CHƯƠNG 8 CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG

Định nghĩa: là quan hệ giữa hệ số dư lượng không khí  của hỗn hợp với một trong những thông số đặc trưng cho lưu lượng hỗn hợp nạp vào động cơ như: lưu lượng không khí Gk độ chân không

CHƯƠNG 8

CUNG CẤP NHIÊN LIỆU

TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG

8.1 Khái quát 8.2 Đặc điểm của BCHK đơn giản 8.3 Đặc tính lý tưởng của BCHK 8.4 Hệ thống phun chính

8.5 Các hệ thống và cơ cấu phụ 8.6 Cơ sở vật lý quá trình tạo hỗn hợp 8.7 Cung cấp nhiên liệu trong động cơ phun xăng

hợp đều.

8.1.1 Yêu cầu đối với hỗn hợp trong động cơ xăng

Chất lượng của quá trình cháy, công suất và tính kinh tế của động cơ xăng phụ thuộc rất nhiều vào quá trình tạo

hỗn hợp

Hỗn hợp tạo thành cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

1 Phải có thành phần thích hợp với từng chế độ làm

việc của động cơ

2 Phần lớn nhiên liệu trong hỗn hợp phải ở trạng thái

hơi, phần còn lại tốt nhất là những hạt có đường

kính nhỏ

3 Hỗn hợp phải đồng nhất trong thể tích 1 xilanh và có

thành phần như nhau trong các xilanh

8.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hỗn hợp

1 Thời gian hỗn hợp: Thời gian hỗn hợp càng dài, hỗn hợp tạo thành càng tốt Tốc độ động cơ ngày càng cao, thời gian dành cho quá trình hỗn hợp

càng ngắn và càng khó đáp ứng được 2 yêu cầu 2

và 3

2 Nhiệt độ môi trường và động cơ: Nhiệt độ môi

trường và động cơ càng cao, nhiệt độ của hỗn hợp càng lớn, do đó cường độ bay hơi và hòa trộn càng mạnh, chất lượng hỗn hợp càng cao Song như vậy lượng hỗn hợp nạp vào xilanh động cơ sẽ giảm, có thể dẫn đến giảm công suất động cơ

3 Kết cấu BCHK, đường ống nạp, buồng cháy Kết cấu các chi tiết trên ảnh hưởng nhiều đến chất lượng tạo hỗn hợp, đặc biệt là tính đồng nhất trong

1 xilanh và tính đồng đều trong các xilanh của hỗn hơp.

4 Thành phần và tính chất của nhiên liệu: Nhiên liêụ có nhiêù thành phần chưng cất nhẹ, dễ bay hơi

sẽ dễ dàng tạo được hỗn hợp đồng đều và hàm

lượng hơi trong hỗn hợp cao.

8.1.3 Yêu cầu đối với BCHK.

 Tạo được hỗn hợp thỏa mãn yêu cầu nêu trong mục

3

4 1

7

8

6

5

8.2 Đặc tính của Cacbuaratơ đơn giản:

8.2.1 Định nghĩa:

là quan hệ giữa hệ số dư lượng không khí  của hỗn hợp với một trong những thông số đặc trưng cho lưu lượng hỗn hợp nạp vào động cơ như: lưu lượng

không khí Gk độ chân không ở họng khuếch tán Ph, công suất có ích của động cơ Ne

Gk

Ta có:  =

-Gnl.Lo

- Gk, Gnl : lưu lượng không khí và nhiên liệu kg/s

- Lo : lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (kgkk/kg nhiên liệu)

8.2.2 Xây dựng đặc tính:

1 Lưu lượng không khí Gk.

Trong tính toán ta giả thiết dòng khí lưu động liên tục, ổn định, ngoài ra tốc độ dòng khí tại mọi điểm trên tiết diện ngang bất kỳ là như nhau

Dòng khí qua Cacbuaratơ có thể xác định bằng biểu thức:

rk = const, vận tốc dòng khí tại cửa vào Wk  0

Khi đó ta có:

 o : hệ số cản

Từ đó rút ra:

2 2

2 0

2

h h

) 1

1 (

;

2 2

1 1

) 1

( 2

0

k 0

0 2



 r

 r



 r

k

h h

h k h

k h

P

P w

w P

P P

2

w 2

w

P gz

2

w

P gz

2 h 0

2 h k

h h

2 k 0



k : hệ số tốc độ, thường bằng 0,8 -0,9.

