Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22 110

Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
1. MỤC ĐÍCH VÀ 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 4DX22110.
Các biện pháp cường hoá đối với động cơ diezel được thực hiện theo hai cách:
thứ nhất là tăng số vòng quay n của động cơ, phát triển động cơ cao tốc, thứ hai là tăng
áp suất và giảm nhiệt độ môi chất mới trước khi nạp vào động cơ. Việc nâng cao số
vòng quay n của động cơ bị hạn chế bởi nhiều yếu tố liên quan đến việc tổ chức chu
trình, vật liệu và công nghệ chế tạo. Sử dụng hệ thống tăng áp trên cơ sở không thay
đổi số vòng quay n mà chỉ là tăng mật độ, qua đó làm tăng khối lượng môi chất mới
nạp vào xilanh trong mỗi chu trình. Ngày nay, người ta sử dụng rộng rãi biện pháp
tăng áp turbo khí xả nhằm tránh dùng công suất có ích để dẫn động máy nén khí, nhờ
đó tiết kiệm năng lượng của động cơ.
Xã hội ngày càng phát triển vượt bậc. Nhưng theo cùng với sự phát triển này là

những nguy cơ đe dọa đến sự tồn tại của. Hành tinh Trái đất là nơi chúng ta đang sống.
Một trong những nguy cơ đó xuất phát từ sự ô nhiễm môi trường do chính chúng ta đã
tạo ra. Vì vậy, để tạo ra sự phát triển bền vững cho xã hội, mỗi chúng ta đều phải có
những hành động cụ thể để góp phần bảo vệ sự phát triển bền vững đó. Sử dụng hệ
thống tăng áp bằng turbo khí xả cho động cơ là một trong những biện pháp vừa mang
lại hiệu quả kinh tế cao nhờ tiết kiệm năng lượng nhưng đồng thời cũng mang một ý
5


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
nghĩa xã hội rất to lớn chính nhờ vào việc hạn chế ô nhiễm môi trường do khí thải từ
động cơ gây ra. Ngày nay, việc đánh giá mức độ ô nhiễm do khí thải của động cơ trên
ôtô là một trong những tiêu chuẩn không thể thiếu cho ngành đăng kiểm ở các quốc
gia, với các tiêu chuẩn này ngày càng khắt khe hơn. Trong thời gian đến tại Việt Nam,
Cục Đăng Kiểm Việt Nam cũng sẽ bắt đầu áp dụng các tiêu chuẩn này, trước hết là đối
với những phương tiện đăng ký mới, và tiêu chuẩn bước đầu được áp dụng là EURO
II. Chính những qui định này đòi hỏi nhà sản xuất phải có những biện pháp cải tiến
thiết thực nhất cho những động cơ đang và sẽ được sản xuất mới. Một trong những
biện pháp đó chính là sử dụng hệ thống tăng áp bằng turbo khí xả.
2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP.
2.1. 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.
2.2. Mục đích tăng áp cho động cơ DIESEL.
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.
Việc tăng áp suất không khí trước khi nạp vào xylanh động cơ làm tăng công suất
của động cơ lên rất nhiều. Tuy nhiên, nếu với động cơ xăng ta sử dụng phương pháp
này để nâng công suất của động cơ ta lại phải vướn thêm vấn đề gây kích nổ, đã tạo
nên nhiều khó khăn trong sử dụng thực tế, vì vậy việc tăng áp này chỉ sử dụng chủ yếu
ở động cơ diezel. Đặc biệt, trong những năm gần đây, do có nhiều tiến bộ vượt bậc
trong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo turbo và máy nén nên phạm vi sử dụng tăng áp cho
động cơ ngày càng rộng và áp suất tăng áp P k ngày một nâng cao làm cho không
những tính năng về động lực học của động cơ có sử dụng hệ thống tăng áp tốt hơn
động cơ không tăng áp mà còn hạ thấp suất tiêu hao nhiên liệu. Nếu áp suất có ích
trung bình của động cơ diezel không tăng áp Pe thường không quá 0,7 – 0,9 Mpa thì Pe
của động cơ tăng áp thấp rất dễ đạt 1,0 – 1,2 Mpa.
Tóm lại, việc sử dụng hệ thống tăng áp là biện pháp chủ yếu, hiệu quả nhất để
nâng cao công suất của động cơ diezel, đồng thời tăng áp cho phép cải thiện một số chỉ
tiêu:
6


Kho sỏt h thng tng ỏp trờn ng c 4DX22-110
- 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.
2.3. Phõn loi tng ỏp.
Tt c cỏc bin phỏp tng ỏp nhm tng ỏp sut ca khụng khớ np vo trong xi

lanh ng c cui quỏ trỡnh np lỳc úng xupỏp np, qua ú lm tng lng khớ np
mi vo trong ng c, c gi l tng ỏp cho ng c.
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:

TNG AẽP
KHNG COẽMAẽY NEẽN

COẽMAẽY NEẽN
D
N
ĩ
NG
C
GIẽI
COẽ
LIN
H
C
KHấ

D
N
ĩ
NG
TUABIN
KHấ
CHẩ
LIN

H
KHấ
THỉ

COẽ
LIN
H
THUY
Lặ
C

D
N
ĩ
NG
H
N
Hĩ
P

Mế
C
SONG
SONG

DAO
ĩ
NG
VAè
Cĩ

NG
HặNG

SOẽNG
AẽP
SU
T

T
C
ĩ

Mế
C
N
I
TI
P

Hỡnh 2 -1. S phõn loa v cỏc phng phỏp tng ỏp trờn ng c t trong.

2.3.1. Bin phỏp tng ỏp nh mỏy nộn.
2.3.1.1. Tng ỏp c gii .
7


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110

4

5

3
1

2

Po,To

Hình 2 – 2. Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí.
1-Động cơ đốt trong; 2-Bánh răng truyền động;3-Máy nén; 4-Đường nạp; 5-Thiết bị
làm mát.
Các loại máy nén được sử dụng trong phương pháp tăng áp cơ khí có thể là máy
nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt li tâm, hoặc quạt hướng trục, được dẫn động
từ trục khuỷu của động cơ.
Công suất của động cơ đốt trong được xác định theo công thức sau:
Ne = Ni - Nm - Nk
Trong đó:
Ne: Công suất có ích được lấy từ trục khuỷu động cơ
Ni: Công suất chỉ thị
Nm: Công suất tổn thất cơ giới của bản thân động cơ
Nk: Công suất để dẫn động máy nén.
Công suất 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/cm2,
nếu pk lớn hơn 1,6 KG/cm2 thì Nk sẽ lớn hơn 10%Ne

Với phương pháp tăng áp cơ giới, chất lượng khởi động và tăng tốc động cơ tốt,
vì lượng không khí cấp cho động cơ trong một chu trình phụ thuộc vào tốc độ trục
khuỷu mà không phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải. Tuy nhiên, đối với tăng áp cơ giới,
năng lượng tiêu hao để dẫn động máy nén tăng lên, nên làm giảm hiệu suất, làm giảm
tính kinh tế của động cơ.

8


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
2.3.1.2. 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).
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/cm2, khí xả sau khi ra khỏi xi lanh động cơ đốt trong trước khi vào
tuabin đạt áp suất 16 kG/cm2. 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.

1

5

2

4

3

Hình 2 - 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.

9


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
c). Tăng áp bằng tuabin khí có liên hệ thuỷ lực.

1

4

3

2

4

3

2
5

1

a)

b)

4

3

6

5

2

1
8

7

c)
Hình 2 – 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 2 - 4 trình bày các phương pháp kết nối này. Trong đó, hình 2 - 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 2 - 4 b,c.
2.3.1.3. 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.
10


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
Tuỳ thuộc vào vị trí của máy nén người ta có hai dạng ghép nối: Lắp nối tiếp và
lắp song song
Po,To
2
2

3

3

6

6

5
1

5
1

4

4

Po,To

a)

6

b)

2

6

3

Po,To
6
5
1

4

Po,To

c)
Hình 2 – 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.
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
11


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
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.
2.3.2. 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.
2.3.2.1. 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.

