Nguyên lý làm việc: nhiên liệu được cấp vào khơng gian xung quanh họng bộ tạo hỗn hợp qua một đường gas chính, trên đĩ cĩ bố trí van điều khiển bằng tay để điều chỉnh lượng biogas cung cấp. Trên họng bộ tạo hỗn hợp cĩ các lỗ phun nhỏ phân bố đều theo chu vi họng để dẫn biogas vào bên trong họng.
Ưu điểm: Nhiên liệu sẽ hịa trộn tốt với khơng khí. Nhược điểm: Kết cấu tương đối phức tạp, khĩ gia cơng.
a.2. Loại một đường biogas vào
* Loại cùng chiều
Nguyên lý làm việc: Biogas được một đường ống dẫn tới vùng chân khơng của họng, ống này cĩ thể dẫn theo đường trục bằng cách khoan xuyên qua thành bộ chế hịa khí.
Ưu điểm của dạng cải tạo này là cĩ kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp. Khả năng hịa trộn khơng khí với nhiên liệu tốt.
Nhược điểm là đường ống dẫn biogas đặt theo đường trục của bộ chế hịa khí nên gây ra tổn thất dịng khí và giảm hệ số nạp.
* Loại trực giao
2.2.4.3. Van hỗn hợp điều khiển áp suất loại màng
Các van hỗn hợp khí điều khiển áp suất thường được dùng cho động cơ phương tiện vận tải hoạt động bằng biogas. Chúng được sản xuất trong một phạm vi rộng với các kích cỡ và chủng loại khác nhau cho các kích cỡ động cơ khác nhau. Nguyên lý làm việc: khi động cơ làm việc trên đường nạp sẽ cĩ độ chân khơng, vì khơng gian M thơng với khơng gian sau màng R nên màng sẽ được hút lên trên, lị xo (3) bị nén lại đồng thời mở tiết diện lưu thơng để khơng khí từ ống nạp khơng khí (7) đi vào khơng gian M. Lúc này biogas cũng qua van cơn (4) đi vào khơng gian M để hịa trộn với khơng khí.
Biogas
Hỗn hợp Khơng khí
Hình 2.8. Họng Venturi với một đường biogas vào loại trực giao
Nhược điểm: Hỗn hợp hịa trộn khơng tốt bằng loại cùng chiều.
Ưu điểm: Kết cấu khá đơn giản, thuận tiện cho việc gia cơng lắp đặt.
Hình 2.7. Họng Venturi với một đường Biogas vào loại cùng chiều
Ưu điểm: Lượng hỗn hợp sẽ thay đổi tương ứng với độ chân khơng trên đường nạp động cơ.
Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, khĩ chế tạo, giá thành cao.
b. Bộ tạo hỗn hợp dạng modul hĩa
Sơ đồ cấu tạo thể hiện như Hình 2.10. Nguyên lý hoạt động: Biogas được hút vào phía sau bướm ga sau khi modul hĩa lưu lượng nhờ một bộ định lượng. Khi sử
Hình 2.9. Van hỗn hợp kiểu màng
1-Bướm ga, 2-Màng ngăn, 3-Lị xo, 4-Van cơn gas, 5-Vít điều chỉnh hỗn hợp, 6-Điều chỉnh đường vịng khơng khí, 7-Ống nạp khơng khí, 8-Đường nạp của động cơ, 9-Lỗ tạo áp suất hút Hình 2.10. Kết cấu bộ tạo hỗn hợp dạng modul hĩa
1- Bướm ga; 2- Đường dẫn biogas; 3 - Cơ cấu điều khiển; 4 - Vít điều chỉnh; 5- jiclơ Hình 2.11. Sơ đồ tính tốn các kích thước của bộ tạo hỗn hợp Biogas Khơng khí dc lb db dh
dụng hệ thống này trên các động cơ khác nhau chỉ cần thay đổi bộ định lượng và jiclơ tiêu chuẩn. Bộ tạo hỗn hợp dạng modul hĩa cho phép động cơ chạy lưỡng nhiên liệu xăng-biogas với bộ chế hịa khí xăng lắp trước họng biogas; nhưng cĩ nhược điểm là chất lượng hịa khí khơng thay đổi kịp theo các chế độ hoạt động của động cơ.
