TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH ----- ----- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ CHO ĐỘNG CƠ TOYOTA 7MGTE Giáo viên hướng dẫn: Lê Thái Hà Sinh viên thực hiện : Tống Đức Hòa Lớp : 63 – CTO Hà Nội, 2022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU. MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI. Lịch sử phát triển của tăng áp cho động cơ đốt trong. CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG CÔNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ VÀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRONG ĐỘNG CƠ. Giới thiệu chung về động cơ Toyota 7M-GTE. Các chi tiết và hệ thống chính trong động cơ Toyota 7M-GTE. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TĂNG ÁP TỐI ƯU.
Biện pháp tăng áp có máy nén. Biện pháp tăng áp không có máy nén. So sánh ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp có máy nén và hệ thống tăng áp không có máy nén. Tăng áp cho động cơ xăng.
Kết luận phương án tăng áp. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA 7M-GTE. Chọn tuabin khí. Chọn máy nén khí.
Lắp đặt hệ thông tăng áp trên động cơ. Tính toán các thông số làm việc trong TB-MN. Tính toán các bộ phận máy nén ly tâm. Tính chọn các bộ phận tuabin hướng trục.
MỘT SỐ VẤN ĐỀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP. XÁC ĐINH CÁC HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC. Phân tích các hư hỏng của hệ thông tăng áp. Phương pháp tháo lắp và kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ.
Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 69 2 LỜI NÓI ĐẦU Ngành ô tô luôn là ngành mũi nhọn đóng góp lớn vào GDP của các nước lớn trên thế giới với 3.25% GDP của Mỹ, 5% GDP của Trung Quốc, 4% GDP của Đức và 12% GDP của Thái Lan. Tại Việt Nam, ngành ô tô cũng chiếm tới 3% GDP cả nước - theo số liệu năm 2019.
Động cơ đốt trong bộ phận quan trọng nhất được ví như “trái tim” cũng được song hành phát triển cùng với ngành ô tô trên thế giới. Động cơ ngày càng được cải tiến nâng cao công suất, một trong những phương pháp nâng cao công suất hiệu quả hiện nay là sử dụng hệ thống tăng áp cho động cơ. Vì vậy mà em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống tăng áp của động cơ cho động cơ Toyota 7M- GTE” cho bài khóa luận tốt nghiệp của mình. Qua đề tài này em muốn hiểu rõ hơn bản chất cũng như các quá trình làm việc của động cơ khi có hệ thống tăng áp, đồng thời đưa ra phương pháp tăng áp tốt nhất để nâng cao công suất động cơ và có cách khắc phục các nhược điểm của nó.
Tuy nhiên, do những hạn chế về thời gian, 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 không tránh khỏi những sai sót trong vấn đề thực hiện. Rất mong được sự quan tâm chỉ bảo hơn nữa của các thầy cô và các bạn. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Thái Hà, các thầy cô trong khoa Cơ điện & Công trình và các bạn, những người đã trực tiếp giúp đỡ, chỉ dẫn và góp ý cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án vừa qua.
Hà Nội, ngày 01 tháng 09 năm 2022 Sinh viên thực hiện 3 I. MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong thời gian qua động cơ đốt trong cũng không ngừng được cải tiến và hoàn thiện. 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 chiếm ưu thế tuyệt đối trong mọi lĩnh vực như vận tải giao thông đường bộ, đường thủy, phát điện dự phòng….Với các cải thiện về mặt kỹ thuật cũng như kết cấu đã làm cho công suất động cơ không ngừng tăng lên. Tuy nhiên, khi thiết kế động cơ người ta phải cân nhắc giữa một bên là công suất lớn và một bên là kích thước, trọng lượng nhỏ gọn.
Có một cách thỏa mãn hai yêu cầu trên là sử dụng tuabin tăng áp hay máy nén tăng áp. Nó cho phép đốt cháy một lượng lớn hơn nhiên liệu bằng một lượng không khí lớn hơn được nén vào, kết quả là tạo ra một công suất lớn hơn cho động cơ có kích thước xác định. Nhờ có bộ tuabin tăng áp làm tăng lượng không khí nạp cho một chu trình của động cơ nên có thể: - Tăng áp đối với không khí đưa vào xylanh có thể làm tăng công suất động cơ - Tăng tính năng động lực học của động cơ - Giảm tiêu hao nhiên liệu cho động cơ, giảm được chất độc hại trong khí xả nhờ hoàn thiện hơn quá trình cháy Với động cơ không tăng áp thí áp suất có ích trung bình pe < 0,7÷0,9 Mpa nhưng nếu sử dụng hệ thống tăng áp có thể nâng áp suất có ích trung bình lên đến 1 ÷ 1,2 Mpa (Nếu làm lạnh trung gian cho không khí phía sau máy nén có thể đưa áp suất có ích trung bình pe = 4 Mpa) * Tuy nhiên việc sử dụng hệ thống tăng áp cũng có những nhược điểm sau: - Làm tăng phụ tải cơ khí cũng như phụ tải nhiệt của động cơ do đó phải đặt ra yêu cầu khắt khe hơn khi chế tạo các chi tiết của nhóm piston, bạc trục, xupap,… - Phải tạo ra hệ thống nhiên liệu mới với quy luật cấp nhiên liệu khắt khe, vòi phun có áp suất phun cao hơn. 4 Vì vậy, khi nhiên cứu về đề tài này chúng ta có thể đưa ra lựa chọn phương pháp tăng áp tốt nhất để nâng cao công suất động cơ đồng thời có cách khắc phục các nhược điểm của nó.
