Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 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 MAZDA WL TURBO” Tuy nhiên do những hạn chế về thời gian, 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 PHÙNG XUÂN THỌ 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 tháng 05 năm 2008 Sinh viên thực hiện. Hoàng Ngọc Ước 1 Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO MỤC LỤC 1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài 4 2. Giới thiệu về động cơ MAZDA WL TURBO 4 2.1. Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ MAZDA WL TURBO 5 2.2. Đặc điểm các cụm chi tiết,cơ cấu và hệ thống của động cơ MAZDA WL TURBO 7 2.2.1. Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu trên động cơ MAZDA WL TURBO 7 2.2.2. Đặc điểm các hệ thống trên động cơ MAZDA WL TURBO 12 3. Lý thuyết tăng áp động cơ 16 3.1. Định nghĩa tăng áp 16 3.2. Mục đích của tăng áp 16 3.3. Phân loại tăng áp 17 3.3.1. Biện pháp tăng áp nhờ máy nén 17 3.3.2. Biện pháp tăng áp không có máy nén 22 3.4. Tăng áp cho động cơ diesel 27 3.4.1. Tăng áp cho động cơ diesel bốn kỳ 27 3.4.2.Tăng áp cho động cơ diesel hai kỳ 29 3.5. Tăng áp cho động cơ xăng và động cơ ga 30 3.5.1. Tăng áp cho động cơ xăng 30 3.5.2. Tăng áp cho động cơ ga 32 3.6. Đặc tính của tuabin-máy nén 32 3.6.1. Đặc tính của máy nén 32 3.6.2. Đặc tính của tuabin 34 3.6.3. Đặc tính của cụm tuabin-máy nén 35 4. Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 36 4.1. Đặc điểm hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 36 4.2. Hệ thống nạp động cơ MAZDA WL TURBO 37 4.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống nạp động cơ MAZDA WL TURBO 38 4.2.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống nạp 38 4.3. Hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO 39 4.3.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO 39 4.3.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO 40 4.4. Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 42 4.4.1. Bộ Tuabin tăng áp 42 4.4.2. Van giảm áp và bộ phận chấp hành 50 4.4.3. Hệ thống bôi trơn và làm mát trong bộ tuabin 52 4.4.4. Bộ bù tua bin tăng áp 53 4.4.5. Phối hợp giữa TB-MN với ĐCĐT 55 2 Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 5. Tính toán kiểm nghiệm bộ tuabin tăng áp 56 5.1. Các số liệu cho trước và các thông số chọn 56 5.2. Tính toán các thông số làm việc tuabin-máy nén 57 5.3. Tính toán bộ tuabin tăng áp 59 5.3.1. Tính toán máy nén 60 5.3.2. Tính toán tuabin 70 6.Một số hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 77 6.1. Xác định các hư hỏng và biện pháp khắc phục 78 6.1.1. Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn 78 6.1.2. Có tiếng ồn bất thường 79 6.1.3. Tiêu hao dầu lớn và khói xanh 79 6.2. Hệ quả các hư hỏng và biện pháp khắc phục 80 6.2.1. Thiếu dầu 80 6.2.2. Vật lạ rơi vào TB 80 6.2.3. Dầu bẩn 80 6.3. Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ 80 6.3.1. Kiểm tra hệ thống nạp khí 80 6.3.2. Kiểm tra hệ thống thải 80 6.4. Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp 81 6.5. Tháo và lắp cụm tuabin - máy nén 82 6.5.1. Các chú ý khi tháo lắp 82 6.5.2. Các chú ý khi bảo dưỡng, sửa chữa 83 6.5.3. Kiểm tra tuabin tăng áp 84 Kết luận 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 3 Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài. Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hơn một trăm năm.Trong những năm gần đầy, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, động cơ đốt trong tuy không thay đổi nhiều về mặt nguyên lý làm việc cơ bản nhưng nó luôn được hoàn thiện và phát triển. Nhiều loại động cơ đời mới có tính năng kinh tế, kỹ thuật vượt trội đã ra đời, trong đó động cơ tăng áp đóng một vai trò rất đáng kể. Các nhà khoa học đã nghiên cứu, phát minh và ứng dụng các phương pháp tăng áp khác nhau phù hợp với đặc điểm của từng loại động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ máy bay và động cơ ga. Với những ưu điểm: kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ nhưng vẫn đạt được công suất cao, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, giảm lượng khí độc hại trong thành phần khí xả, đạt được hiệu suất cao, mà động cơ tăng áp ngày càng được sử dụng phổ biến, đặc biệt là động cơ tăng áp bằng tuabin khí. 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 MAZDA WL TURBO” 2. Giới thiệu về động cơ MAZDA WL TURBO. Động cơ MAZDA WL TURBO do hãng MAZDA của Nhật Bản sản xuất được lắp trên xe FORD RANGER. Động cơ gồm 4 xylanh thẳng hàng thứ tự làm việc là 1- 3- 4 -2. Động cơ sử dụng nhiên liệu diesel và được phun gián tiếp vào buồng cháy. Buồng cháy trên động cơ MAZDA là loại buồng cháy ngăn cách kiểu xoáy lốc. Không gian buồng cháy được chia làm hai phần: Buồng xoáy lốc và buồng cháy chính, được nối với nhau bằng đường thông lớn. Đỉnh pittông được khoét lõm. Trên mỗi xylanh gồm có 2 xupap nạp và một xu páp thải. Chính những đặc điểm 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 MAZDA WL TURBO cũng có những nhược điểm: hiệu suất không cao, gây ra tiếng ồn ở chế độ không tải và ít tải, khó khởi động lạnh. Vì vậy, trên động cơ MAZDA WL TURBO có hệ thống sấy khi khởi động. Kích thước động cơ MAZDA WL TURBO 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 động cơ MAZDA WL TURBO Hình 2 – 1 Mặt cắt dọc động cơ MAZDA WL TURBO 2.1. Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ MAZDA WL TURBO. Những nét đặc biệt chính của động cơ MAZDA WL TURBO • Quá trình làm việc được cải tiến: - Buồng cháy ngăn cách, có tác dụng xoáy lốc. - 3 xupáp trên một xylanh. • Giảm trọng lượng: - Nắp máy bằng hợp kim nhôm; - Nắp bảo vệ dây đai dẫn động cơ cấu phân phối khí bằng chất dẻo. • Giảm tiếng ồn và rung động khi làm việc: - Nắp xylanh được che kín hoàn toàn. - Trục khuỷu được cân bằng hoàn toàn. - Sử dụng puli giảm chấn xoắn (puli trục khuỷu). - Hai trục cân bằng có tác dụng giảm dao động theo phương thẳng đứng. Các thông số kỹ thuật của động cơ MAZDA WL TURBO: 5 Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO Bảng 2-1 Các thông số kỹ thuật chính của động cơ MAZDA WL TURBO 6 Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 2.2. Đặc điểm các cụm chi tiết,cơ cấu và hệ thống của động cơ MAZDA WL TURBO. 2.2.1. Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu trên động cơ MAZDA WL TURBO. 7 Thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Công suất có ích định mức Ne kW 85 Tỷ số nén ε 19,8 Số vòng quay định mức n vòng/phút 3500 Đường kính xylanh D mm 93 Hành trình pittông S mm 92 Số xilanh i 4 Số kì τ 4 Góc mở sớm xupáp nạp φ 1 Độ 10 Góc đóng muộn xupáp nạp φ 2 Độ 24 Góc mở sớm xupáp thải φ 3 Độ 61 Góc đóng muộn xupáp thải φ 4 Độ 9 Buồng cháy ngăn cách Số xupáp nạp 2 Số xupáp thải 1 Động cơ tăng áp Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO Hình 2 - 2 Kết cấu cụm pittông, trục khuỷu, thanh truyền của động cơ MAZDA WL TURBO 8 Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 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. Pitông là một chi tiết quan trọng của động cơ cùng với xy lanh và nắp máy tạo thành buồng cháy. Điều kiện làm việc của 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. 