Hệ thống nạp thải động cơ pptx

Hệ thống nạp thải động cơ

Hệ thống nạp thải có nhiệm vụ đưa hỗn hợp không khí- nhiên liệu vào buồng cháy
để thực hiện quá trình cháy của động cơ, đồng thời đưa sản phẩm cháy từ buồng
cháy thoát ra ngoài.


Hệ thống nạp thải động cơ xăng

Hình1- Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải
1-Bộ lọc không khí; 2-Cổ họng gió; 3- Bộ góp nạp; 4-Bộ góp thải;
5-Bộ xử lý khí thải; 6-Bộ giảm âm.
Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí đến cổ họng gió, ở
động cơ dùng bộ chế hòa thì hòa khí được hình thành tại đây nhờ độ chân không
tại họng, từ đây không khí đến bộ góp nạp và đi vào buồng đốt. Sau khi hòa khí
được đốt cháy, khí thải được dẫn vào đường ống thải tới bộ góp thải đi vào bộ xúc
tác ba chức năng tại đây khí thải độc hại được khử thành các chất vô hại rồi theo
ống dẫn khí thải qua bộ giảm âm thoát ra ngoài môi trường.

Mỗi cụm chi tiết trong hệ thống nạp thải đều có một vai trò quang trọng trong việc
đưa một lượng không khí sạch cần thiết vào trong buồng đốt động cơ và dẫn lượng
khí thải đã xỷ lý ra ngoài môi trường.


1 Đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí

Hình 2 - Sơ đồ đường nạp động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí
1-Bướm ga; 2-Đường ống nhiên liệu; 3-Van kim; 4-Buồng phao;
5-Phao; 6-Ziclơ; 7-Đường ống nạp; 8-Vòi phun; 9-Họng;
Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc vào đường ống nạp (7) qua họng (9)
của bộ chế hoà khí, họng (9) làm cho đường ống bị thắt lại vì vậy tạo nên độ chân

không khi không khí đi qua họng. Chỗ tiết diện lưu thông nhỏ nhất của họng là nơi
có độ chân không nhỏ nhất. Vòi phun (8) được đặt tại tiết diện lưu thông nhỏ nhất
của họng. Nhiên liệu từ buồng phao (4) qua ziclơ (6) được dẫn động tới vòi phun.
Nhờ có độ chân không ở họng nhiên liệu được hút khỏi vòi phun và được xé thành
những hạt sương mù nhỏ hỗn hợp với dòng không khí đi qua họng vào động cơ.
Để bộ chế hoà khí làm việc chính xác thì nhiên liệu trong buồng phao luôn luôn ở
mức cố định vì vậy trong buồng phao có đặt phao (5). Nếu mức nhiên liệu trong
buồng phao hạ xuống thì phao (5) cũng hạ theo, van kim (3) rời khỏi đế van làm
cho nhiên liệu từ đường ống (2) đi vào buồng phao. Phía sau họng còn có bướm ga
(1) dùng để điều chỉnh số lượng hỗn hợp đưa vào động cơ.

2 Đường nạp động cơ phun xăng điện tử

Hình 3 - Sơ đồ đường nạp động cơ phun xăng điện tử
1-Bộ lọc khí; 2-Cảm biến MAF; 3-Bướm ga; 4-Cổ họng gió;
5-Cảm biến vị trí bướm ga; 6-Đường ống nạp
Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc, tín hiệu lưu lượng nhiệt độ khí nạp
được truyền về ECU thông qua cảm biến MAF, từ đó ECU sẽ tính toán và định
lượng phun cho phù hợp, sau đó dòng khí nạp tới cổ họng gió. Đây là thiết bị kiểm
soát lượng không khí cho các động cơ dùng bộ chế hòa khí và phun nhiên liệu.
Lượng không khí đi vào động cơ được điều tiết bởi độ mở của bướm ga.


Hình 4 - Cổ họng gió
1- Bướm ga; 2- Cổ họng gió; 3-Cảm biến vị trí bướm ga;
4-Môtơ điều khiển bướm ga; 5-Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Trước đây góc mở bướm ga được điều khiển bằng cơ học thông qua các cơ cấu cơ
khí nối từ bàn đạp ga đến bướm ga, hiện nay điều này đã được thay thế bằng hệ
thống điều khiển bằng điện tử hiện đại. Dòng khí nạp từ cổ gió đi vào bộ góp nạp
sau đó phân ra các nhánh đi vào xylanh động cơ

Ở các động cơ hiện đại ngày nay hình dạng đường ống nạp đã được thiết kế cải
tiến nhằm lợi dụng lực quán tính lưu động của dòng khí nạp để nạp thêm, những
vật liệumới như nhựa tổng hợp, sợi cacbon cho phép tạo dáng đường nạp có hệ số
cản nhỏ, kích thước gọn nhẹ mà độ cách nhiệt cao hơn vật liệu kim loại.


