TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
Khoa Cơ Khí - Công Nghệ

BÁO CÁO

TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:
Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ Diesel R 2.2 VGT lắp
trên xe Hyundai Santafe

Sinh viên thực hiện

: Trần Trung Kiên

Lớp

: Cao đẳng công thôn 46

Giáo viên hướng dẫn : ThS. Võ Công Anh
Bộ môn

: Kỹ thuật công trình

Huế, 2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
Khoa Cơ Khí - Công Nghệ

BÁO CÁO


Hình 2.1 - Mô phỏng động cơ Diesel R 2.2 VGT..............................................3
Hình 2.2 - Nhóm pittông.....................................................................................4
Hình 2.3 - Kết cấu thanh truyền động cơ Diesel R 2.2 VGT...........................5
Hình 2.4 - Kết cấu trục khuỷu động cơDiesel R 2.2 VGT................................6
Hình 2.5 - Cơ cấu phân phối khí của động cơDiesel R 2.2 VGT.....................7
Hình 2.6 - Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ...............................................8
Hình 2.7 - Sơ đồ khối hệ thống bôi trơn............................................................9
Hình 2.8 - Trục cam và cách bố trí đường dầu bôi trơn..................................9
Hình 2.9 - Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel R 2.2 VGT...................10
Hình 2.10 - Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí....................................................11
Hình 2.11 - Sơ đồ nguyên lý tăng áp bằng tuabin khí chỉ liên hệ khí thể.....13
Hình 2.13 - Sự thay đổi các thông số tăng áp động cơ diesel 4 kỳ theo tải...15
Hình 2.14 - Đặc tính làm việc của máy nén.....................................................17
Hình 2.15 - Đặc tính của Tuabin......................................................................18
Hình 2.16 - Đặc tính của cụm Tuabin – Máy nén...........................................19
Hình 4.1 - Sơ đồ hệ thống nạp thải..................................................................21
Hình 4.2 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng áp động cơ....................................24
Hình 4.3 - Sơ đồ nguyên lý làm việc bộ tuabin tăng áp..................................25
Hình 4.4 - Kết cấu bộ tăng áp tuabin khí lắp trên động cơ Diesel R 2.2 VGT
.............................................................................................................................26
Hình 4.5 - Kết cấu của máy nén khí trong bộ tuabin tăng áp.......................27
Hình 4.6 - Vỏ xoắn ốc của máy nén trong trong tuabin tăng áp trong động
cơ Diesel R 2.2 VGT..........................................................................................28
Hình 4.7 - Kết cấu của cánh nén trong tuabin tăng áp trong động cơ Diesel
R 2.2 VGT..........................................................................................................28
Hình 4.8 - Buồng xoắn tuabin hướng kính trong tuabin tăng áp động cơ
Diesel R 2.2 VGT...............................................................................................29


.............................................................................................................................30

2.1.3.2. Hệ thống bôi trơn..........................................................................................................8
2.1.3.3. Hệ thống nhiên liệu......................................................................................................10
2.2.Giới thiệu chung về hệ thống tăng áp.........................................................................................11
2.2.1.Định nghĩa tăng áp...............................................................................................................11
2.2.2.Mục đích của tăng áp...........................................................................................................11
2.2.3.Biện pháp tăng áp nhờ máy nén..........................................................................................11
2.2.3.1. Tăng áp cơ giới.............................................................................................................11
2.2.3.2. Động cơ tăng áp bằng tuabin khí.................................................................................12
2.2.3.3. Tăng áp hỗn hợp..........................................................................................................14
2.2.4. Tăng áp cho động cơ diesel 4 kỳ.........................................................................................15


2.3. Đặc tính của Tuabin- Máy nén...................................................................................................16
2.3.1. Đặc tính của máy nén.........................................................................................................16
2.3.2. Đặc tính của tuabin.............................................................................................................18
2.3.3. Đặc tính của cụm tuabin-máy nén......................................................................................19

