Luận văn: Quy trình kỹ thuật cải tiến động cơ diesel thành động cơ tăng áp

Luận văn trình bày quy trình kỹ thuật cải tiến động cơ diesel không tăng áp thành động cơ tăng áp, giúp nâng cao công suất và hiệu quả hoạt động.

• Tác giả: Lý Quang Đại
• Người hướng dẫn: GS.TS Phạm Minh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Tăng áp động cơ diesel: Quy trình cải tiến hiệu quả
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và tầm quan trọng của tăng áp động cơ diesel

Tăng áp động cơ diesel là quy trình cải tiến hiệu suất làm việc của động cơ đốt trong bằng cách nâng cao áp suất không khí hút vào buồng cháy. Công nghệ này giúp tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và cải thiện hiệu quả khí thải. Trong bối cảnh phát triển bền vững hiện nay, tăng áp diesel trở thành giải pháp tiên tiến giúp các động cơ hiện có đạt hiệu năng tốt hơn mà không cần thay thế toàn bộ. Quy trình này đòi hỏi sử dụng turbo tăng áp hoặc máy nén để tối ưu hóa lưu lượng không khí, từ đó nâng cao hiệu suất cháy nhiên liệu và giảm khí thải độc hại.

1.1. Xu hướng phát triển tăng áp động cơ diesel

Các nghiên cứu toàn cầu cho thấy tăng áp động cơ là xu hướng chủ đạo trong công nghiệp ô tô và máy móc. Việt Nam cũng đang bắt kịp với công nghệ này thông qua các luận án nghiên cứu tại các trường đại học hàng đầu. Tăng áp không chỉ giúp cải thiện công suất mà còn giảm chi phí vận hành lâu dài, đáp ứng tiêu chuẩn khí thải ngày càng khắt khe.

1.2. Lợi ích kinh tế và kỹ thuật

Hiệu quả tăng áp mang lại nhiều lợi ích: tăng công suất 20-30%, giảm tiêu hao nhiên liệu 10-15%, và cải thiện momen xoắn. Giải pháp này tiết kiệm chi phí so với thiết kế lại động cơ hoàn toàn, đồng thời kéo dài tuổi thọ máy móc hiện có.

II. Cơ sở lý thuyết và thiết bị tăng áp

Để thực hiện tăng áp động cơ diesel, cần áp dụng những cơ sở lý thuyết về chu trình nhiệt động và động lực học. Quy trình này sử dụng turbo tăng áp - máy nén (TTR-MN) làm thiết bị chính, hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển hóa năng lượng khí thải thành năng lượng cơ học. Mô phỏng trên phần mềm AVL Boost giúp tính toán chính xác tỷ số tăng áp, lựa chọn cụm TTR-MN phù hợp và xác định các thông số đầu vào. Ngoài ra, cần cải tiến các hệ thống: hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống đường nạp và thải, hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định.

2.1. Nguyên lý hoạt động turbo tăng áp

Turbo tăng áp bao gồm hai phần chính: tua bin và máy nén. Tua bin được kích động bởi khí thải từ động cơ, quay nhanh để kéo máy nén tăng áp không khí hút vào. Quá trình này nâng cao áp suất không khí lên 1.5-3 bar, cho phép cháy nhiên liệu hiệu quả hơn.

2.2. Mô phỏng và tính toán cải tiến

Sử dụng phần mềm AVL Boost để mô phỏng chu trình nhiệt động, tính áp suất, nhiệt độ, và lưu lượng không khí qua từng giai đoạn. Phần mềm AVL Excite Designer hỗ trợ tính toán độ bền cơ học của các chi tiết chịu tải cao.

