I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀIGIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 11 1.1 Tổng quan về hệ thống nạpTổng quan về hệ thống nạp
Hệ thống nạp động cơ xăng
Hình 1 1 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp
1- 1- Bộ lọc không khí; 2 Bộ lọc không khí; 2 Cổ họng gió; 3 Cổ họng gió; 3 Bộ góp nạp; 4 Bộ góp nạp; 4 Bộ góp thải; Bộ góp thải;
5- Bộ xử lý khí thải; 6 Bộ xử lý khí thải; 6 Bộ giảm âm Bộ giảm âm
Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí đến cổ họng gió,
Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí và cổ họng gió, nơi hòa khí được hình thành nhờ độ chân không Sau đó, không khí sẽ đến bộ góp nạp và đi vào buồng đốt Khi hòa khí được đốt, khí thải sẽ được dẫn vào đường ống thải tới bộ góp thải, nơi đi vào bộ xúc tác ba chức năng Tại đây, khí thải độc hại được khử thành các chất vô hại và sau đó được dẫn qua ống dẫn khí thải qua bộ giảm âm để thoát ra ngoài môi trường.
Mỗi cụm chi tiết trong hệ thống nạp thải đều đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp lượng không khí sạch cần thiết cho buồng đốt động cơ và dẫn khí thải đã xử lý ra ngoài môi trường.
1.1.1 Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí
Hệ thống nạp động cơ xăng 1 1 1
Hình 1 1 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp
1- 1- Bộ lọc không khí; 2 Bộ lọc không khí; 2 Cổ họng gió; 3 Cổ họng gió; 3 Bộ góp nạp; 4 Bộ góp nạp; 4 Bộ góp thải; Bộ góp thải;
5- Bộ xử lý khí thải; 6 Bộ xử lý khí thải; 6 Bộ giảm âm Bộ giảm âm
Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí đến cổ họng gió,
Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí và đến cổ họng gió, nơi mà hòa khí được hình thành nhờ độ chân không Sau đó, không khí sẽ được dẫn đến bộ góp nạp và vào buồng đốt Khi hòa khí được đốt cháy, khí thải sẽ được dẫn vào đường ống thải, đi qua bộ góp thải và vào bộ xúc tác ba chức năng Tại đây, các khí thải độc hại được khử thành các chất vô hại trước khi được thải ra ngoài môi trường qua bộ giảm âm.
Mỗi cụm chi tiết trong hệ thống nạp thải đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp không khí sạch cần thiết cho buồng đốt động cơ, đồng thời dẫn khí thải đã được xử lý ra ngoài môi trường.
1.1.1 Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí
Hình 1 2 Hình 1 2 Sơ Sơ đồ đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí đồ đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí
1- Bướ Bướ m ga; 2- m ga; 2- Đườ Đườ ng ng ốố ng nhiên li ng nhiên li ệệ u; 3-Van kim; 4-Bu u; 3-Van kim; 4-Bu ồồ ng phao; ng phao;
5-Phao; 6- Ziclơ; 7 Ziclơ; 7 Đườ Đườ ng ng ốố ng n ng n ạạ p; 8-Vòi phun; 9-H p; 8-Vòi phun; 9-H ọọ ng; ng;
Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc vào đường ống nạp (7) qua họng
Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc vào đường ống nạp (7) qua họng
(9) của bộ chế hoà khí, họng (9) làm cho đường ống bị thắt lại vì vậy tạo nên độ chân
Họng (9) của bộ chế hòa khí tạo ra độ chân không khi không khí đi qua, với tiết diện lưu thông nhỏ nhất là nơi có độ chân không thấp nhất Vòi phun (8) được đặt tại vị trí này để dẫn nhiên liệu từ buồng phao (4) qua ziclơ (6) tới vòi phun Nhờ vào độ chân không, nhiên liệu được hút và xé thành những hạt sương mù nhỏ, hòa trộn với không khí vào động cơ Để bộ chế hòa khí hoạt động chính xác, mức nhiên liệu trong buồng phao phải luôn ổn định, nhờ vào phao (5) được đặt trong buồng Khi mức nhiên liệu hạ xuống, phao (5) cũng hạ theo, làm cho van kim (3) rời khỏi đế van, cho phép nhiên liệu từ đường ống chảy vào.
