Nghiên cứu cải tiến đường nạp và thải cho động cơ d243 khi tăng áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------

ĐẶNG NGỌC TÚ

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN ĐƢỜNG NẠP VÀ THẢI
CHO ĐỘNG CƠ D243 KHI TĂNG ÁP

Chuyên ngành :

KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. KHỔNG VŨ QUẢNG

HÀ NỘI - 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây
t nh to n trong u n v n n y

đ t i nghi n c u c a ri ng tôi
trung th c v ch a t ng đ

c số i u

c ai công ố trong

c công tr nh n o h c

H n i th ng

n m

T c gi

Đặng Ngọc Tú.

1

t qu
t


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

PTN

Ph ng th nghi m

ĐCĐT

Đ ng c

TB

Tuabin

MN

M yn n

TB-MN

Tuabin máy nén

FEM

Ph

BKHN

B ch khoa Hà N i

THNL

Tiêu hao nhiên li u

CO

Mônôxít cácbon

NOX

C c lo i ôx tnit

CO2

C cbon iôx t

PM

Chất th i d ng h t

ĐCT

Đi m ch t trên

ĐCD

Đi m ch t d

MP

Mô phỏng

TN

Thực Nghi m

t trong

ng ph p ph n t h u h n

i

2

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................2
MỤC LỤC ..................................................................................................................3
DANH MỤC H NH V VÀ ĐỒ TH ......................................................................6
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................9
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TĂNG ÁP VÀ CÁC VẤN ĐỀ TĂNG ÁP........................................3
CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ..............................................................................3
1.1. Mục
1.2. C c ph

ch tăng p cho ĐCĐT ............................................................................3
ng ph p tăng p th ờng dùng ............................................................5

1.2.1. Tăng p c kh ............................................................................................5
1.2.2. Tăng p s dụngTua bin máy nén ..............................................................6
1.2.3. Tăng p hỗn hợp .........................................................................................9
1.2.4. Tăng p dao

ng và c ng h ởng ..............................................................9

1.2.5. Tăng p dao

ng tăng p qu n t nh ......................................................10

1.2.6. Tăng p chuy n dòng ...............................................................................11
1.2.7. Tăng p nhờ s ng p suất .........................................................................12

1.3. Các vấn ề ph t sinh khi tăng p cho

ng c ...............................................12

Kết luận .....................................................................................................................14
CHƢƠNG 2: CẢI TIẾN ĐƢỜNG NẠP VÀ ĐƢỜNG THẢI ĐỘNG CƠ D243
KHI TĂNG ÁP ........................................................................................................15
2.1. Đ c i m k t cấu
2.2. X y dựng
2.2.1. Băng th

c t nh

ng c D243 .....................................................................15
ng c D243 trong ph ng th nghi m ............................17

ng c .....................................................................................18

2.2.1.1. Phanh i n APA 100 .............................................................................19
2.2.1.2. Thi t bị làm mát d u bôi tr n AVL 554 ................................................20
2.2.1.3. Thi t bị làm m t n

c AVL 553 ...........................................................21

2.2.1.4. Thi t bị o tiêu hao nhiên li u AVL Fuel Balance 733S ......................22
3


2.2.2. C c b

c thực hi n xây dựng

2.3. K t qu th nghi m

c tính .....................................................23

ng c D243 trên băng th ..........................................23

2.4. Kh năng tăng p cho

ng c D243 ..............................................................23

2.4.1. C sở t nh to n lựa ch n s b t s tăng p cho
2.4.2. Lựa ch n ph
2.5. Thi t k c i ti n

ng ph p tăng p cho
ờng

ng c D243 nghiên cứu ..............25

ờng n p và th i

2.5.1 C sở thi t k c i ti n

ng c D243 ............23

ờng n p và

ng D243 khi tăng p ...............26

ờng th i .......................................26

2.5.2. Thi t k c i ti n

ờng th i ......................................................................28

2.5.3. Thi t k c i ti n

ờng n p ......................................................................30

t

2.5.4. Lắp

ờng n p th i trên

ng c D243 khi c i ti n tăng p ..............32

Kết luận .....................................................................................................................33
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AVL-BOOST ĐỂ XÁC Đ NH .........34
THÔNG SỐ CỦA CHẤT KHÍ TRÊN ĐƢỜNG NẠP, THẢI............................34
3.1. Gi i thi u Ph n mềm AVL_BOOST ..............................................................34
3.2. C sở mô phỏng của ề tài trên ph n mềm AVL-BOOST. ............................35
3.2.1. Ph

ng trình nhi t

ng h c thứ nhất ......................................................35

3.2.2. Mô hình truyền nhi t ................................................................................37

3.2.3. Mô hình ch y ............................................................................................39
3.2.3.1. Mô hình cháy AVL MCC ..................................................................39
3.2.3.2. Mô hình cháy Vibe .............................................................................39
3.2.4. Tính toán cụm TB máy nén ......................................................................40
3.3. Mô phỏng

ng c D243 b ng ph n mềm AVL BOOST .............................42

3.3.1. X y dựng mô hình

ng c D243 không tăng p ....................................42

3.3.2. X y dựng mô hình

ng c D243 sau khi tăng p ..................................44

3.4. Đ nh gi k t qu mô phỏng ............................................................................46
3.4.1. Đ nh gi
3.4.2. So s nh

tin c y của mô hình ..............................................................46
c t nh

ng c D243 tr

3.4.2.1. Đ nh gi hi u qu
3.4.2.2. So s nh thay

c và sau khi tăng p ........................47

ng c sau khi tăng p .......................................47

i p suất và nhi t
4

qu trình ch y ..........................49


Kết luận .....................................................................................................................50
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA-GAMBIT-FLUENT MÔ
PHỎNG DÒNG MÔI CHẤT TRONG ĐƢỜNG THẢI CỦA ............................51
ĐỘNG CƠ D243 KHI TĂNG ÁP ..........................................................................51
4.1. Thi t l p mô hình
4.2. Chia l

