Chương 4 : QUÁ TRÌNH CHÁY
4 .6.1 Buồng đốt thống nhất
4.6.2. Buồng đốt phân cách
Buồng đốt phân cáchlà loại buồng đốt có thể tích được chia làm hai hoặc nhiều không gian, các khơng gian đó được thơng với nhau bằng 1 hoặc vài lỗ có tiết diện lưu thơng nhỏ.
Cho đến nay, có 2 kiểu buồng đốt phân cách thơng dụng nhất là buồng đốt xoáy lốc và buồng đốt trước.
H. 4-27. Buồng đốt xoáy lốc (a) và Buồng đốt trước (b)
4.6.2.1. BUỒNG ĐỐT XOÁY LỐC
Đặc điểm cấu tạo
Buồng đốt xoáy lốc được phân thành 2 phần gọi là buồng đốt chính và buồng đốt phụ. Buồng đốt chính là phần khơng gian được giới hạn bởi đỉnh piston, mặt dưới của nắp xylanh và thành xylanh. Buồng đốt phụ thường có dạng một vật trịn xoay, được bố trí trong nắp xylanh hoặc trong thân động cơ. Khái niệm "chính", "phụ" ở đây chỉ mang tính quy ước vì thể tích buồng đốt phụ chiếm tới 50 80 % tổng thể tích của buồng đốt. Buồng đốt chính và phụ thơng với nhau bằng một lỗ thơng được bố trí theo phương tiếp tuyến với buồng đốt phụ. Hầu hết các kiểu buồng đốt xốy lốc có một chi tiết gọi là nắp buồng đốt được bố trí trên đường lưu thơng của khí từ buồng đốt chính vào buồng đốt phụ. Nắp buồng đốt được chế tạo bằng vật liệu chịu lửa, được làm mát ít để nhiệt độ của nó có thể đạt tới 700 900 0C trong thời gian động cơ hoạt động. Tồn bộ lượng nhiên liệu chu trình được phun vào buồng đốt phụ.
Assoc. Prof. Ph.D. Nguyễn Văn Nhận - Dong A University - Internal Combustion Engine - 2019
Nguyên lý hoạt động của buồng đốt xốy lốc
Q trình hình thành HHC trong buồng đốt xốy lốc diễn ra như sau : Trong q trình nén, khơng khí từ buồng đốt chính được đẩy vào buồng đốt phụ. Dịng khí lưu động với vận tốc lớn qua họng thông theo phương tiếp tuyến sẽ tạo ra vận động xoáy lốc mạnh trong buồng đốt phụ. Dưới tác dụng của vận động xoáy lốc và tác dụng sấy nóng của nắp buồng đốt, q trình chuẩn bị cho nhiên liệu phát hoả sẽ diễn ra rất nhanh sau khi nhiên liệu được phun vào buồng đốt phụ. Tồn bộ giai đoạn cháy khơng điều khiển diễn ra trong buồng đốt phụ làm cho nhiệt độ và áp suất trong đó tăng lên rất nhanh. Sự chênh lệch áp suất giữa buồng đốt phụ và chính được hình thành, sản phẩm cháy cùng nhiên liệu chưa cháy được phun từ buồng đốt phụ ra buồng đốt chính. Q trình cháy tiếp tục và kết thúc nhanh chóng tại buồng đốt chính.
Hoạt động của buồng đốt xốy lốc tạo ra 3 hiệu quả cơ bản sauđây :
- Tạo ra vận động xốy lốc mạnh của khí trong buồng đốt phụ vào cuối q trình nén;
- Sấy nóng khơng khí lưu thơng từ buồng đốt chính vào buồng đốt phụ; - Phun nhiên liệu từ buồng đốt phụ ra buồng đốt chính (phun thứ cấp).
Dưới tác dụng tổng hợp của 3 hiệu quả trên, thời gian chậm cháy được rút ngắn rất nhiều, nhiên liệu và khơng khí hồ trộn đều rất nhanh so với trường hợp buồng đốt thống nhất. Ngoài ra, do tác dụng tiết lưu của họng thông nên tốc độ tăng áp suất và áp suất cực đại trong buồng đốt chính có trị số thấp hơn (wpm = 3,0 5,0 bar/ 0 gqtk, pz =
55 65 bar) so với trường hợp buồng đốt thống nhất.
