Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011
Tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu là tớnh chất liờn quan đến khả năng tự phỏt hoả khi hỗn hợp nhiờn liệu - khụng khớ chịu tỏc dụng của ỏp suất và nhiệt độ đủ lớn.
Nhiờn liệu cú tớnh tự bốc chỏy càng cao thỡ thời gian chậm chỏy (khoảng thời gian tớnh từ thời điểm nhiờn liệu thực tế xuất hiện trong buồng đốt đến thời điểm xuất hiện những trung tõm chỏy đầu tiờn - i) càng ngắn, và ngược lại. Thời gian chậm chỏy (i) là đại lượng phản ỏnh tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu diesel theo cỏch mà chỳng ta mong muốn nhất, bởi vỡ nú cú ảnh hưởng mạnh và trực tiếp đến toàn bộ diễn biến và chất lượng của quỏ trỡnh chỏy ở động cơ diesel. Tuy nhiờn, i của nhiờn liệu diesel ở động cơ thực tế chỉ kộo dài từ vài phần vạn đến vài phần ngàn một giõy. Đo trực tiếp một khoảng thời gian ngắn như vậy là một việc rất khú, cho nờn người ta đó sử dụng một số đại lượng khỏc để đỏnh giỏ tớnh tự bốc chỏy trờn cơ sở một số tớnh chất lý-hoỏ của nhiờn liệu cú liờn quan mật thiết với i hoặc so sỏnh tớnh tự bốc chỏy của mẫu thử và của nhiờn liệu chuẩn. Hiện nay, đại lượng được sử dụng phổ biến nhất để đỏnh giỏ tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu diesel là số cetane (CN). Nhiờn liệu cú số cetane càng cao, tức là thời gian chậm chỏy càng ngắn, thỡ tớnh tự bốc chỏy càng tốt.
Lượng bồ húng sẽ giảm khi thời gian chậm chỏy kộo dài, nghĩa là khi dựng nhiờn liệu cú số cetane thấp. Tuy nhiờn, việc sử dụng nhiờn liệu cú số cetane thấp cú thể dẫn đến những biểu hiện xấu như động cơ làm việc "cứng" hơn, gia tăng lượng nhiờn liệu bỏm trờn vỏch buồng đốt làm tăng mức độ phỏt sinh HC và bồ húng. Lượng NOx trong khớ thải ớt bị ảnh hưởng bởi số cetane của nhiờn liệu.
H. 2-10 giới thiệu ảnh hưởng của chỉ số cetane đến hàm lượng CO và HC trong khớ thải của động cơ cú buồng đốt ngăn cỏch (phun nhiờn liệu giỏn tiếp). Đối với động cơ cú buồng chỏy ngăn cỏch, thành phần hạt rắn khụng hoà tan hầu như khụng bị ảnh hưởng bởi tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu.
Số cetane cũng ảnh hưởng đến sự phỏt sinh khúi xanh hay khúi trắng, sương mự trong khớ thải do tồn tại những hạt nhiờn liệu khụng chỏy. Hiện tượng này thường gặp khi khởi động hay khi động cơ làm việc trờn cao, nơi cú nhiệt độ và ỏp suất khớ quyển thấp hơn.
Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011
2) Ảnh hưởng của thành phần nhiờn liệu
Khối lượng riờng, thành phần hydrocarbon thơm, hàm lượng lưu huỳnh cú ảnh hưởng đến hàm lượng cỏc chất độc hại trong khớ thải của động cơ diesel.
Khối lượng riờng cú liờn quan đến tỷ lệ cỏc loại hydrocarbon trong nhiờn liệu. Khối lượng riờng càng lớn, tức là hàm lượng cỏc hydrocarbon nặng càng cao sẽ dẫn đến sự gia tăng nồng độ hạt rắn trong khớ thải do gia tăng hiện tượng cốc húa nhiờn liệu.
Thành phần hydrocarbon thơm cú ảnh hưởng trực tiếp đến tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu diesel. Lượng hydrocarbon chỏy khụng hoàn toàn, lượng chất dễ bay hơi (SOF) và hạt rắn trong khớ thải sẽ gia tăng theo hàm lượng hydrocarbon thơm. Thành phần hydrocarbon thơm trong nhiờn liệu diesel ớt ảnh hưởng đến nồng độ NOx
trong khớ thải.