(2) đi vào buồng phao Phía sau họng còn có bướm ga (1) dùng để điều chỉnh số lượng
(2) đi vào buồng phao Phía sau họng còn có bướm ga (1) dùng để điều chỉnh số lượng hỗn hợp đưa vào động cơ. hỗn hợp đưa vào động cơ
1.1.2 Đường nạp động cơ phun xăng điện tử 1.1.2 Đường nạp động cơ phun xăng điện tử
Hình 1 3 Sơ đồ đường nạp động cơ phun xăng điện tử Sơ đồ đường nạp động cơ phun xăng điện tử
1- 1- Bộ lọc khí; 2 Bộ lọc khí; 2 Cảm biến MAF; 3 Cảm biến MAF; 3 Bướm ga; 4 Bướm ga; 4 Cổ họng Cổ họng gió; gió;
5- Cảm biến vị trí bướm ga; 6 Cảm biến vị trí bướm ga; 6 Đường ống nạp Đường ống nạp Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc, tín hiệu lưu lượng nhiệt độ khí nạp
Không khí từ môi trường được hút qua bộ lọc, và tín hiệu lưu lượng cũng như nhiệt độ khí nạp được truyền về ECU thông qua cảm biến MAF ECU sẽ tính toán và điều chỉnh lượng nhiên liệu phun ra cho phù hợp, sau đó dòng khí nạp sẽ đi tới cổ họng gió Thiết bị này kiểm soát lượng không khí cho các động cơ sử dụng bộ chế hòa khí và phun nhiên liệu, với lượng không khí vào động cơ được điều tiết bởi độ mở của bướm ga.
Hình 1 4 Hình 1 4a Cổ họng gió a Cổ họng gió
1- 1- Bướm ga; 2 Bướm ga; 2 Cổ họng gió; 3 Cổ họng gió; 3 Cảm biến vị trí bướm ga; Cảm biến vị trí bướm ga;
4- Môtơ điều khiển bướm ga; 5 Môtơ điều khiển bướm ga; 5 Cảm biến vị trí bàn đạp ga Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Trước đây góc mở bướm ga được điều khiển bằng cơ học thông qua các cơ cấu
Trước đây, góc mở bướm ga được điều khiển bằng cơ học qua các cơ cấu cơ khí, nhưng hiện nay đã được thay thế bằng hệ thống điều khiển điện tử hiện đại Dòng khí nạp từ cổ gió vào bộ góp nạp được kiểm soát điện tử, sau đó phân chia vào các xylanh động cơ Các động cơ hiện đại có thiết kế ống nạp cải tiến, tận dụng lực quán tính của dòng khí để tối ưu hóa hiệu suất Việc sử dụng vật liệu mới như nhựa tổng hợp và sợi cacbon giúp tạo ra ống nạp với hệ số cản thấp, kích thước gọn nhẹ và khả năng cách nhiệt tốt hơn so với kim loại.
Hình 1 5 Bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc Bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc
1- Đường ống nạp; 2 Đường ống nạp; 2 Buồng tích áp Buồng tích áp Nguyên lý làm việc
Nguyên lý hoạt động của bộ góp nạp với đường nạp dạng xoắn ốc dựa vào thiết kế đặc biệt của đường nạp, nhằm tạo ra hiệu ứng lưu động dòng Thiết kế xoắn ốc giúp tối ưu hóa quá trình nạp, cải thiện hiệu suất và hiệu quả hoạt động của hệ thống.
ECU Cá Các tín hiệ c tín hiệu u khạ khạc nhau c nhau
Bộ góp nạp có đường nạp biến thiên bao gồm hai trạng thái: van biến thiên đường nạp đóng và van biến thiên đường nạp mở Sự điều chỉnh của van này ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của động cơ, cho phép tối ưu hóa quá trình nạp khí.
1 Buồng tích áp; 2 Buồng tích áp; 2 Van biến thiên đường nạp Van biến thiên đường nạp
Nguyên lý làm việc của bộ góp nạp có chiều dài đường nạp biến thiên liên quan đến việc điều chỉnh chiều dài đường nạp để tối ưu hóa hiệu suất động cơ Khi chiều dài đường nạp thay đổi, nó ảnh hưởng đến lưu lượng khí vào, giúp cải thiện quá trình cháy và tăng cường sức mạnh động cơ Thiết kế này cho phép động cơ hoạt động hiệu quả hơn ở nhiều dải vòng tua khác nhau, mang lại hiệu suất tối ưu trong suốt quá trình vận hành.
Khi tốc độ động cơ nhỏ, van biến thiên đường nạp đóng Ở điều kiện này, chiều
Khi tốc độ động cơ thấp, van biến thiên đường nạp sẽ đóng lại, tạo ra chiều dài tác động của đường nạp từ xupáp nạp đến buồng tích áp Trong điều kiện này, lực quán tính của khí nạp giúp tăng lượng không khí vào động cơ, dẫn đến việc tăng mô-men xoắn của động cơ ở vòng quay từ thấp đến trung bình.
