2.3 .Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền piston
3. Khảo sât hệthống nhiín liệu của độngcơ Cummins N14-330E
3.1. Đặc điểm chung của hệthống nhiín liệu trong độngcơ diesel
3.1.6. Bốn giai đoạn của quâ trình chây trong độngcơ Diesel
Nhiín liệu trong động cơ diesel được phun văo xylanh động cơ ở cuối kỳ nĩn, do lực cản không khí nĩn trong buồng chây, nhiín liệu được xĩ tơi thănh những hạt nhỏ không đều về kích thước vă phđn bố không đều trong không gian buồng chây. Câc hạt nhiín liệu trong môi trường nhiệt độ cao được sấy nóng nhanh, khiến nhiệt độ tăng cao. Nhiín liệu bắt đầu bay hơi từ bề mặt hạt rồi hơi nhiín liệu khuyếch tân nhanh văo khối không khí nóng xung quanh. Sau một khoảng thời gian, xung quanh hạt nhiín liệu tạo ra câc hỗn hợp của hơi nhiín liệu vă không khí được gọi lă câc lớp hoă khí. Lớp hoă khí nằm sât với bề mặt hạt lă hoă khí đậm, có nhiệt độ hơi thấp vì hạt nhiín liệu hút nhiệt của lớp năy để bay hơi, câc lớp câch bề mặt căng xa hoă khí căng nhạt với nhiệt độ căng cao.
Cũng như hoă khí của động cơ đốt chây cưỡng bức, thănh phần hoă khí trong động cơ diesel cũng có giới hạn trín vă giới hạn dưới, trong phạm vi giới hạn ấy hoă khí có thể thực hiện câc phản ứng ôxy hoâ để tự phât hoả vă bốc chây. Còn nếu hoă khí nằm bín ngoăi giới hạn sẽ không thể tự phât hoả bốc chây được.
Trong buồng chây động cơ diesel có rất nhiều hạt nhiín liệu to nhỏ khâc nhau, mặt khâc lưu động của dòng khí trong buồng chây rất phức tạp lăm cho sự phđn bố về nhiệt độ vă thănh phần hoă khí xung quanh câc hạt nhiín liệu trở nín vô cùng phức tạp.Nhưng có thể cho rằng không ít khu vực trong buồng chây tồn tại hoă khí có nhiệt độ vă thănh phần nằm trong giới hạn phât hoả vă bốc chây. Do đó ở động cơ diesel có thể hình thănh măng lửa trung tđm rồi chây tại một hoặc một văi nơi. Tóm lại, hình thănh hoă khí vă chây của động cơ diesel lă một quâ trình phức tạp
xảy ra nhanh theo kiểu xen kẽ lẫn nhau. Để tiện phđn tích vă lăm rõ quy luật chây của động cơ Diesel, người ta dựa văo một văi đặc trưng trong tiến trình của quâ trình chây để chia quâ trình chây thănh bốn giai đoạn khâc nhau.
a. Giai đoạn chây trễ I
Được tính từ lúc phun nhiín liệu văo xylanh động cơ (điểm 1) tới khi phât hoả bốc chây (điểm 2), ứng với đoạn I trín hình (3-8). Đặc điểm của thời kỳ chây trễ lă: - Tốc độ phản ứng hoâ học tương đối chậm, sản vật chây của phản ứng lă sản vật trung gian.
- Do tốc độ nhả nhiệt dQ/dt rất thấp nín có thể lược bỏ không xĩt tới sự khâc biệt của biến thiín âp suất vă nhiệt độ môi chất so với đường nĩn.
- Nhiín liệu phun liín tục văo buồng chây, cuối thời kỳ chây trễ khoảng 30 - 40% nhiín liệu được phun văo, một văi động cơ cao tốc câ biệt có thể phun 100% nhiín liệu trong thời kỳ năy.
