Tiểu luận quá trình cháy

Tiểu luận với sự phân cơng thực hiện như sau: - Chương III: Cơ Sở Lý Thuyết Nhiệt Hóa Học Hỗn Hợp Nhiên Liệu - Không Khí - Chương IV: Quá Trình Cháy Trên Động Cơ Đánh Lửa Cưỡng Bức Tron

MỤC LỤC

8

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả 135

LỜI MỞ ĐẦU

Quá trình cháy trong động cơ đốt trong là một vấn đề rất phức tạp và quantrọng Vì vậy cải tiến, hồn thiện hơn nữa quá trình cháy là một trong những giải pháphàng đầu để tiếp tục nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm mức độ phát sinh ơnhiễm mơi trường của động cơ đốt trong

Trong quá trình học tập, nghiên cứu mơn học “Quá trình cháy trong động cơđốt trong”, được sự truyền đạt, hướng dẫn của PGS TS Phạm Xuân Mai, giáo viên phụtrách giảng dạy mơn học và qua nghiên cứu, tìm hiểu thêm một số tài liệu, nhĩm họcviên đã tiếp thu được những kiến thức cơ bản và bổ ích

Nhằm củng cố những kiến thức tiếp thu được cũng như mong muốn nghiêncứu, tìm hiểu sâu hơn một số vấn đề liên quan về quá trình cháy trong động cơ đốttrong, được sự hướng dẫn của giáo viên phụ trách giảng dạy mơn học, nhĩm học viênthực hiện tiểu luận với đề tài “Nghiên cứu quá trình cháy trong động cơ đánh lửacưỡng bức”

Tiểu luận với sự phân cơng thực hiện như sau:

- Chương III: Cơ Sở Lý Thuyết Nhiệt Hóa Học Hỗn Hợp Nhiên Liệu - Không Khí

- Chương IV: Quá Trình Cháy Trên Động Cơ Đánh Lửa Cưỡng Bức

Trong quá trình thực hiện tiểu luận, nhĩm học viên đã được thầy PGS TS.Phạm Xuân Mai nhiệt tình hướng dẫn về nội dung kiến thức và giúp đỡ về tài liệu.Tuy nhiên do khả năng kiến thức cịn nhiều hạn chế, thời gian tiếp xúc, nghiên cứu cácvấn đề liên quan đến nội dung của tiểu luận chưa nhiều nên chắc chắn việc thực hiệnnội dung tiểu luận cịn nhiều thiếu sĩt và hạn chế, nhĩm học viên rất mong nhận được

sự gĩp ý, chỉnh sửa của thầy hướng dẫn và các anh chị học viên Xin chân thành cảmơn!

Nhĩm học viên thực hiện tiểu luận

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG

Động cơ đốt trong, một loại động cơ nhiệt, những máy biến đổi nhiệt thành công.Quá trình đốt cháy nhiên liệu đề cấp nhiệt và quá trình giản nở sinh công của môichất công tác đều được thực hiện ngay trong buồng công tác của động cơ Ngàynay đã xuất hiện những động cơ phản lực, tuốcbin khí, v,v,…, nhưng động cơ đốttrong kiểu piston vẫn là một thiết bị động lực chủ yếu được sử dụng vào mọi lĩnhvực kinh tế: giao thông vận tải, nông - lâm - công nghiệp, quốc phòng… và trongnhững điều kiện khí hậu rất khác nhau trên thế giới

Trong tất cả các loại động cơ nhiệt hiện nay, có thể phân ra 2 loại chính:

- Động cơ hơi nước: động cơ hơi nước kiểu piston và tuốcbin hơi

- Động cơ đốt trong: động cơ đốt trong kiểu piston, tuốc bin khí, động cơ phảnlực…

1860, J.J E Lenoir (1822-1900), đã chế tạo động cơ đốt trong đầu tiên bằng sự

đốt cháy khí đốt ở áp suất môi trường, không có sự nén hỗn hợp trước quá trình cháy.Công suất lớn nhất đạt được khoảng 5 mã lực và hiệu suất cực đại khoảng 5%

1876, Nicolaus A Otto (1832-1891) và Eugen Langen (1833-1895) tận dụng sự

gia tăng áp suất trong quá trình cháy, để cải tiến dòng khí nạp Hiệu suất nhiệt đạtđược trong trường hợp này lên đến 11% Sau đó, nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt và

giảm kích thước động cơ đốt trong, Otto đã gợi ý các chu trình (nạp, nén, cháy dãn nở

và thải) cho 4 hành trình piston của động cơ đốt trong

Động cơ nhiệt

Máy hơi

nước

Tuốc bin khí

Động cơ phản lực

Các động

cơ nhiệt khác

Động cơ đốt trong

Động cơ xăng

Động cơ Diesel

Động cơ Gas (Sử dụng khí đốt)

1884, Alphonse Beau de Rochas (1815-1893) đã mô tả nguyên lý các chu trình

của ĐCĐT Ông cũng đưa ra các điều kiện nhằm đạt hiệu suất cực đại của động cơ đốttrong gồm:

Thể tích xy lanh tối đa ứng với bề mặt biên tối thiểuTốc độ làm việc lớn nhất có thể đạt

Tăng tỉ số nén tối đa

Áp suất tối đa kể từ lúc bắt đầu dãn nở

1886, Hãng Daimler – Maybach xuất xưởng động cơ xăng đầu tiên có côngsuất 0,25 mã lực ở số vòng quay 600 vòng/phút

1892, Rudolf Diesel (1858-1913) đã gợi ý một dạng động cơ đốt trong mới

bằng cách phun nhiên liệu lỏng vào trong không khí sấy nóng Sau đó, hỗn hợp này tựbắt cháy và có hiệu suất nhiệt khoảng 26% Loại động cơ này được biết như động cơDiesel ngày nay

1957, Động cơ đốt trong kiểu piston quay (Động cơ Wankel) được chế tạo rất

gọn nhẹ

Từ đó đến nay, người ta liên tục cải tiến và phát triển từng bộ phận trong động

cơ đốt trong để loại thiết bị này ngày càng hoàn thiện và đạt năng suất cao

1.2.1 Những mẫu động cơ Xăng:

Mặt cắt tiết diện những mẫu động cơ đánh lửa được sản xuất là các dạng điểnhình khác nhau đã và đang được sử dụng rộng rãi

- Động cơ đánh lửa cỡ nhỏ được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhaunhư: trong gia đình (máy cắt cỏ, máy cưa …), máy phát điện di động, ghemáy, mô tô nước và xe gắn máy; thường sử dụng động cơ một xy lanh

- Động cơ nhiều xy lanh thường được sử dụng trên ô tô

Động cơ bốn xy lanh (hình 1.2-1) thông dụng nhất sừ dụng trong ô tô có dungtích vào khoảng 2.5 lít Động cơ có 2 lần phát động trên một vòng quay trục khuỷu vàlực phát ra được cân bằng

Động cơ chữ V với 2 hàng của xylanh góc lệch là 900 hoặc góc độ khác nhọnhơn, một số thỏa thuận đưa ra được sử dụng rộng rãi cho những động cơ thay thế lớn.Hình 1.2-2 trình bày 1 động cơ V- 6 , 6 xylanh xếp thành 2 hàng mỗi bên 3 với góclệch là 600 ở giữa chúng Sáu xylanh thường được sử dụng ở những động cơ có dungtích từ 2.5 đến 4.5 lít Sáu xylanh có 3 thì phát động trong mỗi vòng quay Tuy nhiêntrên một dãi thẳng kết quả là động cơ dài, lực dao động trên trục khuỷu lớn và sự phânphối hòa khí đến mỗi xylanh khó khăn hơn Ơ V-6 thì thuận tiện hơn và là mẫu cânbằng các thành phần của động cơ Tuy nhiên, với động cơ V một mô men làm rungchuyển mạnh được áp đặt lên trục khuỷu xuất phát từ lực quán tính, kết quả là việc cânbằng động cơ kém hơn động cơ thẳng hàng Những động cơ đánh lửa V-8 và V-12cũng được sử dụng rộng rãi từ việc đáp ứng dễ dàng, suôn sẽ, dao động thấp, thay thếrộng

Hình 1.2-1: Động cơ thẳng

Hình 1.2-3: Động cơ đặt nằm ngang

Hình 1.2-4: Động cơ W

Những tuốc bin tăng áp được sử dụng từ việc tăng công suất cực đại có thểnhận được từ động cơ thay thế Sự truyền công của piston trên mỗi chu kỳ, trong mỗixylanh với điều khiển công suất động cơ có thể phân phát được phụ thuộc vào việc đốtcháy nhiên liệu hoàn toàn trong xylanh trên mỗi chu kỳ Việc tăng tỉ trọng không khítrước khi đi vào động cơ như vậy làm tăng công suất cực đại mà một động cơ tăng áp

có thể nhận từ việc thay thế được phân phát Hình 1.2-6 trình bày một mẫu của động

cơ đánh lửa bốn xylanh tăng áp Tuốc bin tăng áp là một sự kết hợp tuốc bin nén sửdụng thay đổi năng lượng trên đường ống xả động cơ đạt được sức nén cho lưu lượngnạp Lưu lượng không khí đi qua máy nén (2), bộ giải nhiệt (3) bộ chế hòa khí (4), ốnggóp (5), và đi vào xú páp nạp (6), như trình bày Sức nén vào động cơ khỏang trên100kPa cao hơn áp suất khí quyển là tiêu biểu Lưu lượng khí xã qua xúpáp (7), vàống góp (8) điều khiển tuốc bin (9) which để nén tạo công suất Cửa xã ngược dòngcủa tuốc bin một số lưu lượng khí thải đi qua đúng lúc khi cần thiết cản lại sự gia tăng

áp suất trở nên quá cao.Cửa xã liên kết (11) được điều khiển bởi bộ gia tăng áp suất.Trong khi hình dạng động cơ tăng áp này theo chiều sức nén bộ chế hòa khí, vài dạng

