Thải Thải
Đường
thông
nhiín liệu không khí trước khi đưa văo cylindre được chuyển văo carter nhờ độ chđn không tạo ra khi piston đi lín. Chu trình lăm việc của động cơ bao gồm câc giai đoạn sau: . Piston đi lín, nĩn hỗn hợp vă nạp hỗn hợp nhiín liệu không khí mới văo carter.
. Chây, giên nở vă thải.
. Cuối kì giản nỡ, cửa quĩt mở, hỗn hợp khí mới từ carter đi văo cylindre vă đẩy khí chây ra ngoăi. Đđy lă giai đoạn quĩt khí mă sự hoăn thiện của nó quyết định tính năng kinh tế-kĩ thuật của động cơ 2 kì.
. Đóng cửa quĩt vă thải sau đó bắt đầu lại kì nĩn.
2. Câc thănh tựu mới trong nghiín cứu động cơ 2 kì
Động cơ 2 kì thế hệ mới sử dụng kĩ thuật phun nhiín liệu trực tiếp văo buồng chây. Kĩ thuật năy cho phĩp hạn chế sự thất thoât nhiín liệu ra ngoăi theo theo khí xả trong giai
đoạn quĩt khí do đó, một mặt lăm tăng tính kinh tế của động cơ vă mặt khâc, lăm giảm nồng độ HC trong khí xả.
Hình 9.8: Động cơ 2 kì IAPAC lắp trín ô tô
Hình 9.9: So sânh hai ô tô có cùng công suất khi sử dụng động cơ 2 kì IAPAC vă động cơ 4 kì
Hai kĩ thuật mới đang được quan tđm nhất:
Vòi phun âp suất thấp thông thường Thể tích chứa khí nĩn Đường chuyển khí với tiết diện thay đổi Cđn bằng nhờ trục cam IAPAC Soupape IAPAC Nến đânh lửa Lăm mât Piston có bản phản xạ Đường thải Van một chiều Momen cực đại (Nm) 135-2000 v/phút
Tiíu hao nhiín liệu (l/100km)
Động cơ 4 kì (4 xy lanh, 1360cm3)
. Phun nhiín liệu lỏng dưới âp suất cao được câc nhă chế tạo ô tô PSA vă Renault (Phâp), Chrysler (Mỹ), Subaru (Nhật) đặc biệt quan tđm.
. Phun nhiín liệu bằng khí nĩn được Hêng Orbital (Úc) vă Viện Quốc gia Dầu mỏ
Phâp IFP nghiín cứu. Kĩ thuật phun nhiín liệu bằng không khí nĩn được tóm tắt như sau:
Nhiín liệu được dẫn tới ngay trước soupape bởi một vòi phun cổđiển dạng âp suất thấp (hình 9.8). Trong giai đoạn mở soupape, một hỗn hợp giău không khí nhiín liệu được phun rất tơi trực tiếp văo buồng chây dưới âp suất thấp. Sự phun nhiín liệu bằng khí nĩn cho phĩp đạt được tia phun với những hạt nhiín liệu rất bĩ vă được phđn bố hợp lí trong buồng chây. Sự phun nhiín iệu bằng khí nĩn có thểđược thực hiện một câch độc lập so với kì quĩt khí. Điều năy cho phĩp hạn chế tối đa sự lọt nhiín liệu theo khí xả.
Khí thải động cơ 2 kì thế hệ mới chứa ít NOx do sự kết hợp của nhiều yếu tố khâc nhau. Trước hết, động cơ 2 kì không bị cường hóa nhưđộng cơ 4 kì cùng công suất. Mặt khâc, những thănh tựu mới đang được phât triển cho phĩp động cơ lăm việc với hỗn hợp nghỉo vă cho phĩp hồi lưu một bộ phận khí xả lớn hơn. Vì vậy, chỉ cần sử dụng bộ xúc tâc oxy hóa cũng đủđểđạt được mức độ ô nhiễm (CO, HC, NOx) trong giới hạn cho phĩp dự
kiến âp dụng văo năm 2000.
