- Cung cấp với λ thích hợp với tường chế độ làm việc của đc.
- Phần lớn nhiên liệu trong hỗn hợp ở dạng hơi xăng, phần còn lại được xé tơi ở dạng hạt có kích thước rất nhỏ.
- Hệ số λ giữa các xylanh phải đồng đều nhau.
Yêu cầu
Phân loại
HTNL đc xăng có 2 loại chính; dùng chế hoà khí (cacbuaratơ) và phun điện tử.
- Giclơ, chi tiết được chế tạo chính xác để có thể tiết lưu định lượng lưu lượng xăng hút ra đứng như thiết kế.
- Lượng hỗn hợp đi vào đc được điều chỉnh nhờ bướm ga 7.
- Vnl=5÷6 m/s; Vkk=25÷30 m/s.
5.1.2. HTNL dùng bộ chế hoà khí
5.1.2.1. Sơ đồ và nguyên lý làm việc
1 2 3 4
6 5 7
5.1.2.2. Đặc tính lý tưởng của BCHK
% độ mở bướm ga
- Đặc tính này được xây dựng với tốc độ đc không đổi. Do vậy độ chân không tại họng (∆ph) chỉ phụ thuộc vào độ mở bướm ga và tải của đc.
-Lý thuyết và thực nghiệm đều chứng tỏ; phải cung cấp hỗn hợp sao cho phù hợp với các chế độ làm việc của đc.
- Giai đoạn từ không thải đến tải nhỏ (a-b), hỗn hợp phải rất đậm (λ=0,4÷0,8), do tỷ lệ khí sót lớn và nhiệt độ đc thấp, nên điều kiện hình thành hỗn hợp kém.
- Từ chế độ tải nhỏ đến chế độ tải lớn (b-c), bớm ga mở to dần, tải trọng tăng, những điều kiện nêu trên được cải thiện, nên BCHK cung cấp hỗn hợp nhạt dần (λ=1,07÷1,15). Đc làm việc hiệu suất cao nhất (ge-min).
- Từ chế độ tải lớn đến chế độ toàn tải (c-d), hỗn hợp phải được làm đậm để đc phát ra công suất cao nhất, tính hiệu quả cao (pe-max), bướm ga mở hoàn toàn (λ=0,75÷0,9).
Đặc điểm
λ
20 80 100 %
1
a b
c
d
Đối với BCHK đơn giản (hình trên) - đặc tính được xây dựng đơn giản như sau:
- fh, fd: thiết diện thông qua (hình học) của họng khuếch tán và giclơ nhiên liệu.
- àh, àd: hệ số búp dũng của họng khuếch tỏn và giclơ nhiờn liệu.
-∆h: khoảng cách từ mặt thoáng buồng phao đến miệng vòi phun.
- k: hằng số tỷ lệ.
-Nhận thấy, BCHK đơn giản cho hỗn hợp đậm dần khi tăng ∆ph.
- Như vậy đặc tính này không thoả mãn đặc tính lý tưởng của BCHK. Do đó trong thực tế BCHK phải có các hệ thống với các chức năng khác nhau để đảm bảo cung cấp hỗn hợp với λ phù hợp với các chế độ làm việc của đc.
Đặc tính của bộ chế hoà khí đơn giản
h
λ
∆ph
5.1.2.3. Các hệ thống của BCHK
a) Hệ thống chính
Hệ thống chính giảm độ chân không sau giclơ chính
HTC nhằm cung cấp hh cho đc làm việc kinh tế nhất trong vùng làm việc phổ biến của đc, trên đặc tính lý tưởng của bchk htc phải cung cấp hh nhạt dần khi tải trọng tăng. Trong thực tế có nhiều loại htc, phổ biến là 1 số loại sau (htc giảm độ chân không sau giclơ chính, htc có giclơ bổ sung, htc điều chỉnh độ chân không ở họng):
Ngoài giclơ nhiên liệu 1 còn có thêm giclơ không khí 2, đặc tính được xây dựng như sau:
HTC giảm độ chân không sau giclơ chính:
1 2
kk
p0
λ
∆ph
y H ∆h
∆ph 3
Hệ thống chính có giclơ bổ sung
Thực chất ht này có 2 giclơ nhl tạo thành 2 ht độc lập cung cấp nhl vào trong họng khuếch tán. HT 1 có thể coi như là HTC có giảm độ chân không sau giclơ chính (giclơ kk có tiết diện ∞), HT 2 có giclơ 2 thực chất là bchk đơn giản.
