HỆ THỐNG NHIÊN LI ỆU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. Ch ức năng, nhiệm vụ, yêu cầu
1.1.1. Chức năng, nhiệm vụ.
Lọc sạch nhiên liệu rồi phun vào buồng đốt theo những yêu cầu phù hợp với đặc điểm cấu tạo và tính năng của động cơ.
Cung cấp lượng nhiên liệu xác định ở những thời điểm xác định vào xylanh động cơ nhằm thỏa mãn mọi chế độ làm việc.
1.1.2. Yêu cầu:
Cung cấp vào buồng đốt những khối lượng dầu xác định, phù hợp với chế độ làm việc của động cơ, có thể điều chỉnh được, gct các xylanh phải đồng đều (định lượng).
Thời điểm và thời gian cung cấp phải chính xác và có thể điều chỉnh được (định thời).
Dầu phun vào buồng đốt phải ở dạng các hạt nhỏ, đồng đều và phân bố đều trong không gian buồng đốt.
Số lượng dầu cung cấp theo thời gian cung cấp - luật cung cấp phải tạo ra sự cấp nhiệt tốt nhất cho chu trình làm việc của động cơ (chất lượng phun tốt, qui luật phù hợp).
1.1.2.1. Định lượng.
Cung cấp những lượng nhiên liệu chính xác phù hợp với mọi chế độ làm việc của động cơ, cung cấp nhiên liệu đồng đều cho các xylanh của động cơ nhiều xylanh.
Lượng cung cấp nhiên liệu chu trình (gct) là một trong các thông số đặc trưng cho chế độ công tác của BCA được biểu diễn bằng công thức sau:
nl e e
ct n i
Z g g N
. . . 60
. . .
1000
(1) Trong đó :
gct: Lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt tro ng thời gian một chu trình (mm3/ct).
Ne: Công suất có ích của động cơ (Kw).
ge: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/Kw.h).
Z: Hệ số phụ thuộc vào số kì của động cơ Z=1 đối với động cơ 2 kỳ .
Z=2 đối với động cơ 4 kỳ.
n: Tốc độ quay của động cơ (v/p).
i: Số xylanh của động cơ.
nl: Khối lượng riêng của nhiên liệu (kg/m3).
Từ công thức (1) ta thấy lượng nhiên liệu g ctcần phun vào mỗi xylanh trong thời gian 1 chu trình công tác phải được điều chỉnh phù hợp với chế độ làm việc của động c ơ tức là phải phù hợp với công suất của động cơ phát ra tốc độ quay tương ứng với công suất đó.
Sự phụ thuộc này gọi là đặc tính cung cấp nhiên liệu, được xác định bởi kết cấu và trạng kỹ thuật của thiết bị nhiên liệu. Đó là đặc tính bên trong của BCA làm ảnh hưởng đến gctmà không có tác dụng của cơ cấu điều khiển.
Hiệu suất nạp của BCA:
Fn sb s
vb V
g g
g
.
1 1
(2) Trong đó :
vb: Hiệu suất nạp nhiên liệu của BCA.
g1 :Lượng nhiên liệu thực tế được nạp vào khoang bơm của BCA trong một chu trình công tác (g/Kw.h).
gs: :Lượng nhiên liệu chứa đầy không gian công tác của xylanh BCA ở điều kiện áp suất trong khoang nạp (g/Kw.h).
Fn: Mật độ của nhiên liệu trong khoang nạp (kg/m3).
Vsb: Dung tích công tác của xylanh BCA (m3).
Trị số của hiệu suất nạp còn ảnh hưởng đến thời điểm bắt đầu phun và lượng cấp nhiên liệu chu trình thực tế ứng với một vị trí của cơ cấu điều khiển. Hiệu suất nạp chịu ảnh hưởng rất nhiều yếu tố như: Sức cản thủy động, thể tích khoang nạp, áp suất và biến động áp suất trong khoang nạp...Độ ổn định của nó còn ảnh hưởng đến chất lượng định lượng và định thời của hệ thống phun nhiên liệu.
Bên cạnh sức cản thủy động, sự xuất hiện của các xung áp suất trong khoang nạp tại thời điểm kết thúc quá trình phun hình học (thời điểm rãnh piston bắt đầu thông với khoang nạp) là hiện tượng có ảnh hưởng rất lớn đến trị số và sự biến động của hiệu suất nạp.
