- PME: Mêthyl este của dầu dừa hay dầu hạt caụ Bên cạnh ựó còn có mêthyl este từ mỡ nhưng chỉ có những sản phẩm hoàn toàn từ dầu thực vật
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.3. Quá trình cháy
Quá trình cháy nhiên liệu ựược phun tơi có tắnh chất dây truyền nhiều giai ựoạn. Nguồn bốc cháy nằm ở gần biên ngoài chùm tia nhiên liệu, ở ựó sự giảm nhiệt ựộ do bay hơi nhỏ hơn ở trục và thành phần có lợi hơn ựể bốc cháỵ Ở nhiệt ựộ thấp, ựộ dài của thời kỳ hãm cháy lớn và hỗn hợp ựạt tắnh ựồng nhất ở mức caọ Ở trường hợp này xuất hiện rõ ràng tắnh chất hai giai ựoạn của quá trình trước khi cháy, có nghĩa là lúc ựầu lan truyền theo hỗn hợp ngọn lửa lạnh và sau ựó sinh ra ngọn lửa nóng. Khi nhiệt ựộ cao hơn ngọn lửa lạnh ở các vùng khác nhau của khắ nạp không ựồng nhất sẽ sinh ra không ựồng nhất và do tiếp tục tăng nhiệt ựộ quá trình trở thành một giai ựoạn [15], [19].
Quá trình tạo thành hỗn hợp bắt ựầu hạn chế sự cháy ở các vùng nhiệt ựộ cao, vì tốc ựộ của nó và nhiệt ựộ ở mức ựộ nhỏ hơn phản ứng hóa học.
Khi ựốt cháy nhiên liệu phun tơi xảy ra sự liên hợp tất cả các quá trình liên hợp tất cả các quá trình ựã nghiên cứụ Sự sinh ra nguồn bốc cháy xảy ra theo cơ cấu bốc cháy thể tắch, ngọn lửa tiếp theo lan truyền theo hỗn hợp hơi - không khắ, ựược chuẩn bị cho sự cháy ở sau kỳ hãm cháỵ Cuối cùng phần còn lại sẽ cháy theo cơ cấu cháy khuếch tán.
Quá trình cháy ở ựộng cơ diesel ựược phân tắch trên ựồ thị chỉ thị tọa ựộ p Ờ φ trên hình 2-4. Khi ựó quá trình cháy ựược chia thành các pha:
* Pha cháy thứ nhất hoặc thời kỳ hãm cháy xác ựịnh bởi khoảng thời gian τi hoặc góc quay trục khuỷu θ1 từ khi bắt ựầu phun (ϕKBn) ựến thời ựiểm mà áp suất trong xilanh do tỏa nhiệt trở nên cao hơn áp suất khi nén khắ không phun nhiên liệu (ựiểm a trên ựồ thị áp suất).
b)
Hình 2-4. đồ thị chỉ thị và ựặc tắnh cấp nhiệt δ và nhả nhiệt λ
a- các pha cháy; b- ảnh hưởng của ựặc tắnh phun ựến sự thay ựổi áp suất trong xilanh khi cháy
Thời kỳ hãm cháy khi phun nhiên liệu lỏng là thời gian cần thiết ựể phá vỡ dòng tia thành hạt, dịch chuyển theo thể tắch buồng ựốt, hâm nóng, bay hơi từng phần, hòa trộn hơi nhiên liệu với không khắ cũng như thời gian tự khởi hành phản ứng hóa học.
Tắnh không ựồng nhất của hỗn hợp ảnh hưởng thuận ựến tiến trình bốc cháy bởi vì sẽ tạo ra ở vùng nào ựó ựiều kiện có lợi nhất ựể bốc cháy theo thành phần hỗn hợp và nhiệt ựộ. Nếu thời kỳ hãm cháy lớn hơn thời gian phun, tất cả nhiên liệu phun vào xilanh trước khi bốc cháy phần lớn sẽ hóa hơi và hòa trộn với không khắ. Do bốc cháy thể tắch, áp suất trong xilanh tăng cao làm tăng tải trọng ựộng lực học lên các chi tiết và gây ồn.