Sau khi tìm hiểu kết cấu các bộ hỗn hợp, quyết định chọn bộ tạo hỗn hợp loại một đường biogas vào loại trực giao (Hình 2.11) để tính tốn thiết kế.
2.2.5. Bổ sung hệ thống đánh lửa
Dạng hệ thống đánh lửa được lựa chọn phụ thuộc vào số xi lanh của động cơ. Đối với động cơ một xi lanh, sử dụng hệ thống đánh lửa điện tử là phù hợp nhất. Tín hiệu đánh lửa được tạo ra khi mấu lồi bằng kim loại, gắn trên bánh đà quét qua cuộn kích lắp cố định trên vỏ máy (Hình 2.12). Khi mấu lồi trên bánh đà quét qua cuộn kích, xung điện nhận được điều khiển hệ thống đánh lửa điện tử phát ra tia lửa điện. Với kiểu lắp này, cứ mỗi vịng quay của bánh đà, hệ thống phát ra một tia lửa điện (cuối quá trình nén và cuối quá trình thải). Tia lửa thừa cuối quá trình thải khơng ảnh hưởng gì đến quá trình cơng tác của động cơ. Hệ thống đánh lửa điện tử đơn giản này được thương mại hĩa phổ biến trên thị trường và được áp dụng rộng rãi trên các xe gắn máy một xi lanh. Vị trí của mấu lồi và của cuộn kích phải được lắp đồng bộ với nhau và đồng bộ với vị trí của piston hoặc gĩc quay trục khuỷu. Thời điểm đánh lửa ảnh hưởng lớn đến quá trình cháy và hiệu suất tối ưu của động cơ. Cuộn kích được lắp trên đĩa với khe hoặc rãnh dài cho phép điều chỉnh tinh thời điểm đánh lửa. Sau khi được lắp đặt, loại hệ thống đánh lửa này khơng cần phải điều chỉnh, bảo trì vì nĩ khơng bị ăn mịn như hệ thống đánh lửa cổ điển sử dụng tiếp điểm.
Cĩ thể lắp mấu lồi lên bánh đà theo phương hướng trục hay hướng kính. Mấu lồi cĩ thể là đầu bu lơng được lắp trên bánh đà hoặc một đoạn thép tấm mỏng dày khoảng 2,5-3mm được gắn lên bánh đà (Hình 2.12).
2.2.5.1. Hệ thống đánh lửa AC CDI
Sơ đồ chung của hệ thống đánh lửa AC CDI bố trí như Hình 2.12. Gồm cuộn dây lửa, vơ lăng từ, IC, biến áp đánh lửa và bugi.
Nguyên lý hoạt động: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Khi vơ lăng từ quay, từ trường của nam châm quét qua cuộn lửa sinh dịng điện xoay chiều (200V) dẫn tới đi ốt Đ2 nắn thành dịng điện một chiều nạp vào tụ C.
- Khi pittơng lên gần ĐCT cuối quá trình nén đầu quá trình nổ, cũng là lúc cựa đánh lửa gắn ở vành bánh đành quét qua cuộn kích (cuộn điều khiển) sinh điện trong cuộn này dẫn tới đi ốt Đ1 nắn thành dịng một chiều (điện áp khoảng 2V), dịng này được đưa tới cực điều khiển của đi ốt điều khiển (SCR) làm nĩ mở, ngay lập tức cho phép tụ C phĩng điện qua đi ốt điều khiển về mass, qua cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa về lại tụ C. Do điện ở tụ C phĩng qua cuộn sơ cấp W1 tạo từ trường biến đổi gây cảm ứng sinh ra dịng điện cao áp khoảng 24.000V ở cuộn W2, tạo tia lửa điện ở bugi.
