Chương 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP VÀ ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP LPG
4.1. CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU LPG CHO ĐỘNG CƠ
LPG có thể cung cấp cho động cơ ở dạng khí hay dạng lỏng. Ưu điểm của việc sử dụng LPG dưới dạng khí là sự đồng nhất hoàn hảo của hỗn hợp ga - không khí và tránh hiện tượng ướt thành đường nạp bởi nhiên liệu lỏng, hiện tượng này rất nhạy cảm khi động cơ khởi động và khi động cơ làm việc ở chế độ chuyển tiếp. Điều này cho phép làm giảm được mức độ phát sinh ô nhiễm (từ 30 đến 80% so với động cơ xăng nguyên thủy). Nhược điểm của việc cung cấp dạng này là quá trình điều khiển dài và sự cung cấp ga liên tục làm hạn chế khả năng khống chế tỉ lệ không khí/ga, đặc biệt là giai đoạn quá độ của động cơ.
Hệ thống cung cấp LPG bằng cách phun ở dạng lỏng cho phép sử dụng ưu thế của LPG để hạn chế những nhược điểm trên đây. Ưu điểm của việc phun LPG lỏng là tạo khả năng kiểm soát được độ đậm đặc ở mỗi lần phun với thời gian rất ngắn vì vậy có thể áp dụng các biện pháp hữu hiệu nhằm giới hạn mức độ phát ô nhiễm khi động cơ làm việc ở chế độ quá độ. Sự bốc hơi LPG làm giảm đáng kể nhiệt độ khí nạp do đó làm tăng hệ số nạp của động cơ. Mặt khác, màng nhiên liệu lỏng bám trên đường nạp không đáng kể gì so với khi động cơ làm việc với xăng. Điều này thuận lợi cho việc làm giảm mức độ phát sinh HC. Tuy nhiên yêu cầu công nghệ chế tạo cao.
Trên cơ sở các phương pháp tạo hỗn hợp làm việc cho động cơ như đã phân tích ở trên, ta có thể áp dụng các phương án cung cấp nhiên liệu sau:
+ Cung cấp LPG cho động cơ dười dạng hòa khí.
+ Cung cấp LPG cho động cơ dưới dạng lỏng: phun nhiên liệu.
4.1.1. Cung cấp nhiên liệu LPG dạng khí dùng cho bộ chế hòa khí
Có nhiều dạng bộ chế hòa khí dựa trên nguyên tắc ống Venturi. Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu một số dạng chính.
a. Bộ chế hòa khí dạng màng Sơ đồ cấu tạo: (Hình 4 – 1).
Nguyên lý làm việc: Khi dừng động cơ, van C đóng đồng thời đường vào không khí và của LPG dưới tác dụng của lò xo R. Màng M chịu áp suất sau họng Venturi được truyền qua nhờ bốn lỗ F. Khi lưu lượng không khí tăng dần, van xa dần khỏi đế, tạo ra một tiết diện lưu thông cho bởi lõi định dạng O. Biên dạng của lõi này
83 được xác định theo nhiệt trị của nhiên liệu. Bộ phận này cho phép đạt được hỗn hợp có thành phần không đổi trong toàn bộ phạm vi hoạt động của động cơ. Sự điều chỉnh tinh được thực hiện nhờ tác động của hai bộ phận sau:
Bộ giãn nở trên đường nạp LPG: Cho phép điều chỉnh áp suất ga - không khí và tác động lên độ đậm đặc của hỗn hợp chủ yếu ở chế độ tải thấp.
Bướm V tạo ra một tổn thất áp suất thay đổi và tác động chủ yếu khi công suất động cơ đạt cực đại.
Hình 4 – 1 Bộ chế hòa khí dạng màng
1: Bướm ga; M: Màng; R: Lò xo; C: Van; 5: Đường LPG vào; 6: Đường không khí vào; F: Lỗ; O: Lõi định dạng; V: Bướm điều chỉnh.
Phương án này phải chế tạo bộ chế hòa khí dạng màng cho hệ thống LPG nên tốn kém, phức tạp không phù hợp cho xe xăng đang sử dụng bộ chế hòa khí.
b. Bộ chế hòa khí dạng Modul hóa Sơ đồ cấu tạo:
Hình 4 – 2 Bộ chế hòa khí dạng modul hóa
1: Bướm ga; 2: Đường ống phun LPG; 3: Cơ cấu điều khiển; 4: Đường ga vào;
5: Bộ định lượng.
84 Khí LPG được hút vào phía sau bướm gas được điều khiển bởi một bộ định lượng. Khi sử dụng hệ thống này trên các động cơ khác nhau chỉ cần thay đổi bộ định lượng và Giclơ tiêu chuẩn. Hệ thống này cho phép động cơ làm việc lưỡng nhiên liệu xăng và LPG, bộ chế hòa khí xăng được lắp phía trước họng ga.
