Bài giảng slide Nguyên lý ĐCĐT Đại học Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong

4.1. sự hình thành hòa khí trong ĐCĐT
4.1.1. Khái niệm sự hình thành hòa khí
4.1.2. Phân loại sự hình thành hòa khí
4.2 sự hình thành hòa khí trong động cơ xăng
4.2.1. Yêu cầu thành phần hỗn hợp động cơ xăng
4.2.2. Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí
4.2.2.1. nguyên lí tạo hỗn hợp
4.2.2.2. Đặc tính lí tưởng của bộ chế hòa khí
4.2.2.3. Các tuyến xăng trong bộ chế hòa khí
4.2.3. Hình thành hỗn hợp trong động cơ phun xăng
4.2.3.1. Hệ thống phun xăng đơn điểm
4.2.3.2. Hệ thống phun xăng đa điểm
4.2.3.3. Hệ thống phun xăng trực tiếp
4.2.3.4. Lý thuyết chung về phun xăng
4.2.4. So sánh hệ thống phun xăng và hệ thống dùng chế hòa khí
4.3. Hình thành hỗn hợp trong động cơ Diezel
4.3.1. Chất lượng tia phun và các nhân tố ảnh hưởng
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.3.2. Cấu trúc và sự phát triển của tia phun nhiên liệu
4.2.3. Các phương pháp hình thành hòa khí trong động cơ diezel
4.2.3.1. Buồng cháy thống nhất
4.2.3.2. Hỗn hợp thể tích- màng
4.2.3.3. Hỗn hợp màng
4.2.3.4. Buồng cháy ngăn cách
4.2.3.4. Hình thành khí hỗn hợp đồng nhất và cháy do nén
4.3.3. Điều khiển động cơ diezel- Hệ thống CDI
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.1. Sự hình thành hòa khí trong động cơ đốt trong
4.1.1. Khái niệm sự hình thành hòa khí


Hình thành hòa khí là quá trình tạo ra hỗn hợp giữa nhiên liệu
và không khí có thành phần thích hợp với từng chế độ làm việc
của động cơ. Hỗn hợp đó gọi là hòa khí. Hình thành hòa khí có
ảnh hưởng quyết định đến quá trình cháy, qua đó đến tính kinh
tế, tính hiệu quả, độ êm dịu và chất lượng khí thải của động cơ.

Tỷ lệ không khí với nhiên liệu được gọi là thành phần hoà
khí.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.1. Sự hình thành hòa khí trong động cơ đốt trong
4.1.1. Khái niệm sự hình thành hòa khí

Thành phần hoà khí được đánh giá theo một trong 2 chỉ tiêu sau đây:

Hệ số dư lượng không khí :


Trong đó:

G
kk
- lưu lượng không khí thực tế cấp cho động cơ ở một chế độ cụ
thể, kg/s.

G
nl
- lưu lượng nhiên liệu cấp cho động cơ ở một chế độ cụ thể kg/s


L
0
- lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoà toàn 1kg
nhiên liệu, kg/kg
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
0
.LG
G
nl
kk
=
λ
4.1. Sự hình thành hòa khí trong động cơ đốt trong
4.1.1. Khái niệm sự hình thành hòa khí

Tỷ lệ không khí và nhiên liệu (Air/ Fuel Ratio–viết tắt là A/F
R):
G
kk

A/FR=
1kg nl
Trong quá trình làm việc động cơ đòi hỏi thành phần hoà khí ở
mỗi chế độ làm việc khác nhau.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.1. Sự hình thành hòa khí trong động cơ đốt trong
4.1.1. Khái niệm sự hình thành hòa khí
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong

động cơ đốt trong
4.1. Sự hình thành hòa khí trong động cơ đốt trong
4.1.1. Khái niệm sự hình thành hòa khí

Sự hình thành hòa khí có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng
quá trình cháy, do đó ảnh hưởng đến tính kinh tế, tính hiệu quả,
độ êm dịu và mức độ độc hại của khí thải của động cơ.

Quá trình hình thành hòa khí bao gồm các quá trình lý hóa
phức tạp, đan xen hoặc kế tiếp nhau tùy theo loại động cơ.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.1.2. Phân loại sự hình thành hòa khí

Theo tính chất của hòa khí :

Hình thành hòa khí đồng nhất.

Hình thành hòa khí không đồng nhất

Theo vị trí hình thành hòa khí:

Hình thành hòa khí bên trong xilanh.

Hình thành hòa khí bên ngoài xilanh

Theo loại nhiên liệu:

Hình thành hòa khí trong động cơ xăng


Hình thành hòa khí trong động cơ diezel
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2. Hình thành hòa khí trong động cơ xăng
4.2.1. Yêu cầu thành phần khí hỗn hợp động cơ xăng

Muốn cho hoà khí có chất lượng để đảm bảo cho động cơ làm
việc tốt thì quá trình tạo hỗn hợp trong động cơ xăng phải thoả
mãn những yêu cầu sau :

Tỷ lệ giữa không khí và xăng thể hiện qua hệ số dư lượng
không khí λ hoặc A/F R phải thích hợp nhất đối với từng
chế độ làm việc của động cơ. Trong phạm vi thay đổi rộng về
tốc độ và phụ tải, giới hạn thay đổi của thành phần hoà khí
trong động cơ xăng có BCHK nằm trong phạm vi từ λ
min
= 0,3
đến λ
ma x
= 1,2 hoặc tính theo A/FR là 1:1 đến 22:1
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2. Hình thành hòa khí trong động cơ xăng
4.2.1. Yêu cầu thành phần khí hỗn hợp động cơ xăng

Xăng chứa trong hỗn hợp phải giúp cho quá trình cháy phát
triển tốt nhất, nghĩa là xăng phải ở trạng thái hơi. Phần xăng
còn lại ở thể lỏng chưa kịp bốc hơi phải là những hạt xăng có
đường kính nhỏ.


Hỗn hợp trong toàn bộ thể tích buồng cháy của mỗi xi lanh
phải có thành phần như nhau. Với yêu cầu đó, trên một số động
cơ nhiều xi lanh người ta dùng các bộ chế hoà khí 2 họng.

Số lượng và thành phần hoà khí trong các xylanh của động cơ
nhiều xylanh phải như nhau.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2. Hình thành hòa khí trong động cơ xăng
Những nhân tố ảnh hưởng đến việc tạo hỗn hợp trong động cơ
xăng

Nhân tố thời gian: Trong các động cơ cao tốc hiện nay thì quá
trình chuẩn bị hoà khí rất ngắn, chỉ chiếm khoảng 10 phần trăm
giây. Khi tốc độ của động cơ càng cao thì thời gian chuẩn bị
hoà khí càng ngắn. Với thời gian ngắn như vậy nên rất khó tạo
ra hoà khí có chất lượng tốt.

Nhân tố nhiệt độ: Nếu tăng nhiệt độ của hoà khí thì cường độ
bốc hơi của nhiên liệu và hệ số nạp của động cơ cũng tăng
theo. Nhưng nếu sấy nóng quá mức hoà khí trên đường nạp của
động cơ thì hệ số nạp sẽ giảm
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2. Hình thành hòa khí trong động cơ xăng
Những nhân tố ảnh hưởng đến việc tạo hỗn hợp trong động cơ
xăng

Chất lượng nhiên liệu: Xăng là do nhiều loại cácbuahyđrô tạo
thành, trong mỗi loại cácbuahyđrô có nhiệt độ sôi và nhiệt độ

bốc hơi khác nhau (xem chương 3). Nếu tăng hàm lượng của
thành phần cácbuahyđrô dễ bốc hơi trong xăng thì hoà khí có
nhiều hơi xăng và động cơ dễ khởi động.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2. Hình thành hòa khí trong động cơ xăng
Những nhân tố ảnh hưởng đến việc tạo hỗn hợp trong động cơ
xăng

Các nhân tố về cấu tạo: Các nhân tố này bao gồm nguyên lý
và kết cấu của các cụm chi tiết trong trong vòi phun hoặc ở bộ
chế hoà khí, số lượng và cách bố trí các thiết bị này trên động
cơ, hệ thống sấy nóng, chất lượng bề mặt và hình dạng tiết diện
ngang của đường ống nạp và hình dạng buồng cháy. Các nhân
tố này gây ảnh hưởng tới mức độ phân bố đều hoà khí nạp vào
các xi lanh, tới độ đồng nhất của hoà khí trong tất cả các
xylanh và trong toàn bộ thể tích của mỗi xylanh.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2.2. Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí
4.2.2.1. Nguyên lí tạo hỗn hợp
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
1
2
3
4
6
7
5

Hình 4-1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
dùng bộ chế hòa khí
1.Thùng xăng 2. Lọc xăng
3.Bơm xăng 4. Buồng phao
5.Giclo 6. Họng khuếch tán
7. Bướm ga

Xăng từ thùng chứa 1 được
bơm 3 hút qua lọc 2 đến buồng
phao 4 của bộ chế hoà khí.

Cơ cấu van kim - phao giữ cho
mức xăng trong buồng nhiên liệu
ổn định trong quá trình làm việc.
Trong quá trình nạp, không khí
được hút vào động cơ phải lưu
động qua họng khuếch tán 6 có
tiết diện bị thu hẹp.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2.2. Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí
4.2.2.1. Nguyên lí tạo hỗn hợp
1
2
3
4
6
7
5
Hình 4-1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu

dùng bộ chế hòa khí
1.Thùng xăng 2. Lọc xăng
3.Bơm xăng 4. Buồng phao
5.Giclo 6. Họng khuếch tán
7. Bướm ga

Tại đây, do tác dụng của độ chân
không ∆p
h
, xăng được hút ra từ
buồng phao qua gíc lơ 5.

Sau khi ra họng khuếch tán,
nhiên liệu được dòng không khí xé
tơi đồng thời bay hơi và hoà trộn
tạo thành hỗn hợp nạp vào động
cơ.

Lượng hỗn hợp đi vào động cơ
được điều chỉnh nhờ bướm ga 7.
4.2.2. Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí
4.2.2.1. Nguyên lí tạo hỗn hợp
a. Xé nhỏ nhiên liệu

Xăng phun ra sẽ được xé nhỏ chủ yếu do chênh lệch vận tốc với
không khí.

Độ chênh lệch vận tốc càng lớn thì xăng càng được xé nhỏ. Với độ
chênh lệch 6m/s thì xăng bắt đầu bị xé và được xé tơi hoàn toàn ở
30m/s. Nếu xăng không được xé tơi mà còn nhiều hạt lớn trong tia

thì dễ đọng bám lên thành ống nạp tạo thành màng.

Độ xé tơi phụ thuộc vào kết cấu của vòi phun, chênh lệch áp suất
phun, nhiệt độ không khí tại vòi phun, tính chất vật lí của xăng
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2.2. Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí
4.2.2.1. Nguyên lí tạo hỗn hợp
b. Quá trình bay hơi nhiên liệu

Quá trình bay hơi xảy ra đồng thời với quá trình phun và xé tơi
nhiên liệu.

Những giọt nhiên liệu có đường kính trung bình nhỏ sẽ bay hơi
ngay ở buồng hỗn hợp của bộ chế hòa khí.

Các thành phần cácbuahyđrô nhẹ bay hơi trước.

Những giọt nhiên liệu có đường kính lớn hơn, dưới tác dụng
của dòng không khí bị văng ra xa đường tâm của họng khuyếch
tán và bám lên thành buồng hỗn hợp tạo thành màng nhiên liệu.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2.2. Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí
4.2.2.1. Nguyên lí tạo hỗn hợp
b. Quá trình bay hơi nhiên liệu

Màng nhiên liệu bị dòng không khí cuốn theo sẽ chuyển động
dọc theo thành ống nạp vào xi lanh.


Sự tạo màng nhiên liệu trên thành đường ống nạp là một hiện
tượng có hại vì nó làm giảm lượng nhiên liệu bay hơi trong quá
trình tạo hỗn hợp.

Mặt khác khi màng nhiên liệu vào tới xi lanh, nó làm loãng lớp
dầu bôi trơn trên thành xi lanh gây ra mài mòn nhanh chóng
các chi tiết nhóm xi lanh - piston của động cơ.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2.2. Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí
4.2.2.1. Nguyên lí tạo hỗn hợp
b. Quá trình bay hơi nhiên liệu

Quá trình bay hơi của nhiên liệu được đánh giá bằng tốc độ bay
hơi :

K: Hệ số tỷ lệ

p
bh
: Áp suất bảo hoà của nhiên liệu ở nhiệt độ xác định.

p
nl
: Áp suất riêng phần của nhiên liệu

p
hh
: Áp suất tuyệt đối của hỗn hợp không khí với nhiên liệu.


S: Diện tích bề mặt tự do của nhiên liệu
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
S
p
pp
KU
hh
nlbh

1
−
=
4.2.2. Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí
4.2.2.1. Nguyên lí tạo hỗn hợp
b. Quá trình bay hơi nhiên liệu

Từ biểu thức trên ta thấy: Muốn tăng tốc độ bay hơi của nhiên
liệu để hoàn thiện quá trình tạo hỗn hợp ta có thể thực hiện hai
biện pháp:

Tăng hiệu số p
bh
– p
nl

Tăng diện tích bề mặt tự do của nhiên liệu S
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2.2. Hình thành hỗn hợp trong bộ chế hòa khí

4.2.2.1. Nguyên lí tạo hỗn hợp
c. Quá trình hòa trộn giữa hơi nhiên liệu và không khí

Quá trình hoà trộn giữa hơi nhiên liệu và không khí xảy ra
cùng với quá trình phun và bay hơi. Nếu tạo được xoáy lốc trên
đường nạp thì quá trình bay hơi và hoà trộn giữa hơi nhiên liệu
và không khí sẽ xảy ra tốt.

Khi có xoáy lốc, quá trình bay hơi và khuyếch tán hơi nhiên
liệu xảy ra nhanh và làm cho hỗn hợp có nồng độ hơi cao. Hỗn
hợp cung cấp vào xylanh sẽ có độ đồng đều tốt hơn.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong
4.2.2.2. Đặc tính của bộ chế hòa khí lí tưởng
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong

Đặc tính lí tưởng của bộ chế
hòa khí được xây dựng với số
vòng quay không đổi, do đó độ
chân không ở họng chỉ phụ
thuộc vào độ mở bướm ga hay
tải trọng của động cơ.
4.2.2.2. Đặc tính của bộ chế hòa khí lí tưởng
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong

Trên đặc tính lí tưởng chỉ rõ, ở
chế độ từ không tải đến tải nhỏ
(đoạn a-b) hỗn hợp phải rất đậm

(λ=0,4÷0,8), do tỉ lệ khí sót
trong hỗn hợp lớn và nhiệt độ
động cơ thấp nên điều kiện bay
hơi, hòa trộn nhiên liệu hình
thành hỗn hợp và cháy kém.
4.2.2.2. Đặc tính của bộ chế hòa khí lí tưởng
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong

Từ chế độ tải nhỏ đến chế độ
tải lớn (đoạn b-c), bướm ga mở
to dần, tải trọng tăng, những
điều kiện trên được cải thiện nên
bộ chế hòa khí cung cấp hỗn hợp
nhạt dần (để động cơ làm việc
được tiết kiệm nhất, tức là có
suất tiêu thụ nhiên liệu g
e
nhỏ
nhất.
4.2.2.2. Đặc tính của bộ chế hòa khí lí tưởng
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong
động cơ đốt trong

Từ chế độ tải lớn đến chế độ
toàn tải (đoạn c-d), hỗn hợp phải
được làm đậm để động cơ phát ra
công suất cao tức là có tính hiệu
quả cao hay nói cách khác áp suất
trung bình có ích lớn.


Khi bướm ga mở hoàn toàn
(điểm d), hỗn hợp được làm đậm
nhất(λ=0,75-0,9), động cơ khi đó
phát ra công suất cực đại.