Chương 1 Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng 1.1 Khái quát về tạo hỗn hợp trong động cơ xăng Chất lƣợng quá trình cháy, công suất và hiệu suất động cơ phụ thuộc nhiều và quá trình tạo hỗn hợp.1 Yêu cầu đối với hỗn hợp - Có thành phần phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ - Hỗn hợp phải đồng nhất trong một xilanh và có thành phần nhƣ nhau trong các xilanh (động cơ nhiều xilanh) Để hỗn hợp đảm bảo yêu cầu trên động cơ xăng hình thành hỗn hợp nhƣ: - Hỗn hợp bên ngoài gồm hệ thống nhiên liệu động cơ xăng dùng chế hòa khí, hệ thống nhiên liệu phun xăng trên đƣờng ống nạp (đơn điểm và đa điểm) - Hỗn hợp bên trong: Nhiên liệu đƣợc phun trực tiếp vào xilanh đông cơ. Mỗi phƣơng pháp hình thành hỗn hợp trên đều có thiết bị và biện pháp cụ thể để đảm bảo chất lƣợng hỗn hợp.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hỗn hợp - Thời gian tạo hỗn hợp: Thời gian càng dài tạo hỗn hợp càng đều - Nhiệt độ môi trƣờng và động cơ: Nhiệt độ cao, bay hơi và hòa trộn với cƣờng độ mạnh chất lƣợng hỗn hợp tốt. Vì thế động cơ xăng phải có biện pháp sấy nóng, tuy nhiên chỉ sấy nóng đủ để nhiên liệu bay hơi, nếu sấy quá nóng lƣợng khí nạp mới sẽ giảm và công suất động cơ sẽ giảm theo. - Kết cấu đƣờng ống nạp, buồng cháy… ảnh hƣởng tới chất lƣợng hỗn hợp về sự đồng nhất trong một xilanh và sự đồng đều giữa các xilanh.
- Thành phần, tính chất của nhiên liệu: Nhiên liệu có nhiều thành phần chƣng cất nhẹ, dễ bay hơi tạo hỗn hợp đồng đều, hàm lƣợng hơi cao.2 Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ chuẩn bị và cung cấp hỗn hợp khí cháy gồm không khí và hơi xăng (gọi tắt là hoà khí ) cho động cơ đảm bảo về số lƣợng và thành phần (hệ số dƣ lƣợng không khí ) phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. Dựa vào phƣơng pháp cấp nhiên liệu cho bộ chế hoà khí, ngƣời ta chia hệ thống thành hai loại: loại cƣỡng bức và loại tự chảy. Hệ thống nhiên liệu kiểu cưEỡng bức của động cơ xăng ô tô dùng bộ chế hoà khí 1- ống nạp xăng; 2- phễu có nút bịt; 3- ống thông hơi ; 4 - thùng xăng; 5- thước đo; 6 - van ; 7 - ống dẫn xăng; 8 - lọc xăng; 9 - bơm chuyển xăng; 10 - lọc lắng; 11 - bình lọc không khí; 12 - bình tiêu âm; 13 - bộ chế hoà khí;14 - bộ hạn chế tốc độ cực đại; 16 - cảm biến mức xăng;17 - nút xả xăng; 18 - miệng hút. Ở hệ thống nhiên liệu tự chảy, thùng xăng thƣờng đặt cao hơn bộ chế hoà khí khoảng 300 500mm nên nhờ trọng lƣợng bản thân xăng có thể tự chảy từ thùng xăng chứa qua bình lọc vào bộ chế hoà khí, không cần bơm chuyển xăng.
