v. Phương pháp nghiên cứu
2.2.HÌNH THÀNH HÒA KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG
2.2.1. 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 λ hoặc A/F
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
dùng Bộ chế hòa khí (BCHK) nằm trong phạm vi từ λmin = 0,3 đến λma x = 1,2 hoặc tính
theo A/F là 1:1 đến 22:1
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 xi lanhcủa động cơ nhiều xi lanh phải như nhau.
2.2.2. Hình thành hòa khí trong động cơ phun xăng
Trong hệ thống phun xăng, xăng được phun vào động cơ với áp suất khoảng 3 ÷ 4 bar đối với loại phun vào đường ống nạp và 40 bar với loại phun trực tiếp vào xy lanh. 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 xy lanh.
Loại phun xăng gián tiếp được sử dụng rất rộng rãi và được chia làm loại phun xăng đơn điểm và phun xăng đa điểm.
2.2.2.1. Hệ thống phun xăng đơn điểm
Hình 2.1. Hệ thống phun xăng đơn điểm
1. Bơm; 2. Lọc; 3. Bộ ổn áp; 4. Vòi phun điện từ;5. Cảm biến khí nạp( Cảm biến gió); 6. Van khí nạp không tải;7. Cảm biến 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 λ
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 ga, 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.
Bộ điều khiển điện tử (ECU) 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 qua cảm biến khí nạp ( cảm biến gió). Tín hiệu dòng điện tỷ lệ với lưu lượng không khí nạp sẽ phản ánh đến bộ điều khiển, 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
bộ chế hòa khí và hệ thống nhiên liệu sử dụng phun xăng đa điểm (Multi Point Injection)
2.2.2.2. Hệ thống phun xăng đa điểm
Hình 2.2. Bố trí vòi phun trong hệ thống phun xăng đa điểm, gián tiếp
Trong hệ thống phun đa điểm, mỗi xi lanhmột vòi phun bố trí ngay trước xuppáp nạp.
Hệ thống phun nhiều điểm so với hệ thống phun trung tâm có ưu điểm là xăng được phun vào xuppáp 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 cơ khí- điện tử.
Hình 2.3. Hệ thống phun xăng đa điểm
1. Không khí nạp; 2. Cảm biến khí nạp( Cảm biến gió; 3. Bướm hỗn hợp; 4. Xupap 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
Trong các động cơ phun xăng điện tử phun gián tiếp, hoà khí được hình thành ở cổ hút, trước xuppap hút. Thành phần hoà khí được quyết định bởi lượng nhiên liệu phun ra khỏi các vòi phun xăng (tuỳ theo phương pháp phun) căn cứ vào các tín hiệu gửi về bộ điều khiển điện tử trung tâm (còn gọi là ECU, ECM, hay máy tính của ôtô), trong đó 2 tín hiệu quan trọng nhất là: mức tải của động cơ và tốc độ động cơ. Lượng nhiên liệu phun ra khỏi vòi phun xăng được quyết định bởi thời gian mở vòi phun theo xung điều khiển phun từ ECU gửi ra, áp suất xăng thường trực ở vòi phun và lưu lượng của vỏi phun. Để
xác định lượng khí nạp (gió) làm cơ sở cho viêc điều khiển phun xăng có thể sử dụng các cảm biến khí nạp khác nhau.
2.2.2.3. Hệ thống phun xăng trực tiếp
Ở động cơ phun xăng trực tiếp quá trình hình thành hòa khí được thực hiện bên trong xi lanhXăng được phun trực tiếp vào xi lanhvới áp xuất cao 40 bar nên rất tơi. Tiếp đó lại được sấy nóng bởi các chi tiết trong buồng cháy và khí sót nên nhanh chóng bay hơi và hòa trộn tạo thành hòa khí. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.4. Cấu trúc cơ bản của hệ thống phun xăng trực tiếp
Để đốt được hòa khí nghèo nhằm mục đích giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí độc hại trong khí thải người ta sử dụng phương pháp hình thành hòa khí phân lớp (Strafied Mixture Formation). Bản chất của phương pháp này là tổ chức hình thành hòa khí sao cho tạo sự phân bố không đồng nhất (phân bố lớp) của hòa khí, bugi đánh lửa được bố trí tại vị trí sao cho khi bật tia lửa điện thì hòa khí tại đây có λ = 0,85 - 0,95 để dễ bén lửa tốt
nhất, phần hòa khí này sau khi bốc cháy sẽ làm mồi để đốt phần hòa khí còn lại có λ lớn
hơn (hòa khí siêu nghèo).
Hình 2.5. Động cơ phun xăng trực tiếp của hãng Mitsubishi 1. Đường ống nạp;2,4. Các xuppáp;3. Bugi; 5. Vòi phun; 6. Buồng cháy
Hình 2.5 mô tả phương pháp hình thành hòa khí bằng cách phun trực tiếp vào động cơ xăng của hãng Mitsubishi áp dụng phương pháp hình thành hòa khí phân lớp ở chế độ không tải 50 %.
Khi đó xăng được phun vào cuối quá trình nén, do ảnh hưởng của hình dạng buồng cháy trên đỉnh piston tạo thành đám mây hòa khí không đồng nhất bốc lên tới bugi, tại đây hòa khí đạt giá trị dễ bén lửa. Để điều chỉnh tải ở chế độ này, người ta chỉ thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy, còn lượng không khí nạp giữ không đổi (giống như động cơ điêzen gọi là điều chỉnh chất).
Còn khi động cơ làm việc từ 50 % tải đến toàn tải, xăng được phun vào đầu quá trình nạp. Khi đó xăng bay hơi và hòa trộn với không khí trong xi lanhtạo thành hòa khí trong suốt quá trình nạp và nén nên có thể coi là đồng nhất. Để điều chỉnh tải trọng ở chế độ này người ta sử dụng bướm ga để điều chỉnh hỗn hợp giống như ở động cơ phun xăng gián tiếp vào đường ống nạp.