III. Quy trình cải tiến hiệu suất cho động cơ D243

Động cơ D243 là mẫu diesel phổ biến, được lựa chọn để nghiên cứu tăng áp động cơ diesel nhằm cải tiến hiệu suất. Quy trình bao gồm: xác định khả năng tăng áp ban đầu thông qua tính toán chu trình nhiệt động; lựa chọn cụm TTR-MN phù hợp với thông số động cơ; cải tiến hệ thống nhiên liệu bằng cách nâng áp bơm, thay đổi kim phun; điều chỉnh hệ thống nạp-thải để tối ưu dòng khí; kiểm tra độ bền của các chi tiết chủ yếu. Kết quả mô phỏng và tính toán cho thấy công suất tăng 25-30%, tiêu hao nhiên liệu giảm 12%, đồng thời các chỉ tiết chính vẫn đảm bảo độ an toàn.

3.1. Tính toán khả năng tăng áp

Khả năng tăng áp của D243 được xác định dựa trên công suất hiện tại, thể tích piston, và điều kiện nhiệt độ. Tính toán cho thấy D243 có thể tăng áp đến 2.5 bar mà không gây hư hỏng cấu trúc.

3.2. Cải tiến hệ thống nhiên liệu và khí

Cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm: nâng áp bơm từ 200 bar lên 250 bar, thay đổi góc phun, lắp đặt các kim phun có lỗ nhỏ hơn. Hệ thống nạp-thải được tối ưu với ống nạp có kính cong, van xả có lò xo cứng hơn.

IV. Đánh giá kết quả thử nghiệm và ứng dụng thực tiễn

Sau khi tăng áp động cơ D243, các kết quả thử nghiệm trên băng thử cho thấy hiệu quả rõ rệt. Công suất tăng từ 85 kW lên 110 kW, tiêu hao nhiên liệu giảm từ 220 g/kWh xuống 195 g/kWh. Mô men xoắn cực đại tăng 28%, độ khói giảm 15% nhờ cải tiến quá trình cháy. So sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm cho sai số dưới 5%, chứng minh độ chính xác của quy trình tính toán. Tăng áp diesel không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm khí thải độc hại, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường. Kết quả này có thể ứng dụng rộng rãi cho các động cơ diesel tương tự trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, và vận tải.

4.1. Đánh giá hiệu suất và kinh tế

Hiệu suất tăng áp D243 được đánh giá qua nhiều chỉ tiêu: công suất, tiêu hao nhiên liệu, mô men xoắn, độ khói. Chi phí cải tiến ước tính 5-8 triệu đồng, với tiết kiệm năng lượng hàng năm đạt 40-50 triệu đồng, thời hoàn vốn 2-3 năm.

4.2. Ứng dụng và triển khai trong thực tế

Quy trình tăng áp động cơ diesel có thể áp dụng cho các máy phát điện, xe tải, máy xây dựng sử dụng động cơ diesel. Việc triển khai cần tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật, kiểm tra định kỳ, bảo dưỡng hệ thống làm mát và bôi trơn để đảm bảo tuổi thọ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LOI CAM DOAN Tâi xin cam ẩoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu trang luận án là trung thực và chưa từng được ai khác công bổ. Hà Nội, tháng 3 năm 2016 Học viên Ly Quang Dai LOI CAM ON Tâu tiên, tôi xin chân thánh cảm em Trường Dại học Bách khoa Hà ội, Viện Sau đại học, Viện Cơ khí Dộng lụo và Bộ môn Dộng cơ đốt trong đã cho phép tôi thục hiện luận văn tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Xin cảm ơn Viện Đảo tạo Sau đại học và Viện Cơ khi Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ Irong suối. quá trình tôi học tập tại trường.

Ton hat, tdi xin gti lai cảm ơn sâu sắc tới GS.TS Phạm Minh Tuấn. Với sự hưởng dẫn tận tình va chu dao của thấy mà nhờ đó lôi có thể hoàn thành được luận văn cao hoe oda minh. Ngoài ra, tôi xin chân thánh biết ơn tới quý thấy, cô giáo trong Bộ môn và Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong - Trưởng Đại học Bách khoa Hà Nội đã luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để thực hiện luận vấn nay. Cuối cùng, tôi xin gũi lời cảm ơn chin thành tới gia định và đồng nghiệp, những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập và làm luận yan nay.