12


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
3
3

2

4

2

1
1

a)
b)
Hình 2 – 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:
a  k .R.T

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:
p  f ( x, t )

)

;

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,
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.
13


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
Sóng áp dương

Sóng áp âm

Sóng áp dương Sóng áp âm

a)

b)
c)

Hình 2 – 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 p0. 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.
3
2
5
4

6

1

Hình 2 – 8. Nguyên lý của đường ống nạp có chiều dài thay đổi vô cấp.
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.
14


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110

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.
2.3.2.2.Tăng áp trao đổi sóng áp suất.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

4

3

5

6

7

2

1

Hình 2 – 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
thanh trong môi trường xem xét. Trong lúc đó, dòng năng lượng lại chuyển động với
tốc độ chậm hơn, nhờ vậy mà tránh được hiện tượng trộn lẫn giữa khí xả và khí mới.
Sơ đồ nguyên lý được biểu diễn ở hình 2 - 10. Ở đây sóng nén hoặc giãn nở của khí
15


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
thải được sử dụng để truyền trực tiếp năng lượng lên khí nạp. Van C, D được bố trí ở
một đầu ống để điều khiển sự lưu thông của khí nạp. Trong khí đó các van G, F được
lắp ở đầu ngược lại để điều khiển sự lưu thông của khí xả.Van C, G dùng để điều khiển
phía có áp suất cao của chu trình. Van D , F được thông với môi trường xung quanh.
Quá trình hoạt động của bộ tăng áp bằng sóng khí được giải thích từ đồ thị khai
triển của quá trình truyền sóng áp suất như sau:
Hình 2-10 là sơ đồ khai triển lớp cắt quanh chu vi tại bán kính trung bình của
rôto và stato lên mặt phẳng, trên đó chỉ phương hướng lưu động của khí thải và không
khí. Tốc độ tiếp tuyến của rôto tại bán kính trung bình được thay bằng tốc độ dịch
chuyển của các rãnh thông từ dưới lên trên.
u
VII

F

VI

D
V

IV
2

C

III

G

II
I

A

1

B

E

Hình 2 – 10. Sơ đồ khai triển thể hiện quá trình truyềnsóng áp suất trong bộ tăng
áp bằng sóng khí đơn giản.
A- Bình góp khí xả; B- Bình góp không khí nén.
Ban đầu ống dẫn chứa đầy không khí ở trạng thái áp suất bằng áp suất môi
trường và các van C,D,F,G, đều đóng kín. Quá trình xả của động cơ bắt đầu khi pittông
đi từ ĐCD đến ĐCT, xupap xả mở áp suất đường xả tăng lên, van G mở ra kích thích

tạo ra sóng xung có áp suất cao, van F đóng. Màng khí xả nóng chuyển động phía sau
của sóng xung. Nhờ đó khí được nén từ phải sang trái. Van C được mở ra để khí được
nén bởi sóng xung đi vào ống có áp suất cao và đi vào xi lanh của ĐCĐT. Van C đóng
lại khi màng tiên phong của khí nóng đến để tránh sự hoà trộn của khí thải vào khí
mới. Kết thúc giai đoạn này thì phần lớn năng lượng khí xả được truyền cho khí nạp.
Khi C đóng thì G đóng, còn F mở ra. Lúc này sóng giãn nở hình thành, khí thải
chứa trong ống dẫn thải hết ra ngoài theo van F. Do sự giãn nở của khí trong ống xả
(rảnh dọc trục của roto) làm cho áp suất ở đây nhỏ hơn áp suất khí trời và van D mở ra,
không khí đi vào ống van F đóng lại, van D đóng kết thúc chu kỳ làm việc của hệ
thống.
16