Đối với động cơ tĩnh tại, động cơ lắp trên máy kéo hoặc xe máy… thƣờng sử dụng hệ thống nhiên liệu tự chảy. Hệ thống nhiên liệu cƣỡng bức dùng trên ô tô (hình 1.1) do thùng xăng 4 đặt thấp hơn bộ chế hoà khí 13 nên phải dùng bơm chuyển xăng 9, hút xăng từ thùng 4, qua lƣới lọc 18, ống dẫn 7, lọc thô 8 vào bơm để bơm qua bình lọc lắng 10 vào bộ ché hoà khí 13. Đối với động cơ lắp trên ô tô máy kéo chủ yếu sử dụng hệ thống nhiên liệu cƣỡng bức. Bộ chế hoà khí làm nhiệm vụ chuẩn bị và cung cấp hoà khí cho động cơ, là cụm chi tiết quan trọng nhất của hệ thống, các bộ chế hoà khí thƣờng dùng hiện nay đều có nguồn gốc từ bộ chế hoà khí đơn giản 1.3 Bộ chế hòa khí 1.1 Đặc tính bộ chế hòa khí đơn giản 1.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động 7 Bộ chế hoà khí đơn giản (hình 1.2) còn đƣợc gọi là bộ chế hoà khí một vòi phun và một giclơ gồm có: buồng phao 6, giclơ 4, vòi phun 1, họng 2, không gian hoà trộn và bƣớm ga 3.
Nguyên lý hoạt động: xăng từ thùng chứa, do tự chảy hoặc nhờ bơm xăng đi qua ống 8 vào buồng phao 6. Nếu mức xăng trong buồng phao hạ thấp, phao 5 sẽ đi xuống mở đƣờng thông qua van kim 7 cho nhiên liệu đi vào buồng phao với áp suất khí trời p0. Không khí từ ngoài trời qua miệng vào rồi qua họng 2 của bộ chế hoà khí làm tăng tốc độ và giảm áp suất tại họng ph. Nhờ chênh áp ph = p0 - ph xăng vào từ buồng phao đƣợc hút qua vòi phun 1 vào họng 2.
Khi ra khỏi vòi phun xăng đƣợc không khí đi qua họng xé tơi và hoà trộn đều trong dòng không khí qua họng. Không gian Hình 1. Sơ đồ bộ chế hoà khí đơn giản hoà trộn) ở đây một phần xăng đƣợc 1 - vòi phun; 2 - họng; 3 - bướm ga; bay hơi và hoà trộn đều với không khí 4 - fíclơ; 5 - phao xăng; đi vào động cơ phụ thuộc độ mở 6 - buồng phao; 7 - van kim; 8 - ống xăng; 9 - lỗ thông; bƣớm ga 3. Vì vậy bƣớm ga là cơ cấu I – Xăng; II – không khí ; III – hoà khí.
chính điều khiển hoạt động của động cơ. Các hạt xăng chƣa kịp bay hơi hết trong không gian hoà trộn bị cuốn theo dòng chảy, sẽ tiếp tục bay hơi và hoà trộn không khí trên suốt đƣờng nạp trong xi lanh động cơ, suốt các hành trình hút và nén của các xi lanh.2 Đặc tính của bộ chế hòa khí đơn giản Đặc tính bộ chế hoà khí là quan hệ của hệ số dƣ lƣợng không khí với một trong những thông số đặc trƣng cho lƣợng hỗn hợp nạp vào động cơ (lƣu lƣợng không khí Gk, độ chân không ph tại họng khuếch tán, công suất có ích của động cơ Ne) 8 Gk Ta có : (1.L0 Gk, Gnl – lƣu lƣợng của không khí và nhiên liệu L0 – lƣợng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu (kg kk/kg nl) Xét quan hệ = f(ph) Để có đƣợc quan hệ trên, trƣớc hết cần tìm ra quan hệ giữa Gk, Gnl theo ph. Sau khi tính toán với bộ chế hoà khí đơn giản có: G k h f h 2p h k , kg/s (1. nl ) nl , kg/s (1.3) ph - độ chân không tại họng khuếch tán, ph = p0 - ph h – khoảng cách từ mức xăng trong buồng phao đến miệng vòi phun (h = 58mm) g – gia tốc trọng trƣờng k, nl – mật độ không khí, mật độ nhiên liệu h, d – hệ số bóp dòng của họng khuếch tán và của gíclơ nhiên liệu fh, fd – tiết diện thông qua hình học tại họng khuếch tán và gíclơ. Thay các biểu thức (1.1) sẽ tìm ra đặc tính của bộ chế hoà khí đơn giản dƣới dạng sau: 1 fh μh ρ0 Δp h α .ρ nl 1 fh ρ0 trong đó:.