- Khi ∆ph còn nhỏ, cũng giống như HTC giảm độ chân không sau giclơ chính, xăng chưa được hút ra nhưng mức xăng ở vòi phun được tăng dần. Khi ∆ph = γnl∆h trở đi, xăng được phun ra, khi đó 2 ht làm việc như bchk đơn giản (hỗn hợp đậm dần), đồng thời mặt thoáng y trong ống 3 từ từ hạ xuống cho đến khi y = H. Từ đó trở đi, ∆ph tiếp tục tăng nhưng nhiên liệu qua giclơ 1 không đổi (vì chỉ phụ thuộc vào H), do đó hỗn hợp nhạt dần.
- Tóm lại; trên cơ sở lựa chọn tương dối các thông số của 2 giclơ, hỗn hợp cung cấp cho đc từ khi y =H sẽ nhạt dần, đáp ứng đặc tính lý tưởng của BCHK.
Đặc tính được xây dựng như sau:
Hệ thống chính có giclơ bổ sung:
H y
∆ ph
∆ ph kk
1 2
λ
Hệ thống chính điều chỉnh độ chân không ở họng:
Khi bướm ga mở tới mức độ nào đó nhắm tăng tải, độ chân không ở họng khuếch tán đủ lớn sẽ mở các lá lò xo hoặc van để bổ sung không khí làm cho hỗn hợp nhạt dần.
a) b) c)
Theo nguyên tắc này, HTKTải luôn làm việc kể cả ở vùng tải lớn, khi bướm ga mở dần, qua hệ thống đòn dẫn động, kim số 5 đi lên làm tăng tiết diện giclơ 1, hỗn hợp sẽ đậm lên. Tuy nhiên khi đó độ chân không sau bướm ga giảm dần.
Khi thiết kế, người ta lựa chọn tương quan các thông số của các giclơ sao cho kết quả tổng hợp với hỗn hợp nhạt dần.
Hệ thống chính thay đổi tiết diện giclơ kết hợp với hệ thống không tải:
1 2 3 4
5 6
b) Hệ thống không tải
1. lỗ cung cấp khí hh, 2. lỗ chuyển tiếp, 3. vít điều chỉnh hh, 4. ống hh, 5. giclơ không khí, 6. giclơ nhiên liệu, 7. vít kênh ga.
- HTKT đảm bảo sao cho động cơ làm việc ổn định ở chế độ không tải.
- Khi đc lv không tải, bướm ga đóng kín, lưu lượng kk qua họng khuếch tán nhỏ, độ chân không tại đây nhỏ, khả năng hút xăng và hoà trộn xăng với kk kém. Do đó ht không có khả năng cung cấp hỗn hợp cho đc chạy không tải. Trong khi đó độ chân không sau bướm ga lớn nên được tận dụng để hút xăng ra họng khuếch tán và tạo hỗn hợp cho đc chạy không tải.
- Xăng hút qua giclơ 6 cùng không khí qua giclơ 5 tạo thành hỗn hợp trong ống 4 (dạng nhũ tương) và đưa vào họng qua lỗ số 1. Khi đc chuyển từ chế độ không tải sang chế độ có tải, bướm ga mở to dần. Độ chân không sau bướm ga giảm, dẫn tới lượng hỗn hợp qua ht không tải giảm.
- Khi đó ht chính chưa làm việc (vì độ chân không tại họng còn nhỏ - làm đc bị chết máy). Để khắc phục, trong ht không tải có lỗ chuyển tiếp 2 (khi lỗ 2 ở sau bướm ga). Khi ở chế độ không tải lỗ 2 có tác dụng bổ sung thêm kk)
1
3 6 7
2
4 5
∇
c) Hệ thống làm đậm
Hệ thống làm đậm dẫn động cơ khí HTLD cung cấp thêm nhl làm đậm hỗn hợp để động cơ phát ra công suất cực đại khi bướm ga mở hoàn toàn, có 2 phương pháp; dẫn động htld bằng cơ khí và chân không
*) Hệ thống làm đậm dẫn động kiểu cơ khí
Đc ở chế độ tải nhỏ và trung bình, bg 5 mở chưa lớn, nên chỉ có hệ thống chính làm việc (hh nhạt dần khi tải tăng).
Khi bg mở đủ lớn, qua đòn dẫn động 4, kim điều chỉnh 3 được nâng lên, làm tăng tiết diện lưu thông qua giclơ 1 bổ sung thêm nhl cho htchính lam việc.
HTLD dẫn động kiểu cơ khí có ưu điểm là đơn giản, nhưng có nhược điểm là thời điểm bắt đầu làm đậm chỉ phụ thuộc vào độ mở bướm ga mà không phụ thuộc vào tốc độ vòng quay của đc. Do vậy ảnh hưởng đến đặc tính tải của đc ở chế độ này.
Công suất của đc tăng do làm đậm tại 80% độ mở bướm ga trở đi. Khi tốc độ lớn công suất tăng nhanh theo độ mở bướm ga nên làm đậm ở 80% là hợp lý (đường 1), còn ở chế độ nhỏ, công suất của đc tăng chậm (đường 2) nên khi làm đậm ở 80%, công suất tăng rất ít, Do vậy nên làm đậm sớm hơn (khoảng 50%).
1 2
4 3
5
độ mở b ớ m hỗn hợ p
%
Hệ thống làm đậm dẫn động kiểu chân không
Hệ thống làm đậm dẫn động chân không
- Khi bg mở nhỏ, độ chân không sau bg lớn, tác dụng thắng sức căng lò xo 7, kéo piston 6 đi lên, kim 4 di xuống và giclơ làm đậm 2 đóng nhỏ. Khi đó chỉ có htc cung cấp hỗn hợp nhạt dần.
- Khi bướm ga mở lớn, độ chân không sau bg giảm, lò xo 7 đẩy piston 6 đi xuống, van 4 đi lên, giclơ làm đậm 2 bổ sung thêm nhl vào htc.
- Độ chân không sau bg không những phụ thuộc vào độ mở bg mà còn phụ thuộc vào n. Khi n tăng, độ chân không sau bg tăng. Do đó, thời điểm bắt đầu làm đậm không chỉ phụ thuộc vào độ mở bg mà còn phụ thuộc vào n.
- Trong trường hợp n thấp, khi bướm ga mở lớn, độ chân không sau bg nhỏ, piston 6 đi xuống, giclơ làm đậm 2 bổ sung thêm nhl cho htc. Đây là ưu điểm của ht, tuy nhiên độ ổn định của ht này kém. Vì vậy một số ht kết hợp cả 2 ht trên.
1 2 3
4 5 6 7
d) Hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động Khi khởi động, n thấp (50÷100 v/ph), dẫn đến tốc độ dòng khí qua họng nhỏ, nhl
phun vào ít và chất lượng phun kém. Hơn nữa khi đó đc đang trạng thái lạnh nên xăng khó bay hơi và tạo thành lớp màng trên đường ống nạp, hỗn hợp thực tế tạo thành rất loãng và đc khó khởi động. Vì vậy, để khởi động đc dễ dàng phải cung cấp thêm nhl làm đậm hỗn hợp.
- Khi khởi động bướm gió 5 đóng, độ chân không tại họng và sau bướm ga lớn, nên cả htc và htktải đầu làm việc, vì vậy hỗn hợp cung cấp ở chế độ không tải là đậm.
- Khi đc hoạt động bướm gió 5 mở, nhưng trước đó thì van 4 mở để bổ sung không khí, tránh cho hỗn hợp quá đậm.
1
2 3 5 4
6
Hệ thống tăng tốc Khi cần thiết phải tăng nhanh n hay tải trọng đc phải mở đột ngột bướm
ga. Khi ấy, lượng không khí vào đc tăng nhanh nhưng lượng nhl không tăng kịp do quán tính của xăng lớn hơn nhiều so với quán tính của không khí nên hỗn hợp nhạt đi đột ngột có thể làm chết máy.
Khi bg mở đột ngột, qua đòn dẫn động 2 và lò xo 6 đẩy piston 4 đi xuống. áp suất dưới piston 4 tăng lên đột ngột, van 3 đóng lại, nhl không trở lại buồng phao mà nâng van 8 lên rồi phun vào họng khuyếch tán qua vòi phun 7, bổ sung cưỡng bức một lượng nhl cho quá trình tăng tốc đc.
Khi tăng tải từ từ, bg mở chậm, nhl lọt qua van bi 3 trở lại bưồng phao, quá trình bơm tăng tốc không xảy ra. Khi đóng bg, piston 4 đi lên, nhl qua van bi 3 nạp vào không gian bên dưới piston 4.
Trong quá trình mở đột ngột bướm ga, lò xo 6 bị nén lại. Khi quá trình này kết thúc, lò xo sẽ giãn ra từ từ có tác dụng kéo dài quá trình phun nhl một thời gian nữa. Do đó có thể tránh được hiện tượng đc rồ máy lên đột ngột rồi chết máy do hỗn hợp lại nhạt đi đột ngột vì htc chưa kịp cung cấp nhl theo yêu cầu của đc.
d) Hệ thống tăng tốc
1 2
3
4 7 5
8
g) Cơ cấu hạn chế số vũng quay của động cơ
Khi đc làm việc, có thể xảy ra trường hợp vì một lý do nào đó sức cản bên ngoài giảm hoặc mất đột ngột (ví dụ gẫy trục truyền công suất hoặc chân vịt của tàu thuỷ nhô lên khỏi mặt nước do sóng to...). Người vận hành đc trong trường hợp như vậy chưa phản ứng kịp để đóng bớt bướm ga nên đc chạy không tải với tốc độ vòng quay rất lớn, làm tăng mài mòn và có thể làm hư hỏng các chi tiết chuyển động do lực quá tính quá lớn. Để tự động giảm tốc độ vòng quay trong trường hợp này, một số bộ chế hoà khí được trang bị cơ cấu hạn chế n.
Khi n tăng vượt quá một giá trị nào đó trong lúc bướm ga mở to, dòng không khí vào đc với n cao nên có động năng lớn sẽ tác dụng lên mặt vát trên bướm ga 2 thắng sức căng lò xo 1. Bướm ga do đó được đóng bớt nên n giảm. Trong thực tế còn có các cơ cấu hạn chế n làm việc trên cơ sở tín hiệu về độ chân không hay điện từ...
1 2
3
h) Cơ cấu hiệu chỉnh BCHK theo độ cao
Khi động cơ làm việc ở độ cao càng lớn so với mực nước biển, mật độ không khí càng giảm dẫn đến lượng không khí thực tế giảm đi và hỗn hợp càng đậm lên. Tuy nhiên, do lượng không khí nạp giảm dẫn đến giảm công suất của động cơ đồng thời làm tăng độc hại trong khí thải. Để khắc phục hiện tượng trên, trong một vài bộ chế hoà khí được trang bị cơ cấu hiệu chỉnh theo độ cao.
Tiết diện thông qua của gíc lơ 1 được điều chỉnh qua ba rô mét 3 thông qua kim 2. Khi lên cao, áp suất khí trời giảm, ba rô mét giãn nở đẩy kim về bên trái đóng bớt gíc lơ 2, do đó giảm lưu lượng nhiên liệu một cách tương ứng với độ giảm lượng không khí nạp.
1 2
3
4 5 6
5.1.2.4 BCHK điều khiển bằng điện tử
1: bướm ga, 2: cảm biến tốc độ mở bướm ga, 3: cần đẩy, 4: cơ cấu điều chỉnh độ mở bướm ga kiểu điện từ - chân không, 5: cơ cấu điều khiển đóng mở bướm khởi động, 6: bướm khởi động (bướm gió), 7: cần đẩy, 8: kim điều chỉnh tiết diện thông qua gíc lơ không khí không tải, 9: cảm biến nhiệt độ động cơ, 10: tín hiệu nhiệt độ động cơ, 11: tín hiệu tốc độ mở bướm ga, 12: tín hiệu vị trí màng đàn hồi của bộ điều chỉnh độ mở bướm ga kiểu điện từ - chân không 4 (hay góc mở bướm ga), 13: tín hiệu tốc độ vòng quay động cơ.
14: tín hiệu từ cảm biến xác định λ (xem hình 10-5), 15: các tín hiệu ra bộ điều chỉnh độ mở bướm ga, 16: tín hiệu ra điều chỉnh độ mở bướm gió, 17: đầu phát tín hiệu ra, 18: bộ vi xử lý, 19: đầu thu nhận tín hiệu vào, 20: bộ điều khiển điện tử.