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
 Ưu điểm nổi bật của loại tăng áp bằng sóng khí là áp suất tăng áp càng cao, khi
tốc độ động cơ càng thấp, nhờ đó động cơ sẽ có mômen lớn tại tốc độ thấp.
 Nhược điểm của loại này là thiết bị cồng kềnh, chiếm không gian lớn, trục
khuỷu động cơ dẫn động rôto tiêu thụ 12% công suất động cơ, tiếng ồn lớn, tuổi thọ
của rôto thấp nên chưa được sử dụng rộng rãi.
2.3.2.3. Tăng áp tốc độ.
Trong các động cơ đặt trên máy bay hoặc trên ôtô đua còn có thể sử dụng dòng
không khí ngược với chiều chuyển động của máy bay và ôtô để làm tăng khối lượng
môi chất nạp vào động cơ. Phương pháp này được gọi là phương pháp tăng áp tốc độ.
Hiện nay, phương án này ít được sử dụng nên chỉ giới thiệu sơ lược như trên.
2.3.2.4. Tăng áp cao.
Để đạt được tăng áp cao và tránh được một số hạn chế do tăng áp gây ra, người
ta thực hiện các phương pháp tăng áp sau:
- Tăng áp hai cấp;
- Tăng áp Miller;
- Tăng áp siêu cao;

- Tăng áp chuyển dòng;
2.3.3. 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.
2.4. Tăng áp cho động cơ diesel.
2.4.1. Tăng áp cho động cơ diesel bốn kỳ.
Tăng áp bằng tuabin khí xả đầu tiên được sử dụng cho động cơ 4 kỳ. Đối với
động cơ diesel, vì để đáp ứng được nhu cầu về nâng cao công suất cho động cơ nên
hầu hết trên các động cơ diesel cỡ lớn của tàu thủy, động cơ diesel trên đầu máy xe lửa
và diesel phát điện đều dùng hệ thống tăng áp. Nhằm giải quyết vấn đề nạp khí ở các
chế độ khởi động và tải nhỏ, đảm bảo độ chênh áp suất đủ để nạp khí vào xilanh ở các
chế độ đối với động cơ 4 kỳ đơn giản hơn động cơ 2 kỳ nhờ có hành trình thải và tiêu
thụ không khí quét ít. Nói chung sơ đồ nguyên lý tăng áp của các động cơ 4 kỳ giống
nhau, chỉ khác nhau một ít về kết cấu đường ống xả và có hoặc không có bầu làm mát
không khí tăng áp.
17


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
Để chuyển động cơ 4 kỳ sang tăng áp bằng tuabin khí xả không chỉ đơn giản
đặt lên động cơ cụm tuabin máy nén và nối đường ống dẫn của nó với bình chứa
không khí tăng áp và ống góp khí xả. Động cơ 4 kỳ tăng áp tuabin khí xả khác với
động cơ không tăng áp.

tx

Ps
Px
60

60

Ps

40

40
tx

20
a
0

25

20

Px
50

75

Ne.%

Hình 2 – 11. Sự thay đổi các thông số tăng áp động cơ diesel 4 kỳ theo tải.

Px, tx- Áp suất, nhiệt độ khí xả; Ps- Áp suất không khí nạp
Từ hình 2 - 11, thấy rõ độ chênh áp suất tăng nhanh (P s-Px) khi tải động cơ tăng.
Khi giảm tải độ chênh lệch áp suất (P s-Px) giảm xuống. Khi tải của động cơ 4 kỳ
khoảng 3050% tải định mức, áp suất tăng áp bằng áp suất khí xả trước tuabin (điểm
a). Tại thời điểm này không diễn ra quá trình quét. Khi tiếp tục giảm tải, áp suất tăng
áp bé hơn áp suất khí sau xupap xả, nên xảy ra hiện tượng dồn ngược khí xả vào xilanh
và đường ống nạp không khí tăng áp.
Dẫn khí xả tới tuabin theo đường ống xả riêng. Trong trường hợp nối các ống
xả của tất cả các xilanh với 1 đường ống xả chính thì khi áp suất tăng áp thấp (dưới
200KPa) xung áp suất ngăn cản quét các xilanh khác và là nguyên nhân dồn ngược khí
xả vào các xilanh. Nối các ống xả của các xilanh với các đường ống riêng sẽ ngăn
ngừa được hiện tượng này và đảm bảo độ chênh áp suất (P s-Pt) và tạo quá trình quét
bình thường của mỗi xilanh.
2.4.2.Tăng áp cho động cơ diesel hai kỳ.
Tăng áp tuabin khí xả trong các động cơ diesel tàu thủy 2 kỳ bắt đầu sử dụng
muộn hơn so với động cơ 4 kỳ. Động cơ 2 kỳ sử dụng sơ đồ tăng áp tuabin khí xả của
động cơ 4 kỳ (nén không khí trong máy nén tuabin một cấp) gặp phải khó khăn do tính
18


