1.1.2. Yếu tố hình thành cặn lắng
Sự hình thành cặn lắng trong buồng cháy động cơ là một vấn đề phức tạp, phụ thuộc vào các yếu tố như nhiên liệu, dầu bôi trơn, chất phụ gia, điều kiện dịng khí thể,
sự chuẩn bị hịa trộn, gradient nồng độ khí thể gần vách,… [7][17]. Tuy nhiên, tùy thuộc kiểu động cơ và điều kiện khai thác sẽ dẫn đến mức độ tạo thành cặn lắng khác nhau, như trong Bảng 1.1. Các số liệu này do Sevast’yanov [33] đưa ra khi khảo sát cặn hình thành trên piston của các động cơ diesel đầu kéo tàu hỏa chạy với các loại dầu khác nhau.
Bảng 1.1. Cặn hình thành trên piston của các động cơ diesel khác nhau [33]
Động cơ Loại dầu Khối lượng cặn (g) hình thành trên piston động cơ tàu hỏa sau 100000 km hoạt động Đỉnh piston Rãnh xéc măng Rãnh dẫn dầu làm mát
2D100 M-12 0,7 13,0 7,7
2D100 M-12V 10,8 12,5 3,3
10D100 M-14V 12,6 14,6 6,4
11D45 M-14V 15,6 25,4 52,8
11D45 M-14Vts 14,2 20,4 1,5
Các nghiên cứu khác về sự hình thành cặn trong buồng cháy của động cơ đều chỉ ra rằng các yếu tố như sự hình thành lớp nhiên liệu lỏng, nhiệt độ bề mặt thành buồng cháy, hệ số dư lượng khơng khí, điều kiện vận hành động cơ, thành phần nhiên liệu và dầu bôi trơn đều ảnh hưởng tới q trình tích tụ và phát triển cặn lắng.
1.1.2.1. Quá trình hình thành lớp màng nhiên liệu lỏng
Lớp màng nhiên liệu lỏng trên bề mặt vách buồng cháy là một trong những nguyên nhân chính tạo ra cặn lắng. Lớp màng này có tác dụng như lớp trung gian được hình thành từ nhiên liệu, dầu bôi trơn thông qua va chạm, ngưng tụ hoặc tạo dòng chảy chất lỏng trên các chi tiết bên trong buồng cháy.
Lớp màng nhiên liệu này được tạo thành do sự va chạm giữa các phân tử nhiên liệu ở tốc độ cao trong quá trình phun. Khi trong buồng cháy động cơ tồn tại lớp màng nhiên liệu lỏng, lượng cặn tích tụ và độ dày lớp cặn trên bề mặt vách buồng cháy phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt và diện tích va chạm. Khu vực diện tích vách tiếp xúc trực tiếp với các giọt nhiên liệu lỏng của chùm tia phun có xu hướng hình thành nhiều cặn hơn. Tương tự các điều kiện tạo cặn trên bề mặt piston động cơ diesel một xilanh, buồng cháy thống nhất (Hình 1.9), Yamada và cộng sự [34] chỉ ra rằng vị trí phun nhiên liệu
có ảnh hưởng đến lượng cặn bám dính trên bề mặt vách. Khi thời gian khai thác động cơ tăng, lượng cặn tích lũy tại các khu vực phun nhiên liệu cũng tăng lên.
Do nhiệt độ và áp suất trong buồng cháy cao nên điểm sôi của các hydrocacbon trong nhiên liệu và dầu bơi trơn cao hơn. Tùy thuộc vào chất lượng hịa trộn của hỗn hợp khơng khí/nhiên liệu trong q trình cháy, một phần trong số này khơng bị đốt cháy, chúng tương tác với vách có nhiệt độ thấp sẽ ngưng tụ và hình thành lớp màng lỏng trên bề mặt vách. Hơn nữa, lớp màng lỏng này cũng liên quan đến các quá trình khác tham gia vào sự tạo cặn. Đối với lớp màng lỏng nhiên liệu, nhiên liệu lắng lại có thể là phần cịn lại của q trình đốt cháy khơng hồn tồn hoặc phần nhiên liệu tích lũy thêm trong q trình phun và va chạm trực tiếp [7]. Nhiệt độ sôi của nhiên liệu là một tham số quan trọng để đánh giá xu hướng hình thành cặn trong quá trình ngưng tụ. Nhiên liệu có nhiệt độ sơi cao thường dễ ngưng tụ hơn, dẫn đến khả năng hình thành cặn lớn hơn so với nhiên liệu có nhiệt độ sơi thấp hơn.