động cơ đánh lửa tăng áp lại ngược chiều sức nén bộ chế hòa khí vì vậy, nó có tácdụng làm giảm áp suất khí trời Hình 11 trình bày một mô hình cắt bổ của một tuốc bintăng áp ôtô nhỏ Sự sắp xếp của máy nén và những rôto tuốc bin via được liên thôngqua đường ống trung tâm và của tuốc bin và của lưu lượng khí nén đi qua là hiểnnhiên

Hình 1.2.8 trình bày một động cơđánh lửa hai kỳ Động cơ đánh lửa hai kỳđược sử dụng cho cácứng dụng động cơnhỏ ở nơi giá trị thấp và tỉ lệ khốilượng /công suất là quan trọng và khi hệ

số sử dụng thấp Những mẫu tiêu biểuđược sử dụng là xe máy nước, xe gắnmáy, máy cưa… hầu hết động cơ bộ chếhòa khí sử dụng sức nén bên trong hộptrục khuỷu prime với một thay đổi chuyểnđộng đơn xy lanh: piston, thanh truyền vàtrục khuỷu Phẩm chất quan trọng củađộng cơ đánh lửa hai kỳ tốt hơn động cơđánh lửa bốn kỳ là công suất cao hơn trênmột đơn vị dung tích, số lần phát côngtrên số vòng quay trục khuỷu Điều này bù đắp bởi tỉ trọng lưu lượng nạp vào chậmhơn, bởi quá trình thay đổi khí hai thì và việc mất mát khi hòa trộn động cơ thoát theođường thẳng trong khi cho xã khí thải Ngoài ra, tiết kiệm dầu thì cao hơn trong động

cơ hai kỳ, vì vậy cần thiết thêm dầu vào nhiên liệu để bôi trơn xéc măng và bề mặtpiston

1.2.2 Cấu tạo của động cơ Xăng 4 kỳ:

Hình 1.2-9 – Kết cấu động cơ xăng 4 kỳ

Truïc Khuûy

1 2 3 4

7 8 9

11 10

Chú thích:

Xy lanh được lắp lên cacte trên (1) Đây là một bộ phận đỡ cho trục khuỷu (10)

và trục cam Piston nối với trục khuỷu bởi thanh truyền (9), có nhiệm vụ truyền lựcđến đẩy trục khuỷu quay Cacte trên được lắp ghép với cacte dưới Bộ phận này cónhiệm vụ chứa nhớt bội trơn động cơ và bao kín phía dưới

Supape hoạt động được nhờ vào mấu cam trên trục cam thông qua đệm đẩy,đũa đẩy, cò mổ và đóng lại nhờ lò xo supape Trục cam quay được nhờ bánh răng camđược dẫn động bằng bánh răng trục khuỷu hay bằng đai xích Bánh răng trục cam cóđường kính gấp đôi bánh răng trục khuỷu để trục khuỷu quay hai vòng, trục cam quaymột vòng Vì vậy, trong một chu kỳ làm việc mỗi supape chỉ mở ra một lần mà thôi

1.2.2 Cấu tạo của động cơ Xăng 2 kỳ):

Hình 1.2.10: Kết cấu động cơ xăng 2 kỳ

Chú thích:

Xy lanh được lắp trên cạt-te kín Cạt-te dưới còn được gọi là hộp trục khuỷu vì nóđược làm chỗ đỡ cho trục khuỷu

 Nói chung, Cấu tạo động cơ Xăng có thể được phân ra thành một số nhóm, cơ cấu

và hệ thống chính sau:

1 Nhóm chi tiết cố định: có nhiệm vụ bao kín động cơ và làm giá đỡ chocác chi tiết bên trong và bên ngoài động cơ gồm: khối xy lanh, nắp xy lanh(nắp quy lát), cacte trên, cacte dưới (cacte dầu), và các mặt bích đậy kín haibên hông động cơ

2 Nhóm cơ cấu phát lực: có nhiệm vụ nhận lực từ áp lực khí cháy sinh ratrong xy lanh động cơ và truyền ra ngoài cho thiết bị công tác thông qua trụckhuỷu Cơ cấu phát lực bao gồm: nhóm piston(piston, chốt piston, séc măng

và vòng chặn chốt piston), nhóm thanh truyền (thanh truyền, nón thanhtruyền, bu lông thanh truyền và bạc lót) và nhóm trục khuỷu (trục khuỷu vàbánh đà)

3 Cơ cấu phối khí: có nhiệm vụ điều khiển quá trình nạp hoà khí (hỗn hợpnhiên liệu và không khí) vào trong xy lanh đúng kỳ hút/nạp và thải/xả khícháy vào đúng kỳ thải và theo thứ tự nổ của các xy lanh

4 Hệ thống cung cấp nhiên liệu: có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho từng

xy lanh theo một tỷ lệ phù hợp với các chế độ làm việc khác nhau của động

cơ gồm có: thùng chứa, bơm xăng, bầu lọc, bộ chế hoà khí Hỗn hợp khôngkhí và nhiên liệu (hoà khí) được tạo thành bên ngoài buồng cháy tại bộ chếhoà khí gắn trên đường ống nạp

5 Hệ thống đánh lửa: tạo dòng điện có điện thế cao phát tia lửa với cường

độ mạnh làm cháy hỗn hợp khí gồm có: Accu, bộ biến đổi điện áp, tụ điện, bộchia điện và bugi

6 Hệ thống bôi trơn: đưa dầu bôi trơn đến các mặt ma sát trong động cơnhằm: giảm ma sát, sạch bề mặt ma sát, làm mát ổ trục Hệ thống bôi trơngồm có: cacte chứa dầu bôi trơn, bơm dầu, bình lọc thô – tinh, két dầu, đồng

hồ đo áp suất, ống dẫn

7 Hệ thống làm mát: đảm bảo tản nhiệt từ động cơ ra ngoài giúp động cơlàm việc bình thường; có 2 cách làm mát: bằng nước (gồm có: bơm nước,đường nước làm mát, két nước, quạt gió) và bằng gió (gồm có: bộ tản nhiệt,quạt làm mát và cơ cấu dẫn động quạt)

8 Hệ thống khởi động: đảm bảo cho động cơ khởi hành nhanh chóng; khởiđộng bằng điện, động cơ lai, khí nén

1.3.1 Các thuật ngữ và khái niệm cơ bản (hình 1.3-1):

Điểm chết (tử điểm): vị trí cuối cùng của piston trong xy lanh mà ở đó nó

không thể di chuyển tiếp được nữa Tại vị trí đó, vận tốc của piston bằng không vàpiston sẽ đổi chiều chuyển động Có hai điểm chết: điểm chết trên/tử điểm thượng

và điểm chết dưới/tử điểm hạ:

 Điểm chết trên (ĐCT): vị trí của piston nằm phía trên xy lanh, xa đườngtâm của trục khuỷu nhất

 Điểm chết dưới (ĐCD): vị trí của piston nằm phía dưới xy lanh, gầnđường tâm của trục khuỷu nhất

Hành trình piston (khoảng chạy S của piston): khoảng dịch chuyển của pistongiữa hai điểm chết Có hai khoảng chạy, khoảng chạy lên và khoảng chạy xuống.Đường kính xy lanh D (lòng xy lanh) : đường kính trong của xy lanh

Thể tích xy lanh (dung tích xy lanh, Vh): thể tích xy lanh mà piston giải phóngkhi di chuyển từ ĐCT đến ĐCD hoặc ngược lại Thể tích công tác được tính nhưsau:

Đối với động cơ nhiều xy lanh , dung tích xy lanh của động cơ bằng i.Vh ( i là

số xy lanh trong động cơ).

Thể tích buồng cháy (V c ): thể tích còn lại trong xy lanh khi piston ở ĐCT Đó là

thể tích bé nhất của xy lanh

Thể tích toàn bộ xy lanh (V a ): thể tích ở phía trên piston khi nó nằm ở ĐCD.

Đó là thể tích lớn nhất của xy lanh:

Tỷ số nén (ε) : tỷ số giữa thể tích toàn bộ xy lanh chia cho thể tích buồng cháy

Tỷ số nén chỉ rõ thể tích xy lanh bị giảm đi bao nhiêu lần, tức là thể tích khí trong

xy lanh bị ép nhỏ bao nhiêu lần khi piston đi từ ĐCD lên ĐCT Tỷ số nén ký hiệu

là e và được tính bằng công thức sau :

Hòa khí : hỗn hợp giữa hơi xăng và không khí trộn thật đều và đúng tỷ lệ Ởđộng cơ xăng hòa khí được tạo thành ở bên ngoài xy lanh động cơ tại bộ chế hòa

khí (carburater) Vì vậy, khí nạp mới hút vào xy lanh động cơ xăng chính là hòa

khí trong khi ở động cơ diesel khí nạp mới chỉ là không khí (thanh khí)

Môi chất công tác (MCCT): 1 khối khí trong xy lanh động cơ mà nhờ sự thayđổi các thông số trạng thái (thể tích , áp suất và nhiệt độ) của nó, nhiệt năng tạothành do đốt cháy nhiên liệu chuyển sang cơ năng (sinh công) Trong kỹ thuật nhiệtđộng lực học MCCT còn gọi là chất môi giới

Kỳ/thì (temps): thời gian MCCT thay đổi trạng thái trong một hành trình pistonhay trong nửa vòng quay của trục khuỷu

Chu kỳ (cycle): toàn thể sự thay đổi trạng thái (sự thay đổi thể tích, áp suất vànhiệt độ) của MCCT từ khi mới đem vào xy lanh cho đến lúc được xả ra ngoài khítrời

Va = Vh + Vc

c

h c

h c c

a

V

V V

V V V

1.3.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng 2 kỳ:

Kỳ thứ nhất (hành trình piston đi xuống): hành trình cháy giản nỡ sinh công vàmột phần của quá trình thải khí cháy đồng thời nạp hòa khí mới vào xy lanh Do