Thời kỳ chây trễ của qúa trình chây trong động cơ diesel, trín một chừng mực năo đó cũng có những nĩt tương tự như thời kỳ chây trễ của động cơ xăng, chủ yếu lă để hình thănh nguồn lửa đảm bảo cho quâ trình chây được phât triển toăn bộ ra buồng chây, nhưng thời gian chây trễ của động cơ xăng chủ yếu phụ thuộc văo việc chuẩn bị phản ứng hoâ học của hoă khí, còn ở động cơ diesel ngoăi việc phải chuẩn bị cần thiết cho phản ứng hoâ học còn phải phđn bố nhiín liệu trong không gian buồng chây, sấy nóng câc hạt nhiín liệu lăm nhiín liệu bay hơi vă khuếch tân.Vì vậy căng có nhiều yếu tố gđy ảnh hưởng tới thời kỳ năy.
b. Giai đoạn chây nhanh II
Được tính từ điểm 2 đến khi đạt âp suất cực đại trong xylanh (điểm 3 hình
3-8). Ở động cơ cao tốc Pz thường xuất hiện ở vị trí 6 100 góc quay trục khuỷu, phía sau điểm chết trín. Đặc điểm của thời kỳ năy lă:
- Nguồn lửa được hình thănh, tốc độ chây tăng nhanh, tốc độ nhả nhiệt dQ/dt thường lớn nhất; ở cuối thời kỳ năy số nhiín liệu bốc chây chiếm khoảng 1/3 nhiín liệu cấp cho chu trình.
- Âp suất vă nhiệt độ tăng nhanh, âp suất cao nhất tới 6 9 (MPa).
- Nhiín liệu được phun trực tiếp văo buồng chây (số lượng nhiíu liệu phun văo thời kỳ năy phụ thuộc văo độ dăi ngắn của thời gian chây trễ vă thời gian phun nhiín liệu của chu trình) lăm tăng nồng độ nhiín liệu trong hòa khí.
Trong thời kỳ chây nhanh, tốc độ tăng âp suất p/ rất lớn.Nếu p/
vượt quâ 4.105 6.105 (Pa/độ)sẽ tạo nín câc xung âp suất đập văo bề mặt câc chi tiết trong buồng chây, gđy tiếng gõ đanh vă sắc, đó lă chế độ hoạt động thô bạo của
động cơ diesel. Câc chi tiết chịu tải của động cơ dễ bị hỏng, rút ngắn tuổi thọ, vì vậy cần tìm biện phâp trânh gđy hiện tượng trín.Tình hình chây trong thời kỳ chây trễ vă tình hình tiến triển của những chuẩn bị về vật lý vă hóa học của nhiín liệu trín. Nếu thời kỳ chây trễ kĩo dăi đầy đủ để chây thì chỉ cần một nơi năo đó phât hỏa, măng lửa sẽ lan nhanh đến mọi nơi trong buồng chây. Tốc độ chây rất lớn, do đó tăng tốc độ gia tăng âp suất, hoạt động của động cơ sẽ trở nín thô bạo rất khó điều khiển trực tiếp tốc độ chây của thời kỳ chây nhanh nhưng có thể điều khiển một câch giân tiếp thông qua việc giảm bớt nhiín liệu cấp cho xylanh trong thời kỳ chây trễ.Vì vậy có thể thấy, điều khiển thời kỳ chây trễ có ảnh hưởng rất quan trọng tới quâ trình chây của động cơ diesel.
c. Giai đoạn chây chính III
Được tính từ điểm 3 đến điểm 4 (điểm có nhiệt độ lớn nhất).Điểm có nhiệt độ lớn nhất thường xuất hiện phía sau điểm chết trín khoảng 20 250 góc quay trục khuỷu. Đặc điểm của thời kỳ năy lă:
- Quâ trình chây tiếp diễn với tốc độ chây lớn, cuối thời kỳ chây chính số nhiệt lượng đê nhả ra chiếm khoảng 70 80% nhiệt lượng cấp cho chu trình.
- Trong thời kỳ năy, thông thường đê kết thúc phun nhiín liệu, do sản vật chây tăng nhanh lăm giảm nồng độ của nhiín liệu vă ôxy.
- Nhiệt độ tăng lín tới giâ trị lớn nhất (1700 20000C), nhưng do piston đê bắt đầu đi xuống nín âp suất hơi giảm xuống.
