ĐỀ TÀI “Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ ôtô hiện đại” Giáo viên hướng dẫn : Ths Khống Văn Nguyên Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Hùng & Cao Xuân Triệu 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 5 ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………… 5 Khổng Văn Nguyên 5 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 6 ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 2 ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………… 6 Nguyễn Mạnh Cường 6 LỜI CẢM ƠN 11 v. Phương pháp nghiên cứu 13 vi. Các nội dung chính trong đồ án 13 Chương I: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP TRÊN ĐỘNG CƠ 14 1.1. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY 14 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY 14 Chương II: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRÊN ĐỘNG CƠ 26 2.1. SỰ HÌNH THÀNH HỖN HỢP (HÒA KHÍ) TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 26 2.2. HÌNH THÀNH HÒA KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG 27 2.3. HÌNH THÀNH HỖN HỢP TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL 31 Chương III: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG HIỆN ĐẠI 36 3.1. HỆ THỐNG PHUN XĂNG 36 3.2. HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ GIÁN TIẾP EFI 36 3.3. HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI 48 Chương IV: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL 64 4.1. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DIESEL- HỆ THỐNG CDI 64 Chương V: HÌNH THÀNH HỖN HỢP ĐỒNG NHẤT VÀ CHÁY DO NÉN (HCCI) 89 5.1. GIỚI THIỆU 89 5.2. PHÁT THẢI ĐỘC HẠI TỪ CHẾ HCCI 90 5.3. NHỮNG TRỞ NGẠI CƠ BẢN ĐỐI VỚI HCCI 92 5.4. CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG VÀ THÔNG SỐ ĐIỀU KHIỂN CỦA QUÁ TRÌNH CHÁY HCCI 94 5.5. ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH CHUYỂN TIẾP 96 3 5.6. ỨNG DỤNG CỦA CHẾ ĐỘ HCCI TRÊN ĐỘNG 98 4 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Hưng yên, ngày … tháng … năm 2012 Giáo viên hướng dẫn: Khổng Văn Nguyên 5 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Hưng yên, ….ngày … tháng … năm 2012 Giáo viên phản biện: Nguyễn Mạnh Cường 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT GDI Động cơ phun xăng trực tiếp (Gasoline Direct Injiection Engine) EFI Phun xăng điện tử (Electronic fuel injection) ECU Bộ điều khiển động cơ (Enginer Control Unit) EGR Đơn vị năng lượng (Exhaust Gases Return) A/F Tỷ lệ không khí / nhiên liệu (Air / Fuel ratio) EDU Bộ điều khiển (Electronic Driver Unit) ε Tỷ số nén ECM Bộ điều khiển động cơ (Electronic control module) φ s Góc đánh lửa sớm SPV Van điều khiển TCV Van điều khiển thời điểm phun CRS Hệ thống sử dụng ống phân phối (Common rail system) EUI Điều khiển vòi phun điện tử (Electronically Controlled Unit Injector) HEUI Điều khiển vòi phun điện tử bằng thủy lực (Hydraulically Actuated Electronically Controlled Unit Injector) INJ Kim phun (Injiection) g e Suất tiêu thụ nhiên liệu TCA Hệ thống phân tích quá trình cháy LIF Laser cảm ứng huỳnh quang (Laser Induced Fluorescence) λ Tỷ lệ hỗn hợp không khí/nhiên liệu VVT Van biến thiên (Variable Van Timing) HC Hydrocacbon FSI Dòng chảy nhiên liệu phân lớp (Fule Stratified Injection). 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình vẽ, đồ thị Trang Hình 1.1 Sơ đồ thí nghiệm chụp ảnh quá trình phun nhiên liệu và quá trình cháy trong động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp 14 Hình 1.2 Quan sát quá trình phun nhiên liệu và cháy từ phía trên nắp xi lanh 15 Hình 1.3 Quan sát chụp ảnh quá trình cháy theo phương ngang quá buồng cháy 15 Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống chụp ảnh buồng cháy dùng thiết bị nội soi 16 Hình 1.5 Sơ đồ một cáp quang 17 Hình 1.6 Sơ đồ lắp đặt đầu quang học dùng cáp quang 17 Hình 1.7 Sơ đồ một bugi lắp 8 đầu quang học dùng cáp quang 18 Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống phân tích quá trình cháy kiểu chụp ảnh phân lớp 19 Hình 1.9 Bộ phận quang học để hạn chế góc nhìn của đầu quang học 20 Hình 1.10 Nguyên lý phương pháp đo LIF 20 Hình 1.11 Kết quả đo của tia nhiên liệu với tracer-LIF (trái) và sự lan tràn màng lửa với OH-LIF (phải) 22 Hình 2.1 Hệ thống phun xăng đơn điểm 26 Hình 2.2 Bố trí vòi phun trong hệ thống phun xăng đa điểm, gián tiếp 27 Hình 2.3 Hệ thống phun xăng đa điểm 27 Hình 2.4 Cấu trúc cơ bản của hệ thống phun xăng trực tiếp 28 Hình 2.5 Động cơ phun xăng trực tiếp của hãng Mitsubishi 28 Hình 2.6 Các đường đặc tính phun nhiên liệu 30 Hình 2.7 Cấu tạo của tia nhiên liệu 31 Hình 2.8 Ảnh hưởng của áp suất đến chiều dài tia phun 32 Hình 2.9 Sự thay đổi các thông số của tia nhiên liệu theo thời gian phun 32 Hình 3.1 Sơ đồ khối thể hiện kết cấu cơ bản của EFI 35 Hình 3.2 Sơ đồ cơ bản của EFI 36 Hình 3.3 Phân loại hệ thống EFI 36 Hình 3.4 Sơ đồ khối cấp xăng 37 Hình 3.5 Sơ đồ khối bộ điều khiển trung tâm 38 Hình 3.6 Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển 39 Hình 3.7 Sơ đồ điều chỉnh phun nhiên liệu ở các chế độ 41 Hình 3.8 Sơ đồ làm đậm khi hâm nóng 42 Hình 3.9 Chức năng hiệu chỉnh hỗn hợp 43 Hình 3.10 Sơ đồ hiệu chỉnh hỗn hợp 44 Hình 3.11 Sơ đồ điều khiển bằng cam biến hỗn hợp 45 Hình 3.12 Mô hình hiệu chỉnh khí xả CO đối vơi các xe không có cảm biến oxy hoặc cảm biến A/F 45 Hình 3.13 Hệ thống phun xăng trực tiếp 46 8 Hình 3.14 Động cơ phun xăng trực tiếp GDI 47 Hình 3.15 Buồng đốt đồng nhất và phun phân lớp 48 Hình 3.16 Đồ thị thể hiện giảm tổn thất nhiên liệu, cháy phân lớp 48 Hình 3.17 Cung cấp nhiên liệu của động cơ GDI 48 Hình 3.18 Kết cấu buồng cháy hãng FORD 49 Hình 3.19 Sơ đồ các dạng buồng đốt tạo hỗn hợp phân lớp của động cơ GDI 51 Hình 3.20 Sơ đồ chuyển động dòng khí nạp vào của buồng cháy Spray Guide 52 Hình 3.21 Vị trí của kim phun và bugi trong kiểu buồng đốt Spray Guide 52 Hình 3.22 Sơ đồ bố trí buồng cháy động cơ GDI 53 Hình 3.23 Hệ thống buồng đốt kiểu Spray – Guide của Renault 53 Hình 3.24 Kết cấu buồng đốt Wall – Guide 54 Hình 3.25 Sơ đồ bố trí kim phun và bugi của buồng đốt Wall Guide 54 Hình 3.26 Kết cấu buồng đốt kiểu Air – Guide 54 Hình 3.27 Biểu đồ chế độ hoạt động của động cơ GDI 55 Hình 3.28 Mô hình mô tả phun phân lớp với dạng 3 buồng đốt 57 Hình 3.29 Các dạng buồng đốt tạo chuyển động dòng khí 58 Hình 3.30 Buồng đốt kỹ thuật kiểu wall - guild 58 Hình 3.31 Khoảng cách tia lửa trong quá trình 60 Hình 4.1 Đặc tính phun dầu thường 63 Hình 4.2 Đặc tính của hệ thống phun common rail 63 Hình 4.3 Sơ đồ tổng quan hệ thống EFI- DIesel 65 Hình 4.4 Sơ đồ lắp ECU trong hệ thống 66 Hình 4.5 Hệ thống EFI- Diesel thông thường 66 Hình 4.6 Bơm piston kiểu hướng trục 67 Hình 4.7 Bơm piston kiểu hướng kính 67 Hình 4.8 Sơ đồ tổng quan van SPV (van điều khiển) 67 Hình 4.9 Sơ đồ cấu tạo van SPV thông thường 68 Hình 4.10 sơ đồ nguyên lý của van SPV thông thường 68 Hình 4.11 Sơ đồ cấu tạo loại van SPV hoạt động trực tiếp 69 Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý của van SPV hoạt động trực tiếp 69 Hình 4.13 Cấu tạo của TCV (van điều khiển thời điểm phun) 70 Hình 4.14 Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối 71 Hình 4.15 Bơm cấp nhiên liệu kiểu bánh răng ăn khớp ngoài 72 Hình 4.16 Bơm cao áp loại 2 piston 72 Hình 4.17 Cấu tạo bơm cao áp loại ba piston 73 Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý bơm cao áp loại 3 piston 74 Hình 4.19 Bơm cao áp loại 4 piston 74 Hình 4.20 Cấu tạo ống phân phối 75 Hình 4.21 Bộ hạn chế áp suất 75 Hình 4.22 Van xả áp 76 Hình 4.23 Cấu tạo vòi phun 76 Hình 4.24 Quá trình thực hiện phun 78 Hình 4.25 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI 78 Hình 4.26 Sơ đồ hệ thống dẫn động phun của EUI 80 9 Hình 4.27 Cấu tạo vòi phun 87 Hình 4.28 Các giai đoạn hoạt động của vòi phun 81 Hình 4.29 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI 82 Hình 4.30 Cấu tạo vòi phun HEUI 83 Hình 4.31 Quá trình phun của vòi phun HEUI 83 Hình 5.1 Sơ đồ vùng cháy của động cơ HCCI 87 Hình 5.2 So sánh phát thải NO x của các loại động cơ 89 Hình 5.3 Phân Loại quá trình hình thành hỗn hợp của HCCI 90 Hình 5.4 So sánh thời điểm phun và quy luật phun của HCCI với DI 91 Hình 5.5 Sự hình thành hỗn hợp trong đơn xi lanh động cơ HCCI 91 Hình 5.6 Ảnh hưởng của tỷ số nén tới quá trình cháy 92 Hình 5.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp tới quá trình cháy HCCI 93 Hình 5.8 So sánh quá trình cháy của các loại nhiên liệu diesel 94 Hình 5.9 So sánh quá trình cháy của nhiên liệu xăng và diesel 94 10 [...]... thể nghiên cứu: - Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ tô hiện đại iv Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu và phân tích quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ ô tô hiện đại -Tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước để hoàn thiện đề tài nghiên cứu của mình: Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ tô hiện đại v Phương pháp nghiên cứu Người nghiên cứu. .. hoàn thành đề tài 12 như sau: - Nắm được các kiến thức cơ bản về quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ tô - Đề suất cải tiến quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ tô iii Đối tượng và khách thể nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Ngiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ xăng hiện đại - Ngiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ diesel hiện đại. .. ngiên cứu hình thành hỗn hợp trên động cơ  Chương 2 Tổng quan về quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ  Chương 3 Hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ xăng hiện đại  Chương 4 Hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ diesel hiện đại  Chương 5 Hình thành hỗn hợp và cháy do nén (HCCI)  Kết luận và đề xuất ý kiến 13 Chương I: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP TRÊN ĐỘNG... ngành động cơ đốt trong nói chung và tô nói riêng, đó là phải đảm bảo chất lượng khí thải và tiết kiệm nhiên liệu Vì thế, đề tài: Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ tô hiện đại được thực hiện nhằm phần nào bổ sung thêm nguồn tài liệu tham khảo, giúp sinh viên thấy được bức tranh tổng quát về cấu tạo cũng như quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ tô hiện đại. .. TRÊN ĐỘNG CƠ 1.1 CƠ SỞ NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY Quan sát và chụp ảnh diễn biến quá trình cháy trong xi lanh động cơ là một trong các biện pháp hiệu quả giúp ta phân tích nghiên cứu tối ưu hoá quá trình hình thành hỗn hợp và cháy để nâng cao hiệu suất và công suất động cơ cũng như giảm thiểu ô nhiễm khí thải Để quan sát được quá trình hình thành hỗn hợp và cháy, cần... II: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRÊN ĐỘNG CƠ 2.1 SỰ HÌNH THÀNH HỖN HỢP (HÒA KHÍ) TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1.1 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... thuật đo cơ bản cũng được áp dụng khá phổ biến trong quá trình tìm hiểu về quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ 14 1.2.1 Phương pháp chụp ảnh Để nghiên cứu quá trình cháy một cách trọn vẹn, ngoài quan sát sự hình thành và phát triển của màng lửa cần phải quan sát được hiện tượng phun nhiên liệu và hình thành hỗn hợp trước khi quá trình cháy xảy ra Các quá trình phun nhiên liệu này không phát... sắc và thành phần hoá học của khí thải, Những thông số này không chỉ phụ thuộc vào chất lượng quá trình cháy mà còn phụ thuộc vào mức độ tổn thất nhiệt, tổn thất cơ học trong động cơ và chất lượng các quá trình khác của chu trình 35 Chương III: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG HIỆN ĐẠI 3.1 HỆ THỐNG PHUN XĂNG 3.1.1 Đặc điểm Ưu điểm: - Giảm tiêu hao nhiên liệu động cơ. .. sát hình ảnh quá trình cháy và ngọn lửa trong động cơ đốt trong thường được thực hiện để hiểu rõ hơn bản chất của quá trình lan tràn màng lửa, cơ chế của sự cháy kích nổ trong động cơ xăng, và đặc điểm quá trình phun nhiên liệu và cháy khuyếch tán trong động cơ diesel Kỹ thuật quan sát hình ảnh sử dụng động cơ chuyên dùng trong nghiên cứu đã được áp dụng rộng rãi trong nghiên cứu quá trình cháy của động. .. trong động cơ diesel - Theo vị trí hình thành hòa khí: Hình thành hòa khí bên trong xi lanh Hình thành hòa khí bên ngoài xi lanh - Theo tính chất của hòa khí: Hình thành hòa khí đồng nhất Hình thành hòa khí không đồng nhất 2.2 HÌNH THÀNH HÒA KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG 2.2.1 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 . hiện đại. Khách thể nghiên cứu: - Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ tô hiện đại. iv. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu và phân tích quá trình hình thành hỗn hợp và. và cháy trên động cơ ô tô hiện đại. -Tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước để hoàn thiện đề tài nghiên cứu của mình: Nghiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ tô hiện đại tượng và khách thể nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Ngiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ xăng hiện đại. - Ngiên cứu quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trên động cơ