Đề tài 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 MỤC LỤC 1. Mục đích, ý nghĩa của đề tài. 5 2. Giới thiệu về động cơ MAZDA WL TURBO. 5 2.1. Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ MAZDA WL TURBO. 6 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 2.2.1.1. Nhóm Pittông. 8 2.2.1.2. Nhóm thanh truyền. 9 2.2.1.3. Trục khuỷu. 10 2.2.1.4. Cơ cấu phân phối khí. 10 2.2.2. Đặc điểm các hệ thống trên động cơ MAZDA WL TURBO 11 2.2.2.1. Hệ thống làm mát. 11 2.2.2.2. Hệ thống bôi trơn. 12 2.2.2.3. Hệ thống nhiên liệu. 13 2.2.2.4. Hệ thống nạp, thải. 15 3. Lý thuyết tăng áp động cơ. 15 3.1. Định nghĩa tăng áp. 15 3.2. Mục đích của tăng áp. 15 3.3. Phân loại tăng áp. 16 3.3.1. Biện pháp tăng áp nhờ máy nén. 16 3.3.1.1. Tăng áp cơ giới. 16 3.3.1.2. Động cơ tăng áp bằng tuabin khí. 17 3.3.1.3. Tăng áp hỗn hợp. 19 3.3.2. Biện pháp tăng áp không có máy nén. 21 3.3.2.1. Tăng áp dao động và cộng hưởng. 21 3.3.2.2.Tăng áp trao đổi sóng áp suất. 24 3.3.2.3. Tăng áp tốc độ. 26 3.3.2.4. Tăng áp cao. 26 3.3.2.5. So sánh ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp có máy nén và hệ thống tăng áp không có máy nén. 26 3.4. Tăng áp cho động cơ Diezen. 26 3.4.1. Tăng áp cho động cơ Diezen bốn kỳ. 26 3.4.2.Tăng áp cho động cơ Diezen hai kỳ. 28 3.5. Tăng áp cho động cơ xăng và động cơ ga. 29 3.5.1. Tăng áp cho động cơ xăng. 29 3.5.2. Tăng áp cho động cơ ga. 31 3.6. Đặc tính của tuabin-máy nén. 31 3.6.1. Đặc tính của máy nén. 31 3.6.2. Đặc tính của tuabin. 33 3.6.3. Đặc tính của cụm tuabin-máy nén. 34 4. Khảo sát hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO 35 4.1. Đặc điểm hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO. 35 4.2. Hệ thống nạp động cơ MAZDA WL TURBO. 36 4.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống nạp động cơ MAZDA WL TURBO. 37 4.2.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống nạp. 37 4.3. Hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO. 38 4.3.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO. 38 4.3.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống thải động cơ MAZDA WL TURBO. 39 4.4. Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp động cơ MAZDA WL TURBO. 41 4.4.1. Bộ Tuabin tăng áp. 41 4.4.2. Van giảm áp và bộ phận chấp hành. 49 4.4.3. Hệ thống bôi trơn và làm mát trong bộ tuabin. 51 4.4.4. Bộ bù tua bin tăng áp. 52 4.4.5. Phối hợp giữa TB-MN với ĐCĐT. 54 5. Tính toán kiểm nghiệm bộ tuabin tăng áp 55 5.1. Các số liệu cho trước và các thông số chọn. 55 5.2. Tính toán các thông số làm việc tuabin-máy nén. 56 5.3. Tính toán bộ tuabin tăng áp. 59 5.3.1. Tính toán máy nén. 59 5.3.2. Tính toán tuabin. 70 6.Một số hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục 76 6.1. Xác định các hư hỏng và biện pháp khắc phục. 77 6.1.1. Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn. 77 6.1.2. Có tiếng ồn bất thường. 78 6.1.3. Tiêu hao dầu lớn và khói xanh. 78 6.2. Hệ quả các hư hỏng và biện pháp khắc phục. 79 6.2.1. Thiếu dầu. 79 6.2.2. Vật lạ rơi vào TB. 79 6.2.3. Dầu bẩn. 79 6.3. Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ. 79 6.3.1. Kiểm tra hệ thống nạp khí. 79 6.3.2. Kiểm tra hệ thống thải. 79 6.4. Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp. 80 6.5. Tháo và lắp cụm tuabin - máy nén. 81 6.5.1. Các chú ý khi tháo lắp. 81 6.5.2. Các chú ý khi bảo dưỡng, sửa chữa. 82 6.5.3. Kiểm tra tuabin tăng áp. 83 6.5.3.1. Kiểm tra tua bin tăng áp trên xe. 83 6.5.3.2. Kiểm tra tua bin tăng áp tháo khỏi xe. 84 Kết luận 85 Tài liệu tham khảo 86 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.
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: Bảng 2-1 Các thông số kỹ thuật chính của động cơ MAZDA WL TURBO 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  (   4   Góc mở sớm xupáp nạp  φ1  Độ  10   Góc đóng muộn xupáp nạp  φ2  Độ  24   Góc mở sớm xupáp thải  φ3  Độ  61   Góc đóng muộn xupáp thải  φ4  Độ  9   Buồng cháy ngăn cách      Số xupáp nạp    2   Số xupáp thải    1   Động cơ tăng áp      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.
Hình 2 - 2 Kết cấu cụm pittông, trục khuỷu, thanh truyền của 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.
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 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
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. - Thân thanh truyền có tiết diện hình chữ I, chiều rộng tăng dần từ đầu nhỏ đến đầu to để phù hợp với quy luật phân bố của lực quán tính tác dụng lên thân thanh truyền trong mặt phẳng lắc. Thân thanh truyền chịu nén dưới tác dụng của lực khí thể và chịu uốn trong mặt phẳng lắc dưới tác dụng của lực quán tính. - Đầu to được làm thành hai nửa và liên kết với nhau bằng bu lông thanh truyền. Nữa trên của đầu to có rãnh dầu văng ra để dầu từ bề mặt tiếp xúc theo rãnh dầu để bôi trơn các bề mặt tiếp xúc trong quá trình làm việc. Đầu to chịu tác dụng của lực quán tính nhóm pittông thanh truyền. - Bạc lót đầu to gồm hai nửa và được chế tạo bằng hợp kim nhôm. 2.2.1.3. Trục khuỷu. Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất. Nó tiếp nhận lực tác dụng trên pittông truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của pittông thành chuyển động quay của trục để đưa công suất ra ngoài. Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể và lực quán tính. Những lực này có trị số rất lớn và thay đổi theo chu kì nhất định nên có tính chất va đập mạnh, gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao động xoắn làm rung động cơ, gây mất cân bằng. Để đảm bảo cân bằng cho động cơ trong quá trình làm việc người ta bố trí hai trục cân bằng. Kết cấu trục khuỷu gồm các phần: đầu trục khuỷu, cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu và đuôi trục khuỷu.
Hình 2 - 5 Kết cấu trục khuỷu động cơ MAZDA WL TURBO 1-Đầu trục khuỷu; 2-Cổ trục;3-Chốt khuỷu; 4-Má khuỷu; 5-Đường dầu bôi trơn ;6-Đuôi trục khuỷu. 2.2.1.4. Cơ cấu phân phối khí. Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí: thải sạch khí thải ra khỏi xy lanh và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc không khí mới vào xy lanh để động cơ làm việc được liên tục. Cơ cấu phân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Đóng mở đúng thời gian quy định; - Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông; - Khi đóng phải đóng kín, xu pap thải không tự mở trong quá trình nạp; - Ít mòn, tiếng kêu bé; - Dễ điều chỉnh và sửa chữa Động cơ MAZDA WL TURBO có cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo. Cách bố trí này tạo cho buồng cháy có kích thước nhỏ gọn, giảm được tổn thất nhiệt, giảm sức cản khí động, tạo điều kiện thận lợi cho việc thải sạch và nạp đầy. Xu pap được bố trí hợp lý làm tăng tiết diện lưu thông của dòng khí. Tuy nhiên nó vẫn tồn tại một số nhược điểm là việc dẫn động xu pap phức tạp và làm tăng chiều cao động cơ, kết cấu nắp xy lanh phức tạp hơn và rất khó đúc. Trên mỗi xy lanh được bố trí hai xu páp nạp và một xu páp thải. Hai xu pap nạp được bố trí về một phía. Đường thải và đường nạp được bố trí về hai phía để giảm sự sấy nóng khí nạp, do đó nâng cao hệ số nạp. Trục cam được bố trí trên nắp xy lanh được dẫn động bởi trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng. Xupap được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy và đòn bẩy. Xupap là chi tiết có điều kiện làm việc khắc nghiệt. Khi làm việc mặt nấm xupap chịu tải trọng động và tải trọng nhiệt rất lớn, nên yêu cầu nấm xupap phải có độ cứng vững cao. Động cơ dùng loại xupap đáy bằng bề mặt làm việc quan trọng của xupap là mặt côn, với góc nghiêng của xupap nạp là 30o, của xupap thải là 45o. Bề mặt làm việc được gia công kỹ lưỡng và được mài rà với đế xupap. Thân xupap dùng để dẫn hướng cho xu pap. Khi làm việc, thân xupap trượt dọc theo ống dẫn hướng. Ống dẫn hướng xupáp gắn chặt với nắp máy. Việc điều chỉnh khe hở nhiệt được tiến hành bằng tay. Lò xo xupap dùng để đóng kín xupap trên đế xupap và đảm bảo xupap chuyển động theo đúng quy luật của của cam phân phối khí. Trên động cơ chỉ dùng một lò xo đối với mỗi xupap. Trục cam dùng để dẫn động xupap đóng mở theo đúng quy luật nhất định.Trục cam bao gồm các phần: cam nạp, thải, cổ trục. Các cam được làm liền với trục. 　 2.2.2. Đặc điểm các hệ thống trên động cơ MAZDA WL TURBO 2.2.2.1. Hệ thống làm mát. Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy, như: pittông, xécmăng, xupap, nắp xy lanh, thành xy lanh chiếm khoảng 25÷35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra. Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng, nhiệt độ của chúng rất cao, gây ra những hậu quả xấu, như: làm giảm độ bền, tuổi thọ của chi tiết máy, giảm độ nhớt dầu bôi trơn, tăng tổn thẩt do ma sát. Hệ thống làm mát có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi truyền đến môi chất làm mát để đảm bảo nhiệt độ làm việc của động cơ. Động cơ MAZDA WL TURBO có hệ thống làm mát bằng nước, tuần hoàn cưỡng bức, gồm: két nước, áo nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió, nắp máy và các đường ống dẫn. Bơm nước kiểu ly tâm được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu Nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt là (800 ÷ 840).
