2.3.1. Quá trình cháy trong động cơ đánh lửa cưỡng bức
17 Diễn biến bình thường của quá trình cháy động cơ cháy cưỡng bức đều bắt đầu từ cực bugi, tạo nên màng lửa rồi lan truyền với tốc độ tăng dần theo mọi hướng tới khi đốt hết hòa khí. Dựa vào đặc trưng biến thiên áp suất trên đồ thị p-, người ta chia quá trình cháy của động cơ cháy cưỡng bức thành ba thời kì [2] .
Giai đoạn 1: Giai đoạn cháy trể tính từ lúc bu gi bật lữa điện tại điểm đến khi đường cháy tách khỏi đường nén tại điểm 2. Trong giai đoạn này hình thành những nguồn lữa đầu tiên từ bu gi và bắt đầu dịch chuyển màng lửa. Lượng hỗn hợp tham gia phản ứng ít (chỉ tới khoảng 1.5%) nên lượng nhiệt tỏa ra nhr không làm thay đổi áp suất đường nén. Các thông số đặc trưng của giai đoạn cháy trể là thời gian cháy trể τ1 (s) hay góc cháy trể φ1 (oTK), phụ thuộc trước hết vào thành phần và tính chất của nhiên liệu, mức độ chuyển động rối của môi chất, nhiệt độ lân cân bu gi tại thời điểm đánh lửa và năng lượng tai lửa.
Giai đoạn 2: Giai đoạn cháy nhanh, diển ra từ điểm 2 đến điểm 3, màng lửa lan tràn với tốc độ lởn. Do hỗn hợp đã được chuẩn bị rất tốt từ trước (xăng rất dể bay hơi, hơn nữa thời gian chuẩn bị dài: từ bên ngoài xy lanh và tiếp tục trong quá trình nạp và quá trình nén) nên phần lớn bị đốt cháy trong quá trình này. Do đó, tốc độ tỏa nhiệt rất lớn trong khi thể tích xy lanh thay đổi ít nên gần với quá trình cấp nhiệt đẳng tích. Cuối giai đoạn này màng lửa hầu như lan tràn khắp buồng cháy và áp suất trong xy lanh đạt cực đại. Thông số đặc trung của giai đoạn cháy nhanh là tốc độ tăng áp suất:
Quá trình cháy diển ra càng mãnh liệt thì tốc độ tăng áp suất càng lớn động cơ làm việc không êm và ngược lại. Trong thực tế, của động cơ xăng nằm trong khoảng 0.1 ÷ 0.2 MN/m2 (oTK).
Từ lý thuyết và kinh nghiệm người ta rút ra quy luật sau: Quá trình cháy có hiệu quả sinh công tốt nhất nếu như φ1 và φ2, đối xứng nhau qua ĐCT. Đây chính là một cơ sở để lựa chọn góc đánh lửa sớm (φ2) tối ưu.
Giai đoạn 3: Giai đoạn cháy rớt, diển ra từ điểm 3 đến điểm 4. Tốc độ cháy giảm vì chỉ chays nốt những phần hổn hợp chưa cháy như lớp sát vách hay ở khe kẽ của buồng
18 cháy…trong điều kiện nồng độ o xy gã giảm nhiều nên tốc độ tỏa nhiệt nhỏ. Ngoài ra, piston đi càng khỏi DCT. Do đó hiệu quả sinh công ít. Nhiệt sinh ra chủ yếu làm nóng các chi tiết. Để hạn chế cháy rớt có thể áp dụng các biện pháp như chọn góc đánh lửa sớm, cường độ xoáy lốc của môi chất thích hợp và sử dụng đúng loại nhiêu liệu yêu cầu.