Hình 9.9 so sânh mức độ phât sinh ô nhiễm của động cơ 4 kì vă động cơ 2 kì hiện
đại (IAPAC) (Injection Assistĩe Par Air Comprimĩ). Kết quả năy cho thấy động cơ 2 kì mới năy có tính ưu việt đâng kể về mức độ phât sinh ô nhiễm (CO, HC, NOx). Mặt khâc việc sử dụng động cơ năy trín ô tô còn cho phĩp giảm suất tiíu hao nhiín liệu khoảng 17% vă tăng momen lín khoảng 20% ở tốc độ thấp vă trung bình so với động cơ 4 kì. Nói chung động cơ 2 kì thế hệ mới thỏa mên được những quy định khắt khe nhất của luật môi trường hiện nay vă từ năm 1994 người ta đê chế tạo được những động cơ 2 kì thỏa mên được tiíu chuẩn ULEV. Tuy nhiín động cơ 2 kì còn cần phải vượt qua những chướng ngại khâc để qua mặt câc loại động cơ cạnh tranh với nó. Trước hết lă giảm tiếng
ồn vă sau đó lă giải quyết vấn đề bôi trơn cho động cơ. Giải quyết triệt để câc vấn đề năy sẽ lăm tăng khả năng ứng dụng rộng rêi của động cơ 2 kì trín câc phương tiện vận tải.
3. Tương lai của động cơ 2 kì:
Cho tới nay, việc âp dụng động cơ 2 kì trín ô tô vẫn còn đang ở bước chờ đợi nhưng trín mô tô, chắc chắn rằng kĩ thuật động cơ 2 kì cổ điển sẽ được thay thế bởi kĩ
thuật phun trực tiếp. Những mô tô hai kì thế hệ mới năy chắc chắn sẽ chiếm lĩnh những thị
trường đầy tiềm năng như Đông nam Â, Trung Quốc. Ở một số quốc gia trong khu vực năy, số lượng xe mây tăng hơn 10% mỗi năm vă chúng tiíu thụ hơn 50% lượng nhiín liệu sử dụng trong nước. Câc động cơ hai kì kiểu cũ lắp trín mô tô thải ra khí trời từ 30-40% lượng nhiín liệu nạp văo buồng chây. Thông thường mô tô nhỏ tiíu thụ từ 2 đến 4 lít trín 100km. Mức tiíu thụ năy không khâc mấy so với ô tô hiện đại công suất nhỏ. Tuy nhiín nếu dùng động cơ 2 kì thế hệ mới suất tiíu hao nhiín liệu có thể giảm từ 30 đến 50%.
9.3. Động cơ 4 kì đânh lửa cưỡng bức phun trực tiếp
Phun trực tiếp nhiín liệu văo trong buồng chây cho phĩp động cơ 4 kì đânh lửa cưỡng bức lăm việc với hỗn hợp rất nghỉo (φ = 0,3 - 0,4). Tổn thất âp suất trín đường nạp rất bĩ, có khi thể bỏ qua trong toăn bộ phạm vi hoạt động của động cơ từ không tải đến toăn tải. Ngoăi việc giảm tổn thất bơm, việc âp dụng kĩ thuật phun trực tiếp cho phĩp tăng
độ chính xâc trong việc định lượng nhiín liệu vă cải thiện điều kiện chây ở chếđộ tải thấp. Nói chung, kĩ thuật năy cho phĩp lăm tăng hiệu suất động cơ.
Giống như đối với động cơ phun giân tiếp, quâ trình chây của hỗn hợp nghỉo chỉ được quan tđm khi động cơ lăm việc ở tải cục bộ vă tốc độ thấp. Trong những điều kiện đó sự phđn lớp mạnh độ đậm đặc cho phĩp động cơ lăm việc tốt ở hỗn hợp rất nghỉo. Điều năy được thực hiện nhờ giảm góc phun sớm (khi piston đi lín) do đó hạn chế sự khuếch tân của không khí văo tia nhiín liệu. Ở chếđộđầy tải vă tốc độ cao, nhiín liệu được phun văo buồng chây rất sớm, ngay trong giai đoạn nạp sao cho hỗn hợp nhiín liệu không khí với độđậm đặc φ = 1 có thời gian phđn bốđồng đều trong không gian buồng chây.