Khi tốc độ động cơ lớn, van biến thiên đường nạp mở Ở điều kiện này, chiều dài
Khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, van biến thiên đường nạp sẽ mở ra, dẫn đến chiều dài đường nạp từ xupáp nạp đến buồng tích áp trở nên ngắn hơn Điều này làm tăng lực quán tính của khí nạp, giúp tăng lượng khí vào trong xilanh, từ đó nâng cao mô-men xoắn của động cơ Sự kết hợp này tạo ra hiệu suất tối ưu cho động cơ ở tốc độ cao.
Hệ thống nạp thải động cơ diezen
Hình 1 7 Hình 1 7 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ diezen diezen
1- Bộ lọc không khí ; 2 Bộ lọc không khí ; 2 Đường ống nạp; 3 Đường ống nạp; 3 Đường ống thải; Đường ống thải;
4- 4- Bộ xúc tác; 5 Bộ xúc tác; 5 Bộ giảm âm Bộ giảm âm
Hệ thống nạp thải động cơ diezen 5 5
Hình 1 7 Hình 1 7 Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ diezen diezen
1- Bộ lọc không khí ; 2 Bộ lọc không khí ; 2 Đường ống nạp; 3 Đường ống nạp; 3 Đường ống thải; Đường ống thải;
4- 4- Bộ xúc tác; 5 Bộ xúc tác; 5 Bộ giảm âm Bộ giảm âm
1.2.1 Đường nạp động cơ diezen
1.2.1 Đường nạp động cơ diezen
Hình 1 8 Sơ đồ đường nạp động cơ diezel có bộ sưỡi không khí Sơ đồ đường nạp động cơ diezel có bộ sưỡi không khí
1- Bộ sưỡi không khí; 2 Bộ sưỡi không khí; 2 Ống góp nạp; 3 Ống góp nạp; 3 Đường Đường ống nạp ống nạp
Không khí được hút vào
Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí và ống góp nạp Ở những nước có khí hậu lạnh, động cơ được trang bị hệ thống sưởi ấm không khí nạp, sử dụng dây điện trở hoặc bugi sưởi để làm ấm không khí trước khi vào xylanh, giúp khởi động dễ dàng hơn Trong khi đó, động cơ diesel tại các nước có khí hậu nóng không cần bộ sưởi Đối với động cơ Cummins, một loại động cơ diesel hiện đại, hệ thống nạp còn được trang bị cảm biến đo lưu lượng và nhiệt độ khí nạp (MAF) cùng với máy nén tăng áp, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Quá Quá trình trình nạp nạp 6 6 Chương II.Chương II Cơ sở lý thuyếtCơ sở lý thuyết 1111 2
Quá trình nạp môi chất mới vào xi lanh được thực hiện khi piston đi từ ĐCT
Quá trình nạp môi chất mới vào xi lanh diễn ra khi piston di chuyển từ ĐCT xuống ĐCD Tại điểm r, áp suất tại đây (p rr) lớn hơn áp suất của môi chất mới trước xu páp nạp (p k k), dẫn đến việc một phần sản vật cháy trong thể tích V vẫn tiếp tục thoát ra ống thải Trong khi đó, khí sót bên trong xi lanh giãn nở đến điểm r o, và từ điểm này, môi chất mới bắt đầu được nạp vào xi lanh.
Quá trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, đặc biệt là quá trình nạp Điều này quyết định chất lượng và hiệu suất của môi chất mới được nạp vào xi lanh.
Quá trình nạp khí vào xi lanh phụ thuộc vào nhiều yếu tố, dẫn đến lượng môi chất nạp vào thường nhỏ hơn lượng lý thuyết Lượng này được xác định bởi thể tích công tác V, nhiệt độ T và áp suất p của môi chất mới trước khi vào van nạp (đối với động cơ diesel) hoặc trước bộ chế hòa khí (đối với động cơ xăng) Các thông số này đóng vai trò quan trọng trong quá trình hòa khí, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất nạp của động cơ.
Áp suất cuối quá trình nạp p có ảnh hưởng đáng kể đến công suất động cơ Để tăng áp suất cuối quá trình nạp, có thể áp dụng một số biện pháp kỹ thuật nhằm cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ.
Để tối ưu hóa hiệu suất động cơ, việc thiết kế đường nạp có hình dạng khí động học tốt là rất quan trọng Đường nạp cần có tiết diện lưu thông lớn và phương hướng lưu động phải thay đổi một cách từ từ, hạn chế các góc cạnh và ngoặt để giảm thiểu cản trở dòng chảy.