2.3.2. Ảnh hưởng của góc đánh lửa tới công suất động cơ
Do đó ảnh hưởng của góc đánh lửa tới quá trình cháy làm giảm công suất và chất lượng hoạt động của động cơ, cụ thể:
Đánh lửa sớm: Sẽ làm cho hỗn hợp cháy hoàn toàn trong kỳ nén sinh công cản lại chuyển động của piston đi lên điểm chết trên tức công sinh ra trong kỳ cháy giản nở là công âm cho nên làm giảm công suất của động cơ, gia tăng tải trọng lên các chi tiết nhóm piston thanh truyền là cho động cơ nóng lên sinh ra kích nổ và nóng máy.
Đánh lửa muộn: thì quá trình cháy sẽ vẫn tiếp tục xảy ra trong trong kỳ giãn nở, thậm chí nhiên liệu có thể không kịp cháy hết trong xylanh mà còn tiếp tục cháy rớt ra ống xả. Trong trường hợp này động cơ sẽ rất nóng vì thể tích vùng cháy và lượng nhiệt truyền cho nước làm mát tăng, công suất động cơ giảm.
Góc đánh lửa sớm có trị số tối ưu khi ở đó một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật quan trọng của động cơ đạt giá trị cao nhất đồng thời đảm bảo không có cháy kích nổ ngay cả khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào các thông số như: tỷ số nén, thành phần hỗn hợp cháy, nhiệt độ khí nạp... Nó được xác định bằng thực nghiệm.
2.3.3. Ảnh hưởng của góc đánh lửa tới tính kinh tế của động cơ
Đường đặc tính ngoài của động cơ (có khi còn gọi là đặc tính tốc độ ngoài) là các đường cong công suất (Ne), mô men (Me), suất tiêu hao nhiên liệu (ge) diễn biến theo tốc độ quay n (vg/ph) của động cơ ở chế độ toàn tải (mở 100% bướm ga ở động cơ xăng hoặc phun nhiên liệu cực đại ở động cơ diesel). Đây là đường đặc tính quan trọng nhất của một động cơ dùng để đánh giá các chỉ tiêu công suất (Nemax) và tiết kiệm nhiên liệu (gemin) của động cơ. Các đường cong biểu thị quan hệ giữa mức tiêu hao nhiên liệu (Gnl), suất tiêu
19 hao nhiên liệu riêng (ge) khi số vòng quay (n) không đổi với công suất hữu ích (Ne) được gọi là đường đặc tính phụ tải của động cơ. Nhờ đặc tính, ta có thể xác định được giá trị tuyệt đối mức tiêu hao nhiên liệu giờ ở các chế độ vòng quay và phụ tải khác nhau hoặc xác định được chế độ làm việc kinh tế của động cơ. [3]
Chất lượng của quá trình cháy phụ thuộc vào hàng loạt các thông số mà giá trị tối ưu của chúng xác định bằng cách thí nghiệm động cơ. Trong động cơ xăng, các thông số đó là thành phần hỗn hợp cháy và góc đánh lửa sớm. Nên từ đó ta có thể hiệu chỉnh góc đánh lửa để tăng kinh tế nhất có thể.
Đặc tính điều chỉnh theo góc đánh lửa sớm là đồ thị quan hệ của công suất có ích Ne, mức tiêu hao nhiên liệu giờ Gnl, suất tiêu hao nhiên liệu ge với góc đánh lửa sớm khi vị trí bướm ga và số vòng quay trục khuỷu không đổi và chế độ nhiệt ổn định [3].
Ne, Gnl, ge = f(s). (2.11)
20 Mục đích của đường đặc tính này là xác định góc đánh lửa có lợi nhất và kiểm tra bộ điều chỉnh tự động ly tâm và chân không của bộ chia điện. Hình trên là đường đặc tính điều chỉnh theo góc đánh lửa sớm s. Từ đồ thị ta nhận thấy ở Nemax cho ta gemin đó là thời điểm đánh lửa có lợi nhất ứng với số vòng quay trục khuỷu ở vị trí bướm ga cố định.
21
CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ HONDA WAVE RSX 110 VÀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ
3.1. Giới thiệu về động cơ WAVE 110 sử dụng bộ chế hòa khí
Động cơ 1 xilanh WAVE RSX do hãng HONDA Nhật Bản chế tạo và được sử dụng chung cho nhiều dòng xe như WAVE- α, WAVE-S, WAVE-RS của hãng. Nó được giới thiệu lần đầu cho thị trường châu Á và châu Âu vào năm 1995. Còn tại Việt Nam vào năm 2002 HONDA cho ra mắt dòng xe WAVE phiên bản đầu tiên. Đây là dòng xe có ưu điểm bền máy và tiêu thụ ít xăng nhất trong các dòng xe máy của HONDA và cho đến nay dòng xe này được sử dụng phổ biến tại nước ta.
1-Chốt khuỷu; 2-Piston; 3-Thân máy; 4-Xilanh; 5-Xupap; 6-Cò mổ; 7-Trục cò mổ; 8-Trục cam; 9-Lò xo xupap; 10-Thanh truyền
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
22
Hình 3. 2: Mặt cắt thẳng đúng của động cơ
1-Trục khuỷu; 2-Bánh răng bơm dầu; 3-Đĩa xích cam; 4-Nắp đầu máy; 5-Con lăn cò mổ; 6-Ổ lăn; 7-Bu gi; 8-Chốt piston; 9-Bơm dầu; 10-Lọc dầu bôi trơn
Đây là loại động cơ xăng 4 kỳ, 110 cc phân phối (thể tích công tác), xi lanh đơn và được làm mát bằng không khí. Một số đặc điểm của các hệ thống chính trong động cơ:
Hệ thống bôi trơn của động cơ là loại cácte ướt dùng bơm dầu để vẩn chuyển dầu bôi trơn và kiểu bơm dầu là bơm bánh răng ăn khớp ngoài.
Hệ thống phân phối khí loại SOHC bố trí 1 trục cam trên nắp máy. Hệ thống đánh lửa của động cơ trang bị loại đánh lửa DC-CDI. Trọng lượng động cơ khô là 22,6 kg.
Bố trí xilanh được đặt nghiêng 800 so với phương thẳng đứng. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
