Giáo trình động cơ đốt trong 1 - Chương 11 pot

Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 221 Chương 11 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỢNG BỨC I. CÁC PHƯƠNG PHÁP HÌNH THÀNH HỖN HP TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG Hệ thống nhiên liệu trên động cơ xăng có nhiệm vụ tạo ra hỗn hợp gồm hơi xăng và không khí cung cấp cho động cơ. Để động cơ làm việc đạt công suất, hiệu suất và tính năng kỹ thuật tốt thì bộ chế hòa khí phải cung cấp hỗn hợp với thành phần và số lượng thích hợp cho từng chế độ làm việc của động cơ. Hỗn hợp cung cấp cho động cơ được tạo thành bằng các phương pháp sau: I.1 Phng pháp s dng b ch hòa khí B ch hòa khí là cụm chi tiết quan trọng nhất của hệ thống cung cấp nhiên liệu, chúng làm nhiệm vụ chuẩn bò hỗn hợp và cung cấp hỗn hợp cho động cơ làm việc. Trên (hình 11.1) giới thiệu sơ đồ nguyên lý của hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí đơn giản điển hình. Xăng được vận chuyển cưỡng bức trong hệ thống nhờ bơm nhiên liệu số (3) hoặc tự chảy trong hệ thống khi bình chứa xăng đặt cao hơn buồng phao và đường ống. Khi động cơ làm việc, nhiên liệu từ bình chứa được bơm hút qua lọc để lọc sạch cặn bẩn, tạp chất cơ học có trong nhiên liệu sau đó được đưa đến buồng phao (4). Trong buồng phao có cơ cấu van kim và phao xăng để giữ cho mức xăng trong buồng phao được ổn đònh. Trong quá trình nạp, không khí được hút vào động cơ qua họng khuếch tán (6) có tiết diện co hẹp. Tại đây do tác dụng của độ chân không xăng được hút qua gíc-lơ (5), gíc-lơ có tác dụng đảm bảo lưu lượng xăng đi ra đúng như thiết kế. Tại họng khuếch tán, nhiên liệu được không khí xé tơi đồng thời bay hơi và hòa trộn tạo thành hỗn hợp nạp vào động cơ. Lượng hỗn hợp vào động cơ được điều chỉnh nhờ bướm ga (7) để phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ. I.2. Phương pháp phun xăng trên đường ống nạp Trong động cơ xăng dùng hệ thống cung cấp nhiên liệu bằng chế hòa khí, lượng hỗn hợp và thành phần hỗn hợp được điều khiển không tối ưu theo từng chế độ làm việc trên động cơ. Mặc khác, do đa số các cơ cấu trong chế hòa khí dẫn động bằng cơ khí nên đặc tính đáp ứng của nó không nhanh khi động cơ thay đổi chế độ làm việc. Do bộ chế hòa khí có nhiều khuyết điểm nên hiện nay đa số các động cơ xăng dùng hệ thống cung cấp nhiên liệu bằng phương pháp phun xăng trên đường ống nạp đã ra đời. Hình 11.1 . Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí. 1 2 3 4 5 6 7 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 222 Trong hệ thống phun xăng, nhiên liệu được phun vào đường ống nạp (bên cạnh supap nạp) bằng các cơ cấu điều khiển bằng cơ khí hay điện tử, không nhờ độ chân không tại họng như chế hòa khí. Đối với hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử, lượng nhiên liệu phun sẽ lệ thuộc vào lượng không khí nạp, nhiệt độ không khí nạp, tốc độ động cơ, vò trí bướm ga, và các điều điện quan trọng khác. Máy tính sẽ điều khiển lượng nhiên liệu phun thích hợp nhất vào động cơ để tạo hỗn hợp tối ưu nhất đáp ứng với mọi chế độ làm việc của động cơ. Giúp động cơ phát huy công suất, hiệu suất và đồng thời giảm thiểu khí cháy gây ô nhiễm môi trường. I.3. Phương pháp phun xăng trực tiếp vào buồng cháy (GDI – Gasoline Direct Injection) Trong những loại động cơ xăng dùng chế hòa khí hoặc phun xăng trên đường ống nạp có vài điểm hạn chế, do hỗn hợp giữa nhiên liệu và không khí phân bố không thật đều trong buồng cháy nên hiệu suất của quá trình cháy không cao. Điều này ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ và nồng độ các chất phát thải gây ô nhiễm môi trường. Trên động cơ GDI, kết cấu của buồng cháy, đường ống nạp thải và quá trình phun nhiên liệu được thực hiện tốt nhất nhờ vào hệ thống