Hình 2 - 6 Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ MAZDA WL TURBO 1-Van hằng nhiệt; 2-Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 3,5-Ống dẫn hơi nước; 4-Bơm nước; 6-Ống phân phối nước; 7-Van xả nước; 8- Két làm mát; 9-Quạt gió. Nguyên lý hoạt động: Nước từ bình chứa nước, qua két làm mát, được dẫn vào bơm nước, đi vào làm mát động cơ. Trong thời gian chạy ấm máy, nhiệt độ động cơ nhỏ hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt (80o ÷ 84o) thì nước sẽ không qua két làm mát mà đi thẳng đến bơm nước rồi đi vào động cơ. Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt thì van sẽ mở ra và cho nước từ động cơ qua két làm mát rồi đến bơm. Như vậy nước sẽ được tuần hoàn cưỡng bức trong quá trình làm việc của động cơ. 2.2.2.2. Hệ thống bôi trơn. Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làm giảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát. Loại dầu sử dụng trên động cơ là dầu SEA 10W-30. Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm dầu loại bánh răng, lọc dầu, cácte, đường ống dẫn dầu, két làm mát dầu và van an toàn. Hệ thống bôi trơn động cơ MAZDA WL TURBO kiểu cưỡng bức cácte ướt và vung toé, dùng để đưa dầu đi bôi trơn các bề mặt ma sát và làm mát các chi tiết. Dầu từ cácte được hút bằng bơm, qua bầu lọc vào đường dầu dọc trong thân máy vào trục khuỷu lên trục cam. Từ trục khuỷu dầu chảy vào các bạc thanh truyền theo lỗ phun lên vách xi lanh, từ trục cam dầu chảy vào các bạc trục cam rồi theo các đường dẫn tự chảy xuống cácte. Ngoài ra, trên đường đầu chính có đường ống dẫn dầu đến bộ tuabin tăng áp để bôi trơn ổ đỡ trục tuabin.
Hình 2 - 7 Sơ đồ khối hệ thống bôi trơn 1-Phao hút; 2-Cácte; 3-Bơm dầu; 4-Van an toàn; 5-Trục cân bằng; 6-Trục khuỷu; 7-Đường dầu chính; 8-Trục tuabin; 9-Trục cam; 10-Đường dầu lên chốt pittông; 11-Đồng hồ áp suất; 12-Két làm mát; 13-Lọc dầu. 2.2.2.3. Hệ thống nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có nhiệm vụ chính sau: - Chứa nhiên liệu dự trữ đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian quy định; - Lọc sạch nước và tạp chất bẩn trong nhiên liệu; - Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phù hợp với chế độ làm việc của động cơ; - Cung cấp nhiên liệu vào xy lanh đúng thời điểm theo quy luật đã định; -Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào xy lanh theo trình tự làm việc của động cơ Tổng quan hệ thống nhiên liệu động cơ MAZDA WL TURBO Khả năng làm việc được cải tiến: - Nhiên liệu được phun vào kết hợp việc tăng áp đông cơ đã làm tăng mômen xoắn trung bình của động cơ; - Động cơ diesel tăng áp có làm mát khí nạp làm tăng công suất động cơ; - Tăng tính tiện lợi; - Việc kết hợp lọc nhiên liệu với bơm mồi nhiên liệu đã làm đơn giản hoá quá trình lắng lọc nước, cặn bẩn; - Đối với các nước xứ lạnh bộ phận sấy nhiên liệu có tác dụng chống làm đông nhiên liệu, gây tắc lọc khi nhiệt độ môi trường bên ngoài hạ xuống thấp. Tính ổn định ở chế độ không tải được cải tiến: - Nhờ thiết bị điều khiển không tải nhanh nên tốc độ động cơ được duy trì ổn định ở chế độ không tải; - Lượng nhiên liệu cấp đồng đều cho các xylanh nên giảm được rung động của động cơ ngay ở chế độ không tải; - Hệ thống sử dụng bơm phân phối VE được thiết kế gọn nhẹ.
