Hình 3.19. Nguyên lý cấp ga bằng van chân không
Nguyên lý đóng, mở van công suất và van làm đậm dựa trên áp suất chân không trên đường nạp như mô tả ở hình 3.19.
Khi tốc độ động cơ tăng thì độ chân không tăng nhưng thời gian dành cho kỳ nạp giảm. Do đó cần phải bù thêm một lượng nhiên liệu cần thiết để đảm bảo thành phần hỗn hợp nằm trong giới hạn cháy.
Hai phương án cung cấp nhiên liệu khí kiểu hút chân không đã được đề xuất: phương án cấp nhiên liệu gián đoạn (hình 3.20) và cung cấp nhiên liệu liên tục (hình 3.21). Nguyên lý hoạt động chung của các van này dựa vào sự cân bằng của lực hút chân không tác động lên màng van và lực căng lò xo. Trong trường hợp cấp ga gián đoạn, đường hút chân không cũng chính là đường cấp ga vào đường nạp. Do đó khi mở van cấp ga, độ chân không tại van giảm và van đóng lại. Sau khi đóng, nếu vẫn còn trong quá trình nạp, độ chân không tăng trở lại và van lại mở ra. Việc đóng, mở van vì vậy diễn ra theo chu kỳ. Trong trường hợp cấp ga liên tục thì khoan cấp ga được cô lập với khoan hút chân không. Do đó áp suất ga không ảnh hưởng đến độ chân không nên van không đóng, mở theo chu kỳ như trường hợp cấp ga gián đoạn.
Với đồ thị biến thiên áp suất trên đường nạp trình bày ở hình 3.19 việc lựa chọn đường kính màng van và sức căng lò xo cho phép chúng ta điều chỉnh thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình cung cấp nhiên liệu.
Hình 3.20. Van cấp ga gián đoạn
Hình 3.22 và hình 3.23 so sánh biến thiên áp suất trung bình trên các mặt cắt ngang khảo sát khi cấp ga liên tục và khi cấp ga gián đoạn ở tốc độ quay của trục khuỷu động cơ 2000 vòng/phút. Khi cấp ga liên tục, đường cong áp suất biến thiên đều đặn như khi không cấp ga. Xung áp suất chỉ xuất hiện tại thời điểm mở và đóng van cấp ga. Trong trường hợp cấp ga gián đoạn, áp suất dao
động rất mạnh. Giá trị của độ chân không tại các đỉnh xung lớn hơn giá trị độ
chân không trung bình tại mặt cắt tương ứng khi cấp ga liên tục. Điều này có thể giải thích do ảnh hưởng của quán tính dòng khí.
Hình 3.21. Van cấp ga liên tục
pres-section_bioseul_n2000_permanent
-35000 -30000 -25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0
0 30 60 90 120 150 180 S2 S1
S4
S3
(TK)
p (Pa)
Hình 3.22. Biến thiên áp suất trung bình tại các mặt cắt ngang khảo sát khi cung cấp biogas liên tục
-40000 -30000 -20000 -10000 0
0 30 60 90 120 150 180 S2 S1
S4
S3
(TK)
p (Pa)
Hình 3.23. Biến thiên áp suất trung bình tại các mặt cắt ngang khảo sát khi cấp biogas gián đoạn
pres-section_bio-hho_n2000_permanent
-35000 -30000 -25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0
0 30 60 90 120 150 180 S2 S1
S4
S3
(TK)
p (Pa)
Hình 3.24.Biến thiên áp suất trung bình tại các mặt cắt ngang khảo sát khi cung cấp biogas-HHO liên tục
Các hình 3.24 và hình 3.25 so sánh biến thiên áp suất trên các mặt cắt ngang khảo sát khi cung cấp nhiên liệu biogas được làm giàu bởi HHO theo phương thức liên tục và phương thức gián đoạn ở tốc độ động cơ 2000 vòng/phút. So sánh với các hình 3.22 và hình 3.23 trên đây, chúng ta thấy khi cấp ga liên tục thì biến thiên áp suất trên các mặt cắt ngang không thay đổi nhiều khi cung cấp bổ sung HHO vào biogas. Tuy nhiên khi phun gián đoạn thì mức độ dao động áp suất trong trường hợp bổ sung HHO vào biogas thấp hơn đáng kể khi phun biogas riêng rẽ.
-30000 -25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0
0 30 60 90 120 150 180 S2 S1
S4
S3
(TK)
p (Pa)
Hình 3.25. Biến thiên áp suất trung bình tại các mặt cắt ngang khảo sát khi cấp ga gián đoạn
Với đường kính màng van cho trước, thời điểm đóng, mở van cấp ga, tức thời gian cấp ga, có thể được điều chỉnh thông qua điều chỉnh sức căng lò xo để van hoạt động trong phạm vi độ chân không mong muốn. Hình 3.19 cho thấy với cùng độ chân không cho trước thì khoảng góc quay trục khuỷu mở van (tính theo độ góc quay trục khuỷu, TK) tăng khi tăng tốc độ động cơ. Tuy nhiên lượng khí ga hút vào đường nạp nhiều hay ít phụ thuộc khoảng thời gian mở van (tính theo s). Khi tốc độ động cơ cao thì cùng một khoảng thời gian tính theo s cho trước, trục khuỷu quay được một góc lớn hơn khi tốc độ động cơ thấp.
fi_M8C2_BG0_Biocycle-continu_HHO_vs-n
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 60 120 180 240 300 360
n1500 n2000 n2500 n3000 n3500 n4000
Hình 3.26. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến hệ số tương đương f trong trường hợp bướm ga mở hoàn toàn khi động cơ được cung cấp biogas và hydrogen riêng rẽ
fi_M8C2_BG30_Biocycle-continu_HHO_vs-n
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 60 120 180 240 300 360
n1500 n2000
n2500 n3000
n3500 n4000
Hình 3.27. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến hệ số tương đương f trong trường hợp bướm ga mở 30 độ khi động cơ được cung cấp biogas và hydrogen riêng rẽ Hình 3.26 và hình 3.27 giới thiệu ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến hệ số tương đương f trong trường hợp bướm ga mở hoàn toàn và trong trường hợp bướm ga mở 30 độ khi động cơ được cung cấp biogas và hydrogen riêng rẽ với bộ cung cấp ga gồm van công suất và van làm đậm. Chúng ta thấy với hệ thống cấp ga này, hệ số tương đương của hỗn hợp chỉ dao động trong khoảng từ 1 đến 1,1 khi tốc độ động cơ thay đổi từ 1500 vòng/phút đến 4000 vòng/phút. Điều này cho thấy bộ cấp ga gồm 2 van chức năng điều chỉnh tốt thành phần hỗn hợp theo chế độ công tác của động cơ.