QUÁ TRÌNH VÀ CƠ CẤU THAY ĐỔI KHÍ CỦA ĐCĐT
A. QUÁ TRÌNH THAY ĐỔI KHÍ
III. Quá trình thay đổi khí trong động cơ 2 kỳ
3.1. Hệ thống thay đổi khí của động cơ 2 kỳ
Động cơ hai kỳ không có riêng các hành trình thải và nạp (chiếm một vòng quay trục khuỷu) nên phải thực hiện việc thải và nạp cùng một lúc.
Thời gian thay đổi môi chất (thực hiện khi piston ở gần ĐCD) rất ngắn chỉ bằng khoảng 1/3 thời gian thay đổi khí của động cơ 4 kỳ.
Phải dùng môi chất mới đó được nén trước đưa vào xilanh để tạo áp lực đẩy sản vật cháy ra ngoài.
3.1.2. Phân loại hệ thống thay đổi khí của động cơ 2 kỳ
Theo chuyển động của dòng khí quét, động cơ hai kỳ có hai loại hệ thống thay đổi khí: quét vòng và quét thẳng.
3.1.2.1. Hệ thống quét vòng
Dòng không khí đi theo đường vòng, lúc đầu từ khu vực ĐCD của piston men theo thành xilanh đi lên, rồi tới nắp xilanh đổi chiều 1800 rồi đi ngược với chiều cũ (hình 3-3).
các cửa thải và cửa quét của hệ thống quét vòng đều đặt ở phần dưới xilanh, tại khu vực gần ĐCD, piston điều khiển việc đóng và mở các cửa.
3.1.2.2. Hệ thống quét thẳng
Dòng không khí quét đi theo đường thẳng đi từ dưới lên, vì vậy hành trình của nó trong xilanh chỉ bằng 1/2 so với quét vòng (hình 3.4). Các cơ cấu quét và thải (cửa hoặc xupap) của hệ thống được đặt ở hai đầu của xilanh, khu vực ĐCD và nắp xilanh.
Hình 3-3:
Hệ thống quét và thải của độn g cơ 2 kỳ
3.1.2.3. Một số hệ thống quét thải thông dụng
Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng song song (hình 3-3a) được sử dụng trên các động cơ hai kỳ cở nhỏ, dùng cacte làm máy nén tạo khí quét. Trong hệ thống này cửa quét thường đặt xiên lên hoặc p hải tạo hình dạng đặc biệt trên đỉnh piston để dẫn hướng khí quét vào xilanh.
Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hướng lệch tâm (hình 3-3b hay hình 3-4a) dùng nhiều trên các động cơ hai kỳ của các hãng sản xuất Tây Âu. Các cửa quét đặt xiên lên tạo với đường tâm xilanh một góc 300, hướng dòng khí quét đi lên tới nắp xilanh mới vòng xuống qua cửa thải. Đây là hệ thống quét vòng khí hoàn hảo, với pk = 0,1- 0,12 MPa, γr thường không quá 0,06 - 0,08 và ge= 205 - 230 g/kW.h
Hệ thống quét vòng đặt ngang theo hư ớng phức tạp (hình 3-4b). Có hai hàng cửa quét, hàng trên đặt cao hơn cửa thải và được lắp van một chiều tự động, sau khi đóng cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi chất mới nhờ hàng cửa quét phía trên. Do có nhiều van tự động nên hệ thống tương đối phức tạp, m ặt khác chiều cao các cửa thải và quét tương đối lớn nên làm tăng phần tổn thất hành trình piston. Do đó, mặc dù áp suất không khí quét tới 0,12 - 0,145 MPa, nhưng các chỉ tiêu khác vẫn thấp như:
pe= 0,47 - 0,50 MPa và ge= 230 - 245 g/kW.h
Hệ thống quét vòng đặt một bên (hình 3-4c). Các cửa khí được đặt về một bên của thành xilanh theo hướng lệch tâm, cửa quét hơi nghiêng xuống (khoảng 150). Trước tiên khí quét lướt qua đỉnh piston sau đó đi vòng qua một lượt, lướt dọc thành xilanh rồi trở về cửa xả. Trong hệ thống đôi khi còn đặt van xoay để đóng cửa xả sau khi đó kết thúc quét khí, nhằm giảm tổn thất khí quét và thực hiện nạp thêm. Nhược điểm chính của hệ thống này là hệ số khí sót tương đối lớn γr = 0,10 - 0,20 và penhỏ ( 0,42 - 0,47 MPa) mặc dù pk tương đối lớn (0,11 - 0,125 MPa). Hiện nay phương án chỉ hạn chế trong một số động cơ tĩnh tại và động cơ tàu thuỷ cở nhỏ tốc độ trung bình.
Hình 3-4: Hệ thống quét vòng
Hệ thống quét thẳng qua xupap. (hình 3-5a). Các cửa quét đặt xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến, xupap xả đặt trên nắp xilanh. Dòng khí quét chỉ đi một chiều từ dưới lên, nên khí quét ít có cơ hội hoà trộn với sản vật cháy, vì vậy khí thải được đẩy ra ngoài tương đối sạch, nhờ đó hệ số khí sót nhỏ (γr = 0,05 - 0,08) và pe lớn (pe = 0,55 - 0,65MPa). Dùng xupap thải dể lựa chọn pha phối khí tốt nhất nhờ vậy dễ đạt ηv lớn.
Hướng tiếp tuyến của các cửa quét tạo nên vận động xoáy lốc của môi chất giúp hình thành hòa khí và chất lượng cháy tốt hơn. Hệ thống này sử dụng rộng rải trên các động cơ máy kéo, tàu hoả và tàu thuỷ.
Hệ thống quét thẳng qua cửa thải. (hình 3-5b) dùng trên các động cơ piston đối đỉnh, là hệ thống hoàn hảo nhất trong các hệ thống quét - thải của động cơ hai kỳ. Hệ thống đạt các chỉ tiêu sau: với pk = (0,115 - 0,15)MPa đạt được γr = 0,03 - 0,06; pe= (0,5 - 0,7)MPa; ge = (215 - 240)g/kWh. Ưu điểm chính của hệ thống là trên động cơ không có các chi tiết phức tạp như: nắp xilanh, mặt khác phần động lực học lại được cân bằng tốt.
Nhược điểm của nó là phải sử dụng hai trục khuỷu.
Hình 3-5: Hệ thống quét thẳng.
3.1.2.4. Động cơ xăng 2 kỳ với hệ thống phun xăng.
Nhược điểm lớn nhất của động cơ xăng hai kỳ cổ điển dùng bộ chế hoà khí là tốn xăng, gây ô nhiễm môi trường và có nhiều xăng tron g hoà khí đi tắt qua cửa thải thóat ra ngoài trời. Để tránh tình trạng trên, người ta đó c ó nhiều phương án quét sản phẩm cháy bằng không khí nén, sau đó tạo hòa khí đậm đưa vào, hoặc phun xăng vào vào xilanh động cơ ở cuối thời kỳ thay đổi môi chất hoặc đầu quá trình nén.
Động cơ phun xăng hai kỳ có nhiều ưu điểm nổi bật: suất tiêu hao nhiên liệu, ô nhiễm môi trường tương đương còn khối lượng động cơ giảm 20% so với động cơ xăng bốn kỳ có cùng công suất.