Hoc vién Ly Quang Dai -i- MUC LUC DANH MUC CAC KY AIBU VA CHU VIRT TAT v DANH MỤC HÌNH VẼ.ÔỎ DANI MUC BANG BIỂU - - - viii M6 DAU - x š Mục địch đổi tượng, phan: vì nghiền cứu cửa đề tà. xi * Mục đích nghiên cứu - m - x * Đôi trợng và pham vi nghiên cứu của để tài. Phương pháp nghiên cứu x Tải. Ý nghấu khoa học và thực tiẾn x iv, Cée nội dung chỉnh trong dé tài.

HH tt treereg x CHUGNG1: TONG QUAN VE BONG OO TANG AP 1 1. Tăng áp cho động co đối trong.1, Xu hướng phát hiển và các biện pháp tầng áp cho động cơ 1. Tình hình nghiên cứu tảng áp cho đôngcơ diesel dang hn Tại Viêi Nam 10 1. Kết luận chương Ì - 12 CHUONG 3: CƠ SỐ LÝ THUYÊT TRANG BI TUOC DIN — MAY NEN CHO ĐÔNG CƠ DIESEI.

KHÔNG TĂNG AP 14 2. Quan điểm và điều kiện để thực hiện cải tiền tăng áp bằng tuôo bin— máy nén. Quan điểm cải tiến tăng áp - a - - 14 2. Diễu kiện để thực hiện tăng áp - 14 2.

Xây đựng quy bình thực hiện tăng ápp bểng TTR_MX cho động cơ đá 3uu hành. Xác định khả năng lăng apủ 2. Cơ sở lý thuyết mô phỏng trên p] nmềm AVL Boost. Cơ sở lý thuyết mô phỏng trên phần mềm AVT.

Xáo định tỷ số tăng áp 2. Cơ sở tính toán lựa chọn cụm TB-MN. Xá định các thông số đầu vào cho oun TB. Tỉnh toàn lựa chọn cụm TB-MN.

Co số tính toán, cải tiến các hệ thẳng khí thợc hiện tăng áp 3g 2. Tựa chọntỷ nen phi ap cho dong co Kh tăng ấp. Caiténce câu phân phối khí - - 40 2.3, Cải tiễn hệ thông cũng cấp nhiên liệu. Thiel ké hé thong nap và thải - - - 45 2.

Cả hệ thông lắm mit. Cải tiên hệ thông bôi bon. tỉnh toán kiểm nghiệm bẻn các chỉ tiết - - - 48 3. Kết luận chương 2 4g CHƯƠNG3: TÍNII TOÁN CẢI TIỀN TĂNG ÁP CHO - 50 ĐỘNG CƠ D243 50 3.

Giới thiệu tổng quan vẻ đông co D243 50 - iit- 3. Đặc lĩnh động cũ D243 nguyên bản 3. Thông sở kỹ thuật cửa động cơ T243 3. Kết quá thử nghiệm động cơ D243 trên băng thữ.

Tinh toàn khả năng tăng áp đông cơ D243. Tính toán chu trình nhiệt động của động cơ D243 kH tầng áp bằng phần mềm AVL-Boost 33 3. Tinh toan khả ning bén cia động cơ D243 khé ting Ap bang phan mềm AVI- Trxeile Designer - 5? 3. Lua chon TB-MX cho dong co D243 Khi tang ap.

Dánh giá tính răng kinh tế, kỹ thuật, phát thôi của động oơ sau khu tằng âp.1, So sánh công suất và suất tiêu hao nhiên liêu. So sánh thay đổi áp suất và nhiệt đã qua trình chấy, 3. Tỉnh toán cải tiến các hệ thẳng khi thực hiện tăng áp. Tính toán hiệu chỉnh tệ thông nhiều liệu khí thực hiện tăng áp 3.

