CHƯƠNG 3 : QUÁ TRÌNH CHÁY
3.3 Quá trình tạo hỗn hợp cháy
3.3.3 Chất lượng quá trình tạo hhc ở động cơ diesel
Chất lượng của quá trình tạo HHC ở động cơ diesel được đánh giá thông qua các đại lượng : độ đồng nhất của HHC, chất lượng định lượng, chất lượng định thời và quy luật hình thành HHC.
1) Độ đồng nhất của HHC
Độ đồng nhất của HHC cũng có ảnh hưởng đến tính năng và các chỉ tiêu khác của động cơ diesel tương tự như đối với động cơ xăng. Tuy nhiên, đặc điểm quá trình tạo HHC ở động cơ diesel rất khác so với ở động cơ xăng, cụ thể : HHC của động cơ diesel được hình thành ở bên trong khơng gian cơng tác của xilanh trong một khoảng thời gian rất ngắn so với thời gian diễn ra tồn bộ chu trình cơng tác, cho nên thực tế rất khó tạo ra một HHC đồng nhất tại thời điểm nhiên liệu phát hoả. Chính vì vậy mà các biện pháp đồng nhất hoá HHC ở động cơ diesel phức tạp và đa dạng hơn nhiều. Có thể liệt kê dưới đây một số biện pháp phổ biến :
- Phun nhiên liệu vào buồng đốt dưới dạng sương mù bằng cách nén nhiên liệu đến áp suất rất cao (khoảng 100 1500 bar) rồi phun qua các lỗ có tiết
diện lưu thơng rất nhỏ.
- Phối hợp cấu trúc vĩ mô của các tia nhiên liệu với hình dáng và kích thước của buồng đốt.
- Tạo chuyển động rối mạnh của khí trong buồng đốt bằng cách khoét lõm đỉnh piston, hướng đường ống nạp theo phương tiếp tuyến.
- Sử dụng buồng đốt ngăn cách để tạo ra chuyển động rối mạnh của khí trong buồng đốt, tạo ra hiệu năng nhiệt và hiệu năng phun thứ cấp, v.v.
2) Chất lượng định lượng
Chất lượng định lượng của hệ thống tạo HHC của động cơ diesel được đánh giá bằng hai thơng số : lượng nhiên liệu chu trình (gct) và độ định lượng không đồng đều (gct). Định nghĩa và ảnh hưởng của gct , gct đến tính năng và các chỉ tiêu khác của động cơ diesel cũng tương tự như đối với động cơ xăng. Tuy nhiên, quá trình tạo HHC ở động cơ xăng và diesel có nhiều đặc điểm khác nhau, nên các biện pháp định lượng chính xác cũng rất khác nhau. Ở động cơ diesel, khí mới là khơng khí thuần th cho nên chức năng định lượng thực tế chỉ do hệ thống phun nhiên liệu thực hiện. Các hệ thống phun nhiên liệu kiểu Bosch cổ điển có thể đáp ứng được yêu cầu định lượng cho những động cơ có n < 3000 rpm. Ở tốc độ quay càng cao, ảnh hưởng mang tính ngẫu nhiên của hàng loạt hiện tượng thuỷ động trong hệ thống bơm cao áp - ống cao áp - vòi phun nhiên liệu sẽ làm cho sự khác nhau về lượng nhiên liệu chu trình, thời điểm bắt đầu và kết thúc phun nhiên liệu càng lớn. Với những động cơ có tốc độ quay cao , cần phải sử dụng những giải pháp thích hợp để hạn chế độ định lượng khơng đồng đều, ví dụ: sử dụng hệ thống phun nhiên liệu với BCA phân phối , hệ thống phun nhiên liệu với BCA - VP liên hợp, hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử, v.v.
3) Chất lượng định thời
Như chúng ta đã biết, HHC ở động cơ diesel được hình thành bên trong không gian công tác của xilanh và thời điểm bắt đầu q trình tạo HHC cũng chính là thời điểm bắt đầu quá trình cháy. Bởi vậy, khác với động cơ xăng, thời điểm hình thành HHC ở động cơ diesel có ảnh hưởng trực tiếp đến hàng loạt thông số công tác và chỉ tiêu chất lượng của động cơ. Chất lượng định thời của hệ thống tạo HHC
ở động cơ diesel được hiểu là khả năng định thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình phun nhiên liệu một cách chính xác. Chất lượng định thời ở động cơ diesel hoàn toàn do hệ thống phun nhiên liệu quyết định và được đặc trưng bằng 2 thông số : góc phun sớm nhiên liệu và độ định thời khơng đồng đều.
● Góc phun sớm nhiên liệu (θ) - là góc quay của trục khuỷu tính từ thời điểm
nhiên liệu thực tế được phun vào buồng đốt đến thời điểm piston của động cơ tới ĐCT trong hành trình nén. Góc phun sớm nhiên liệu là đại lượng đặc trưng cho thời điểm bắt đầu quá trình tạo HHC ở động cơ diesel.
● Độ định thời không đồng đều (Δθ) - là đại lượng đánh giá mức độ khác nhau về góc phun sớm ở các xylanh khác nhau của động cơ nhiều xilanh. Nó được xác định bằng cơng thức sau :
(3.3-3)
Trong thực tế không thể chế tạo hoặc điều chỉnh được hệ thống phun nhiên liệu có Δgct = 0 % và Δθ = 0 % , tức là lượng nhiên liệu chu trình và thời điểm cấp liệu cho các xylanh hồn tồn bằng nhau ở mọi chế độ làm việc của động cơ. Trị số lớn nhất cho phép của Δgct và Δθ được nhà chế tạo quy định và phải được kiểm chỉnh định kỳ trong quá trình khai thác động cơ. Với Δgct và Δθ lớn hơn trị số cho phép, động cơ sẽ không đạt được công suất thiết kế (Nen), suất tiêu hao nhiên liệu tăng, phụ tải cơ và nhiệt tác dụng không đồng đều ở tất cả các xylanh, v.v.
4) Quy luật phun nhiên liệu
- Quy luật phun nhiên liệu là khái niệm bao hàm thời gian phun và đặc điểm phân bố tốc độ phun. Có thể biểu diễn quy luật phun dưới dạng vi phân hoặc dưới dạng tích phân.
▪ Quy luật phun dưới dạng vi phân - là hàm số thể hiện đặc điểm thay đổi tốc độ phun tức thời theo góc quay trục khuỷu trong quá trình phun (xem H. 1.3-35a).
▪ Quy luật phun dưới dạng tích phân - là hàm số thể hiện đặc điểm thay đổi theo góc quay trục khuỷu của lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt tính từ thời điểm bắt đầu phun (H. 1.3-35b).
- Quy luật phun nhiên liệu có ảnh hưởng quyết định đến quy luật hình thành HHC, đặc biệt là đối với phương pháp tạo HHC kiểu thể tích, qua đó ảnh hưởng đến hàng loạt chỉ tiêu chất lượng của động cơ diesel. Việc lựa chọn quy luật phun nhiên liệu như thế nào là tùy thuộc vào tính năng của động cơ và cách thức tổ chức quá trình cháy .