4.6.2.2. BUỒNG ĐỐT TRƯỚC
Đặc điểm cấu tạo
Buồng đốt trước, còn được gọi là buồng đốt dự bị, có những đặc điểm cấu tạo tương tự như buồng đốt xoáy lốc. Buồng đốt phụ của buồng đốt trước có thể tích 25
40 % tổng thể tích của buồng đốt và thường được bố trí trong nắp xylanh. Buồng đốt chính và phụ thơng với nhau bằng vài lỗ thơng có tiết diện lưu thơng nhỏ. Toàn bộ lượng nhiên liệu chu trình được phun vào buồng đốt phụ.
Nguyên lý hoạt động của buồng đốt trước
Quá trình hình thành HHC trong buồng đốt trước diễn ra như sau : khi piston thực hiện hành trình nén, khơng khí từ buồng đốt chính được đẩy vào buồng đốt phụ. Do các lỗ thơng có tiết diện lưu thơng nhỏ nên hiệu số áp suất giữa buồng đốt chính và phụ đạt tới trị số khá lớn (p = 3 8 bar). Sự chênh lệch áp suất này sẽ tạo ra vận động rối mạnh của khí trong buồng đốt phụ và làm cho nhiên liệu hoá hơi và hồ trộn nhanh với khơng khí sau được phun vào buồng đốt phụ. Sau khi nhiên liệu phát hoả, nhiệt độ và áp suất trong buồng đốt phụ tăng lên rất nhanh, sản phẩm cháy cùng nhiên
Assoc. Prof. Ph.D. Nguyễn Văn Nhận - Dong A University - Internal Combustion Engine - 2019
liệu chưa cháy được phun từ buồng đốt phụ ra buồng đốt chính. Q trình cháy tiếp diễn và kết thúc nhanh trong buồng đốt chính.
Dưới tác dụng của vận động rối, hiệu quả sấy nóng của nắp buồng đốt và phun thứ cấp, thời gian chậm cháy và cháy ở động cơ với buồng đốt trước ngắn hơn nhiều so với buồng đốt thống nhất. Động cơ với buồng đốt trước làm việc với độ ồn thấp, phụ tải cơ học tác dụng lên cơ cấu truyền lực nhỏ hơn. Nguyên nhân là giai đoạn cháy không điều khiển diễn ra trong buồng đốt phụ và tác dụng tiết lưu của các lỗ thông nên tốc độ tăng áp suất cũng như áp suất cực đại trong buồng đốt chính thấp hơn (wpm =
2,0 3,5 bar / 0 gqtk, pz = 45 60 bar) so với buồng đốt xoáy lốc và buồng đốt thống nhất.
4.6.2.3. ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG
CỦA BUỒNG ĐỐT PHÂN CÁCH
So với trường hợp buồng đốt thống nhất, động cơ được trang bị buồng đốt phân cách có những ưu, nhược điểm cơbản sau đây :
Ưu điểm
(1) Động cơ có thể làm việc với hệ số dư lượng khơng khí rất nhỏ ( = 1,2
1,4), do đó áp suất có ích trung bình của chu trình cơng tác tương đối lớn (pe = 6,5
7,5 bar).
(2) Chỉ cần trang bị cho động cơ hệ thống phun nhiên liệu với vòi phun 1 lỗ và áp suất phun thấp (pfo = 80 130 bar).
(3) Động cơ ít nhậy cảm với sự thay đổi chất lượng nhiên liệu và chế độ làm việc.
Nhược điểm
(1) Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ cao hơn do thêm phần tổn thất năng lượng cho việc lưu thơng của khí giữa buồng đốt chính và phụ, tăng tổn thất nhiệt cho mơi chất làm mát do bề mặt làm mát tương đối của buồng đốt phân cách lớn hơn (ge = 250 290 g/kW.h ởbuồng đốt xoáy lốc, ge = 260 300 g/kW.h ởbuồng đốt trước, ge = 210 230 g/kW.h ở buồng đốt thống nhất) .
(2) Động cơ khó khởi động hơn do tổn thất nhiệt truyền qua vách buồng đốt lớn hơn, chất lượng phun nhiên liệu kém hơn (với hệ thống phun nhiên liệu có vịi phun 1 lỗ và áp suất phun thấp). Để đảm bảo khởi động động cơ ở trạng thái lạnh, động cơ với buồng đốt phân cách thường có tỷ số nén cao và được trang bị buji khởi động.
(3) Cấu tạo nắp xylanh phức tạp hơn.
Với những ưu điểm và nhược điểm kể trên, buồng đốt phân cách thường được sử dụng cho động cơ có tốc độ quay cao và cơng suất nhỏ.
Assoc. Prof. Ph.D. Nguyễn Văn Nhận - Dong A University - Internal Combustion Engine - 2019
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Tất Tiến (2000), Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục.
[2] Hoàng Xuân Quốc (1996), Hệ thống phun xăng điện tử dùng trên xe du lịch, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[3] Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Ali Emadi (2010), Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles (Fundamentals, Theory, and Design),
International Standard Book Number : 978-1-4200-5398-2 (Hardback), CRC Press Taylor & Francis Group. (Second Edition).
[4] V. Arkhangelski, M. Khovakh, et all (1979), Motor vehicle engine, Mir
Assoc. Prof. Ph.D. Nguyễn Văn Nhận - Dong A University - Internal Combustion Engine - 2019
MỤC LỤC
Trang
Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ÔTÔ ..........................................
1.1. Định nghĩa và phân loại động cơ ôtô .........................................................
1.2. Đặc điểm cấu tạo của động cơ đốt trong ...................................................
1.3.1 Bộ khung của động cơ ................................................................
1.3.2 Cơ cấu truyền lực .......................................................................
1.3.3 Cơ cấu nạp - xả ...........................................................................
1.3.4 Hệ thống bôi trơn ........................................................................
1.3.5 Hệ thống làm mát .......................................................................
1.3. Một số thuật ngữ và khái niệm cơ bản .......................................................
1.4. Nguyên lý hoạt động của ĐCĐT ................................................................
1.4.1 Động cơ diesel 4 kỳ ..................................................................... 1.4.2 Động cơ xăng 4 kỳ ...................................................................... 1.4.3 Động cơ xăng 2 kỳ ...................................................................... 1.4.4 Động cơ diesel 2 kỳ ..................................................................... 1.5. So sánh các loại ĐCĐT .............................................................................. 1.5.1. So sánh động cơ 4 kỳ và động cơ 2 kỳ .......................................
1.5.2. So sánh động cơ xăng và động cơ diesel .....................................
Chương 2 : TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA ĐCĐT .....................................
2.1. Tốc độ ........................................................................................................
2.2. Tải .................. ..........................................................................................
2.3. Hiệu suất ..................................................................................................
2.4. Cường độ làm việc ....................................................................................
Chương 3 : QUÁ TRÌNH NẠP - XẢ .............................................................
3.1. Các thơng số đặc trưng của q trình nạp - xả ..........................................
3.2. Quá trình nạp - xả ở động cơ 4 kỳ ............................................................
3.2.1. Diễn biến và các thông số đặc trưng .............................................
3.3.2. Ảnh hưởng của góc phối khí .........................................................
3.3. Quá trình nạp - xả ở động cơ 2 kỳ .............................................................
3.3.1. Khái niệm chung ...........................................................................
3.3.2. Các hệ thống quét - xả điển hình ..................................................
3.3.3. Diễn biến quá trình nạp - xả ở động cơ 2 kỳ .................................
3 3 6 7 11 17 18 20 21 24 24 27 27 28 28 28 29 30 30 32 35 38 39 39 45 45 47 50 50 51 52
Assoc. Prof. Ph.D. Nguyễn Văn Nhận - Dong A University - Internal Combustion Engine - 2019
Chương 4 : QUÁ TRÌNH CHÁY ....................................................................
4.1. Khái niệm cơ bản .......................................................................................
4.2. Các thông số đặc trưng của quá trình cháy ...............................................
4.2.1. Thời gian chậm cháy ......................................................................
4.2.2. Tốc độ cháy ....................................................................................
4.2.3. Tốc độ tăng áp suất .........................................................................
4.3. Quá trình tạo hỗn hợp cháy .......................................................................
4.3.1. Đặc điểm quá trình tạo hỗn hợp cháy ............................................
4.3.2. Chất lượng tạo HHC ở động cơ xăng ............................................
4.3.3. Chất lượng tạo HHC ở động cơ diesel ...........................................
4.4. Quá trình cháy ở động cơ xăng .................................................................
4.4.1. Diễn biến và các thông số đặc trưng ..............................................
4.4.2. Những hiện tượng cháy khơng bình thường ở động cơ xăng .........
4.4.3. Những yếu tố ảnh hưởng ................................................................
4.4.4. Yêu cầu đối với quá trình cháy ở động cơ xăng .............................
4.5. Quá trình cháy ở động cơ diesel ................................................................
4.5.1. Diễn biến và các thông số đặc trưng ..............................................
4.5.2. Những yếu tố ảnh hưởng ................................................................
4.6. Buồng đốt ở động cơ diesel .......................................................................
4.6.1. Buồng đốt thống nhất .....................................................................
4.6.2. Buồng đốt phân cách ......................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................
MỤC LỤC ........................................................................................................ 56 56 62 62 64 68 69 69 70 72 75 75 76 81 88 89 89 92 97 97 99 102 103