kim phun áp suất cao. Ở những động cơ GDI, hỗn hợp nhiên liệu có độ đậm đặc tốt nhất xếp thành từng lớp ngay ở điện cực của bougie. Ngoài ra do đặc điểm ưu việt về kết cấu của đường ống nạp thải làm nâng cao được hệ số nạp và tạo điều kiện cho hòa khí được hình thành đều hơn. Kết quả là quá trình cháy trên động cơ GDI được thực hiện với những thành phần hỗn hợp rất loãng, nâng cao công suất và hiệu suất động cơ đồng thời còn giảm suất tiêu hao nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. I.4. Phương pháp tạo hỗn hợp phân lớp Bản chất của phương pháp này là bố trí vò trí đặt bougie đánh lửa và kết cấu buồng cháy thích hợp nhất để đốt cháy hỗn hợp bằng tia lửa điện tại vò trí có tỷ lệ hỗn hợp đậm (α < 1). Phần hỗn hợp này sau khi bốc cháy sẽ đóng vai trò là tia lửa mồi, đốt tiếp phần hỗn hợp còn lại có thành phần nhạt hơn (α > 1) để sinh công. Như vậy, hỗn hợp toàn bộ của động cơ là hỗn hợp rất nhạt nhưng vẫn được đốt cháy hoàn toàn (mặc dù trên động cơ thông thường không thể cháy được). Do đó nâng cao được hiệu suất có ích, giảm suất tiêu hao nhiên liệu và giảm được ô nhiễm môi trường do các thành phần sinh ra trong khí thải. Hiện nay, tất cả các nhà sản xuất ôtô hàng đầu thế giới đều nghiên cứu chế tạo động cơ hình thành khí hỗn hợp phân lớp với nhiều loại kết cấu với buồng cháy. Trên hình 11.2 giới thiệu về một loại động cơ hình thành hỗn hợp kiểu phân lớp của hãng Ford có tên là Ford Proco với buồng cháy thống nhất. Nhiên liệu được vòi phun (2) phun vào gần tâm xylanh tạo thành tia phun với góc tia khoảng 100 0 . Do kết cấu đường ống nạp (5) có dạng xoắn tiếp tuyến nên trong xylanh vào thời điểm phun nhiên liệu vẫn còn dòng xoáy quay tròn của không khí quanh tâm xylanh. Nhiên liệu phun ra được cuốn quanh theo và hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp. Hình 11.2. Phương pháp hình thành hỗn hợp phân lớp. 4 2 3 5 6 7 1 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 223 Do ảnh hưởng của lực ly tâm nên thành phần hỗn hợp càng xa tâm quay (càng sát thành buồng cháy) có tỷ lệ càng đậm. Bougie được đặt ở một vò trí nhất đònh so với tâm xylanh (dấu thập trên hình 11.2). Khi bougie bật tia lửa điện, hỗn hợp gần sát bougie (có thành phần đậm) sẽ cháy trước và sau đó làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại. Đối với động cơ hình thành khí hỗn hợp như thế này, thời điểm phun và thời điểm đánh lửa có quan hệ mật thiết với nhau, và chúng đều được điều khiển bằng điện tử. Trên động cơ GDI, để điều chỉnh tải trọng của động cơ từ toàn tải đến 50% tải người ta chỉ thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy, còn lượng không khí nạp thì không đổi, phương pháp điều chỉnh này giống như động cơ Diesel. Từ 50% tải trở xuống, lượng không khí nạp cũng được điều chỉnh thông qua một bướm tiết lưu để tránh hỗn hợp quá nhạt. Khi tỷ lệ hỗn hợp quá nhạt sẽ làm giảm tốc độ lan truyền của màng lửa, dẫn đến giảm hiệu suất quá trình cháy và làm giảm tính kinh tế của động cơ. Đối với phương pháp hình thành hỗn hợp phân lớp ở đôïng cơ xăng, ngoài khả năng giảm độc hại trong khí thải còn có ưu điểm khác so với động cơ Diesel như suất tiêu hao nhiên liệu thấp ở chế độ tải trung bình và tải nhỏ. Do đó nó thích hợp cho động cơ ôtô chạy trong thành phố là động cơ ôtô thường xuyên làm việc ở chế độ này. II. BỘ CHẾ HÒA KHÍ II.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí Hệ thống nhiên liệu trên động cơ xăng sử dụng chế hòa khí có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu từ bình chứa đến hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp, cung cấp cho động cơ với lượng và thành phần thích hợp nhất cho từng chế độ làm việc. Hệ thống nhiên liệu sử dụng chế hòa khí bao gồm các thành phần như (hình 11.3) sau: Trong sơ đồ trên có ba đường ống dẫn xăng: đường nhiên liệu chính dẫn từ bình chứa tới bơm, đường hồi nhiên liệu về bình chứa và đường dẫn hơi nhiên liệu từ bình chứa đến bộ lọc hơi xăng (không cho hơi xăng thoát ra môi trường). Bình chứa nhiên liệu Lọc nhiên liệu Bộ chế hòa khí Bơm nhiên liệu Ống dẫn nhiên liệu Bộ hấp thụ hơi xăng (chỉ có trên một số xe) Ống dẫn hơi nhiên liệu Ống hồi nhiên liệu Hình 11.3. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ xăng dùng chế hòa khí. Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 224 II.1.1. Bình chứa nhiên liệu Bình chứa nhiên liệu được làm từ các tấm thép mỏng được đặt ở phía sau xe để chống sự rò rỉ của xăng trong trường hợp xảy ra va chạm. Phía trong bình chứa có mạ một lớp kim loại chống rỉ. Trong bình chứa xăng có các tấm ngăn để tránh việc thay đổi mức nhiên liệu khi xe chuyển động, đặc biệt là khi tăng tốc và giảm tốc đột ngột. Miệng của ống dẫn xăng được đặt cao hơn đáy thùng khoảng 2 ÷ 3 cm để chống cặn và nước có lẫn trong bình chứa. Ngoài ra trong bình chứa nhiên liệu còn có lọc thô và cảm biến để do mức nhiên liệu. II.1.2. Lọc nhiên liệu Lọc nhiên liệu được bố trí giữa bình chứa nhiên liệu và bơm nhiên liệu để loại bỏ cặn bẩn, tạp chất hoặc nước có lẫn trong xăng. Các phần tử bên trong bầu lọc làm giảm tốc độ dòng nhiên liệu, làm cho các phần tử nặng hơn xăng được giữ lại ở đáy của lọc và các chất bẩn nhẹ hơn xăng được lọc ra bởi các phần tử lọc (hình 11.5). II.1.3. Bơm nhiên liệu Có hai loại bơm nhiên liệu, một loại có đường hồi và một loại không có đường hồi. Tuy nhiên, về cấu tạo và hoạt động của hai loại này cơ bản giống nhau. Khi cam tác động vào cánh tay đòn của bơm, màng bơm sẽ chuyển động làm thay đổi thể tích của buồng phía trên và phía dưới (hình 11.6). Khi màng chuyển động xuống phía dưới van nạp mở, van thoát đóng nhiên liệu từ bình chứa nạp vào bơm. Khi màng chuyển động lên phía trên, van thoát mở và van nạp đóng, nhiên liệu được cung cấp đến chế hòa khí. Hình 11.4. Bình chứa nhiên liệu. Thiết bò đo mức nhiên liệu Tấm ngăn Tới bộ lọc hơi xăng Nhiên liệu về từ chế hòa khí hoặc từ bơm Đến bộ chế hòa khí Đến bơm nhiên liệu Phần tử lọc Nhiên liệu đến từ bình chứa Hình 11.5. Lọc nhiên liệu. Hình 11.6. Bơm nhiên liệu. Về bình chứa chế hòa khí Đến bộ Màng bơm Phớt dầu Tay đòn Van nạp Van thoát Nhiên liệu đến từ lọc Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 225 II.2. Đường đặc tính lý tưởng của bộ chế hòa khí Muốn tăng tốc độ bay hơi cần phải xé tơi xăng thật tốt, để làm được điều này cần phải tạo ra sự chênh lệch tốc độ giữa không khí và xăng qua họng. Tốc độ tương đối này càng lớn thì xăng được xé tơi càng tốt. Thực nghiệm cho thấy, xăng bắt đầu được xé tơi khi tốc độ tương đối đạt 4 ÷ 6 m/s, khi tốc độ trên đạt tới 30 m/s thì xăng được xé tơi hoàn toàn. Tốc độ dòng không khí qua họng bộ chế hòa khí động cơ xăng hiện nay đạt 150 ÷ 200 m/s, tốc độ của dòng nhiên liệu qua vòi phun nhỏ hơn tốc độ này khoảng 25 lần. Như vậy khi động cơ đạt tốc độ cực đại, tốc độ tia xăng ra khỏi vòi phun đạt khoảng 6 ÷ 8 m/s. Thành phần hòa khí đi vào xylanh động cơ phụ thuộc vào tốc độ của dòng không khí qua họng, tốc độ của xăng ra khỏi vòi phun và đặc điểm kết cấu của vòi phun và họng khuếch tán. Thành phần hòa khí này được thể hiện qua hệ số dư lượng không khí α, thay đổi theo từng chế độ làm việc của động cơ. Đặc tính của bộ chế hòa khí là hàm số thể hiện mối quan hệ giữa hệ số dư lượng không khi α của bộ chế hòa khí với một trong các thông số đặc trưng cho lưu lượng của hòa khí được bộ chế hòa khí chuẩn bò và cấp cho động cơ. Đặc tính của bộ chế hòa khí dùng để đánh giá sự hoạt động của bộ chế hòa khí khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi. onl k L.G G =α (11.1) Trong đó: G k – lượng không khí qua bộ chế hòa khí, (kg/s). G nl – lượng nhiên liệu qua bộ chế hòa khí, (kg/s). L o – lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu, (kg/kg nhiên liệu). Đặc tính lý tưởng của chế hòa khí là đặc tính thể hiện sự thay đổi thành phần hòa khí α tối ưu theo từng chế độ làm việc của động cơ. Quy luật thay đổi thành phần hòa khí tối ưu được xác đònh qua đặc tính điều chỉnh thành phần hòa khí, thể hiện sự biến thiên của các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ theo hệ số dư lượng không khí α khi giữ không đổi tốc độ động cơ và vò trí bướm ga (hình 11.7). Trên đồ thò: tung độ là công suất động cơ N e và suất tiêu hao nhiên liệu g e , hoành độ là hệ số dư lượng không khí α. Các đường I – I’ là kết quả khảo nghiệm khi mở bướm ga 100%. Các đường II – II’ và III – III’ tương ứng với các vò trí bướm ga nhỏ dần. Qua đồ thò ta có nhận xét: - Với n = const, ở mỗi vò trí bướm ga giá trò của α tương ứng với công suất cực đại (các điểm 1, 2, 3) đều nhỏ hơn những điểm có suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (các điểm 5, 6, 7, 8, 9, 10). - Ở mỗi vò trí bướm ga, các điểm đạt công suất cực đại đều có α < 1. a b 0 20 40 60 80 N e , % 0,4 60 100 140 180 g e , % 0,6 0,8 1,0 1,2 α Hình 11.7. Các đặc tính điều chỉnh thành phần hòa khí. I II III III’ II’ I’ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 226 - Càng đóng nhỏ bướm ga, α của điểm có công suất cực đại càng giảm. - Khi mở 100% bướm ga, suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất xuất hiện tại α ≈ 1,1. Càng đóng nhỏ bướm ga vò trí xuất hiện g emin càng chuyển về hướng giảm của α, khi đóng bướm ga gần kín giá trò g emin tương ứng với α < 1. Từ kết quả trên ta có, khi đóng bướm ga nhỏ dần, muốn có công suất cực đại (N emax ) cũng như muốn có suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (g emin ) đều phải làm cho hòa khí đậm lên. Tuỳ theo công dụng và điều kiện làm của động cơ mà thực hiện việc điều chỉnh để N e và g e biến thiên theo thành phần hòa khí α được sát với đường có thành phần hòa khí của công suất cực đại (đường a) hoặc sát với đường có thành phần hòa khí của suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (đường b). Nhờ các đường cong a, b ta xây dựng được mối quan hệ giữa thành phần hòa khí α theo lượng không khí G k của chế hòa khí trên toạ độ α – G k theo công suất cực đại hoặc suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (hình 11.8). Trong thực tế, người sử chỉ đòi hỏi động cơ phát ra công suất cực đại khi mở 100% bướm ga (điểm 1), còn lại tất cả các vò trí khác khi đóng nhỏ dần bướm ga cần điều chỉnh để động cơ hoạt động với thành phần hòa khí tiết kiệm nhất. Vì vậy, mối quan hệ lý tưởnh nhất giữa α và G k là đường 4. Đây chính là đặc tính lý tưởng của chế hòa khí, khi động cơ làm việc ở một tốc độ nhất đònh. Tiếp tục thử nghiệm động cơ với nhiều giá trò tốc độ khác nhau của động cơ, ta cũng thu được các dạng đặc tính tương tự (hình 11.9). Đường bao 2 của các đặc tính thể hiện các chế độ làm việc tiết kiệm nhất ở các tốc độ khác nhau khi mở hết bướm ga. Đường 1 là đường nối các điểm có công suất cực đại ở các tốc độ khác nhau của động cơ khi mở 100% bướm ga. Tuy nhiên, để giảm mức độ phức tạp, người ta dùng đường trung bình thay cho đặc tính lý tưởng α – G k được xác đònh bằng thực nghiệm để động cơ làm việc tiết kiệm nhiên liệu nhất đối với mọi tốt độ (hình 11.10). 20 30 40 50 60 70 80 90 G k ,% 0,4 0,6 0,8 1,0 α 1 2 3 4 I Hình 11.8. Đặc tính lý tưởng của chế hòa khí. I – giới hạn không tải. 1 – khi bướm ga mở hoàn toàn. 2 – khi công suất cực đại. 3 – khi suất tiêu hao nhiêu liệu nhỏ nhất. 4 – quan hệ lý tưởng của α và G k n 1 n 2 n 3 n 4 α G k α = 1 Hình 11.9. Đặc tính lý tưởng của chế hòa khí ở các tốc độ khác nhau. (n 1 > n 2 > n 3 ) 1 – các chế độ N emax , khi mở hết bướm ga. 2 – các chế độ g emin , khi mở hết bướm ga. 1 2 n 1 n 2 n 3 n 4 α G k α = 1 Hình 11.10. Đặc tính lý tưởng của chế hòa khí ở các tốc độ khác nhau. (n 1 > n 2 > n 3 ) Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 227 Giới hạn của hệ số dư lượng không khí α ở các chế độ làm việc khác nhau như sau: - Khi động cơ làm việc ở chế độ không tải, muốn động cơ làm việc ổn đònh α = 0,4 ÷ 0,8. - Khi mở bướm ga tương đối rộng α = 1,07 ÷ 1,15 để giúp động cơ làm việc tiết kiệm. - Để động cơ đạt công suất cực đại khi mở 100% bướm ga cần α = 0,75 ÷ 0,9. - Khi khởi động lạnh ở tốc độ thấp, hòa khí đậm để động cơ dễ khởi động cần α = 0,3 ÷ 0,4. II.3. Hệ thống phun chính và phương pháp điều chỉnh thành phần hỗn hợp Hệ thống phun chính của bộ chế hòa khí là hệ thống cung cấp lượng xăng chủ yếu cho hầu hết các chế độ làm việc có tải của động cơ. Cho đến nay, người ta vẫn dùng một trong ba biện pháp sau để điều chỉnh thành phần hỗn hợp: - Giảm độ chân không ở giclơ chính. - Giảm độ chân không ở họng. - Điều chỉnh tiết diện gic-lơ chính kết hợp với hệ thống không tải. II.3.1. Hệ thống chính giảm độ chân không ở gíc-lơ chính (hình 11.11) Nhiên liệu từ buồng phao qua gíc-lơ chính 1 vào không gian 2, rồi từ đó qua vòi phun 5 vào họng khuếch tán. Ống không khí 3 nối liền với không gian 2, trên miệng ống 3 có gíc-lơ không khí 4. Khi động cơ chưa làm việc, mức xăng trong ống 3 và trong vòi phun bằng nhau. Khi động cơ hoạt động, phần xăng trong ống 3 sẽ hút hết trước, lúc này xăng qua gíc-lơ 1 và không khí qua gic-lơ 4 vào hòa trộn trong không gian 2 tạo thành các bọt xăng rồi phun vào họng bộ chế hòa khí. Khi ra khỏi vòi phun các bọt xăng này được xé tơi nhanh và hòa trộn đều với không khí tạo nên hỗn hợp. Trong quá trình này, không khí qua gíc-lơ 4 đi vào ống 3 vì vậy làm cho độ chân không ở sau gíc-lơ 1 giảm, nhờ đó giảm lượng xăng qua gíc-lơ 1. Điều này có tác dụng làm hòa khí cấp cho động cơ nhạt dần khi tăng độ chân không ở họng ∆P h . II.3.2. Hệ thống chính có gíc-lơ bổ sung (hình 11.12) Phương pháp điều chỉnh thành phần hỗn hợp nhờ gíc-lơ bổ sung là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chỉnh độ chân không ở gíc-lơ chính. Trong hệ thống gồm có hai gíc-lơ nhiên liệu tạo thành hai hệ thống cung cấp nhiên liệu vào họng khuếch tán. Một hệ thống được xem như hệ thống chính giảm độ chân không ở gíc-lơ chính, với tiết diện của gíc-lơ không khí là ∞ và hệ thống còn lại thực chất là bộ chế hòa khí đơn giản. Khi động cơ không làm việc thì mức xăng trong cả hai hệ thống đều như nhau và ngang với mức xăng trong buồng phao. Khi động cơ làm việc, hệ thống bổ sung cũng làm việc như hệ thống làm giảm độ chân không ở gíc-lơ (xem hình 11.12). Hình 11.11. Sơ đồ nguyên lý hệ thống chính giảm độ chân không ở gíc-lơ chính. 1 – gíc-lơ chính; 2 – không gian tạo bọt xăng; 3 – ống không khí; 4 – gíc-lơ không khí; 5 – vòi phun. 1 2 3 4 5 H Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 228 II.3.3. Hệ thống chính điều chỉnh độ chân không ở họng khuếch tán Thay đổi thành phần hòa khí đưa vào động cơ bằng cách điều chỉnh độ chân không ở họng, có thể thực hiện theo hai cách sau: - Đưa thêm không khí vào khu vực phía sau họng. - Thay đổi tiết diện lưu thông của họng. Cả hai cách này đều làm giảm độ chân không ở họng khi tăng lượng không khí qua họng G k , qua đó giảm được lượng nhiên liệu đi qua họng G nl . Nhờ đó hòa khí cung cấp cho động cơ nhạt dần. Hình 11.12. Sơ đồ bộ nguyên lý hệ thống chính có gíc-lơ bổ sung. 1 – gíc-lơ chính; 2 – gíc-lơ bổ sung; 3 – ống không khí; 4 – vòi phun; 5 – vòi phun. 1 2 3 4 5 Hình 11.13. Các phương pháp giảm độ chân không ở họng. a), b), c) dùng van phụ đi tắt; 1 – gíc-lơ, 2 – vòi phun, 3 – họng, 4 – lò xo. d) thay đổi tiết diện ở họng; 1 – bướm ga; 2 – vòi phun; 3 – họng. a) b) c) d) 1 2 2 3 3 4 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 229 Cách 1: được giới thiệu trên các hình 11.13a, b, c bằng cách đặt một van phụ trên đường ống nạp ở khu vực không gian hỗn hợp hoặc cho một phần không khí đi tắt qua van một chiều hình cầu hay qua khe hở giữa các lò xo lá. Khi độ chân không ở họng quá lớn, đường thông qua các van và các lò xo được mở rộng, xăng từ buồng phao qua gíc-lơ và vòi phun để phun vào họng. Bướm ga càng mở rộng, tốc độ dòng khí phía trước họng càng tăng, đồng thời độ chân không ở họng và độ chân không ở phía sau họng cũng tăng theo. Khi độ chân không tác dụng lên các lò xo đủ lớn thì các lá lò xo tự động mở đường ống phụ xung quanh họng. Kết quả là làm giảm được độ chân không ở họng, từ đó giảm lượng nhiên liệu G nl và làm cho hòa khí nhạt dần theo yêu cầu. Ưu điểm của phương pháp này là do có thể giảm bớt đường kính của họng nên khi đóng nhỏ bướm ga, tốc độ dòng không khí qua họng còn tương đối cao, nhờ đó xăng ra vòi phun được xé tơi tốt. Nhược điểm của nó là khó điều chỉnh tỷ lệ hòa khí với thành phần tốt nhất cho từng chế độ làm việc của động cơ. Hoạt động của hệ thống thiếu ổn đònh, bởi sau một thời gian làm việc, lực đàn hồi của các lá lò xo bò giảm, làm cho bộ chế hòa khí hoạt động kém chính xác. Chính vì vậy, ngày nay các phương pháp này rất ít dùng. Cách 2: được thể hiện trên hình 11.13d, khi càng mở rộng bướm ga các cánh 2 càng áp sát vào thành họng, làm tăng tiết diện lưu thông của họng ở khu vực đặc vòi phun. Kết quả dẫn đến giảm độ chân không ở họng và lượng nhiên liệu G nl qua họng cũng giảm, giúp cho hòa khí nhạt dần và động cơ làm việc tiết kiệm. II.3.4. Hệ thống chính thay đổi tiết diện gíc-lơ chính kết hợp với hệ thống không tải Trong hệ thống có đường xăng không tải 7, gíc-lơ chính 1 và van kim 2 như (hình 11.14). Khi động cơ làm việc ở chế độ không tải, bướm ga mở nhỏ, độ chân không ở họng rất nhỏ không đủ sức hút xăng ra vòi phun 4. Lúc này độ chân không sau bướm ga lớn truyền qua đường ống 7, hút xăng qua gíc-lơ 8 và không khí qua gíc-lơ 9 hòa trộn với nhau tạo thành hỗn hợp sơ bộ sau đó được hút qua đường ống 7 vào không gian sau bướm ga. Khi động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ và trung bình, bướm ga mở lớn dần, độ chân không sau bướm ga giảm dần và lượng xăng cung cấp qua gíc-lơ 8 cũng giảm theo. Trong quá trình này, tiết diện gíc-lơ 1 cũng được mở lớn dần qua các thanh dẫn động nhất van kim làm tăng lưu lượng xăng ra vòi phun 4, nhờ đó hòa khí trong xylanh không quá nhạt. Tuy nhiên, trong cơ cấu dẫn động cơ khí như hình 11.14 có nhược điểm là: tiết diện lưu thông của gíc-lơ 1 chỉ phụ thuộc vào vò trí của bướm ga. Vì vậy, với một vò trí nhất đònh của bướm ga, khi ta thay đổi tốc độ động cơ thì độ chân không tại họng thay đổi nên đòi hỏi vò trí van kim thay đổi theo, nhưng biện pháp dẫn động bằng cơ khí không đáp ứng được yêu cầu này. Với hệ thống dẫn động bằng chân không sẽ khắc phục được nhược điểm trên. Hình 11.14. Sơ đồ nguyên lý hệ thống chính đ iều chỉnh tiết diện của gíc lơ kết hợp với hệ thống không tải. 1 – gíc-lơ; 2 – van kim; 3 – thanh kéo; 4 – vòi phun; 5 – thanh kéo; 6 – tay gạt; 7 – đường ống không tải; 8,9 – gíc-lơ. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 230 Khi mở bướm ga 1, van kim 11 được nâng lên nhờ hệ thống tay đòn 2, 3, 4, 5. Nếu ở một vò trí bướm ga cố đònh, khi giảm tốc độ động cơ sẽ làm giảm độ chân không sau bướm ga, làm lò xo 7 đẩy piston lên và nhất kim làm tăng tiết diện lưu thông qua giclơ nên hòa khí đậm hơn (hình 11.15). Nếu tăng tốc độ động cơ thì độ chân không ở họng đủ sức hút piston 10 và van kim 11 đi xuống tới vò trí chặn của tay đòn. Khi đó vò trí của van kim chỉ phụ thuộc vào vò trí của bướm ga, nhờ tác dụng của tay đòn. Hệ thống chính điều chỉnh tiết diện của gíc-lơ kết hợp với hệ thống không tải có nhiều khuyết điểm, chủ yếu là hàm lượng hơi xăng trong hỗn hợp ít, vì không có bọt xăng phun qua vòi phun chính. Mặt khác van kim rất khó chế tạo và khi sử dụng mau mòn, nên ngày nay ít sử dụng. II.4. Các hệ thống phụ của bộ chế hòa khí Để tạo được hòa khí có thành phần thích hợp nhất, đáp ứng được mọi chế độ làm việc của động cơ. Ngoài hệ thống chính đã giới thiệu, chế hòa khí còn có các hệ thống phụ khác như: hệ thống không tải, hệ thống làm đậm, hệ thống tăng tốc, II.4.1. Hệ thống không tải Khi động cơ làm việc ở chế độ không tải, bướm ga đóng gần kín, độ chân không ở họng giảm xuống rất nhỏ nên không đủ sức hút xăng ra khỏi vòi phun chính. Lúc này, do trong xylanh luôn tồn tại một lượng khí sót nên muốn động cơ làm việc ổn đònh, phải có hòa khí đậm (α ≈ 0,6). Chính vì vậy trên động cơ phải trang bò hệ thống không tải để cung cấp hỗn hợp cho chế độ này. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thể hiện trên (hình 11.16). Bướm ga mở nhỏ, tuy độ chân không tại họng khuếch tán nhỏ nhưng độ chân không phía sau bướm ga rất lớn. Độ chân không này truyền qua lỗ 9 vào các đường ống 7, 4, 3 tới gíc-lơ không tải 2 để hút nhiên liệu qua gíc-lơ 13 vào hòa trộn với không khí được hút qua gíc-lơ không khí 4, 5 tạo thành hỗn hợp sơ bộ vào đường ống không tải. Sau đó hỗn hợp được phun vào không gian sau bướm ga, hòa trộn tiếp với không khí đi qua khe hở giữa bướm ga và thành ống và nạp vào xylanh động cơ. Do lỗ 8 được đặt cao hơn bướm ga khi bướm ga đóng gần kín nên khi động cơ làm việc ở chế độ không tải lỗ 8 đóng vai trò cung cấp thêm không khí để hòa trộn với hỗn hợp sơ bộ ở phần cuối ống không tải, sau đó được hút ra lỗ 9 vào đường nạp. Ngoài ra lỗ 8 còn có tác dụng không để xảy ra trường hợp hòa khí quá nhạt khi động cơ chuyển từ chế độ không tải sang chế độ có tải. Bởi vì khi đó bướm ga đã mở thêm một góc khiến lỗ 8 nằm ở khu vực sau bướm ga, do có độ chân không tương đối lớn nên nó đóng vai trò như lỗ 9 ở trường hợp trên. Nhờ đó hòa khí có thành phần thích hợp giúp động cơ chuyển từ chế độ không tải sang có tải một cách êm dòu. Hình 11.15. Sơ đồ bộ chế hòa khí điều chỉnh tiết diện lưu thông của gíc-lơ bằng phương pháp dẫn động hỗn hợp. 1 – bướm ga; 2, 3, 4, 5 – tay đòn; 6 – ống truyền chân không; 7 – lò xo; 8 – xylanh; 9 – buồng phao; 10 – piston; 11 – kim. 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 6 [...].. .Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng 5 3 4 4 3 13 5 7 8 6 7 8 2 9 10 11 9 1 12 7 8 2 10 6 9 a) 11 12 1 b) Hình 11 .16 Sơ đồ nguyên lý hệ thống không tải 1 – gíc-lơ chính; 2 – gíc-lơ không tải; 3, 4, 7 – các đường ống dẫn; 5, 13 – lỗ thông khí; 6 – vít điều chỉnh; 8, 9 – lỗ phun; 10 – bướm ga; 11 – tay gạt; 12 – vít hạn chế Vít 6 dùng để điều... trình Động cơ đốt trong 1 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng 9 10 11 15 14 1 2 2 13 5 8 3 4 5 6 7 3 7 6 12 8 a) b) Hình 11 .17 Sơ đồ hệ thống làm đậm a) Dẫn động bằng cơ khí b) Dẫn động bằng chân không 1 – chế hòa khí; 2 – họng khuếch tán; 3 – bướm ga; 4 – tay đòn; 5 – gíc lơ chính; 6 – lò xo; 7 – gíc-lơ làm đậm; 8 – van; 9, 10 – tay đòn; 11 – buồng phao; 12 – đường ống; 13 – xylanh; 14 – piston; 15 – lò... hiện trên (hình 11 .49) 2 51 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng 2 4 3 9 8 10 7 11 14 15 16 17 Hình 11 .49 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng kiểu L – Jetronic 1 – bình chứa nhiên liệu ; 2 – bơm nhiên liệu; 3 – lọc nhiên liệu; 4 – ECU; 5 – kim phun; 6 – bộ điều áp; 7 – buồng nạp; 8 – kim phun khởi động; 9 – cảm biến bướm ga; 10 – bộ đo gió; 11 – cảm biến ôxy; 12 – công tắc nhiệt... khởi động Muốn động cơ dễ khởi động, ngay cả khi nhiệt độ động cơ thấp phải cần có hòa khí đậm (α = 0,3 ÷ 0,4), điều này được thực hiện nhờ hệ thống khởi động Hệ thống khởi động có sơ đồ nguyên lý như hình 11 .19 , làm việc như sau: 3 4 2 5 3 2 4 5 1 1 6 6 8 7 7 8 12 11 12 11 a) 10 9 b) 10 9 Hình 11 .19 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu điều khiển cánh bướm gió 1 – thanh kéo; 2 – miệng vào của chế hoà khí; 3 – bướm... 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng hoà khí khi tăng tốc Nếu chỉ mở bướm ga từ từ thì xăng trong xylanh sẽ lọt qua van 10 và khe hở giữa piston – xylanh quay về buồng phao, do đó quá trình tăng tốc không xảy ra 17 16 1 15 14 13 12 2 3 56 7 4 8 9 10 11 Hình 11 .18 Sơ đồ nguyên lý bơm tăng tốc dẫn động bằng cơ khí 1 – bộ chế hòa khí; 2 – họng khuếch tán; 3, 4 – bướm ga; 5, 6, 7 – hệ thống tay đòn; Do hòa... cung cấp vào các xylanh của động cơ Dựa vào lượng khí nạp thực tế, thiết bò đo lưu lượng không khí điều khiển lượng xăng ra Qua vòi phun 6 xăng được phun vào đường ống nạp, ngay trước supap nạp, hòa trộn với không khí đi qua bướm ga tạo thành hỗn hợp đi vào xylanh động cơ 1 3 5 2 4 A 6 11 8 B 9 7 12 13 15 17 10 16 18 19 Hình 11 .33 Sơ đồ hệ thống phun xăng kiểu K – Jetronic 1 – Thùng nhiên liệu ; 2 –... bướm gió được dùng nhiều hiện nay là bướm gió điều khiển tự động, như (hình 11 . 31) 239 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng Khi khởi động cho động cơ Khi động cơ khởi động bướm gió được đặt sau cho nó được đóng hoàn toàn bởi lò xo lưỡng kim cho đến khi nhiệt độ môi trường đạt tới 30oC Bướm gió Lạnh Dây lưỡng kim Khi động cơ làm việc với bướm gió đóng, độ chân không được tạo ra... nhiên liệu trong buồng phao thay đổi thì lượng xăng cung cấp từ vòi phun cũng thay đổi và tỷ lệ hỗn hợp cũng thay đổi theo Do vậy mức xăng trong buồng phao phải giữ ở vò trí cố đònh Điều này thực hiện bởi hệ thống phao như (hình 11 . 21) Buồng phao Nhiên liệu đến từ bơm h Van kim Phao Bướm ga Hình 11 . 21 Hệ thống phao 234 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng III .1. 1 Điều khiển... khi bướm gió đã mở hết và phía trong buồng lò xo đã đạt khoảng 10 00C Cuộn nhiệt điện trở Cuộn nhiệt điện trở Dây lưỡng kim Cực L Máy phát Sau khi động cơ khởi động Hình 11 . 31 Hệ thống điều khiển bướm gió tự động III.9 Cơ cấu không tải nhanh (cầm chừng nhanh) Sau khi động cơ khởi động lạnh, do nhiệt độ làm việc của động cơ chưa đạt giá trò ổn đònh nên ma sát bên trong động cơ tăng Chính vì vậy nên phải... tay đòn; 8 – cam; Khi khởi động cánh bướm 10 – bướm ga ;11 – thành ống phía sau bướm ga; gió 3 đóng kín, tạo độ chân không 12 – vít tỳ điều chỉnh trong đường ống nạp phía sau bướm gió, vì vậy tất cả các vòi phun chính và không tải hoạt động làm cho hoà khí đậm hẳn lên 233 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Trạng Khi động cơ bắt đầu làm việc mà bướm ga 10 chưa kòp mở, trên bướm . gíc-lơ làm đậm; 8 – van; 9, 10 – tay đòn; 11 – buồng phao; 12 – đường ống; 13 – xylanh; 14 – piston; 15 – lò xo. 1 2 3 4 5 6 3 7 6 12 8 7 5 2 1 13 14 11 15 9 10 8 a) b) Giáo trình Động cơ đốt trong. tay đòn; 8 – cam; 10 – bướm ga ;11 – thành ống phía sau bướm ga; 12 – vít tỳ điều chỉnh. 1 2 3 4 5 6 8 7 910 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 a) 11 12 9 b) 10 Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS chế. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7 8 7 8 9 6 10 9 11 12 5 3 4 1 2 13 a) b) Giáo trình Động cơ đốt trong 1 Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Trạng 232 b) Hệ thống làm đậm dẫn động bằng chân không (hình 11 .17 b) Khi động cơ làm việc ở tải