
một cách có chu kì của các xupap kích thích sự dao động của dòng khí. Sự dao động
của áp suất tại mỗi vị trí trên đường chuyển động của khí thay đổi theo thời gian , sự
thay đổi phụ thuộc vào pha và tần số của ĐCĐT cũng như thời gian đóng mở của
xupap . Do vậy , sự dao động này có thể làm tăng hoặc giảm lượng môi chất nạp vào
xilanh theo pha và tần số của ĐCĐT
Theo phương pháp tăng áp này, công nạp của piston được chuyển hóa thành
năng lượng động lực học của cột khí và chính năng lượng này sẽ chuyển hóa thành
công nén làm tăng áp suất trong xi lanh cuối quá trình nạp.
22
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
1
3
2
3
2
1
4
a) b)
Hình 3 - 6 Sơ đồ hệ thống tăng áp dao động và cộng hưởng
a-Tăng áp dao động: 1-Hộp phân phối; 2-Ống dao động; 3-Xilanh
b-Tăng áp cộng hưởng: 1-Bình ổn áp; 2-Ống cộng hưởng; 3-Xi lanh;4-Bình cộng
hưởng
a) Tăng áp dao động:
Quá trình diễn biến của áp suất trên đường ống trong quá trình nạp, thải nếu
xem xét theo lý thuyết truyền sóng thì đó là quá trình dịch chuyển của sóng nén và
sóng giãn nở. Do có sự dao động của áp suất trên đường nạp, thải của động cơ mà ở đó
xuất hiện quá trình truyền sóng (sóng áp suất và sóng tốc độ). Ở trạng thái tĩnh, tốc độ
truyền sóng a được xác định như sau:
Trong đó: k-Chỉ số nén đoạn nhiệt; R- Hằng số chất

khí; T-Nhiệt độ tuyệt đối.
Sự biến thiên của áp suất và tốc độ phụ thuộc vào thời gian và vị trí, theo quan
hệ:
) ; V= ƒ(x, t)
Sóng áp suất và sóng tốc độ cùng xuất hiện và cùng được truyền với tốc độ
truyền sóng a . Nếu tốc độ của các phần tử chuyển động cùng chiều với tốc độ truyền
sóng và khi sóng truyền tới sẽ làm tăng áp suất thì sóng đó là sóng đó là sóng nén.Nếu
chiều truyền sóng ngược lại với chiều của các phần tử chuyển động , khi sóng truyền
tới sẽ làm giảm áp suất , sóng đó là sóng giãn nở
Sự dao động của áp suất môi chất trong đường ống nạp thực tế không phải do
một sóng đơn giản tạo ra mà do hai họ sóng truyền theo chiều ngược nhau, nó là kết
quả của việc tương giao và hợp thành của sóng phát sinh ở đầu này tạo nên sóng phản
xạ ở đầu kia.Sóng khí thể cũng vậy, luôn tồn tại tính chồng chất và thường xuyên gặp
nhau Khi gặp nhau, biên độ sóng bằng tổng biên độ của hai sóng.Sau khi xuyên qua,
23
TRka
=
),( txfp
=
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
tính chất và biên độ của sóng không thay đổi, sóng nén vẫn là sóng nén và sóng giãn
nở vẫn là sóng giãn nở.
Sóng áp dương Sóng áp âm Sóng áp dương Sóng áp âm

a) b) c)
Hình 3 - 7 Tương giao của sóng
a-Tương giao của sóng dương, b-Tương giao của sóng âm
c-Tương giao của sóng dương và sóng âm.
Khi piston dịch chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD)
tạo ra trong xilanh sự giảm áp suất. Do áp suất trong xilanh nhỏ hơn áp suất trên

đường nạp, nên xuất hiện sự giãn nở trong ống nạp từ xi lanh ra đến đầu hở của ống có
áp suất bằng áp suất môi trường p
0
. Áp suất môi trường có giá trị không đổi và lớn hơn
áp suất trong xilanh, nên xuất hiện quá trình chuyển động ngược lại của áp suất p
0
từ
ngoài vào xilanh, đây chính là sóng nén (sóng áp dương).Nếu sóng nén truyền tới
xupap mà xupap chưa đóng, sẽ làm tăng áp suất ở khu vực trước xupap và làm tăng hệ
số nạp. Sau khi xupap nạp đã đóng, sóng áp suất còn lưu lại vẫn truyền qua truyền lại
trong ống.
Để đạt được lượng nạp cực đại trong phạm vi số vòng quay nhất định của ĐCĐT,
người ta có thể sử dụng các van để thay đổi có cấp chiều dài của đường ống nạp.

1
3
2
4
5
6
Hình 3 - 8 Nguyên lý của đường ống nạp có chiều dài thay đổi vô cấp.
24
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL
1-Động cơ; 2-ống nạp hình xuyến; 3-Mặt ngoài cố định; 4-Mặt tang trống;
5-Cửa trên mặt tang trống; 6-Tấm dẫn hướng.
b) Hệ thống tăng áp cộng hưởng
Trong hệ thống này, ống nạp của động cơ là tổ hợp của các bình và ống có khả
năng gây ra dao động dòng khí nạp.Việc thiết kế các kích thước và bố trí sao cho quá
trình lưu động có tính chu kỳ của dòng khí nạp vào các xi lanh phù hợp với tần số dao
động của bình và ống.

Hiện nay, việc tăng áp cho động cơ bằng phương pháp cộng hưởng chưa được
phổ biến vì kết cấu đường ống nạp phức tạp, giá thành cao, chỉ được sử dụng trên
động cơ đời mới.
3.3.2.2.Tăng áp trao đổi sóng áp suất.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động

3
1
6
7
5
4
2

Hình 3 – 9 Sơ đồ hệ thống tăng áp bằng sóng khí
1-Không khí thấp áp; 2-Dây đai; 3-Không khí cao áp; 4-Động cơ;
5-Khí thải cao áp; 6-Khí thải thấp áp; 7-Rôto.
Thiết bị là Roto với các rãnh hướng kính nằm dọc trục, các van C, D, và G, F
nằm ở đầu nạp và đầu xả là hai mặt bích có bố trí đường dẫn vào và ra. Roto được dẫn
động từ trục khuỷu của động cơ. Để đảm bảo hệ thống làm việc được cân đối người ta
bố trí 2 ống vào và 2 ống ra trên Stato. Như vậy có 2 chu trình xảy ra đồng thời trong
một vòng quay của Roto.
Trong phương án này, sử dụng năng lượng động học của khí xả để nén khí nạp.
Sự tăng hay giảm của áp suất được truyền với cùng tốc độ của các xung nén hình
thành từ phía có áp suất cao lên phía có áp suất thấp. Dòng khối lượng và xung của
sóng áp suất tác dụng trực tiếp lên phía có áp suất thấp chuyển động với tốc độ âm
25