ờng th i 3D trên Catia ...................................................51

i trên Gambit mô hình

ờng th i

ng c D243 .............................53

4.3. Mô phỏng trên CFD-Fluent ...........................................................................59
4.3.1. Các thông s mô phỏng ............................................................................59
4.3.2. Ti n hành mô phỏng ................................................................................60
4.3.2.1. Nh p file *.msh từ Gambit vào Fluent và bắt

u ti n hành mô phỏng

.........................................................................................................................60
4.3.2.2. X c ịnh c c iều ki n

u vào v i tab Define .................................61

4.3.2.3. X c ịnh mô hình tính toán, và g c tính toán ....................................62
4.3.3. Tính toán sai s .........................................................................................63
c

ớc th c hi n mô phỏng s

u đ ng c a dòng h tr n đ ờng th i .65

4.4. K t qu mô phỏng .......................................................................................69
Kết luận .....................................................................................................................77
KẾT LUẬN ..............................................................................................................79
Phụ lục 1 ...................................................................................................................80
Phụ lục 2 ...................................................................................................................81
Phụ lục 3 ...................................................................................................................82
Phụ lục 4 ...................................................................................................................83
Phụ lục 5 ...................................................................................................................84
Phụ lục 6 ...................................................................................................................85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................86

5


DANH MỤC H NH V VÀ ĐỒ TH

Hình 1.2. B tăng p TB - MN....................................................................................8

Hình 2.1. M t cắt d c

ng c D243 ........................................................................16

Hình 2.2. M t cắt ngang

ng c D243 ....................................................................16

Hình 2.3. S

ồ b tr thi t bị th nghi m ................................................................ 18

Hình 2.4. S

ồ phòng th

Hình 2.5. S

ồ nguyên lý làm vi c của phanh i n APA 100 ................................ 19

Hình 2.6. S

ồ nguyên lý của thi t bị làm mát d u bôi tr n AVL 554 ...................20

Hình 2.7. S

ồ nguyên lý thi t bị làm m t n

Hình 2.8. S

ồ nguyên lý ho t

Hình 2.9 S

ồ ghép n i

Hình 2.10 B n vẽ

Hình 2.15 B n vẽ 3D

ng c D243 khi tăng p.......................................29

Hình 2.17 B n vẽ 3D

ng c D243 khi tăng p ..................................30

ng c D243 khi ch a tăng p. ................................ 31

ờng n p
ờng n p

Hình 2.16 B n vẽ

ng c D243 ch a tăng p. ............................... 29

ờng th i

ờng n p

ng c D243 tăng p ...........................27

ng c D243 ch a tăng p. ......................................28

ờng th i

Hình 2.13 B n vẽ 3D

c AVL 553 .....................................21

ng của thi t bị cân nhiên li u 733S ....................22

ờng th i

Hình 2.12 B n vẽ

ng c .....................................................18

ờng th i trong

ờng th i

Hình 2.11 B n vẽ 3D

Hình 2.14 B n vẽ

ng lực cao

ng c D243 khi ch a tăng p. ..........................31
ng c D243 khi tăng p. .......................................32

ờng n p

ng c D243 khi tăng p. .................................32

Hình 2.18 B n vẽ

ng c D243 khi tăng p ...........................................................33

Hình 3.1 Mô hình

ng c D243 trong ph n mềm AVL_BOOST ...........................43

Hình 3.2 Mô hình

ng c D243 sau khi tăng p .....................................................45

Hình 3.3 Đ c t nh công suất và tiêu hao nhiên li u ..................................................47
Hình 3.4 Đ c t nh công suất và tiêu hao nhiên li u của

ng c ..............................48

Hình 3.5 So s nh bi n thiên nhi t

và p suất t i n

14

v ph ...........................49

Hình 3.6 So s nh bi n thiên nhi t

và p suất t i n

16

v ph ..........................49

Hình 4.1 Mô hình

ờng th i

Hình 4.2 Ph n bên trong

ng c D243 khi ch a tăng p ................................ 51

ờng th i khi ch a tăng p ..............................................52
6


Hình 4.4 Ph n bên trong
Hình 4.5. Giao di n ch

ờng th i của

ng trình Gambit ................................................................ 53

Hình 4.6 Mô hình c n chia l
Hình 4.7 mô hình

ng c D243 sau khi tăng p..................53

i ................................................................................54

ờng th i tăng p và ch a tăng p

ợc chia l

i .....................55

Hình 4.8 Đ t c c ịnh nghĩa ban

u cho ph n lõi của

ờng x nguyên b n .........56

Hình 4.9 Đ t c c ịnh nghĩa ban

u cho ph n lõi ã tăng p ..................................57

Hình 4.10 Xuất mô hình ã chia l

id

i d ng file* .msh .....................................58

Hình 4.11 Mô hình ph n lõi bên trong

ờng th i nguyên b n ã chia l

Hình 4.12 Mô hình ph n lõi bên trong

ờng th i tăng p ã chia l

i hoàn tất ...58
i hoàn tất .....59

Hình 4.13 Giao di n Fluent 6.3 khi nh p file từ Gambit ..........................................60
Hình 4.14 Tab công cụ Grid ki m tra b

c

u mô hình

a vào t nh to n ............61

Hình 4.15 Lựa ch n d ng tính toán của mô hình Define> Solver ............................61
Hình 4.16 Điều ki n ho t

ng Operating Conditions..............................................62

Hình 4.17 Điều ki n biên của mô hình .....................................................................62
Hình 4.18 Mô hình ph i tính toán .............................................................................63
Hình 4.19 C sở tính toán mô hình là từ

u ra output.............................................63

Hình 4.20 S vòng l p x c ịnh là 1000 ...................................................................64
Hình 4.21 Qu trình t nh to n

n khi h i tụ ............................................................64

Hình 4.22 Trình tự quá trình xây dựng và mô phỏng ở

ờng th i nguyên b n ......65

Hình 4.23 Trình tự quá trình xây dựng và mô phỏng ở

ờng th i sau khi c i ti n. 66

Hình 4.24 Cách ch n d ng hi n thị k t qu của mô phỏng ......................................67
Hình 4.25 K t qu xuất ra d

i d ng tr ờng v n t c Vectors ..................................67

Hình 4.26 B ng thông s ch n hi n thị k t qu d
Hình 4.27 K t qu mô phỏng d

i d ng vector ............................67

i d ng vector mũi tên chỉ h

ng .........................68

Hình 4.28 Ch n thông s hi n thị áp suất trên tr ờng vector ...................................68
Hình 4.29 T o m t phẳng cắt trên nền k t qu mô phỏng ........................................69
Hình 4.30 V n t c l u
hợp

ng dòng khí th i trong

ng c ch a tăng p t i

ờng th i nguyên b n v i tr ờng

góc quay trục khu u ..........................................69

7


Hình 4.31 V n t c l u
hợp

ng c

ã tăng p t i

Hình 4.32 V n t c l u
hợp

ng c

Hình 4.34 V n t c l u
hợp

Hình 4.35 V n t c l u
hợp

ng c

ờng th i nguyên b n v i tr ờng

góc quay trục khu u ......................................71

ng dòng khí th i trong

ã tăng p t i 36

ờng th i nguyên b n v i tr ờng

góc quay trục khu u ..........................................71

ng dòng khí th i trong

ng c ch a tăng p t i 36

ờng th i nguyên b n v i tr ờng

góc quay trục khu u ......................................70

ng dòng khí th i trong

ã tăng p t i 18

ờng th i nguyên b n v i tr ờng

góc quay trục khu u ..............................................70

ng dòng khí th i trong

ng c ch a tăng p t i 18

Hình 4.33 V n t c l u
hợp

ng dòng khí th i trong

ờng th i nguyên b n v i tr ờng

góc quay trục khu u ..........................................72

...................................................................................................................................72
Hình 4.36 V n t c l u
hợp

ng c ch a tăng p t i 54

Hình 4.37 V n t c l u
hợp

ng dòng khí th i trong

ng c

Hình 4.38 Mô hình

góc quay trục khu u ......................................72

ng dòng khí th i trong

ã tăng p t i 54

ờng th i nguyên b n v i tr ờng
ờng th i nguyên b n v i tr ờng

góc quay trục khu u ..........................................73

ờng th i ã chia l

i

8

a vào Fluent .....................................74


DANH MỤC BẢNG

B ng 1.1. So s nh

ng c tăng p và không tăng p .................................................4

B ng 2.1. Thông s chung của
B ng 2.2. Đ c t nh ngoài

ng c ....................................................................17

ng c D243 ...................................................................23

B ng 2.3. Thông s k thu t của m t s

ng c diesel ...........................................24

B ng 3.1. Ph n t lựa ch n cho mô hình

ng c D243 ..........................................43

B ng 3.2 D li u iều ki n chung mô hình

ng c D243 không tăng p ...............44

B ng 3.3 Ph n t lựa ch n cho mô hình tăng p ......................................................44
B ng 3.4. D li u iều ki n chung ............................................................................45
B ng 3.5 B ng so sánh k t qu ch y mô phỏng (MP) và thực nghi m (TN) ...........46
B ng 3.6. So s nh
B ng 4.1 S li u thu

c t nh

ng c D243 tr

c và sau tăng p ............................... 48

ợc khi xuất k t qu từ ph n mềm AVL-BOOST v i

ng c

D243 nguyên b n ......................................................................................................59
B ng 4.2 S li u thu

ợc khi xuất k t qu từ ph n mềm AVL-BOOST v i

ng c

D243 tăng p .............................................................................................................60

9


LỜI MỞ ĐẦU
1. Tổng quan
Trên th gi i

ng c diesel

ợc s dụng r ng rãi trên c c ph

ng ti n giao

thông và c c m y m c công nghi p bởi t nh hi u qu và hi u suất cao. T i Vi t Nam
ng c diesel cũng chi m m t s l ợng l n. T nh

n năm 2 6

chi m 21.75% thị tr ờng ô tô m i t i Vi t Nam kho ng g n 4 .
k so v i năm 2 1 khi t l này là d

ng c diesel

chi c tăng

ng

i 1 %. Tuy nhiên ph n l n nh ng d ng

ng

c diesel này thu c th h cũ tồn t i nhiều nh ợc i m nh suất tiêu hao nhiên li u
l n c c thành ph n ph t th i

c h i cao. Đ khắc phục c c nh ợc i m này c n c i

ti n ứng dụng công ngh hi n
Tăng p cho

i

c i thi n qu trình làm vi c của ĐCĐT.

ng c diesel là m t trong nh ng bi n ph p hi u qu nh m tăng

công suất gi m tiêu hao nhiên li u cũng nh c c thành ph n ph t th i. Hi n nay
ph n l n c c

ng c diesel hi n

i trên th gi i ều

Tuy nhiên t i Vi t Nam v n c n m t l ợng l n

ợc trang bị h th ng tăng p.

ng c diesel không tăng p ang

ợc khai th c s dụng trong c c ngành giao thông nông nghi p l m nghi p và x y
dựng. Mà ph n l n

ng c c

ng c này c xuất xứ từ c c n

nên kh năng thừa bền kh cao. Do v y ã không ph t huy

c thu c Liên Xô cũ

ợc u th của

diesel tăng p. Vì v y vi c nghiên cứu c i ti n tăng p cho c c
th c s dụng t i Vi t Nam là vấn ề c n thi t và c
Đ ng c D243 là
hi n nay v n ang

ng c diesel khai

nghĩa thực ti n cao.

ng c diesel không tăng p

ợc s n xuất t i Belarus và

ợc s dụng ph bi n t i Vi t Nam trong c c lĩnh vực v n t i

ờng sông nông nghi p l m nghi p và m y x y dựng. Nên hi n nay
ang

ợc lựa ch n làm

i t ợng

mb o

ờng n p th i cho

ng c làm vi c bình th ờng. Trong

ng c sau

nghiên cứu c i ti n

ng c khi tăng p b ng tua bin m y n n là c n thi t vì v y em

lựa ch n ề tài “Nghiên cứu c i ti n
p”

ng c D243

thực hi n c i ti n tăng p b ng tuabin m y n n.