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................20
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..............................................................................................20
3.1.1.Đối tượng nghiên cứu..........................................................................................................20
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu............................................................................................................20
3.2.Phương pháp nghiên cứu...........................................................................................................20
3.2.1.Phương pháp nghiên cứu bản vẽ.........................................................................................20
3.2.2.Phương pháp phỏng vấn chuyên gia....................................................................................20
3.2.3. Phương pháp thu thập số liệu thống kê..............................................................................20

PHẦN 4: TRÌNH TỰ KHẢO SÁT..................................................................21
TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL R 2.2 VGT...........................................................21
4.1.Khảo sát hệ thống tăng áp..........................................................................................................21
4.1.1.Hệ thống nạp, thải của động cơ Diesel R 2.2 VGT................................................................21

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................43
5.1.Kết luận.......................................................................................................................................43
5.2.Kiến nghị.....................................................................................................................................43

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................44


PHẦN 1: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Ngành động cơ đốt trong có một lịch sử phát triển từ buổi rất lâu, đầu tiên
là động cơ hơi nước do nhà bác học người Scottland James Watts (1736 – 1819)
phát minh, rồi đến người Đức cải tiến để tạo ra những động cơ với tính năng ưu
việt hơn. Sau đó trải qua bao thời kỳ cùng sự làm việc không biết mệt mỏi của
những nhà khoa học và kỹ sư cơ khí đã đưa ngành động cơ đốt trong gặt hái
những thành quả mới và những thành quả đó liên tục đổi mới cho đề thời điểm
hiện tại cùng với bao nhiêu thử thách cần giải quyết để mang lại hiệu quả lớn
hơn. Ngày nay, nền công nghiệp ô tô phát triển rất nhanh và đạt được những
thành tựu to lớn về mặt kỹ thuật và mỗi thành tựu đều mang lại thành công về
lợi ích sản xuất và công tác nghiên cứu, một trong những thành tựu cơ bản đó là
ứng dụng hệ thống tăng áp vào công nghệ sản xuất động cơ đốt trong.Nhờ
những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt, đặc biệt là hiệu suất cao trong phạm vi
công suất rộng, nhỏ gọn, nên động cơ đốt trong ngày nay chíêm ưu thế tuyệt đối
trong mọi lĩnh vực như vận tải đường bộ, đường thủy, đường sắt, hàng không,
vận tải quân sự,… Lịch sử phát triển ngành động cơ đốt trong luôn gắn liền với
lịch sử phát triển hệ thống tăng áp của nó. Động cơ diesel ngày nay có nhu cầu
tăng áp rất lớn và được áp dụng với hầu hết các hình thức tăng áp cũng như tổ
hợp của nhiều hình thức tăng áp. Thành tựu tăng áp cho động cơ diesel là thành
tựu tăng áp đáng kể nhất cho động cơ đốt trong. Trước hết, những chiếc xe hơi
sử dụng nhiên liệu diesel vận hành có hệ thống tăng áp đều có hiệu suất hoạt
động cao, có lợi về mặt kinh tế và trên hết đã góp phần vào việc giảm thiểu khí

- Nghiên cứu chi tiết bản vẽ về động cơ để tìm hiểu kết cấu
- Xác định hình thức tăng áp của động cơ, nguyên lý hoạt động. Rút ra ưu
điểm, nhược điểm của động cơ tăng áp.
- Tìm hiểu những vấn đề của động cơ trong quá trình vận hành và bảo
dưỡng

2


PHẦN 2: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Giới thiệu chi tiết về động cơ Diesel R 2.2 VGT
Động cơ Diesel R 2.2 VGT do hãng HYUNDAI của Hàn Quốc sản xuất
được lắp trên xe HYUNDAI SANTAFE. Động cơ gồm 4 xylanh thẳng, dung
tích 2.2-lít (2199cc) sử dụng nhiên liệu diesel và được phun gián tiếp vào buồng
cháy. Buồng cháy trên Động cơ Diesel R 2.2 VGTlà loại buồng cháy ngăn cách
kiểu xoáy lốc. Không gian buồng cháy được chia làm hai phần: Buồng cháy
xoáy lốc và buồng cháy chính, được nối với nhau bằng đường thông lớn. Đỉnh
pittông được khoét lõm.Trên mỗi xylanh gồm có 1 xupáp nạp và một xupáp thải.
Chính những đặc điểm đó 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 caokể cả trường hợp phun nhiên liệu rất trễ, hạn
chế tốc độ cháy, tốc độ tăng áp khi cháyvà động cơ làm việc ít ồn hơn.Kích
thước Động cơ Diesel R 2.2 VGTnhỏ gọn nhưng công suất động cơ đạt được
vẫn lớn nhờ hệ thống nạp sử dụng tuabin tăng áp.