đó, động cơ đã thực hiện xong một chu kỳ

Lúc này, piston đang ở ĐCT, thể tích xy lanh bằng thể tích buồng cháy (Vc).Hòa khí bị nén có áp suất và nhiệt độ cao (T = 280-3000C), áp suất (p = 8-15atm(kG/cm2)) gặp tia lửa điện phóng ra từ bugi lập tức bốc cháy rất nhanh Áp lực củakhí cháy (môi chất công tác) trong xy lanh tăng vót lên 30-40 atm, đẩy piston đi xuốngĐCD, qua trung gian thanh truyền làm quay trục khuỷu (thực hiện quá trình giãn nởsinh công) Đồng thời trong hành trình đi xuốngpiston còn có nhiệm vụ ép hòa khí đãđược hút sẳn vào cạt-te (hộp trục khuỷu) ở kỳ trước

Quá trình giãn nở chiếm khoảng 3/4-8/10 hành trình đi xuống Vì tại vị trí này,piston vừa mở lỗ thoát, lập tức khí cháy tuôn ra ngoài, áp lực của môi chất công táctrong xy lanh giảm rất nhanh và một phần lớn khí cháy đã bị tống ra khỏi xy lanh

Piston tiếp tục đi xuống, kế đó mở tiếp lỗ nạp, hòa khí bị nén trong cạt-te có ápsuất khoảng 1,3-1,5 (atm) sẽ nạp đầy vào trong xy lanh qua lỗ nạp Như vậy, kể từ lúc

cả 2 lỗ thoát và nạp cùng mở, có 2 quá trình xãy ra đồng thời (thải khí ra khỏi xy lanh

và nạp khí mới vào xy lanh) và chúng được gọi là quá trình quét thải (vì thực chất ởđộng cơ hai kỳ, người ta còn lợi dụng dòng khí mới đẩy khí cháy ra sạch)

Kỳ thứ hai (piston đi từ ĐCD đến ĐCT): tiếp tục quá trình thải nén.Khi pistonxuống đến ĐCD, chấm dứt kỳ 1, nhờ quán tính cuỷa bánh trớn (bánh đà), pistonđổi chiều chạy lên tạo ra áp thấp (chân không) ở cạt-te và hút hòa khí vào Tronglúc 2 lỗ nạp và thoát chưa đóng, hòa khí tiếp tục nạp vào trong xy lanh, đồng thờikhí cháy tiếp tục thoát ra ngoài

Piston đóng lỗ nạp trước rồi mới đóng lỗ thoát, do đó một phần khí nạp mới(hòa khí có hơi xăng) sẽ bị khí cháy cuốn ra ngoài Chính vì lý do này, động cơ hay kỳtiêu hao nhiều xăng hơn động cơ 4 kỳ

Quá trình nén, chỉ thực sự bắt đầu khi piston đóng kín cả hai lỗ nạp thải Thểtích xy lanh nhỏ dần, làm tăng nhiệt độ vá áp suất của MCCT trong xy lanh Đối vớichu kỳ lý thuyết, quá trình nén chấm dứt khi piston lên đến gần ĐCT, bugi nẹt lửa, hòakhí bốc cháy Vì vậy, quá trình nén thực tế được xem như chấm dứt khi piston lên gầnĐCT Tương ứng với góc đánh lửa sớm (khoảng 4-120 góc quay trục khuỷu trướcĐCT)

Hình 1.3-2: Nguyên lý hoạt động động cơ xăng 2 kỳ

 Tóm tắt:

Kỳ thứ nhất: Piston chạy xuống Kỳ thứ hai: Piston chạy lên

- Cháy + giãn nở sinh công - Tiếp tục nạp và thải

- Ép hoà khí ở cạt te - Xú páp nạp đóng, chấm dứt nạp

- Thoát khí cháy - Xú páp thoát đóng, chấm dứt thoát

- Nạp khí nạp mới vào trong xy lanh - Hút hoà khí (khí nạp mới) vào cạt te

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng 4 kỳ:

Chu trình công tác của động cơ xăng bốn thì được thực hiện trong bốn hànhtrình của pittông, mỗi hành trình của pittông thực hiện một thì

Hình 1.3-3: Chu trình công tác ĐCX 4 kỳ Hình 1.3-4: Đồ thị công

Nguyên lý hoạt động theo chu trình lý thuyết:

Theo chu kỳ lý thuyết mỗi kỳ khởi sự ngay tại 1 điểm chết mà cũng chấm dứtngay tại 1 điểm chết Trong động cơ 4 kỳ thì mỗi kỳ sẽ thực hiện 1 quá trình và có:

 Kỳ nạp/hút: thực hiện quá trình nạp, piston dịch chuyển từ ĐCT xuốngĐCD

 Kỳ nén: thực hiện quá trình nén , piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT

 Kỳ sinh công: thực hiện quá trình cháy - dãn nở, piston dịch chuyển từĐCT xuống ĐCD

 Kỳ thải/xả/thoát: thực hiện quá trình thải sản vật cháy, piston dịchchuyển từ ĐCD lên ĐCT

Động cơ hoạt động theo chu trình lý thuyết nêu trên sẽ mất khoảng 15 - 30%công suất vì các lý do sau:

 Không thải sạch được sản vật cháy

 Không nạp được đầy môi chất công tác mới

 Không cháy đúng thời điểm

Trên thực tế động cơ hoạt động theo chu trình công tác thực tế nhằm tăng tối đacông suất và hiệu suất của động cơ

Nguyên lý hoạt động theo chu trình thực tế:

Supape nạp đóng trễ sau khipiston đã qua khỏi ĐCD đi ngược trởlên, tương ứng với góc quay trục khuỷukhoảng từ 300 đến 600 sau ĐCD.

Động cơ có tốc độ (số vòng quay

trục khuỷu) càng cao thì góc mở sớm,

đóng trễ và supape nạp càng lớn

Supape nạp mở sớm trong lúcsupape thoát chưa đóng lại.Vì thế có tồn

tại một khoảng khắc rất ngắn (thời gian

tính theo giây) 2 supape hút và thoát

cùng mở (cỡi nhau), góc quay trục

khuỷu mà cả 2 supape cùng mở goị làgóc trùng điệp Mà cũng vì khoảng thờigian ấy quá ngắn nên khí cháy không đủthì giờ để dội ngược lại bộ chế hòa khí.Mục đích mở sớm và đóng trễ supapehút nhằm tăng lượng khí nạp mới vào xylanh động cơ, từ đó tăng được công suất phát

ra của động cơ.Mặc dù supape hút đóng trễ, trong lúc piston đã đi lên mà khí nạp mới

không bị đẩy ra ngoài (ra ống góp nạp) vì những lý do sau đây:

o Quán tính (trớn) hút khí nạp vẫn còn mạnh vì máy chạy nhanh.

o Trong xy lanh còn chân không, có nghĩa là áp suất trong xy lanh nhỏ hơn áp suấtkhí trời

o Ở gần điểm chết trục khuỷu quay một vòng cung dài, trong khi piston đi được mộtđoạn đường ngắn

Tuy nhiên ở một số động cơ chạy chậm supape hút có thể mở trễ khi piston đã

đi qua khỏi ĐCT, tương ứng với góc quay trục khuỷu khoảng từ 00 - 80 sau ĐCT Mụcđích của việc mở supape hút sau khi supape thoát đã đóng là để cho khí cháy được thảisạch ra khỏi xy lanh trước khi hút khí nạp mới vào xy lanh

 Kỳ nén (Hành trình nén - thì ép):

Hình 1.3-7: Diễn biến hành trình nén Hình 1.3.6: Kỳ nạp

Quá trình nén thực tế khí nạp mới trong

xy lanh bắt đầu khi supape nạp vừa đóng

và chấm dứt khi piston gần lên tới ĐCT,tương ứng với góc quay trục khuỷukhoảng từ 00 đến 220 trước ĐCT gọi làgóc đánh lửa sớm (lúc bugi nẹt lửa - đốivới động cơ xăng) hoặc góc phun sớm(đối với động cơ diesel) Vì thế hành trìnhnén thực tế nhỏ hơn hành trình nén lýthuyết, tương ứng với góc quay trụckhuỷu nhỏ hơn 1800

Trên thực tế hành trình nén là hànhtrình tiêu hao công (công âm),được nhận từ công dư của bánhtrớn (bánh đà) hoặc từ công giãn

nở (công dương) của các xy lanh khác trongđộng cơ

Tuy nhiên, nhờ có quá trình nén nhiệt độ và áp suất của MCCT tăng cao Ví

dụ : một động cơ xăng có tỷ số nén là 7, thì khi piston lên tới gần ĐCT áp suất hòa khítăng lên khoảng 8 atm và nhiệt độ lên khoảng 3000 C Trong điều kiện nhiệt độ và ápsuất cao này hòa khí sẵn sàng bốc cháy khi có tia lửa điện phóng ra tại bugi

 Kỳ cháy - giãn nở (hành trình sinh công):

Hình 1.3-9: Diễn biến hành trìnhsinh công

Quá trình cháy thực tế xem như được bắtđầu lúc bugi nẹt lửa (đối với động cơ xăng) hoặclúc nhiên liệu diesel phun vào xy lanh (đối vớiđộng cơ diesel), tương ứng với góc đánh lửa sớmhoặc góc phun sớm

Hình 1.3-10: Kỳ cháy

Ở động cơ xăng, hòa khí bị ép nóngsẳn, gặp phải tia lửa điện bốc cháy rấtnhanh (chỉ trong vòng khoảng 1/200 củagiây đồng hồ) Nhiệt độ và áp suất khítrong xy lanh tăng lên rất nhanh và rất cao(T = 2200 - 2500C , P = 35 atm) Chính