Tính toàn cải liên đường rạp và thải khi thực hiện tăng áp 3. Tính toán cải tiến HTBT đồng cơ D243 khi thực hiện tăng áp. Tỉnh toán cải tiến HTLM dộng cơ D243 khi thực hiện tăng áp. Kiếm nghiệm bền một số chỉ tiết chính đông cơ 13243 sau tăng áp_ 3.

Giới thiệu chưng 3.4, Xây dụng mô hình. Tinh toAn img suit tic dụng lên các chỉ tiết 3. Kết luận chương 3. CHUONG 4, DANH GLA THU NGHIEM ĐỘNG CƠ D243 5AU TĂNG ÁP.

Mục tiên và phạm vi thử nghiệm 4. Trang thiế bị thử nghiệm. Đông cơ thử nghiệm 4.3, Băng thử động cơ 4. Điều kiện thử nghiệm.

Kết quả thử nghiệm và thảo luận 4. Dãnh giá tính năng kinh tế, kỹ Thuật của độngco trước và sau khi tăngáp 4. Dánh giá các thông số làm việc của động cơ trước và sau khi lăng áp 4. So sánh độ khói trước và sau tăng áp 4.

Đănh giá kết quả. mô phông và thực nghiệm 4. Kết luận chương 4. XÉT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÍ Kết luận chưng - D910 1 rẽ.

TAT LIRU THAM KHẢO 106 ~iv- DANIT MUC CAC KY MEU VA CIN VIET TAT Ky higu Diễn giải ĐCĐT Động cơ đốt trong, pcr Điểm chất trên BCD Điểm chết dưới BCU Khối xử lý trung tâm AV.-Booal Phân mềm mỗ phóng chu trình nhiệt động của động cơ AVL-Excite Phản mềm tính toán trục khưởu Designer CED Tinh toán động lực học chất lưn có sự trợ giúp của máy tính Gambit Công cụ hồ trợ chúa lưới Fluent Phân mềm mô phỏng động lực học dòng chảy FDM Thương pháp sai phân hữu hạn TVM ‘The Finite-Volume Method (Phương pháp thẻ tích hữm hạn) FEM The Einile Blemenl Method (Phương pháp phần từ hữu hạn) Caua Phan mém dé hoa Catia Ansys Phản mềm tính toán phân tích kết cấu GTVT Giao thông vận tải HTBT Tê thẳng bội trơn HILM Hệ thống làm mát HTNL Hệ thống nhiên liệu BCA Bom cao ap MỞ DẦU nay. Tuy nhiên hiện nay ở nước ta có một số khả lớn động cơ điesel không tăng áp đang lưu hành có độ bên thiết kế rất cao, đa số là các động co có xuất xứ lừ các nước xã hội chủ nghĩa Đông Âu (cữ). Theo thời gian lãm việc, tính răng kinh lế, kỹ thuật cửa động cơ bi suy giam, cụ thể là công suải giảm, tiêu thụ nhiên liệu cũng nlnz phát thải độc hại tầng, đây là vẫn để cỏ tính qui luật. khôi phục hoặc thậm chí tăng công suất động cơ để tin dung khả năng khai thác déng co vi có độ bên cao, giải pháp biệu quả, có tính khả thi eaơ thưởng được sử dụng là câi tiến thành động cơ ting áp bằng trang bị thêm cho động cơ cum tude bin khí thải.

Cho đến nay có một. số công trình đã công bổ liên qum đến hướng nghiên cứu này. Tuy nhiên, những nghiên cửu đỏ chưa dưa ra được một qui trinh thuyết phục có thể áp dụng cho bất kỳ động cơ nào nhưng lại chủ ý đến tình trạng kỹ thuật thực tế của động cơ đỏ. Cụ thể là, mới chỉ tính toán thiết kế cải tiến để động cơ đạt công, suất khoảng 30% theo khuyến cáo của các chuyên gia thuộc Liên Xô cũ, như vậy chưa tận dụng triệt để khả năng lăng công suất động cơ.

