Khảo sát và tính toán hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-TC
Ở động cơ 4JA1-TC, đối trọng được đúc liền với trục khuỷu.
f. Đuôi trục khuỷu:
Đuôi trục khuỷu là nơi truyền công suất của động cơ ra ngoài. Ở đuôi trục
khuỷu có lắp bánh đà nhằm duy trì và cân bằng mômen cho động cơ, ngoài ra nó
còn lắp ổ bi đỡ trục khuỷu và phớt chắn dầu không cho dầu rò rỉ ra bên ngoài.
2.2.1.2. Kết cấu nhóm piston thanh truyền:
a. Nhóm piston:
+ Piston động cơ 4JA1-TC được chế tạo bằng hợp kim nhôm có đường kính
φ = 93 (mm). Đỉnh piston có khoét lõm dạng ômêga để tạo ra dòng khí xoáy lốc ở
cuối quá trình nén. Khi nhiên liệu được phun vào gặp dòng xoáy lốc này sẽ được xé
nhỏ hơn, sấy nóng và hoà trộn đều hơn với không khí tạo hỗn hợp hoà khí tốt hơn
cho quá trình cháy của động cơ. Đầu piston có 3 rãnh để lắp sécmăng, hai rãnh
sécmăng khí ở phía trên và 1 rãnh sécmăng dầu ở phía dưới.
16
32,7
9,3
Ø93
62
24.2
85
Hình 2 - 4 Piston động cơ 4JA1-TC
+ Sécmăng 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 sécmăng); qua khe hở giữa sécmăng và rãnh sécmăng; qua khe hở phần
miệng sécmăng. Sécmăng 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 sécmăng dầu cũng
phân bố đều trên bề mặt xilanh một lớp dầu mỏng. Điều kiện làm việc của sécmăng
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 bôi trơn.
5
Khảo sát và tính toán hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-TC
Séc măng của động cơ 4JA1-TC được chế tạo từ gang xám.
A
A-A
B
B
B-B
a
A
b
Hình 2 – 5 Bộ sécmăng của động cơ 4JA1-TC
a. Séc măngdầu ; b. Séc măng khí
+ 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 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 4JA1-TC được chế tạo từ thép 15XA có mặt cắt ngang dạng
hình trụ tròn rỗng, có chiều dài l
ch
= 75,6 (mm) đường kính chốt D
ch
= 31 (mm).
31.0
13.9
75.6
Hình 2 – 6 Kết cấu chốt piston 4JA1-TC
b. Nhóm thanh truyền:
6
Khảo sát và tính toán hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-TC
91.8
R
3
1
.
6
R
2
9
.
5
74.4
178.3
Ø
3
1
46.7
Hình 2 - 7 Kết cấu thanh truyền động cơ 4JA1-TC
+ 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 4JA1-TC 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
= 178,3 (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 4JA1-TC gồm hai nửa và chúng được nối với nhau
bằng bulông có chiều dài l
bl
= 98,1 (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 thanh
truyền được chế tạo từ hợp kim babit nên có tính chịu mòn cao, độ bám với thép tốt,
có độ cứng HB = 25 ÷ 30 nên dễ rà khít với bề mặt trục.
7
Khảo sát và tính toán hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-TC
2.2.2. Cơ cấu phân phối khí:
Cơ cấu phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải ra ngoài
trong kỳ thải và nạp đầy khí nạp mới vào xilanh động cơ trong kỳ nạp.
Động cơ 4JA1-TC có cơ cấu phân phối khí loại dùng xupáp treo, trục cam được bố
trí trong thân máy, với cách bố trí này tạo cho buồng cháy có kích thước nhỏ gọn,
giảm được tổn thất nhiệt, dễ dàng bố trí đường nạp và đường thải, tạo điều kiện
thuận lợi cho việc thải sạch và nạp đầy. Hiện nay trên động cơ Diezel chỉ dùng
phương án bố trí xupáp này. Tuy vậy nhược điểm của phương pháp bố trí xupáp
treo là dẫn động xupap phức tạp, làm tăng chiều cao động cơ, và khi bố trí xupáp
treo thì làm kết cấu của nắp xilanh phức tạp.
Hình 2 – 8 Kết cấu các chi tiết trong cơ cấu phối khí động cơ 4JA1-TC
Mỗi xilanh của động cơ được bố trí hai xupáp, một xupáp nạp và một xupáp xả, các
xupáp được đặt xen kẻ nhau. Đường nạp và đường thải được bố trí về hai phía của
động cơ, do đó giảm được sự sấy nóng không khí nạp. Trục cam được bố trí trong
hộp trục khuỷu, được dẫn động từ trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng.
Xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy và đòn bẩy.
Xupáp là chi tiết có điều kiện làm việc khắc nghiệt. Khi làm việc nấm xupáp chịu
tải trọng động và tải trọng nhiệt rất lớn nên yêu cầu nấm xupáp phải có độ cứng
vững cao, nên xupáp của động cơ 4JA1-TC được chế tạo từ thép hợp kim 40Cr.
Động cơ 4JA1-TC dùng xupáp có đáy bằng, mặt làm việc quan trọng của xupáp là
mặt côn, xupáp nạp có mặt côn này nghiêng một góc α = 30
0
, còn xupáp thải thì có
mặt côn nghiêng một góc α = 45
0
. Mặt làm việc được gia công rất kỹ và được mài
rà với đế xupáp. Khi làm việc thân xupáp trượt dọc theo ống dẫn hướng xupáp, ống
dẫn hướng xupáp gắn chặt với nắp máy. Đuôi xupáp có một rãnh hãm hình trụ để
lắp ghép với đĩa lò xo, đĩa lò xo được lắp với xupáp bằng hai móng hãm hình côn,
mặt trên của đuôi xupáp được tôi cứng để tránh mòn.
8
Khảo sát và tính toán hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-TC
Để giảm hao mòn cho thân máy và nắp xilanh khi chịu lực va đập của xupáp, người
ta dùng đế xupáp ép vào họng đường thải và đường nạp. Đế xupáp là một vòng hình
trụ, trên đó có vát mặt côn để tiếp xúc với mặt côn của nấm xupáp, mặt côn trên đế
xupáp thường lớn hơn mặt côn trên nấm xupáp khoảng (0,5 ÷ 1)
0
, mặt ngoài của đế
xupáp có dạng hình trụ trên có tiện rãnh đàn hồi để lắp cho chắc. Để đảm bảo cho
xupáp ép chặt vào đế xupáp thì giữa xupáp và đòn bẫy phải có một khe hở nhất định
gọi là khe hở nhiệt.
Lò xo xupáp dùng để đóng kín xupáp trên đế xupáp và đảm bảo xupáp chuyển động
theo đúng quy luật của cam phân phối khí, do đó trong quá trình mở đóng xupáp
không có hiện tượng va đập trên mặt cam. Ở động cơ 4JA1-TC dùng một lò xo trên
xupáp nạp, và hai lò xo lồng vào nhau trên xupáp thải nhằm tránh cho xupáp không
bị bật ra khi động cơ làm việc ở tốc độ cao.
Trục cam là chi tiết quan trong nhất, nó dùng để dẫn động xupáp đóng mở theo quy
luật nhất định. Trục cam bao gồm các phần cam nạp, cam thải và các cổ trục, các
cam được làm liền với trục. Với động cơ 4 kỳ 1 hàng xilanh, góc lệch ϕ
1
giữa hai
đỉnh cam cùng tên của hai xilanh làm việc kế tiếp nhau bằng một nửa góc công tác
δ
k
của hai xilanh đó.
Ở động cơ 4JA1-TC thì vật liệu dùng để chế tạo trục cam là thép hợp kim
thành phần các bon thấp 15X, cổ trục có độ cứng (52 ÷ 65)HRC, độ thấm tôi từ
(0,07 ÷ 2)mm, độ cứng bên trong cổ từ (30 ÷ 40)HRC. Vì vậy thường dùng loại
thép hợp kim có thành phần các bon thấp rồi thấm than, nhiệt luyện các bề mặt cần
có độ cứng cao.
2.2.3. Hệ thống nhiên liệu động cơ 4JA1-TC:
2.2.3.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu:
4
3
2
11
12
13
6
10
9
7
8
5
1
9
Khảo sát và tính toán hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-TC
Hình 2 – 9 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ 4JA1-TC
1. Thùng nhiên liệu ; 2. Cảm biến báo mức nhiên liệu; 3. Nắp thùng nhiên liệu
4. Van điều khiển bốc hơi nhiên liệu EVAP ; 5,6. Ống nhiên liệu ; 7.Bầu tách nước
8,9. Lọc nhiên liệu ; 10. Bơm cao áp ; 11. Vòi phun ; 12. Ống hồi ; 13. Động cơ.
