- Hệ số biến đổi phõn tử lớ thuyết ở động cơ ga :
c) Sự phỏt hoả của nhiờn liệu hydrocarbo nở ĐCĐT
• Sự phỏt hoả ở động cơ xăng - Ở động cơ xăng , nhiệt độ rất cao của tia lửa
điện (khoảng 10 000 0C) cú thể phỏ vỡ cấu trỳc của cỏc phõn tử nhiờn liệu và oxy để tạo ra cỏc phần tử hoạt tớnh. Những phần tử hoạt tớnh này sẽ làm phỏt triển phản ứng dõy chuyền với tốc độ được xỏc định theo cụng thức (5.1-7). Cựng với sự gia tốc của phản ứng dõy chuyền, tốc độ toả nhiệt tại khu vực phản ứng cũng tăng theo. Khi tốc độ toả nhiệt lớn hơn tốc độ truyền nhiệt từ khu vực phản ứng ra ngoài thỡ chuyển sang giai đoạn tự nõng cao nhiệt độ của HHC và dẫn đến phỏt hoả.
• Sự phỏt hoả ở động cơ diesel - Ở động cơ diesel, nhiệt độ trong xylanh tại thời
điểm phun nhiờn liệu khụng đủ cao để cú thể phỏ huỷ cấu trỳc của cỏc phõn tử CnHm và O2 (TC ≈ 700 ữ 900 0C). Tuy nhiờn, ở nhiệt độ tương đối thấp (300 ữ 400 0C) vẫn cú thể diễn ra phản ứng hoỏ học giữa cỏc phõn tử CnHm và O2 với sự hỡnh thành những chất peroxide. Vớ dụ :
C7H16 + O2 → C7H15OOH
Khi tớch tụ đến một nồng độ giới hạn, cỏc chất peroxide ROOH dễ dàng tự phõn huỷ ở nhiệt độ trong buồng đốt như sau :
hoặc ROOH → RO + OH
ROOH → ( R C H ) + ( R C R ) + ( R CH CH R ) O
O aldehydes
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 120
Sản phẩm của sự phõn huỷ cỏc chất peroxide cú thể là cỏc chất cú tớnh hoạt hoỏ yếu như aldehyde, ketone, olefin, v.v. và cỏc phần tử hoạt tớnh, vớ dụ RO, OH, v.v. Cỏc phần tử hoạt tớnh mới được hỡnh thành dễ dàng phản ứng với cỏc phõn tử CnHm và O2 để tạo ra những phần tử hoạt tớnh mới và làm xuất hiện phản ứng dõy chuyền rồi cú thể kết thỳc bằng sự xuất hiện những trung tõm chỏy đầu tiờn. Sự hỡnh thành cỏc phần tử hoạt tớnh là kết quả của hàng loạt quỏ trỡnh hoỏ học trung gian được gọi là cỏc phản ứng tiền ngọn lửa (Preflame Reactions) .Thời điểm HHC tự bốc chỏy là thời điểm xuất hiện trong buồng đốt những trung tõm chỏy đầu tiờn (First Hot Flame Foci). Đú là những khu vực tập trung những phần tử hoạt tớnh với nồng độ đủ lớn sao cho tốc độ toả nhiệt từ cỏc phản ứng hoỏ học giữa chỳng với nhau và giữa chỳng với cỏc phõn tử nhiờn liệu lớn hơn tốc độ truyền nhiệt từ khu vực phản ứng ra ngoài. Trong điều kiện như vậy, sự tự gia tốc dõy chuyền làm cho phản ứng đạt đến tốc độ đảm bảo việc tự bốc chỏy và chỏy của HHC xung quanh.
Qua phõn tớch ở trờn ta thấy, cỏc phản ứng oxy hoỏ nhiờn liệu ở ĐCĐT đều thuộc loại phản ứng dõy chuyền. Nhưng vỡ cỏc phản ứng dõy chuyền đú đều là phản ứng toả nhiệt nờn trong quỏ trỡnh phản ứng, HHC cũng tự sấy núng và sự tự sấy núng đú cũng ảnh hưởng tới phỏt hoả. Như vậy, sự phỏt hoả ở ĐCĐT vừa do phản ứng dõy chuyền vừa do nhiệt.
5.2. CÁC THễNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRèNH CHÁY
5.2.1. THỜI GIAN CHẬM CHÁY
• Thời gian chậm chỏy (Ignition Lag) là khoảng thời gian cần thiết để HHC phỏt
hoả khi chịu tỏc dụng của ỏp suất và nhiệt độ đủ lớn. Đối với động cơ xăng, thời gian chậm chỏy được tớnh từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện giữa hai cực của buji đến thời điểm xuất hiện những trung tõm chỏy đầu tiờn; cũn ở động cơ diesel - thời gian chậm chỏy kộo dài từ thời điểm nhiờn liệu thực tế bắt đầu được phun vào buồng đốt đến thời điểm xuất hiện những trung tõm chỏy đầu tiờn. Thời gian chậm chỏy cú thể được tớnh bằng giõy (τi) hoặc bằng độ gúc quay của trục khuỷu (ϕi).