Hình 2 - 8 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ MAZDA WL TURBO 1-Vòi phun; 2-Ống cao áp; 3-Càng điều khiển mức ga; 4-Đường dầu hồi; 5-Van ngắt nhiên liệu; 6-Piston Plunger; 7- Bơm tiếp vận kiểu cánh gạt; 8-Lọc nhiên liệu; 9-Van an toàn; 10- Bầu lọc tinh; 11-Thùng nhiên liệu; 12-Bình chứa 2.2.2.4. Hệ thống nạp, thải. Để nâng cao công suất động cơ, trên mỗi xylanh được bố trí hai xu pap nạp và một xu pap xả, nhằm tăng lượng khí nạp vào xy lanh sau mỗi chu trình. Không khí mới sau khi qua bầu lọc, được lọc sạch, được hút vào máy nén. Lúc này nhiệt độ và áp suất khí nạp tăng lên, được dẫn qua bộ làm mát khí nạp, đi vào ống góp, rồi được phân phối vào các xy lanh theo thứ tự làm việc của động cơ. Động cơ MAZDA WL TURBO sử dụng bộ tuabin tăng áp nhằm tận dụng năng lượng khí thải của động cơ để nâng cao hiệu suất của động cơ. Năng lượng khí thải được sử dụng để dẫn động cánh tuôcbin, cánh nén quay theo (nhờ được gắn đồng trục với tuabin) để nén khí vào xy lanh. Mặt khác, trên động cơ sử dụng bộ hồi lưu khí xả nên giảm hàm lượng NOx, CO, CH trong khí thải và hạn chế mức độ gây ô nhiễm môi trường. Hệ thống nạp thải bao gồm bầu lọc không khí bằng giấy, bộ tuabin khí ống dẫn khí và các xupap.
Hình 2 - 9 Sơ đồ khối hệ thống nạp thải 1-Bầu lọc không khí; 2-Máy nén khí; 3-Tuôcbin khí; 4-Động cơ; 5-Két làm mát khí nén; 6-Vòi phun; 7-Bình tiêu âm. 3. Lý thuyết tăng áp động cơ. 3.1. Định nghĩa tăng áp. Tăng áp là biện pháp làm tăng áp suất khí nạp, tăng khối lượng riêng của môi chất, qua đó làm tăng mật độ không khí nạp vào xy lanh động cơ trong mỗi chu trình. 3.2. Mục đích của tăng áp. Tăng áp làm cho công suất động cơ diesel tăng lên, đồng thời cho phép cải thiện một số chỉ tiêu: - Giảm thể tích toàn bộ của ĐCĐT ứng với một đơn vị công suất; - Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất; - Giảm gía thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất; - Hiệu suất của động cơ tăng đặc biệt là khi tăng áp tuabin khí, do đó suất tiêu hao nhiên liệu giảm; - Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại; - Giảm độ ồn của động cơ. 3.3. Phân loại tăng áp. Dựa vào nguồn năng lượng để nén không khí trước khi đưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động cơ thành hai nhóm: Tăng áp có máy nén và tăng áp không có máy nén, theo sơ đồ sau:
Hình 3 - 1 Các phương pháp tăng áp trên động cơ đốt trong. 3.3.1. Biện pháp tăng áp nhờ máy nén. 3.3.1.1. Tăng áp cơ giới.
Hình 3 - 2 Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí 1-Động cơ đốt trong; 2-Bánh răng truyền động; 3-Máy nén; 4-Đường nạp; 5-Thiết bị làm mát. Các loại máy nén được sử dụng trong phương pháp tăng áp cơ khí có thể là máy nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt li tâm, hoặc quạt hướng trục, được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ. Công suất của động cơ đốt trong được xác định theo công thức sau: 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 pi, 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 pk 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 vòng quay trục khuỷu mà không phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải. Tuy nhiên, đối với tăng áp cơ giới, năng lượng tiêu hao để dẫn động máy nén tăng lên, nên làm giảm hiệu suất, làm giảm tính kinh tế của động cơ. 3.3.1.2. Động cơ tăng áp bằng tuabin khí. Tăng áp bằng tuabin khí: là biện pháp tăng áp mà máy nén được dẫn động nhờ tuabin tận dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong. Khí xả của ĐCĐT có nhiệt độ và áp suất rất 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