Hình 2.1 - Mô phỏng động cơ Diesel R 2.2 VGT
2.1.1. Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ Diesel R 2.2 VGT
- Công suất cực đại: 197 mã lực tại 3800 vòng/phút
- Momen xoắn cực đại: 430 Nm tại dải tua 1800-2500 vòng/phút
3

Hình 2.2 - Nhóm pittông
1-Chốt pittông;

2- Vòng hãm chốt;

3- Xéc măng dầu

4,5 - Xéc măng khí
4


2.1.2.2. 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.
- Đầu nhỏ thanh truyền (đầu lắp với chốt pittông) bị biến dạng dưới tác
dụng của lực quán tính chuyển động tịnh tiến(không kể lực quán tính do khối
lượng đầu nhỏ gây ra). Đầu to thanh truyền (đầu lắp với chốt khuỷa) chịu tác
dụng của lực quán tính của nhóm pitttông và thanh truyền.Thân thanh truyền
chịu nén dưới tác dụng của lực khí thể và chịu uốn trong mặc phẳng lắc của
thanh truyền dưới tác dụng của lực quán tính.
- Khi động cơ làm việc, lực khí thể và lực quán tính thay đổi theo chu kỳ về
trị sồ và hướng.Do đó tải trọng tác dụng trên thanh truyền là tải trọng thay đổi
và có tính chất va đập .
1
2
Ø29

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.
Trục khuỷu của động cơ được đúc liền thành một khối bằng thép hợp kim,
bao gồm 5 cổ khuỷu và 4 chốt khuỷu. bên trong trục khuỷu có khoang các
đường dầu để bôi trơn các bề mặt ma sát như chốt khuỷu, má khuỷu... đầu trục
khuỷu có hai rảnh then để lắp bánh răng dẩn động bơm cao áp, puly dẩn động
bơm nước và máy phát. Bánh đà được lắp ở đui trục khuỷu bằng các bulông.

Hình 2.4 - Kết cấu trục khuỷu động cơDiesel R 2.2 VGT
1-Đầu trục khuỷu; 2-Cổ trục;3-Đường dầu bôi trơn; 4-Chốt khuỷu;
5-Má khuỷu ;6-Đuôi trục khuỷu.
2.1.2.4.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;
6


- Khi đóng phải đóng kín, xu pap thải không tự mở trong quá trình nạp;
- Ít mòn, tiếng kêu bé;

Két làm mát lắp trên phía đầu xe. Két làm mát có đường nước vào từ van
hằng nhiệt và có đường nước ra đến bơm, trên két nước có các dàn ống dẫn
nước gắn cánh tản nhiệt.

1

2

3

4

8

5
6

7

Hình 2.6 - Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ
1- Van hằng nhiệt; 2,4- Ống dẫn hơi nước;3-Bơm nước
5-Ống phân phối hơi nước; 6- Van xả nước; 7-Quạt gió; 8-Két làm mát
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 (80 o C÷ 84oC) 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.
2.1.3.2. Hệ thống bôi trơn

1-Cát te; 2-Bơm dầu; 3-Bình lọc dầu thô; 4-Đồng hồ đo áp suất dầu
5-Đũa đẩy; 6-Giàn cò mổ; 7-Xupap ; 8- Trục cam
9- Bình lọc dầu tinh;10-Đường dầu chính ; 11-Trục khuỷu
Để bôi trơn bề mặt làm việc giữa mặt cam và cò mổ, trong thân trục cam có
khoan một đường ống dầu và từ đường dầu này sẽ có các đường dầu nhỏ để bôi
trơn từng từng mặt cam như trên hình vẽ.