Các yếu tố ảnh hưởng ựến pha cháy thứ nhất
1) Tắnh bốc cháy của nhiên liệu: tắnh chất này ựược ựánh giá bởi chỉ số cetane, xác ựịnh bằng thiết bị ựặc biệt. Số cetane càng lớn thì nhiên liệu bốc cháy càng tốt.
2) Áp suất và nhiệt ựộ khắ nạp khi bắt ựầu phun nhiên liệu: tăng áp suất và ựặc biệt là tăng nhiệt ựộ sẽ rút ngắn τi. Do ựó tăng tỷ số nén, ứng dụng lùa khắ, giảm góc phun sớm có khả năng giảm τi.
3) Cường ựộ chuyển ựộng có hướng của khắ nạp: tăng cường ựộ chuyển ựộng của khắ nạp trong ựộng cơ sẽ rút ngắn không ựáng kể thời gian hãm cháỵ
4) Dạng vòi phun: ứng dụng vòi phun kắn có khả ngăng rút ngắ τi
không nhiều lắm.
5) Thay ựổi tải trọng: τi thay ựổi phụ thuộc vào cấu trúc của bơm nhiên liệụ Nếu thời ựiểm bắt ựầu cung cấp không thay ựổi phụ thuộc vào tải trọng thì τi thay ựổi khi giảm tải trọng do giảm áp suất và nhiệt ựộ lúc bắt ựầu phun. Nếu cả khi giảm tải trọng thời ựiểm phun bị muộn ựi thì cũng có khả năng làm giảm τi.
6) Tăng tần số quay: tần số quay lớn kéo theo tăng tốc ựộ nén, làm tốt việc phun nhiên liệu và tăng áp suất nhiệt ựộ khắ nạp ở thời ựiểm bắt ựầu phun. Ở trường hợp buồng ựốt phân cách làm tăng nhiệt ựộ họng nối và buồng phụ. Tất cả tạo khả năng rút ngắn τi khi tăng tần số quay, ựặc biệt ở ựộng cơ có buồng cháy phân cách.
Ở thời kỳ này, trong xilanh diễn ra hàng loạt các quá trình lý hóa phức tạp: + Phát triển chùm tia nhiên liệu phun trong thể tắch buồng cháy;
+ Sấy nóng và bay hơi các hạt nhiên liệu; + Phân rã các phân tử nhiên liệu thành các gốc;
+ Các phân tử chịu tác ựộng của nhiệt ựộ cao, oxy hóa các nguyên tố cháy bằng oxy không khắ.
Theo lý thuyết chuỗi về sự bốc cháy nhiên liệu thì quá trình oxy hóa diễn ra trong ựiều kiện tự tăng tốc lũy tiến kèm theo tỏa nhiệt các sản phẩm xúc tác
của các phản ứng hóa học. Thời kỳ này phần nhiên liệu phun vào xilanh ảnh hưởng rất lớn ựến ựặc tắnh diễn biến tất cả quá trình cháy tiếp theo [12].
* Pha cháy thứ hai bắt ựầu tại thời ựiểm ựược xác ựịnh như là thời ựiểm bốc cháy và kéo dài ựến khi ựạt áp suất cực ựạị đây là pha cháy cơ bản, có thể chia làm hai giai ựoạn, ựoạn ựầu (a-b) cháy phần hỗn hợp nhiên liệu không khắ chuẩn bị ở thời kỳ hãm cháy và xảy ra sự tăng nhanh áp suất, nhiệt ựộ. Từ ựiểm b quá trình chậm lại, có khả năng thay ựổi tắnh chất tỏa nhiệt và phát triển áp suất. Cháy nhiên liệu mang ựặc tắnh không ựiều khiển ựược, cường ựộ tăng áp suất trong thời kỳ này ựặc trưng cho ựộng lực học quá trình công tác, tắnh ựộng lực học ựánh giá mức ựộ tin cậy của ựộng cơ.
Các yếu tố ảnh hưởng ựến tiến trình và thời gian pha cháy thứ hai
1) Lượng và trạng thái nhiên liệu cấp vào xilanh trong thời gian τi và cấp vào ở pha cháy thứ haị Rõ ràng lượng nhiên liệu cấp vào pha cháy thứ nhất chịu ảnh hưởng thời gian của pha ựó.