Thay Wh vào phương trình lưu lượng và thay

h.h = h : hệ số lưu lượng, ta được:

s / kg

P 2

f

2 Lưu lượng nhiên liệu:

2

3

4 1

7

8

6

5

2 Lưu lượng nhiên liệu:

Xăng từ buồng phao, qua ziclơ, vòi phun vào họng

cacburatơ Màng xăng trong vòi phun thấp hơn miệng

ra một khoảng từ 5 -8 mm phòng nhiên liệu chảy ra khi không làm việc do cacbuaratơ đặt nghiêng hoặc

do hiện tượng mao dẫn

Lưu lượng qua ziclơ:

Gnl = d.fd.Wd.rnl (kg/s)

d : Hệ số bóp dòng khi qua ziclơ

fd: Tiết diện ziclơ

Wd , rnl: Tốc độ nhiên liệu qua ziclơ và mật độ

nhiên liệu: kg/m3

Nếu coi nhiên liệu lưu động không có sức cản và coi tốc độ xăng trên mặt thoáng OO bằng không, ta có

phương trình Becnouli đối với 2 tiết diện OO và dd là

Pk, Pd : áp suất tĩnh trong dòng nhiên liệu ở OO và dd

Wd’ : tốc độ lý thuyết của nhiên liệu khi qua ziclơ

Từ phương trình trên ta có thể xác định tốc độ lý

thuyết Wd’:

2

.

2 '

d nl

d d

nl

k o

W

P h

g

P h

r r

o

' d

P

P h

h g 2 W

Áp suất tại tiết diện ziclơ Pd:

Pd = Ph+g(ho-hd)rnl+xgrnl

x = h+hc

hc: chiều cao cột áp ứng với áp suất để thắng sức căng mặt ngoài khi nhiên liệu ra khỏi vòi phun Song thường không tính đến vì lượng đó quá nhỏ

' d

h g

P 2

Tốc độ thực tế của nhiên liệu qua ziclơ:

d : hệ số tốc độ, tính đến tổn thất khi nhiên liệu lưu động qua ziclơ vòi phun.

Thay Wd vào biểu thức của Gnl và thay d.d =

d : hệ số lưu lượng qua ziclơ nhiên liệu ta

được

kg/s

nl

nl h

d

' d d

d

.h.g

P2

.W

h d

d

d : được xác định bằng thực nghiệm.

Phụ thụôc tiết diện, quan hệ kích thước hình học, hình dángcửa vào của ziclơ, nhiệt độ, áp suất và độ nhớt của nhiênliệu

Tăng tỉ số l/d (chiều dài trên đường kính lỗ ziclơ) đến 1,3 dtăng lên nhanh rồi sau đó giảm nhưng chậm dần Nên dùngziclơ có l/d  1,5 vì lúc đó sai số về công nghệ theo chiềudài không ảnh hưởng đáng kể tới d Mặt khác l/d  1,0-2,5 d ít thay đổi khi thay đổi Ph

4/ Đặc tính của cacbuaratơ đơn giản:

Thay Gnl và Gk vào biểu thức  được:

nl h

fL

h.g.rnl tương đối nhỏ so với Ph (trừ động cơ làm việc ở nhiệt độ thấp, không tải).

Thay đổi h, d, h/d theo Ph

Khi Ph tăng thì h, d tăng trước tăng nhanh sau tăng chậm dần còn h/d giảm dần, cuối cùng gần như không đổi

Khi Ph = h.g.rnl thì

Khi Ph  thì

nl h

h

d

h

g h P

P C

h

g h P

P

1

g h P

P

nl h

Do đó khi tăng Ph thì hệ số dư lượng không khí  giảm, nghĩa là hỗn hợp đậm dần

Đặc tính này không thỏa mãn yêu cầu sử dụng của động cơ Nếu điều chỉnh cacbuaratơ để có hỗn hợp

có thành phần cần thiết ở chế độ tải lớn thì ở chế độ tải nhỏ và trung bình hỗn hợp sẽ quá loãng vượt

khỏi giới hạn cháy

Ngược lại nếu điều chỉnh để có hỗn hợp thích hợp ở tải nhỏ và trung bình thì khi tải lớn hỗn hợp sẽ quá đậm, vượt ra ngoài giới hạn cháy của nhiên liệu.