1

2

3

4

5

Hình 2.8 - Trục cam và cách bố trí đường dầu bôi trơn
1-Bạc; 2- Đường dầu; 3- Bulông; 4- Cam; 5- Cổ trục.
9


Ngoài ra, động cơ có sử dụng tubin tăng áp, nên trên đường dầu chính của
hệthống bôi trơn có đường dầu đến bộ tuabin để bôi trơn ổ trục tuabin.
2.1.3.3. 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

chứa 12, sau đó đẩy tới bầu lọc tinh 2.Tại bầu lọc tinh nhiên liệu được lọc
sạch tạp chất, sau đó nhiên liệu theo đường ống 3 tới bơm cao áp 8. Bơm cao
áp tạo cho nhiên liệu một áp suất đủ lớn theo đường ống cao áp 6 đến vòi 4
10


cung cấp cho xi lanh động cơ, nhiên liệu rò qua khe hở trong kim phun xả
trong các tổ bơm cao áp theo đường ống dẫn 5 và 11 trở về thùng chứa. Nhiên
liệu đi vào trong xi lanh bơm cao áp không được lẫn không khí vì không khí
sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm không ổn định thậm chí có thể làm gián
đoạn quá trình cấp nhiên liệu.
2.2.Giới thiệu chung về hệ thống tăng áp
2.2.1.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.
2.2.2.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
2.2.3.Biện pháp tăng áp nhờ máy nén
2.2.3.1. Tăng áp cơ giới
4


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.
2.2.3.2. 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 động
cơ đốt trong 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 động cơ thì dung tích của xilanh sẽ
rất lớn, làm cho kích thước của động cơ 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 tuabin (TB).

12


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:

2

3

3

6

6

5
1

5
4

1

4

Po,To

a)

6

b)

6


thống tăng áp lắp nối tiếp.
2.2.4. Tăng áp cho động cơ diesel 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. 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

0

2.3. Đặc tính của Tuabin- Máy nén
2.3.1. Đặc tính của máy nén
Ngoài các ưu điểm nổi trội về kích thước nhỏ và giá thành thấp, máy nén ly
tâm còn cho phép tạo ra áp suất đủ cao mà rất ít nhạy cảm khi hình dáng của nó
không đạt sự hoàn hảo như yêu cầu, nên nó là loại máy nén luôn được ưu tiên sử
dụng trong tăng áp cho động cơ đốt trong.
Cơ sở để thành lập đặc tính cung cấp khí cho máy nén ly tâm là phương
trình Euler. Phương trình này cho phép thiết lập mối quan hệ giữa công cung cấp
của máy nén cho 1 kg khí đi qua bánh công tác như sau:
hlt =

L
= U 2 C 2u ± U 1C1u , Nm / kg
mk

Trong đó:
L:Công cung cấp tương ứng với lượng khí mk (kg);
U1, U2: Tốc độ vòng ở cửa vào và cửa ra(m/s);
C1u, C2u: Tốc độ tuyệt đối theo phương tiếp tuyến(m/s);
ht:Công lý thuyết cần thiết cấp cho 1 kg chất khí hay còn gọi là độ cao cung
cấp lý thuyết (bỏ qua ma sát, không có sự va đập và tách dòng giữa dòng chảy
với cánh).(J/kg).
Chất khí có các tính chất :
- Khi nhiệt độ không đổi, thể tích riêng tỷ lệ nghịch với áp suất;
- Nhiệt độ của chất khí thay đổi rất nhiều khi đi qua máy nén nên khối
lượng riêng của nó cũng thay đổi theo.

16




0,
8
0, 3
0, 82
0, 81
80

G

1,5

ûn ä
a
ïi h
iå

h
ën
â
nø

ϖ3
Τ0

ϖ2
Τ0

1,0


cũng giảm theo. Trong trường hợp đó, các điểm làm việc của Tuabin sẽ là
A,B,C,D.
Khác với Máy nén, đối với Tuabin không tồn tại vùng làm việc không ổn
định, vì trong tuabin áp suất giảm dần theo phương chuyển động của dòng khí
nên sự tách dòng không thể xuất hiện.

δT

2

Tg giaím

1,5

A

B

n
Tg Const
T

C

D n =Const
T

1

1,5