Vi c thực hi n tăng p c n thi t ph i thi t k c i ti n c c h th ng của
khi tăng p

ng c

ờng n p và th i cho

ng c D243 khi tăng

thực hi n lu n văn cao h c. K t qu của lu n văn sẽ là c sở cho vi c c i ti n

tăng p cho

ng c diesel không tăng p ang l u hành t i Vi t Nam.
1


2. Mục đích, nội dung và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài
-

Mục đích đề tài:
C i ti n

-

ờng n p và th i cho

ng c D243 khi tăng p.

Nội dung của đề tài:
 Tìm hi u c c bi n ph p tăng p cho
tăng p cho

ng c từ

lựa ch n gi i ph p

ng c D243.

 Đ nh gi và lựa ch n ph

ng n c i ti n

ờng n p và

ờng th i của

ng c D243 khi tăng p.
 Thi t k c i ti n

ờng n p và th i của

ng c D243 khi tăng p.

 X y dựng mô hình và mô phỏng d ng kh th i trong

ờng th i của

ng c D243 khi tăng p b ng ph n mềm CFD.
3. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Nghiên cứu c i ti n h th ng n p th i cho

ng c khi tăng p b ng tua bin

máy nén.
K t qu là c sở cho vi c c i ti n tăng p cho
ang l u hành t i Vi t Nam.

2

ng c diesel không tăng p


CHƢƠNG 1: TĂNG ÁP VÀ CÁC VẤN ĐỀ TĂNG ÁP
CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. Mục đích tăng áp cho ĐCĐT
Nh m mục

ch tăng công suất cho

tăng kh i l ợng nhiên li u ch y ở m t

ng c

t trong ng ời ta ph i tìm c ch

n vị dung t ch xilanh trong m t

n vị thời

gian tức là tăng kh i l ợng nhi t ph t ra trong m t không gian và thời gian cho
tr

c. Trong ph n nguyên l

ng c

ã cho quan h gi a công suất c

ch và thông

s kh c nh sau:
(1.1)
Trong

:
Vh: Dung t ch của m t xilanh[dm3].
ηv: H s n p.
ρ1: Kh i l ợng riêng của kh n p m i[kg/m3].
ηm: Hi u suất c gi i.
i: S xilanh của

ng c .

QH: Nhi t trị thấp của nhiên li u[kJ/kg].
t ch y hoàn toàn 1 kg nhiên li u[m3].

M0: L ợng không kh l thuy t
n: S v ng quay của
τ: S kỳ của

ng c [V/ph].

ng c .

ηi: Hi u suất chỉ thị.F
α: H s d l ợng không kh .
Chúng ta bi t r ng QH, M0 phụ thu c vào lo i nhiên li u nên thay

i không

nhiều. Trong nghiên cứu và ph t tri n hi u suất chỉ thị cũng nh c gi i luôn
cực

i kh

t cao h n

l ợng nhiên li u
Mục

t

ợc. V y mu n tăng công suất ng ời ta ph i tăng kh i

t ch y trong m t

ch c b n của tăng p cho

n vị thời gian.
ng c

t trong là làm cho công suất của n

tăng lên nh ng ồng thời tăng p cho ph p c i thi n m t s chỉ tiêu sau:

3


- Gi m th t ch toàn b của

ng c ứng v i m t

- Gi m tr ng l ợng riêng của toàn b

ng c ứng v i 1

- Gi m gi thành s n xuất ứng v i 1
- Hi u suất của

ng c tăng

n vị công suất.
n vị công suất.

n vị công suất.

c bi t ở tăng p b ng tuabin TB kh và do

suất tiêu hao nhiên li u gi m.
- C th làm gi m l ợng kh th i
- Gi m
B ng 1.1. d

ồn của
i

c h i.

ng c .

y th hi n so s nh 2

ng c 4 kỳ tăng p và không tăng p c

cùng c c thông s k t cấu nh hành trình piston S

ờng k nh xilanh D và t c

vòng quay n [1].
Bảng 1.1. So sánh động cơ tăng áp và không tăng áp
Các thông số
Công suất t i
n = 1500v/ph
Tr ng l ợng trên 1

n

vị công suất
Th t ch trên 1

n vị

Công suất
Th t ch lắp

t trên 1

Đ n vị công suất

Động cơ tăng áp

Động cơ không tăng áp

1200ml (882 kW)

600ml (441 kW)

3,35kg/ml (4,56kg/ kW)

6,03kg/ml (8,20kg/ kW)

2,88dm3/ml(3,91dm3/ kW)

5,25dm3/ml (7,11dm3/ kW)

3,25dm3/ml (4,42dm3/ kW) 6,51dm3/ml (8,85dm3/ kW)

Qua xem x t và so s nh nh ng ng c tăng p và không tăng p ở cùng m t
hãng s n xuất c th rút ra nh ng u vi t sau y của ng c tăng p khi c cùng
công suất:
- Th t ch của

ng c nhỏ h n.

- Tr ng l ợng của

ng c nhỏ h n.

- N u dùng TB- MNt n dụng năng l ợng kh x
thì hi u suất của

d n

ng m y n n tăng p

ng c tăng p cao h n hẳn.

- L ợng nhi t mất cho môi tr ờng làm m t t h n c cấu làm m t nhỏ h n.
- Gi thành của

ng c thấp h n.

4


- TB

t trên

ờng th i nên b n th n n là b ph n gi m m t t cho

ng c

t trong.
- Công suất của

ng c tăng p b ng TB- MNbị gi m t h n khi m t

kh i

l ợng riêng không kh của môi tr ờng gi m.
- Gi m l ợng kh x

c h i.

1.2. Các phƣơng pháp tăng áp thƣờng dùng
1.2.1. Tăng áp cơ khí
M y n n trong thi t bị tăng p cho
qu t root qu t li t m ho c là qu t h
khu u ĐCĐT. Hình 1.1 d

i

ng c th ờng dùng là m y n n piston
ng trục. M y n n

y th hi n s

nh r ng truy n đ ng

ờng n p

H nh 1.1. Sơ đ ngu n
Ph

ng ph p d n

n n và trục khu u của
ng của m y n n d n
c

ng từ trục

ồ nguyên l tăng p c kh .

ng c đốt trong
yn n

ợc d n

Thi t

mm t

tăng áp cơ khí

ng MN rất phong phú trong nhiều tr ờng hợp gi a m y
ng c b tr ly hợp nh m cho ph p iều chỉnh ph m vi ho t
ng c kh cho phù hợp v i c c ch

làm vi c của

t trong. Trong tăng p hỗn hợp c sự k t hợp gi a d n
ng b ng TB- MNth i thì m y n n d n

v ng quay và t i tr ng nhỏ của

ng c

ng

ng c kh v i d n

ng c kh chỉ làm vi c ở ph m vi s
t trong nh m c i thi n

c t nh của

ng

c tăng p.
Trong tăng p d n

ng c kh thì công suất của

quan h :
5

ng c

ợc x c ịnh theo

Ne= Ni - Nm - Nk
Công suất c

ch

(1.2)

ợc lấy ra từ trục khu u của

ng c N e c

suất chỉ thị Ni sau khi bị trừ i t n thất c gi i của b n th n
suất Nk

d n

ng c

ợc tr ch ra

d n

ng ph p tăng p c kh này k m h n so v i ph

b ng TB - MN. Vì v y ph m vi s dụng của ph

ng m y n n nên
ng ph p tăng p

ng ph p tăng p này chỉ gi i h n

ng c mà p suất tăng p không v ợt qu 1 6 kG cm2. N u p1 l n h n

cho nh ng

1,6 kG/cm2 thì NK sẽ l n h n 1 % công suất c
cho m y n n tăng và hi u suất của
Ở ph
không

ng c N m và công

ng m y n n.

Do m t ph n công suất của
hi u qu của ph

ợc từ công

ng c sẽ gi m.

ng ph p tăng p truyền

i l ợng không kh n n

thu c vào ch

t i của

ng c

ch Ne. Tức là công suất tiêu thụ

ng c kh khi s v ng quay của

a vào

ng c sẽ không thay

vì v y d n

i và không phụ

n tiêu hao công suất cho

cung cấp l ợng kh n p không c n thi t làm gi m

ng c
ng c

ng k hi u suất cho

ng c khi

gi m t i.
1.2.2. Tăng áp sử dụngTua bin má nén
Tăng p b ng tua bin m y n n TB-MN là ph
nhờ năng l ợng kh x của ĐCĐT
suất và nhi t

ợc giãn nở trong m t thi t bị

nở trong xilanh của
c của

hi u qu
minh

ng

ng c c

p

i l n. Mu n kh th i sinh

t o ra công c h c. N u

ng c thì dung t ch của xilanh ph i rất l n do

n giãn

làm cho k ch

ng c qu l n. M c dù iều này làm tăng hi u suất nhi t nh ng t nh
ợc

l ợng kh x

ng m y n n. Kh x của

rất cao nên năng l ợng của n t

công n ph i
th

d n

ng ph p dùng TB làm vi c

nh gi b ng gi trị p suất trung bình sẽ nhỏ. Đ t n dụng t t năng
ng ời ta cho giãn nở và sinh công trong c nh TB. Thực t

ợc r ng kh x của ĐCĐT ở tất c m i ch

s dụng trong thực t

ã chứng
mb o

ợc c c iều ki n sau:
- Năng l ợng ủ cao

c th s dụng m t ph n cho giãn nở trong TB và sinh

công c kh .

6

- Nhi t

không qu cao nên c th tr nh

ợc vi c h hỏng c c chi ti t của

TB.
- TB-MN c th d n
c n qu l n trên

ng m y n n ly t m ho c chiều trục mà không t o ra sức
ờng x của

ng c

t trong. Trong

ng c diesel

kho ng 35 4 % năng l ợng nhi t ph t ra mất do theo kh x ra ngoài. Trong
khi

ng ời ta c th t n dụng m t ph n năng l ợng này vì:

- N u gi thi t chu trình x y ra trong ĐCĐT là chu trình cacno thì m t ph n
của nguồn năng l ợng kh x

kho ng 5 %

ợc th i ra môi tr ờng xung

quanh. N u coi năng l ợng kh x mang ra khỏi

ng c chi m 4 % t ng

năng l ợng do nhiên li u ph t ra thì năng l ợng th i ra môi tr ờng là 2 %.
- Kho ng 1 4 nguồn năng l ợng do kh th i mang i bị mất do ma s t ti t l u
vì không th th i kh ra ngoài v i p suất và nhi t

của môi tr ờng.

Nh v y c n c th t n dụng 1 % năng l ợng của nhiêt li u ph t ra chứa
trong kh x . Ng ời ta thấy r ng trong tất c c c lĩnh vực s dụng kh c nhau của
ng c

t trong phụ thu c vào t s tăng p p1/p0 năng l ợng kh thực t c n thi t

n n môi chất n p chỉ n m trong kho ng 1 3 5% s năng l ợng do nhiên li u ph t
ra. Nh v y năng l ợng kh x sau khi trừ i m i t n thất ti t l u ma s t .v.v…thì
s c nl iv n ủ

cung cấp cho vi c n n kh n p thực hi n vi c tăng p cho

ng

c .
Thông th ờng ng ời ta s dụng TB và m y n n MN lắp trên cùng m t trục c
s v ng quay 15
27

28

16

v ph nh ng trong m t s tr ờng hợp c th

v ph dùng cho tăng p lắp trên xe môtô v i TB và MN c

34mm ho c cho

t t i
ờng k nh

ng c diesel cỡ nhỏ lắp trên xe du lịch ho c cao h n.

Ưu i m của tăng p dùng TB- MNso v i dùng truyền

ng c kh :

- Hi u suất c gi i tăng 4 7% do không ph i tiêu hao công suất của
c

d n

ng m y n n kh .