8.3 Đặc tính lý tưởng của cacbuaratơ:

8.3.1 Định nghĩa: Đặc tính lý tưởng là đặc tính tốt nhất của cacbuaratơ Đặc tính lý tưởng của

cacbuaratơ được xây dựng trên cơ sở đặc tính điều

bướm ga ở vị trí cố định)

 Càng đóng nhỏ bướm ga  tương ứng với chế độ

kinh tế (gemin) càng nhỏ và ở vị trí đóng khá nhỏ  có thể nhỏ hơn 1 Vì vậy để nhận được công suất lớn

nhất cũng như tính kinh tế cao nhất khi đóng nhỏ dần bướm ga hỗn hợp phải được làm đậm

8.4 Hệ thống phun chính:

Hệ thống phun chính cung cấp lượng nhiên liệu chủ yếu cho động cơ ở hầu hết các chế độ làm việc có tải Trong phạm vi 80% tải trở lại, yêu cầu hệ thống phun chính phải đảm bảo khi tăng taỉ thì hỗn hợp phải được làm loãng dần

Cacbuaratơ đơn giản không đáp ứng được yêu cầu trên, vì vậy cần điều chỉnh đặc tính của nó cho phù hợp Người ta thường dùng những hệ thống điều chỉnh:

- Hệ thống giảm độ chân không sau ziclơ chính

- Hệ thống có ziclơ bổ sung

- Hệ thống điều chỉnh độ chân không ở họng

- Hệ thống điều chỉnh tiết diện ziclơ chính phối hợp với hệ thống không tải

8.4.1 Hệ thống giảm độ chân không sau ziclơ chính

Nguyên lý làm việc: chia làm 3 giai đoạn

Giai đoạn thứ nhất: Độ chân không ở họng

Ph  hgrnl độ chân không ở họng nhỏ quá không

đủ để hút nhiên liệu ra khỏi vòi phun Gnl = 0,

 = 

Giai đoạn thứ hai: Từ lúc Ph bắt đầu lớn hơn hgrnl chotới khi Ph còn nhỏ hơn (H+h)grnl Nhiên liệu qua vòiphun như cacbuaratơ đơn giản Nghĩa là khi tăng Ph tức

là tăng tải thì Gnl tăng và  giảm Khi tăng Ph thì mứcxăng trong ống không khí 3 rút xuống, không khí từ ngoàiqua ziclơ 2 bổ sung vào, áp suất trên mặt thoáng ốngkhông khí 3 xem như luôn bằng áp suất khí trời Po Do đólưu lượng xăng đi qua ziclơ 1 trong giai đoạn 2 chỉ phụthuộc vào độ chênh mức xăng y giữa bầu phao và ốngkhông khí 3

Giai đoạn thứ ba:

Từ khi Ph = (H + h)grnl trở đi, trong giai đoạn này bắt đầu có dòng không khí qua ống không khí, vòi

phun vào họng khuyết tán tạo ra sau ziclơ 1 độ chân không Pd Do Ph tăng nhanh không khí không điền vào kịp (bị mút mạnh) cho nên làm áp suất sau ziclơ

Pd giảm rất mạnh (hay Pd tăng lên) cho nên lưu

lượng nhiên liệu sẽ tăng lên rất lớn làm  giảm rất nhanh Khi Ph tiếp tục tăng, không khí sẽ điền qua ziclơ 2 chỉ có tác dụng làm giảm độ chân không sau ziclơ 1

Lưu lượng không khí qua ziclơ 2 là:

’d, f’d : hệ số lưu lượng và tiết diện ziclơ không khí

Còn lưu lượng không khí qua vòi phun 4 là:

’p, f’p : hệ số lưu lượng vòi phun đối với không khí và tiết diện vòi phun dành cho không khí đi qua

Nếu ống không khí mở hoàn toàn f’d =  thì k= 0 và

Pd = 0 nghĩa là áp suẩt trong ống không khí bằng Po Khi đó nhiên liệu qua ziclơ 1 chỉ phụ thuộc vào độ cao

H và bằng const; không phụ thuộc vào Ph

Nếu chọn giá trị f’d thích hợp, có thể điều chỉnh được

hệ số k, độ chân không Pd cũng như lượng nhiên

liệu qua ziclơ 1 theo yêu cầu lý tưởng

Khi hút hết xăng trong ống 3, thì lưu lượng

xăng qua ziclơ 1 chỉ phụ thuộc vào cột áp sau:

giai đoạn III (thời kỳ quá độ):

Ta thấy: Điều đó chứng tỏ khi chuyển từ giai

đoạn II sang giai đoạn III có sự nhảy vọt về

nhiên liệu qua ziclơ chính

hình 12.

dần như cacbuaratơ đơn giản

Giai đoạn 3: tích số GnlLo tăng chậm (vì k < 1) nên tăng dần Thời kỳ quá độ có sự tăng vọt Gnl đột ngột làm  giảm đột ngột Song trong thực tế biến thiên

của GnlLo và  theo đường nét đứt

Nếu phối hợp tốt giữa kích thước ziclơ nhiên liệu và không khí, vòi phun, chiều cao H ta sẽ được sự thay đổi  theo mong muốn

Ưu khuyết điểm:

Trong quá trình làm việc không khí hòa lẫn nhiên liệu nên khi phun ra khỏi vòi phun là hỗn hợp nhiên liệu và không khí, nghĩa là nhiên liệu được xé nhỏ trước khi vào họng vì vậy hỗn hợp sau này sẽ tốt Cho nên có thể sử dụng cacbuaratơ ở tải nhỏ thì phun vẫn tơi

Nếu dùng hệ thống này kết hợp hệ thống không tải thì động cơ sẽ làm việc tốt hơn ở chế độ không tải và tải lớn.