4 5 1 2 3 Hình 2 - 3 Nhóm pittông 1,2-Xéc măng khí; 3-Xéc măng dầu; 4-Chốt pittông; 5-Vòng hãm Đặc điểm kết cấu của pittông: - Đỉnh pittông được khoét lõm. Khi động cơ làm việc phần đầu pittông nhận khoảng 70÷80% nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó và nhiệt lượng này truyền qua xéc măng thông qua rãnh xéc măng rồi đến nước làm mát. Ngoài ra đỉnh pittông còn được làm mát bằng dầu phun ở dưới đỉnh pittông - Thân pittông làm nhiệm vụ dẫn hướng cho pittông chuyển động trong xy lanh, là nơi chịu lực ngang N - Chân pittông có dạng vành đai để tăng độ cứng vững. Để điều chỉnh trọng lượng của pittông, người ta thường cắt bỏ một phần kim loại ở phần chân pittông nhưng vẫn đảm bảo được độ cứng vững cần thiết cho pittông . - Chốt pittông là chi tiết nối pittông với đầu nhỏ thanh truyền, nó lực khí thể tác dụng lên pittông cho thanh truyền, để làm quay trục khuỷu. Chốt piittông chịu tác 9 Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO dụng của lực khí thể và lực quán tính rất lớn. Các lực này thay đổi theo chu kỳ đồng thời có tính chất va đập mạnh. Chốt pittông lắp với đầu nhỏ thanh truyền theo kiểu lắp tự do. Do có độ hở giữa pittông và xy lanh, nên cần phải có xéc măng để đảm bảo bao kín không gian buồng cháy trong xy lanh và ngăn không cho dầu nhờn chạy vào buồng cháy. Xéc măng khí chó nhiệm vụ bao kín buồng cháy và ngăn không để khí cháy lọt xuống các te, còn xéc măng dầu có nhiệm vụ ngăn dầu nhờn sục lên buồng cháy. - Xéc măng làm việc trong điều kiện xấu: chịu nhiệt độ cao, áp suất va đập lớn, ma sát mài mòn nhiều, chịu ăn mòn hoá học của khí cháy và dầu nhờn. 2.2.1.2. Nhóm thanh truyền. Nhóm thanh truyền bao gồm: thanh truyền, bulông thanh truyền và bạc. - Thanh truyền là chi tiết dùng để nối 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. Thanh truyền có cấu tạo gồm 3 phần: đầu nhỏ, thân và đầu to 3 4 5 6 7 1 2 Hình 2 - 4 Kết cấu thanh truyền động cơ MAZDA WL TURBO 1-Lỗ hứng dầu; 2-Đầu nhỏ; 3-Rãnh dầu; 4-Bulong thanh truyền; 5-Bạc lót đầu to; 6-Đầu to; 7-Thân thanh truyền. - Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng. Việc bôi trơn đầu nhỏ và bệ chốt được thực hiện theo kiểu vung té và hứng dầu. Đầu nhỏ thanh truyền bị biến dạng dưới tác dụng lực quán tính chuyển động tịnh tiến. 10 [...]... vic tng ỏp cho CT 35 Kho sỏt h thng tng ỏp ng c MAZDA WL TURBO T=1,5 A4 A3 A2 45 0C 19000 A1 40 0C 50 0C T=1,4 T=1,3 1,5 T=1 P1 P0 Tg =5 50 C 2 ,4 T=1,6 T=1,2 17500 15000 12000 nt=9000 vg/ph 1,0 1,0 -3 mk 0 10 P0 Hỡnh 3 - 16 c tớnh ca cm TB-MN 4 Kho sỏt h thng tng ỏp ng c MAZDA WL TURBO 4.1 c im h thng tng ỏp ng c MAZDA WL TURBO ng c MAZDA WL TURBO do hóng MAZDA ca Nht Bn sn xut l loi ng c tng ỏp dựng... nhit lm vic ca ng c 12 Kho sỏt h thng tng ỏp ng c MAZDA WL TURBO ng c MAZDA WL TURBO cú h thng lm mỏt bng nc, tun hon cng bc, gm: kột nc, ỏo nc, bm nc, van hng nhit, qut giú, np mỏy v cỏc ng ng dn Bm nc kiu ly tõm c dn ng bng dõy ai t trc khuu Nhit lm vic ca van hng nhit l (800 ữ 840) 1 2 3 4 5 6 8 7 9 Hỡnh 2 - 6 S h thng lm mỏt ca ng c MAZDA WL TURBO 1-Van hng nhit; 2-Cm bin nhit nc lm mỏt; 3,5-ng... SEA 10W-30 H thng bụi trn gm cú: bm du loi bỏnh rng, lc du, cỏcte, ng ng dn du, kột lm mỏt du v van an ton H thng bụi trn ng c MAZDA WL TURBO kiu cng bc cỏcte t v vung