Hình 2.12. Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử AC CDI
Wng - Cuộn nguồn (cuộn lửa); Wđk - Cuộn điều khiển (cuộn kích); W1 - Cuộn sơ cấp; W2 - Cuộn thứ cấp; Đ1, Đ2 - Đi ốt nắn dịng; SCR - Đi ốt điều khiển; C -Tụ điện.
Hệ thống đánh lửa khơng tiếp điểm AC CDI này sử dụng nguồn điện xoay chiều phát ra từ cuộn nguồn khi động cơ quay (cuộn nguồn lấy từ bộ phát điện của động cơ, được lắp ở bánh đà). Giá trị của dịng điện này lớn hay nhỏ phụ thuộc vào tốc độ của bánh đà (ứng với sự biến thiên từ trường của nam châm vĩnh cửu lắp trên bánh đà). Nếu bánh đà quay chậm, từ trường biến thiên ít như vậy dịng điện sinh ra sẽ cĩ giá trị nhỏ, khi tốc độ quay càng lớn dịng điện sinh ra sẽ càng lớn. Như vậy,
dịng điện do cuộn nguồn phát ra và đưa vào CDI được tích vào tụ điện cĩ giá trị khơng như nhau ở những khoảng tốc độ khác nhau của động cơ.
2.2.5.2. Hệ thống đánh lửa DC CDI
Để khắc phục nhược điểm trên, cĩ thể dùng hệ thống đánh lửa khơng tiếp điểm DC CDI dùng bình accu. Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa DC CDI tương tự như hệ thống đánh lửa AC CDI, chỉ khác là dịng điện nạp cho tụ trong IC trường hợp này được lấy từ bình accu và nâng áp lên điện áp qui định (Hình 2.13).
Hệ thống tương tự cũng cĩ thể được sử dụng cho động cơ 2 xi lanh nếu gĩc quay trục khuỷu giữa hai xi lanh là 360°, nghĩa là nếu cả hai piston đến điểm chết trên cùng một lúc. Transitor cĩ thể được kết nối với hai cuộn dây đánh lửa mắc nối tiếp, mỗi cuộn dây sử dụng một nửa điện áp của hệ thống. Khi đĩ cả hai bugi đánh lửa cùng một lúc, một bugi đánh lửa hỗn hợp cháy cuối quá trình nén cịn bugi kia đánh lửa cuối quá trình thải.
Khi chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ đánh lửa cưỡng bức, nếu tận dụng trục cam của bơm để dẫn động bộ điều tốc thì piston bơm và lị xo phải được tháo ra khỏi hệ thống.
Đối với động cơ cĩ số xi lanh nhiều hơn 2, phải sử dụng bộ chia điện. Trong trường hợp này phải kết nối trục cam hoặc bánh răng dẫn động bơm cao áp nguyên thủy vào cơ cấu dẫn động bộ chia điện một cách phù hợp.
Bộ chia điện của động cơ ơ tơ thường cĩ cơ cấu điều chỉnh gĩc đánh lửa sớm kiểu ly tâm. Vì vậy phải lắp đúng chiều quay. Nếu lắp chiều quay ngược lại, thời điểm đánh lửa bị muộn làm ảnh hưởng xấu đến hiệu suất động cơ khi chạy ở tốc độ cao.
Bugi cĩ thể được lắp vào lỗ vịi phun nếu:
Lỗ khơng lớn hơn so với đường kính ren của bugi tiêu chuẩn (ba kích cỡ cĩ sẵn); Độ dày của nắp xi lanh tương ứng với chiều dài của phần ren của bugi (hai độ
dài tiêu chuẩn);
Phần mở rộng của lỗ khoan kể cả phần ren khơng làm giảm đáng kể độ dày vật liệu của đế xú páp, nếu khơng phần vật liệu này cĩ thể bị nứt làm rớt đế xú páp.