Hàm lượng lưu huỳnh là một trong những chỉ tiờu quan trọng được quy định nghiờm ngặt đối với nhiờn liệu diesel, bởi vỡ lưu huỳnh cú trong nhiờn liệu khụng chỉ gõy ụ nhiễm mụi trường mà cũn cú ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ của động cơ. SO2, SO3, H2SO4 là những chất khụng mong muốn được hỡnh thành từ thành phần lưu huỳnh trong nhiờn liệu.
3) Ảnh hưởng của chất phụ gia
Cỏc chất phụ gia kim loại dưới dạng muối axớt được sử dụng để giảm mức độ phỏt sinh bồ húng của động cơ diesel.
Những kim loại (Ca, Ba, Mg, Fe, Mn, Cu, Ni) thường được sử dụng làm chất phụ gia trong nhiờn liệu diesel. Những chất alcalino-terreux, barium và calcium cú hiệu quả nhất đối với động cơ phun trực tiếp hay phun giỏn tiếp. Hỡnh 2-25 biểu diễn sự biến thiờn của độ đen khớ xả theo thành phấn chất phụ gia.
Cỏc chất phụ gia hữu cơ cho thờm vào nhiờn liệu động cơ diesel nhằm mục đớch khỏc nhau :
- Để giảm thời kỡ chỏy trễ.
- Như là chất ổn định, chống ụxy hoỏ, nõng cao tớnh ổn định trong quỏ trỡnh dự trữ.
- Như chất tẩy rửa bề mặt để duy trỡ độ sạch của vũi phun, đõy là yếu tố quan trọng trong trường hợp động cơ cú buồng chỏy dự bị.
Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011
2.2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN HỖN HỢP CHÁY.
Hỗn hợp chỏyở ĐCĐT là hỗn hợp hơi nhiờn liệu - khụng khớ. Thành phần của hỗn hợp chỏy thường được đỏnh giỏ bằng đại lượng cú tờn là hệ số dư lượng khụng khớ
() được định nghĩa như sau : K K G G L L 0 0
trong đú : L0 - lượng khụng khớ lý thuyết cần thiết để đốt chỏy hoàn toàn 1 đơn vị số lượng nhiờn liệu, [kg khụng khớ/kg nhiờn liệu]; L - lượng khụng khớ thực tế cần thiết
để đốt chỏy 1 đơn vị số lượng nhiờn liệu trong động cơ, [kg khụng khớ/kg nhiờn liệu]; G0K - lưu lượng khụng khớ lý thuyết cần thiết để đốt chỏy hoàn toàn nhiờn liệu, [kg khụng khớ/s] ; GK - lưu lượng khụng khớ thực tế đi vào khụng gian cụng tỏc
của động cơ, [kg khụng khớ/s].
Hỗn hợp chỏy cú < 1 được gọi là hỗn hợp giầu (hoặc hỗn hợp đậm) ; > 1 -
hỗn hợp nghốo (hoặc hỗn hợp loóng); = 1 - hỗn hợp lý thuyết (hoặc hỗn hợp hoỏ định lượng).
là một thụng số điều chỉnh cú ảnh hưởng mạnh và trực tiếp đến diễn biến quỏ trỡnh chỏy ở ĐCĐT, đặc biệt đối với động cơ xăng, qua đú ảnh hưởng đến hàng loạt cỏc chỉ tiờu chất lượng của động cơ, trong đú cú mức độ độc hại của khớ thải.