toộ, dựng a du i bụi trn cỏc b mt ma sỏt v lm mỏt cỏc chi tit Du 13 Kho sỏt h thng tng ỏp ng c MAZDA WL TURBO t cỏcte c hỳt bng bm, qua bu lc vo ng du dc trong thõn mỏy vo trc khuu lờn trc cam T trc khuu du chy vo cỏc bc thanh truyn... trong nhiờn liu; - Lng nhiờn liu cp cho mi chu trỡnh phự hp vi ch lm vic ca ng c; 14 Kho sỏt h thng tng ỏp ng c MAZDA WL TURBO - Cung cp nhiờn liu vo xy lanh ỳng thi im theo quy lut ó nh; -Cung cp nhiờn liu ng u vo xy lanh theo trỡnh t lm vic ca ng c Tng quan h thng nhiờn liu ng c MAZDA WL TURBO Kh nng lm vic c ci tin: - Nhiờn liu c phun vo kt hp vic tng ỏp ụng c ó lm tng mụmen xon trung bỡnh ca ng... thit k gn nh 1 2 3 4 5 12 9 11 8 7 6 10 Hỡnh 2 - 8 S h thng nhiờn liu ng c MAZDA WL TURBO 1-Vũi phun; 2-ng cao ỏp; 3-Cng iu khin mc ga; 4-ng du hi; 5-Van ngt nhiờn liu; 6-Piston Plunger; 7- Bm tip vn kiu cỏnh gt; 8-Lc nhiờn liu; 9-Van an ton; 10- Bu lc tinh; 11-Thựng nhiờn liu; 12-Bỡnh cha 15 Kho sỏt h thng tng ỏp ng c MAZDA WL TURBO 2.2.2.4 H thng np, thi nõng cao cụng sut ng c, trờn mi xylanh c b... khuu ng c MAZDA WL TURBO 1-u trc khuu; 2-C trc;3-Cht khuu; 4-Mỏ khuu; 5-ng du bụi trn ;6-uụi trc khuu 2.2.1.4 C cu phõn phi khớ C cu phõn phi khớ dựng thc hin quỏ trỡnh thay i khớ: thi sch khớ thi ra khi xy lanh v np y khớ hn hp hoc khụng khớ mi vo xy lanh ng c lm vic c liờn tc C cu phõn phi khớ cn m bo cỏc yờu cu sau: - úng m ỳng thi gian quy nh; 11 Kho sỏt h thng tng ỏp ng c MAZDA WL TURBO - m... Trờn ng c ch dựng mt lũ xo i vi mi xupap Trc cam dựng dn ng xupap úng m theo ỳng quy lut nht nh.Trc cam bao gm cỏc phn: cam np, thi, c trc Cỏc cam c lm lin vi trc 2.2.2 c im cỏc h thng trờn ng c MAZDA WL TURBO 2.2.2.1 H thng lm mỏt Trong quỏ trỡnh lm vic ca ng c, nhit truyn cho cỏc chi tit tip xỳc vi khớ chỏy, nh: pittụng, xộcmng, xupap, np xy lanh, thnh xy lanh chim khong 25ữ35% nhit lng do nhiờn...Kho sỏt h thng tng ỏp ng c MAZDA WL TURBO - Thõn thanh truyn cú tit din hỡnh ch I, chiu rng tng dn t u nh n u to phự hp vi quy lut phõn b ca lc quỏn tớnh tỏc dng lờn thõn thanh truyn trong mt phng lc Thõn thanh truyn chu nộn di tỏc... trỡnh Khụng khớ mi sau khi qua bu lc, c lc sch, c hỳt vo mỏy nộn Lỳc ny nhit v ỏp sut khớ np tng lờn, c dn qua b lm mỏt khớ np, i vo ng gúp, ri c phõn phi vo cỏc xy lanh theo th t lm vic ca ng c ng c MAZDA WL TURBO s dng b tuabin tng ỏp nhm tn dng nng lng khớ thi ca ng c nõng cao hiu sut ca ng c Nng lng khớ thi c s dng dn ng cỏnh tuụcbin, cỏnh nộn quay theo (nh c gn ng trc vi tuabin) nộn khớ vo xy lanh... trong mi chu trỡnh 3.2 Mc ớch ca tng ỏp Tng ỏp lm cho cụng sut ng c diesel tng lờn, ng thi cho phộp ci thin mt s ch tiờu: - Gim th tớch ton b ca CT ng vi mt n v cụng sut; 16 Kho sỏt h thng tng ỏp ng c MAZDA WL TURBO - 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; - . 35 4. Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 36 4.1. Đặc điểm hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 36 4.2. Hệ thống nạp động cơ MAZDA WL TURBO 37 4.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống. TURBO 6 Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 2.2. Đặc điểm các cụm chi tiết ,cơ cấu và hệ thống của động cơ MAZDA WL TURBO. 2.2.1. Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu trên động cơ MAZDA WL TURBO. 7 Thông. áp Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO Hình 2 - 2 Kết cấu cụm pittông, trục khuỷu, thanh truyền của động cơ MAZDA WL TURBO 8 Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 2.2.1.1.