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
đặc biệt của nó. Để đảm bảo quá trình thay đổi khí và làm việc tốt, các động cơ diesel
tàu thủy 2 kỳ đều được tăng áp bằng tuabin khí hoặc tăng áp hỗn hợp.
Tính đặc biệt của tăng áp động cơ hai kỳ:
Các tính đặc biệt sau đây của động cơ 2 kỳ gây khó khăn cho việc sử dụng tăng
áp tuabin khí xả hay hạn chế việc tăng công suất tăng áp động cơ.
- Cần đảm bảo độ chênh giữa áp suất không khí tăng áp trong bình chứa và áp
suất khí xả trong đường ống xả (P s-Px) trong tất cả các chế độ tải của động cơ. Đối với
động cơ 4 kỳ, nhờ có hành trình xả và nạp đảm bảo xả được hầu hết sản vật cháy ra
khỏi xilanh và nạp vào xilanh đủ khối lượng không khí ở các chế độ làm việc bất kỳ.

Đối với động cơ 2 kì, nếu ở 1 chế độ làm việc nào đó áp suất tăng áp thấp hơn áp suất
khí trong đường ống xả thì chu trình công tác không thể thực hiện được khả năng quét
và không nạp vào xilanh đủ lượng không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu. Để đảm
bảo quét và nạp không khí vào xilanh, áp suất tăng áp cần phải cao hơn áp suất khí
trong trường hợp ống xả ở tất cả các chế độ tải, do vậy tiêu tốn công suất bổ sung để
nén không khí đến áp suất cao.
- Để đảm bảo chất lượng thay đổi khí trong động cơ 2 kỳ, yêu cầu hệ số quét
lớn hơn so với động cơ 4 kỳ. Hệ số quét của động cơ 2 kỳ  a = 1,451,65; trong khi đó
của động cơ 4 kỳ  á = 1,071,35. Để tăng hệ số dư lượng không khí quét cần tăng lưu
lượng không khí do máy nén cấp và như vậy phải tăng công suất tiêu thụ cho máy nén.
- So với động cơ 4 kỳ, khi áp suất chỉ thị trung bình bằng nhau, nhiệt độ khí xả
của động cơ 2 kỳ thấp hơn. Đối với động cơ 2 kỳ ở chế độ định mức, nhiệt độ khí xả
nằm trong giới hạn 3504500C. Còn với động cơ 4 kỳ, có thể đạt 4505000C. Nguyên
nhân giảm nhiệt độ khí xả của động cơ 2 kỳ là do lượng không khí quét lớn. Giảm
nhiệt độ khí xả là nguyên nhân giảm công suất tuabin.
2.5. Tăng áp cho động cơ xăng và động cơ khí.
2.5.1. Tăng áp cho động cơ xăng.
Do đặc điểm của động cơ xăng là khí nạp vào động cơ là hỗn hợp xăng và
không khí, mặt khác động cơ xăng dễ gây kích nổ nên việc tăng áp cho động cơ xăng
gặp nhiều khó khăn. Hiện nay động cơ xăng tăng áp thường chỉ dùng trong máy bay
tải trọng nhỏ, máy bay thể thao, trực thăng còn trên ô tô máy kéo ít sử dụng tăng áp vì
công suất của loại động cơ này thường nhỏ 75÷220 KW. Nếu lắp thêm cụm tuabin
máy nén sẽ làm giảm tính năng tăng tốc của của động cơ.　
Tăng áp cho động cơ xăng dễ gây ra kích nổ vì sẽ làm tăng áp suất và nhiệt độ
đầu và cuối quá trình nén. Để tăng áp cho động cơ xăng mà không gây ra kích nổ
người ta dùng các biện pháp như sau:

19

Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
Thay đổi cấu tạo buồng cháy, dùng nhiên liệu chống kích nổ tốt, thay đổi thành
phần khí hỗn hợp, thay đổi góc đánh lửa sớm, làm mát trung gian cho khí hỗn hợp ở
sau máy nén tăng áp, giảm tỉ số nén động cơ.
Thường người ta chỉ sử dụng động cơ xăng tăng áp trong những điều kiện đặc
biệt : làm việc trên núi cao, động cơ luôn luôn chạy ở chế độ toàn tải
2.5.2. Tăng áp cho động cơ khí.
Gồm 2 phương án:
Phương án 1: Máy nén đặt sau lò khí và ở trước bộ hỗn hợp
Ưu điểm: Giống ưu điểm động cơ xăng tăng áp, đặt máy nén trước BCHK
Nhược điểm: Bụi của khí đi vào máy nén làm cho máy nén chống hỏng. Vì vậy,
ta thường dùng máy nén ly tâm, không dùng máy nén ro to hay máy nén pittông.
Phương án 2: Máy nén đặt trước lò khí, giữ nhiệm vụ cung cấp cho cả lò khí và
bộ hỗn hợp. Trong trường hợp này, máy nén khí không tiếp xúc với bụi của khí nhưng
phải đảm bảo cho toàn hệ thống lò ga và đường ống dẫn khí ga thật kín để tránh hoả
hoạn.
Hiện nay, tăng áp cho động cơ khí có thể đưa áp suất trung bình của động cơ
khí Pe=0,8÷1,1 MN/m2 (các loại động cơ khí không tăng áp chỉ đạt P e=0,55÷0,7
MN/m2).
2.6. Một vài vấn đề cần lưu ý khi tăng áp cho động cơ đốt trong.
Do trong quá trình tăng áp cho động cơ mắc phải những hạn chế cơ bản đó là sự
tăng ứng suất cơ và ứng suất nhiệt được thể hiện qua áp suất và nhiệt độ của chu trình,
vì vậy cần sử dụng một số biện pháp về lựa chọn các thông số nhiệt động, cấu tạo, vật
liệu và công nghệ chế tạo và đảm bảo cho động cơ tăng áp được hoạt động lâu bền với
tốc độ tin cậy cao. Do đó để khắc phục được những hạn chế đó ta phải lưu ý những
vấn đề khi tăng áp cho động cơ.
Để tăng áp cho động cơ, người ta thực hiện theo 3 nguyên tắc sau :
a. Để đạt được công suất cao người ta phải tìm mọi biện pháp để có giá trị ρ k lớn
trong khi đó nhiệt độ của môi chất nạp vào động cơ càng thấp càng tốt.
b. Phải lựa chọn tỷ số nén  của động cơ đốt trong một cách hợp lý nhằm giảm áp

suất pe và nhiệt độ Te cuối quá trình nén cũng như nhiệt độ của chu trình trong khi
phải đảm bảo nhiệt độ lạnh của động cơ.
c. Nhiệt độ cuối quá trình nén chỉ cần đủ lớn để đảm bảo thời gian cháy trể hợp
lý, mặt khác giữ cho nhiệt độ của chu trình không quá cao.
2.7. Kết luận.

20


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
Biện pháp tăng áp có máy nén và biện pháp tăng áp không có máy nén đều giống
nhau là tăng áp suất của không khí nạp vào xi lanh động cơ, qua đó làm tăng công
suất của động cơ.
Tuy nhiên tăng áp có máy nén ngày càng sử dụng rộng rãi hơn thiết bị gọn,
chiếm không gian nhỏ, gía thành thấp.
Ngoài ra tăng áp (có máy nén) dẫn động tuabin khí tận dụng được năng lượng
khí xả, giảm ồn, giảm thành phần độc hại trong khí xả, do đó loại này đang sử dụng
nhiều nhất hiện nay. Dẫn động cơ giới khắc phục được những nhược điểm dẫn động
tuabin khí nhưng tiêu hao năng lượng để dẫn động máy nén, nên làm giảm hiệu suất
và tính kinh tế của động cơ.
Tăng áp không có máy nén hiện nay ít sử dụng do kết cấu phức tạp, giá thành
cao chỉ được sử dụng trên động cơ đời mới.