Phương án này phải chế tạo bộ chế hòa khí riêng cho hệ thống cấp LPG nên tốn kém, phức tạp không phù hợp cho xe xăng đang sử dụng bộ chế hòa khí.
c. Sử dụng bộ trộn
Hình 4-3 Hệ thống cung cấp LPG vào bộ trộn
1: Bình LPG; 2: Van điện từ LPG; 3: Bộ hóa hơi và giảm áp; 4: Bộ tiết lưu;5: Bộ trộn; 6: Bầu lọc gió; 7: Kim phun; 8: Động cơ; 9: ECU điều khiển.
LPG từ bình 1 đi tới van 2 vào bộ hóa hơi 3, tại đây LPG được bốc hơi và hạ áp suất xuống rồi được dẫn vào bộ trộn, tại đây nó được hòa trộn với không khí theo đúng tỷ lệ phù hợp với chế độ tải của động cơ. Rồi dẫn vào xylanh động cơ.
Phương pháp này phải chế tạo bộ trộn, lắp trên ống nạp, nó phù hợp với loại động cơ phun xăng điện tử, hoặc động cơ chỉ sử dụng một loại nhiên liệu LPG hoặc động cơ có miệng bộ chế hòa khí tiêu chuẩn.
d. Dùng họng Venturi vạn năng
Họng Venturi vạn năng được thiết kế để dùng cho bộ chế hòa khí hỗn hợp. Nó giống như một chiếc đệm và có thể được lắp đặt ở bất cứ nơi nào trên đường nạp:
85 giữa bầu lọc gió và bộ chế hòa khí xăng.ở đế bộ chế hòa khí, phía trước bướm ga.
Sơ đồ cấu tạo:
Hình 4-4 Họng Venturi vạn năng
1: Đường ga vào; 2: Bulông; 3: Mặt bích; 4: Lỗ cắt bulông.
Phương án này phải dùng họng Venturi riêng cho hệ thống LPG nên tốn kém, phức tạp không phù hợp cho xe xăng đang sử dụng bộ chế hòa khí. Tuy nhiên nó có thể làm không tải kết hợp với án: ống cấp gas đặt vào họng bộ chế hòa khí nguyên thủy.
e. Ống cấp cấp ga đặt vào họng bộ chế hòa khí nguyên thủy Sơ đồ cấu tạo:
Hình 4-5Tạo hỗn hợp bằng cách dẫn khí LPG vào họng bộ chế hòa khí nguyên thủy 1: Bầu lọc gió; 2: Đường ống dẫn khí LPG; 3: Bướm ga;
4: Cơ cấu dẫn động bướm ga; 5: Họng phun LPG.
Dạng cải tạo này dùng họng Venturi nguyên thủy của động cơ xăng. LPG được một đường ống dẫn tới vùng chân không của họng ống này có thể dẫn theo đường trục của chế hòa khí hay vuông góc với đường trục bằng cách khoan xuyên qua thành bộ chế hòa khí.
86 Phương án này kinh tế nhất và phù hợp với xe xăng đang sử dụng bộ chế hòa khí và có thể kết hợp với phương án dùng họng Venturi vạn năng.
Tuy nhiên nên xét đặc tính của bộ chế hòa khí, nếu hoạt động theo bộ chế hòa khí đơn giản thì nên có một số cơ cấu điều chỉnh để trở thành bộ chế hòa khí tự động.
4.1.2 Cung cấp nhiên liệu LPG dạng phun nhiên liệu
Nhiên liệu LPG có thể được cung cấp cho động cơ dưới dạng lỏng bằng hệ thống phun vào cổ góp (phun một điểm) hay phun vào trước xupap nạp của từng xylanh (phun đa điểm). Áp suất nhiên liệu trước vòi phun của hai kiểu phun này đều cao hơn áp suất khí quyển. Nhiên liệu phun vào đường nạp động cơ có thể dưới dạng khí hay lỏng.
Hình 4-6 Hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG dưới dạng lỏng
Nhiên liệu LPG dưới dạng lỏng từ bình chứa được hút nhờ một bơm chuyển và duy trì áp suất dư trên đường ống khoảng 5 bar để tránh sự bốc hơi. Nhiên liệu sau đó được đưa qua bộ lọc và bộ điều áp trước khi dẫn đến vòi phun . Vòi phun được một bộ vi xử lý chuyên dụng điều khiển một cách tự động. Bộ vi xử lý này nhận phần lớn các tín hiệu cần thiết từ hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng đã có và được bổ sung thêm những thông tin đặc thù khác của hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG.
Phương án này đòi hỏi phải có hệ thống điều khiển điện tử, yêu cầu hệ thống cấp nhiên liệu chịu áp suất cao nên chế tạo tốn kém.
Hồi lưu LPG Ống xả xúc tác
Cảm biến oxy
Bộ vi xử lý đối với xăng
Bộ vi xử lý đối với LPG
Vòi phun xăng
Lọc gió Vòi phun
LPG Bình chứa LPG
Bơm Điều hòa áp suất