Hãy nêu quá trình cháy động cơ xăng và động cơ diesel và các loại khí thải hình thành từ quá trình cháy động cơ xăng và động cơ diesel

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘTVIỆN KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO BÀI TẬP VỀ NHÀ TUẦN 12Học phần: Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong

Hoàng Văn Hải 2125102050204

Lê Quốc Hoàn 2125102050690

Vũ Minh Dũng 2125102050133

Phạm Minh Duy 2125102050024

Bình Dương, ngày 29 tháng 11 năm 2023

II

I Quá trình cháy trong động cơ diesel 7

1 Giai đoạn I: Cháy trễ 7

2.Giai đoạn II: Cháy nhanh 8

3 Giai đoạn III: Cháy chính 9

4 Giai đoạn IV: Cháy rớt 9

II Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ diesel 10

1 Tính chất của nhiên liệu 10

2 Góc phun sớm 10

3 Tỉ số nén 11

4 Chất lượng và quy luật phun nhiên liệu 11

5 Xoáy lốc không khí trong buồng cháy 12

6 Tải trọng và hệ số dư lượng không khí lamda 13

7 Tốc độ vòng quay 13

I Quá trình cháy trong động cơ xăng? 14

Giai đoạn I: Cháy trễ 14

Giai đoạn II: Cháy nhanh 15

Giai đoạn III: Cháy rớt 15

II Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy của động cơ xăng? 16

1 Góc đánh lửa sớm 16

2 Hệ số dư lượng không khí: 16

5 Nổ trong đường thải 21

1.2. Khí thải động cơ diesel 22

1.3. Khí thải động cơ xăng 34

1.4. So sánh lượng khí thải từ các động cơ khác nhau 37

BTVN 2 39

1 Tóm tắt các bước xây dựng đặc tính ngoài 40

2 Sự khác biệt giữa đặt tính ngoài và đặc tính tốc độ bộ phận và định nghĩa của nó 41

*Tiêu chuẩn khí thải đang được áp dụng tại Việt Nam 45

*Các nhà sản xuất xe hơi tại châu Âu lại công bố dừng sản xuất xe động cơ đốt trong cho đến năm 2040 46

ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG VAN BIẾN THIÊN 48

1 Có nhiều loại van biến thiên khác nhau, nhưng nhìn chung, chúng có thể được chia thành hai loại chính 49

2 Van biến thiên mang lại nhiều lợi ích cho động cơ, bao gồm 49

3 Một số ví dụ về các loại van biến thiên phổ biến 49

4

HÃY CHO BIẾT CÁC CÁCH ĐỘ XE : TĂNG ÁP, XOÁY NÒNG, THAY QUẢ,

ĐÔN DÊN, LÀ GÌ VÀ MỤC ĐÍCH CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP 54

* Tăng áp: 54

* Thay quả: 54

* Đôn dên: 55

CÁC PHUƠNG PHÁP TĂNG CÔNG SUẤT 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Hình 1.cháy trễ 8

Hình 2.cháy nhanh 9

Hình 3.cháy chính 10

Hình 4.Quá trình cháy trong động cơ diesel 11

Hình 5.Tỉ số nén là một nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ diesel 12

Hình 6.Phun nhiều giai đoạn trong động cơ dùng hệ thống nhiên liệu common rail 13

Hình 7.xoáy lốc không khí trong buồng cháy làm tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu với không khí 13

Hình 8.Quá trình cháy trong động cơ xăng 15

Hình 9.Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm 17

Hình 10.Tỉ số nén là một nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ xăng 18

Hình 11.Cháy kích nổ làm nóng và giảm công suất của động cơ 19

Hình 12.Áp suất trong xylanh khi có cháy kích nổ 20

Hình 13.Áp suất trong xylanh khi có cháy sớm 20

Hình 14.Cháy sớm làm tăng công nén, nóng máy và hư hỏng piston 21

Hình 15.đặc tính ngoài 40

Hình 16.đường đặc tính ngoài của động cơ 42

Hình 17.đường đặc tính ngoài của động cơ diesel 42

Hình 18.Đường đặc tính cục bộ 43

Hình 19 ảnh minh họa bộ xử lí khí thải 56

Hình 20.điều khiển ECU 57

Hình 21.Remap động cơ 58

Hình 22.ảnh minh hoạ Độ chip 60

6

Hình 23.dùng máy Dyno để phân tích kết quả 61

BẢNG TIẾNG ANHTừ viết

PAH  Polycyclic aromatic

hydrocarbon hydrocarbon thơm đa vòng DPF diesel particulate filter Bộ lọc hạt diesel