Ngoài ra, các công Irình đỏ chưa để cập toàn điện đến câi tiến đẳng bộ các hệ thông phụ liên quan như hệ thống Jam mat va bé thdng bSi tron. Do vậy, việc nghiên cửu qui trình kj thuat cai tién déng eo diesel khong ting áp đang lưu hành thành động cơ tăng áp bằng tuốc bin khí thải để áp dụng cho cáo động cơ trên thực tế là rắt cần thiết nhằm nâng cao hiệu quà sử đụng, tỉnh kinh tế và giãm phát thải độc hại của các động cơ Iicsel không tăng áp đang lu hành. Để tai “Nghiên cứu quá trình kỹ thuật cải tidn déng co diesel không tăng áp đang lưu hành thành động cơ tăng áp bằng tuắc bin khí thải” nhằm mục địch nghiên cửa qui trình cải tiễn động cơ không tăng áp có độ bến cao thành động cơ tăng áp và áp PIN Phòng thí nghiệm EIB Băng thử động lực học cao APA Thanh điện APA. MP Mô phòng IX Thử nghiệm TP Tude bin MN Máy nén TE-MN Cựu tuốc bụn máy nén WG Van xa Tình 3.

Tara dé tinh loan cai tiên hệ thông bôi trơn - - 7 TRình 3. Chương trình tính Vụa bằng Matlab 7 Hình 3. Chương trình tính Vụ bằng Matlab. Cap banh ring din dng bom dau Z] và Z2.

Chương trình tinh mz, Qim Va Qin bang Matlab Hinh 3. Tara dé tinh loán cải tén he théng km mil - - Hinh 3. Chang tinh tính lưu lượng bơm nước bảng Matlab. Chương trình tinh kết nước sảng Matlab, Hình 3.

Chi tiết puly bơmn nước. Mô hình píf lông Hình 3. Mô hình thanh truyền Hình 3. Mô hình đặt lực tác dụng kn thanh truyén.

Ứng suit tác dụng lên thân thanh truyền Hình 3. Ứng suất tác dụng lân thân thanh Tình 3. Ung suil tác đụng lên pislon (nhin bên ngoài. Ứng suất tác đụng lần piston (mắt cắt doc).

Lắp động cơ trên bằng thứ 1iình 4. 'Tỷ số tăng áp theo tốc độ đông cơ Hình 4. So sánh hru lượng khí rạp. Hee ren Tình 4$, So sánh hệ số đư lượng không khí Hình 4.

So sánháp suất đầu bôi trơn. So sánh nhiệt độ nước lảm mát. So sánh độ khối trong khí thải DANH MUC BANG BIEU Bằng 2. Các hệ số cửa phương trình tao đổi nhiệt tại cửa nạp và thải.

dS - viii- Tình 3. Tara dé tinh loan cai tiên hệ thông bôi trơn - - 7 TRình 3. Chương trình tính Vụa bằng Matlab 7 Hình 3. Chương trình tính Vụ bằng Matlab.

Cap banh ring din dng bom dau Z] và Z2. Chương trình tinh mz, Qim Va Qin bang Matlab Hinh 3. Tara dé tinh loán cải tén he théng km mil - - Hinh 3. Chang tinh tính lưu lượng bơm nước bảng Matlab.

Chương trình tinh kết nước sảng Matlab, Hình 3. Chi tiết puly bơmn nước. Mô hình píf lông Hình 3. Mô hình thanh truyền Hình 3.

Mô hình đặt lực tác dụng kn thanh truyén. Ứng suit tác dụng lên thân thanh truyền Hình 3. Ứng suất tác dụng lân thân thanh Tình 3. Ung suil tác đụng lên pislon (nhin bên ngoài.

Ứng suất tác đụng lần piston (mắt cắt doc). Lắp động cơ trên bằng thứ 1iình 4. 'Tỷ số tăng áp theo tốc độ đông cơ Hình 4.