Hình 1.3-8: Kỳ nén

nhờ áp lực cao này đẩy piston đi xuốngmạnh làm cho trục khuỷu và bánh trớnquay Khi piston đi xuống, thể tích xylanh (Vh) tăng, khí cháy giãn nở sinhcông Khi tay quay trụckhuỷu cònkhoảng 450 trước ĐCD thì supape mởchấm dứt quá trình giãn nở sinh công vàbắt đầu quá trình thải khí cháy ra khỏi

xy lanh Như vậy Quá trình cháy - giãn

nở thực tế nhỏ hơn quá trình cháy giãn nở lý thuyết

-Hình 1.3-11: Kỳ thải



 Kỳ thải (thì thoát hay còn gọi là hành trình thải):

Supape thoát mở sớm 450, khí cháy tuôn ra ngoài một phần lớn , áp suất khí trong xylanh giản xuống rất nhanh, trong lúc piston đang chạy xuống ĐCD Như vậy ta đã làmmất đi một phần công suất và hiệu suất của động cơ Nhưng ta được bù lại trong lúcpiston chạy lên vì nó không còn bị hãm bởi sức đối áp của khí cháy trong xy lanh.Supape thoát đóng trễ khoảng 100 sau ĐCT nhằm gia tăng thời gian đẩy sạch khí cháy

ra khỏi xy lanh Như vậy, quá trình thải thực tế lớn hơn quá trình thải lý thuyết

1.3.4 Nguyên lý làm việc động cơ piston quay (WANKEL ROTARY ENGINE):

Hình 1.3-12: Nguyên lý làm việc của động cơ Piston quay

1 Rô to (Piston quay); 2 Trục cơ; 3 Vành răng cũa rô to; 4 Bánh răng trục cơ; 5 Xy lanh; 6 Buồng nạp; 7 Cửa nạp; 8 Bugi; 9 Cửa thải.

Trên hình vẽ trình bày nguyên lý làm việc của một loại động cơ piston quay có

rô to 1 (piston quay) cho động cơ xăng Vành răng trong 3 của rô to luôn ăn khớp vớibánh răng trục khuỷu có tỉ số truyền i= 2/3 Tâm của rô to lệch với tâm của trục cơ mộtkhỏa là e khi rô to chuyển động song phẳng ba đỉnh A, B, C của rô to luôn tiếp xúcvới bề mặt xy lanh 5 có dạng đường cong Ê pi trô cô it do đó tạo ra ba không gianthay đổi là AC, AB, và BC

Trên hình a, theo chiều quay của rô to, không gian AC tăng dần thể tích vàthông với cửa nạp 7 nên tại đây sẽ xãy ra quá trình nạp; Không gian AB giảm dần thểtích với quá trình nén, còn ở không gian BC diễn ra quá trình thải Khi đỉnh C đi quacửa nạp 7, không gian AC đạt thể tích cực đại và quá trình nạp tại đây kết thúc Tiếptheo, thể tích không gian AC giảm dần thực hiện quá trình nén môi chất

Tại vị trí hình b, bugi bật tia lửa điện để đốt hổn hợp Sau một thời gian cháy trể, quátrình cháy thực sự diễn ra Áp suất trong không gian này tăng vọt tác dụng lên bề mặt

AC của rô to tạo ra mô men quay, do rô to 1 lệch tâm với trục cơ 2 Qua bộ truyềnbánh răng 3-4 mô men được truyền ra trục cơ và ra ngoài để kéo máy công tác Đồngthời tại vị trí trên hình b ở không gian BC diễn ra quá trình nạp, còn khí cháy được thải

ra ngoài từ không gian AB

Tương tự như vậy hình c, ở không gian AC quá trình giãn nở kết thúc và chuẩn bị quátrình thải Còn tại không gian AB, quá trình nạp bắt đầu trong khi không gian BC đangthực hiện quá trình nén Như vậy, khi rô to thực hiện một chu trình tương ứng với 3vòng quay của trục cơ 2, cả ba không gian đều thực hiện một chu trình làm việc gồm

có các quá trình nạp, nén, cháy giản nở và thải tương đương với động cơ có pistonthông thường 4 kỳ 3 xylanh

So với động cơ piston thông thường, động cơ piston quay có những ưu điểmsau:

 Rô to quay nên dễ dàng cân bằng đối trọng Vì thế, tốc độ vòng quayđộng cơ có thể rất cao

 Chất lượng nạp – thải cao vì dùng cửa nạp – thải ( không phải dùng xúpáp ) nên tiết dịên lưu thông lớn

 Động cơ rất gọn và có công suất cao

Khuyết điểm chủ yếu của động cơ có piston quay là các chi tiết bao kín dạng thanh ởcác đỉnh của rô to và bề mặt xylanh món rất nhanh vì vận tốc trượt lớn và khó bôi trơn

Do đó, tuổi thọ của động cơ không cao

Mặc dù với ngững ưu điểm kể trên, động cơ Wankel cho đến nay không được dùngphổ biến như động cơ piston thông thường

1.4 Cấu tạo và nguyên lý làm việc các bộ phận chính của động cơ:

1.4.1 Hệ thống bôi trơn:

1.4.1.1 Mục đích và yêu cầu:

Mục đích:

Giảm ma sát, chống mài mòn

Tải nhiệt ở các bề mặt ma sát (làm mát cho chi tiết)

Bảo đảm các bề mặt chi tiết không bị gỉ khi động cơ ngừng hoạt động

Rửa sạch các bề mặt ma sát (cuốn trôi các mạt sắt, cạn bẩn, …)

Bao kín các khe hở nhỏ (làm kín khe hở giữa piston với xylanh)

Yêu cầu:

Dầu bôi trơn phải đúng chủng loại và bảo đảm đủ độ nhớt theo quy định củatừng loại động cơ

Dầu bôi trơn không được lẫn các tạp chất và các chất ăn mòn kim loại

Hệ thống bôi trơn phải hoạt động chắc chắn, tin cậy, bảo đảm dầu đưa đến các

vị trí bôi trơn đều với áp suất và lưu lượng phù hợp

Hiện nay, thường dùng phương pháp bôi trơn hỗn hợp gồm: bôi trơn áp lực vàbôi trơn theo cách vun té

lỗ bị khoan ở trục khuỷu đến bạc lót thanh truyền Dầu chảy qua khe hở dầu bạc lót vàsau đó nó phun lên các bộ phận chuyển động Tại cùng thời điểm dầu chảy qua mộtđường dẫn đến nắp máy Ở đó dầu chảy xuyên qua một buồng dầu đến bôi trơn các

trục cam và các bộ phận truyền động xúpap Sau khi luân chuyển đến tất cả các bộphận động cơ, nó rơi xuống máng dầu Sau đó tiếp tục hành trình bôi trơn kế tiếp

o Đối với nước làm mát:

Nước làm mát phải sạch, không lẫn tạp chất và các chất ăn mòn kim loại

Nhiệt độ nước vào làm mát động cơ không nên thấp quá hoặc quá cao

Đối với hệ thống làm mát gián tiếp thì nhiệt độ nước sau khi làm mát thải rakhông quá 900C

Sự chênh lệch về nhiệt độ giữa nước vào làm mát và nước ra sau khi làm mátkhông lớn

Bình chứa phải có lỗ thông khí

1.4.2.2 Sơ đồ và nguyên lý làm việc:

Có hai kiểu làm mát cho động cơ: làm mát bằng gió và làm mát bằng nước Sauđây là hệ thống làm mát bằng nước kiểu một vòng tuần hoàn kín thông dụng trên độngcơ

Sơ đồ:

Hình 1.4-2: Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ

1 Thân máy; 2 Nắp máy; 3 Đường ống ra khỏi két; 4 Ống dẫn bọt nước;

5 Van hăng nhiệt; 6 Nắp két nước; 7 Két; 8 Quạt gió; 9 Puly;

10 Ống nước nối tắc về bơm; 11 Đường nước vào động cơ;

12 Bơm nước; 13 Két làm mát dầu; 14 Ống phân phối nước.

Nguyên lý hoạt động:

Nước làm mát có nhiệt độ thấp được bơm 12 hút từ bình chứa phía dưới của kétnước 7 qua đường ống 10 rồi qua két 13 để làm mát dầu, sau đó vào động cơ Để phânphối nước đồng đều cho các xylanh, nước sau bơm vào thân máy 1 chảy qua ống phânphối 14 được đúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xylanh, nước làm mát nắp máyrồi theo đường ống 3 ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao đến van hằng nhiệt 5 Khi vanhằng nhiệt 5 mở nước qua van đi vào bình chứa phía trên của két nước Tại đây nướcđược làm mát dễ dàng, không khí đi qua két theo quạt gió 8 tạo ra Quạt được puly dẫnđộng từ trục khuỷu của động cơ Tại bình chứa phía dưới của két làm mát, nước cónhiệt thấp lại được bơm hút vào động cơ thực hiện một chu trình làm tuần hoàn

Độ tro phải rất ít (sau khi cháy để lại tro rất ít)

Độ axít có trong nhiên liệu không được quá nhiều

Khi phụ tải của động cơ thay đổi thì lượng cung cấp hỗn hợp phải thay đổi theosao cho công suất của động cơ phù hợp với phụ tải

Hỗn hợp phải sạch (không có bụi cơ học, nước và các tạp chất khác)

1.4.3.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp hỗn hợp đốt động cơ xăng với bộ chế hoà khí.

Gồm các chi tiết: thùng xăng, bình lọc, bơm chuyển, bộ chế hoà khí, bình lọckhông khí, ống hút, ống thải, bình giảm thanh

Hình 1.4-3: Sơ đồ hệ thống cung cấp hỗn hợp đốt

động cơ xăng với bộ chế hoà khí.

1 Thùng xăng, 2.Ống dẫn xăng, 3 Bình lọc xăng, 4 Bơm chuyển, 5 Bộ chế hoà khí,

6 Bình lọc không khí, 7.Ốnghút , 8.Ốngthải, 9.Ốnggiảm thanh, 10 Piston, 11 Xupap

nạp, 12.Ốngkhuếch tán, 13.Ốngphun, 14 Van kim.