Kết cấu dơn giản, chắc chắn

8.4.2 Hệ thống zic lơ bổ sung:

Hệ thống chính loại này hình thành trên cơ sở đưa

vào cacbuaratơ đơn giản một hệ thống phụ bao gồm ziclơ bổ sung 2, ống không khí 3 và vòi phun 4 Hệ

thống phụ thực chất là hệ thống giảm độ chân không

ở họng trong trường hợp f’d = 

Trong suốt quá trình làm việc thì ziclơ 1và vòi phun 5 hoạt động như cacbuaratơ đơn giản nghĩa là Ph tăng thì Gnl tăng và  giảm xuống

Quá trình làm việc của ziclơ bổ sung 2 và vòi phun 4

- Giai đoạn thứ nhất: Ph < hgrnl : không có nhiên

liệu chảy qua ziclơ bổ sung,

Gnl = 0,  = 

Giai đoạn thứ hai: Từ khi Ph bắt đầu lớn

II

Giai đoạn thứ ba: Từ khi Ph = (H + h)grnl trở đi

Do ống không khí mở hoàn toàn nên suốt trong giai đoạn này áp suất trong ống không khí bằng Po Vì vậy nhiên liệu qua ziclơ bổ sung vào chỉ phụ thuộc vào H và bằng const, không phụ thuộc vào Ph Vì

Gnl2 = const mà Gk lại tăng nên hệ thống phụ cho

hỗn hợp loãng dần,  tăng lên Trong khi đó ziclơ

chính lại cho hỗn hợp đậm dần Vì vậy, phối hợp

chúng lại cả hệ thống cho hỗn hợp loãng dần khi

tăng Ph Muốn vậy cần lựa chọn kích thước ziclơ chính và ziclơ bổ sung thật hợp lý, khi ấy có thể điều chỉnh cả tốc độ thay đổi của 

Ưu khuyết điểm: Kết cấu đơn giản nhưng chọn 2

ziclơ để đảm bảo điều kiện làm việc tốt rất khó khăn

8.4.3 Hệ thống điều chỉnh độ chân không ở họng:

Có thể làm theo 2 cách:

- Thay đổi tiết diện lưu thông của họng

- Đưa thêm không khí vào khu vực phía sau họng

Hình 15a: các lá lò xo 4 đặt xung quanh ống khuyếch tán 5 khi cacbuaratơ không làm việc hay làm việc ở tải nhỏ (gần không tải) các lá lò xo ép sát vào ống

khuyếch tán Bướm ga càng mở rộng, cột áp tốc độ

của dòng khí càng tăng và khi nó đạt giá trị đủ thắng lực đàn hồi thì các lá bắt đầu mở Từ thời điểm này có một phần không khí không qua họng 5 mà qua khe hở giữa lá đàn hồi và họng Trong điều kiện như vậy khi tăng lượng không khí qua cacbuaratơ lượng không

khí qua họng khuếch tán sẽ chậm lại và do đố làm

giảm độ chân không ở họng Vì vậy lượng xăng qua vòi phun 3 cũng tăng chậm lại, hỗn hợp được làm

loãng dần

Nếu biểu diễn các đại lượng theo Ph ta thấy khi

tăng Ph, tích số GnlLo tăng bình thường (đường 1 hình 16) Trong giai đoạn đầu khi các lá lò xo chưa

mở, Gk tăng theo đường oa, sau đó lá đàn hồi mở

dần, Gk tăng theo đường a, tới b lá đàn hồi mở hoàn toàn Nếu tiếp tục tăng Ph, Gk sẽ tăng theo đường

bc (phần kéo dài của ob biểu thị lưu lượng của

không khí khi lá đàn hồi mở hoàn toàn) Do đó biến

thiên của  trong giai đoạn đầu như cacbuaratơ đơn

giản (đoạn mn) Giai đoạn sau  tăng dần (đoạn np)

và cuối cùng lại giảm dần như cacbuaratơ đơn giản

vì lúc này tiết diện họng trở lại không thay đổi (đoạn

pq)

Do có tấm đàn hồi mở rộng tiết diện lưu thông qua

họng khi tải lớn nên có thể thu nhỏ tiết diện họng và

do đó nhiên liệu được xé nhỏ tốt ngay cả khi bướm ga

mở nhỏ Song loại này không ổn định theo thời gian Quá trình sử dụng tính đàn hồi của các lò xo thay đổi, cặn bẩn kết muội bám trên lá đàn hồi, làm đặc tính của nó thay đổi

Ngoài ra người ta còn dùng loại như sơ đồ 17 và 18.Khi bướm ga mở rộng, cột dòng áp khí càng lớn, lò xo

bị ép lại tiết diện họng tăng đo đó độ chân không ở

họng tăng chậm hơn so với trường hợp tiết diện cố

định Kết quả lượng nhiên liệu tăng chậm và hỗn hợp được làm loãng dần

8.4.4 Hệ thống thay đổi tiết diện ziclơ chính:

Hệ thống loại này thường kết hợp với hệ thống không tải (làm việc cả khi có tải) đảm bảo khi tải tăng thì hỗn hợp loãng dần Theo phương pháp dẫn động người ta chia hệ thống này làm 2 loại: dẫn động cơ khí và dẫn động chân không

a/ Dẫn động cơ khí: Kim 2 có tiết diện hình côn với

đầu nhỏ phía dưới đặt trong ziclơ 3 Khi bướm ga

càng mở rộng qua hệ thống tay đòn 5, 4, 1 Kim được nhấc lên càng cao làm tiết diện lưu thông của ziclơ 3 càng lớn và lưu lượng nhiên liệu tăng Kết hợp với hệ thống không tải khi bướm ga càng mở rộng thì hỗn

hợp càng loãng hệ thống sẽ tạo được hỗn hợp có

thành phần yêu cầu

Khuyết điểm của loại này là ở một vị trí của bướm ga

cố định, khi thay đổi số vòng quay thì tiết diện của

ziclơ không thay đổi Vì vậy chưa tạo được hỗn hợp thật sự phù hợp

b/ Dẫn động chân không: Khi bướm ga cố định ở một

vị trí, ở số vòng quay cao độ chân không sau bướm

ga lớn, piston 1 bị kéo xuống đầu cần 2 tỳ vào gốc 4 Lúc này vị trí của gốc 4 và do đó vị trí của van kim 3 phụ thuộc vào vị trí của bướm ga Bướm ga càng mở rộng kim phun càng nhấc lên cao như trường hợp dẫn động cơ khí trên

Khi bướm ga cố định ở 1 vị trí, số vòng quay càng

giảm thì độ chân không sau bướm ga càng giảm

không đủ lực để hút piston được mà lò xo 7 sẽ đẩy

piston dần đi lên, đầu đòn 2 rời khỏi gốc 4 đi lên nhấc kim 3 lên dần làm tăng thêm tiết diện ziclơ Như vậy ở

vị trí bướm ga không đổi khi giảm số vòng quay hệ

thống này cho hỗn hợp đậm hơn, đó là yêu cầu mong muốn

Hệ thống điều chỉnh tiết diện ziclơ có nhiều khuyết

điểm chủ yếu là hàm lượng hơi xăng trong khí hỗn

hợp hơi ít, vì không có bọt xăng phun qua ziclơ và vòi phun chính, mặt khác, van kim rất khó chế tạo và khi

sử dụng hay mòn hỏng, do vậy ngày nay ít dùng

động bình thường Vì vậy cần thiết phải có hệ thống làm đậm, không tải, bơm tăng tốc, cơ cấu khởi động

và các cơ cấu khác

8.5.1 Hệ thống làm đậm:

Hệ thống làm đậm cung cấp thêm nhiên liệu để làm giàu hỗn hợp đến thành phần cần thiết cho động cơ phát ra công suất cực đại khi bướm ga mở hoàn

toàn hoặc gần hoàn toàn

Theo phương pháp dẫn động chia làm 2 loại: Dẫn động cơ khí và dẫn động chân không

a/ Dẫn động cơ khí: Sơ đồ như hình 21 Khi bướm

ga ở vị trí trung gian (tải trọng trung bình), đòn 9

không chạm vào van 8, lò xo 6 đẩy van 8 đóng

Nhiên liệu qua ziclơ 7, ziclơ chính 5 vào họng, tạo thành hỗn hợp tương ứng với chế độ làm việc kinh

tế của động cơ Khi bướm ga mở gần hoàn toàn (80

- 85%), đòn 9 đẩy mở van 8, một phần nhiên liệu đi qua van 8 không đi qua ziclơ 7 đi thẳng tới ziclơ 5