- Áp suất tự
của

ng

ng tăng p thay

i theo t i tr ng của

ng c . Khi công suất

ng c tăng năng l ợng chứa trong kh th i càng l n làm cho TB -MN d n

7


ng MN quay v i s v ng quay càng l n và do

kh i l ợng không kh n p vào

trong xilanh càng nhiều.
- Không làm thay

i

ng k k t cấu của

ng c khi c ờng h a

ng c

b ng tăng p.
- M c dù p suất trên

so v i tr ờng hợp tăng p d n

ờng ng th i của
ng c kh do

ng c tăng p TB- MN l n h n
ph i tiêu hao nhiều công h n cho

qu trình ẩy s n v t ch y ra khỏi xilanh nh ng iều
t i công suất Ne của

nh h ởng không

ng k

ng c .

- Đ tăng sự giãn nở trong TB ng ời ta làm gi m sự giãn nở trong xilanh
của

ng c b ng c ch mở s m xup p th i do

gi m t s n n ε làm gi m chiều cao của

gi m hành trình n n của piston

ng c d n

kh c do hành trình S của piston gi m nên làm tăng
thanh truyền n ng cao

ợc p suất cực

- Nh ợc i m của ph
- Ở ch

ng ph p tăng p TB – MN:

t i thấp năng l ợng của kh th i không ủ
ng c . Do

TB-MN l n h n. Nh ng ta cũng không th
gian

cứng v ng của trục khu u và

i pZmax.

cung cấp l ợng không kh c n thi t cho
k ch th

n làm gi m th t ch m t

i qu xa theo h

quay TB – MN

khắc phục ng ời ta làm
ng này bởi vì khi tăng

c của TB m y n n sẽ làm qu n t nh của chúng tăng lên mà yêu c u về thời
p ứng của TB m y n n ph i ngắn do

làm gi m t nh năng t c

c .

H nh 1.2. Bộ tăng áp TB - MN
8

của

ng


Hình 1.2 th hi n cấu t o của b TB - MN. Nguyên l hình thành tăng p dựa
trên c sở t n dụng

ng năng của d ng kh th i khi i ra khỏi

m y n n kh . D ng kh x
ng b nh 3 kh n p

ợc tăng p i vào

phụ thu c vào t c
n ịnh t c
ng c

i vào b nh TB 1 truyền

ng c

t c

trên

làm quay

ng năng làm quay trục 2 d n

ờng ng n p

d ng kh x hay t c

quay của b nh 1 trong kho ng ho t

ng c

ng c . Áp suất kh n p
b nh 1 . V i mục

ch

ng t i u theo s v ng quay của

ờng n p c b tr m ch gi m t i 9. M ch gi m t i làm vi c nhờ van

iều ti t 6 thông qua

ờng kh ph n hồi 7 và cụm xilanh iều khi n 8. Khi p suất

tăng p tăng van 6 mở m t ph n kh x không qua b nh TB 1 thực hi n gi m t c
cho b nh n n kh n p h n ch sự gia tăng qu mức p suất kh n p.
1.2.3. Tăng áp hỗn hợp
Trong ph

ng ph p tăng p hỗn hợp m y n n d n

là m y n n ly t m h
m yn nd n

ng trục trục v t qu t root ho t

ng c kh c th s dụng
ng hoàn toàn

cl pv i

ng b ng TB - MN.

Nhờ c ch gh p n i này mà sự ph n b ph m vi làm vi c của hai h th ng hợp
l h n. Ở ph m vi t i tr ng thấp của ĐCĐT khi mà năng l ợng kh x c n thấp
ch a

m b o cung cấp ủ năng l ợng cho m y n n

môi chất vào
y u

ợc d n

ng từ TB

n n

ng c v i p suất và l u l ợng mong mu n thì môi chất tăng p chủ

ợc cung cấp bởi m y n n d n

ng c kh . Khi năng l ợng kh x

ã ủl n

ng ời ta cắt nguồn năng l ợng cung cấp cho m y n n c kh và chỉ c cụm tăng p
TB-MN ho t
Ph

ng mà thôi.

ng n này cho ph p hai

hợp cho c c thi t bị v n t i và
Ph
suất cao,
khởi

ng

ng n lắp n i ti p

ng c khởi

ng t t gia t c t t nên rất th ch

ng c hai kỳ nh m y ph t i n GM21

.

ợc s dụng nhiều trong tr ờng hợp tăng áp có áp

c bi t là khi ở t i nhỏ. Lo i hình ghép n i ti p này t o iều ki n
ng c d dàng.

1.2.4. Tăng áp dao động và cộng hưởng
Ở

y ta s dụng dao

ng của dòng khí

tăng áp suất của môi chất trong xilanh lúc

9

và tính c ng h ởng của dao
ng xupap n p. Quá trình

ng
ng và

mở của các xupap m t cách có chu kì kích thích sự dao
ng của áp suất t i mỗi vị trí trên

dao

thời gian, sự thay

ờng chuy n

ng của khí thay

i theo

i này phụ thu c vào pha và t n s của ĐCĐT cũng nh thời

ng mở các xupap. Do v y, sự dao

gian

ng của dòng khí. Sự

ng này có th làm tăng ho c gi m

l ợng môi chất n p vào xilanh theo pha và t n s của ĐCĐT.
Theo ph

ng pháp tăng áp này, công n p của piston

năng l ợng

ợc chuy n hóa thành

ng h c của c t khí và chính năng l ợng này sẽ chuy n hóa thành

công nén làm tăng p suất trong xilanh ở cu i quá trình n p.
1.2.5. Tăng áp dao động tăng áp quán tính
Qu trình di n bi n của p suất trên
xem x t theo l thuy t truyền s ng thì
s ng giãn nở. Tùy theo k t cấu của

là qu trình dịch chuy n của s ng n n và
u ng là k n hay hở mà c c s ng này c th

g y ra ph n x t o thành s ng ph n x
này c

nh h ởng rất l n

của p suất trên

ờng ng trong qu trình n p th i n u

u k n hay s ng ph n x

n qu trình n p và th i của

ờng ng n p th i của

s ng s ng p suất và s ng t c
S ng p suất và s ng t c
truyền s ng. N u t c

ng c . Do c sự dao

ng c mà ở

.
cùng xuất hi n và cùng

của c c ph n t chuy n

ợc truyền cùng v i t c

ng cùng chiều v i t c

truyền s ng ng ợc l i v i chiều của c c ph n t chuy n
Sự dao

ng

xuất hi n qu trình truyền

truyền s ng và khi s ng truyền t i sẽ làm tăng p suất thì
làm gi m p suất s ng

u hở. C c s ng

là s ng n n. N u chiều

ng khi s ng truyền t i sẽ

là s ng giãn nở.