Các lỗ lắp vịi phun sẽ được khoan đạt kích thước cần thiết để taro ren (tiêu chuẩn). Nếu nắp máy quá dày, lỗ lắp thân bugi (khơng phải phần ren) cĩ thể kéo dài sao cho khi lắp bugi vào nắp máy điện cực của nĩ nhơ ra trong buồng cháy một đoạn (nhỏ hơn 2-3 mm).
Hình 2.14. Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử DC CDI dùng cho động cơ 4 xi lanh
Bộ tạo tín hiệu IC đánh lửa
Cuộn đánh lửa
Bộ chia điện
Nếu lỗ lắp vịi phun lớn hơn kích thước ren bugi, dùng một ống đệm cĩ ren trong và ren ngồi để lắp trung gian. Trong bất kỳ trường hợp nào, mối lắp cũng cần đảm bảo chắc kín.
Những cơng đoạn chuyển đổi trên đây, đặc biệt là các cơng đoạn cải tạo buồng cháy, cần cĩ những máy mĩc gia cơng cơ khí đảm bảo độ chính xác và do các kỹ thuật viên cĩ kinh nghiệm thực hiện.
2.2.6. Dẫn động bướm ga
Điều khiển tự động chế độ tốc độ động cơ cần thiết đối với một số ứng dụng như động cơ kéo máy phát điện. Trong trường hợp này, bướm ga cần phải được điều chỉnh giữa vị trí mở hồn tồn với vị trí đĩng hồn tồn và được thực hiện với một lực điều khiển bé.
Tốc độ trục khuỷu thay đổi theo mức độ tải trọng của động cơ. Trong lúc cố định vị trí của cần ga, nếu mức tải tăng lên, tốc độ trục khuỷu sẽ giảm và ngược lại. Trong trường hợp này, nếu mức tải giảm nhiều, tốc độ trục khuỷu sẽ tăng cao vượt mức qui định cĩ thể gây nhiều hậu quả tai hại cho động cơ.
Nhiệm vụ của cơ cấu điều tốc là:
Ổn định tốc độ trục khuỷu động cơ lúc cần ga ở một vị trí nhất định khi tải trọng thay đổi.
Thỏa mãn được mọi vận tốc theo yêu cầu của các chế độ làm việc khác nhau. Yêu cầu: cĩ độ nhạy cao để can thiệp kịp thời; các chi tiết cĩ độ cứng vững và làm việc ổn định, chính xác để tránh làm cho động cơ bị nhồi, hụ ga.
Cĩ thể sử dụng lại bộ điều tốc nguyên thủy của động cơ để điều khiển bướm ga của bộ tạo hỗn hợp (đối với động cơ 1 xi lanh) hoặc lắp thêm bộ điều tốc ngồi độc lập gắn phía ngồi động cơ (đối với động cơ nhiều xi lanh). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối với động cơ 1 xi lanh, cĩ thể tận dụng cơ cấu điều tốc cĩ sẵn của động cơ diesel thành cơ cấu điều tốc điều khiển bướm ga. Khi đĩ, trục bướm ga được nối với càng điều tốc thơng qua các địn dẫn động theo nguyên lý: tốc độ động cơ càng tăng thì trục bướm ga càng được đĩng nhỏ và ngược lại.
xo hồi vị bướm ga và các thanh nối trục bướm ga với càng điều khiển, cần ga. A và B là các tâm quay cố định (Hình 2.15).
Nguyên lý làm việc: Với vị trí cần ga đặt trước, khi tốc độ ổn định, lực li tâm của 2 quả văng cân bằng với lực căng của lị xo giữ cố định vị trí bướm ga thơng qua các thanh nối.
Khi tốc độ quay của động cơ vì một lý do nào đĩ tăng lên. Khi lực li tâm thắng được lực căng của lị xo, quả văng sẽ văng ra xa tâm quay hơn, thơng qua chốt tỳ, càng điều khiển AN, thanh nối điều khiển đĩng bớt bướm ga. Kết quả làm giảm lượng hỗn hợp biogas – khơng khí đi vào buồng cháy, làm cho tốc độ động cơ trở lại bình thường.