• Thời gian chậm chỏy vật lý và thời gian chậm chỏy hoỏ học
Nhiều thớ nghiệm đó được tiến hành nhằm mục đớch xỏc định thời gian chậm chỏy. H. 5.2-2 giới thiệu kết quả thớ nghiệm bằng cỏch phun hỗn hợp của 33 % isooctane và 67 % n-heptane vào một bỡnh chứa khụng khớ và một bỡnh khỏc chứa nitơ đó được đốt núng . Kết quả thớ nghiệm chứng tỏ sự tồn tại cỏc quỏ trỡnh vật lý và hoỏ học diễn ra trong giai đoạn chậm chỏy. Thời gian diễn ra cỏc quỏ trỡnh hoỏ hơi nhiờn liệu, hoà trộn hơi nhiờn liệu với khụng khớ và sấy núng hỗn hợp chỏy đến nhiệt độ tự bốc chỏy được gọi là thời gian chậm chỏy vật lý (τi.ph) . Thời gian tớnh từ thời điểm xuất hiện cỏc phản ứng tiền ngọn lửa đến thời điểm xuất hiện những trung tõm chỏy đầu tiờn được gọi là thời gian chậm chỏy hoỏ học (τi. ch).
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 121
• Ảnh hưởng của giai đoạn chậm chỏy đến chất lượng quỏ trỡnh chỏy
Ảnh hưởng của giai đoạn chậm chỏy đến diễn biến và chất lượng quỏ trỡnh chỏy ở động cơ xăng và diesel khụng hoàn toàn như nhau. Giai đoạn chậm chỏy ở động cơ xăng diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn và khụng cú ảnh hưởng đỏng kể đến chất lượng của toàn bộ quỏ trỡnh chỏy. Ngược lại, giai đoạn chậm chỏy ở động cơ diesel diễn ra trong một khoảng thời gian khỏ dài so với tổng thời gian dành cho qỳa trỡnh chỏy và cú ảnh hưởng rất lớn đến diễn biến của cỏc giai đoạn tiếp theo của quỏ trỡnh chỏy. Giai đoạn chậm chỏy ở động cơ diesel kộo dài sẽ làm cho lượng nhiờn liệu chỏy rớt , tốc độ tăng ỏp suất (wp.m) và ỏp suất chỏy cực đại (pz) đều tăng.
cf ϕi a) ci c ci cf θ ĐCT ϕ ϕi b) ĐCT θ ϕ p z ec c z' z p ec
H. 5.2-1. Cỏc điểm đặc trưng trờn đồ thị cụng chỉ thị trong quỏ trỡnh chỏy. a) Động cơ xăng , b) Động cơ diesel
cf - thời điểm buji đỏnh lửa (động cơ xăng) hoặc thời điểm phun nhiờn liệu thực tế (động cơ dớesel) ; ci - thời điểm phỏt hoả ; ec- thời điểm kết thỳc quỏ trỡnh chỏy ; θ - gúc đỏnh lửa sớm (động cơ xăng) hoặc gúc phun sớm (động cơ diesel) ; ϕ i - gúc chậm chỏy
Thời gian chậm cháy [ms] 12 8 4 -30 -20 -10 0 τi.ch τi.ch τi.ph 0 10 τi.ph N2 N2 1 2 T ha y đổ i nộ i nă ng [ ca l]
H. 5.2-2. Thời gian chậm chỏy vật lý và hoỏ học [5] 1- Tc1 = 1300 0 F , pc1 = 465 psia , gf = 0,108 g ; 2- Tc1 = 900 0 F , pc1 = 465 psia , gf = 0,139 g.
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 122
5.2.2. TỐC ĐỘ CHÁY
Tốc độ chỏy (wC) được định nghĩa là số lượng nhiờn liệu tham gia phản ứng chỏy
trong một đơn vị thời gian. Tốc độ chỏy cú vai trũ đặc biệt quan trọng đối với chất lượng chu trỡnh cụng tỏc của ĐCĐT vỡ nú quyết định đặc điểm biến thiờn của nhiệt độ và ỏp suất của MCCT trong quỏ trỡnh chỏy, kộo theo đú là hàng loạt chỉ tiờu kinh tế - kỹ thuật của động cơ.
Tốc độ chỏy ở ĐCĐT phụ thuộc vào tốc độ phản ứng hoỏ học (wh) của nhiờn liệu với oxy và vận tốc độ lan truyền ngọn lửa (u).