PhÇn I Nhiên liệu động cơ Ch-ơng 1. Nguyên tắc điều chế nhiên liệu và yêu cầu chung đối với nhiên liệu
2.4. Cháy bình th-ờng và cháy do kích nổ trong động cơ
Hỗn hợp cháy đ-a vào trong buồng đốt của động cơ phải có một l-ợng hơi nhất định và đ-ợc trộn đều với không khí. ở cuối kì nén hỗn hợp đ-ợc đốt cháy nhờ tia lửa đIện ở nến đIện.Quá trình cháy hỗn hợp đ-ợc gọi là bình th-ờng,nếu hỗn hợp cháy hết với tốc độ lan truyền trung bình của ngọn lửa trong khoảng 15 - 30 m/s.Trong điều kiện đó, động cơ làm việc ổn định,kinh tế và khi cần thiết có thể sử dụng đ-ợc hết công suất theo tính toán của động cơ.Nh-ng khi thay đổi điều kiện( nhiệt độ môi tr-ờng, thay đổi loại nhiên liệu...) động cơ sẽ làm việc không ổn định,không bình th-ờng.Quá trình làm việc không bình th-ờng này của động cơ đ-ợc thể hiện ở chỗ xuất hiện tiếng gõ của kim loại,xuất hiện luồng khói lớn,công suất giảm và những hiện t-ợng khác.
Để làm rõ nguyên nhân dẫn đến phá vỡ quá trình làm việc bình th-ờng của động cơ,các nhà nghiên cứu ng-ời Nga A.S Sô cô lic , A.P Vôi nôp .. đã
chế tạo ra một thiết bị chuyên dùng.Thiết bị này cho phép chụp ảnh đ-ợc quá
trình lan truyền của lửa một cách trực tiếp trong buồng cháy.Kết quả nghiên cứu cho thấy: khi động cơ làm việc kèm theo hiện t-ợng kích nổ,phần lớn hỗn
T, 0C
+50
+40 Nhiệt độ
môi tr-ờng
+30 +20 +10
0
-10
-20 -30
20 30 40 50 60 300 400 500 600 Nhiệt độ bắt đầu ch-ng cất,0C áp suất hơi, mm cột thuỷ ngân Hình 4. Đồ thị đánh giá chất l-ợng xăng theo nhiệt độ bắt đầu ch-ng cất và áp suất hơi bão hoà .
1,4- Vùng có khả năng tạo nút hơi; 2,5- Vùng có thể khởi động động cơ mà không cần sấy; 3,6- Vùng không thể khởi động đ-ợc động cơ nếu không sấy nóng động cơ.
hợp nhiên liệu – khí cháy bình th-ờng,chỉ ở giai đoạn cháy cuối cùng tốc độ lan truyền của luồng lửa tăng đột ngột từ 15 - 30 m/s lên tới 1500 - 2500 m/s.Quá trình cháy với tốc độ nh- vậy đ-ợc gọi là quá trình cháy có kèm theo hiện t-ợng kích nổ.Quá trình này xẩy ra có kèm theo tăng nhiệt độ,áp suất tăng vọt và đột ngột,công suất động cơ giảm,xuất hiện tiếng gõ kim loại và các hiện t-ợng có hại khác. Kết quả cuối cùng là làm cho các chi tiết của động cơ
bị mài mòn nhanh hoặc có thể bị h- hỏng.Thực tế hiện t-ợng kích nổ của động cơ là không cho phép,bởi vậy cần phải hiểu biết nguyên nhân làm xuất hiện hiện t-ợng kích nổ và biện pháp ngăn ngừa phòng tránh.Sự chuyển từ trạng thái làm việc bình th-ờng sang trạng thái kích nổ có liên quan tới sự chuyển hoá hoá học của các hỗn hợp cacbua hyđrô đang đ-ợc đ-a vào buồng cháy.Một phần cacbua hyđrô tr-ớc khi cháy đã bị ô xy hoá tạo thành những sản phẩm ô xy hoá không bền vững( Theo học thuyết của viện sĩ A.N Bakh) - Peroxit hữu cơ có dạng R-R-O-O-H. Ký hiệu R chỉ gốc cacbua hyđrô bất kỳ.Viện sĩ N.N Xe me nốp trong công trình của mình đã phát triển tiếp thuyết peroxit của A.N Bakh và chỉ ra rằng các phản ứng kết hợp và phân hoá peroxit thuộc loại phản ứng dây truyền.