Hình 9.10: Nguyín lí lăm việc của động cơ Toyota D-4
Năm 1996, hêng Mitshubishi đê thương mại hóa ô tô lắp động cơ phun xăng trực tiếp. Động cơ năy có đặc điểm lă dạng đường nạp được thiết kếđặc biệt, vị trí lắp đặt hợp lí phối hợp với mặt phản xạ trín đỉnh piston, tạo thuận lợi cho sự phđn lớp độ đậm đặc theo sự chuyển động của dòng khí. Nhiín liệu được phun với âp suất cao (50bar). Sự bay hơi nhiín liệu lỏng dẫn đến giảm nhiệt độ khí nạp do đó có thể sử dụng tỉ số nĩn của động cơ cao hơn so với động cơ cổ điển (có thể nđng tỉ số nến lín đến 12). Do đó, hiệu suất
động cơ gia tăng vă suất tiíu hao nhiín liệu có thể giảm đến 25%.
Bướm khống chế mức độ xoây lốc ở trạng thâi đóng Bướm khống chế mức độ xoây lốc ở trạng thâi mở Tải thấp vă tải trung bình (phun trễ) Tải lớn
Người ta cũng có thể phđn lớp hỗn hợp trong buồng chây theo sự dịch chuyển của câc vùng xoây lốc. Phương ân năy được âp dụng trín động cơ mẫu D-4 do hêng Toyota sâng chế. Câc giai đoạn công tâc của động cơđược giới thiệu trín hình 9.10. Khi động cơ
lăm việc với hỗn hợp nghỉo, sự phđn lớp được thực hiện nhờ tiết lưu một trong hai ống nạp vă nhờ thiết kế hợp lí của ống nạp còn lại.
9.4. Quan hệ tối ưu mới giữa tính năng kinh tế-kĩ thuật
vă mức độ phât sinh ô nhiễm của động cơ
Có thể trong tương lai yếu tố quyết định đến mức độ ô nhiễm trong khí xả của
động cơ lă NOx. Nếu chúng ta thể hiện tính năng của động cơ vă ô tô tương lai theo câc
đặc trưng về mức độ phât sinh NOx vă suất tiíu hao nhiín liệu thì chúng ta có thể thể
hiện vị trí của câc đặc trưng năy đối với câc loại động cơ khâc nhau như hình 9.12. Sự thể
hiện năy có tính gần đúng vì nó chưa xĩt đến những cải tiến trong tương lai. Tuy nhiín dẫu sao nó cũng giúp chúng ta xâc định được câc khuynh hướng về sự phât triển động cơ:
. Động cơ Diesel vă động cơ xăng lăm việc với hỗn hợp nghỉo (phun trực tiếp hay giân tiếp) có bất lợi tương đương về phương diện phât sinh NOx .
. Sự hứa hẹn của động cơ 2 kì thế hệ mớI
. Động cơ đânh lửa cưỡng bức lăm việc với hỗn hợp chây hoăn toăn lí thuyết có mức độ phât sinh ô nhiễm rất thấp nhưng suất tiíu hao nhiín liệu cao.
Một khuynh hướng khâc cho rằng một khi câc loại động cơ có trang bị hệ thống xử
lí ô nhiễm trín đường xả thì chúng đều thỏa mên luật môi trường vă khi đó người ta so sânh tính năng kinh tế-kĩ thuật của động cơ dựa trín mức tiíu thụ năng lượng, công suất riíng vă giâ thănh.
Hình 9.12 cho thấy việc âp dụng câc kĩ thuật tiín tiến nhất hiện nay cho phĩp lăm tăng thím hiệu suất động cơ khoảng 30%. Động cơ 2 kì có khả năng tăng thím 40% công suất riíng, có tính năng kĩ thuật tốt nhất. NOx (g/dậm) 1,5 1,0 0,5 Phun xÙng trùc tiỏp GDI, Diesel