- Hệ số biến đổi phõn tử lớ thuyết ở động cơ ga :
3) Tốc độ chỏy của HHC khụng đồng nhất
Cỏch thức chỏy của HHC khụng đồng nhất như trường hợp HHC ở turbine khớ hoặc ở động cơ diesel khụng giống như trường hợp HHC đồng nhất đó được mụ tả ở trờn. Tốc độ chỏy (wc ) của HHC khụng đồng nhất được quyết định chủ yếu bởi tốc độ hoỏ hơi và hoà trộn hơi nhiờn liệu với khụng khớ, bởi vỡ tốc độ phản ứng hoỏ học thường lớn hơn rất nhiều so với tốc độ hoỏ hơi và hoà trộn. Mặt khỏc, quỏ trỡnh chỏy cú thể diễn ra với HHC khụng đồng nhất rất loóng ( λ ≥ 4), vỡ trong HHC khụng đồng nhất luụn tồn tại những khu vực cú thành phần HHC tốt nhất cho sự bốc chỏy (λ = 0,85 - 0,90) ; tại những khu vực đú sẽ xuất hiện những trung tõm chỏy rồi ngọn lửa sẽ lan ra những khu vực với HHC loóng hơn. Cũng chớnh vỡ sự khụng đồng nhất của HHC mà ở động cơ diesel cú thể xuất hiện khúi đen và bồ húng trong khớ thải ngay cả với HHC khỏ loóng ( λ ≈ 1,4). Bởi vỡ, mặc dự HHC cú hệ số dư lượng khụng khớ trung bỡnh lớn hơn 1, nhưng vẫn cú những khu vực cú HHC rất đậm , ở đú cỏc phõn tử hydrocarbon bị phõn huỷ thành C và cỏc chất khỏc trong điều kiện nhiệt độ cao và thiếu oxy.
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 126
5.2.3. TỐC ĐỘ TĂNG ÁP SUẤT VÀ ÁP SUẤT CHÁY CỰC ĐẠI
Tốc độ tăng ỏp suất và ỏp suất chỏy cực đại là hai thụng số cú ảnh hưởng quyết định đến phụ tải cơ học tỏc dụng lờn cơ cấu truyền lực và cỏc bộ phận liờn quan. Nhiều chi tiết chịu tỏc dụng của lực khớ thể, như đỉnh piston, thanh truyền, lút xylanh, v.v. được tớnh toỏn bền trờn cơ sở ỏp suất chỏy cực đại. Trong khi tỏc động của ỏp suất chỏy cực đại cú thể được coi như phụ tải tĩnh thỡ tỏc động của tốc độ tăng ỏp suất lại mang tớnh chất động. Chớnh sự thay đổi ỏp suất một cỏch đột ngột sẽ gõy nờn những biến dạng cú tớnh chu kỳ của vật liệu, từ đú sẽ xuất hiện thờm ứng suất động trong cỏc chi tiết chịu lực. Khi tốc độ tăng ỏp suất lớn, động cơ sẽ làm việc "cứng", ồn và rung động mạnh.
Trong quỏ trỡnh chỏy, chỉ giai đoạn tớnh từ thời điểm nhiờn liệu phỏt hoả (điểm ci - H. 5.2-1) đến thời điểm ỏp suất chỏy đạt giỏ trị cực đại (điểm z) cú tốc độ tăng ỏp suất lớn nhất và cú ảnh hưởng quyết định đến chất lượng quỏ trỡnh chỏy. Bởi vậy tốc độ tăng ỏp suất trong giai đoạn này được coi là đại diện cho ảnh hưởng của tốc độ tăng ỏp suất trong cả quỏ trỡnh chỏy và được đặc trưng bởi thụng số Tốc độ tăng ỏp suất trung bỡnh (wp.) : i i c z c z p p p p w ϕ ϕ ϕ − − = ∆ ∆ = (5.2-3)
trong đú : wp - tốc độ tăng ỏp suất trung bỡnh trong quỏ trỡnh chỏy, [bar/ 0gqtk]; pz , pci - ỏp suất trong xylanh tại điểm z và ci, [bar]; ϕz , ϕci - gúc quay của trục khuỷu tại điểm z và ci , [0gqtk].