Đối với các động cơ nhiều xylanh lượng nhiên liệu chu trình phun vào các xylanh phải bằng nhau nhằm hạn chế những tác hại đã nêu. Sự khác nhau này được đánh giá thông qua “độ cấp không đồng đều”:
100 . 2
min max
min max
ct ct
ct ct
nl g g
g
g
(3)
Độ cấp nhiên liệu không đồng đều là một trong những nguyên nhân giảm công suất và tuổi thọ của động cơ, tăng suất tiêu hao nhiên liệu và gây 1 số biểu hiện khác ở động cơ. Trong thực tế sử dụng không thể điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu còn thể đạt được
nl= 0 mà định kì người ta phải điều chỉnh để những giá trị độ lệch này nằm trong giới hạn cho phép.
1.1.2.2. Định thời:
Phun nhiên liệu vào buồng đốt đúng thời điểm, theo quy luật phù hợp với đặc điểm tổ chức quá trình cháy.
Thời điểm tạo hỗn hợp cháy do thời điểm phun nhiên liệu quyết định. Nếu hỗn hợp cháy đúng lúc thì quá trình cháy sẽ diễn ra và kết thúc đúng lúc với trị số pz và wtb vừa phải.
Thông số để đánh giá thời điểm tạo hỗn hợp cháy là góc phun sớm (fs). Trong quá trình sử dụng động cơ fsbị thay đổi do các nguyên nhân chủ yếu sau:
Các chi tiết chuyển động bị hao mòn (các khớp nối trục đối với bơm, các con lăn...)
Các cam nhiên liệu bị hao mòn.
Đặc tính của các cặp lắp ghép chính xác khác nhau.
Cặp lắp ghép piston –xylanh BCA bị hao mòn.
Sự điều chỉnh ban đầu bị thay đổi hoặc còn sai sót trong các hệ thống truyền động (con đội, nối ghép bị lỏng...).
Hình1.1 biểu thị ảnh hưởng của thời điểm phun nhiên liệu đến quá trình cháy. Khi phun nhiên liệu quá sớm, giai đoạn cháy trễ tăng vì áp suất và nhiệt độ không khí lúc bắt đầu phun thấp. Tốc độ tăng áp suất cũng như áp suất cháy cực đại do tập trung mộ t lượng nhiên liệu lớn trong buồng cháy đến thời điểm bốc cháy và 1 phần lớn nhiên liệu cháy ở gần ĐCT khi thể tích công tác xylanh nhỏ và nồng độ ôxy lớn (đường 1 -Hình 1.1).
Ngược lại khi fs quá muộn, giai đoạn cháy trễ giảm, động cơ làm việc êm hơn, công suất động cơ giảm và cháy không hoàn toàn vì một phần lớn nhiên liệu cháy ở quá trình giãn nở, tốc độ tăng áp suất và áp suất cháy cực đại nhỏ (đường 3 - hình1.1).
1.1.2.3. Qui luật phun:
1
2 3
C1 3
ẹ C T P
C1 2
C1 1
Hình1.1:Ảnh hưởng của thời điểm phun nhiên liệu đến chất lượng của quá trình cháy.
Đường số 1-Thời điểm phun quá sớm.
Đường số 2-Thời điểm phun đúng . Đường số 3-Thời điểm phun quá trễ.
Cấu trúc các tia nhiên liệu và quy luật phun phù hợp với đặc điểm cấu tạo và tính năng của động cơ.
Hệ thống nhiên liệu không chỉ có nhiệm vụ đưa vào buồng cháy một lượng nhiên liệu (gct) thích hợp với chế độ làm việc mà lượng nhiên liệu đó phải được phun vào buồng cháy đúng thời điểm và đúng quy luật phù hợp với đặ c điểm cấu tạo của động cơ.
Trên hình 1.2 biểu thị quy luật phun nhiên liệu đến quá trình cháy trong điều kiện các yếu tố khác giữ nguyên. Quy luật phun nhiên liệu bao gồm 2 yếu tố:
p
1 2
1 2
T
z '1 ezf1
z2 z '2
ee 1 ee 2
CfCi
gc t
CfCi ef
Hình1.2:Ảnh hưởng của quy luật phun nhiên liệu đến quá trình cháy.