H. 2-10. Ảnh hưởng của đến hàm lượng cỏc chất CO, NOx,và HC trong khớ thải của động cơ xăng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011
Thành phần hỗn hợp chỏy ảnh hưởng đến hàm lượng cỏc chất CO, HC và NOx trong khớ thải của động cơ phỏt hỏa cưỡng bức theo những hướng trỏi ngược nhau. Trong vựng hỗn hợp giàu ( <1), nếu giảm thỡ hàm lượng CO và HC sẽ tăng liờn tục do thiếu oxy nhưng hàm lượng NOx lại giảm nhanh cũng do thiếu oxy và do nhiệt độ trong xylanh khụng đủ cao để phản ứng oxy húa nitơ cú thể diễn ra với tốc độ đỏng kể. Hàm lượng NOx sẽ đạt cực đại khi hỗn hợp hơi nghốo vỡ khi đú trong xylanh cú dư oxy và nhiệt độ chỏy cũng cao nhất, đảm bảo cho phản ứng húa học giữa O2 và N2
diễn ra thuận lợi. Hỗn hợp chỏy càng nghốo thỡ hàm lượng CO và NOx càng giảm do trong buồng đốt đủ oxy để cacbon được oxy húa hoàn toàn thành CO2 và phản ứng tạo thành NOx cũng rất yếu do nhiệt độ trong xylanh khụng đủ cao, nhưng hàm lượng HC lại tăng nhanh do tốc độ chỏy giảm và xuất hiện hiện tượng bỏ lửa. Trị số của hệ số dư lượng khụng khớ, tại đú nhiờn liệu được đốt chỏy hoàn toàn (đủ oxy), đồng thời động cơ vẫn làm việc ổn định (khụng cú hiện tượng bỏ lửa), được gọi là giới hạn loóng cú ớch (e). Trị số e được quyết định bởi hàng loạt yếu tố kết cấu và vận hành, như: loại buồng đốt, số lượng buji, năng lượng của tia lửa điện, nhiệt độ và ỏp suất tại thời điểm đốt chỏy nhiờn liệu, v.v. Cố gắng tăng eở động cơ xăng khụng chỉ nhằm mục đớch tăng hiệu suất nhiệt mà cũn cú tỏc dụng giảm độ độc hại của khớ thải. Nếu khắc phục được hiện tượng bỏ lửa khi động cơ hoạt động với hỗn hợp nghốo, tức là tăng trị số của giới hạn nghốo cú ớch (e) thỡ khụng những cú thể làm giảm đỏng kể hàm lượng CO, NOx, khụng làm tăng hàm lượng HC trong khớ thải mà cũn nõng cao được hiệu suất của động cơ. Với hệ số dư khụng khớ = 1,4, suất tiờu thụ nhiờn liệu cú thể đến giảm 7%, nồng độ NOx cú thể giảm tới 85% so với động cơ làm việc với hỗn hợp cú = 1 nếu kết hợp với việc giảm một cỏch hợp lý gúc đỏnh lửa sớm.
2.2.4. ẢNH HƯỞNG CỦA GểC PHUN SỚM NHIấN LIỆU
Ảnh hưởng của chất lượng hệ thống phun đối với động cơ phun trực tiếp lớn hơn đối với động cơ phun giỏn tiếp về phương diện phỏt sinh ụ nhiễm. Trong cả hai trường hợp sự thay đổi gúc phum sớm cú ảnh hưởng ngược nhau đối với sự phỏt sinh NOx, CmHn và bồ húng .
Tăng gúc phun sớm làm tăng ỏp suất cực đại và nhiệt độ của quỏ trỡnh chỏy, do đú làm tăng nồng độ NOx. Thụng thường, động cơ phun trực tiếp cú gúc phun sớm lớn hơn nờn phỏt sinh NOx nhiều hơn động cơ cú buồng chỏy ngăn cỏch. Giảm gúc
Cao Tấn Lợi - LUẬN VĂN THẠC SĨ - 2011
phun sớm là biện phỏp hữu hiệu giảm NOx trong khớ xả. Tuy nhiờn việc giảm gúc phun sớm cần phải xem xột đến chế độ tốc độ và chế độ tải để hạn chế sự gia tăng suất tiờu thụ nhiờn liệu.
Mặt khỏc, khi tăng gúc phun sớm, do quỏ trỡnh chỏy trễ kộo dài, lượng nhiờn liệu hoà trộn trước với hệ số dư khụng khớ lớn gia tăng. Hỗn hợp này khú bộn lửa do đú chỳng thường chỏy khụng hoàn toàn và phỏt sinh nhiều CO. Về mặt lý thuyết, tăng gúc đỏnh lửa sớm cú thể làm giảm CH do quỏ trỡnh chỏy cú thể diễn ra thuận lợi hơn, nhưng trờn thực tế nú cú tỏc dụng ngược lại. Thật vậy, do thời gian bộn lửa kộo dài, nhiờn liệu phun ra cú thể bỏm trờn thành buồng chỏy, đú là nguồn phỏt sinh CH.