- Hệ số biến đổi phõn tử lớ thuyết ở động cơ ga :
7) Tải của động cơ
Tải của động cơ xăng được điều chỉnh bằng cỏch thay đổi độ mở của bướm ga, qua đú thay đổi lượng và thành phần HHC đi vào xylanh. Tương tự như tốc độ quay, tải vừa cú ảnh hưởng tốt vừa cú ảnh hưởng xấu đến quỏ trỡnh chỏy. Khi tăng tải, ỏp suất và nhiệt độ của động cơ và của MCCT trong xylanh cao hơn , hệ số khớ sút giảm. Điều này cú ảnh hưởng tốt đến quỏ trỡnh chỏy vỡ nhiờn liệu dễ phỏt hoả và chỏy nhanh hơn. Tuy nhiờn, khi lượng nhiờn liệu chu trỡnh tăng thỡ thời gian cần thiết để đốt chỏy lượng nhiờn liệu đú cũng phải nhiều hơn. Trong những điều kiện thực tế, ảnh hưởng tớch cực của tải đến quỏ trỡnh chỏy ở động cơ xăng chiếm ưu thế hơn, cho nờn cú thể giảm gúc đỏnh lửa sớm khi tăng tải.
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 144
4.5.4.. YấU CẦU ĐỐI VỚI QUÁ TRèNH CHÁY Ở ĐỘNG CƠ XĂNG
Quỏ trỡnh chỏy được coi là cú chất lượng cao khi đỏp ứng được 2 yờu cầu cơ bản sau đõy :
1) Nhiờn liệu phải chỏy hoàn toàn, chỏy nhanh và chỏy gần ĐCT.
2) Tục độ tăng ỏp suõt trung bỡnh (wp.m) và ỏp suất chỏy cực đại (pz) cú trị số vừa phải.
Yờu cầu thứ nhất đảm bảo cho động cơ cú hiệu suất nhiệt cao và sản phẩm chỏy cú ớt cỏc chất độc hại. Nếu nhiờn liệu chỏy hoàn toàn, khụng những lượng nhiệt toả ra để cung cấp cho MCCT là lớn nhất mà trong khớ thải sẽ khụng cú cỏc thành phần độc hại như carbon monoxide (CO), carboxylic acids (CnHm.COOH), ketones (CnHm.CO), hydrocarbon (CnHm),v.v. Nhiờn liệu chỏy càng nhanh và chỏy càng gần ĐCT thỡ hiệu quả sinh ra cơ năng càng cao. Tuy nhiờn, khi đú wp và pz sẽ cú trị số lớn làm cho động cơ làm việc "cứng" , phụ tải cơ học sẽ lớn.
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 145
5.5. QUÁ TRèNH CHÁY Ở ĐỘNG CƠ DIESEL
5.5.1. DIỄN BIẾN VÀ CÁC THễNG SỐ ĐẶC TRƯNG
T ϕ cf ci y ec Đ C T θ ϕi z' z' ϕ ϕ gc t.x ξ p T = f ( ϕ ) p = f ( ϕ ) d Q /dϕ ξ d Q /dϕ a) b ) c) ci cf cf ci ef cf ef
H. 5.5-1. Cỏc đồ thị mụ tả quỏ trỡnh chỏy ở động cơ diesel a) Đồ thị cụng khai triển, b) Quy luật phun nhiờn liệu dạng tớch phõn
c) Quy luật phun nhiờn liệu dạng vi phõn và Hệ số toả nhiệt
cf - Thời điểm nhiờn liệu bắt đầu được phun vào buồng đốt, ci - Thời điểm nhiờn liệu phỏt hoả, z - Thời điểm ỏp suất chỏy đạt giỏ trị cực đại , z' - Thời điểm ỏp suất chỏy cực đại bắt đầu giảm, ef - Thời điểm kết thỳc
quỏ trỡnh phun nhiờn liệu, ec - Thời điểm kết thỳc quỏ trỡnh chỏy ,
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 146
Căn cứ vào đặc điểm biến thiờn của ỏp suất của MCCT trong xylanh, cú thể chia quỏ trỡnh chỏy ở động cơ diesel thành 4 giai đoạn (H. 5.5-1).
Giai đoạn I - Giai đoạn chậm chỏy
Giai đoạn chậm chỏy kộo dài từ thời điểm nhiờn liệu bắt đầu thực tế được phun vào buồng đốt (điểm cf) đến thời điểm nhiờn liệu phỏt hoả (điểm ci). Trong giai đoạn này diễn ra hàng loạt quỏ trỡnh lý hoỏ đối với nhiờn liệu, như phỏ vỡ tia nhiờn liệu thành những hạt nhỏ, sấy núng và hoỏ hơi cỏc hạt nhiờn liệu bằng khụng khớ nộn trong buồng đốt, hoà trộn hơi nhiờn liệu với khụng khớ nộn, sấy núng hơi đến nhiệt độ tự phỏt hoả, cỏc phản ứng tiền ngọn lửa và cuối cựng là hỡnh thành cỏc trung tõm chỏy đầu tiờn. Đường ỏp suất chỏy trong giai đoạn chậm chỏy hầu như trựng với đường nộn do tốc độ toả nhiệt từ cỏc phản ứng tiền ngọn lửa rất nhỏ, thậm chớ nhiệt độ và ỏp suất trong xylanh giảm chỳt ớt khi nhiờn liệu mới được phun vào buồng đốt do một phần nhiệt của MCCT tiờu hao để hoỏ hơi nhiờn liệu.
Giai đoạn chậm chỏy ở động cơ diesel kộo dài khoảng vài phần ngàn giõy, dài hơn nhiều so với trường hợp động cơ xăng. Lượng nhiờn liệu được phun vào buồng đốt trong giai đoạn chậm chỏy gI = (30 ữ 40) % gct ; đụi khi gI = 100 % gct ở một số loại động cơ diesel cao tốc.
