- Hệ số biến đổi phõn tử lớ thuyết ở động cơ ga :
4) Thành phần của hỗn hợp chỏy
Thành phần HHC ( λ ) cú ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng hoỏ học giữa nhiờn liệu và oxy và qua đú ảnh hưởng đến cỏc thụng số cụng tỏc khỏc của động cơ.
• Ảnh hưởng của λλλ đến hiệu suất lý thuyết ( ηλ ηηηt )
Hiệu suất của chu trỡnh lý thuyết của động cơ xăng được xỏc định bằng cụng thức (xem mục 2.2) : 1 1 1 1 − ⋅ = t = − k V t Q W ε η
Ở vựng HHC đậm (λ ≤ 1), ηt giảm mạnh theo chiều giảm của λ do phần nhiờn liệu chỏy khụng hoàn toàn tăng. Ở vựng HHC loóng (λ ≥ 1), nhiờn liệu chỏy hoàn toàn và lượng nhiệt chu trỡnh là khụng đổi (Q1 = const). Mặt khỏc, theo chiều tăng của λ trong vựng λ ≥ 1, nhiệt dung riờng của MCCT sẽ giảm vỡ cả lượng nhiệt chu trỡnh ứng với 1 đơn vị số lượng khớ mới, nhiệt độ của MCCT trong quỏ trỡnh chỏy và dón nở, hàm lượng tương đối của cỏc khớ nhiều nguyờn tử (CO2 , H2O) đều giảm . Kết quả là hệ số đoạn nhiệt (k) sẽ tăng đụi chỳt và làm cho hiệu suất lý thuyết (ηt) tăng nhẹ theo chiều tăng của λ. 1,0 0,24 0,8 1,2 1,4 1,6 0,32 0,40 λ ηt , ηi ηt η i 1 2 3 4 5
H. 5.4-9. Ảnh hưởng của λ đến ηt và ηi
1- với tải bộ phận, 2- với 100 % tải, 3- với hai bougie cho mỗi xylanh, 4- với khớ mới phõn lớp , 5- với buồng đốt trước
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 140
• Ảnh hưởng đến hiệu suất chỉ thị ( ηηηηi )
Hiệu suất nhiệt của chu trỡnh thực, tức là hiệu suất chỉ thị (ηi) cũng sẽ tăng khi HHC được làm loóng dần do hiệu suất lý thuyết tăng (ηi = ηt . ηt-i). Tuy nhiờn, khỏc với hiệu suất lý thuyết, hiệu suất chỉ thị chỉ tăng đến một giới hạn nhất định, tại đú quỏ trỡnh chỏy nhiờn liệu vẫn diễn ra bỡnh thường. Khi HHC quỏ loóng, quỏ trỡnh chỏy nhiờn liệu sẽ diễn ra chậm và khụng ổn định, cú thể cú hiện tượng "bỏ lửa" (misfiring), tất cả những yếu tố đú đều gúp phần làm giảm hiệu suất chỉ thị của động cơ.
• Giới hạn lng cú ớch ( λλλe ) λ
Trị số của hệ số dư lượng khụng khớ, tại đú hiệu suất chỉ thị đạt giỏ trị cực đại, được gọi là giới hạn loóng cú ớch (λe). Trị số λe được quyết định bởi hàng loạt yếu tố kết cấu và vận hành, như : loại buồng đốt, số lượng buji, năng lượng của tia lửa điện, nhiệt độ và ỏp suất tại thời điểm đốt chỏy nhiờn liệu, v.v. Cố gắng tăng λe ở động cơ xăng khụng chỉ nhằm mục đớch tăng hiệu suất nhiệt mà cũn cú tỏc dụng giảm độ độc hại của khớ thải.
H. 5.4-10 giới thiệu sơ đồ nguyờn lý giải phỏp đốt chỏy bằng buồng đốt trước (precombustion chamber ignition) nhằm mục đớch tăng λe ở động cơ xăng. Toàn bộ thể tớch buồng đốt của động cơ được chia thành 2 phần : buồng đốt phụ và buồng đốt chớnh. Buồng đốt phụ được cung cấp HHC đậm qua một xupap phụ, cũn buồng đốt chớnh được cung cấp HHC loóng qua xupap nạp chớnh. HHC trong buồng đốt phụ được đốt chỏy bằng tia lửa điện của buji. HHC trong buồng đốt chớnh được đốt chỏy bằng ngọn lửa phun ra từ buồng đốt phụ. Với giải phỏp như trờn, động cơ cú thể hoạt động với HHC cú hệ số dư lượng khụng khớ trung bỡnh lớn hơn nhiều (λ ≥ 1,5) so với phương phỏp đốt chỏy cổ điển .
λ1 λ2
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 141 λ Ne ge λ = 1 Giầu Nghèo Ne ge Ne.max ge.min λΝ λg
H. 5.4-11. Ảnh hưởng của λ đến Ne và ge của động cơ xăng
• Ảnh hưởng λλλλ đến cụng suất cú ớch (Ne) và suất tiờu thụ nhiờn liệu (ge)
H. 5.4-11 giới thiệu dạng điển hỡnh của đường Ne và ge theo đặc tớnh điều chỉnh thành phần HHC của động cơ xăng, tức là đường cong thể hiện đặc điểm biến thiờn của Ne và ge theo λ khi động cơ chạy ở tốc độ quay khụng đổi trong điều kiện giữ nguyờn vị trớ của bướm ga.
Theo đặc tớnh điều chỉnh thành phần HHC của động cơ xăng, Ne giảm dần theo chiều tăng của λ do tốc độ cấp nhiệt giảm. Khi HHC được làm đậm dần, cụng suất của động cơ sẽ tăng và đạt tới trị số cực đại ứng với λ = λN , tại đú lượng nhiờn liệu được tăng thờm do giảm λ cõn bằng với lượng nhiờn liệu chỏy khụng hoàn toàn do thiếu oxygen. Nếu tiếp tục làm đậm HHC, cụng suất của động cơ sẽ giảm do chất lượng quỏ trỡnh chỏy bị ảnh hưởng, lượng nhiờn liệu chỏy khụng hoàn toàn tăng.
Về phương diện hiệu quả biến đổi năng lượng, ge sẽ giảm mạnh theo chiều tăng của λ trong phạm vi λ < 1 do lượng nhiờn liệu chỏy khụng hoàn toàn giảm. Trị số của hệ số dư lượng khụng khớ ứng với suất tiờu hao nhiờn liệu cực tiểu (λg) tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố, như : tải, tốc độ quay, giới hạn loóng cú ớch, v.v. Nếu tiếp tục làm loóng HHC (λ > λg), suất tiờu thụ nhiờn liệu sẽ tăng do tốc độ chỏy giảm, quỏ trỡnh chỏy khụng ổn định .
- Khi khởi động động cơ nguội, cần phải cung cấp HHC cú hệ số dư lượng khụng khớ danh nghĩa rất nhỏ (λ < 0,3 - 0,4) để cú thể tạo ra được HHC cú ớch đủ đậm để cú thể phỏt hoả trong điều kiện ỏp suất và nhiệt độ trong cylindre cũn thấp.
- Khi động cơ hoạt động ở những chế độ tải nhỏ hoặc khụng tải, cần cung cấp cho động cơ HHC đậm (λ = 0,4 - 0,8) để động cơ cú thể chạy ổn định, vỡ ở những chế độ tải núi trờn điều kiện hỡnh thành HHC và đốt chỏy nhiờn liệu khụng thuận lợi.
- Ở những chế độ tải và tốc độ quay trung bỡnh, cần tạo ra HHC hơi loóng (λ = 1,05 - 1,15) để nhiờn liệu chỏy hoàn toàn.
- Muốn động cơ đạt được cụng suất lớn nhất, cần phải tạo ra HHC hơi đậm (λ = 0,85 - 0,90) .
PGS. TS. Nguyễn Văn Nhận - ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (1) - 142