IEA International Energy Agency Cơ quan năng lượng quốc tế

Cơ quan quản lý thông tin năng lượng

ICE Internal Combustion Engine Động cơ đốt trong

VVT Variable Valve Timing Van biến thiên theo thời gian VVL Variable Valve Lift Van biến thiên theo hành

trình VTEC Variable Valve Timing and Lift

Electronic Control

Thời gian van biến thiên và điều khiển điện tử nâng

CVVT Continuously Variable Valve

THÔNG TIN NHÓM

2125102050006 Cù Văn Thắng Nhóm trưởng Nội dung 2125102050246 Võ Đức Tài Thư ký, Điều

phối Nội dung 2125102050205 Lê Viết Thắng Thành viên Nội dung 2125102050204 Hoàng Văn Hải Thành viên Nội dung 2125102050690 Lê Quốc Hoàn Thành viên Nội dung 2125102050133 Vũ Minh Dũng Thành viên Nội dung 2125102050024 Phạm Minh Duy Thành viên Nội dung

Bảng 1 1Thông tin nhóm

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN BÁO CÁO

Cột mốcCông việc dự kiếnƯớc lượng tài liệu, hình ảnh, tài liệu tham khảo liên

chỉnh sửa bài tập 1 Bản báo cáo phiên bản chỉnh sửa

28/11/2023 Thực hiện chỉnh sửa bài tập theo sự góp ý

của các thành viên nhóm

1 Bản báo cáo phiên bản 2 Phiếu đánh giá cá nhân

Hãy nêu quá trình cháy động cơ xăng và động cơ Diesel vàcác loại khí thải hình thành từ quá trình cháy động cơ xăngvà động cơ Diesel.

I Quá trình cháy trong động cơ diesel

Động cơ diesel là động cơ có quá trình hình thành hòa khí bên trong buồng đốt Từ đặc điểm này có thể chia quá trình cháy trong động

cơ diesel thành 4 giai đoạn lần lượt là cháy trễ, cháy nhanh, cháy

chính và cháy rớt.

1 Giai đoạn I: Cháy trễ

Giai đoạn cháy trễ là giai đoạn bắt đầu khi vòi phun phun nhiên

liệu (tại điểm 1 trên đồ thị) đến khi đường cháy tách khỏi đườngnén (tại điểm 2 trên đồ thị) Về bản chất, cháy trễ là quá trình châm

cháy ở nhiệt độ thấp Trong giai đoạn này xảy ra các quá trình hình

thành hòa khí và chuẩn bị cháy như xé nhỏ nhiên liệu, bay hơi và hòa trộn nhiên liệu Phản ứng sơ bộ hình thành những trung tâm tự cháy đầu tiên và bước đầu phát triển những trung tâm này.

Các thông số đặc trưng của giai đoạn cháy trễ đó là thời gian cháy trễ hay góc cháy trễ Các thông số này phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nhiên liệu như trị số xetan Xe, độ nhớt,… Ngoài ra, thời

gian cháy trễ còn chịu ảnh hưởng của một số yếu tố khác như nhiệt

độ và áp suất trong xylanh tại thời điểm phun, độ phun tơi, mức độ chuyển động rối của môi chất.

2.Giai đoạn II: Cháy nhanh

Giai đoạn cháy nhanh diễn ra bắt đầu từ cuối giai đoạn cháy trễ đến khi áp suất trong buồng cháy đạt giá trị cao nhất (tại điểm 3 trên đồ thị) Phần hòa khí đã được chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ bốc cháy rất nhanh làm cho áp suất và nhiệt độ trong xylanh tăng vọt Nhiệt lượng tỏa ra rất lớn trong khi thể tích xylanh thay đổi ít nên giai đoạn cháy nhanh gần với quá trình cấp nhiệt đẳng tích.

Thông số đặc trưng của giai đoạn cháy nhanh đó là tốc độ tăng áp suất Lượng hòa khí được chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ càng nhiều thì tốc độ tăng áp suất càng lớn, động cơ làm việc

không êm và ngược lại Trong thực tế, tốc độ tăng áp suất của động cơ diesel lớn hơn nhiều (khoảng 3 lần) so với động cơ xăng vì có tỉ số nén cao hơn Chính vì thế nên động cơ diesel làm việc không êm như động cơ xăng.

Hình 2.cháy nhanh

3 Giai đoạn III: Cháy chính

Giai đoạn cháy chính diễn ra sau giai đoạn cháy nhanh (từ điểm 3đến điểm 4 trên đồ thị) Ở giai đoạn này, hòa khí vừa chuẩn bị vừa

cháy nên quá trình cháy diễn ra từ từ theo dạng cháy khuếch tán Tốc độ cháy của hòa khí được quyết định bởi tốc độ hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí hay tốc độ chuẩn bị hòa khí Vì thế nên quá trình cháy diễn ra êm dịu hơn Có thể coi giai đoạn cháy chính gần với quá trình cấp nhiệt đẳng áp và toàn bộ quá trình cháy trong động cơ diesel gần với chi trình cấp nhiệt hỗn hợp giảm dần vì các quá trình cháy trước đó Vì thế nên tuy quá trình cháy diễn ra êm dịu hơn nhưng hiệu quả biến đổi nhiệt năng thành công năng giảm xuống và tăng khả năng cháy rớt ở giai đoạn sau Trên thực tế, khoảng 50-60% lượng nhiên liệu chu trình cháy trong giai đoạn cháy chính.

4 Giai đoạn IV: Cháy rớt

Giống với động cơ xăng, giai đoạn cháy rớt của động cơ diesel sẽ đốt

cháy nốt những phần hòa khí còn lại (lớp sát vách hay ở khe kẽ của

Hình 3.cháy chính

buồng cháy…) Ở giai đoạn này, hiệu quả sinh công thấp, nhiệt sinh ra chủ yếu làm nóng các chi tiết.

Giai đoạn cháy rớt được coi là kết thúc khi cháy hết 95-97% lượng

nhiên liệu chu trình Để hạn chế cháy rớt có thể áp dụng các biện pháp như chọn góc phun sớm, cường độ vận động rối của môi chất thích hợp,…

Hình 4.Quá trình cháy trong động cơ diesel

II Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong độngcơ diesel

1 Tính chất của nhiên liệu

Nhiên liệu có trị số xetan Xe lớn (tính tự cháy cao), độ nhớt nhỏ (dễ phun tơi), khối lượng riêng nhỏ (dễ bay hơi) thì thời gian cháy trễ nhỏ, lượng nhiên liệu chuẩn bị trong thời gian cháy trễ ít nên tốc độ tăng áp suất và áp suất lớn nhất (pmax) nhỏ, động cơ làm việc êm.

2 Góc phun sớm

Nếu góc phun sớm lớn quá thì điều kiện cho quá trình chuẩn bị

không thuận lợi do nhiệt độ và áp suất tại thời điểm phun nhiên liệu

12

còn nhỏ Do đó nên thời gian cháy trễ diễn ra dài hơn, lượng hòa

khí chuẩn bị nhiều nên tốc độ tăng áp suất lớn, động cơ làm việc không êm Ngoài ra, nếu góc đánh lửa sớm lớn sẽ làm tăng công nén dẫn tới giảm hiệu quả sinh công và nóng động cơ.

3 Tỉ số nén

Nếu tăng tỉ số nén của động cơ sẽ làm tăng nhiệt độ và áp suất cuối

quá trình nạp tại thời điểm phun nhiên liệu, giúp tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuẩn bị nên thời gian cháy trễ giảm dẫn tới tốc độ tăng áp suất giảm, động cơ làm việc êm dịu hơn.

Hình 5.Tỉ số nén là một nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ diesel

4 Chất lượng và quy luật phun nhiên liệu

Trên động cơ diesel, chất lượng phun nhiên liệu ảnh hưởng rất lớnđến việc tạo thành hòa khí và cháy Nếu nhiên liệu phun tơi (ví dụdo áp suất phun lớn, xoáy lốc của không khí trong quá trình nén đủmạnh) tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuẩn bị hòa khí thì thời

gian cháy trễ và tốc độ tăng áp suất nhỏ, động cơ làm việc êm dịu Chính vì thế, áp suất phun trong động cơ diesel hiện đại có xu hướng

ngày càng tăng lên Trong hệ thống nhiên liệu common rail, áp suất

phun có thể lên tới 2000 bar và còn có thể cao hơn nữa nên nhiên liệu được phun vào rất tơi, hạt rất nhỏ và đều.

Quy luật phun cũng là một nhân tố ảnh hưởng quyết định đến diễn biến của quá trình cháy Nếu rút ngắn thời gian phun tức là tăng cường độ phun sẽ làm cho lượng nhiên liệu chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ tăng lên dẫn tới tốc độ tăng áp suất và áp suất lớn nhất (pmax)tăng lên, khi đó động cơ làm việc ồn và rung giật.

Trong động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu common rail, do điều khiển bằng điện tử nên có thể tổ chức phun thành nhiều giai đoạn bao gồm phun mồi, phun chính và phun sau.

Phun mồi trước khi phun chính làm giảm tốc độ tăng áp suất khi cháy do hạn chế lượng nhiên liệu tham gia chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ nên động cơ làm việc êm hơn, tiếng gõ đặc thù ở động cơ diesel giảm Phun sau có tác dụng gia nhiệt trong quá trình giản nở để tăng cường phản ứng oxy hóa các chất độc hại trong khí thải như CO, CxHy và muội than.

5 Xoáy lốc không khí trong buồng cháy

Xoáy lốc không khí trong buồng cháy làm tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu với không khí, giảm thời gian cháy trễ và giảm cháy rớt Sử dụng xoáy lốc là một biện pháp rất hiệu quả nhằm hoàn thiện quá trình cháy Tuy nhiên, nếu xoáy lốc với cường độ quá lớn sẽ gây tốn nhiều năng lượng, làm tăng tổn thất cơ giới và có thể dẫn tới giảm tính kinh tế, tính hiệu quả của động cơ.

Hình 6.Phun nhiều giai đoạn trong động cơ dùng hệ thống nhiên liệu common rail

6 Tải trọng vàhệ số dưlượng khôngkhí lamda

Trong động cơ diesel, hòa khí có giới hạn cháy rất rộng Lí do là hòa khí  tạo thành bên trong xylanh không đồng nhất nên luôn có những vùng mà tại đó hòa khí dễ cháy nhất và tạo thành mồi lửa để đốt những phần hòa khí còn lại, do đó giới hạn trên rất cao Mặt khác, cũng chính vì hòa khí không đồng nhất nên có những vùng rất nhạt, thậm chí không có nhiên liệu Trong khi đó những vùng quá đậm khi cháy sẽ sinh ra khói đen, do đó giới hạn dưới cũng khá cao.

Do giới hạn cháy rộng nên người ra điều chỉnh tải của động cơ bằng

phương pháp điều chỉnh chất, tức là điều chỉnh chính lamda thông

qua điều chỉnh lượng nhiên liệu chu trình.

Khi giảm tải, lượng nhiên liệu chu trình giảm, lamda tăng và thời gian phun nhiên liệu giảm Do đó quá trình cháy cũng được rút ngắn lại, vì vậy phải giảm góc phun sớm Đây chính là nguyên tắc điều chỉnh góc phun sớm theo tải trọng trong động cơ diesel.

Hình 7.xoáy lốc không khí trong buồng cháy làm tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu với không khí.

7 Tốc độ vòng quay

Khi tăng tốc độ vòng quay của động cơ, thời gian của quá trình cháy

bị rút ngắn (ảnh hưởng xấu đến quá trình cháy) nhưng cường độxoáy lốc tăng và nhiên liệu phun tơi hơn (ảnh hưởng tốt).

Tổng hợp những ảnh hưởng phía trên lại, góc dành cho hai giai đoạn

cháy chủ yếu là cháy nhanh và cháy chính ít thay đổi nhưng góc cháy trễ tăng lên, do đó phải tăng góc phun sớm Đây chính là nguyên tắc điều chỉnh góc phun sớm theo tốc độ vòng quay của động cơ diesel

I Quá trình cháy trong động cơ xăng?

Như đã biết, ở động cơ xăng hòa khí được hình thành ở bên ngoài

xylanh (ngoại trừ động cơ phun xăng trực tiếp). Quá trình cháy ở

động cơ xăng có thể chia thành 3 giai đoạn lần lượt là giai đoạn cháy trễ, giai đoạn cháy nhanh và cuối cùng là giai đoạn cháy rớt.

Giai đoạn I: Cháy trễ

Giai đoạn cháy trễ là giai đoạn được tính từ lúc bugi bắt đầu bật tia lửa điện (tại điểm 1 trên đồ thị) đến khi đường cháy tách ra khỏi đường nén (tại điểm 2 trên đồ thị).

Về bản chất, giai đoạn cháy trễ là quá trình châm cháy ở nhiệt độ cao Trong giai đoạn

Lượng hòa khí tham gia ở giai đoạn này chỉ chiếm một phần nhỏ (khoảng 1,5%) nên nhiệt lượng tỏa ra không làm thay đổi áp suất đường nén.

Các thông số đặc trưng của giai đoạn cháy trễ là thời gian cháy trễ hay góc cháy trễ, phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nhiên

liệu, mức độ chuyển động rối của môi chất, nhiệt độ lân cận bugi tại

thời điểm đánh lửa và năng lượng của tia lửa.

Giai đoạn II: Cháy nhanh

Giai đoạn cháy nhanh diễn ra bắt đầu từ cuối giai đoạn cháy trễ đến khi áp suất trong buồng cháy đạt giá trị cao nhất (tại điểm 3 trên đồ thị) Tại giai đoạn này, màng lửa lan tràn với tốc độ lớn, do hòa khí đã được hòa trộn rất tốt từ bên ngoài (xăng rất dễ bay hơi, thời gian

chuẩn bị hòa khí dài từ bên ngoài xylanh rồi tiếp tục trong quá trình

nạp và quá trình nén) nên phần lớn lượng hòa khí bị đốt cháy trong giai đoạn này Ở cuối giai đoạn này, màng lửa hầu như lan tràn khắp buồng cháy và áp suất bên trong buồng cháy đạt giá trị cực đại, nhiệt lượng tỏa ra với tốc độ rất lớn.