21


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
3. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 4DX22-110.
Động cơ 4DX22-110 là động cơ diesel 4 kỳ, 4 xilanh thẳng hàng, phun trực tiếp,
được tăng áp và làm mát trung gian do hãng FAW JIEFANG sản xuất có hiệu quả

kinh tế và hiệu suất cao. Động cơ được được lắp trên xe THACO FOTON tải 3,45 tấn.
Nó thỏa mãn các yêu cầu như: tiếng ồn thấp, tiết kiệm nhiên liệu, tốc độ động cơ cao
và đảm bảo độ bền.
Động cơ 4DX22-110 là loại động cơ có buồng cháy khoét lõm trên đầu piston,
dạng ômêga. Đặc điểm của buồng cháy dạng ômêga là tạo được dòng xoáy tiếp tuyến
của khí nạp và dòng xoáy hướng kính của không khí chèn khi nén, kết hợp với vòi
phun nhiều lổ để tạo ra hòa khí tốt. Vòi phun của động cơ được đặt trên nắp xilanh
hướng vào phía giữa đỉnh piston để phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng cháy. Loại
đỉnh piston này có khuyết điểm là diện tích chịu nhiệt rất lớn, trọng lượng phần đầu
piston nặng và khó giải quyết vấn đề chịu nhiệt của xécmăng, nhất là xécmăng thứ
nhất. Tuy nhiên, loại đỉnh có buồng cháy trên đỉnh piston có chỉ tiêu kinh tế cao. Cùng
với bộ điều tốc hoạt hoạt động nhờ lực ly tâm giúp động cơ có thể chạy ổn định ở chế
độ không tải.
Kích thước động cơ 4DX22-110 nhỏ gọn nhưng công suất động cơ đạt được vẫn lớn
nhờ hệ thống nạp sử dụng tuabin tăng áp.

Hình 3-1. Hình mô phỏng động cơ 4DX22-110.

22


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
3.1. Đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ 4DX22-110.

1

2

3

4

5
6

7
8
9

10

11

12

18

17

16

15
14

13

Hình 3-2. Mặt cắt dọc động cơ 4DX22-110.
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
23

Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
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.

10

11

9
8
7
12

6
5

13
4

3

2
14

1

15

16

17

Hình 3-3. Mặt cắt ngang của động cơ 4DX22-110.
1- Thân máy ; 2- Trục khuỷu ; 3- Bộ điều tốc ; 4- Thanh truyền ; 5- piston ; 6- Bình
lọc nhiên liệu ; 7- Đường ống nạp ; 8- Bộ làm mát khí nạp; 9- Vòi phun ; 10- Lò xo xu
páp ; 11- truc cò mổ ; 12- Đường ống thải; 13- Tuabin tăng áp ; 14 Đối trọng; 15Chân máy; 16- Bầu lọc dầu; 17- Cát te.

24


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110

Bảng 3-4. thông số kỹ thuật chính của động cơ 4DX22-110.
Tên thông số
Động cơ do hãng FAW JIEFANG
của Trung Quốc sản xuất
Số hiệu động cơ
Động cơ diezel 4 kỳ, tăng áp bằng
turbo và làm mát trung gian
Tỷ số nén
Số xylanh động cơ
Thứ tự làm việc các xylanh
Đường kính xylanh
Hành trình piston
Công suất cực đại/số vòng quay
Mô men cực đại/Số vòng quay định
mức
Dung tích xylanh

Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất
Tiêu chuẩn ô nhiễm môi trường

Giá trị

Đơn vị

4DX22-110

17
4
1-3-4-2
102
118
81/3200
324/3200

[mm]
[mm]
[KW]/[vòng/phút]
[N.m]/[vòng/phút]

3,855
220
EURO II

[lít]
[g/(kW.h)]

330

830x650x780

[kg]
[mm]

Phương pháp bôi trơn cưỡng bức
Dùng bơm dầu kiểu rotor, dẫn đông
từ trục khuỷu động cơ
Làm mát bằng nước, chu trình kín
Bơm nước làm mát kiểu ly tâm,
dẫn động từ trục khuỷu động cơ
Trọng lượng khô động cơ
Kích thước tổng thể:
Dài x Rộng x Cao
Turbo tăng áp loại JP60C

25


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
3.2. Các cơ cấu và hệ thống chính của động cơ.
3.2.1. Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu và hệ thống của động cơ 4DX22-110.
a. Nhóm Pittông.
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.
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhóm piston có các nhiệm vụ chính sau :
 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.