23 Thông số kĩ thuật
Bảng 3. 1: Thông số kỹ thuật của động cơ
Loại động cơ Động cơ xăng 4 thì,1 xy lanh làm mát bằng không khí
Công suất tối đa 6,18 kW/7.500 vòng/phút
Dung tích nhớt máy 0.8 lít khi thay nhớt và 1 lít khi rã máy
Hệ thống khởi động Đạp chân/Điện
Momen cực đại 8.65 Nm / 5500 vòng / phút
Dung tích xy-lanh 109,1 cm3
Đường kính x Hành chình pít tông 50 mm x 55.6 mm
Tỷ số nén 9,0:1
Hệ thống phun xăng Bộ chế hòa khí
24 Xây dựng đồ thị đặc tính ngoài của động cơ.
Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ. Các đường đặc tính này gồm [4]:
Đường công suất : Ne = f(ne) Đường mômen xoắn : Me = f(ne)
Ne = (Ne)max .[𝑎. (𝑛𝑒
𝑛𝑁) + 𝑏. (𝑛𝑒
𝑛𝑁)2− 𝑐. (𝑛𝑒
𝑛𝑁)3] (3.1)
Đặt λ = 𝑛𝑒
𝑛𝑁 với động cơ xăng không hạn chế tốc độ có (λ = 1,1 ÷ 1,2). Chọn λ = 1,1 (đối với động cơ xăng)
(Ne)max = 𝑁𝑒𝑣 𝑎.(𝑛𝑒 𝑛𝑁)+𝑏.( 𝑛𝑒 𝑛𝑁) 2 −𝑐.(𝑛𝑒 𝑛𝑁) 3 = 𝑁𝑒𝑣 𝑎.λ+𝑏.λ2−𝑐.λ3 (3.2)
Động cơ xăng: a = b = c =1 (a, b, c là các hệ số thực nghiệm), vmax Nev = 1
ƞ𝑡𝑙 .[𝐺. 𝑓. 𝑣𝑚𝑎𝑥+ 𝐾. 𝐹. (𝑣𝑚𝑎𝑥)3] Trong đó:
G: Tổng khối lượng của xe
Vmax > 22 (𝑚 𝑠⁄ ). Vậy hệ số cản lăn f được tính:𝑓 = 𝑓0 ∗ (1 +𝑉𝑚𝑎𝑥2
1500) K – hệ số cản khí động học (chọn K = 0,25)
F: diện tích cản chính diện Hiệu suất truyền lực: ƞ𝑡𝑙 = 0,9
Hệ số cản tổng cộng của đường: 𝜓𝑚𝑎𝑥 = 0,4. Công suất cực đại của động cơ: Nemax = 6.18 kw
Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài:
Tính công suất của động cơ ở số vòng quay khác nhau: (sử dụng công thức ledeman) (3.1) → Ne = (Ne)max .[𝑎. λ + 𝑏. λ2− 𝑐. λ3] (kW)
25 N e và ne : công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay ne khác nhau :
Me = 9550.𝑁𝑒[𝑘𝑊]
𝑛𝑒[𝑣/𝑝] (N.m)
Lập bảng: Các thông số nN; Ne ; Me đã có công thức tính,cho λ = 𝑛𝑒
𝑛𝑁 với λ = 0,1; 0,2; 0,3; ….; 1,1
Bảng 3. 2: Các thông số của đồ thị đặc tính ngoài
λ ne (v/f) Me (N.m) Ne (kW) 0.10 750 8.58 0.67 0.20 1500 9.13 1.43 0.30 2250 9.52 2.24 0.40 3000 9.76 3.07 0.50 3750 9.84 3.86 0.60 4500 9.76 4.60 0.70 5250 9.52 5.23 0.80 6000 9.13 5.74 0.90 6750 8.58 6.06 1.00 7500 7.87 6.18 1.10 8250 7.00 6.05 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 0 2000 4000 6000 8000 10000 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 vòng/phút
Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ
Ne (kW) Me (N.m)
26
3.1.1. Cấu tạo của động cơ
3.1.1.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hỗn hợp nhiên liệu và không khí được chuẩn bị một cách thích hợp bên ngoài động cơ trong một thiết bị riêng gọi là bộ chế hòa khí sau đó được đưa vào động cơ thông qua hệ thống nạp.
Hệ thống nhiên liệu trên xe dùng bộ chế hòa khí, có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu đến hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp. Sau dó hỗn hợp này được cấp cho động cơ với số lượng và thành phần tối ưu cho từng chế độ làm việc. Xăng từ bình xăng (1) tự chảy qua đường ống (2) qua lọc (3) vào van khóa xăng (4) (Khóa xăng đang mở) vào buồng phào của bộ chế hòa khí (5), tại đây bộ chế hòa khí hòa tạo hòa khí thích hợp khi động cơ làm việc
1-Bầu lọc khí; 2-Bộ chế hòa khí; 3-Thùng xăng; 4-Ống dẫn xăng; 5- Lọc xăng; 6- Buồng đốt động cơ
Trong hệ thống nhiên liệu động cơ trên xe thì thùng xăng được lắp đặt ở vị trí cao hơn vị trí động cơ và bộ hòa chế nên xăng có thể tự chảy xuống mà không cần bơm xăng vận chuyển. Lọc xăng được lắp ngay cửa ra của ống xăng từ thùng xăng đi xuống. trên đường ống có van khóa xăng (4) mục đích đóng mở xăng đến với bộ chế. Khi tháo lắp bộ chế ra thì phải khóa van xăng lại. Sử dụng bộ chế hòa khí thương hiệu KeiKin
Hình 3. 5: Sơ đồ hê thống cung cấp nhiên liệu
1 2 4
3
5
27 Bộ chế hòa khí có công dụng trộn lẫn xăng với không khí theo một tỷ lệ tối ưu giúp khí hỗn hợp cháy trọn vẹn trong buồng nổ. Tỷ lệ hỗn hợp hoàn hảo gồm 1 xăng và 15 không khí. Tuy nhiên tùy theo chế độ làm việc khác nhau của động cơ mà tỷ lệ này thay đổi trong khoảng 1/9-1/18. Trong khi hoạt động, xe của bạn có thể bị chết máy sau một quãng đường ngắn, chạy không ngọt ở tốc độ cao, nhả khói đen hoặc ì ạch không bốc.