Xăng từ thùng chứa tự chảy qua các bình lọc đến bộ chế hoà khí (trong trườnghợp thùng xăng cao hơn bộ chế hoà khí), hoặc được bơm hút từ thùng chứa đưa đếncác bình lọc rồi đến bộ chế hoà khí (trường hợp thùng xăng thấp hơn bộ chế hoà khí).Khi pittông 10 dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, tạo ra sự giảm áp trong xylanh 10,xupáp nạp 11 mở không khí ngoài trời được hút vào xylanh của động cơ, trong quátrình này không khí đi qua bình lọc không khí 6, không khí được lọc sạch bụi cơ học

và các tạp chất khác Khi không khí đến ống khuếch tán 12, do tiết diện ống thay đổilàm cho độ chân không ở ống khuếch tán tăng, xăng theo ống phun 13 trong bộ chếhoà khí phun ra ống khuếch tán với những hạt nhỏ, sau đó bay hơi và hoà trộn vớikhông khí tạo thành hỗn hợp rồi đi vào xylanh 10 Khi xăng phun ra khỏi ống phunthì mực xăng trong buồng phao 5 hạ xuống, van kim 14 hạ xuống theo, xăng trongthùng chứa chảy vào buồng phao 3, phao và van kim được nâng lên làm đóng kínmạch cung cấp xăng làm xăng ngưng chảy vào buồng phao

1.4.3.3 Sơ đồ hệ thống cung cấp hỗn hợp đốt của động cơ xăng với hệ thống phun xăng

Hệ thống cung cấp hỗn hợp đốt trong động cơ xăng với bộ chế hoà khí rất khóxác định hệ số dư không khí a ở những thời điểm khác nhau với những tải trọng khác

nhau, nên rất khó định lượng xăng cung cấp cho động cơ một cách hợp lí ở những chế

độ hoạt động của động cơ Khi hỗn hợp quá giàu hay quá nghèo đều ảnh hưởng xấuđến chu trình công tác của động cơ, làm cho nhiệt độ động cơ tăng, hiệu suất nhiệtthấp, động cơ không phát huy hết công suất, tuổi thọ động cơ giảm, khí thải có nhiềutác động xấu đối với môi trường

Khi động cơ nhiều xylanh sử dụng bộ chế hoà khí không thể cung cấp hỗn hợpđồng đều nhau ở các xylanh Mặt khác để xăng bay hơi hết cần phải sấy nóng đườngống nạp, do đó làm giảm hệ số nạp và do bộ chế hoà khí có ống (họng) khuếch táncũng làm hạn chế hệ số nạp… Vì vậy để khắc phục một số nhược điểm vừa nêu trêncủa bộ chế hoà khí người ta đưa ra biện pháp phun xăng thay thế cho bộ chế hoà khí

Hiện nay có hai hệ thống phun xăng là: Phun xăng trực tiếp vào xylanh động

cơ giống như động cơ diesel và hệ thống phun xăng với điểm phun xăng trên đườngống nạp của động cơ

Sau đây là một ví dụ điển hình về động cơ phun xăng điện tử trên đường ốngnạp

Hình 1.4-4: Hệ thống phun xăng điện từ nhiều điểm Bosch Motronic

1 Bình chứa xăng; 2 Bơm xăng điện; 3 Bộ lọc xăng; 4 Dàn phân phối xăng; 5 Bộ điều chỉnh áp suất xăng; 6 Bộ giảm dao động áp suất; 7 Bộ điều khiển trung tâm; 8 Bôbin đánh lửa; 9 Bộ phân phối đánh lửa; 10 Bugi; 11 Vòi phun (chính); 12 Vòi phun khởi động; 13 Vít điều chỉnh không tải; 14 Bướm ga; 15 Cảm biến vị trí bướm

ga; 16.Lưu lượng kế không khí; 17 Cảm biến nhiệt độ khí; 18 Cảm biến lambda; 19 Công tắc nhiệt khởi động; 20 Cảm biến nhiệt độ động cơ; 21 Thiết bị bổ sung không khí khi chạy ấm máy; 22 Vít điều chỉnh hỗn hợp khi chạy không tải; 23 Cảm biến vị trí trục khuỷu ( pha làm việc của các xilanh); 24 Cảm biến tốc độ động cơ; 25 Ắc

quy; 26 Công tắc khởi động; 27 Rơle chính; 28 Rơle bơm xăng

Bộ ECU: tiếp nhận các tín hiệu điện do các cảm biến truyền tới rồi chuyểnchúng thành tín hiệu số và được xử lí theo một chương trình đã vạch sẵn trongmáy

Các cảm biến ghi nhận các thông số hoạt động của động cơ: bao gồm các cảmbiến:

Điện áp acqui đo qua điện kế thế

Tín hiệu khởi động của động cơ

Nồng độ oxy trong khí xả (cảm biến Lamda)

Mạch cung cấp xăng: xăng được bơm điện 2 bơm xăng từ thùng chứa 1 đến bầulọc xăng 3 tới dàn phân phối xăng 4, bộ điều chỉnh áp suất 5, bộ giảm dao động ápsuất 6 đến vòi phun xăng điện tử 11 Nhờ bộ điều chỉnh áp suất 5 và bộ giảm daođộng 6 mà áp suất xăng trong dàn phân phối 4 được giữ không đổi khi động cơhoạt động Tuỳ theo sự thay đổi điện áp của các cảm biến mà bộ ECU truyền tínhiệu đến các vòi phun để thực hiện quá trình phun cho phù hợp đảm bảo quá trìnhtiêu tốn nhiên liệu và khí thải độc hại sinh ra là ít nhất

1.4.4 Hệ thống đánh lửa:

1.4.4.1 Nhiệm vụ:

Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều hoặc một chiều cóhiệu điện thế thấp (12 ÷ 24 V) thành các xung điện thế cao (từ 15.000 ÷ 40.000 V).Các xung hiệu điện thế này sẽ được phân bố đến các bougie của các xilanh nhằm tạotia lửa điện cao áp để đốt cháy hoà khí ở cuối kì nén

Theo cách bố trí điện áp: có bộ chia điện (Delco) và đánh lửa trực tiếp haykhông có Delco

Theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm: bằng cơ khí và bằng điện tử Theo kiểu ngắt mạch sơ cấp: sử dụng vít lửa, transitor, thyristor

1.4.4.3 Sơ đồ cấu tạo va nguyên lí làm việc hệ thống đánh lửa điện tử có tiếp điểm:

Đặc điểm của hệ thống đánh lửa điện từ có tiếp điểm là dựa vào tính chất khoá

mở của transitor theo sự điều khiển của tiếp điểm Khi đóng khóa điện (7) và tiếpđiểm đóng ở điện cực phát E của transitor có giá trị dương, vì khi đó cực E thông quacuộn dây W1 của biến thế đánh lửa (4) và điện trở 5 trong mạch sơ cấp nối với cựcdương của ắcqui, điện thế ở cực gốc B có giá tri âm, vì cực gốc B thông qua điện trở(2) trong mạch điều khiển và cặp tiếp điểm nối với cực âm của ắcqui, khi đó dòng điệnđiều khiển Ib sẽ đi qua cực E đến cực B có tác dụng mở hoàn toàn công tắc E - C chodòng điện cực gốc Ic đi qua

Dòng điện sơ cấp của biến thế đánh lửa sẽ là tổng của dòng Ib và Ic (Ib+Ic),dòng điện này tạo nên năng lượng tích luỹ trong từ trường trong biến thế đánh lửa, khitiếp điểm mở, dòng điện Ib bị triệt tiêu do đó transitor bị khóa đột ngột, dòng điện sơcấp cũng bị triệt tiêu do đó tạo nên sự biến thiên từ trường trong cuộn thứ cấp biến lửa

và phát sinh dòng điện thứ cấp trong cuộn thứ cấp W2, sau đó điện thế cao áp đượcdẫn đến bộ chia điện và bugi Tại đây, giữa hai điện cực của bugi xuất hiện tia lửa điệnđốt cháy hỗn hợp khí

Trong hệ thống đánh lửa điện tử có tiếp điểm, transitor có tác dụng hạn chếdòng điện tự cảm phóng qua tiếp điểm, điều này làm cho cặp tiếp điểm bền hơn

Hình: 1.4-5: Sơ đồ hệ thống đánh lửa

1 Bộ tạo xung điện (bộ đóng ngắt dòng điện sơ cấp biến thế); 2 Điện trở trong mạch điều khiển; 3 Transitor; 4 Biến thế; 5 Điện trơ trong mạch sơ cấp;

6 Công tắc khởi động động cơ; 7 Khóa công tắc chính; 8 Nguồn điện (ắcqui); 9 Bộ

chia điện; 10 Dây cao áp; 11 Bugi.

1.4.4.4 Sơ đồ cấu tạo va nguyên lí làm việc hệ thống đánh lửa điện tử không tiếp

xung trong một chu kỳ làm việc bằng số xylanh của động cơ Những tín hiệu này đượcchuyển qua tụ điện 8 và dẫn đến bộ rung bán dẫn 9 để modun hoá thành các xung điện

17 Tiếp theo, tín hiệu đưa đến mạch chuyển pha 10 Tại đây tín hiệu được thay đổi vềpha sao cho góc đánh lửa sớm phù hợp với yêu cầu đã được mã hoá trong mạch 10.Sau đó tín hiệu được khuếch đại bởi bộ khuếch đại 11 trở thành tín hiệu 18 rồi đượcdẫn vào cuộn dây sơ cấp W1 của biến áp đánh lửa 12 gây ra suất điện động cảm ứngcao áp ở cuộn thứ cấp W2 Suất điện động cao áp ở mạch thứ cấp thông qua bộ chiađiện 13 và dây cao áp 14 sẽ phóng tia lửa điện ở bougie 15 để đốt hỗn hợp trongxylanh động cơ

Hình: 1.4-6: Sơ đồ hệ thống đánh lửa

1 khung từ; 2 rôto; 3 acquy; 4 khoá điện; 5 cuộn dây; 6 điểm nối; 7 điện trở mạch

sơ cấp; 8 tụ điện; 9 bộ rung bán dẫn; 10 bộ chuyển pha; 11 bộ khuếch đại; 12 biến

áp đánh lửa; 13 bộ chia điện; 14 dây cao áp; 15 bougie; 16 xung điều khiển; 17.

xung đã được modun hoá; 18 xung sau khuếch đại.

