- Hệ số biến đổi phõn tử lớ thuyết ở động cơ ga :
3) Chất lượng định thờ
Như chỳng ta đó biết, HHC ở động cơ diesel được hỡnh thành bờn trong khụng gian cụng tỏc của xylanh và thời điểm bắt đầu quỏ trỡnh tạo HHC cũng chớnh là thời điểm bắt đầu quỏ trỡnh chỏy. Bởi vậy, khỏc với động cơ xăng, thời điểm hỡnh thành HHC ở động cơ diesel cú ảnh hưởng trực tiếp đến hàng loạt thụng số cụng tỏc và chỉ tiờu 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 thỳc quỏ trỡnh phun nhiờn liệu một cỏch chớnh xỏc. Chất lượng định thời ở động cơ diesel hoàn toàn do hệ thống phun nhiờn liệu quyết định và được đặc trưng bằng 2 thụng số : gúc phun sớm nhiờn liệu và độ định thời khụng đồng đều.
• Gúc phun sớm nhiờn liệu (θθθ) - là gúc quay của trục khuỷu tớnh từ thời θ điểm nhiờn liệu thực tế được phun vào buồng đốt đến thời điểm piston của động cơ tới ĐCT trong hành trỡnh nộn. Gúc phun sớm nhiờn liệu là đại lượng đặc trưng cho thời điểm bắt đầu quỏ trỡnh tạo HHC ở động cơ diesel.
• Độ định thời khụng đồng đều (∆∆∆∆θθθ) - là đại lượng đỏnh giỏ mức độ khỏc nhau θ về gúc phun sớm ở cỏc xylanh khỏc nhau của động cơ nhiều xylanh. Nú được xỏc định bằng cụng thức sau : 100 2 min max min max ⋅ + − ⋅ = ∆ θ θ θ θ θ (5.3-3)
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 131
Trong thực tế khụng thể chế tạo hoặc điều chỉnh được hệ thống phun nhiờn liệu cú ∆gct = 0 % và ∆θ = 0 % , tức là lượng nhiờn liệu chu trỡnh và thời điểm cấp liệu cho cỏc xylanh hoàn toàn bằng nhau ở mọi chế độ làm việc của động cơ. Trị số lớn nhất cho phộp của ∆gct và ∆θ được nhà chế tạo quy định và phải được kiểm chỉnh định kỳ trong quỏ trỡnh khai thỏc động cơ. Với ∆gct và ∆θ lớn hơn trị số cho phộp, động cơ sẽ khụng đạt được cụng suất thiết kế (Nen), suất tiờu hao nhiờn liệu tăng, phụ tải cơ và nhiệt tỏc dụng khụng đồng đều ở tất cả cỏc xylanh, v.v.
4) Quy luật phun nhiờn liệu
Quy luật phun nhiờn liệu là khỏi niệm bao hàm thời gian phun và đặc điểm phõn bố tốc độ phun. Cú thể biểu diễn quy luật phun dưới dạng vi phõn hoặc dưới dạng tớch phõn.
• Quy luật phun dưới dạng vi phõn - là hàm số thể hiện đặc điểm thay đổi tốc độ
phun tức thời theo gúc quay trục khuỷu trong quỏ trỡnh phun (xem H. 1.3-35a).
• Quy luật phun dưới dạng tớch phõn - là hàm số thể hiện đặc điểm thay đổi theo
gúc quay trục khuỷu của lượng nhiờn liệu được phun vào buồng đốt tớnh từ thời điểm bắt đầu phun (H. 1.3-35b).
Quy luật phun nhiờn liệu cú ảnh hưởng quyết định đến quy luật hỡnh thành HHC, đặc biệt là đối với phương phỏp tạo HHC kiểu thể tớch, qua đú ảnh hưởng đến hàng loạt chỉ tiờu chất lượng của động cơ diesel. Việc lựa chọn quy luật phun nhiờn liệu như thế nào là tuỳ thuộc vào tớnh năng của động cơ và cỏch thức tổ chức quỏ trỡnh chỏy .
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 132
5.4. QUÁ TRèNH CHÁY Ở ĐỘNG CƠ XĂNG
5.4.1. DIỄN BIẾN VÀ CÁC THễNG SỐ ĐẶC TRƯNG
Căn cứ vào đặc điểm biến thiờn của ỏp suất của MCCT trong xylanh, cú thể chia quỏ trỡnh chỏy ở động cơ xăng thành 3 giai đoạn : chậm chỏy, chỏy chớnh và chỏy rớt.
I II III p ϕ cf ci c z ec ĐCT θ ϕi
H. 5.4-1. Quỏ trỡnh chỏy ở động cơ xăng trờn đồ thị cụng mở rộng cf - Thời điểm bougie đỏnh lửa, ci - Thời điểm nhiờn liệu phỏt hoả, z - Thời điểm ỏp suất chỏy đạt giỏ trị cực đại , ec - Thời điểm kết thỳc quỏ trỡnh chỏy , ϕi - Gúc chậm chỏy, θ - Gúc đỏnh lửa sớm.
Giai đoạn I - Giai đoạn chậm chỏy
Giai đoạn chậm chỏy kộo dài từ thời điểm buji đỏnh lửa ( điểm cf ) đến thời điểm nhiờn liệu phỏt hoả. Việc xỏc định thời điểm phỏt hoả rất khú thực hiện trong điều kiện thực tế nờn người ta thường quy ước thời điểm cuối giai đoạn chậm chỏy là lỳc đường ỏp suất chỏy tỏch khỏi đường nộn (điểm ci). Những trung tõm chỏy đầu tiờn ở động cơ xăng được hỡnh thành tại khu vực gần 2 cực của buji dưới tỏc dụng của nhiệt độ rất cao (khoảng 10.000 0C) của tia lửa điện. Trong giai đoạn chậm chỏy, ỏp suất của MCCT hầu như khụng thay đổi so với đường nộn do tốc độ toả nhiệt cũn rất thấp. Thụng số đặc trưng cho giai đoạn này là thời gian chậm chỏy (τi) hoặc gúc chậm chỏy (ϕi). Trị số của τi hoặc ϕi phụ thuộc chủ yếu vào tớnh chất lý hoỏ của hỗn hợp khớ cụng tỏc (loại nhiờn liệu, λ , γr , T, p) và cường độ của tia lửa điện.
Giai đoạn II - Giai đoạn chỏy chớnh
Giai đoạn chỏy chớnh kộo dài từ thời điểm nhiờn liệu phỏt hoả (điểm ci) đến thời điểm ỏp suất chỏy đạt giỏ trị cực đại (điểm z).
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 133
Do đó được hoỏ hơi và hoà trộn đều với khụng khớ theo một tỷ lệ thớch hợp nờn sau khi được phỏt hoả, nhiờn liệu bốc chỏy mónh liệt trong màng lửa lan truyền từ những trung tõm chỏy đầu tiờn ra khắp khụng gian buồng đốt . Tốc độ lan truyền ngọn lửa phụ thuộc rất nhiều vào cường độ chuyển động rối của MCCT trong buồng đốt. Tốc độ toả nhiệt rất lớn trong một khụng gian cụng tỏc nhỏ làm cho ỏp suất tăng lờn rất nhanh. Nhiệt lượng cung cấp cho MCCT được sinh ra chủ yếu trong giai đoạn này của quỏ trỡnh chỏy. Quỏ trỡnh cấp nhiệt ở đõy gần giống với cấp nhiệt đẳng tớch.
Giai đoạn chỏy chớnh ở động cơ xăng thường được đỏnh giỏ bằng 2 đại lượng là ỏp suất chỏy cực đại (pz) và tốc độ tăng ỏp suất trung bỡnh (wp).
Giai đoạn III - Giai đoạn chỏy rớt
Nếu được tổ chức tốt thỡ quỏ trỡnh chỏy sẽ kết thỳc sau khi piston rời ĐCT khoảng 10 ữ 30 0 gqtk. Ngược lại, quỏ trỡnh chỏy cú thể tiếp tục trờn đường dón nở. Giai đoạn chỏy sau khi piston đó rời xa ĐCT được gọi là chỏy rớt.
Chỏy rớt là hiện tượng cú hại về mọi phương diện, vỡ :
- Tăng tổn thất nhiệt theo khớ thải do khớ thải cú nhiệt độ cao hơn.
- Tăng tổn thất nhiệt truyền cho mụi chất làm mỏt do MCCT cú nhiệt độ cao hơn khi piston đó rời xa ĐCT.
- Nhiệt độ cao của MCCT trong xylanh được duy trỡ trong thời gian dài cú thể gõy quỏ tải nhiệt cho động cơ, v.v.