ng của môi chất trong

ờng ng n p thực t không ph i do m t

s ng

n t o ra mà do hai h s ng truyền theo chiều ng ợc nhau n là k t qu của

vi c t

ng giao và hợp thành của s ng ph t sinh ở

u này t o lên s ng ph n x ở

u kia. S ng kh th cũng v y luôn tồn t i t nh chồng chất và t nh xuyên qua khi
g p nhau. Khi g p nhau biên
xuyên qua, t nh chất và biên

s ng b ng t ng biên
của s ng không thay

và s ng giãn nở v n là s ng giãn nở.

10

của hai s ng sau khi

i s ng n n v n là s ng n n


Trong qu trình thay

i môi chất của

ng c

trên

ờng ng th i do k ch

th ch của d ng ch y cao t c của kh th i từ xilanh i ra vào trong ng n p do k ch
th ch của lực hút piston mà c c s ng p suất
qua l i t o lên hi u ứng
k trên

ng của dao

c i thi n chất l ợng thay

ợc hình thành c c s ng này truyền

ng s ng p suất. C th lợi dụng hi u ứng
i môi chất giúp th i s ch kh s t và n p

y

môi chất m i vào xilanh.
1.2.6. Tăng áp chu ển dòng
Khi p suất tăng cao ng ời ta th ờng s dụng TB ẳng p vì n c hi u suất
cao ở ch

làm vi c ịnh mức nh ng ở c c ch

nh ợc i m nhất là ở ch

t i tr ng kh c n c nhiều

t i tr ng nhỏ của ĐCĐT. Đ khắc phục nh ợc i m

này ng ời ta b tr nhiều b tăng p nhỏ làm vi c theo ch
ph m vi ho t

ng của chúng phụ thu c vào ch

t i tr ng của

chuy n d ng c th là tăng p 1 cấp ho c 2 cấp. Vi c
vào t i tr ng và s v ng quay của
ờng n p tr

ng c và

lắp song song mà
ng c . Tăng p

ng ho c mở TB phụ thu c

ợc iều khi n từ bên ngoài. Về ph a

c c c m y n n c b tr van ng ợc nh m ph n t ch kh n p m i và

môi tr ờng khi h th ng này không ho t

ng. H th ng tăng p chuy n d ng c

u

i m sau:
- Ở ch

khởi

ng và t i tr ng nhỏ toàn b kh x chỉ i qua 1 TB ho c

h th ng TB ở tăng p 2 cấp c ti t di n nhỏ c

p suất cao nên t o

ợc p suất

tăng p cao h n khi s dụng 1 TB c ti t di n l n.
- Cụm TB c ti t di n nhỏ nên gia t c t t h n.
- Sự k t hợp gi a ĐCĐT và cụm TB-MN d dàng h n và t t h n vì mỗi cấp
cho m t vùng t i u về tiêu hao nhiên li u.
- Ở t i tr ng thấp chỉ c n m t b TB-MN làm vi c và c ph m vi làm vi c
t i u của n nên c i thi n

- Đ ng c c

ợc tiêu hao nhiên li u ở t i nhỏ của ĐCĐT.

c t nh mômen t t h n và ph m vi làm vi c r ng h n

- Tất nhiên n cũng mang m t s nh ợc i m mà
t p và gi thành cao.

11

c bi t là k t cấu phức


1.2.7. Tăng áp nh s ng áp su t
Trong nghiên cứu và thực t về tăng p TB kh cho thấy kh khăn chủ y u của
lo i tăng p này là

c t nh momen tồi kh năng gia t c của ĐCĐT và c c thi t bị

kh c k m. Nh ợc i m này

ợc khắc phục rất nhiều trong h th ng tăng p dựa

vào s ng p suất.
Trong ph

ng n này ng ời ta s dụng năng l ợng

n n kh n p. Sự tăng hay gi m p suất

n n hình thành từ ph a c

ợc truyền v i cùng t c

p suất cao lên ph a c

p suất thấp chuy n

m thanh trong môi tr ờng xem x t. Trong lúc

chuy n

ng v i t c

của c c xung

p suất thấp. D ng kh i l ợng và

xung của s ng p suất t c dụng trực ti p lên ph a c
t c

ng h c của kh x

ch m h n nhờ v y mà tr nh

ng v i

d ng năng l ợng l i

ợc hi n t ợng tr n l n kh

x và kh m i.
1.3. Các vấn đề phát sinh khi tăng áp cho động cơ
Vấn ề tăng công suất cho
tr ng. Đ
dụng ph

t

n vị kh i l ợng là rất quan

ch này hi n nay h u h t c c n

ng ph p tăng p. Tăng p không chỉ

l n mà c n
cho

ợc mục

ng c trên m t

ợc s dụng trên c c

c trên th gi i ều s

ợc s dụng trên c c

ng c cỡ

ng c cỡ nhỏ. Nh ng lợi ch của vi c tăng p

ng c mang l i là rất l n n th hi n ở:
- Cho ph p gi m gi thành tr ng l ợng th t ch của

vị mã lực. Điều này c nghĩa rất l n
- Cho ph p tăng
trong m t

i v i c c lo i

n

ng c cỡ nhỏ.

ợc kh i l ợng nhiên li u ch y trên m t

n vị th t ch

n vị thời gian.