Do không có tiếp điểm nên hệ thống làm việc rất an toàn và không phải bảodưỡng khi vận hành

Nói chung, so với các hệ thống đánh lửa khác, chất lượng đánh lửa của hệ thốngđánh lửa bán dẫn rất tốt ở cả chế độ vòng quay cao và thấp, động cơ khởi động dễdàng Do đó chất lượng làm việc của động cơ được cải thiện rõ rệt như giảm suất tiêuhao nhiên liệu, động cơ tăng tốc nhanh chóng

1.4.4.5 Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử:

Để ECU có thể xác định chính xác thời điểm đánh lửa cho từng xy lanh động cơtheo thứ tự thì nổ, ECU cần phải nhận được các tín hiệu cần thiết từ các cảm biến Tínhiệu vào càng nhiều thì việc xác định góc đánh lửa sớm càng tối ưu, càng chính xác

Sơ đồ HTĐL với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử có thể chia làm baphần: tín hiệu vào, bộ xử lý, tín hiệu điiều khiển đánh lửa (hình 1.4-7).

Trong HTĐL với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử tuỳ yêu cầuthiết kế từng loại động cơ của các hãng chế tạo mà đặc điểm, cấu tạo, hoạt động của hệthống khác nhau Tuy nhiên, có thể chia làm 2 loại sơ đồ nguyên lý làm việc chính:mạch điện có sử dụng bộ chia điện và mạch điện không sử dụng bộ chia điện

- Sơ đồ khối:

Hình: 1.4-7: Sơ đồ khối

1.5 ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG:

1.5.1 Đặc điểm hoạt động của động cơ có hệ thống đánh lửa:

Trong động cơ có hệ thống đánh lửa, không khí và nhiên liệu thường được hòatrộn đồng thời ở hệ thống nạp trước khi vào xy lanh, sử dụng bộ chế hòa khí hoặc hệthống phun nhiên liệu Trong các ứng dụng của ô tô, nhiệt độ của không khí đang đivào trong hệ thống nạp được điều khiển bởi không khí xung quanh với không khínóng bởi sự giao tiếp với đường ống xã Tỉ lệ hòa trộn giữa khối lượng không khí vàkhối lượng nhiên liệu cơ bản là khoảng 15 các dụng cụ đo của bộ chế hòa khí cungcấp lượng nhiên liệu tuỳ theo lượng không khí vào Không khí đi vào qua họngkhuyếch tán sẽ có áp suất khác nhau giữa phía trước và phía sau họng khuyếch tán sốlượng thích hợp nhiên liệu từ buồng phao sẽ được phun vào họng khuyếch tán hòa trộnvới lượng không khí đi vào động cơ Lưu lượng qua ống nạp được tiết lưu do áp suấtkhí trời giảm bởi việc giảm tiết diện khi công suất được qui định ( ở vài khoảng tốc độđộng cơ ) Nó sẽ đạt lớn nhất khi cánh bướm ga mở rộng nhất Ở ống góp hút thườngđược nung nóng nhanh và nhiên liệu được thay đổi phân bố đều giữa các xylanh

Giao tiếp ngõ vào

Giao tiếp ngõ vào

Bô bin đánh lửa

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến áp suất

Cảm biến nhiệt độ khí nạp

Hình 1.5-1

Hình 1.5-2

Phun nhiên liệu vào trong ống góp hút hoặc cổng vào đã được chọn thay cho bộchế hòa khí Với cổng phun, nhiên liệu được phun với áp suất thấp từ hệ thống cungcấp nhiên liệu đến mỗi cổng nạp Có vài dạng khác nhau của hệ thống: phun cơ khí sửdụng một bơm phun được điều khiển bởi động cơ; cơ khí; phun liên tục; hệ thống điềukhiển điện tử Hình 1.5-2 xem là 1 ví dụ về hệ thống điều khiển điện tử Ở hệ thốngnày lưu lượng không khí được đo trực tiếp ; các van phun được thúc đẩy tăng gấp 2 lầncho mỗi vòng quay cốt cam bởi dao động của kim phun mà khỏang thời gian đã đượcxác định bởi 1 đơn vị điều khiển điện tử từ qui định số lượng được yêu cầu của nhiênliệu trên mỗi xylanh trên mỗi chu kỳ Chọn sử dụng cho hệ thống phun đơn được đặt

thay vào vị trí của bộ chế hòa khí Việc này gần như là cho phép điều khiển điện tửcủa lưu lượng nhiên liệu được giảm bớt giá thành.

Dãy những sự kiện diễn ra bên trong xy lanh động cơ được minh họa trên hình1.5-3 Những thay đổi nhiều hơn được đánh dấu trên sơ đồ sự lặp lại của góc quaytrục khuỷu và áp suất ở chu kỳ 4 thì Góc quay trục khuỷu là một biến đổi độc lập cóích bởi vì quá trình này hầu như không đổi qua một dãi rộng của tốc độ động cơ

Hình 1.5-3

Trên hình biểu diễn mối quan hệ thời gian đóng mở xú páp và thể tích cuả 1loại động cơ đánh lửa tự động Để duy trì lưu lượng hòa trộn cao ở tốc độ lớn (côngsuất đưa ra cao) ở xú pápp nạp mở trước điểm chết trên và đóng sau điểm chết dưới.trong lúc đi vào lòng xylanh hổn hợp hòa khí sẽ kết hợp với lượng khí đã cháy ở chutrình trước Sau khi xú páp hút đóng, áp suất và nhiệt độ trong xylanh tăng cao và thểtích xylanh giảm đi Có sự truyền nhiệt cho đầu piston, xylanh, vách xylanh nhưnghiệu suất mất mát là vừa phải

Ở khoảng 10 đến 40 độ của góc quay trục khuỷu trước điểm chết trên bugieđánh lửa và quá trình cháy bắt đầu Trong bộ chia điện, trục rô to được điều khiển bởitrục cam đóng mở 1 vít lửa làm biến đổi dòng điện sơ cấp được cung cấp từ accu thànhdòng điện thứ cấp có điện áp cao phóng ra tia lửa giữa 2 chấu bugie đốt cháy hổn hợpnhiên liệu Ngày nay trên ô tô sử dụng hệ thống đánh lửa điện tử Ngọn lửa phát triểnkhông kiểm soát được từ sự phóng điện của bugie truyền vào hổn hợp hòa khí và khí

đã cháy ở bên trong xylanh và nó dập tắt trong buồng đốt Khoảng thời gian quá trìnhcháy diễn ra biến đổi theo sự thiết kế và hoạt động của động cơ nhưng chỉ khoảng 40đến 60 độ theo góc qay trục khuỷu như trên hình 1.5-3 Việc đốt cháy hổn hợp hòa khítrong ngọn lửa, áp suất xylanh trên hình 1.5-3 (đường liên tục) dốc tới điểm cao hơn

nhờ có sức nén riêng (đường nét đứt) Đường cong trể này gọi là áp suất xylanh củađộng cơ - là áp suất rất nhỏ nhận được từ động cơ hoặc không phải từ ngọn lửa Chú ýrằng do từ những sự khác nhau giữa các lưu lương và sự hòa trộn giữa những xylanh

và giữa mỗi chu kỳ cuả các xylanh sự phát triển quá trình cháy có những điểm khácbiệt Do đó một kết quả là biên dạng của đường áp suất đối với góc quay trục khuỷutrong mỗi xylanh và trong từng chu kỳ thì không chính xác như nhau

Có một điều kiện thuận lợi nhất cho thời điểm đánh lửa cho khối lượng hòa khíbên trong xylanh, để nhận được mô men xoắn lớn nhất Thời điểm đánh lửa sớm hơnhoặc trể hơn, làm giảm công suất phát ra Gọi là thời điểm mô men cản cực đại Thờiđiểm thuận lợi là không quá sớm ở cuối thì nén và cũng không được quá trể

Vào khoảng 2 phần 3 của quá trình nổ giản thì xú páp thoát mở ra ,một phầnkhí đã cháy tuôn ra ngoài việc xú páp thoát mở sớm trước điểm chết dưới và đóng lạisau điểm chết trên làm kéo dài thì thoát

Việc xú páp thải đóng sau điểm chết trên và xú páp hút mở trước điểm chết trênđược điều khiển bởi bánh răng cốt cam Bảo đảm cho các xú páp mở hoàn toàn khitốc độ piston cao các kỳ mở của xú páp thường chồng chéo lên nhau Nếu lưu lượngnạp được từ bướm ga thấp hơn áp lực trên đường ống xã thì lưu lượng quay về của khí

đã cháy vào trong đường ống nạp xãy ra khi xúc páp nạp được mở trước

1.5.2 Đặc điểm của động cơ Xăng hai kỳ:

- Xy lanh: Bên hông, phía dưới xy lanh, khoảng 75-80% hành trình đi xuống củapiston có 1 lỗ để khí thoát ra ngoài gọi là lỗ thoát Đôi diện với lỗ thoát nhưng thấphơn một chút là lỗ nạp được nối thông với hộp trục khuỷu để rút hòa khí tử cạt-tevào trong xy lanh động cơ Dưới lỗ thoát là lỗ hút thông hơi với bộ chế hòa khí, đểnạp hòa khí vào cạt-te Tóm lại, trong xy lanh động cơ xăng 2 kỳ có 3 lỗ nên người

ta còn gọi động cơ này là động cơ 3 lỗ

- Piston: Đỉnh piston có bướu (đỉnh piston được làm lồi về phía lỗ nạp) để hướngluồng hòa khí từ dưới cạt-te đi thẳng lên nắp quy-lát, ngăn không cho hòa khí đi ra

lỗ thoát nhằm trách tổng thất khí nạp mới (hòa khí có hơi xăng) Hiện nay, đầupiston động cơ hai kỳ có loại không có bướu mà hòa khí không ra lỗ thoát đượcnhờ miệng hòa khí làm xiên