- Nồng độ sản vật trung gian trong buồng chây giảm nhanh, còn nồng độ của sản vật chây cuối cùng tăng nhanh.
Trong thời kỳ chây chính, mới đầu tốc độ chây rất lớn, sau đó lượng ôxy trong buồng chây giảm dần, sản vật chây tăng lín nhiều, điều kiện chây trở nín bất lợi, vì vậy cuối thời kỳ năy tốc độ chây căng ngăy căng chậm. Trong thời kỳ năy một ít nhiín liệu được chây trong điều kiện rất nóng vă thiếu ôxy có thể chây không hết tạo ra muội than cùng theo khí xả thải ra ngoăi trời gđy ô nhiễm môi trường. Vì vậy vấn đề chính của thời kỳ chây chậm lă mđu thuẫn giữa tốc độ chây vă tốc độ hình thănh hóa khí. Nếu tăng cường cung cấp ôxy cho nhiín liệu để cải thiện chất lượng hình thănh hòa khí sẽ lăm tăng tốc độ chây, rút ngắn thời kỳ chây chính lăm cho nhiín liệu chây hoăn toăn, nđng cao thím tính năng động lực học vă tính năng kinh tế của động cơ.
P I II III IV T 60 40 20 0 20 40 60 80 Q g dQ/dt 5 P 4 3 2 1 2 1 3 4 T 5
Hình 3-8Đồ thị khai triển quâ trình chây của động cơ Diesel
g : Lượng nhiín liệu cấp cho chu trình Q : Nhiệt lượng cấp cho chu trình dQ/dt : Tốc độ nhả nhiệt.
d. Giai đoạn chây rớt IV
Bắt đầu từ điểm nhiệt độ cực đại 4 tới khi chây hết (điểm 5).Rất khó xâc định được điểm 5, trín thực tế điểm 5 có thể kĩo dăi đến lúc mở cửa thải. Thông thường coi điểm 5 lă điểm có nhiệt lượng do chây nhả ra chiếm khoảng (9597)% nhiệt lượng cấp cho chu trình. Trong những động cơ cao tốc, thời kỳ chây rớt có thể chiếm khoảng 50% thời gian hình thănh hòa khí vă chây của chu trình. Đặc điểm của thời kỳ lă:
- Tốc độ chây giảm dần tới lúc kết thúc chây, do đó tốc độ nhả nhiệt dQ/dt cũng giảm dần tới không.
- Do thể tích môi chất trong xylanh tăng dần nín âp suất vă nhiệt độ đều hạ thấp.
Ở thời kỳ chây rớt, do âp suất vă nhiệt độ môi chất trong xylanh đều hạ thấp, chuyển động của dòng khí yếu dần, sản vật chây tăng nhiều lăm cho điều kiện chây
φ0
của nhiín liệu kĩm hơn so với thời kỳ chây chính, khả năng hình thănh muội than căng lớn, mặt khâc trong thời kỳ chây rớt, sự chây lại diễn ra trong thời kỳ giên nở, vì vậy phần nhiệt lượng nhả ra trong thời kỳ năy chuyển thănh công ít hiệu quả hơn câc kỳ trước. Ngược lại nó còn lăm tăng phụ tải nhiệt câc chi tiết của động cơ, tăng nhiệt độ khí thải vă tăng tổn thất nhiệt truyền cho nước lăm mât lăm giảm câc tính năng động lực vă kinh tế của động cơ. Do đó luôn luôn mong muốn giảm thời kỳ chây rớt tới mức ngắn nhất. Muốn vậy phải tăng cường chuyển động của dòng khí trong buồng chây động cơ, cải thiện chất lượng hình thănh hòa khí lăm cho nhiín liệu phun văo xylanh động cơ trong thời gian chây chính, lăm cho quâ trình chây về cơ bản kết thúc ở sât điểm chết trín.
3.2. Đặc điểm kết cấu, nguyín lý lăm việc hệ thống điều khiển điện tử vă một số cảm biến chính trong hệ thống nhiín liệu động cơ Cummins N14-330E