Bài giảng slide Nguyên lý ĐCĐT Đại học Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong

Khái niệm sự hình thành hòa khí Hình thành hòa khí là quá trình tạo ra hỗn hợp giữa nhiên liệu và không khí có thành phần thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ.. Khái niệm sự h

4.1.1 Khái niệm sự hình thành hòa khí

4.1.2 Phân loại sự hình thành hòa khí

4.2 sự hình thành hòa khí trong động cơ xăng

4.2.1 Yêu cầu thành phần hỗn hợp động cơ xăng

4.2.2 Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí

4.2.2.1 nguyên lí tạo hỗn hợp

4.2.2.2 Đặc tính lí tưởng của bộ chế hòa khí

4.2.2.3 Các tuyến xăng trong bộ chế hòa khí

4.2.3 Hình thành hỗn hợp trong động cơ phun xăng

4.2.3.1 Hệ thống phun xăng đơn điểm

4.2.3.2 Hệ thống phun xăng đa điểm

4.2.3.3 Hệ thống phun xăng trực tiếp

4.2.3.4 Lý thuyết chung về phun xăng

4.2.4 So sánh hệ thống phun xăng và hệ thống dùng chế hòa khí 4.3 Hình thành hỗn hợp trong động cơ Diezel

4.3.1 Chất lượng tia phun và các nhân tố ảnh hưởng

4.3.2 Cấu trúc và sự phát triển của tia phun nhiên liệu

4.2.3 Các phương pháp hình thành hòa khí trong động cơ diezel

4 1 Sự hình thành hòa khí trong động cơ đốt trong

4.1.1 Khái niệm sự hình thành hòa khí

Hình thành hòa khí là quá trình tạo ra hỗn hợp giữa nhiên liệu

và không khí có thành phần thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ Hỗn hợp đó gọi là hòa khí Hình thành hòa khí có ảnh hưởng quyết định đến quá trình cháy, qua đó đến tính kinh

tế, tính hiệu quả, độ êm dịu và chất lượng khí thải của động cơ

Tỷ lệ không khí với nhiên liệu được gọi là thành phần hoà

khí

4.1.1 Khái niệm sự hình thành hòa khí

 Thành phần hoà khí được đánh giá theo một trong 2 chỉ tiêu sau đây:

 Hệ số dư lượng không khí :

 Trong đó:

 Gkk- lưu lượng không khí thực tế cấp cho động cơ ở một chế độ cụ thể, kg/s.

 Gnl - lưu lượng nhiên liệu cấp cho động cơ ở một chế độ cụ thể kg/s

 L0- lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoà toàn 1kg nhiên liệu, kg/kg

0

.L G

G nl

kk





4.1 Sự hình thành hòa khí trong động cơ đốt trong

4.1.1 Khái niệm sự hình thành hòa khí

Tỷ lệ không khí và nhiên liệu (Air/ Fuel Ratio–viết tắt là A/F R):

Gkk

A/FR= 1kg nl

Trong quá trình làm việc động cơ đòi hỏi thành phần hoà khí ở mỗi chế độ làm việc khác nhau

4.1 Sự hình thành hòa khí trong động cơ đốt trong 4.1.1 Khái niệm sự hình thành hòa khí

4.1 Sự hình thành hòa khí trong động cơ đốt trong

4.1.1 Khái niệm sự hình thành hòa khí

Sự hình thành hòa khí có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng quá trình cháy, do đó ảnh hưởng đến tính kinh tế, tính hiệu quả,

độ êm dịu và mức độ độc hại của khí thải của động cơ

 Quá trình hình thành hòa khí bao gồm các quá trình lý hóa phức tạp, đan xen hoặc kế tiếp nhau tùy theo loại động cơ

4.1.2 Phân loại sự hình thành hòa khí

Theo tính chất của hòa khí :

 Hình thành hòa khí đồng nhất

 Hình thành hòa khí không đồng nhất

Theo vị trí hình thành hòa khí:

 Hình thành hòa khí bên trong xilanh

 Hình thành hòa khí bên ngoài xilanh

Theo loại nhiên liệu:

 Hình thành hòa khí trong động cơ xăng

 Hình thành hòa khí trong động cơ diezel

4.2 Hình thành hòa khí trong động cơ xăng

4.2.1 Yêu cầu thành phần khí hỗn hợp động cơ xăng

Muốn cho hoà khí có chất lượng để đảm bảo cho động cơ làm việc tốt thì quá trình tạo hỗn hợp trong động cơ xăng phải thoả mãn những yêu cầu sau :

Tỷ lệ giữa không khí và xăng thể hiện qua hệ số dư lượng không khí  hoặc A/F R phải thích hợp nhất đối với từng chế độ làm việc của động cơ Trong phạm vi thay đổi rộng về tốc độ và phụ tải, giới hạn thay đổi của thành phần hoà khí trong động cơ xăng có BCHK nằm trong phạm vi từ min = 0,3 đến ma x = 1,2 hoặc tính theo A/FR là 1:1 đến 22:1

4.2 Hình thành hòa khí trong động cơ xăng

4.2.1 Yêu cầu thành phần khí hỗn hợp động cơ xăng

Xăng chứa trong hỗn hợp phải giúp cho quá trình cháy phát triển tốt nhất, nghĩa là xăng phải ở trạng thái hơi Phần xăng còn lại ở thể lỏng chưa kịp bốc hơi phải là những hạt xăng có đường kính nhỏ

 Hỗn hợp trong toàn bộ thể tích buồng cháy của mỗi xi lanh phải có thành phần như nhau Với yêu cầu đó, trên một số động

cơ nhiều xi lanh người ta dùng các bộ chế hoà khí 2 họng

 Số lượng và thành phần hoà khí trong các xylanh của động cơ nhiều xylanh phải như nhau

4.2 Hình thành hòa khí trong động cơ xăng

Những nhân tố ảnh hưởng đến việc tạo hỗn hợp trong động cơ xăng

Nhân tố thời gian: Trong các động cơ cao tốc hiện nay thì quá

trình chuẩn bị hoà khí rất ngắn, chỉ chiếm khoảng 10 phần trăm giây Khi tốc độ của động cơ càng cao thì thời gian chuẩn bị hoà khí càng ngắn Với thời gian ngắn như vậy nên rất khó tạo

ra hoà khí có chất lượng tốt

Nhân tố nhiệt độ: Nếu tăng nhiệt độ của hoà khí thì cường độ

bốc hơi của nhiên liệu và hệ số nạp của động cơ cũng tăng theo Nhưng nếu sấy nóng quá mức hoà khí trên đường nạp của động cơ thì hệ số nạp sẽ giảm

4.2 Hình thành hòa khí trong động cơ xăng

Những nhân tố ảnh hưởng đến việc tạo hỗn hợp trong động cơ xăng

Chất lượng nhiên liệu: Xăng là do nhiều loại cácbuahyđrô tạo

thành, trong mỗi loại cácbuahyđrô có nhiệt độ sôi và nhiệt độ bốc hơi khác nhau (xem chương 3) Nếu tăng hàm lượng của thành phần cácbuahyđrô dễ bốc hơi trong xăng thì hoà khí có nhiều hơi xăng và động cơ dễ khởi động

4.2 Hình thành hòa khí trong động cơ xăng

Những nhân tố ảnh hưởng đến việc tạo hỗn hợp trong động cơ xăng

Các nhân tố về cấu tạo: Các nhân tố này bao gồm nguyên lý

và kết cấu của các cụm chi tiết trong trong vòi phun hoặc ở bộ chế hoà khí, số lượng và cách bố trí các thiết bị này trên động

cơ, hệ thống sấy nóng, chất lượng bề mặt và hình dạng tiết diện ngang của đường ống nạp và hình dạng buồng cháy Các nhân

tố này gây ảnh hưởng tới mức độ phân bố đều hoà khí nạp vào các xi lanh, tới độ đồng nhất của hoà khí trong tất cả các xylanh và trong toàn bộ thể tích của mỗi xylanh

Hình 4-1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu

Cơ cấu van kim - phao giữ cho mức xăng trong buồng nhiên liệu

ổn định trong quá trình làm việc Trong quá trình nạp, không khí được hút vào động cơ phải lưu động qua họng khuếch tán 6 có tiết diện bị thu hẹp

Hình 4-1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu

Sau khi ra họng khuếch tán, nhiên liệu được dòng không khí xé tơi đồng thời bay hơi và hoà trộn tạo thành hỗn hợp nạp vào động

cơ

Lượng hỗn hợp đi vào động cơ được điều chỉnh nhờ bướm ga 7

 Độ xé tơi phụ thuộc vào kết cấu của vòi phun, chênh lệch áp suất phun, nhiệt độ không khí tại vòi phun, tính chất vật lí của xăng

4.2.2.1 Nguyên lí tạo hỗn hợp

b Quá trình bay hơi nhiên liệu

 Quá trình bay hơi xảy ra đồng thời với quá trình phun và xé tơi nhiên liệu

 Những giọt nhiên liệu có đường kính trung bình nhỏ sẽ bay hơi ngay ở buồng hỗn hợp của bộ chế hòa khí.

 Các thành phần cácbuahyđrô nhẹ bay hơi trước

 Những giọt nhiên liệu có đường kính lớn hơn, dưới tác dụng của dòng không khí bị văng ra xa đường tâm của họng khuyếch tán

và bám lên thành buồng hỗn hợp tạo thành màng nhiên liệu

4.2.2 Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí

4.2.2.1 Nguyên lí tạo hỗn hợp

b Quá trình bay hơi nhiên liệu

Màng nhiên liệu bị dòng không khí cuốn theo sẽ chuyển động dọc theo thành ống nạp vào xi lanh

Sự tạo màng nhiên liệu trên thành đường ống nạp là một hiện tượng có hại vì nó làm giảm lượng nhiên liệu bay hơi trong quá trình tạo hỗn hợp

Mặt khác khi màng nhiên liệu vào tới xi lanh, nó làm loãng lớp dầu bôi trơn trên thành xi lanh gây ra mài mòn nhanh chóng các chi tiết nhóm xi lanh - piston của động cơ

4.2.2 Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí

4.2.2.1 Nguyên lí tạo hỗn hợp

b Quá trình bay hơi nhiên liệu

Quá trình bay hơi của nhiên liệu được đánh giá bằng tốc độ bay hơi :

 K: Hệ số tỷ lệ

 pbh: Áp suất bảo hoà của nhiên liệu ở nhiệt độ xác định

 pnl: Áp suất riêng phần của nhiên liệu

 phh: Áp suất tuyệt đối của hỗn hợp không khí với nhiên liệu

 S: Diện tích bề mặt tự do của nhiên liệu

S p

p p

4.2.2 Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí

4.2.2.1 Nguyên lí tạo hỗn hợp

b Quá trình bay hơi nhiên liệu

Từ biểu thức trên ta thấy: Muốn tăng tốc độ bay hơi của nhiên liệu để hoàn thiện quá trình tạo hỗn hợp ta có thể thực hiện hai biện pháp:

Tăng hiệu số pbh – pnl

Tăng diện tích bề mặt tự do của nhiên liệu S

4.2.2 Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí

4.2.2.1 Nguyên lí tạo hỗn hợp

c Quá trình hòa trộn giữa hơi nhiên liệu và không khí

Quá trình hoà trộn giữa hơi nhiên liệu và không khí xảy ra cùng với quá trình phun và bay hơi Nếu tạo được xoáy lốc trên đường nạp thì quá trình bay hơi và hoà trộn giữa hơi nhiên liệu

và không khí sẽ xảy ra tốt

Khi có xoáy lốc, quá trình bay hơi và khuyếch tán hơi nhiên liệu xảy ra nhanh và làm cho hỗn hợp có nồng độ hơi cao Hỗn hợp cung cấp vào xylanh sẽ có độ đồng đều tốt hơn

4.2.2.2 Đặc tính của bộ chế hòa khí lí tưởng

Đặc tính lí tưởng của bộ chế hòa khí được xây dựng với số vòng quay không đổi, do đó độ chân không ở họng chỉ phụ thuộc vào độ mở bướm ga hay tải trọng của động cơ

4.2.2.2 Đặc tính của bộ chế hòa khí lí tưởng

Trên đặc tính lí tưởng chỉ rõ, ở chế độ từ không tải đến tải nhỏ (đoạn a-b) hỗn hợp phải rất đậm (λ=0,4÷0,8), do tỉ lệ khí sót trong hỗn hợp lớn và nhiệt độ động cơ thấp nên điều kiện bay hơi, hòa trộn nhiên liệu hình thành hỗn hợp và cháy kém

4.2.2.2 Đặc tính của bộ chế hòa khí lí tưởng

Từ chế độ tải nhỏ đến chế độ tải lớn (đoạn b-c), bướm ga mở

to dần, tải trọng tăng, những điều kiện trên được cải thiện nên

bộ chế hòa khí cung cấp hỗn hợp nhạt dần (để động cơ làm việc được tiết kiệm nhất, tức là có suất tiêu thụ nhiên liệu ge nhỏ nhất

4.2.2.2 Đặc tính của bộ chế hòa khí lí tưởng

Từ chế độ tải lớn đến chế độ toàn tải (đoạn c-d), hỗn hợp phải được làm đậm để động cơ phát ra công suất cao tức là có tính hiệu quả cao hay nói cách khác áp suất trung bình có ích lớn

 Khi bướm ga mở hoàn toàn(điểm d), hỗn hợp được làm đậm nhất(λ=0,75-0,9)), động cơ khi đó phát ra công suất cực đại

4.2.2.3 Các tuyến xăng trong bộ chế hòa khí

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tuyến xăng chính của BCHK, về bản chất, là bộ chế hòa khí đơn giản đã trình bày ở trên Do tồn tại các nhược điểm thể hiện ở đặc tính cung cấp nhiên liệu nên người ta chế tạo các tuyến xăng phụ bổ xung vào vào bộ chế hòa khí, với mục đích nắn đặc tính này càng gần với đặc tính chế hòa khí lý tưởng càng tốt

Các tuyến xăng phụ của bộ chế hòa khí bao gồm: Tuyến xăng không tải, tuyến xăng toàn tải, tuyến xăng tăng tốc, tuyến xăng làm đậm

4.2.2.3 Các tuyến xăng trong bộ chế hòa khí

Gồm 3 tuyến xăng hoạt động riêng biệt hoặc phối hợp tùy chế

độ làm việc của động cơ

 Tuyến xăng chính cơ bản được trình bày trên hình 4-5: Xăng được hút ra họng khuếch tán theo mạch như sau: Bầu phao xăng ->gíclơ chính -> ống tạo bọt -> họng phun chính

Hình 4-5: Tuyến xăng chính

cơ bản

4.2.2.3 Các tuyến xăng trong bộ chế hòa khí

Được mở ở chế độ bướm ga mở trên 60%

Tuyến xăng toàn tải ở những bộ chế hoà khí cơ khí thường được điều khiển bằng chân không, còn ở bộ chế hoà khí điện tử được điều khiển bằng một van điện

4.2.2.3 Các tuyến xăng trong bộ chế hòa khí

Bổ sung thêm lượng xăng cho tuyến xăng chính cơ bản và nó là một mạch xăng song song với tuyến xăng chính cơ bản: Bầu phao xăng-> van toàn tải ->gíclơ toàn tải ->ống tạo bọt ->họng phun chính

4.2.2.3 Các tuyến xăng trong bộ chế hòa khí

Ở chế độ bướm ga mở nhỏ, độ chân không ở họng hút cao nên píttông van toàn tải bị hút lên, nén lò xo A lại, cần píttông van toàn tải không tỳ vào van toàn tải nên lò xo B đẩy van toàn tải đóng, không cho xăng từ bầu phao qua đường này

4.2.2.3 Các tuyến xăng trong bộ chế hòa khí

Chỉ khi bướm ga mở trên 600 độ chân không ở họng hút giảm và lò

xo A đẩy píttông van toàn tải xuống làm cho van toàn tải mở

4.2.2.3 Các tuyến xăng trong bộ chế hòa khí

Tuyến xăng không tải cơ bản nhằm

duy trì việc cấp nhiên liệu cho động

cơ hoạt động khi bướm ga đóng

Hoạt động của tuyến xăng như sau : Bầu phao xăng->gíclơ chính họng một->gíclơ chạy chậm ->van tắt máy