2 1
4 3 5
6 7
8
9
10 11 12 13 14 15
16 20
17 18 19
5.1.3 Hệ thống nhiên liệu phun xăng
5.1.3.1 Hệ thống nhiên liệu phun xăng gián tiếp và trực tiếp
- Khác với hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hoà khí- xăng được phun vào đường nạp hay vào xy lanh để hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp.
- Một số động cơ máy bay hoặc xe đua trước đây đã từng sử dụng hệ thống phun xăng trực tiếp (Gasoline Direct Injection- GDI) vào trong xy lanh ở cuối kỳ nén tương tự như ở động cơ diesel. Nhưng do xăng là loại nhiên liệu nhẹ, độ nhớt nhỏ nên để tạo áp suất phun lớn phải giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật liên quan như chế tạo bơm cao áp và vòi phun với khe hở cực nhỏ, bôi trơn bơm cao áp, tách không khí chứa trong nhiên liệu trước khi vào bơm cao áp, phối hợp điều chỉnh cả nhiên liệu và không khí để điều chỉnh tải... Vì vậy, động cơ rất phức tạp và giá thành cao nên không được sử dụng phổ biến trong thực tế. Tuy nhiên, động cơ phun xăng trực tiếp vào xy lanh có một số ưu điểm của động cơ diesel như hệ số dư lượng không khí λ của các xy lanh rất đồng đều, hệ số nạp lớn... Ngoài ra, tỷ số nén có thể lớn hơn so với trong động cơ dùng bộ chế hoà khí mà không bị kích nổ.
- Hiện nay hệ thống phun xăng gián tiếp vào đường ống nạp được sử dụng rất rộng rãi và sau đây chúng ta chỉ khảo sát hệ thống này. Để đơn giản, từ đây trở đi chúng ta sẽ chỉ gọi vắn tắt là hệ thống nhiên liệu phun xăng.
5.1.3.2 Phân loại hệ thống nhiên liệu phun xăng
1: không khí nạp, 2: thiết bị đo l u l ợng không khí, 3: b ớm hỗn hợp, 4: xu páp nạp, 5: vòi phun, 6: tín hiệu điều khiển
phun, 7: bộ điều khiển phun xăng, 8: các tín hiệu cảm biến vào bộ xử lý, 9: xăng từ bơm chuyển.
Về nguyên tắc, nhiên liệu từ thùng chứa qua bơm dẫn đến vòi phun thông qua tín hiệu của bộ điều khiển sẽ đ ợc phun vào đ ờng nạp.
Trong hệ thống phun đa điểm (Multi - Point) mỗi xy lanh có một vòi phun bố trí ngay tr ớc xu páp nạp. Còn ở hệ thống phun đơn điểm (Single - Point) hay còn gọi là hệ thống phun trung tâm, toàn bộ
động cơ chỉ có một vòi phun ở đ ờng ống nạp chung cho tất cả các xy lanh.
Hệ thống phun nhiều điểm so với hệ thống phun trung tâm có u điểm là xăng đ ợc phun vào xu páp là nơi có nhiệt độ cao nên điều kiện bay hơi tốt hơn và tránh đ ợc hiện t ợng đọng bám xăng trên thành ống nạp. Tuỳ theo tính chất phun ng ời ta còn phân biệt hệ thống phun xăng liên tục hay gián đoạn. Ngoài ra, theo thiết bị điều khiển có thể phân biệt hệ thống phun xăng điều khiển cơ khí, điện tử hay hỗn hợp cơ khí- điện tử.
1 2 3
4 5
6 8 7
9
5.1.3.3 Một số hệ thống nhiên liệu phun xăng thông dụng
1) K- Jetronic (Đây là hệ thống phun xăng nhiều điểm, liên tục và điều khiển bằng cơ khí).
1: van lá bập bênh, 2: profil
điều chỉnh, 3: đối trọng, 4:
piston, 5: cửa thoát, 6: vòi phun, 7: bộ hằng chênh áp, 8:
bơm, 9: bộ điều chỉnh áp suất, 10: bộ dự trữ áp suất, 11: van-rơ le giảm áp, 12:
van-rơ le bổ sung không khí (by pass), 13: gíc lơ giảm chÊn, 14: b ím ga, 15: vÝt
điều chỉnh không tải, 16:
thùng xăng, 17: lọc xăng, 18:
xu páp.
2 1 3
4 5
6
7
8 9
11 10
12 13
14
15
16 17
18