2. Lượng khơng khí thực tế để đốt cháy 1kg nhiên liệu
3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến các giai đoạn của qúa trình cháy 1 Các yếu tốảnh hưởng đến giai đoạn chuẩn bị cháy
Thời gian của giai đoạn chuẩn bị cháy rất ngắn τi= 0,005 ÷ 0,001 (giây). Thời gian chuẩn bị cháy và quy luật cấp nhiên liệu hay lượng nhiên liệu cấp trong thời gian chuẩn bị cháy cĩ ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ tăng áp suất và độ cứng của động cơ làm việc êm, tránh được các hư hỏng do ứng suất cơ gây ra. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian chuẩn bị cháy bao gồm các yếu tố hĩa học, các yếu tố vật lý, các yếu tố cấu tạo và các yếu tố về khai thác.
Các yếu tố về hĩa học bao gồm thành phần, tính chất và cấu trúc của nhiên liệu, nồng độ ơxy trong buồng đốt, lượng khí sĩt cịn sĩt lại từ chu trình trước và các chất phụ gia kích thích qúa trình cháy khi pha thêm vào nhiên liệu.
Trong các yếu tố về hĩa học thì thành phần và tính chất của nhiên liệu cĩ ảnh hưởng đáng kể đến giai đoạn chuẩn bị cháy. Trị số xêtan của nhiên liệu sử dụng càng lớn càng rút ngắn thời gian chuẩn bị cháy và do vậy tốc độ tăng áp suất sẽ giản đi. Tăng nồng dộ ơxy, giảm lượng khí sĩt trong buồng đốt hay pha thêm các chất phụ gia kích thích qúa trình cháy vào trong nhiên liệu đều cĩ thể làm rút ngắn thời gian chuẩn bị cháy.
Ảnh hưởng của loại nhiên liệu sử dụng đến qúa trình cháy trong xy lanh động cơ được chỉ ra trên hình 3.2.
Hình 3.2 Ảnh hưởng của loại nhiên liệu đến qúa trình cháy trong xy lanh động cơ (từ 4 đến 5 ứng với sự giảm dần của TSXT cĩ trong nhiên liệu).
Các yếu tố vật lý bao gồm áp suất, nhiệt độ cuối qúa trình nén và mật độ khơng khí trong buồng đốt.
Trong các yếu tố vật lý thì áp suất và nhiệt độ cuối kỳ nén cĩ ảnh hưởng nhiều nhất đến giai đoạn chuẩn bị cháy. Tăng áp suất và nhiệt độ cuối qúa trình nén sẽ rút ngắn được τi. Tuy nhiên, người ta cũng chứng tỏ được rằng khi
nhiệt độ cuối kỳ nén nhỏ hơn 400oC thì ảnh hưởng của Tc đến τi mới thấy rõ. Cịn khi Tc lớn hơn 400oC thì ảnh hưởng của nĩ đến thời gian chuẩn bị cháy là khơng đáng kể.
Các yếu tố kết cấu bao gồm tỷ số nén, kết cấu buồng cháy, số vịng quay động cơ, gĩc phun sớm nhiên liệu, tính dẫn nhiệt của piston, xy lanh, cường độ làm mát piston là các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến giai đoạn chuẩn bị cháy.
Các yếu tố kết cấu ảnh hưởng đến thơng số cuối kỳ nén và chất lượng hịa trộn của hỗn hợp. Tăng ε sẽ làm cho thơng số cuối kỳ nén tăng, tạo điều kiện thuận lợi cho sự chuẩn bị cháy nhiên liệu. Đối với động cơ sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau thì ảnh hưởng của tỷ số nén đến thời gian chuẩn bị cháy cũng khác nhau.
Tăng số vịng quay của động cơ làm cho thời gian chuẩn bị cháy τi giảm xuống cịn gĩc tương ứng với thời gian chuẩn bị cháy ϕi ngược lại lại tăng lên.
Ảnh hưởng của tỷ số nén ε và số vịng quay động cơ đến thời gian chuẩn bị cháy được thể hiện trên hình 3-3.
Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ số nén ε và tốc độ quay đến gĩc chuẩn bị cháyϕi(ogqtk) 1. TSXT = 40 2. TSXT = 60
Cịn ảnh hưởng của gĩc phun sớm được giải thích như sau: mỗi động cơ, khi làm việc ở tốc độ quay định mức đều cĩ một gĩc phun sớm cĩ lợi nhất gọi là gĩc phun sớm tối ưu.
Tăng gĩc phun sớm lớn hơn gĩc phun sớm tối ưu tức là nhiên liệu được phun vào trong xy lanh động cơ khi nhiệt độ và áp suất trong xy lanh cịn thấp dẫn đến thời gian chuẩn bị cháy qúa lớn sẽ làm cho qúa trình cháy cứng, ứng suất cơ tăng.
Cịn giảm gĩc phun sớm so với gĩc phun sớm tối ưu sẽ làm cho qúa trình cháy rớt phát triển, tính kinh tế của động cơ giảm xuống.
Chất lượng tạo hỗn hợp sẽ làm thay đổi qúa trình ơxy hĩa các hạt nhiên liệu trong thời gian chuẩn bị cháy và do đĩ thời gian chuẩn bị cháy sẽ dài ra hay ngắn đi. Chất lượng tạo hỗn hợp phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng phun sương nhiên liệu và chuyển động xốy lốc của dịng khơng khí cuối kỳ nén. Động cơ cĩ buồng cháy xốy lốc cĩ khả năng tạo hỗn hợp tốt hơn động cơ cĩ buồng cháy thống nhất.
Vật liệu chế tạo piston cũng cĩ ảnh hưởng đáng kể tới thời gian chuẩn bị cháy, đặc biệt là ở chế độ khởi động. Những động cơ cĩ piston chế tạo bằng nhơm khi ở chế độ khởi động sẽ khĩ khởi động hơn hoặc dễ bị nhảy van an tồn do thời gian chuẩn bị cháy kéo dài. Ở những động cơ này, thời gian chuẩn bị cháy bị kéo dài chủ yếu do khả năng truyền nhiệt tốt của piston và khe hở giữa piston và xy lanh lớn do hệ số giãn nở nhiệt lớn, điều này làm giảm chỉ số nén đa biến và dẫn đến làm giảm áp suất và nhiệt độ cuối kỳ nén.
Các yếu tố về khai thác bao gồm các điều kiện về mơi trường như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm khơng khí mơi trường, nhiệt độ nước làm mát, phụ tải và trạng
thái nhiệt của động cơ. Các yếu tố này sẽ ảnh hưởng đến các thơng số vật lý, hĩa học và do đĩ ảnh hưởng đến thời gian chuẩn bị cháy trong xy lanh động cơ.