2.2. Chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức
2.2.4. Bổ sung hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas
2.2.4.1. Bộ tạo hỗn hợp
Việc lựa chọn bộ tạo hỗn hợp cho động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức được chuyển đổi từ động cơ diesel được thực hiện tương tự như đối với bất kỳ động cơ đánh lửa cưỡng bức nào được chuyển sang chạy bằng nhiên liệu khí. Bộ tạo hỗn hợp kiểu venturi, bộ tạo hỗn hợp kiểu van, ngay cả buồng tạo hỗn hợp đơn giản đều cĩ thể áp dụng cho một phạm vi hoạt động hạn chế của động cơ.
Để đảm bảo động cơ làm việc cân bằng, ổn định khi phụ tải bên ngồi thay đổi thì cơng suất động cơ phát ra phải cân bằng với cơng suất tiêu thụ. Vì vậy, bộ tạo hỗn hợp phải điều chỉnh được thành phần hỗn hợp và khối lượng hỗn hợp sao cho cơng suất động cơ phát ra thỏa mãn được các đường đặc tính của nĩ như đặc tính tải, đặc tính tốc độ... Do vậy, cần đảm bảo tỉ lệ hịa trộn thích hợp giữa biogas và khơng khí ứng với từng chế độ làm việc của động cơ, nghĩa là nếu chế độ làm việc của động cơ thay đổi thì khơng những thay đổi về số lượng, mà cịn thay đổi về chất lượng hỗn hợp nạp vào động cơ.
Các phương pháp điều chỉnh thành phần hỗn hợp:
Điều chỉnh chất lượng hỗn hợp: điều chỉnh chất lượng hỗn hợp là sự thay đổi
cơng suất động cơ thực hiện bằng cách thay đổi thành phần hỗn hợp mà khơng thay đổi số lượng hỗn hợp. Với phương pháp này, cĩ thể thay đổi khối lượng biogas đưa vào bộ hỗn hợp hoặc thay đổi lượng khơng khí đưa vào bộ hỗn hợp.
Điều chỉnh khối lượng hỗn hợp: cơng suất của động cơ thay đổi nhờ sự thay
đổi lượng hỗn hợp đưa vào động cơ mà khơng thay đổi thành phần hỗn hợp của nĩ. Với phương pháp này cĩ thể thực hiện bằng cách thay đổi độ mở bướm hỗn hợp. Phương pháp này cĩ nhược điểm là làm thay đổi sự tiết lưu của dịng nạp do đĩ tăng tổn thất lưu động của dịng khí hỗn hợp, làm giảm tính kinh tế của động cơ, giảm áp suất cuối quá trình nén.
Điều chỉnh theo chất và lượng: việc điều chỉnh hỗn hợp nạp vào động cơ
được kết hợp bởi hai phương pháp trên. Ở từng trường hợp điều chỉnh theo phương pháp nào hiệu quả thì dùng phương pháp đĩ. Vấn đề đặt ra ở đây là phải làm sao cho
sự điều chỉnh này thực hiện một cách tự động. Tức là khi tải thay đổi thì cơng suất động cơ cũng phải thay đổi theo tương ứng và số lượng, chất lượng hỗn hợp cũng thay đổi tương ứng. Van cấp nhiên liệu dạng màng cĩ thể tự động điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào theo độ chân khơng tại họng bộ chế hịa khí và sau bướm ga.
2.2.4.2. Kết cấu của một số bộ tạo hỗn hợp
a. Bộ tạo hỗn hợp kiểu Venturi
Bộ tạo hỗn hợp kiểu Venturi cĩ tác dụng như một bộ chế hịa khí tiêu chuẩn. Loại này cĩ các dạng kết cấu sau:
a.1. Loại đường cấp biogas xuyên qua nhiều lỗ khoan bố trí xung quanh họng
Hình 2.6. Bộ tạo hỗn hợp kiểu Venturi với các lỗ khoan bố trí xung quanh họng
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.