Lịch sử phát triển của tăng áp cho động cơ đốt trong Động cơ đốt trong có những bước phát triển thăng trầm do nhiều nguyên nhân khác nhau như người ta hy vọng vào một nguồn động lực khác có các đặc tính tốt hơn, hoặc lo sợ về sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu, vấn đề ô nhiễm môi trường do nó gây ra đối với môi trường và sức khỏe con người. Với những bước phát triển kỳ diệu, vượt bậc trong nghiên cứu, chế tạo động cơ xăng cũng như động cơ diesel đã đánh bại mọi nghi ngờ về sự tồn tại và phát triển của nó.Với những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt, đặc biệt là hiệu suất cao trong phạm vi công suất rộng, nhỏ gọn nên ĐCĐT hiện nay chiếm ưu thế tuyệt đối trong một số lĩnh vực như vận tải đường bộ, đường thủy, phát điện dự phòng…Lịch sử phát triển của hệ thống tăng áp luôn gắn liền với lịch sử phát triển của ĐCĐT. Lịch sử phát triển tăng áp cho động cơ xăng Năm 1885 Gottlieb Deimler đã có đăng ký phát minh số DRP 34.926 về tăng áp cho động cơ đốt cháy cưỡng bức. Trong thời kỳ này, hộp trục khuỷu được dùng như một máy nén, quá trình nạp vào xy lanh lúc này chia thành 3 giai đoạn : -Cuối quá trình giãn nở, khí ở hộp trục khuỷu tràn vào xy lanh và đẩy khí cháy ra ngoài.
-Quá trình nạp bình thường -Quá trình nạp thêm vào xylanh ở cuối hành trình nạp. Với nguyên lý tăng áp tương tự, Wilhelm Maybach đã thiết kế cho động cơ chữ V, nhưng công suất tăng lên không đáng kể nên hãng Deimler đã loại bỏ phương án này. 5 Sau chiến tranh thế giới thứ nhất, hãng Deimler khôi phục những thí nghiệm và phát triển hệ thống tăng áp cho động cơ máy bay, xe đua và xe thể thao. Ngày nay các động cơ xăng đều sử dụng tăng áp không có máy nén như tăng áp dao động và cộng hưởng, tăng áp sóng áp suất…hoặc kết hợp các tăng áp này với tăng áp tuốc bin khí.
Lịch sử phát triển tăng áp cho động cơ diesel Năm 1896 Rudolf Diesel đã đăng ký phát minh số 67207 về tăng áp cho động cơ tự bốc cháy thực hiện quá trình nén nhiều cấp trong động cơ một xylanh bằng cách bố trí thêm một bơm nén trước đường nạp, phát minh này được đăng ký dưới tên DRP 95. Cuối năm 1896 Rudoif Diesel đã chế tạo thành công động cơ dùng thể tích phía dưới piston để nén khí nạp vào trong một bình phụ, đế hành trình nạp, khí có áp suất cao từ bình nén vào xylanh. Qua phân tích các kết quả có từ thí nghiệm thì phát minh này không được ứng dụng vì tổn thất lớn. Năm 1929 hãng Werkspoor cho ra đời động cơ tăng áp bằng hộp trục khuỷu lắp trên tàu chở dầu Megava của tập đoàn dầu mỏ Anglo Saxon.
Thành tựu phát triển tăng cho động cơ diesel được phát triển từ đây và là thành tựu tăng áp đáng kể nhất cho ĐCĐT. Tăng áp cho động cơ máy bay Động cơ đốt trong được sử dụng cho máy bay thì tăng áp cho nó đóng một vai trò rất quan trọng vì mật độ không khí giảm rất nhiều khi tăng độ cao. Năm 1910 chiếc máy bay tăng áp dẫn động bằng cơ khí đầu tiên xuất hiện và đạt độ cao 5,2km. Năm 1917 hãng Rateau của Pháp chế tạo và thử nghiệm động cơ xăng tăng áp bằng tuốc bin khí đầu tiên nhưng chưa được sử dụng vào thời điểm đó được, và mãi đến chiến tranh thế giới lần thứ II mới được hoàn chỉnh.
6 Năm 1939 hãng Junkers chế tạo và đưa vào bay thử động cơ 2 kỳ tăng áp bằng tuốc bin cho máy bay. CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG CÔNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nhằm mục đích tăng công suất cho động cơ đốt trong người ta phải tìm cách tăng khối lượng nhiên liệu cháy ở một đơn vị dung tích xylanh trong một đơn vị thời gian, tức là tăng khối lượng nhiệt phát ra trong một không gian và thời gian cho trước. Vậy muốn tăng công suất người ta phải tăng khối lượng nhiên liệu đốt cháy trong một đơn vị thời gian. Công suất động cơ được tính: 𝑝𝑝 .𝑁𝑁 Trong đó: Pe : Áp suất có áp trung bình ( ) 𝑚𝑚2 i : Số xylanh Vh : Dung tích xylanh n : Số vòng quay trong một phút (v/phút) 𝜏𝜏 : Số kỳ xylanh Để tăng công suất Ne thì có các phương pháp sau: - Các giải pháp về kết cấu: + Tăng số chu trình một đơn vị thời gian bằng cách tăng số vòng quay n của động cơ.