- Cạt-te (hộp trục khuỷu): phải thật kín vì piston trong lúc chạy xuống có nhiệm vụ

ép sơ cấp hòa khí chứa trong cạt-te trước khi đi vào trong xy lanh động cơ Ngoài

ra, cạt-te không chứa nhớt vì nếu có nhớt bôi trơn thì khi hòa khí theo lỗ nạp từ hộptrục khuỷu vào xy lanh mang theo nhớt làm ướt bugi, không đánh lửa được Đốivới động cơ loại này, để bôi trơn các bề mặt ma sát trong động cơ, ngươì ta dùngxăng pha nhớt

Động cơ xăng hai kỳ tiêu hao nhiều xăng hơn động cơ bốn kỳ vì khi piston đilên đóng lỗ nạp mà lỗ thoát vẫn chưa đóng nên một phần hòa khí có chứa hơi xăngtheo khí cháy ra ngoài Chính vì vậy, động cơ 4 kỳ có tính kinh tế hơn hẳn động cơ haikỳ.

1.6 NHỮNG TIẾN BỘ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG:

Trong động cơ đánh lửa cưỡng bức truyền thống, thông thường nhiên liệu vàkhông khí được hoà trộn trước trên đường nạp Sau khi vào xy lanh, khí nạp mới hoàtrộn với khí sót và quá trình cháy bắt đầu vào khoảng cuối kỳ nén nhờ tia lửa điện của

hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa

Theo từng giai đoạn phát triển của ngành công nghiệp ô tô, động cơ xăng đãkhông ngừng được cải tiến và từng bước hoàn thiện đến mức tối ưu có thể Quá trìnhphát triển động cơ xăng được đặc biệt chú trọng ở hai hệ thống: hệ thống nhiên liệu và

hệ thống đánh lửa

- Hệ thống đánh lửa được cải tiến từ hệ thống đánh lửa thường bằng accu, hệ thốngđánh lửa bằng Manheto đến hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm và hệ thốngđánh lửa bán dẫn không tiếp điểm, cho đến hiện nay, hệ thống đánh lửa trực tiếpkhông cần sử dụng bộ chia điện

- Hệ thống nhiên liệu, cải tiến từ hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hoà khí cơ bản đến

bộ chế hoà khí hiện đại, phun xăng trên đường ống nạp và hiện nay là phun xăngtrực tiếp

Các mục tiêu chủ yếu của cải thiện động cơ đốt trong nói chung và động cơxăng nói riêng là nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm.Các xu hướng xử lý để cải thiện quá trình cháy trong động cơ hiện nay là cải tiếnnhiên liệu, kể cả nghiên cứu đưa vào sử dụng các nhiên liệu mới, xử lý trên động cơ(cải tiến kết cấu, các hệ thống của động cơ, điều khiển động cơ ) và xử lý sau động

cơ (xử lý các sản phẩm cháy độc hại, gây ô nhiễm trong khí thải động cơ)

CHƯƠNG II QUÁ TRÌNH TẠO HỖN HỢP CỦA ĐỘNG CƠ2.1 YÊU CẦU CỦA HỖN HỢP ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC

Nhiệm vụ của đường ống nạp động cơ và hệ thống nhiên liệu là để chuẩn bịhòa trộn hỗn hợp không khí nhiên liệu để mà yêu cầu động cơ vượt qua chế độhoạt động toàn tải của chính bản thân nó Theo lý thuyết, tỉ lệ không khí/ nhiênliệu tốt nhất cho động cơ đánh lửa cưỡng bức là để công suất phát ra với sự tiêu thụnhiên liệu là ít nhất, phù hợp với sự hoạt động cầm chừng và thay đổi tải Trongthực tế, do sự ràng buộc của điều khiển khí thải có thể đưa ra những tỉ lệ khôngkhí/nhiên liệu khác nhau và có thể cũng yêu cầu sử dụng lại một phần khí thải bị

ma sát (EGR) vào hệ thống nạp Những tỉ lệ liên hệ giữa không khí và nhiên liệulà để cung cấp sự tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất, sự vận hành trong những điều kiệnkhác nhau, phù hợp với yêu cầu khí thải, đạt công suất yêu cầu phụ thuộc vào tốcđộ và tải động cơ Những yêu cầu hỗn hợp và sự chuẩn bị hỗn hợp thường đượcthảo luận trong giới hạn của tỉ lệ không khí/nhiên liệu hay tỉ lệ nhiên liệu/khôngkhí và phần trăm ERG Trong khi hệ thống đo nhiên liệu được thiết kế để cung cấpdòng nhiên liệu thích hợp cho dòng không khí thực tế tại mỗi tốc độ và tải động cơ,liên quan đến sự chuẩn bị nhiên liệu và không khí có thể được phát biểu tổng quáthơn trong trong những giới hạn của tỉ lệ nhiên liệu/không khí tương đương Φ

Φ chính là tỉ lệ nhiên liệu/ không khí lý tưởng chia cho tỉ lệ nhiên liệu/khôngkhí thực tế Đặc tính cháy của hỗn hợp không khí – nhiên liệu và những đặc tínhcủa sản phẩm cháy mà ảnh hưởng đến tính năng động cơ, hiệu suất và khí thải liênquan nhiều nhất với thành phần nhiên liệu, với tỷ lệ hỗn hợp lý thuyết Vì vậy, tỉ lệtương đương thích hợp được dùng như thông số định nghĩa Một giá trị điển hình chotỷ lệ hòa khí lý thuyết của xăng là 14,6 Vì vậy:

Tỉ lệ tương đương ảnh hưởng đến sự thay đổi của quá trình cháy động cơ, khíthải và đặc tính động cơ Những yêu cầu hỗn hợp thì khác nhau cho trường hợp đầytải và vận hành một phần tải Trước điều kiện vận hành, phải hoàn tất quá trìnhnạp của không khí để công suất cực đại cho một sự thay đổi thể tích đến điểm tớihạn Ở nơi mà công suất thấp hơn giá trị cực đại tại một tốc độ yêu cầu nào đó,hiệu suất sử dụng của nhiên liệu phát ra tới hạn Tại thời điểm mở một phần bướm

ga, công suất cực đại cho một hiệu suất nạp với sự giàu hỗn hợp lý tưởng, Φ~1.1.

Hỗn hợp giàu hơn đôi khi được dùng để gia tăng hệ số nạp bằng cách gia tănglượng nạp lúc lạnh để mà phụ thêm vào sự bay hơi của nhiên liệu do sự đậm đặccủa không khí gia tăng

Tại điều kiện vận hành một phần tải, thật thuận lợi để làm loãng hỗn hợpkhông khí-nhiên liệu với sự thừa khí hoặc với sự dùng lại khí xả Sự loãng này cảithiện sự thay đổi hiệu suất nhiên liệu cho ba lý do:

1 Công sinh ra trong kỳ giãn nở được gia tăng lên như là một kết quả của sựthay đổi những đặc tính nhiệt động lực học của sự cháy nhiên liệu

2 Cho một ý nghĩa liên quan đến sự thay đổi áp suất, áp suất nạp tăng lên

do sự gia tăng sự loãng không khí, vì vậy bơm làm việc sẽ giảm xuống

3 Nhiệt truyền qua vách xy lanh được giảm xuống bởi vì sự cháy ở nhiệt độthấp hơn

Hình 2-1 Chỉ ra quan hệ của tỉ lệ tương đương với số vòng quay động cơ ở

các chế độ tải khác nhau, hình (3.1) ở dưới chỉ quan hệ của EGR tương ứng

với từng chế độ tải động cơ ứng vơi thành phần hỗn hợp lý tưởng

Với những yêu cầu nghiêm ngặt về sự kiểm soát khí thải của động cơ thì vớinhiệt độ thấp nên khí NOx sinh ra sẽ giảm xuống, sự thừa khí thì hiển nhiên sẽloãng tại thời điểm cánh bướm ga mở nhỏ Khi điều khiển chặt chẽ NOx, HC và COcủa khí thải được yêu cầu, sự vận hành của động cơ với hỗn hợp lý tưởng thì thuậnlợi để mà một bộ xúc tác ba đường có thể được dùng để làm sạch khí thải Sự loãngthích hợp mà sau đó khí thải tái sinh mà làm giảm khí thải NOx đáng kể từ chínhbản thân động cơ Lượng loãng mà động cơ sẽ chịu đựng tại một tốc độ và tải phụthuộc vào những chi tiết của quá trình cháy động cơ Gia tăng sự thừa khí hoặclượng khí thải tái sinh sẽ làm chậm lại quá trình cháy và gia tăng khả năng thay đổitrong các kỳ của động cơ Một chắc chắn sự cháy tối thiểu có thể lặp lại hoặc mứcổn định được yêu cầu để bảo đảm sự hoạt động động cơ được êm dịu Vì vậy, sựlàm xấu trong sự cháy ổn định giới hạn sự làm loãng mà động cơ có thể chịu đựng.Khi tải giảm, sự loãng của hỗn hợp mới giảm xuống có thể cho phép bởi vì sự

loãng ở bên trong của hỗn hợp với xăng dư gia tăng Tại điều kiện hoạt động cầmchừng, hỗn hợp mới sẽ không cho phép EGR và có thể cần có hỗn hợp lý tưởnghoặc giàu hơn đạt được đầy đủ sự cháy ổn định.