5.4.2. NHỮNG HIỆN TƯỢNG CHÁY KHễNG BèNH THƯỜNG Ở ĐỘNG CƠ XĂNG Ở ĐỘNG CƠ XĂNG
HHC ở động cơ xăng được phỏt hoả nhở tia lửa điện cú nhiệt độ rất cao. Mặc dự diễn ra rất nhanh nhưng quỏ trỡnh chỏy khụng xẩy ra tức thỡ trong toàn bộ khụng gian buồng đốt mà ngọn lửa xuất phỏt từ khu vực gần hai cực của buji lan truyền theo từng lớp, phõn chia khụng gian của buồng đốt thành hai vựng : vựng sau ngọn lửa chứa sản phẩm chỏy và vựng trước ngọn lửa chứa hoà khớ chưa chỏy (H. 5.4-2). Nếu tất cả nhiờn liệu được đốt chỏy trong khụng gian cụng tỏc của xylanh bởi ngọn lửa xuất phỏt từ tia lửa điện của buji thỡ quỏ trỡnh chỏy được gọi là chỏy bỡnh thường. Ở động cơ xăng cũng cú thể xuất hiện một số hiện tượng chỏy khụng bỡnh thường, như : kớch nổ, chỏy sớm, nổ trong ống xả, nổ trong ống nạp, v.v.
1) Kớch nổ
Kớch nổ là hiện tượng tự bốc chỏy một cỏch đột ngột của phần hoà khớ trong vựng
phớa trước ngọn lửa.
Hiện tượng kớch nổ cú thể nhận biết qua một số biểu hiện đặc trưng sau đõy : - Xuất hiện tiếng gừ kim loại do súng xung kớch phản xạ nhiều lần trong buồng đốt. Tốc độ chỏy của phần hoà khớ bị kớch nổ rất lớn sẽ tạo nờn ỏp suất và nhiệt độ cục bộ rất cao tại khu vực kớch nổ. Vận tốc lan truyền ngọn lửa kớch nổ cú thể đạt tới 2000 m/s, trong khi vận tốc của ngọn lửa chỏy bỡnh thường khụng vượt quỏ 40 m/s ở động cơ
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 134
xăng hiện nay. Sự chờnh lệch ỏp suất giữa khu vực kớch nổ và phần khụng gian cũn lại của buồng đốt sẽ làm xuất hiện súng xung kớch lan truyền với vận tốc truyền õm. Súng xung kớch phản xạ nhiều lần trong khụng gian buồng đốt sẽ tạo ra tiếng gừ kim loại đặc trưng của hiện tượng kớch nổ.
- Động cơ xả khúi đen do một phần nhiờn liệu và sản phẩm chỏy bị phõn huỷ dưới tỏc dụng của ỏp suất và nhiệt độ rất cao tại khu vực kớch nổ.
- Đồ thị cụng cú hỡnh răng cưa.
Kớch nổ là hiện tượng rất cú hại, vỡ :
- Cụng suất của động cơ giảm, suất tiờu thụ nhiờn liệu tăng do một phần năng lượng phải tiờu hao cho sự lan truyền của súng xung kớch, tổn thất nhiệt cho mụi chất làm mỏt tăng, một phần năng lượng tiờu hao cho sự phõn huỷ nhiờn liệu và sản phẩm chỏy .
- Do sự lan truyền và phản xạ nhiều lần của súng xung kớch trong buồng đốt, sự truyền nhiệt từ khớ núng cho vỏch xylanh sẽ được tăng cường và màng dầu bụi trơn trờn bề mặt của cỏc chi tiết thuộc cơ cấu truyền lực cú thể bị phỏ huỷ dẫn đến hàng loạt hư hỏng như hệ thống làm mỏt bị quỏ tải, kẹt piston, bú xecmang, v.v.
Nguyờn nhõn và bản chất hiện tượng kớch nổ ở động cơ xăng chưa được lý giải một cỏch toàn diện. Tuy nhiờn, nhiều tỏc giả cho rằng kớch nổ là kết quả của hàng loạt phản ứng tiền ngọn lửa (preflame reactions) diễn ra trong điều kiện nhiệt độ và ỏp suất cao tại vựng trước ngọn lửa chứa phần hoà khớ chưa chỏy (thường gọi là hoà khớ cuối -
end mixture) bị chốn ộp bởi màng lửa lan truyền từ buji. Trong thời gian diễn ra cỏc phản
ứng tiền ngọn lửa trong những điều kiện thớch hợp sẽ xuất hiện cỏc chất peroxide cú tớnh chất như chất nổ. Cỏc chất peroxide đú sẽ tự bốc chỏy với tốc độ rất lớn nếu nồng độ của chỳng vượt quỏ trị số tới hạn và gõy ra hiện tượng kớch nổ. Khả năng xuất hiện kớch nổ được quyết định bởi 3 nhúm yếu tố sau đõy :