2.4.1. Pha phđn phối khí trong động cơ:
Để thải sạch sản vật chây ra khỏi xi lanh, xupâp xả không đóng tại vị trí ĐCT mă đóng chậm hơn một chút (khi trục khuỷu đê quay quâ ĐCT văo khoảng 5 ÷ 300 góc quay trục khuỷu, nghĩa lă khi bắt đầu kỳ một).
Để giảm cản cho quâ trình nạp, có nghĩa lă đảm bảo cho đường thông qua xupâp nạp đê được mở rộng dần trong khi piston đi xuống trong kỳ một, xupâp nạp cũng được mở sớm hơn một chút (trước khi piston đến ĐCT khoảng 10 ÷ 400 góc quay trục khuỷu). Như vậy văo cuối kỳ bốn vă đầu kỳ một cả xupâp nạp vă xả đều
câc xupâp. Thời kỳ năy có tâc dụng tốt đến việc thải sạch khí xả vă nạp đầy môi chất mới văo xilanh nhờ tâc dụng hút của dòng khí xả trín đường ống thải.
Giai đoạn tính từ lúc mở đến lúc đóng câc xupâp (tính bằng góc quay trục khuỷu) được gọi lă pha phđn phối khí.
Ảnh hưởng của pha phđn phối khí đến quâ trình nạp vă thải của động cơ bốn kỳ được thể hiện qua hệ số nạp thím λ1 vă hệ số quĩt buồng chây λ2. Câc hệ số năy lăm cho giâ trị của hệ số khí nạp ηv vă hệ số khí sót γr tính theo pha phđn phối khí lý thuyết được sât với giâ trị thực trong động cơ thực tế.
Hiện nay chưa có một phương phâp giải tích chặt chẽ để xâc định λ1 vă λ2
theo thời điểm mở vă đóng câc xupâp nạp vă xupâp xả, λ1 vă λ2 được chọn dựa văo số liệu thực nghiệm. Vì vậy cần phải tìm hiểu kỹ câc pha phđn phối của những động cơ đê chế tạo vă ảnh hưởng của chúng đến diễn biến quâ trình nạp vă thải của động cơ. 4 3 2 1 ĐCD ĐCT Hình 2-18 Pha phđn phối khí.
1. Vị trí mở xupâp nạp; 2. Vị trí đóng xupâp nạp.3. Vị trí mở xupâp xả; 4. Vị trí đóng xupâp xả.
2.4.2. Ảnh hưởng của pha phđn phối đến quâ trình hoạt động của động cơ:
Xupâp thải bắt đầu mở sớm trước khi piston tới ĐCD nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quâ trình thải, bằng câch cho sản vật chây tự thoât ra nhờ chính âp giữa xilanh vă đường thải. Với mục đích lăm giảm tải trọng động cho xupâp, cần phải cho xupâp mở vă đóng đường thông một câch từ từ. Chính vì vậy việc mở sớm xupâp thải nhằm tạo ra giâ trị “thời gian – tiết diện” đủ để âp suất trong xilanh được giảm đến mức yíu cầu khi piston bắt đầu đi ngược từ ĐCD lín ĐCT. Khi đê mở sớm xupâp thải văo thời điểm hợp lý sẽ lăm giảm công tiíu hao cho việc đẩy khí thải. Nhưng nếu mở xupâp thải quâ sớm sẽ lăm giảm công giên nở trín đồ thị công, qua đó lăm giảm công suất động cơ. Tốc độ của động cơ căng cao thì thời điểm mở xupâp thải phải căng sớm.
Xupâp thải bao giờ cũng đóng muộn (sau khi piston đê đi qua ĐCT) nhằm đảm bảo đủ trị số “thời gian – tiết diện” cho sản vật chây đi ra ở cuối hănh trình thải, mặt khâc nhằm lợi dụng chính âp ∆pr = pr − pth > 0 để sản phẩm chây được thải tiếp,
giảm lượng khí sót còn lại trong xilanh. Ngoăi ra, việc đóng muộn xupâp xả còn nhằm sử dụng quân tính của dòng khí trín đường thải, sinh ra giảm âp có tính chu kỳ, thấp hơn giâ trị trung bình của pth, tạo điều kiện thuận lợi để thải sạch hơn.
Thời gian bắt đầu mở xupâp nạp cần chọn sao cho khi âp suất trong xilanh (do giên nở của khí sót) hạ xuống thấp hơn âp suất môi chất trín đường nạp, thì tiết diện lưu thông của xupâp nạp đê đủ lớn để môi chất mới đi văo. Do đó thường phải mở sớm xupâp nạp (trước khi piston tới ĐCT).