2.2 BỘ CHẾ HÒA KHÍ

Bộ chế hòa khí đã trở thành một thiết bị phổ biến nhất dùng để điều khiểndòng nhiên liệu đi vào đường ống nạp và phân phối nhiên liệu ngang qua dòng khí.Trong một bộ chế hòa khí, không khí được thổi xuyên qua một vòi được gọi làhọng khuếch tán Aùp suất khác nhau giữa đường vào bộ chế hòa khí và họng củavòi khuếch tán được dùng để đo tỉ lệ dòng nhiên liệu với dòng khí Nhiên liệu vàodòng khí thông qua ống dẫn nhiên liệu chảy ra hay qua một cổng của bộ chế hòakhí và được tán nhỏ và đối lưu với dòng khí bằng cánh bướm ga và đi vào đườngống nạp Nhiên liệu bắt đầu bay hơi bên trong bộ chế hòa khí và tiếp tục bên trongđường ống nạp khi những giọt nhiên liệu nhỏ nhất di chuyển với dòng khí và khinhiên liệu lỏng thổi qua cánh bướm ga và dọc theo vách đường ống nạp Một bộchế hòa khí hiện đại mà đo tỉ lệ nhiên liệu thổi vào dòng khí qua các mức độ hoạtđộng của động cơ là một thiết bị phát triển cao và hiện đại Có nhiều dạng của bộchế hòa khí, chúng được chia thành những phần cơ bản như dưới đây:

Không khí vào phần (1) của bộ chế hòa khí từ lộc khí mà lộc lại những hạtbụi trong không khí Không khí sau đó được thổi vào họng khuếch tán của bộ chếhòa khí (2) Tại đó, vận tốc không khí gia tăng và áp suất không khí giảm xuống.Mức nhiên liệu được giữ ở một độ cao cố định trong buồng phao (3) mà được nốiqua một đường dẫn không khí (4) đến phần vào của bộ chế hòa khí (1) Nhiên liệuđược thổi vào một vòi chính (5) như là một kết quả của sự khác nhau về áp suấtgiữa buồng phao và họng khuếch tán thông qua vòi nhiên liệu (6) đi vào họngkhuếch tán và tại đó dòng khí tán nhỏ nhiên liệu lỏng Hỗn hợp không khí nhiênliệu đi qua phần phân kỳ của họng khuếch tán và ở đó dòng hỗn hợp đi chậm lại vàgần như xảy ra sự phục hồi áp suất Sau đó dòng đi qua cánh bướm ga (7) và đi vàođường ống nạp

Chú ý rằng dòng có thể không ổn định thậm chí khi tốc độ và tải động cơkhông đổi là do chu kỳ điền đầy của mỗi xy lanh động cơ mà đưa không khí vàohọng khuếch tán của bộ chế hòa khí Thời gian dẫn vào 1/2N ( 20ms tại số vòngquay 1500 vòng/phút) là đặc tính của thời gian trong chu kỳ điền đầy xy lanh.Thông thường đặc tính thời gian của sự thay đổi trong cánh bướm ga thì lâu hơn; nómất vài chu kỳ hoạt động của động cơ để thiết lập lại trạng thái hoạt động ổn địnhcủa động cơ sau khi vị trí cánh bướm ga đột ngột thay đổi Người ta giả thiết rằng,quá trình xử lý dòng trong bộ chế hòa khí có thể đạt mẫu khi chưa ổn định

Hình 2-2 Các phần tử của bộ chế hòa khí

1 không khí nạp vào

2 họng khuyết tán

Thiết kế bộ chế hòa khí phải chú ý những yếu tố sau:

Sự thay đổi yêu cầu trong phần tử bộ chế hòa khí để mà cung cấp tỉ lệ tươngđương chống lại sự chia dòng khí là vì:

1 Hệ thống đo chính phải được đền bù để cung cấp sự nghèo về cơ bản hayhỗn hợp lý tưởng trên phạm vi 20 đến 80 phần trăm dòng không khí

2 Một hệ thống cầm chừng phải được cộng để đo dòng nhiên liệu tại tải cầmchừng và tải cao

3 Một hệ thống làm đậm phải được đưa vào để động cơ có thể cung cấp côngsuất cực đại khi cánh bướm ga mở rộng thích hợp

4 Một bơm gia tốc mà bơm nhiên liệu thêm vào khi cánh bướm ga mở để duytrì hằng số tương đương cấp đến từng xy lanh động cơ

5 Một cánh bứơm gió phải được đưa vào để làm đậm hỗn hợp trong suốt thờigian khởi động động cơ và làm ấm để hỗn hợp cháy được an toàn cho mỗi

xy lanh tại thời điểm đánh lửa

2.3 HỆ THỐNG PHUN XĂNG

2.3.1 Phân loại.

Hệ thống phun nhiên liệu có thể phân loại theo nhiều kiểu Nếu phân biệttheo cấu tạo kim phun ta có 2 loại:

a Loại CIS (continuos injection system)

Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí gồm 4 loại cơ bản:

-Hệ thống K- jectronic: việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toànbằng cơ khí

Hình 2-3 Hệ thống phun xăng đa điểm điều khiển bằng cơ khí loại K-Jectronic

-Hệ thống K- jectronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy.-Hệ thống KE- jectronic: hệ thống K- jectronic với mạch điều chỉnh áp lựcphun bằng điện tử

-Hệ thống KE-Motronic: kết hợp việc điều khiển đánh lửa bằng điện tửCác hệ thống vừa nêu sử dụng trên các xe Châu Âu đời trước năm 1987 donó đã lỗi thời nên không được phân tích kỹ ở đây

b Loại AFC (air flow controlled fuel injection)

Sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Hệ thống phun xăng với kim phunđiện có thể chia làm 2 loại chính:

-D-Jectronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượngxăng phun được xác định với áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP(manifold apsolute pressure sensor)

Hình 2-4 Hệ thống phun nhiên liệu đa điểm điều khiển bằng điện tử loại Jectronic

D L-Jectronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí ): với lượngxăng phun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loạicánh trượt Sau đó có các phiên bản: LH –Jectronic với cảm biến đo gió dây nhiệt,LU-Jectronic với cảm biến gió kiểu siêu âm…

Hình2-5 Hệ thống phun xăng đa điểm loại L-Jectronic

Nếu phân loại theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC đượcchia làm 2 loại:

c Loại TBI (thorttle body injection)-phun đơn điểm

Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI(central injection), Mono-jectronic Đây là loại phun trung tâm Kim phun được bốtrí phía trên của cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kimphun Nhược điểm của loại này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp donhiên liệu được phun ở vị trí xa xu-pap hút và khả năng thất thoát trên đường ốngnạp

Hình 2-6 Hệ thống phun xăng đơn điểm với hai kim phun

điều khiển bằng điện tử trên cánh bướm ga

Hình 2-7 Xung điều khiển hệ thống phun xăng đơn điểm trên đường ống nạp

của động cơ 8 xy lanh Mỗi kim phun cho bốn xy lanh

d Loại MPI (Multi Point Fuel Injection)- phun đa điểm

Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh được bố trí gần xu-pap hút ( cách khoảng 10-15mm) Ống góp hút được thiếtkế sau cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xy lanh khá dài, nhờ vậy nhiênliệu được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc Nhiên liệu cũng không còn thấtthoát trên đường ống nạp Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục đượccác nhược diểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm Tuỳ theo cách điềukhiển kim phun, hệ thống này có thể chia ra làm 3 loại chính: phun độc lập hayphun từng kim, phun nhóm và phun đồng loạt

Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệthống điều khiển động cơ ra ba loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI-electronic fuel injetion theo tiếng Anh hoặc jectronic theo tiếng Đức), chỉ điềukhiển đánh lửa và loại tích hợp nghĩa là điều khiển cả phun xăng và đánh lửa Nhờtốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày naythường gồm cả chức năng điều khiển hộp số tự động và quạt làm mát động cơ

Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiểnđộng cơ phun xăng ra làm hai loại: điều khiển tương tự và số

Ở những thế hệ đầu tiên, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa trên các mạchtương tự Ở các hệ thống này, tín hiệu điều khiển lấy từ âm bôbine được đưa vềhộp điều khiển để từ đó hình thành xung điều khiển kim phun Sau đó, đa số các hệthống điều khiển động cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xửlý

Hình 2-8 Sơ đồ điều khiển tín hiệu xung của hệ thống phun xăng đa điểm

loại D-Jectronic trên động cơ 6 xy lanh

e Ưu điểm của hệ thống phun xăng

-Có thể cung cấp hỗn hợp không khí –nhiên liệu đồng đều đến từng xy lanh.-Có thể đạt được tỉ lệ nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ.-Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga

-Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp không khí-nhiên liệu dễ dàng: có thể làmđậm hỗn hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc

-Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí-nhiên liệu cao

-Do kim phun được bố trí gần xu-pap hút nên dòng khí nạp trên ống góp hútcó khối lượng thấp (chưa trộn với nhiên liệu) sẽ đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậynhiên liệu sẽ không còn thất thoát trên đường ống nạp và hòa khí sẽ được trộn tốthơn

Hình 3-9 Mô hình cắt của kim phun nhiên liệu

2.3.2 Điều khiển phun nhiên liệu

1 Ô nhiễm của động cơ đốt trong

Việc hòa trộn hỗn hợp có thể thực hiện bằng cách phun nhiên liệu vàođường ống nạp hoặc phun trực tiếp vào lòng xy lanh Nếu đủ thời gian để hỗn hợphòa khí sẽ phân bố đồng nhất trong xy lanh với một tỉ lệ thay đổi trong khoảng 0.9<

λ<1.3 Trong trường hợp hỗn hợp hòa khí siêu nghèo λ >1.3, một phần của hỗnhợp phân lớp giàu nhiên liệu phải được tập trung tại một vùng trong buồng cháy( quanh bougie) Quá trình cháy được bắt đầu bởi tia lửa điện động cơ xăng và tựcháy ở động cơ Diesel