- Cho suất tiêu hao nhiên li u của
khi tăng p thì
trong h n

ng c trên m t

ng c

ng c nhỏ h n. Thực nghi m cho thấy

t bị k t mu i trong buồng ch y và kh i en của

là do l ợng không kh

ợc cung cấp

y ủ nên nhiên li u

ng c
ợc ch y

h t.
- C i thi n m t s tiêu ch về kinh t k thu t của
- Khi tăng p thì nhi t

ng c .

của c c chi ti t tăng nh ng không v ợt qu gi i h n

cho phép.

12


Tuy nhiên vi c tăng p cho

ng c bị gi i h n bởi:

- H s d l ợng không kh α ph i ủ l n.

- Gi trị của ứng suất c h c và ứng suất nhi t ph i n m trong gi i h n cho
phép.
- Khi tăng p thì vi c phun nhiên li u kh khăn h n do

khắc phục

nh ợc i m này ng ời ta ph i tăng p suất phun ho c k o dài thời gian phun nh ng
d n

n kh khăn là ph i c m t h th ng phức t p. Vì v y ng ời ta ph i tăng

chuy n

ng xo y l c của kh n p và tăng h s d l ợng không kh α.

- Nhiên li u kh b c h i.
- Ứng suất nhi t của c c chi ti t tăng vì v y nhi t mất i t. Do
của c c chi ti t tăng

c bi t khi

ng c c

ờng k nh càng l n.

- Do ứng suất nhi t tăng nên nh h ởng
ti t nên ph i chú

nhi t

n iều ki n bôi tr n của c c chi

n vi c làm m t c c chi ti t nhất là piston. Đ khắc phục sự

tăng của ứng suất nhi t này ng ời ta dùng không kh qu t

làm m t bề m t c c chi

ti t nh piston xupap và tăng nhi t l ợng nh cho nguồn l nh tăng l ợng n

c

làm mát).
- Kh tăng p
i c nv i

iv i

ng c diesel do nhi t

thời gian ch y tr . Do
c h c cực

và p suất của kh n p tăng nên làm gi m

pZ tăng rất nhanh d n

n pZmax/pi tăng làm cho ứng suất

i tăng lên.

- Tăng p thì

ng c kh khởi

- Do tăng p cho
h a

ng c xăng thì t s pZmax/pi h u nh không thay

ng.

ng c phức t p nh v y nên khi tăng p ta ph i dung

ợc c c y u t sau:
- Tr ng l ợng riêng của không kh ph i l n ở mức c th
- Nhi t

của kh

- T s n n ε của
ng

a vào

ng c là nhỏ nhất c th

ng c là nhỏ c th

ợc

ợc.
ợc.

m b o cho

ng c khởi

ợc ở iều ki n l nh.
- Nhi t

cu i qu trình n n là ủ l n

Đ m b o không cho ph p tăng nhi t

thời gian ch y tr không qu l n.

của toàn b chu trình lên qu cao.

13


Kết uận
Đ tăng công suất gi m tiêu hao nhiên li u và ph t th i thì tăng p b ng TB –
MN

ợc cho là gi i ph p hi u qu h n c .
V i nh ng u i m của tăng p b ng m y n n nên hi n nay h u nh c c

ng

c diesel s n xuất m i ều c tăng p b ng TB – MN.
Khi thực hi n tăng p cho

ng c diesel cũng ã g p ph i nh ng h n ch về

k thu t và công ngh nh : T i tr ng c và nhi t tăng kh năng gia t c gi m...

14


CHƢƠNG 2: CẢI TIẾN ĐƢỜNG NẠP VÀ ĐƢỜNG THẢI ĐỘNG CƠ D243
KHI TĂNG ÁP
Tăng p cho

ng c diesel là m t trong nh ng bi n ph p hi u qu nh m tăng

công suất gi m tiêu hao nhiên li u cũng nh c c thành ph n ph t th i. Hi n nay
ph n l n c c

ng c diesel hi n

i trên th gi i ều

ợc trang bị h th ng tăng

p. Tuy nhiên t i Vi t Nam m t l ợng l n c c lo i
trang bị h th ng này do v y không ph t huy

ng c diesel v n ch a

ợc t t nh ng u th của

tăng p. Vi c nghiên cứu c i ti n trang bị tăng p cho nh ng d ng
ứng dụng vào thực ti n t i Vi t Nam là vấn ề cấp thi t và c

ợc
ng c

ng c này và

nghĩa thực ti n cao.

Đ ng c diesel D243 lắp trên d y chuyền công ngh của c ng h a Belarut
lo i

ng c

ợc ch t o chủ y u lắp trên m y k o. Trong m t thời gian dài lo i

ng c này ã khẳng ịnh
thành ch t o t
2.1. Đặc điể

y là

ng

ợc vị tr của mình trên thị tr ờng Vi t Nam vì gi

i rẻ phụ tùng thay th sẵn c .

k t cấu động cơ D243

Đ ng c D243 là

ng c diesel 4 kỳ 4 xilanh thẳng hàng thứ tự làm vi c là:

1-3-4-2 không tăng p. Đ ng c s dụng h th ng làm m t b ng n
m t v ng tu n hoàn k n v i b m n
xupap treo trục cam

c c ỡng bức

c tu n hoàn ki u li t m c c cấu ph i kh

t trong th n m y và c biên d ng cam là cam lồi ba cung.

Đ ng c D243 s dụng ph

ng ph p t o hỗn hợp ki u th t ch màng c d ng

buồng ch y tam gi c ỉnh lồi do vi n nghiên cứu về
thi t k . Ưu i m c b n của lo i

ng c c ph

ng c diesel của Liên Xô cũ
ng ph p t o hỗn hợp th t ch

màng là làm vi c êm t nh kinh t cao và

ờng

c t nh suất tiêu hao nhiên li u

t

t c

khi

ng

i phẳng trong d i r ng của ch

t nh ngoài. Do nh ng t nh chất u vi t
màng không chỉ dùng cho

mà ph

ng c D243 mà c n

diesel kh c. Hình 2.1 và 2.2 d

i

ng c làm vi c theo

c

ng ph p t o hỗn hợp th t ch
ợc s dụng cho nhiều

ng c

y th hi n m t cắt d c và m t cắt ngang của

ng c D243.

15