Câc động cơ cao tốc, nhất lă động cơ diezel, do đóng muộn xupâp xả vă mở sớm xupâp nạp đê tạo ra thời kỳ trùng điệp cùng mở của câc xupâp, nghĩa lă cả xupâp nạp vă xupâp thải cùng mở thông xilanh với đường nạp vă đường thải. Lúc đó mặt dù piston đê từ ĐCT đi xuống nhưng dòng khí trín đường thải vẫn chưa đổi hướng còn khí nạp đê bắt đầu qua xupâp nạp đi văo xilanh nhờ lực hút do quân tính của dòng khí thải tạo ra. Đôi khi thời gian trùng điệp còn thực hiện quĩt buồng chây, nghĩa lă môi chất mới văo buồng chây đẩy khí sót ra đường thải (động cơ diezel).
Thông thường thời gian trùng điệp của động cơ tăng âp lớn hơn so với động cơ không tăng âp, bằng câch tăng thời gian mở sớm xupâp nạp của động cơ tăng âp mă sản vật chây vẫn không thể thđm nhập văo đường nạp được. Thực hiện quĩt buồng chây khi tăng âp một mặt sẽ tăng hệ số nạp, mặt khâc rất quan trọng lă dùng dòng không khí quĩt để lăm mât câc chi tiết nóng nhất như đỉnh piston, nắp xilanh, xupâp… Xupâp nạp cũng thường đóng muộn, sau khi piston đê vượt qua ĐCD nhằm nạp thím môi chất mới vì ở ĐCD tiết diện lưu thông qua xupâp còn mở lớn, âp suất pa trong xilanh còn thấp hơn âp suất pk. Quân tính của môi chất mới từ đường nạp văo xilanh vẫn còn. Do đó có thể kĩo dăi quâ trình nạp thím một giai đoạn sau ĐCD cho đến khi âp suất trong xilanh trở nín lớn hơn pk.
2.4.3. Cơ sở lý thuyết của hệ thống thay đổi góc phối khí:
p 2
3 1 1
Theo sự phđn tích trín ta thấy động cơ hoạt động ở câc tốc độ khâc nhau, ở mỗi tốc độ tương ứng với một pha phđn phối khí cũng khâc nhau để cho hệ số nạp ηv lă
lớn nhất. Khi hệ số nạp ηv đạt được tối ưu đồng nghĩa với công suất động cơ phât ra
lă tối ưu ở dêi tốc độ đó.
Theo nguyín lý động cơ thì người ta muốn câc giâ trị thực tế của hệ số nạp vă hệ số khí sót tính theo pha phđn phối đựợc gần với giâ trị theo lý thuyết.
Mặt khâc khi câc xupâp đóng mở câc cửa nạp vă thải đúng lúc theo từng tốc độ khâc nhau cũng cải thiện được câc sản vật chây sinh ra ít gđy ô nhiễm môi trường.
Như vậy, để cho động cơ lăm việc tốt nhất, hiệu quả nhất ở mỗi chế độ lăm việc thì phải cần có một pha phđn phối tương ứng hay nói câch khâc thì câc góc đóng mở của câc xupâp phải thay đổi theo phù hợp với tốc độ động cơ. Đối với câc động cơ thông thường việc lăm năy rất khó khăn.
Ngăy nay, cùng với sự phât triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ nhất lă công nghệ điều khiển tự động. Hơn hết lă điều khiển tự động bằng thủy lực. Điều khiển bằng thủy lực lăm việc có hiệu quả cao, độ nhạy lớn, phù hợp với việc điều khiển câc cơ cấu mang tính chính xâc cao. Nhiều nhă sản xuất, chế tạo động cơ trín thế giới đê âp dụng công nghệ năy văo việc điều khiển câc cơ cấu, câc chi tiết,… trong động cơ. Đi đầu lă nhă sản xuất động cơ Ford âp dụng hệ thống xoay trục cam nạp văo việc điều khiển cơ cấu phđn phối khí trong động cơ. Với hệ thống năy sẽ tự động điều khiển xoay trục cam nạp đi một góc năo đó để thay đổi góc phđn phối khí phù hợp với từng chế độ lăm việc của động cơ.
Hệ thống xoay trục cam nạp sử dụng âp suất dầu bôi trơn của động cơ cùng với sự điều khiển của van điện từ lăm xoay trục cam dẫn động xupâp.
Khi sử dụng hệ thống năy trong cơ cấu phđn phđn phối khí có thể lăm cho câc giâ trị của hệ số khí nạp vă hệ số khí sót thực tế gần với giâ trị theo tính toân lý thuyết ở câc tốc độ khâc nhau của động cơ. Đồng thời cũng lăm tăng khả năng tiết kiệm nhiín liệu, lăm giảm nồng độ khí xả độc hại, mang lại tính kinh tế cao đâp ứng được câc yíu cầu của người tiíu dùng vă tiíu chuẩn về mức độ ô nhiễm môi trường của thế giới đặt ra.
Tuy nhiín để việc điều khiển chính xâc cho hệ thống trong cơ cấu phđn phối khí cần phải lắp câc cảm biến để nhận biết được trạng thâi lăm việc của động cơ như cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến nhiệt độ nước lăm mât, … Câc giâ trị nhận được từ câc cảm biến sẽ truyền đến bộ xử lý tính toân ECU của động cơ.