lỗ ngầm trên thân bộ chế hoà khí

->vít chỉnh không tải >lỗ thoát phía dưới bướm ga

4.2.3 Hình thành hỗn hợp trong động cơ phun xăng

Trong hệ thống nhiên liệu phun xăng, xăng được phun vào động cơ vơí áp suất khoảng 3- 4 bar đối với loại phun vào đường ống nạp và 40 bar với loại phun trực tiếp vào xylanh Do được phun ra với áp suất cao và định lượng chính xác bằng điều khiển điện tử, nên xăng được xé nhỏ, bay hơi và hòa trộn rất tốt với không khí tạo thành hòa

khí Có hai loại là phun gián tiếp và phun xăng trực tiếp

vào xylanh

4.2.3.1 Phun gián tiếp

a Hệ thống phun xăng đơn điểm

Theo phương án này, xăng được phun vào ống nạp chung để cung cấp hỗn hợp cho các xy lanh Toàn bộ động cơ chỉ có một vòi phun ở đường ống nạp chung cho tất cả các xy lanh Về mặt nguyên tắc có thể sử dụng các phương pháp phun liên tục hay phun gián đoạn Vòi phun được bố trí ngay trên bướm tiết lưu, tại đây vận tốc dòng không khí lớn nhất tạo điều kiện tốt cho quá trình xé tơi xăng và hoà trộn với không khí

4.2.3.1 Phun gián tiếp

a Hệ thống phun xăng đơn điểm

1: Bơm 2: Lọc 3: Bộ ổn áp 4: Vòi phun điện từ

5: Nhiệt điện trở đo lưu lượng không khí

6: Van bổ sung không khí 7: Cảm biến góc mở bướm ga 8: Bộ điều khiển điện tử

9: Bướm ga 10: Tín hiệu tốc độ vòng quay động cơ

11: Tín hiệu nhiệt độ động cơ 12:Cảm biến thành phần hỗn hợp

.

 Bộ điều khiển điện tử 8 nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau trên động cơ, trong đó thông số điều khiển chính là lưu lượng không khí nạp Tín hiệu dòng điện phản ánh đến bộ điều khiển 5, qua đó điều khiển lượng nhiên liệu phun ở vòi phun 4 Ngoài ra, bộ điều khiển còn nhận các tín hiệu khác như trình bày trên hình vẽ để thực hiện các chức năng như làm đậm khi hâm nóng máy, khi tăng tốc, không tải

 Hệ thống phun xăng đơn điểm là trạng thái trung gian giữa hệ thống nhiên liệu dùng BCHKvà hệ thống nhiên liệu sử dụng phun xăng đa

điểm (Multi Point Injection)

4.2.3.1 Phun gián tiếp

a Hệ thống phun xăng đơn điểm

4.2.3.1 Phun gián tiếp

a Hệ thống phun xăng đa điểm

Trong hệ thống phun đa điểm, mỗi xy lanh có một vòi phun bố trí ngay trước xupáp nạp Hệ thống phun nhiều điểm so với hệ thống phun trung tâm có ưu điểm là xăng được phun vào xupáp

là nơi có nhiệt độ cao nên điều kiện bay hơi tốt hơn và tránh được hiện tượng đọng bám xăng trên thành ống nạp Tuỳ theo tính chất phun người ta còn phân biệt hệ thống phun xăng liên tục hay gián đoạn Ngoài ra, theo thiết bị điều khiển có thể phân biệt hệ thống phun xăng điều khiển cơ khí, điện tử hay hỗn hợp cơ khí- điện tử

4.2.3.1 Phun gián tiếp

a Hệ thống phun xăng đa điểm

1: Không khí nạp 2:Thiết bị đo lưu lượng không khí 3: Bướm hỗn hợp

4: Xu páp nạp 5: Vòi phun 6: Tín hiệu điều khiển phun 7: Bộ điều khiển phun xăng 8: Các tín hiệu cảm biến vào bộ

xử lý 9: Xăng từ bơm chuyển

4.2.3.1 Phun gián tiếp

a Hệ thống phun xăng đa điểm

Trong các động cơ phun xăng điện

tử phun gián tiếp, hoà khí được hình thành ở cổ hút, trước xuppáp hút Thành phần hoà khí được quyết định bởi lượng nhiên liệu phun ra khỏi các vòi phun xăng căn cứ vào các tín hiệu gửi về bộ điều khiển điện tử trung tâm trong đó 2 tín hiệu quan trọng nhất là: mức tải của động

cơ và tốc độ động cơ