Sử dụng xu páp có đường kính lớn hoặc nhiều xu páp là một giải pháp hiệu quả cho động cơ 1NZ-FE Động cơ này trang bị hai xu páp nạp và hai xu páp thải cho mỗi máy, giúp tăng cường lượng khí lưu thông trong mỗi chu trình Nhờ đó, áp suất được tăng cường, cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ.
+ Lượng khí sót Lượng khí sót ::
Cuối quá trình thải, xi lanh còn lưu lại 1 ít sản vật cháy
Trong quá trình thải, xi lanh thường còn lại một lượng khí sót, gọi là khí sót, sau khi hoàn tất Khi nạp, khí sót này giãn nở và chiếm không gian trong xi lanh, dẫn đến việc trộn lẫn với khí nạp mới, làm giảm lượng khí nạp vào Do đó, việc giảm lượng khí sót sẽ giúp tăng cường lượng khí nạp vào, từ đó nâng cao công suất động cơ Các biện pháp hiệu quả để giảm khí sót bao gồm
Sử dụng động cơ tăng áp là một phương pháp phổ biến, đặc biệt trên động cơ diesel, vì nó không bị giới hạn bởi khả năng kích nổ.
Tăng góc trùng điệp của các xu páp nạp và thải là một phương pháp hiệu quả, có thể áp dụng cho cả động cơ xăng và động cơ diesel Phương pháp này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ, nâng cao khả năng vận hành và tiết kiệm nhiên liệu.
Nhiệt độ sấy nóng của môi chất mới trong quá trình đi qua đường nạp và vào xi lanh sẽ tiếp xúc với các bề mặt nóng của động cơ, dẫn đến việc môi chất được sấy nóng và tăng nhiệt độ lên một gia số ΔT Sự gia tăng này đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất hoạt động của động cơ.
Mức tăng nhiệt độ của môi chất mới (ΔT tt) là kết quả của sự truyền nhiệt từ các bề mặt nóng, trong khi mức giảm nhiệt độ (ΔT b.h) xảy ra do quá trình bay hơi của nhiên liệu Đối với động cơ diesel, ΔT dao động trong khoảng 20 đến 40 độ C, trong khi đối với động cơ xăng, ΔT nằm trong khoảng từ 0 đến 20 độ C.
+ Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp T
+ Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp T a a
Nhiệt độ môi chất cuối quá trình nạp (T_a) ảnh hưởng đến mật độ của môi chất mới nạp vào xi lanh Khi T_a tăng, mật độ môi chất mới nạp vào sẽ giảm và ngược lại Nếu T_a lớn hơn nhiệt độ môi chất mới trước van nạp (T_k) và nhỏ hơn nhiệt độ khí sót (T_r), điều này xảy ra do sự truyền nhiệt từ các bề mặt nóng đến môi chất mới khi tiếp xúc, cùng với sự hòa trộn giữa môi chất mới và khí sót Các quá trình này có thể diễn ra riêng lẻ trong đường nạp hoặc đồng thời trong xi lanh động cơ.
Hệ số nạp Hệ số nạp ::
Hệ số nạp η_v là tỷ lệ giữa lượng môi chất thực tế nạp vào xi lanh trong quá trình nén so với lượng môi chất lý thuyết có thể nạp đầy vào thể tích công tác của xi lanh V, khi đã đóng các cửa nạp và cửa thải Môi chất mới của động cơ diesel là không khí, trong khi của động cơ xăng là hỗn hợp không khí và hơi xăng Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số nạp của động cơ 4 kỳ bao gồm áp suất p, nhiệt độ T của môi chất cuối quá trình nạp, nhiệt độ sấy nóng môi chất mới ΔT, hệ số khí sót γ, và áp suất p_r Tác động tổng hợp của những yếu tố này tới hệ số nạp η_v phụ thuộc vào các chế độ làm việc cụ thể của động cơ.
Các biện pháp chính để tăng hệ số nạp và giảm cản cho đường nạp bao gồm tối ưu hóa thiết kế đường nạp, sử dụng vật liệu nhẹ và bền, cải thiện hệ thống lọc không khí, và điều chỉnh các thông số động cơ để đạt hiệu suất tối ưu Việc áp dụng những biện pháp này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất động cơ mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu.
Hệ thống đường nạp của động cơ gồm: bình lọc khí, bộ chế hoà khí, đường nạp
Hệ thống đường nạp của động cơ bao gồm bình lọc khí, bộ chế hòa khí, đường nạp chung, các nhánh nạp của các xi lanh và xu páp, tất cả đều gây cản trở dòng khí nạp Việc giảm cản trở cho hệ thống này là vấn đề quan trọng cần được chú ý Để giảm trở lực, cần thực hiện các biện pháp tối ưu hóa thiết kế và cải tiến các thành phần trong hệ thống nạp.