Giai đoạn II - Giai đoạn chỏy khụng điều khiển
Giai đoạn II kộo dài từ thời điểm đường chỏy tỏch khỏi đường nộn (điểm ci) đến thời điểm ỏp suất chỏy đạt đến trị số cực đại pz (điểm z). Trong giai đoạn này, lượng nhiờn liệu đó được phun vào trong giai đoạn chậm chỏy (gI) cựng với nhiờn liệu được phun vào ở đầu giai đoạn II (g'II) bốc chỏy mónh liệt trong điều kiện nhiệt độ cao và nồng độ oxy lớn. Ngọn lửa từ cỏc trung tõm chỏy đầu tiờn phỏt triển ra khắp khụng gian buồng đốt. Tốc độ toả nhiệt rất lớn trong điều kiện thể tớch của khụng gian cụng tỏc nhỏ làm cho nhiệt độ và ỏp suất trong xylanh tăng lờn mónh liệt. Đường ỏp suất rất dốc nờn cú thể coi giai đoạn II của quỏ trỡnh chỏy ở động cơ diesel tương ứng với quỏ trỡnh cấp nhiệt đẳng tớch của chu trỡnh lý thuyết cấp nhiệt hỗn hợp.
Cỏc thụng số đặc trưng cho giai đoạn chỏy khụng điều khiển bao gồm : ỏp suất chỏy cực đại (pz), tốc độ tăng ỏp suất trung bỡnh (wp), tỷ số tăng ỏp suất ψ = pz / pc..
Trị số của pz , wp và ψ phụ thuộc trước hết vào thời điểm phun nhiờn liệu, quy luật tạo HHC và thời gian chậm chỏy.
Giai đoạn III - Giai đoạn chỏy cú điều khiển
Khỏc với động cơ xăng, trong quỏ trỡnh chỏy ở động cơ diesel cú giai đoạn ỏp suất trong xylanh được duy trỡ gần như khụng đổi (đoạn z - z'), được gọi là giai đoạn chỏy cú điều khiển . Đặc điểm này là kết quả tỏc động đồng thời của 2 yếu tố : yếu tố làm tăng ỏp suất do nhiờn liệu tiếp tục chỏy và yếu tố làm giảm ỏp suất do thể tớch của khụng gian cụng tỏc tăng dần. Giai đoạn chỏy cú điều khiển dài hay ngắn phụ thuộc chủ yếu vào quy luật tạo HHC và tốc độ của động cơ. Ở động cơ thấp tốc, người ta thường kộo dài quỏ trỡnh phun nhiờn liệu để cú thể đảm bảo lượng nhiờn liệu phun vào buồng đốt trong giai
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 147
đoạn chậm chỏy là ớt , do đú động cơ làm việc "mềm" hơn . Một phần lớn nhiờn liệu sẽ chỏy trong giai đoạn III nờn ỏp suất cực đại được duy trỡ trong thời gian dài hơn. Ngược lại, để đảm bảo cho nhiờn liệu ở động cơ cao tốc chỏy gần ĐCT, thời gian phun nhiờn liệu phải ngắn, phần lớn lượng nhiờn liệu chu trỡnh được phun vào buồng đốt trong giai đoạn chậm chỏy và chỏy ở đầu giai đoạn II. Bởi vậy hỡnh dạng đồ thị cụng của động cơ diesel cao tốc khụng khỏc nhiều so với của động cơ xăng.
Vào cuối giai đoạn III, phần lớn lượng nhiờn liệu chu trỡnh đó chỏy, cả ỏp suất và nhiệt độ trong xylanh đều rất lớn, nồng độ oxy giảm đỏng kể, nồng độ khớ trơ (CO2 , H2O , ...) tăng. Nếu chất lượng quỏ trỡnh tạo HHC chỏy khụng tốt, sẽ cú khu vực trong buồng đốt tập trung nhiều nhiờn liệu hoặc cỏc hạt nhiờn liệu chưa hoỏ hơi ; lượng oxy cũn lại khú tiếp xỳc với cỏc phõn tử nhiờn liệu. Trong điều kiện thiếu oxy, ỏp suất và nhiệt độ cao, cỏc phõn tử nhiờn liệu sẽ bị phõn huỷ thành C , H ,... làm cho khớ thải cú màu đen.
Giai đoạn VI - Giai đoạn chỏy rớt
Hiện tượng chỏy rớt ở động cơ diesel thường nghiờm trọng hơn ở động cơ xăng vỡ ở động cơ diesel rất khú tạo ra một HHC đồng nhất trong một thời gian rất ngắn. Vỡ vậy, mặc dự đó ỏp dụng nhiều biện phỏp để hoỏ hơi và hoà trộn nhanh nhiờn liệu với khụng khớ trong buồng đốt, đối với động cơ diesel vẫn phải sử dụng hệ số dư lượng khụng khớ khỏ lớn (λ = 1,3 ữ 2,0) để đảm bảo cho nhiờn liệu chỏy hoàn toàn.
Chỏy rớt ở động cơ diesel cũng gõy ra những tỏc hại như ở động cơ xăng. Nguyờn nhõn chớnh làm tăng chỏy rớt ở động cơ diesel là gúc phun sớm quỏ nhỏ, cấu trỳc tia nhiờn liệu khụng phự hợp , chuyển động rối của MCCT trong buồng đốt khụng đủ lớn, nhiờn liệu cú số cetane thấp.
5.5.2. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRèNH CHÁY Ở ĐỘNG CƠ DIESEL Ở ĐỘNG CƠ DIESEL