5
4
3
2
1

Hình 3 – 5. Nhóm piston.
1- Chốt piston; 2- Vòng hãm; 3- Xécmăng dầu; 4- Xécmăng khí thứ hai;5- Xécmăng
khí thứ nhất.
Piston của động cơ 4DX22-110 được chế tạo bằng hợp kim nhôm, trên piston được
bố trí hai xécmăng khí và một xécmăng dầu.
Đường kính của piston: D = 102 [mm].
Hành trình piston: S = 118 [mm].
Đỉnh piston có dạng lõm kiểu ômêga. Khi động cơ làm việc đầu piston nhận phần
lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó (khoảng 70  80%) và nhiệt lượng này
truyền vào xécmăng thông qua rãnh xécmăng, rồi đến nước làm mát động cơ.
26


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110
Ngoài ra, trong quá trình làm việc piston còn được làm mát bằng cách phun dầu
vào phía dưới đỉnh piston.
Thân piston làm nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xilanh, là nơi
chịu lực ngang N và là nơi để bố trí bệ chốt piston. Trên bệ chốt có các gân để tăng độ

cứng vững.
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.
Chốt piston động cơ 4DX22-110 được chế tạo từ thép 15XA có mặt cắt ngang dạng
hình trụ tròn rỗng, có chiều dài lch = 85 (mm) đường kính chốt Dch = 37 (mm).

Ø37

Ø15

85

Hình 3 – 6. Kết cấu của chốt piston 4DX22-110.
Xécmăng khí được lắp trên đầu piston có nhiệm vụ bao kín buồng cháy, ngăn
không cho khí cháy từ buồng cháy lọt xuống cacte. Trong động cơ, khí cháy có thể lọt
xuống cacte theo ba đường: qua khe hở giữa mặt xilanh và mặt công tác (mặt lưng
xécmăng); qua khe hở giữa xécmăng và rãnh xécmăng; qua khe hở phần miệng
xécmăng. Xécmăng dầu có nhiệm vụ ngăn dầu bôi trơn sục lên buồng cháy, và gạt dầu
bám trên vách xilanh trở về cacte. Ngoài ra, khi gạt dầu, xécmăng dầu cũng phân bố
đều trên bề mặt xilanh một lớp dầu mỏng. Điều kiện làm việc của xécmăng rất khắc
nghiệt, chịu nhiệt độ và áp suất cao, ma sát mài mòn nhiều và chịu ăn mòn hoá học của
khí cháy và dầu nhờn.

27


Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110

Xéc măng của động cơ 4DX22-110 được chế tạo từ gang xám.

A

A

B

B

A-A

B-B

a

b

Hình 3 – 7. Bộ xéc măng động cơ 4DX22-110.
a. Séc măngdầu ; b. Séc măng khí
b. Nhóm thanh truyền.

28

Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4DX22-110

54

R29,5

46

R31,5

46

176

Ø37

97

Hình 3 – 8. Kết cấu thanh truyền động cơ 4DX22-110
+ 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.
Thanh truyền động cơ 4DX22-110 được chế tạo từ thép C45 và gia công bằng
phương pháp rèn khuôn.
+ Thân thanh truyền dạng hình chữ I, có chiều dài l tt = 176 (mm) và có gân gia cố
nhằm tăng độ cứng vững cho thanh truyền.
+ Đầu nhỏ thanh truyền có đường kính Ф = 31 (mm), trên đó có khoan lỗ để hứng
dầu bôi trơn.

+ Đầu to thanh truyền động cơ 4DX22-110 gồm hai nửa và chúng được nối với
nhau bằng bulông có chiều dài lbl = 97 (mm). Để chống lại sự mài mòn nhanh của
chốt khuỷu thì giữa đầu to và chốt khuỷu người ta có thêm bạc lót, bạc lót đầu to

29