2.2.3.2. Nguyên lý làm việc:
Hệ thống nhiên liệu của động cơ sử dụng bơm cao áp Bosch VP44. Bơm hút nhiên
liệu từ bình chứa nhiên liệu qua bầu lọc thô, sau đó nhiên liệu được bơm tiếp vận
chuyển qua bầu lọc tinh trước khi đưa đến bơm cao áp. Các bầu lọc thô và lọc tinh
sẽ lần lượt lọc sạch nhiên liệu. Bơm cao áp làm nhiệm vụ bơm nhiên liệu cao áp vào
đường ống cao áp đi đến vòi phun để phun vào động cơ theo đúng thứ tự nổ của
mỗi xilanh, nhiên liệu dư thừa trong bơm cao áp đi qua van tràn theo đường ống trở
về cửa hút của bơm chuyển nhiên liệu.
Một phần nhiên liệu bị rò rỉ ở các vòi phun theo đường ống hồi nhiên liệu trở về
thùng chứa.
Không khí từ ngoài qua bầu lọc không khí, vào ống nạp rồi qua xupáp nạp đi vào
động cơ. Trong quá trình nén các xupáp hút và xả đều được đóng kín, khi piston đi
lên không khí trong xilanh bị nén. Piston càng lên gần điểm chết trên không khí bên
trên đỉnh piston bị chèn ép chui vào phần lõm ở đỉnh piston, tạo ra ở đây dòng xoáy
lốc hướng kính ngày càng mạnh. Cuối quá trình nén nhiên liệu được phun vào dòng
xoáy lốc này, được xé nhỏ, sấy nóng, bay hơi và hoà trộn đều với không khí tạo ra
hoà khí rồi tự bốc cháy.
2.2.4. Hệ thống bôi trơn:
2.2.4.1. Sơ đồ hệ thống bôi trơn:
10
Khảo sát và tính toán hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-TC
Hình 2 - 10 Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ 4JA1-TC
1. Cạc te ; 2. Bơm bánh răng ăn khớp trong ; 3. Van an toàn ; 4. Que thăm
dầu ; 5. Bánh răng trung gian ; 6. Bầu lọc ; 7. Van nhiệt ; 8. Két làm mát ; 9. Van
ổn áp ; 10. Trục cam ; 11. Đồng hồ áp suất ; 12. Trục dẫn cần đẩy xupáp ; 13.
Đường dầu chính ; 14. Chốt khuỷu ; 15. Cổ trục khuỷu ; 16. Lổ cấp dầu.
2.2.4.2. Nguyên lý làm việc:
Bôi trơn bằng phương pháp bôi trơn cưỡng bức sử dụng bơm bánh răng ăn khớp
trong. Bơm được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thông qua bánh răng dẫn động
trên trục bơm. Dầu bôi trơn được hút từ cạcte thông qua lưới lọc, qua các đường dầu
chính để đến các ổ trục khuỷu, ổ trục cam, bôi trơn ổ chốt (ổ đầu to thanh truyền)
bôi trơn chốt piston (trên thanh truyền có bố trí đường dầu để dẫn dầu đi bôi trơn
chốt piston (đầu nhỏ thanh truyền), bôi trơn cơ cấu phân phối khí xupáp, đòn bẩy,
cò mỏ ). Đặc biệt, một lượng dầu được bơm liên tục để bôi trơn cho ổ trược trục
Turbo của hệ thống tăng áp động cơ.
Khi nhiệt độ dầu bôi trơn cao hơn 80
0
C, làm giảm độ nhớt, van điều chỉnh sẽ
mở cho dầu đi qua két làm mát. Van an toàn của bơm đảm bảo áp suất trên toàn hệ
thống không đổi. Trong trường hợp đường dầu bôi trơn bị kẹt vì một nguyên nhân
nào đó, van an toàn sẽ mở cho dầu xả về lại cạcte.
Mặt gượng xilanh, piston, các chốt piston và các bánh răng được bôi trơn bằng
phương pháp dầu vung toé. Sau khi bôi trơn bạc đầu to thanh truyền nhờ trục khuỷu
đang quay với một tốc độ lớn, dầu được vung toé và tạo thành một lớp sương mù
trong không gian của cạcte bên dưới piston. Những giọt dầu bám trên mặt gương
xilanh, piston trên các vẫn làm nhiệm vụ bôi trơn những chi tiết này rồi rơi về cạcte.