Về bản chất, cháy trong giai đoạn này là cháy nổ lan dần Thông số đặc trưng của giai đoạn cháy nhanh đó là tốc độ tăng áp suất Nếu quá trình cháy diễn ra càng mãnh liệt thì tốc độ tăng áp suất càng lớn, động cơ sẽ hoạt động không êm và ngược lại Trên lý thuyết, quá trình cháy ở giai đoạn này sẽ cho hiệu quả sinh công tốt nhất khi đầu và cuối giai đoạn cháy nhanh đối xứng qua điểm chết trên Đây là một cơ sở để lựa chọn góc đánh lửa tối ưu nhất.

Giai đoạn III: Cháy rớt

Giai đoạn cháy rớt diễn ra sau khi kết thúc giai đoạn cháy nhanh Tốc độ của quá trình cháy giảm đi vì khi này chỉ cháy nốt những phần hòa khí nhỏ còn sót lại ở sát vách hay ở khe kẽ của buồng

cháy Cùng với điều kiện nồng độ oxy lúc này đã giảm xuống nhiều nên tốc độ tỏa nhiệt nhỏ Ngoài ra, ở giai đoạn này piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới làm tăng thể tích

của xylanh Vì những lí do trên nên quá trình đốt cháy hòa khí ở giai

đoạn này có hiệu quả sinh công thấp, nhiệt lượng sinh ra chủ yếu làm nóng các chi tiết của động cơ.

Chính vì thế nên các nhà sản xuất luôn cố gắng tìm cách để làm giảm giai đoạn cháy rớt này lại Một số biện pháp được áp dụng để

hạn chế cháy rớt như là chọn góc đánh lửa sớm, cường độ xoáylốc của môi chất thích hợp và sử dụng đúng loại nhiên liệu yêu cầu.

II Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy của động cơxăng?

1 Góc đánh lửa sớm

Nếu đánh lửa quá sớm sẽ dẫn đến hiện tượng vừa cháy vừa nén, làm tốn công nén và nóng máy (đường 1 trên đồ thị) Ngược lại, nếu đánh lửa quá muộn sẽ làm cho quá trình cháy kéo dài trên đường giãn nở, làm nhiệt độ của khí thải cao, nóng máy và hiệu quả sinh công kém (đường 3 trên đồ thị).

Lựa chọn được góc đánh lửa thích hợp sẽ đem lại tính kinh tế và tính hiệu quả cao nhất (đường 2 trên đồ thị) Tuy nhiên, chọn được góc đánh lửa tối ưu không đồng nghĩa với việc nồng độ độc hại trong khí thải của động cơ là thấp nhất.

Hình 9.Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm

2 Hệ số dư lượng không khí:

Hòa khí trong động cơ xăng có giới hạn cháy hẹp, 0,4 < lamda <

1,68 ở nhiệt độ 300oC Vì thế, để điều chỉnh tải trọng thường phải sử dụng phương pháp điều chỉnh lượng thông qua một van tiết lưu trên đường nạp.

Nếu lamda càng lớn (hòa khí càng nhạt) thì nhiệt lượng tỏa ra ít, công suất của động cơ giảm Ngoài ra, nếu hòa khí càng nhạt thì quá trình cháy rớt càng kéo dài, hiệu quả sinh công giảm làm giảm tính hiệu quả và tính kinh tế của động cơ Để khắc phục phần nào ảnh hưởng do cháy rớt có thể tăng góc đánh lửa sớm.

Hệ số nạp là gì? Những nhân tố nào ảnh hưởng đến hệ số nạp củađộng cơ?

Ngược lại, nếu lamda quá nhỏ (hòa khí rất đậm), nhiên liệu cháy không hết sẽ làm giảm tính kinh tế của động cơ và tăng ô nhiễm môi trường.

Khi lamda dao động trong khoảng từ 0,8 đến 0,9 thì tốc độ lan tràn của màng lửa là lớn nhất, động cơ đạt công suất lớn nhất Khi lamda nằm trong khoảng từ 1,05 đến 1,1 thì suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ là nhỏ nhất.

3 Tỉ số nén

Khi tăng tỉ số nén sẽ làm cho nhiệt độ và áp suất tại thời điểm đánh

lửa tăng lên, dẫn tới giảm thời gian cháy trễ và góc cháy trễ.

Hình 10.Tỉ số nén là một nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ xăng

4 Kết cấu buồng cháy và bố trí bugi

Nếu kết cấu buồng đốt gọn, bugi đặt giữa hoặc bố trí nhiều bugi làm cho thời gian và góc dành cho quá trình cháy nhanh được rút ngắn lại, đồng thời tốc độ tăng áp suất tăng và quá trình cháy rớt giảm Nếu trong buồng đốt tạo được chuyển động rối hợp lí thì tốc độ cháy sẽ tăng lên, dẫn tới tốc độ tăng áp suất tăng và quá trình cháy rớt giảm.

5 Tốc độ vòng quay n

Khi tăng tốc độ vòng quay n, thời gian dành cho toàn bộ quá trình cháy sẽ bị giảm xuống Tuy nhiên, chuyển động rối tăng dẫn đến tăng tốc độ lan tràn màng lửa nên góc dành cho quá trình cháy nhanh gần như không đổi còn góc cháy trễ và cháy rớt có tăng.

6 Tải trọng

Khi giảm tải trọng phải đóng bớt van tiết lưu trên đường nạp làm tăng hệ số khí sót Điều này làm cho hỗn hợp hòa khí bẩn hơn, làm giảm áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nén Hòa khí khi đó phải đậm hơn, do đó góc cháy trễ tăng và tốc độ cháy giảm làm cho quá

20

trình cháy kéo dài hơn, tính kinh tế giảm và tăng nguy cơ ô nhiễm môi trường.

Để hạn chế những ảnh hưởng này thì phải tăng góc đánh lửa sớm.

Đây chính là nguyên tắc điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo tải trọng

trong động cơ xăng.

III Các hiện tượng cháy không bình thường trong động cơxăng

1 Cháy kích nổ

Cháy kích nổ là một hiện tượng đặc thù ở động cơ đốt cháy cưỡng bức Những yếu tố làm tăng nhiệt độ cục bộ chính là nguyên nhân gây ra hiện tượng cháy kích nổ Ví dụ như tỉ số nén lớn, nhiên liệu có trị số octan nhỏ, tải trọng lớn, làm mát kém, góc đánh lửa sớm không phù hợp…

Hình 11.Cháy kích nổ làm nóng và giảm công suất của động cơ

Do một yếu tố nào đó hay do một nguyên nhân đã trình bày như trên Nhiệt đột tại một hay một số vùng trong buồng cháy đủ lớn để

hòa khí tự cháy với sự xuất hiện ngọn lửa cục bộ khi ngọn lửa từ bugi chưa lan tràn tới.

Về bản chất, đây là dạng cháy nổ đồng thời Ngọn lửa cục bộ này phát triển rất nhanh, lan tràn với tốc độ lớn và chèn ép với vùng cháy do ngọn lửa từ bugi, gây ra sóng va kèm theo tiếng gõ rất đanh và áp suất trong buồng cháy dao động với tần số lớn Nhiên liệu không kịp cháy bị phân hủy thành cacbon tự do nên khí thải có khói màu đen Do cháy kích nổ, động cơ rất nóng và công suất giảm nên không thể tiếp tục làm việc được.

Trên những động cơ sử dụng hệ thống phun xăng hiện đại thường

được trang bị cảm biến việc của động cơ sao cho sát với giới hạn kích nổ để động cơ có thể hoạt động với hiệu suất cao nhất.

Động cơ cao tốc và tải lớn có thể trang bị cho mỗi xylanh một cảm biến kích nổ, còn thông thường thì trang bị một cảm biến cho động cơ 4 xylanh, hai cảm biến cho động cơ 5 hoặc 6 xylanh và nhiều cảm biến hơn cho những động cơ có 8, 12 xylanh.

Hình 12.Áp suất trong xylanh khi có cháy kích nổ

2 Cháy sớm

Cháy sớm là hiện tượng cháy xảy ra khi bugi chưa bật tia lửa điện Nguồn lửa có thể là từ các chi tiết có nhiệt độ cao hay các muội than có trong buồng đốt nên hiện tượng cháy sớm không có quy luật và không điều khiển được.

Hiện tượng cháy sớm làm tăng công nén, máy rất nóng tới

mức có thể làm chảy piston.

Hiện tượng cháy kích nổ và cháy sớm thường đi kèm với nhau vì có cùng nguyên nhân là do nhiệt độ cao.

Hình 14.Cháy sớm làm tăng công nén, nóng máy và hư hỏng piston

Những nguyên nhân hư hỏng của Piston động cơ?

Hình 13.Áp suất trong xylanh khi có cháy sớm

3 Ngắt điện vẫn làm việc

Hiện tượng này xảy ra khi động cơ làm việc lâu ở trạng thái tải lớn, tốc độ vòng quay thấp Khi này nhiệt độ các chi tiết rất cao và thời gian cháy trễ đủ lớn để hòa khí tự bốc cháy.

4 Nổ trong xylanh

Hiện tượng này xảy ra khi động cơ làm việc lâu ở chế độ không tải, lúc này hòa khí quá đậm, nhiên liệu cháy không hết phân hủy thành muội than và bị nung nóng đỏ bám lên các chi tiết như bugi, xupap Khi động cơ chuyển về chế độ có tải, lượng hòa khí vào xylanh nhiều hơn sẽ bị những nguồn lửa nói trên đốt cháy đồng thời ở nhiều điểm trong xylanh gây ra tiếng nổ.

5 Nổ trong đường thải

Khi động cơ đang làm việc ở chế độ tải lớn và đột ngột chuyển về chế độ không tải (ví dụ như phanh đột ngột), nếu động cơ dùng bộ chế hòa khí thì hỗn hợp hòa khí lúc này sẽ quá đậm (do đặc điểm cấu tạo của bộ chế hòa khí khi động cơ bị kéo ở chế độ tốc độ vòng quay cao và van tiết lưu ở vị trí không tải) Quá trình cháy khi đó có thể kéo dài cho tới tận đường thải gây ra tiếng nổ.

1.2. Khí thải động cơ diesel

(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK531294/#:~:text=They%20are%20both%20internal%2C%20intermittent,is%20ignited%20by%20sparking%2Dplugs.)

Khi xem xét dữ liệu, người đọc nên nhận ra rằng đặc tính hóa học chi tiết của khí thải động cơ, đặc biệt là đối với nitroaren, được thực hiện chủ yếu vào cuối những năm 1970 và 1980. Trong thời gian đó, những thay đổi đáng kể đã xảy ra trong công nghệ kiểm soát khí thải và động cơ, đồng thời dự kiến sẽ có những thay đổi bổ sung

24

trong tương lai. Cũng hợp lý khi cho rằng lượng phát thải được mô tả gần đây có thể không thể hiện đầy đủ lượng phát thải trong thời gian trước đó. Dữ liệu có sẵn chủ yếu đề cập đến các phương tiện hạng nhẹ; dữ liệu định lượng về khí thải từ động cơ diesel hạng nặng tương đối thưa thớt. Do những hạn chế này, dữ liệu trình bày ở đây chỉ được coi là minh họa cho lượng khí thải của động cơ đốt trong; chúng không nên được hiểu là đại diện cho lượng khí thải hiện tại từ nhiều loại động cơ được sử dụng hiện nay hoặc của những loại động cơ có thể đã xảy ra trong quá khứ.

Các hợp chất thải ra từ động cơ diesel bao gồm tất cả các hợp chất và loại hợp chất được liệt kê trong Bảng 1 . Động cơ diesel tạo ra lượng khí thải dạng hạt nhiều hơn từ hai đến mười lần so với động cơ xăng (không có bộ chuyển đổi xúc tác) có công suất tương đương và lượng khí thải dạng hạt cao hơn từ hai đến 40 lần so với động cơ xăng được trang bị bộ chuyển đổi xúc tác ( Bảng 3 ) . Các hạt bao

gồm chủ yếu là carbon nguyên tố ( Ball, 1987 ; 60–80%, Zaebst vàcộng sự , 1988 ), axit sulfuric (2–7%; Pierson & Brachaczek, 1983 )

và một số loại kim loại, ví dụ như sắt từ động cơ và hệ thống xả

( Lang và cộng sự , 1981 ), bari từ nhiên liệu ( Hampton và cộng sự ,

1983 ) và kẽm từ dầu bôi trơn ( Hare & Baines, 1979 ), và các hợp chất hữu cơ bị hấp phụ ( Hội đồng nghiên cứu quốc gia, 1982 ).

(a) Phân bố ở pha hạt và pha khí

Sự phân bố phát thải giữa pha khí và pha hạt được xác định bởi áp suất hơi, nhiệt độ và nồng độ của từng loại. Sự phân chia các thành phần giữa pha hạt và pha khí đã được một số nhà nghiên cứu đo

lường ( Hampton và cộng sự , 1983 ; Schuetzle, 1983 ). Trên cơ sở

những dữ liệu này, mối quan hệ thực nghiệm giữa trọng lượng phân tử và hệ số phân chia giữa hạt và pha khí (P:G) đối với một số hợp

chất này đã được rút ra, như thể hiện đối với PAH trong Bảng 5 (Schuetzle & Frazier , 1986 ).

Bảng 5. Hệ số phân chia pha hạt và pha khí của một sốhydrocacbon thơm đa vòng trong khí thải diesel a

Hệ số phân chia pha hạt và pha khí của một số hydrocacbon thơm đa vòng trong khí thải diesel.

(b) Phát thải ở pha khí

Khí thải ở pha khí từ động cơ diesel bao gồm hydrocacbon C 1 –C 18 , PAH hai đến bốn vòng và các dẫn xuất nitrat hóa và oxy hóa của hydrocacbon C 1 –C l2 và PAH hai đến ba vòng. Các hydrocacbon C 1 –

26

C 10 gần như hoàn toàn là kết quả của quá trình đốt cháy, bao gồm việc crackinh các vật liệu có trọng lượng phân tử cao hơn ( Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia, 1982 ). Số lượng của một số loại pha khí này trong khí thải diesel được nêu trong Bảng 3 .

(c) Phát thải ở pha hạt

Các hạt diesel là tập hợp của các hạt sơ cấp hình cầu có kích thước

0,1–0,5 µm ( Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia, 1982 ). Những chất

được tạo ra trong điều kiện phòng thí nghiệm trong các đường hầm pha loãng có đường kính trung bình khối lượng hoặc thể tích nằm

trong khoảng từ 0,15 đến 0,50 µm , tùy thuộc vào điều kiện vậnhành ( Cheng và cộng sự , 1984 ). Những quả cầu sơ cấp nhỏ hơn,

được hình thành trong xi lanh đốt, phát triển nhờ sự kết tụ và đóng vai trò là hạt nhân cho quá trình ngưng tụ các hợp chất hữu cơ ( Duleep & Dulla, 1980 ).

Lõi carbon nguyên tố của các hạt có diện tích bề mặt lớn giúp tăng cường đáng kể khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ. Các hạt lớn

hơn (>0,2 µm ) về bản chất có xu hướng dễ bong tróc ( Moore vàcộng sự , 1978 ). Nếu động cơ chạy ở mức tải thấp, quá trình đốt

cháy có thể không hoàn toàn, dẫn đến nồng độ hạt tương đối thấp và tỷ lệ hợp chất hữu cơ liên kết với các hạt lõi cao hơn (Dutcher et

Nhiều loại dung môi đã được sử dụng để chiết xuất các hợp chất hữu cơ từ các hạt diesel ( Bjørseth, 1983 ; xem trang 80). Phần hữu cơ hòa tan của các hạt diesel thường chiếm 15–45% tổng khối lượng hạt. Cho thấy sự phân bố khối lượng của các phần phụ khác nhau

của chất chiết hạt diesel công suất cao tiêu chuẩn ( Schuetzle vàcộng sự , 1985 ).

Hình 1.

Sơ đồ phân tích để phân đoạn các hạt diesel công suất cao (Tài liệu tham khảo tiêu chuẩn của Cục Tiêu chuẩn Quốc gia (NBS SRM)-1650) a .

Các phần không phân cực chứa hydrocarbon có nguồn gốc từ nhiên liệu chưa cháy và dầu bôi trơn. Ngoài ra, nhiều PAH có trọng lượng phân tử từ 178–320 đã được xác định. Một số PAH và thioaren được xác định trong khí thải động cơ diesel được liệt kê trong Bảng 6 ( Tong & Karasek, 1984 ). Các dẫn xuất được thế alkyl của ít nhất một số PAH có nhiều hơn các hydrocacbon gốc. Nếu lượng dimethylanthracenes hoặc dimethyl-phenanthrenes được lấy là 1,00 thì độ phong phú tương đối của anthracene hoặc phenanthrene là 0,27, của các dẫn xuất metyl là 0,54 và của các dẫn xuất trimethyl

là 0,37 (Schuetzle và cộng sự , 1981 ) . Vì các phần phân cực vừa

phải đã được phát hiện là góp phần đáng kể vào khả năng gây đột biến của tổng phần hữu cơ hòa tan nên đã tốn nhiều công sức để mô

28

tả đặc điểm của chúng. Sự phân bố các dẫn xuất PAH trong một chất chiết hạt diesel công suất nhẹ được đưa ra trong Bảng 7 ( Schuetzle,

Các hợp chất thơm đa vòng được xác định hoặc xác định tạm thời trong ba chất chiết dạng hạt diesel hạng nhẹ.

32

dẫn xuất PAHPhân số (% trọng

Phân phối các dẫn xuất hydrocarbon thơm đa vòng (PAH) ở phần phân cực vừa phải của chất chiết hạt diesel công suất nhẹ.

Các loại nitroaren được xác định trong các hạt xe diesel được liệt kê trong Hình 2 . Hơn 50 dẫn xuất nitrat hóa của PAH đã được xác định tạm thời và 23 dẫn xuất đã được xác định dương tính. Các hợp chất này tồn tại ở nồng độ rất thấp so với các dẫn xuất PAH khác ( Schuetzle & Jensen, 1985 ). Nồng độ nitroaren đo được trong chất chiết dạng hạt diesel công suất nhẹ bằng phương pháp có giới hạn

phát hiện 0,3 ppm ( µ g/g) được nêu trong Bảng 8 . Nhìn chung,

khoảng 40% khả năng gây đột biến trực tiếp của chiết xuất hạt diesel có thể là do nitro-3-acetoxypyrenes, dinitro-pyrenes và

1-nitropyrene ( Manabe et al. , 1985 ). Các nghiên cứu sử dụng phương

pháp sinh học và các phương pháp khác để ước tính sự đóng góp của nitro-PAH vào tác động di truyền của khí thải diesel sẽ được thảo luận trong phần 3.2 .

Hình 2.

Các loại hydrocacbon thơm nitro-đa vòng (PAH) và các hợp chất dị vòng được xác định trong các hạt phát thải diesel a .