Thụng thường, tốc độ tăng ỏp suất trung bỡnh được duy trỡ ở mức wp = 4 ữ 5 bar/
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 127
5.3. QUÁ TRèNH TẠO HỖN HỢP CHÁY
5.3.1. ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRèNH TẠO HỖN HỢP CHÁY
Quỏ trỡnh tạo hỗn hợp chỏy (HHC) bao gồm tất cả những sự thay đổi về trạng thỏi, thành phần, nhiệt độ và ỏp suất của hỗn hợp nhiờn liệu - khụng khớ tớnh từ thời điểm nhiờn liệu bắt đầu được hoà trộn với khụng khớ đến thời điểm hỗn hợp hơi nhiờn liệu - khụng khớ bốc chỏy. Để đảm bảo cho nhiờn liệu chỏy nhanh, chỏy hoàn toàn và chỏy gần ĐCT với tốc độ tăng ỏp suất và ỏp suất chỏy cực đại khụng quỏ lớn, quỏ trỡnh tạo HHC phải thoả món những yờu cầu phự hợp với phương phỏp tổ chức quỏ trỡnh chỏy ở từng loại động cơ.
Qua tỡm hiểu đặc điểm kết cấu, nguyờn lý hoạt động của động cơ xăng và động cơ diesel cú thể rỳt ra một số nhận xột cú liờn quan đến quỏ trỡnh tạo HHC như sau :
Động cơ xăng Động cơ diesel
1. HHC được hỡnh thành từ bờn ngoài khụng gian cụng tỏc của xylanh.
1. HHC được hỡnh thành bờn trong khụng gian cụng tỏc của xylanh. 2. HHC trong buồng đốt tại thời điểm
phỏt hoả cú thể coi là đồng nhất do quỏ trỡnh tạo HHC diễn ra trong một khoảng thời gian dài .
2. HHC tại thời điểm phỏt hoả là khụng đồng nhất do thời gian để chuẩn bị HHC rất ngắn và nhiờn liệu thường là loại khú bay hơi.
3. Nhiờn liệu được phỏt hoả bằng tia lửa điện cú nhiệt độ rất cao.
3. Nhiờn liệu tự phỏt hoả dưới tỏc động của ỏp suất và nhiệt độ cao của khụng khớ trong buồng đốt.
4. Nhiờn liệu thường là loại dễ bay hơi. 4. Nhiờn liệu thường là loại khú bay hơi. Cần lưu ý rằng : khụng phải nhiờn liệu quyết định nguyờn lý hoạt động của động cơ mà ngược lại. Việc sử dụng cỏc loại nhiờn liệu dễ bay hơi ( xăng, alcohol, benzol, khớ đốt hoỏ lỏng, v.v.) cho động cơ xăng và nhiờn liệu khú bay hơi hơn (gas oil, dầu solar, mazout, v.v.) cho động cơ diesel được quyết định trước hết bởi cỏc chỉ tiờu chất lượng cơ bản của nhiờn liệu (số octane, số cetane, nhiệt trị) và hiệu quả kinh tế khi dựng cỏc loại nhiờn liệu đú.
Đặc điểm hỡnh thành HHC bờn ngoài đối với động cơ xăng cũng khụng phải là bất biến. Đó cú những thử nghiệm động cơ phỏt hoả bằng tia lửa chạy bằng xăng được phun trực tiếp vào khụng gian cụng tỏc của xylanh, nhưng những lợi ớch mà giải phỏp này mang lại khụng tương xứng với những bất lợi kốm theo nờn tất cả động cơ xăng phổ biến hiện nay đều thuộc loại hỡnh thành HHC bờn ngoài.
Tất cả cỏc bộ phận cú chức năng thực hiện quỏ trỡnh tạo ra HHC được gọi chung là hệ thống tạo HHC. Ở động cơ xăng, bộ chế hoà khớ hoặc hệ thống phun xăng là những bộ phận cú vai trũ chớnh trong việc thực hiện quỏ trỡnh tạo HHC ; cũn ở động cơ diesel - hệ thống phun nhiờn liệu. Ngoài ra, cấu hỡnh của buồng đốt, hệ thống nạp-xả cũng cú vai trũ nhất định trong việc tạo ra HHC theo những tiờu chớ định trước.
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 128
5.3.2. CHẤT LƯỢNG QUÁ TRèNH TẠO HHC Ở ĐỘNG CƠ XĂNG
Chất lượng quỏ trỡnh tạo HHC ở động cơ xăng cú thể được đỏnh giỏ thụng qua 3 đại lượng chớnh : độ đồng nhất của HHC, chất lượng định lượng và thành phần của HHC.