- là biến số phụ thuộc ph d p h g. nl Do đó, hệ số dƣ lƣợng không khí của hoà khí trong bộ chế hoà khí đậm dần lên) khi tăng độ chân không ở họng hoặc tăng lƣu lƣợng không khí qua họng (hình 1. Trên thực tế, mật độ không khí giảm dần khi tăng ph trong khi đó nl hầu nhƣ không thay đổi, đó là lý do chính làm cho hoà khí đậm dần khi tăng ph.3 Đặc tính của bộ chế hoà khí đơn giản. Qua đồ thị trên nhận thấy, khi ph tăng thì hệ số dƣ lƣợng không khí giảm, nghĩa là hỗn hợp đậm dần, đặc tính này không thoả mãn yêu cầu sử dụng của động cơ. Nếu điều chỉnh chế hoà khí có hỗn hợp cần thiết ở chế độ tải lớn thì ở chế độ tải nhỏ và trung bình hỗn hợp quá loãng và ngƣợc lại nếu điều chỉnh hỗn hợp cần thiết cho chế độ tải nhỏ và trung bình thì ở chế độ tải lớn hỗn hợp quá đậm.
Đặc tính lý tưởng của bộ chế hòa khí Với bộ chế hoà khí lý tƣởng cần đảm bảo cho hoà khí có thành phần tối ƣu theo điều kiện hoạt động của động cơ. Quy luật thay đổi thành phần tối ƣu của hoà khí đƣợc xác định qua đặc tính điều chỉnh thành phần hoà khí, thể hiện sự biến thiên của các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ theo hệ số dƣ lƣợng không khí khi giữ không đổi tốc độ động cơ và vị trí bƣớm ga (hình 1. Tung độ của đồ thị đặc tính điều chỉnh là công suất tiêu hao nhiên liệu ge (theo % của gemin) và công suất có ích Ne (theo % Nemax đƣợc xác định bằng thực nghiệm ở tốc độ đã định và mở hết bƣớm ga). Các đƣờng I – I’ là kết quả khảo nghiệm khi mở 100% bƣớm ga; còn các đƣờng II – II’ và III – III’… tƣơng ứng với các vị trí bƣớm ga nhỏ dần còn hoành độ của đồ thị là .
Qua đồ thị thấy rằng : với n = const, ở mỗi vị trí bƣớm ga giá trị của tƣơng ứng với công suất cực đại (các điểm 1,2,3) đều nhỏ hơn so với những điểm có suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (các điểm 5, 6, 7 của đƣờng I’, II’, III’… hoặc 8,9,10 của các đƣờng I, II, III…). Ở mọi vị trí bƣớm ga các điểm đạt công suất cực đại đều có <1. Càng đóng nhỏ bƣớm ga, của điểm công suất cực đại càng giảm. 10 Khi mở 100% bƣớm ga, suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất xuất hiện tại 1,1.
Càng đóng nhỏ bƣớm ga vị trí xuất hiện gemin càng chuyển hƣớng giảm của , khi đóng bƣớm ga gần kín giá trị tƣơng ứng với gemin <1. Nhƣ vậy khi đóng bƣớm ga nhỏ dần, muốn có công suất cực đaị cũng nhƣ muốn có công suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất đều phải làm cho hoà khí đậm lên. Nối các điểm 1,2,3… và các điểm 8,9,10 trên các đƣờng I, II, III sẽ đƣợc hai đƣờng a và b thể hiện sự biến thiên của thành phần hoà khí của công suất cực đại (đƣờng a) và của công suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (đƣờng b) khi mở dần bƣớm ga. Khu vực giữa hai đƣờng a, b là khu vực có thành phần hoà khí tƣơng đối tốt, cải thiện tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ.