Chg_9(Cung cap nhien lieu cho dong co diesel) [Compatibility Mode]

Yêu cầu:  Tạo được áp suất cao trong hệ thống nạp nhiên liệu  Điều chỉnh lượng nhiên liệu nạp vào các xilanh phù hợp với tải của động cơ  Nạp nhiên liệu vào buồng cháy động cơ ở thời

1 Nghiên cứu thiết bị cung cấp nhiên liệu; nguyên lí

làm việc của bơm cao áp, vòi phun, ưu nhược

điểm và xác định đặc tính của chúng.

2 Nghiên cứu về chất lượng phun nhiên liệu trong

động cơ Diesel

3 Nghiên cứu về các phương pháp hình thành khí

hỗn hợp trong động cơ Diesel, thực chất là

nghiên cứu phân tích các dạng buồng cháy về cấu

tạo, nguyên lí làm việc và ưu nhược điểm của

chúng.

Chương 9

CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL

9.1 Khái niệm về thiết bị nhiên liệu

9.2 Đặc tính của bơm cao áp

9.3 Đặc tính của vòi phun

9.4 Phun nhiên liệu

9.5 Phương pháp hình thành hỗn hợp và các dạng

buồng cháy

NỘI DUNG

Yêu cầu:

 Tạo được áp suất cao trong hệ thống nạp nhiên liệu

 Điều chỉnh lượng nhiên liệu nạp vào các xilanh phù

hợp với tải của động cơ

 Nạp nhiên liệu vào buồng cháy động cơ ở thời điểm

xác định và theo đúng qui luật

 Lượng nhiên liệu nạp vào các xilanh đều nhau

 Nhiên liệu nạp vào phải được xé tơi nhỏ và phân

phối đều trong thể tích buồng cháy

9.1.2 Bơm cao áp:

a Nhiệm vụ: Bơm cao áp là thiết bị dùng để cung cấp

nhiên liệu có áp lực cao cho vòi phun.

Các bơm cao áp đều là kiểu piston, nhưng khác nhau

ở:

 Phương pháp phân phối nhiên liệu cho các xilanh:

 Bơm nhánh đơn hoặc kép, bơm phân phối,

 Cách điều chỉnh lượng nhiên liệu chu trình: Bơm

có van xả, Bơm có cam cân, Bơm có van tiết lưu,

Bơm Bosch

 Phương pháp dẫn động piston: Dẫn động bằng

cam, bằng lò xo,

 Cách ghép bơm với vòi phun: bơm cao áp vòi phun

rời, bơm cao áp vòi phun

Bơm Bosch: Được sử dụng rộng rãi

Nguyên lí làm việc:

Khi piston đi xuống (a) lúc đầu nhiên liệu qua cửa thoát 4 lỗ 3 và qua

cửa nạp 5 vào không gian phía trên piston

Khi piston đi lên lúc đầu nhiên liệu bị đẩy qua cửa 5 ra ngoài

Sau khi mép trên piston đóng cửa 5 (9.1b), nhiên liệu trên piston bị

nén lại, áp suất tăng và van cao áp 8 mở.

Nhiên liệu qua van theo đường ống cao áp đến vòi phun, đẩy mở kim

phun và phun vào buồng cháy

Khi mép xoắn 2 trên piston mở cửa 4, nhiên liệu từ trên piston qua lỗ 3

cửa 4 thoát ra bên ngoài làm áp suất ở đó giảm xuống đột ngột

Dưới tác dụng của lò xo 6 và độ chênh áp van cao áp đóng lịa và quá

trình nạp nhiên liệu vào đường cao áp ngừng lại.

• Van 8 có vành 7, nên có tác dụng đặc biệt

• Khi mép dưới của vòng 7 đi vào đế van (trong lúc đóng), không gian trên piston và đường cao áp tách rời nhau

• Do van còn tiếp tục đi xuống cho đến khi mặt côn tiếp xúc với đế van nên thể tích đường cao áp tăng lên một lượng đáng kể và áp suất ở đây giảm xuống đột ngột

• Nhờ vậy kim phun đóng lại nhanh và dứt khoát, tránh được phun rớt và rò rĩ nhiên liệu trong thời kỳ giữa 2 lần phun

1 Kết cấu của BCA giới thiệu như trên có đặc điểm là thời gian bắt đầu cấp nhiên liệu không đổi, muốn thay đổi lượng nhiên liệu cấp cho chu trình thì thay đổi thời gian kết thúc cấp nhiên liệu

2 Khi xoay piston theo chiều kim đồng hồ thời điểm rãnh xoắn 2 mở cửa 4 đến chậm hơn, thời gian bơm kéo dài

và lượng nạp nhiên liệu vào đường cao áp tăng lên Khi xoay piston theo chiều ngược lại thì lượng nhiên liệu giảm.

Thay đổi lượng nhiên liệu cấp cho chu trình

Van cao áp:

Mục đích: Tránh hiện tượng rò nhiên liệu ở cuối hành trình bơm

• Khi BCA chưa hoạt động, dưới tác dụng của lò xo 3 van 2 đóng kín

lỗ thoát trên đế van 1.

• Khi piston bơm cao áp bắt đầu bơm nhiên liệu , lò xo 3 bị nén lại,

thân van 2 bị đẩy lên khỏi đế van 1 Nhưng phải đến khi phần hình

trụ 6 của thân van 2 rời khỏi đế van, nhiên liệu mới thoát lên phía

trên đi đến vòi phun

• Lúc BCA kết thúc quá trình nén, lò xo 3 đẩy van xuống, làm cho

không gian phía trên van thoát nhiên liệu tăng lên, áp suất ở đường

ống cao áp giảm xuống rất nhanh, nhiên liệu không rò xuống miệng

vòi phun.

Ngoài tác dụng kể trên, nếu không có van cao áp, nhiên liệu từ đường

ống cao áp sẽ chảy hết về đường nhiên liệu trên thân bơm Như vậy

khởi động rất khó khăn.

1 Ưu điểm:

 Chế tạo đơn giản, sử dụng tin cậy

 Phân phối điều chỉnh nhiên liệu cung cấp cho các

xilanh đơn giản

2 Khuyết điểm:

 Kích thước và khối lượng của bơm tương đối lớn

 Bơm có quá nhiều cặp chi tiết chính xác, khó chế tạo

 Trong quá trình sử dụng phải thường xuyên kiểm tra độ

không đồng đều và lượng nhiên liệu chu trình, tăng

kinh phí bảo dưỡng

Vòi phun:

Vòi phun có tác dụng xé nhỏ, xé tơi và phân bố đều nhiên liệu trong

thể tích buồng cháy.

Có 2 loại vòi phun chính: loại hở và loại kín

1 Vòi phun hở: Thực chất là một ống rỗng ở phần cuối có khoan các

lỗ nhỏ Ở không gian 1 nhiên liệu có áp suất cao là Pfnên được

phun ra bằng những lỗ nhỏ 2 do chênh áp giữa Pfvà áp suất trong

buồng cháy Pc

Nhược điểm của vòi phun hở là:

• Vòi phun hở không đảm bảo được chất lượng phun nhiên liệu trong

mọi điều kiện công tác của động cơ (phụ thuộc vào phụ tải và số

vòng quay)

• Khi bắt đầu và kết thúc phun do chênh áp giữa Pfvà Pcnhỏ nên

gây hiện tượng nhỏ giọt nhiên liệu qua lỗ phun Do đó nhiên liệu

không được xé tơi, những hạt lớn khó bay hơi, nhất là cuối quá

trình phun làm cho sự hình thành khí hỗn hợp không tốt, gây ra

hiện tượng kết cốc quanh lỗ vòi phun và làm tắc lỗ phun,cũng như

làm tăng tổn thất nhiên liệu.

2 Vòi phun kín:

Nhiên liệu từ đường cao áp đến buồng 1 ở thời điểm nạp nhiên liệu

vào đường cao áp, áp suất trong buồng 1 tăng lên Khi áp lực của

nhiên liệu tác dụng lên kim 2 thắng lực ép của lò xo 3, kim nâng

lên và nhiên liệu qua lỗ phun 4 phun vào buồng cháy

Khi bơm ngừng cung cấp nhiên liệu, áp suất trong buồng 1 giảm

xuống, lò xo đẩy kim xuống ép kín lỗ phun.

•Do đảm bảo áp suất bắt đầu phun và kết thúc phun rất nhanh nên

chất lượng hình thành khí hỗn hợp trong vòi phun kín không phụ

thuộc vào chế độ công tác của động cơ

•Vòi phun kín có độ chênh áp lớn, do đó tốc độ dòng nhiên liệu đi

qua lỗ càng cao, vì vậy hiện tượng chảy rối càng mạnh, nhờ đó sau

khi nhiên liệu ra khỏi vòi phun thì bị xé tơi thành những hạt nhỏ, do

đó bay hơi và hòa trộn với không khí tốt.

Đặc tính của Bơm cao áp:

Một trong những thông số đặc trưng cho các chế độ

công tác của bơm cao áp là lượng nạp chu trình tính

theo thể tích Vctvà theo khối lượng gct

gct= Vct.nl

Về lí thuyết, trong một chu trình bơm có thể cung cấp

một lượng nhiên liệu:

Vlt= fp.Se

fp, Selà diện tích của piston và hành trình có ích của piston

Vlt chịu ảnh hưởng của các yếu tố:

• Tính chịu nén của nhiên liệu và tính đàn hồi của

các chi tiết

• Hiện tượng rò rỉ nhiên liệu qua khe hở giữa

piston và xilanh, kim phun và ống dẫn

• Sự tiết lưu qua lỗ nạp và lỗ thoát ở đầu và cuối

quá trình bơm

Để đánh giá những ảnh hưởng trên người ta đưa ra hệ số

cung cấp nhiên liệu b,

b= Vct/Vlt

1 Tính chịu nén của nhiên liệu và tính đàn hồi của các chi

tiết (nhất là đường ống cao áp) làm lưu lại thêm một

lượng nhiên liệu trên không gian cao áp và vì vậy làm

giảm Vctvà b

2 Tiết lưu nhiên liệu ở cửa nạp làm áp suất trên piston tăng

lên trước khi mép trên piston đóng cửa nạp, còn tiết lưu

cửa thoát lại làm áp suất trên piston giảm chậm sau khi

mép xoắn trên piston đã mở cửa thoát Do vậy, thời điểm

mở van cao áp sẽ sớm lên và thời điểm đóng van cao áp

sẽ muộn đi, làm hành trình của có ích của piston tăng lên,

nên Vctvà btăng lên

3 Nhiên liệu rò rỉ qua khe hở làm Vctvà bgiảm xuống

Do các yếu tố ảnh hưởng theo chiều hướng khác nhau như

vậy nên Vctcó thể lớn hay nhỏ hơn Vltvà b> hay < 1

Ta có: Vct= b.Vlt

Gọi gctlà khối lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình:

gct= nl.Vct

nl.Vct= f(n) hay nl b.Vlt= f(n)

 Khi h = const thì nl = const do nén không đáng kể,

vì vậy Vlt= const Thực chất nghiên cứu biến thiên theo

n Gọi là đặc tính tốc độ của bơm

 Khi giữ n = const, thay đổi thanh răng bơm cao áp

khi đó Sethay đổi, do đó Vltthay đổi:

  V = f(h)

Đặc tính quan trọng của BCA là đặc tính tốc độ, biểu thị mối

quan hệ giữa Vct(gct) và số vòng quay của trục cam nk

Đặc tính của bơm cao áp vòi phun rời như hình vẽ, trong đó

mỗi đường ứng với một vị trí cố định của thước nhiên

liệu

Khi tăng nk, Vcttăng, do:

• Khi tăng nkảnh hưởng của tính chịu nén của nhiên liệu

và tính đàn hồi của các chi tiết hầu như không thay đổi,

còn hiện tượng tiết lưu càng tác động mạnh hơn, nhiên

liệu rò rỉ ít hơn

Đặc tính tốc độ làm xấu tính ổn định của động cơ khi làm

việc  Người ta thường dùng kết cấu đặc biệt của van

cao ấp để hiệu chỉnh đặc tính này

n

g ct

1 2 3 4

Pf < 50MN/m 2

n

gct

1 2 3 4

Pf = 120-140MN/m 2

Giảm tải

Bơm cao áp vòi phun có áp suất cao nên ảnh hưởng của tính chịu nén nhiên liệu

và tính đàn hồi của chi tiết có khác đi Khi

nk tăng lên thì Vct giảm, rõ rệt nhất là khu vực gần và toàn tải

gct

ảnh hưởng của tiết lưu

Ngoài ra còn đặc tính biểu thị quan hệ giữa Vct(gct) và vị trí thước

nhiên liệu khi giữ số vòng quay không đổi Khi dịch thước nhiên liệu

chậm dần do ảnh hưởng của tiết lưu ngày càng rõ rệt, giảm tính chịu

nén của nhiên liệu

1 Đặc tính của vòi phun hở:

• Đặc tính của vòi phun là quan hệ giữa

hiệu số áp suất trong vòi phun trước các

tiết diện tiết lưu và đối áp trong xilanh với

• Với vòi phun hở chỉ có một tiết diện tiết

lưu không đổi nên ta có thể viết phương

trình Becnoulli qua 2 tiết diện 1-1, 2-2:

1 Đặc tính của vòi phun hở:

22

2 2

f nl c nl

) ( 2

) (

2

c c

nl f c f

nl

c f c c f

f

Q P

P

P P f Q

1 Đặc tính của vòi phun hở:

• Đặc tính của vòi phun hở cho thấy:

• Khi bắt đầu và kết thúc phun (Qf = 0), áp suất phun

Pf rất thấp (Pf = Pc),

• Khi thay đổi Qfáp suất phun biến động rất lớn

• Chỉ ở chế độ tải lớn và số vòng quay cao (ứng với

Qflớn) thì chất lượng phun mới đảm bảo

• Ngược lại, lúc bắt đầu và kết thúc phun cũng như ở

chế độ tải nhỏ và số vòng quay thấp (Qf nhỏ) lưu

lượng phun không tốt, cũng như khi thay đổi phụ

tải và số vòng quay chất lượng phun thay đổi nhiều

2 Đặc tính của vòi phun kín có kim (loại thường)

Có hạn chế Không hạn chế

1 Đặc tính của vòi phun kín:

• Lúc bắt đầu và kết thúc phun (Qf = 0), áp suất

phun cao (Pf= Pbf: bằng lực nén ban đầu của lò

nhỏ) chất lượng phun vẫn đảm bảo

• Khi thay đổi phụ tải và số vòng quay không làm

thay đổi lượng phun nhiều

1 Đặc tính của vòi phun hở:

22

2 2

f nl c nl

) ( 2

) (

2

c c

nl f c f

nl

c f c c f

f

Q P P

P P f Q

1 Đặc tính của vòi phun hở:

• Đặc tính của vòi phun hở cho thấy:

• Khi bắt đầu và kết thúc phun (Qf= 0), áp suất phun Pf rất

thấp (Pf= Pc),

• Khi thay đổi Qf áp suất phun biến động rất lớn

• Vì áp suất phun quyết định phần lớn chất lượng phun

nên chỉ ở chế độ tải lớn và số vòng quay cao (ứng với

Qf lớn) thì chất lượng phun mới đảm bảo

• Ngược lại, lúc bắt đầu và kết thúc phun cũng như ở chế

độ tải nhỏ và số vòng quay thấp (Qf nhỏ) lưu lượng

phun không tốt, cũng như khi thay đổi phụ tải và số vòng

quay chất lượng phun thay đổi nhiều

1 Đặc tính của vòi phun hở:

• Đặc tính của vòi phun là quan hệ giữa

hiệu số áp suất trong vòi phun trước các

tiết diện tiết lưu và đối áp trong xilanh với

• Với vòi phun hở chỉ có một tiết diện tiết

lưu không đổi nên ta có thể viêt phương

trình Becnoulli qua 2 tiết diện 1-1, 2-2:

Phương pháp hình thành hỗn hợp và các dạng buồng cháy:

Trong động cơ Diezel quá trình hình thành hỗn hợp xảy ra trực tiếp trong

xylanh động cơ trong khoảng thời gian rất ngắn (0,05 - 0,001s) trong đó một

phần xảy ra cùng với quá trình cháy.

Nhiệm vụ cơ bản của quá trình hỗn hợp: phân phối nhiên liệu trong buồng

đúng lúc, đạt được các chỉ tiêu kinh tế và động lực cao nhưng đồng thời quá

trình cháy phải êm, áp suất cực đại trong buồng cháy không quá cao

Làm thế nào để có được hỗn hợp tốt cho nhiên liệu cháy hoàn toàn khi piston

ở gần ĐCT (chỉ tiêu kinh tế động lực cao) nhưng phải hạn chế lượng hỗn hợp

đã được chuẩn bị ở đầu giai đoạn cháy thứ hai trong giới hạn nhỏ (cháy êm)

Thời gian tiến hành phải ngắn, xen kẽ với quá trình cháy (nhiệt độ áp suất cao,

sản vật cháy ngày một tăng) cộng với nhiệm vụ trên làm quá trinh hỗn hợp trở

một phần nhiên liệu hỗn hợp theo màng, phần còn lại theo thể tích.

a/ Kết hợp chặt chẽ giữa số lượng, hình dạng, sự phân bố tia nhiên

liệu với hình dạng buồng cháy.

b/ Tận dụng xoáy lốc mạnh của không khí trong buồng cháy.

Buồng cháy thống nhất: toàn bộ thể buồng cháy là một không

gian thống nhất.

- Buồng cháy ngăn cách: thể tích buồng cháy thường chia thành

nhiều phần (thường 2) nối với nhau bằng một hoặc nhiều lỗ

thông Buồng cháy ngăn cách có các loại: buồng cháy xoáy lốc,

buồng cháy dự bị và buồng cháy không khí.

Hình thành hỗn hợp trong buồng cháy thống nhất:

Định nghĩa: Buồng cháy thống nhất là toàn bộ thể tích buồng cháy Vc

được nằm trong một không gian thống nhất

Vòi phun thường đặt ở giữa hoặc bên sườn Buồng cháy thường đặt

trong đỉnh piston đôi khi ở nắp máy hoặc giữa 2 piston.

1/ Hỗn hợp thể tích:

a/ Buồng cháy thống nhất không tận dụng xoáy lốc mạnh của không khí

Buồng cháy loại này có hình vật tròn xoay cùng trục với xylanh có tỷ số

db/D lớn (0,75 - 0,90), tiêu biểu là buồng chát Getsơman (a).

áp suất phun cao (20 -60 MN/m 2 ) qua vòi phun nhiều lỗ (5-10 lỗ) có

đường kính nhỏ (d = 0,15 - 0,25mm) thường được đặt theo dọc trục

buồng cháy

Tia nhiên liệu phun tới sát thành buồng cháy nhưng không chạm.

•Hỗn hợp giữa nhiên liệu và không khí trong buồng cháy loại này được

hình thành trên cơ sở nhiên liệu được xé nhỏ và phân bố đều trong toàn

bộ thể tích buồng cháy

•Nhiên liệu được xé nhỏ nhờ phun với áp suất cao và qua lỗ phun có

đường kính nhỏ

•Nhiên liệu được phân bố đều khắp trên thể tích buồng cháy nhờ sự

phù hợp giữa số lượng hình dạng sự phân bố tia nhiên liệu với hình

dạng buồng cháy

•Năng lượng dùng cho quá trình hỗn hợp là năng lượng (động năng)

của tia nhiên liệu.

• * ưu điểm:

• 1/ Hiệu suất cao do truyền nhiệt qua thành

buồng cháy ít (diện tích làm mát tương đối nhỏ

• 1/ Tận dụng không khí trong buồng cháy kém Hệ số dư

lượng không khí  thấp nhất khi cháy không khói đen

khá lớn (  = 1,7 -1,8) do vậy áp suất có ích trung bình

Pe tương đối thấp

• 2/ Rất nhạy cảm với sự thay đổi số vòng quay của động

cơ

• 3/ Tốc độ tăng áp suất trong buồng cháy rất lớn (tới

1,5MN/m2độ) và Pmax khá cao (tới 9 - 12 MN/m2)

• 4/ Nhạy cảm với sự thay đổi nhiên liệu

• 5/ Hệ thống nhiên liệu đòi hỏi độ chính xác cao có tuổi

bền thấp do áp suất phun cao và hay tắc lỗ phun vì

đường kính lỗ nhỏ

• Buồng cháy loại này thường dùng trên động cơ tàu

thủy, tĩnh tại, tàu hỏa tốc độ chậm và một vài trường hợp

trên ôtô có đường kính lớn (d  120mm)

b/Loại tận dụng xoáy lốc mạnh của không khí Loại tận dụng xoáy lốc mạnh của không khí

• Buồng cháy loại này có hình vật tròn xoay cùng trục với

xylanh , khoét sâu trong đỉnh piston, có tỷ số db/D nhỏ

(0,35 - 0,75) và thể tích tương đối Vb/Vc lớn (0,75 - 0,90)

• Nhiên liệu phun vào qua vòi phun nhiều lỗ (3 - 5 lỗ) đặt

song song (đồng tâm hoặc lệch tâm) hay nghiêng với

trục buồng cháy, với áp suất phun không lớn lắm (15

-20 MN/m2)

• 1 Động cơ có thể làm việc với hệ số dư lượng không

khí  tương đối nhỏ ( = 1,4 - 1,7) do tận dụng được

năng lượng của không khí vào việc hỗn hợp và không

khí tập trung hơn trong thể tích buồng cháy (khe hở đỉnh

piston xylanh hẹp, Vb/Vc lớn) và vì vậy Pe tăng lên một

chút (10 - 12%)

• 2 Tốc độ tăng áp suất và áp suất cực đại trong buồng

cháy không lớn lắm (P/ > 1,2 MN/m2độ, Pzmax =

5,5 - 6,5 MN/m2)

• 3 ít nhạy cảm khi thay đổi số vòng quay n

• 4 ít nhạy cảm với sự thay đổi tính chất lý hóa của nhiên

liệu