2.2.5. Hệ thống làm mát:
2.2.5.1. Sơ đồ hệ thống làm mát:
Hình 1- 15: Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ
11
Khảo sát và tính toán hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-TC
Hình 2 - 11 Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ 4JA1-TC
1. Két nước làm mát; 2. Nắp két nước; 3. Bình nước phụ; 4. Quạt gió; 5. Van hằng
nhiệt; 6. Bơm nước; 7. Turbo; 8. Nắp máy; 9. Van nhiệt bộ làm mát EGR; 10. Van
nhiệt bộ làm mát dầu bôi trơn; 11. Bộ làm mát két dầu bôi trơn; 12. Bộ làm mát EGR
2.2.5.2.Nguyên lý làm việc:
Hệ thống làm mát được thiết kế nhằm tránh cho động cơ làm việc ở nhiệt độ quá
cao cũng như quá thấp và duy trì hoạt động của động cơ ở nhiệt độ thích hợp. Khi
động cơ mới hoạt động, để nhiệt độ nước làm mát tăng nhanh thì nước làm mát
được tuần hoàn nhờ bơm nước và qua ống nhánh rồi trở về thân máy, lúc này nước
không tuần hoàn qua két nước mà đi vào lại động cơ nhờ van hằng nhiệt. khi nhiệt
độ nước đạt tới một giá trị thích hợp thì van hằng nhiệt bắt đầu mở và lượng nước
tuần hoàn qua két làm mát sẽ tăng dần lên. Van hằng nhiệt sẽ mở hoàn toàn khi
nhiệt độ nước đạt tới nhiệt độ mở van hoàn toàn. Lúc này, toàn bộ nước làm mát sẽ
tuần hoàn qua két nước để đảm bảo hiệu quả làm mát.
2.2.6. Hệ thống khởi động:
2.2.6.1. Sơ đồ hệ thống khởi động:
Hình 2 – 12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống khởi động của động cơ 4JA1-TC
1. Bánh răng trục khuỷu ; 2. Nút dừng ; 3. Vành răng khởi động
4. Rảnh xoay một chiều ; 5. Đòn bẩy ; 6. Đĩa tiếp điểm ; 7. Lò xo hồi vị
8. Vị trí nối dây dẫn ; 9. Nút khởi động ; 10. Khoá nguồn ; 11. Nguồn ắc qui.
2.2.6.2. Nguyên lý hoạt động:
Động cơ sử dụng hệ thống khởi động điện, nguồn khởi động 24V, công suất của
động cơ khởi động 2,3 (KW), cường độ dòng của nguồn ắcqui 160 (A.h).
12
Khảo sát và tính toán hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-TC
Khi đóng công tắc nguồn 10 và ấn nút khởi động 9, dòng điện lúc náy đi từ: (+) ắc
qui > khoá 10 > nút khởi động 9 > điểm nối 8 > cuộn dây W
1
và W
2
trên
rơ le động cơ khởi động > cuộn dây kích từ của động cơ khởi động > ( -) ắc
qui, đóng tiếp điểm 6, kéo đòn điều khiển 5 dịch chuyển qua trái, đẩy cơ cấu bánh
răng khởi động ăn khớp với bánh răng trục khuỷu, dòng điện từ (+) ắcqui > đĩa
tiếp điểm 6 > cuộn dây của động cơ khởi động, động cơ khởi động quay kéo bánh
răng trục khuỷu quay và động cơ chính được khởi động. Khi ngắt nút khởi động,
cuộn W
1
, W
2
mất nguồn tiếp điểm mở, động cơ dừng khởi động, cần điều khiển 5
dịch chuyển qua phải trả cơ cấu trở về vị trí ban đầu. Rãnh xoay một chiều 4 có tác
dụng ngăn cản hiện tượng động cơ chính quay kéo quay động cơ khởi động quay
làm hỏng thiết bị, nguyên lý như sau: Khi động cơ chính đã được khởi động, tốc độ
của trục khuỷu sẽ tăng lên và lớn hơn tốc độ quay của bánh răng khởi động 3, lúc
này trên rãnh xoay một chiều 4 xuất hiện phản lực N tự động kéo cơ cấu dịch
chuyển qua trái, thông qua đòn điều khiển 5, ngắt tiếp điểm 6 và động cơ khởi động
tự động ngừng, lúc này vành răng khởi động 3 cũng không còn ăn khớp với bánh
răng trục khuỷu động cơ chính nữa.
2.2.7. Hệ thống tăng áp: (Khảo sát cụ thể ở phần sau).
13
Khảo sát và tính toán hệ thống tăng áp động cơ 4JA1-TC
3. Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 4JA1-TC.
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 xilanh 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 giá 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;
- Làm giảm lượng khí thải độc hại;
- Giảm độ ồn của động cơ.
3.3. Các phương pháp tăng áp trên động cơ Diezel:
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:
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét