Tiểu luận quá trình cháy

Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng MỤC LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 135 -1- Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng LỜI MỞ ĐẦU Q trình cháy động đốt vấn đề phức tạp quan trọng Vì cải tiến, hồn thiện q trình cháy giải pháp hàng đầu để tiếp tục nâng cao hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm mức độ phát sinh nhiễm mơi trường động đốt Trong q trình học tập, nghiên cứu mơn học “Q trình cháy động đốt trong”, truyền đạt, hướng dẫn PGS TS Phạm Xn Mai, giáo viên phụ trách giảng dạy mơn học qua nghiên cứu, tìm hiểu thêm số tài liệu, nhóm học viên tiếp thu kiến thức bổ ích Nhằm củng cố kiến thức tiếp thu mong muốn nghiên cứu, tìm hiểu sâu số vấn đề liên quan q trình cháy động đốt trong, hướng dẫn giáo viên phụ trách giảng dạy mơn học, nhóm học viên thực tiểu luận với đề tài “Nghiên cứu q trình cháy động đánh lửa cưỡng bức” Tiểu luận với phân cơng thực sau: 1.Lâm Bá Nha Chương I: Giới Thiệu Lịch Sử Hình Thành- Cấu Tạo Động Cơ Xăng Trần Thế Liên Chương II: Q Trình Tạo Hỗn Hợp Trên Động Cơ Nguyễn Văn Mịch - Chương III: Cơ Sở Lý Thuyết Nhiệt Hóa Học Hỗn Hợp Nhiên Liệu - Không Khí - Chương IV: Quá Trình Cháy Trên Động Cơ Đánh Lửa Cưỡng Bức Trong q trình thực tiểu luận, nhóm học viên thầy PGS TS Phạm Xn Mai nhiệt tình hướng dẫn nội dung kiến thức giúp đỡ tài liệu Tuy nhiên khả kiến thức nhiều hạn chế, thời gian tiếp xúc, nghiên cứu vấn đề liên quan đến nội dung tiểu luận chưa nhiều nên chắn việc thực nội dung tiểu luận nhiều thiếu sót hạn chế, nhóm học viên mong nhận góp ý, chỉnh sửa thầy hướng dẫn anh chị học viên Xin chân thành cảm ơn! Nhóm học viên thực tiểu luận -2- Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG 1.1 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG: Động đốt trong, loại động nhiệt, máy biến đổi nhiệt thành cơng Q trình đốt cháy nhiên liệu đề cấp nhiệt q trình giản nở sinh cơng mơi chất cơng tác thực buồng cơng tác động Ngày xuất động phản lực, tuốcbin khí, v,v,…, động đốt kiểu piston thiết bị động lực chủ yếu sử dụng vào lĩnh vực kinh tế: giao thơng vận tải, nơng - lâm - cơng nghiệp, quốc phòng… điều kiện khí hậu khác giới Trong tất loại động nhiệt nay, phân loại chính: - Động nước: động nước kiểu piston tuốcbin - Động đốt trong: động đốt kiểu piston, tuốc bin khí, động phản lực… Động nhiệt Máy nước Tuốc bin khí Động xăng Động đốt Động phản lực Động Diesel Động Gas (Sử dụng khí đốt) Các động nhiệt khác 1860, J.J E Lenoir (1822-1900), chế tạo động đốt đốt cháy khí đốt áp suất mơi trường, khơng có nén hỗn hợp trước q trình cháy Cơng suất lớn đạt khoảng mã lực hiệu suất cực đại khoảng 5% 1876, Nicolaus A Otto (1832-1891) Eugen Langen (1833-1895) tận dụng gia tăng áp suất q trình cháy, để cải tiến dòng khí nạp Hiệu suất nhiệt đạt trường hợp lên đến 11% Sau đó, nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt giảm kích thước động đốt trong, Otto gợi ý chu trình (nạp, nén, cháy dãn nở thải) cho hành trình piston động đốt -3- Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng 1884, Alphonse Beau de Rochas (1815-1893) mơ tả ngun lý chu trình ĐCĐT Ơng đưa điều kiện nhằm đạt hiệu suất cực đại động đốt gồm: Thể tích xy lanh tối đa ứng với bề mặt biên tối thiểu Tốc độ làm việc lớn đạt Tăng tỉ số nén tối đa Áp suất tối đa kể từ lúc bắt đầu dãn nở 1886, Hãng Daimler – Maybach xuất xưởng động xăng có cơng suất 0,25 mã lực số vòng quay 600 vòng/phút 1892, Rudolf Diesel (1858-1913) gợi ý dạng động đốt cách phun nhiên liệu lỏng vào khơng khí sấy nóng Sau đó, hỗn hợp tự bắt cháy có hiệu suất nhiệt khoảng 26% Loại động biết động Diesel ngày 1957, Động đốt kiểu piston quay (Động Wankel) chế tạo gọn nhẹ Từ đến nay, người ta liên tục cải tiến phát triển phận động đốt để loại thiết bị ngày hồn thiện đạt suất cao 1.2 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ XĂNG: 1.2.1 Những mẫu động Xăng: Mặt cắt tiết diện mẫu động đánh lửa sản xuất dạng điển hình khác sử dụng rộng rãi - Động đánh lửa cỡ nhỏ sử dụng nhiều ứng dụng khác như: gia đình (máy cắt cỏ, máy cưa …), máy phát điện di động, ghe máy, mơ tơ nước xe gắn máy; thường sử dụng động xy lanh - Động nhiều xy lanh thường sử dụng tơ Động bốn xy lanh (hình 1.2-1) thơng dụng sừ dụng tơ có dung tích vào khoảng 2.5 lít Động có lần phát động vòng quay trục khuỷu lực phát cân Động chữ V với hàng xylanh góc lệch 90 góc độ khác nhọn hơn, số thỏa thuận đưa sử dụng rộng rãi cho động thay lớn Hình 1.2-2 trình bày động V- , xylanh xếp thành hàng bên với góc lệch 600 chúng Sáu xylanh thường sử dụng động có dung tích từ 2.5 đến 4.5 lít Sáu xylanh có phát động vòng quay Tuy nhiên dãi thẳng kết động dài, lực dao động trục khuỷu lớn phân phối hòa khí đến xylanh khó khăn Ơ V-6 thuận tiện mẫu cân thành phần động Tuy nhiên, với động V mơ men làm rung chuyển mạnh áp đặt lên trục khuỷu xuất phát từ lực qn tính, kết việc cân động động thẳng hàng Những động đánh lửa V-8 V-12 sử dụng rộng rãi từ việc đáp ứng dễ dàng, sn sẽ, dao động thấp, thay rộng -4- Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng Hình 1.2-1: Động thẳng hàng Hình 1.2-2: Động chữ V Hình 1.2-3: Động đặt nằm ngang Hình 1.2-4: Động W -5- Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng Hình 1.2-5: Động hình Hình 1.2-6: Động đánh lửa xy lanh tăng áp Hình 1.2-7: Mơ hình cắt bổ tuốc bin tăng áp tơ nhỏ Những tuốc bin tăng áp sử dụng từ việc tăng cơng suất cực đại nhận từ động thay Sự truyền cơng piston chu kỳ, xylanh với điều khiển cơng suất động phân phát phụ thuộc vào việc đốt cháy nhiên liệu hồn tồn xylanh chu kỳ Việc tăng tỉ trọng khơng khí trước vào động làm tăng cơng suất cực đại mà động tăng áp nhận từ việc thay phân phát Hình 1.2-6 trình bày mẫu động đánh lửa bốn xylanh tăng áp Tuốc bin tăng áp kết hợp tuốc bin nén sử dụng thay đổi lượng đường ống xả động đạt sức nén cho lưu lượng nạp Lưu lượng khơng khí qua máy nén (2), giải nhiệt (3) chế hòa khí (4), ống góp (5), vào xú páp nạp (6), trình bày Sức nén vào động khỏang 100kPa cao áp suất khí tiêu biểu Lưu lượng khí xã qua xúpáp (7), ống góp (8) điều khiển tuốc bin (9) which để nén tạo cơng suất Cửa xã ngược dòng tuốc bin số lưu lượng khí thải qua lúc cần thiết cản lại gia tăng áp suất trở nên q cao.Cửa xã liên kết (11) điều khiển gia tăng áp suất Trong hình dạng động tăng áp theo chiều sức nén chế hòa khí, vài dạng -6- Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng động đánh lửa tăng áp lại ngược chiều sức nén chế hòa khí vậy, có tác dụng làm giảm áp suất khí trời Hình 11 trình bày mơ hình cắt bổ tuốc bin tăng áp ơtơ nhỏ Sự xếp máy nén rơto tuốc bin via liên thơng qua đường ống trung tâm tuốc bin lưu lượng khí nén qua hiển nhiên Hình 1.2.8 trình bày động đánh lửa hai kỳ Động đánh lửa hai kỳ sử dụng cho cácứng dụng động nhỏ nơi giá trị thấp tỉ lệ khối lượng /cơng suất quan trọng hệ số sử dụng thấp Những mẫu tiêu biểu sử dụng xe máy nước, xe gắn máy, máy cưa… hầu hết động chế hòa khí sử dụng sức nén bên hộp trục khuỷu prime với thay đổi chuyển động đơn xy lanh: piston, truyền trục khuỷu Phẩm chất quan trọng Hình 1.2-8: Động đánh lửa kỳ động đánh lửa hai kỳ tốt động đánh lửa bốn kỳ cơng suất cao đơn vị dung tích, số lần phát cơng số vòng quay trục khuỷu Điều bù đắp tỉ trọng lưu lượng nạp vào chậm hơn, q trình thay đổi khí hai việc mát hòa trộn động theo đường thẳng cho xã khí thải Ngồi ra, tiết kiệm dầu cao động hai kỳ, cần thiết thêm dầu vào nhiên liệu để bơi trơn xéc măng bề mặt piston 1.2.2 Cấu tạo động Xăng kỳ: Xích truyền động trục cam Trục cam Xú páp Piston Hình 1.2-9 – Kết cấu động xăng kỳ -7- Trục Khủy Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng 10 11 Chú thích: Cacte trên; Thân Xy lanh; Bu gi; Quy lát (Culasse, Cylinder head); Thanh truyền (Bielle, Connecting rod); 11 Cacte Bánh trục cam; Suppap hút (nạp); Suppap (xả); Piston; 10 Trục khuỷu (Crankshaft); Cấu tạo động (hình 1.2-9) gồm có: xy lanh (3) đậy nắp quy lát (7) Trên nắp (7) có khoan lổ ren để lắp bugi đánh lửa đốt cháy hòa khí nén xy lanh Piston (8) chuyển động tịnh tiến lên xuống lòng xy lanh Phần đầu piston có rảnh chứa vòng séc măng rà khít lên bề mặt lòng xy lanh tạo buồng kín đỉnh piston Hai bên hơng xy lanh quy lát có kht hai lổ cho hai supape Trong đó, supape đóng vai trò supape nạp/hút (4) dùng để hút khơng khí hỗn hợp nhiên liệu vào buồng cháy động cơ, supape đóng vai trò supape thốt/xả (6) dùng để thải hỗn hợp cháy ngồi Xy lanh lắp lên cacte (1) Đây phận đỡ cho trục khuỷu (10) trục cam Piston nối với trục khuỷu truyền (9), có nhiệm vụ truyền lực đến đẩy trục khuỷu quay Cacte lắp ghép với cacte Bộ phận có nhiệm vụ chứa nhớt bội trơn động bao kín phía Supape hoạt động nhờ vào mấu cam trục cam thơng qua đệm đẩy, đũa đẩy, cò mổ đóng lại nhờ lò xo supape Trục cam quay nhờ bánh cam dẫn động bánh trục khuỷu hay đai xích Bánh trục cam có đường kính gấp đơi bánh trục khuỷu để trục khuỷu quay hai vòng, trục cam quay vòng Vì vậy, chu kỳ làm việc supape mở lần mà thơi -8- Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng 1.2.2 Cấu tạo động Xăng kỳ): Hình 1.2.10: Kết cấu động xăng kỳ Chú thích: Bugi; Cánh gió toả nhiệt; Bình giảm thanh; 10 Cốt máy; 13 Bộ chế hồ khí; 16 Thùng xăng Nắp quy-lát; Lổ nạp; Piston; 11 Bánh đà; 14 Bình lọc gió; Xylanh; Lổ thốt; Thanh truyền; 12 Cate; 15 Khố xăng; Động hai kỳ gồm xy lanh, phía xy lanh đậy lại nắp xy lanh (quy-lát) Trên nắp quy-lát có khoan lỗ để ráp bugi Trong lòng xy lanh có piston chạy lên xuống Piston nối với cốt máy nhờ chi tiết trung gian truyền Xy lanh lắp cạt-te kín Cạt-te gọi hộp trục khuỷu làm chỗ đỡ cho trục khuỷu  Nói chung, Cấu tạo động Xăng phân thành số nhóm, cấu hệ thống sau: Nhóm chi tiết cố định: có nhiệm vụ bao kín động làm giá đỡ cho chi tiết bên bên ngồi động gồm: khối xy lanh, nắp xy lanh (nắp quy lát), cacte trên, cacte (cacte dầu), mặt bích đậy kín hai bên hơng động -9- Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng Nhóm cấu phát lực: có nhiệm vụ nhận lực từ áp lực khí cháy sinh xy lanh động truyền ngồi cho thiết bị cơng tác thơng qua trục khuỷu Cơ cấu phát lực bao gồm: nhóm piston(piston, chốt piston, séc măng vòng chặn chốt piston), nhóm truyền (thanh truyền, nón truyền, bu lơng truyền bạc lót) nhóm trục khuỷu (trục khuỷu bánh đà) Cơ cấu phối khí: có nhiệm vụ điều khiển q trình nạp hồ khí (hỗn hợp nhiên liệu khơng khí) vào xy lanh kỳ hút/nạp thải/xả khí cháy vào kỳ thải theo thứ tự nổ xy lanh Hệ thống cung cấp nhiên liệu: có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho xy lanh theo tỷ lệ phù hợp với chế độ làm việc khác động gồm có: thùng chứa, bơm xăng, bầu lọc, chế hồ khí Hỗn hợp khơng khí nhiên liệu (hồ khí) tạo thành bên ngồi buồng cháy chế hồ khí gắn đường ống nạp Hệ thống đánh lửa: tạo dòng điện có điện cao phát tia lửa với cường độ mạnh làm cháy hỗn hợp khí gồm có: Accu, biến đổi điện áp, tụ điện, chia điện bugi Hệ thống bơi trơn: đưa dầu bơi trơn đến mặt ma sát động nhằm: giảm ma sát, bề mặt ma sát, làm mát ổ trục Hệ thống bơi trơn gồm có: cacte chứa dầu bơi trơn, bơm dầu, bình lọc thơ – tinh, két dầu, đồng hồ đo áp suất, ống dẫn Hệ thống làm mát: đảm bảo tản nhiệt từ động ngồi giúp động làm việc bình thường; có cách làm mát: nước (gồm có: bơm nước, đường nước làm mát, két nước, quạt gió) gió (gồm có: tản nhiệt, quạt làm mát cấu dẫn động quạt) Hệ thống khởi động: đảm bảo cho động khởi hành nhanh chóng; khởi động điện, động lai, khí nén 1.3 NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG: 1.3.1 Các thuật ngữ khái niệm (hình 1.3-1): Điểm chết (tử điểm): vị trí cuối piston xy lanh mà khơng thể di chuyển tiếp Tại vị trí đó, vận tốc piston khơng piston đổi chiều chuyển động Có hai điểm chết: điểm chết trên/tử điểm thượng điểm chết dưới/tử điểm hạ:  Điểm chết (ĐCT): vị trí piston nằm phía xy lanh, xa đường tâm trục khuỷu  Điểm chết (ĐCD): vị trí piston nằm phía xy lanh, gần đường tâm trục khuỷu Hành trình piston (khoảng chạy S piston): khoảng dịch chuyển piston hai điểm chết Có hai khoảng chạy, khoảng chạy lên khoảng chạy xuống Đường kính xy lanh D (lòng xy lanh) : đường kính xy lanh Thể tích xy lanh (dung tích xy lanh, Vh): thể tích xy lanh mà piston giải phóng di chuyển từ ĐCT đến ĐCD ngược lại Thể tích cơng tác tính sau: - 10 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng 4.10 Các tượng cháy không bình thường động xăng Quá trình cháy động xăng diễn bình thường màng lửa dòch chuyển đặn xuyên suốt buồng cháy tiêu thụ hết toàn hỗn hợp Tuy nhiên có nhiều yếu tố, chẳng hạn thành phần nhiên liệu, kết cấu điều kiện vận hành động cơ, muội than thành buồng cháy… gây cháy không bình thường Có dạng cháy không bình thường hay xảy nhất: cháy kích nổ đánh lửa bề mặt 4.10.1 Cháy kích nổ: Cháy kích nổ tượng cháy xảy tự cháy phận môi chất công tác phía trước màng lửa Trong trình lan tràn màng lửa buồng cháy, hỗn hợp khí chưa cháy trước màng lửa bò nén mạnh, áp suất, nhiệt độ khối lượng riêng gia tăng Một vài phận hỗn hợp trước màng lửa phát sinh tự cháy với tốc độ tỏa nhiệt lớn (khoảng đến 25 lần so với tốc độ tỏa nhiệt trường hợp cháy bình thường) Kích nổ gây dao động áp suất xy lanh với tần số cao, tạo tiếng kêu kim loại sắc Cháy kích nổ có xuất hay không phụ thuộc vào thời gian lan tràn màng lửa đến vò trí có khả gây kích nổ thời gian cần thiết để hình thành trung tâm tự cháy Kích nổ không xảy màng lửa lan tới trước phản ứng hỗn hợp khí chưa cháy có đủ thời gian gây tự cháy ngược lại Hình 3.19 Cháy kích nổ - 121 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng 4.10.2 Đánh lửa bề mặt: Đánh lửa bề mặt tự cháy gây chi tiết nóng buồng cháy động Sự cháy không bình thường xảy trước sau bật tia lửa điện Nó tạo màng lửa hay nhiều màng lửa đồng thời Hình 3.20 Hiện tượng đánh lửa bề mặt 4.11 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình cháy động xăng 4.11.1 Ảnh hưởng chất lượng hòa khí tới trình cháy Thành phần hòa khí Quá trình cháy cháy kiệt kòp thời hay không phụ thuộc vào tốc độ lan truyền màng lửa Nhân tố gây ảnh hưởng đến v, m/s tốc độ lan truyền màng lửa thành phần hòa khí 23 21 19 17 15 0,6 0,8 1,0 1,2 α Hình 4.21 Ảnh hưởng thành phần hòa khí α tới tốc độ lan truyền màng lửa - 122 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng Kết thực nghiệm chứng minh rằng: thành phần hòa khí khác cho tốc độ lan truyền màng lửa khác nhau, với α = 0,85 ÷ 0,95 tốc độ lan truyền màng lửa cao nhất, áp suất nhiệt độ đạt giá trò cực đại, công suất động cao Nếu hòa khí nhạt tốc độ lan truyền màng lửa giảm bớt nên công suất động giảm dần Nhưng nhiên liệu cháy kiệt (vì có đủ oxy hơn) nên hiệu suất cao Khi α = 1,05 ÷ 1,1 nhiên liệu cháy hoàn toàn, hiệu suất đạt cao nhất, gọi thành phần hoà khí tiết kiệm Tiếp tục làm nhạt hòa khí hiệu suất lợi dụng nhiệt tiếp tục tăng Nhưng hòa khí nhạt, tốc độ lan truyền màng lửa giảm, tốc độ cháy chậm, làm tăng phần cháy rớt dẫn đến giảm hiệu suất Nếu hòa khí nhạt, thời gian cháy rớt kéo dài tới cuối kỳ thải gây tượng hồi hỏa Nếu hòa khí nhạt làm cho khoảng cách phần tử lớn, khiến màng lửa lan hòa khí, động hoạt không ổn đònh chí gây bỏ lửa chết máy Trong thực tế, để đạt độ tin cậy động làm việc, thành phần hòa khí thường nằm giới hạn từ 0,8 ÷ 1,2 Do α = 1,3 ÷ 1,4 giới hạn thành phần hòa khí đảm bảo màng lửa lan truyền Tương tự hòa khí có thành phần đậm α = 0,85 ÷ 0,95, tốc độ lan truyền màng lửa giảm sút làm công suất giảm, lượng nhiên liệu không cháy hết tăng lên, nên làm tăng lượng nhiên liệu tiêu hao Khi α = 0,4 ÷ 0,5 thiếu oxy trầm trọng, khiến hòa khí không cháy được, giới hạn thành phần hòa khí đảm bảo cho màng lửa lan truyền Thành phần hòa khí gây ảnh hưởng rõ rệt tới kích nổ Phần biết hòa khí đậm với α = 0,85 ÷ 0,95 có tốc độ lan truyền màng lửa lớn cho nhiệt độ áp suất cao cuối kỳ cháy nhanh Lúc thời gian cháy trễ số hòa khí cuối hành trình màng lửa ngắn nhất, với α = 0,85 ÷ 0,95 khuynh hướng gây kích nổ hòa khí mạnh Phân phối hòa khí vào xylanh Trong động nhiều xylanh chất lượng hòa khí liên quan đến liên quan đến phân phố số lượng thành phần hòa khí vào xylanh Nếu phân phối không số lượng thành phần hòa khí làm giảm công suất hiệu suất động Phân phối không chủ yếu phần nhiên liệu nặng khó bay hơi, thành phần lại dễ gây kích nổ, việc phân phối hòa khí không làm tăng khuynh hướng gây kích nổ số xylanh - 123 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng Trong động xăng, bay nhiên liệu hình thành hòa khí phần lớn thực đường nạp Vì việc phân phối đồng số lượng thành phần hòa khí phụ thuộc vào cấu tạo cách phân bố đường ống nạp Động xăng kỳ xylanh thường dùng hai nhánh ống nạp (hình 4- 26) Cách bố trí đảm bảo cho khoảng cách chuyển hướng dòng chảy từ chế hòa khí đến supap nạp xylanh tương tự Nguyên tắc chung để giảm cản cho đường nạp đạt độ đồng số lượng thành phần hòa khí vào xylanh rút ngắn chiều dài nhánh ống nạp đường nạp chung, giữ cho hành trình dòng khí nạp số lượng lần đổi chiều lưu động tính từ chế hòa khí đến xylanh giống tránh tượng trùng điệp hai xylanh nhánh ống 4.11.2 Ảnh hưởng tia lửa điện đến trình cháy Ảnh hưởng tia lửa điện đến trình cháy gồm có: góc đánh lửa sớm, vò trí đặt bougie, loại bougie lượng tia lửa điện Góc đánh lửa sớm Người ta dùng góc đánh lửa sớm làm để đo thời điểm đánh lửa Góc đánh lửa sớm θ tính từ thời điểm bật tia lửa điện piston lên tới ĐCT, có ảnh hưởng lớn tới tính kòp thời trình cháy Giá trò tốt θ phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu, tốc độ phụ tải động Khi bật tia lửa điện sớm phần hòa khí bốc cháy trước ĐCT, làm cho áp suất xylanh tăng lên sớm mà làm tăng áp suất lớn cháy, làm tăng phần công tiêu hao trình nén làm giảm diện tích đồ thò công Đồng thời đánh lửa sớm làm cho nhiệt độ số hòa khí khu vực cuối hành trình màng lửa tăng cao, qua làm tăng khuynh hướng kích nổ hòa khí Trong thời gian sử dụng động cơ, xảy kích nổ điều chỉnh góc đánh lửa muộn để loại trừ kích nổ Góc đánh lửa tối ưu xác đònh qua thực nghiệm cách xây dựng đặt tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm, đặt tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm thể biến thiên công suất Ne suất tiên hao nhiên liệu ge theo góc đánh lửa sớm θ Vò trí đặt bougie Vò trí đặt bougie buồng cháy gây ảnh hưởng lớn tới khuynh hướng gây kích nổ Khoảng cách từ vò trí đánh lửa tới khu vực xa buồng cháy dài (tức hành trình màng lửa dài) khuynh hướng gây kích - 124 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng nổ lớn Nếu đặt bougie gần sát supap nạp supap xả làm tăng khả tăng cao nhiệt độ khối hòa khí cuối hành trình màng lửa, nhiệt độ lớn supap xả gây ra, làm tăng khuynh hướng kích nổ Do cần phải đặt bougie sát với khu vực buồng cháy gần phận nóng buồng cháy, qua mặt rút ngắn hành trình màng lửa, mặt khác giảm bớt nhiệt độ khối hòa khí khu vực cuối hành trình màng lửa làm giảm khuynh hướng gây kích nổ Loại bougie Chọn loại bougie phải dựa vào trạng thái phụ tải nhiệt động Khả lực chòu phụ tải nhiệt bougie gọi đặc tính nhiệt bougie thể qua số nhiệt Chọn loại cần phải đảm bảo cho động hoạt tốt tốc độ thấp không tạo điểm nóng để gây đánh lửa động làm việc tải lớn Thực nghiệm cho thấy: nhiệt độ phần đầu sứ cách điện phải nằng phạm vi 580 ÷ 850oC động hoạt động bình thường, phạm vi nhiệt độ dầu bôi trơn vào xylanh bám cực bougie bò bốc cháy, tự làm giảm khả gây tích muội than khe hở cực bougie Nếu thấp 580 oC muội than bám cực bougie làm đoản mạch gây nên tượng bỏ lửa (không có tia lửa điện) Nếu nhiệt độ lớn 850 oC làm cho cực bougie trở thành điểm nóng, dễ gây đánh lửa bề mặt làm phá sứ cách điện, phải làm cho nhiệt độ phần đầu sứ cách điện nằm phạm vi nhiệt độ cho phép Đặt tính nhiệt bougie nhân tố đònh nhiệt độ bougie, phụ thuộc vào tình hình khó dễ tản nhiệt đầu sứ cách điện Nếu phần đầu sứ cách điện tương đối dài (hình 4- 27a), sứ cách điện dễ hấp thụ nhiệt, làm tăng hành trình đường truyền nhiệt gây khó tản nhiệt, hoạt động nhiệt độ đầu sứ cách điện tương đối lớn nên gọi bougie nóng Nếu phần đầu sứ cách điện ngắn (hình 4- 27b), làm cho hành trình đường truyền nhiệt ngắn Khi hoạt động đầu sứ cách hấp thụ nhiệt ít, tản nhiệt nhiều, trò số nhiệt bougie loại tương đối lớn nên gọi bougie lạnh - 125 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng Động với tỷ số nén lớn chạy tốc độ cao, có mức độ cường hóa có nhiệt độ chu trình cao mà thời gian tản nhiệt loại bougie lại ngắn, nên phải chọn bougie tương đối “lạnh”, để không xảy đánh lửa bề mặt Với động có tỷ số nén nhỏ lại chạy tốc độ thấp, nhiệt chu trình không cao, chọn loại bougie tương đối “nóng” để không kết muội than đầu điện cực bougie Năng lượng tia lửa, lượng tia lửa phải đủ sức đốt cháy hỗn hợp xylanh động Điều giải loại hệ thống đánh lửa bán dẫn, với nhiều ưu điểm - Khắc phục hoàn toàn tượng bỏ lửa tốc độ cao - Tuổi thọ tiếp điểm tăng lên nhiều, dòng điện qua tiếp điểm khoảng 1/10 so với đánh lửa truyền thống (khoảng 300 ÷ 700mA) - 126 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng u, m/s 50 θo 24 40 23 30 20 20 10 1.000 1.200 1.400 1.600 1.200 1600 2000 2400 2800 n, vg/ph n, vg/ph Hình 4.22 Ảnh hưởng tốc độ động n tới tốc độ lan truyền màng lửa u Hình 4.23 Ảnh hưởng tốc độ n tới góc đánh lửa sớm θ - Dễ khởi động trời lạnh Ngoài lượng tia lửa lớn nên gia tăng tốc độ cháy, giảm cháy rớt, làm tăng công suất hiệu suất động Người ta dùng giải pháp phân lớp hòa khí, đảm bảo cho hòa khí khu vực cực bougie có thành phần đậm (α = 0,85 ÷ 0,95) để tạo màng lửa mạnh, lan truyền đốt kiệt số hòa khí lại với thành phần nhạt (α tới 2), nhằm tiết kiệm xăng, giảm ô nhiểm môi trường (giảm CO) 4.11.3 Ảnh hưởng tốc độ phụ tải tới trình cháy Ảnh hưởng tốc độ Khi tăng tốc độ động cơ, mặt làm tăng tốc độ dòng khí nạp vào xylanh Mặt khác tăng tốc độ dòch chuyển piston làm tăng cường độ dòng khí bò nén, cải thiện chất lượng hòa trộn hòa khí Ngoài tăng tốc độ làm tăng nhiệt độ hòa khí cuối kỳ nén, gia tăng trình chuẩn bò cháy hòa khí, kết làm tăng nhanh tốc độ lan truyền màng lửa (hình 4- 28) Nếu giữ nguyên không thay đổi góc phun sớm gây tượng kéo dài thời kỳ cháy rớt sang trình giãn nở, làm giảm hiệu suất động Muốn khắc phục hậu trên, đảm bảo cho trình cháy tiến triển bình thường tốc độ cần tăng góc đánh lửa sớm tăng tốc độ động (hình 4- 29) nhờ tác dụng ly tâm hai văng đóa chia điện - 127 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng Khi tăng số vòng quay, làm tăng tốc độ lan truyền màng lửa, mặt khác làm tăng lượng khí sót lại xylanh, qua làm giảm tốc độ phản ứng hòa khí khu vực cuối hành trình màng lửa Như tốc độ lớn khó kích nổ, ngược lại tốc độ thấp, dễ gây kích nổ Ảnh hưởng tải Động xăng có chế hòa khí sử dụng biện điều chỉnh lượng hòa khí tải nhỏ, đóng bớt bướm ga, tạo cản dòng khí nạp, qua làm giảm lượng hòa khí vào xylanh Nhưng lúc lượng khí sót lại buồng cháy thay đổi không nhiều, làm tăng hệ số khí sót γr qua làm gia tăng độ loãng hòa khí tăng thời gian cháy trễ, kết làm tăng thời gian trình cháy Như tải nhỏ cần tăng góc đánh lửa sớm Mặc dù góc đánh lửa sớm thay đổi tốc độ cháy rút ngắn thời gian cháy giúp cho trình cháy thực kòp thời gần khu vực ĐCT Muốn tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo tải người ta lắp điều chỉnh đánh lửa sớm chân không đóa chia điện: đóng nhỏ bướm ga độ chân không phía sau bướm gió lớn làm tăng góc đánh lửa sớm Ở tải lớn lượng hòa khí nạp vào xylanh tăng, làm tăng áp suất cháy Mặt khác hệ số khí sót γr giảm, nên dễ gây kích nổ Ở tải nhỏ, áp suất cuối kỳ nạp thấp, ảnh hưởng xấu tới trình cháy, khiến áp suất cháy giảm nhiều Ở tải nhỏ, hệ số khí sót γr tăng lên, làm giảm hội gặp gỡ oxy nhiên liệu Trong trường hợp này, để nâng cao mức độ lợi dụng oxy buồng cháy, người ta làm cho hòa khí đậm hơn, gia tăng thêm tốc độ cháy Vì tải nhỏ thành phần hòa khí phải đậm so với thành phần tiết kiệm tải lớn (ở tải lớn thành phần tiết kiệm α = 1,05 ÷ 1,1) 4.11.4 Ảnh hưởng tỷ số nén ε loại buồng cháy tới trình cháy Ảnh hưởng tỷ số nén ε Khi tăng tỷ số nén, áp suất nhiệt độ cuối trình nén tăng, tao điều kiện tốt cho phản ứng oxy hóa hòa khí, nhờ rút ngắn thời kỳ cháy trễ làm tăng tốc độ lan màng lửa Vì động có tỷ số nén ε cao, thời gian cháy trễ thời gian lan tràn màng lửa rút ngắn, áp suất cháy cực đại nằm sát khu vực ĐCT, tốc độ tăng áp suất ∆ p / ∆ ϕ áp suất cháy cực đại lớn Mặt khác việc tăng tỷ số nén mở rộng phạm vi sử dụng thành phần hòa khí có lợi cho việc sử dụng hòa khí nhạt Tuy nhiên việc việc tăng tỷ số - 128 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng nén làm nhiệt độ cuối trình cháy tăng cao tạo khuynh hướng tự bốc cháy lượng hòa khí khu vực cách xa bugi chí làm lượng hòa khí tự bốc cháy màng lửa từ cực bugi chưa lan tới tạo kích nổ Tăng tỷ số nén cần quan tâm đến số octan xăng, xăng có số octan thấp, khuynh hướng kích nổ lớn Ảnh hưởng loại buồng cháy tới trình cháy Loại buồng cháy có liên hệ mật thiết với Nếu loại buồng cháy làm cho hòa khí vào xylanh phải qua nhiều lần đổi hướng làm tăng lực cản đường nạp hệ số nạp thích hợp cho động xăng có tỷ số nén nhỏ Hầu hết động xăng có tỷ số nén lớn có buồng cháy dạng hình chêm, hình chậu bán cầu 4.12 Tính toán áp suất nhiệt độ cháy cân Trong trình cháy, sản phẩm khỏi hệ thống nhiệt độ thấp (nhỏ 1500C), nhiệt độ phản ứng tương đối thấp sản phẩm trình không thay đổi nhiều, ví dụ khí thải từ động đốt hóa học lượng tử có CO H, quan hệ tỉ lệ tương ứng cân phản ứng nước nhiệt độ khoảng 1800K: CO2 + H2 ↔ CO + H2O Bây ta tính toán cháy nhiên liệu (Cα H β Oγ N δ ) với không khí Nếu sản phẩm cháy bò giới hạn CO 2, CO, H2O, O2, H2 N2 công thức cháy tổng quát với không khí viết sau: 79,05   Cα H β Oγ N δ + λ (α + β / − γ / 2)O2 + N2  20,95   → n1CO2 + n2 CO + n3 H O + n H + n5 O2 + n6 N Cân nguyên tử viết: Cân C: α = n1 + n (4- 77) Cân H: β = 2n3 + 2n Cân O: γ + λ (α + β / − γ / 2) = 2n1 + n2 + n3 + 2n5 79,05 Cân N: δ + λ (α + β / − γ / 2)2 20,95 = 2n6 Với ẩn số chưa biết phương trình cân bằng, ta cần tìm thêm phương trình, đơn giản hóa ta có không oxi sản phẩm cháy giàu không H CO sản phẩm cháy nghèo, viết lại: Hỗn hợp giàu (λ 1): n2 = n4 = Hỗn hợp hóa học lượng tử (λ =1): n2 = n4 = n5 = (4- 78) Đối với hỗn hợp giàu công thức cần đến điều kiện cân nước: CO2 + H2 ↔ CO + H2O Hằng số cân kp: kp = n n3 n1 n (4- 79) Đồng thời kết công thức (4- 77), (4- 78), (4- 79) tóm tắt bảng sau: Các thành phần Hỗn hợp nghèo ( λ >1) Hỗn hợp giàu ( λ [...]... được xả ra ngồi khí trời - 11 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng 1.3.2 Ngun lý hoạt động của động cơ xăng 2 kỳ: Kỳ thứ nhất (hành trình piston đi xuống): hành trình cháy giản nỡ sinh cơng và một phần của q trình thải khí cháy đồng thời nạp hòa khí mới vào xy lanh Do đó, động cơ đã thực hiện xong một chu kỳ Lúc này, piston đang ở ĐCT, thể tích xy lanh bằng thể tích buồng cháy (Vc) Hòa khí bị nén có áp... Khi tay quay trụckhuỷu còn khoảng 450 trước ĐCD thì supape mở chấm dứt q trình giãn nở sinh cơng và bắt đầu q trình thải khí cháy ra khỏi xy lanh Như vậy Q trình cháy - giãn nở thực tế nhỏ hơn q trình cháy giãn nở lý thuyết Hình 1.3-11: Kỳ thải   Kỳ thải (thì thốt hay còn gọi là hành trình thải): Supape thốt mở sớm 450, khí cháy tn ra ngồi một phần lớn , áp suất khí trong xy lanh giản xuống rất nhanh,... ra q trình nạp, còn khí cháy được thải ra ngồi từ khơng gian AB Tương tự như vậy hình c, ở khơng gian AC q trình giãn nở kết thúc và chuẩn bị q trình thải Còn tại khơng gian AB, q trình nạp bắt đầu trong khi khơng gian BC đang thực hiện q trình nén Như vậy, khi rơ to thực hiện một chu trình tương ứng với 3 vòng quay của trục cơ 2, cả ba khơng gian đều thực hiện một chu trình làm việc gồm có các q trình. .. - Thốt khí cháy - Xú páp thốt đóng, chấm dứt thốt - Nạp khí nạp mới vào trong xy lanh - Hút hồ khí (khí nạp mới) vào cạt te 1.3.3 Ngun lý hoạt động của động cơ xăng 4 kỳ: Chu trình cơng tác của động cơ xăng bốn thì được thực hiện trong bốn hành trình của pittơng, mỗi hành trình của pittơng thực hiện một thì Hình 1.3-3: Chu trình cơng tác ĐCX 4 kỳ - 13 - Hình 1.3-4: Đồ thị cơng Quá Trình Cháy Trong... tại đây sẽ xãy ra q trình nạp; Khơng gian AB giảm dần thể tích với q trình nén, còn ở khơng gian BC diễn ra q trình thải Khi đỉnh C đi qua cửa nạp 7, khơng gian AC đạt thể tích cực đại và q trình nạp tại đây kết thúc Tiếp theo, thể tích khơng gian AC giảm dần thực hiện q trình nén mơi chất Tại vị trí hình b, bugi bật tia lửa điện để đốt hổn hợp Sau một thời gian cháy trể, q trình cháy thực sự diễn ra... động theo chu trình thực tế:  Kỳ hút (hành trình nạp): Hình 1.3-5: Diễn biến hành trình nạp Hành trình nạp thực tế lớn hơn hành trình nạp lý thuyết vì: • Supape nạp mở sớm trước khi piston tới ĐCT, tương ứng với góc quay trục khuỷu từ 30 đến 120 trước ĐCT • Supape nạp tiếp tục mở trong suốt thời gian piston đi từ ĐCT xuống tới ĐCD, tương ứng với góc quay trục khuỷu 1800 - 14 - Quá Trình Cháy Trong Động... xu hướng xử lý để cải thiện q trình cháy trong động cơ hiện nay là cải tiến nhiên liệu, kể cả nghiên cứu đưa vào sử dụng các nhiên liệu mới, xử lý trên động cơ (cải tiến kết cấu, các hệ thống của động cơ, điều khiển động cơ .) và xử lý sau động cơ (xử lý các sản phẩm cháy độc hại, gây ơ nhiễm trong khí thải động cơ) - 31 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng CHƯƠNG II QUÁ TRÌNH TẠO HỖN HP CỦA ĐỘNG CƠ... tốc độ và tải phụ thuộc vào những chi tiết của quá trình cháy động cơ Gia tăng sự thừa khí hoặc lượng khí thải tái sinh sẽ làm chậm lại quá trình cháy và gia tăng khả năng thay đổi trong các kỳ của động cơ Một chắc chắn sự cháy tối thiểu có thể lặp lại hoặc mức ổn đònh được yêu cầu để bảo đảm sự hoạt động động cơ được êm dòu Vì vậy, sự làm xấu trong sự cháy ổn đònh giới hạn sự làm loãng mà động cơ có... khuỷu khoảng từ 0 0 - 80 sau ĐCT Mục đích của việc mở supape hút sau khi supape thốt đã đóng là để cho khí cháy được thải sạch ra khỏi xy lanh trước khi hút khí nạp mới vào xy lanh  Kỳ nén (Hành trình nén - thì ép): Hình 1.3-7: Diễn biến hành trình nén - 15 - Quá Trình Cháy Trong Động Cơ Xăng Q trình nén thực tế khí nạp mới trong xy lanh bắt đầu khi supape nạp vừa đóng và chấm dứt khi piston gần lên... cao này hòa khí sẵn sàng bốc cháy khi có tia lửa điện phóng ra tại bugi  Kỳ cháy - giãn nở (hành trình sinh cơng): Hình 1.3-9: Diễn biến hành trìnhsinh cơng Q trình cháy thực tế xem như được bắt đầu lúc bugi nẹt lửa (đối với động cơ xăng) hoặc lúc nhiên liệu diesel phun vào xy lanh (đối với động cơ diesel), tương ứng với góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm Hình 1.3-10: Kỳ cháy Ở động cơ xăng, hòa khí