Ngược lại, nếu vì một lý do gì đĩ làm tốc độ động cơ giảm đi, làm lực li tâm giảm; khi lực li tâm nhỏ hơn lực căng lị xo, thơng qua càng điều khiển AN và thanh nối, lị xo kéo bướm ga mở ra lớn hơn, hỗn hợp biogas-khơng khí nạp vào xi lanh nhiều hơn, tốc độ của động cơ tăng trở lại bình thường.
Đối với động cơ diesel 1 xi lanh sử dụng cơ cấu điều tốc li tâm kiểu bi và nắp trượt thì việc tận dụng để làm điều tốc khi chuyển đổi thành động cơ cưỡng bức dùng biogas cũng hồn tồn tương tự như trên.
B A C D Khơng khí Biogas Bướm ga Càng điều khiển thanh răng Nối với thanh răng BCA Quả văng Chốt tỳ Lị xo Cần ga E Thanh nối M N b a
Hình 2.15. Sơ đồ nguyên lý của bộ điều tốc kiểu li tâm dùng quả văng a- Chiều tăng ga; b- Chiều giảm ga a- Chiều tăng ga; b- Chiều giảm ga
Đối với động cơ nhiều xi lanh, trục bướm ga cĩ thể được điều khiển bởi bộ điều tốc điện tử nhận xung điều khiển từ cảm biến tốc độ hoặc cảm biến tần số của động cơ hoặc máy phát điện (Hình 2.16).
Hình 2.17. Bộ điều tốc biogas độc lập được dẫn động bởi buli ở đầu trục khuỷu
Hình 2.18. Điều tốc biogas – Gatec 20
Để tăng thêm tính an tồn nhằm bảo vệ động cơ khơng bị vượt tốc trong trường hợp tải ngồi bị ngắt đột ngột, thường sử dụng thêm một thiết bị phịng ngừa lồng tốc. Khi tốc độ động cơ đạt đến giá trị thiết lập, chương trình điều khiển sẽ ngắt mass của hệ thống đánh lửa, động cơ ngưng hoạt động ngay lập tức, giúp bảo vệ các chi tiết của động cơ khơng bị phá hủy. Ngồi ra, chương trình điều khiển cũng sẽ ngắt mass của hệ
thống đánh lửa khi nhiệt độ nước làm mát tăng quá ngưỡng cho phép hoặc áp suất dầu bơi trơn trong hệ thống thấp hơn một mức qui định.
Bộ điều tốc điện tử cĩ thể được thay thế bằng bộ điều tốc cơ khí dẫn động bằng dây đai từ bu li lắp ở đầu trục khuỷu (Hình 2.17). Bộ điều tốc cơ khí thường làm việc đáng tin cậy và lắp đặt tương đối dễ dàng. Cĩ thể sử dụng các bộ điều tốc cơ khí sẵn cĩ trên cho các tổ hợp máy phát điện chạy nhiên liệu khí (xăng) cĩ bán sẵn trên thị trường hoặc dùng bộ phụ kiện GATEC 20 (Hình 2.18). Đối với một số bộ điều tốc cơ khí nguyên thủy được bơi trơn bằng dầu vung tĩe từ động cơ, phải gia cơng thêm mặt bích làm nắp đậy kín điều tốc, đồng thời tạo thêm lỗ rĩt dầu và lỗ thơng hơi, gắn thêm buli vào đầu trục.
2.3. Kết luận
- Nhiên liệu biogas cĩ chứa thành phần CO2 làm giảm tốc độ cháy của hỗn hợp nhiên liệu/khơng khí nhưng cũng đồng thời làm cho hỗn hợp cĩ khả năng chống kích nổ cao. Đặc điểm này giúp cho việc sử dụng nhiên liệu biogas trên động cơ đánh lửa cưỡng bức chuyển đổi từ động cơ diesel là một lựa chọn khá phù hợp.
- Sử dụng động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức chuyển đổi từ các động cơ diesel