Trong hai ựặc tắnh phun (hình 2-4b) ựường ựặc tắnh I ựược ưa thắch hơn bởi vì ở ựó lượng cung cấp ở pha thứ nhất nhỏ hơn và (dp/dφ)max. Phun càng tơi và thể tắch nạp vào càng nhanh, lượng phun ựầu tiên thì ở pha thứ hai tỏa nhiệt càng mạnh và sự phất triển áp suất cũng càng mạnh.
2) Tăng tốc ựộ chuyển ựộng của khắ nạp ựến một vài giá trị tối ưu có thể cường hóa sự tỏa nhiệt ở pha cháy thứ haị Khi chuyển ựộng xoáy mạnh sẽ giảm lượng nhiệt tỏa ra ở ựoạn thứ hai của pha cháy thứ haị Cường ựộ toả nhiệt ở ựoạn thứ nhất không giảm.
3) Dạng buồng ựốt: ựặc tắnh của pha cháy thứ hai phụ thuộc rõ rệt vào dạng buồng ựốt, thông qua ảnh hưởng ựến τi cũng như ựến lượng hỗn hợp nhiên liệu Ờ không khắ chuẩn bị ựể bốc cháy ở τi và sau khi bắt ựầu bốc cháỵ
4) Giảm tải trọng: khi giảm tải trọng, thời gian pha cháy thứ hai rút ngắn lại và chủ yếu là ựoạn thứ hai do lượng khắ và thời gian cung cấp giảm.
5) Tăng tốc ựộ quay: khi tăng tần số quay τII giảm ựi khi θII hầu như không thay ựổị Do ựó làm tốt việc phun của nhiên liệu, giảm thời gian phun và tăng cường ựộ chuyển ựộng của khắ nạp, tăng các thông số trạng thái p và T nhờ gia tốc phản ứng hóa học.
* Pha cháy thứ ba hay là pha khuếch tán nhanh, thường chỉ biểu hiện rõ khi tải trọng lớn ở ựộng cơ diesel lùa khắ, bắt ựầu ở thời ựiểm áp suất cực ựại và kết thúc ở ựiểm nhiệt ựộ cực ựạị Nhiệt ựộ cực ựại của chu trình luôn ựạt ựược muộn hơn áp suất cực ựại, ựiều này do sau khi kết thúc pha cháy thứ hai xảy ra sự tỏa nhiệt mạnh. Do nhạy cảm hơn với sự thay ựổi thể tắch (p≈1/Vn2) áp suất bắt ựầu giảm khi ựạt ựược sự phối hợp giữa tốc ựộ truyền nhiệt và sự tăng thể tắch. Nhiệt ựộ khắ thay ựổi chậm hơn khi tăng thể tắch (T≈1/Vn2-1), do ựó sự giảm nhiệt ựộ bắt ựầu xảy ra ở tốc ựộ thay ựổi thể tắch lớn, có nghĩa là sau ựiểm chết trên.
Các yếu tố ảnh hưởng ựến pha cháy thứ ba
1) Chất lượng và lượng phun nhiên liệu sau khi bắt ựầu cháy: nếu sự phun kết thúc trước khi bắt ựầu pha thứ ba thì lượng nhiệt tỏa ra ở pha này nhỏ. điều này xảy ra từng phần khi ựộng cơ có tải trọng nhỏ.
2) Tốc ựộ chuyển ựộng của khắ nạp: tăng tốc ựộ chuyển ựộng của khắ nạp ựến một giá trị tối ưu làm tăng sự tỏa nhiệt ở pha thứ tư. Khi khắ nạp chuyển ựộng xoáy, sự tỏa nhiệt ở pha thứ ba giảm do làm xấu sự phân bố nhiên liệu ở thể tắch khắ vì có sự dịch chuyển sản phẩm cháy từ vùng này ựến vùng khác của chùm tiạ Cả hai yếu tố ựều làm tăng sự cháy không hoàn toàn và gây nên khói ở ựộng cơ diesel.