Hình 5 - Bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc
1- Đường ống nạp; 2- Buồng tích áp

Nguyên lý làm việc của bộ góp nạp có đường nạp dạng xoắn ốc là dựa vào hình
dạng thiết kế đặc biệt dạng xoắn ốc của đường nạp để tạo ra hiệu ứng lưu động
dòng khí nạp. Từ đó làm tăng lượng khí nạp thêm vào xylanh động cơ ở kỳ nạp.

Ngoài ra một số bộ góp nạp còn có đường nạp được phân khúc- khi động cơ chạy
ở tốc độ thấp, đường nạp dài; khi động cơ chạy ở tốc độ cao, đường nạp ngắn nhờ
sự đóng mở của van biến thiên đường nạp.


Hình 6 Bộ góp nạp có đường nạp biến thiên.
a) Van biến biến thiên đường nạp đóng; b) Van biến biến thiên đường nạp mở
1 - Buồng tích áp; 2 - Van biến thiên đường nạp.
Nguyên lý làm việc của bộ góp nạp có chiều dài đường nạp biến thiên

Khi tốc độ động cơ nhỏ, van biến thiên đường nạp đóng. Ở điều kiện này, chiều
dài khoảng tác động của đường nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp là đường
nạp dài, với tác dụng của lực quán tính khí nạp, lượng không khí nạp được tăng
lên, mô-men xoắn của động cơ cũng tăng lên ở vòng quay từ thấp đến trung bình.

Khi tốc độ động cơ lớn, van biến thiên đường nạp mở. Ở điều kiện này, chiều dài

khoảng tác động đường nạp là từ xupáp nạp đến buồng tích áp là đường nạp ngắn
( như hình-a). Lực quán tính khí nạp đã đạt được ở tốc độ động cơ cao nên cổ nạp
ngắn lại làm tăng lượng khí nạp vào trong xilanh và mô-men xoắn của động cơ
cũng tăng lên theo ở tốc độ cao.

3 Đường thải động cơ xăng

Hình 7 - Sơ đồ đường thải động cơ xăng
1- Đường ống thải; 2- Cảm biến oxy chính ;3- Bộ xúc tác 3 chức năng

4- Cảm biến oxy phụ; 5- Bộ giảm âm
Đường ống thải của động cơ có nhiệm vụ đưa khí cháy từ buồng cháy ra ngoài
môi trường qua đó tạo điều kiện cho việc nạp đầy môi chất mới vào trong xilanh
động cơ. Bên cạnh đó đường ống thải của động cơ cũng cần đảm bảo cho việc khí
xả thoát ra ngoài môi trường ít gây ô nhiễm môi trường.

Trên đường thải của động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí không được trang bị bộ lọc
khí thải 3 thành phần (TWC) và cảm biến oxy, chỉ ở động cơ phun xăng điện tử
mới trang bị TWC, vì nó chỉ có thể hoạt động có hiệu quả khi đi kèm với hệ thống
thông tin phản hồi về hỗn hợp không khí-nhiên liệu bằng cách theo dõi lượng oxy
trong khí thải bỡi cảm biến oxy đặt trên đường ống thải.

Ở một số xe đời mới có trang bị 2 cảm biến oxy, cảm biến oxy chính dùng để xác
định nồng độ oxy trong khí thải, gửi tín hiệu điện về ECU xử lý để định lượng
nhiên liệu phun thích hợp. Các hư hỏng của bộ lọc khí thải có thể phát hiện bằng
cách so sánh tín hiệu của hai cảm biến oxy chính và phụ.

4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ xăng
Đối với động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí do đặc điểm hòa khí được hình thành
ngoài buồng cháy, tại họng khuếch tán nhờ độ chân không tai họng, do vậy hòa

khí hình thành chưa được đồng nhất, để tạo điều kiện cho không khí và nhiên liệu
hòa trộn tốt hơn thì nhiệt độ cao của dòng khí thải đã được tận dụng để sấy nóng
dòng khí nạp bằng cách bố trí đường nạp và thải sen kẻ nhau.


Hình 8 - Sơ đồ bố trí đường nạp và thải cùng phía sen kẻ
1-Nắp máy ;2- Đường thải ;3- Đường nạp
Hoặc có thể bố trí đường nạp và thải về hai phía, ở trường hợp này nhiệt độ của
nước làm mát động cơ được sử dụng để gia nhiệt cho dòng khí nạp.


Hình 9 - Sơ đồ bố trí đường nạp và thải khác phía
1- Nắp máy; 2- Đường thải; 3- Đường nạp
Còn đối với động cơ phun xăng điện tử, hòa khí được hình thành rất tốt nhờ kim
phun, đường nạp chỉ có nhiệm vụ nạp không khí vào buồng đốt nên để tránh sự
truyền nhiệt từ nắp máy và dòng khí thải, đường ống nạp được làm bằng nhựa
cách nhiệt rất tốt và đường nap-thải được bố trí về hai phía khác nhau.
Hệ thống nạp thải động cơ diezen

Hình 10- Sơ đồ tổng quan hệ thống nạp thải động cơ diezen
1-Bộ lọc không khí ; 2-Đường ống nạp; 3-Đường ống thải;
4-Bộ xúc tác; 5-Bộ giảm âm
1 Đường nạp động cơ diezen

Hình 11- Sơ đồ đường nạp động cơ diezel có bộ sưỡi không khí
1-Bộ sưỡi không khí; 2-Ống góp nạp; 3-Đường ống nạp
Không khí được hút vào xylanh động cơ qua bộ lọc không khí rồi đến ống góp nạp,
đối với các nước có khí hậu lạnh trên động cơ có hệ thống sưỡi ấm không khí
được trước khi vào các xylanh động cơ bằng dây điện trở đặt tại ống góp nạp, hoặc
bugi sưỡi trong buồng đốt động cơ, điều này giúp máy dễ nỗ khi khởi động lạnh

Còn đối với động cơ diezen sử dụng ở các nước có khí hậu nóng thì không có bộ
sưỡi không khí.

Ở động cơ cummunrai, là động cơ diezen hiện đại nên trên đường nạp còn có cảm
biến để đo lưu lượng nhiệt độ khí nạp (MAF), và luôn có máy nén tăng áp.

2 Đường thải động cơ diezen

Hình 12- Sơ đồ đường thải động cơ diezel
1- Đường ống thải ;2- Ống góp thải; 3-Bộ giảm âm
Hỗn hợp nhiên liệu sau khi cháy được dẫn ra khỏi xylanh động cơ bỡi các nhánh
ống thải, đi vào ống góp thải tới bộ giảm âm rồi thải ra ngoài môi trường

3 Đường nạp thải của động cơ diezen tăng áp

Hình 13- Sơ đồ nạp thải của động cơ diezen tăng áp
1-Động cơ; 2-Mạch giảm tải; 3-Van điều tiết; 4-Máy nén ;

5-Bầu lọc không khí; 6-Bộ làm mát trung gian;7- Khoang khí nạp.

Ở động cơ diezen, tận dụng dụng năng lượng của dòng khí thải, trên đường ống
thải có bố trí tuabin tăng áp để tăng áp dòng khí nạp

Dòng khí thải đi vào bánh tuabin truyền động năng làm quay trục dẫn động bánh
nén, khí nạp được tăng áp đi vào đường ống nạp động cơ. Áp suất tăng áp khí nạp
phụ thuộc vào tốc độ động cơ (tốc độ dòng khí thải hay tốc độ quay của bánh
tuabin ). Với mục đích ổn định tốc độ quay của bánh tuabin trong khoảng hoạt
động tối ưu theo số vòng quay của động cơ trên đường nạp có bố trí mạch giảm tải.
Mạch giảm tải làm việc nhờ van điều tiết thông qua đường khí phản hồi và cụm xi
lanh. Khi áp suất tăng van mở 1 phần khí thải không qua bánh tuabin, thực hiện

giảm tốc độ cho bánh nén khí nạp, hạn chế sự gia tăng quá mức của áp suất khí
nạp.

Van điều tiết và mạch giảm tải: Van điều tiết được gắn vào vỏ tuabin. Khi động cơ
làm việc ở tải cao, áp suất khí thải rất lớn, vì thế cánh tuabin làm việc với tốc độ
cao làm tăng cao áp suất không khí nạp, nạp vào động cơ. Mạch giảm tải làm
nhiệm vụ điều khiển van điều tiết thải bớt khí thải động cơ từ trước cửa vào tuabin,
ra trực tiếp ống thải.

4 Phương án bố trí đường nạp và đường thải trên nắp máy động cơ diezen
Để tránh sự truyền nhiệt từ đường dẫn khí thải làm giảm lượng khí nạp vào động
cơ dẫn tới làm giảm công suất động cơ, nên đường nạp và đường thải ở động cơ
diezen thường được bố trí về hai phía


Hình 14- Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau
1- Nắp máy;2- Đường thải; 3- Đường nạp

Hình 15 - Sơ đồ bố trí đường nạp và thải hai phía khác nhau
1- Nắp máy;2- Đường thải; 3- Đường nạp