3.1.1.2. Hệ thống phân phối khí
Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ xác định thời điểm và điều khiển quá trình đóng mở xupap để thực hiện việc nạp hỗn hợp cháy cũng như thải sản phẩm cháy ra khỏi xy lanh động cơ. Cơ cấu phối khí động cơ xăng 1 xylanh lắp trên xe WAVE RSX 110 là cơ cấu phối khí sử dụng xupap treo, hai xupap trục cam đơn truyền động xích đơn (SOHC). Xu páp của cơ cấu phối khí có nhiệm vụ đóng, mở cửa nạp, xả để thực hiện nạp khí sạch và thải sản phẩm cháy ra ngoài.
28 1- Trục cam; 2,4- Đĩa xích; 3- Dây xích; 4- Trục khuỷu
Cơ cấu phối khí có 2 xupap, 1 xupáp nạp và 1 xupáp thải nhằm nạp đầy hòa khí thải sạch khí cháy tạo điều kiện cho quá trình cháy tối ưu. Xu páp dịch chuyển trong ống đẫn hướng, trên ống dẫn hướng của xu páp nạp người ta đặt vòng làm kín để hạn chế dầu đi vào khe hở giữa thân xu páp và ống dẫn hướng
1 2 3 4 5
Hình 3. 7: Cơ cấu xích của hệ thống phân phối khí
29 Để ép xu páp vào đế xu páp, phần cuối của thân xu páp có gia công một rãnh để cài móng hãm đuôi xupáp, lò xo tỳ ép vào đế. Trục cam của động cơ được dẫn động từ trục khuỷu thông qua bộ truyền xích. Để đảm bảo cho xích luôn có độ căng nhất định trong quá trình làm việc người ta lắp cơ cấu căng xích điều chỉnh được trên xe. Dẫn động xích thường sử dụng trên các động cơ có khoảng cách giữa hai trục khá lớn như động cơ trên . Trục cam đặt trên nắp máy. Loại này có đặc điểm:
Quá trình truyền động gây tiếng ồn.
Phải bôi trơn thường xuyên cho xích và bánh xích. Phải chăm sóc thường xuyên bộ truyền động
1- Đế xupap; 2- Xupap ;3- Ống dẫn hướng xupap; 4- Lò xo xupap; 5-Phớt chắn dầu; 6- Trục cam; 7- Đủa đẩy;8- Trục cò mổ; 9- Vít điều chỉnh khe hở nhiệt;
10 - Đuôi xupap; 11- Đĩa lò xo dưới. Xupap 1 2 3 4 b d0 Ød2 L
Hình 3. 9: Mặt cắc ngang của nắp động cơ
30 1-Thân xupap; 2- Đuôi xupap; 3- Nấm xupap; 4- Bề rộng mặt côn
Xupap dùng cho động cơ là loại đỉnh bằng có kết cấu như hình trên. Các thông số hình học cơ bản của xupap:
Tán xupáp được gia công vát một góc 450
Bảng 3. 3:Thông số kỹ thuật của xupap
Stt Tên thông số Giá trị (mm)
1 Đường kính ngoài thân xupap (d0)(Hút - Xả) 4,985 -4,965