3) Lùa khắ: lùa khắ làm tăng tỏa nhiệt. Khi lùa khắ, lượng nhiệt tỏa ra ở pha thứ ba có thể cao hơn lượng nhiệt tỏa ra ở pha thứ haị Cùng với tăng mức ựộ lùa khắ, thời gian và sự tỏa nhiệt ở pha này cũng tăng.
4) Tăng tần số quay: lượng cung cấp và sự phun ựược cường hóa và tốc ựộ chuyển ựộng của khắ nạp tăng do tăng tần số quaỵ Thời kỳ này theo thời gian ựược ngắn lại còn theo góc quay có tăng chút ắt.
* Pha cháy thứ 4 hay cháy rớt: kéo dài từ thời ựiểm ựạt ựược nhiệt ựộ cực ựại ựến khi kết thúc tỏa nhiệt. Ở pha này cũng xảy ra cháy khuếch tán nhưng ở tốc ựộ dịch chuyển nhỏ bởi vì phần cơ bản của chất ôxi hoá ựã ựược sử dụng hết. Xung tần số cao ựảm bảo tốc ựộ tương ựối giữa các phần tử nhiên liệu và chất oxy hóa rất khó xảy rạ Ở trong khắ làm việc có chứa nhiều muội than ựược tạo ra trong tiến trình của hai pha cháy ựầu tiên. Thời kỳ cháy rớt có ở tất cả các loại ựộng cơ diesel, nhưng ựối với ựộng cơ thấp tốc thời kỳ này ngắn hơn, còn ở ựộng cơ cao tốc thời kỳ này kéo dài có khi ựến cuối quá trình giãn nở, có nghĩa là ựến lúc bắt ựầu xả. Thời kỳ này thôi cấp nhiên liệu, áp suất trong xilanh, nồng ựộ oxy và tốc ựộ tỏa nhiệt giảm, tăng nồng ựộ sản vật cháỵ Cháy rớt trên ựường giãn nở làm tăng ứng suất nhiệt các chi tiết nhóm pittông Ờ xilanh, tăng tổn thất nhiệt và giảm tắnh kinh tế của ựộng cơ.
Các yếu tố ảnh hưởng ựến pha cháy thứ tư
1) Xung ựộng cháy của khắ làm tăng xác suất tiếp xúc giữa các phần tử nhiên liệu và chất oxy hóạ Xung tần số cao ựảm bảo tốc ựộ tương ựối giữa các phần tử muội và khắ nạp ựủ ựể hoàn thành việc ựốt cháỵ
2) Tắnh ựồng nhất và chất lượng phun của lượng nhiên liệu phun vào ở cuối quá trình. đường kắnh cực ựại của hạt càng lớn thì thời gian cháy nốt càng kéo dàị Quá trình phun kết thúc không rõ ràng có thể gây nên sự trì trệ không cho phép của quá trình cháỵ Khi ựó không chỉ sự sử dụng nhiệt xấu ựi
mà còn giảm ựộ tin cậy làm việc của ựộng cơ do tạo cốc ở lỗ phun và ở các chi tiết.
3) Nhiên liệu rơi vào bề mặt nguội ở không gian bên trong xilanh, ảnh hưởng này cũng gây nên sự kéo dài cháy nốt.
4) Lùa khắ: theo quy luật dẫn ựến sự cháy nốt kéo dài hơn một chút do tăng thời gian phun và làm xấu sự phân bố nhiên liệu theo thể tắch buồng ựốt.
để rút ngắn thời gian cháy rớt trên ựường giãn nở thường thực hiện bằng các phương pháp sau [12]:
+ Tăng hệ số dư lượng không khắ và góc phun sớm nhiên liệu (trong giới hạn cho phép);
+ Giảm thời gian phun và vòng quay ựộng cơ;
+ Tăng áp suất và nhiệt ựộ môi chất cuối quá trình nén; + Cải thiện chất lượng phun nhiên liệu và hòa trộn hỗn hợp.
Khi dùng nhiên liệu nặng (ựộ nhớt cao) hiện tượng cháy rớt có thể rút ngắn lại bằng cách chọn nhiệt ựộ sấy nóng tối ưụ