Nồng độ peroxit trong hỗn hợp khi ch-a bị cháy và đặc đIểm cháy của hỗn hợp phụ thuộc vào mối t-ơng quan tốc độ của các phản ứng dây truyền ng-ợc nhau về dấu.Nếu trong suốt thời gian của quá trình cháy,nồng độ chất peroxit không tăng tới giá trị giới hạn,thì tốc độ cháy của hỗn hợp không v-ợt quá
30m/s và động cơ làm việc bình th-ờng.Nếu trong một lần nào đó có một phần hỗn hợp không cháy,nồng độ peroxit sẽ đạt tới giá trị tới hạn, thì liền sau đó bắt đầu quá trình phân hoá mạnh kèm theo những phản ứng dây truyên phân nhánh.Quá trình này phát triển nhanh nh- thác lũ và kết thúc rất nhanh,gây nên sự tăng vọt áp suất cục bộ.Công suất của quá trình này lớn đến nỗi làm xuất hiện sóng xung kích, lan truyền tới thành xi lanh với tốc độ rất lớn 1500 – 2500m/s, nén ép mạnh các lớp khí trong buồng cháy.Hỗn hợp cháy d-ới áp suất lớn nh- vậy bị đốt nóng tới nhiệt độ có thể tự bốc cháy và tiếp theo do tác
động của sóng xung kích,hỗn hợp bắt đầu cháy một cách tức thời.Tốc độ lan truyền của ngọn lửa tới vùng có hỗn hợp ch-a cháy rất lớn và đạt tới tốc độ của sóng xung kích ( 1500 – 2500m/s).Hiện t-ơng xuất hiện sóng xung kích và ngọn lửa do chính sóng xung kích gây nên đ-ợc gọi là sóng kích nổ.Từ đó xuất hiện thuật ngữ - hiện t-ợng kích nổ trong động cơ.
Việc đ-a ra một cách có hệ thống những nguyên nhân làm xuất hiện hiện t-ợng kích nổ sẽ giúp ta hiểu khái quát về ảnh h-ởng của peroxit trong quá
trình cháy.Trên cơ sở đó cho phép ta có thể chọn những giải pháp nhằm ngăn phòng hiện t-ợng kích nổ trong động cơ..
Quá trình làm việc bình th-ờng của động cơ có thể đảm bảo chỉ khi trong suốt chu kỳ cháy hỗn hợp nồng độ peroxit không đ-ợc đạt tới giá trị giới hạn.Về đIều này cần nghiên cứu sự ảnh h-ởng của các yếu tố khác nhau tới quá trình cháy.Các công trình nghiên cứu cũng nh- kinh nghiệm khai thác
động cơ cho thấy rằng nồng độ của hợp chất peroxit càng cao và t-ơng ứng với nó là c-ờng độ kích nổ càng mạnh,thì nhiệt độ và áp suất hỗn hợp cháy càng cao và động cơ càng làm việc lâu trong đIều kiện nhiệt độ cao.Từ kết luận này cho thấy thay đổi các yếu tố khai thác,chế độ làm việc và yếu tố kết cấu sẽ ảnh h-ởng nh- thế nào tới nhiệt độ và áp suất hỗn hợp,và cuối cùng là thể hiện ở l-ợng peroxit trong hỗn hợp.Vi dụ tăng nhiệt độ và áp suất khí vào động cơ,tăng tỷ số nén,mở rộng b-ớm gió hơn luôn làm cho áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp ở cuối kì néncũng nh- trong quá trình cháy tăng.ĐIều này tạo khả
năng tích luỹ một l-ợng lớn peroxit và xuất hiện hiện t-ợng kích nổ khi peroxit đạt tới giá trị tới hạn. Ng-ợc lạI, giảm những ảnh h-ởng của các yếu tố trên sẽ giảm đ-ợc l-ợng peroxit,và tất nhiên là giảm đ-ợc c-ờng độ kích nổ,thậm trí khắc phục đ-ợc hoàn toàn.
Để ngăn ngừa hiện t-ợng kích nổ,khi khai thác động cơ xăng trên xe ô tô
có thể sử dụng một số biện pháp sau: giảm góc đánh lửa sớm,góc mở b-ớm gió nhỏ và tăng vòng quay của trục khuỷu.biện pháp cuối cùng có thể thực hiện bằng cách về số thấp.Để duy trì tốc độ nh- cũ của xe trên tay số thấp đó,rõ ràng phải tăng vòng quay của động cơ.Khi tốc độ vòng quay của trục khuỷu tăng lên thì hiện t-ợng kích nổ sẽ yếu đi hoặc đ-ợc khắc phục vì thời gian l-u lại trong động cơ của hỗn hợp cháy giảm.
áp dụng một trong ba biện pháp kể trên hoặc kết hợp cả ba biện pháp là giải pháp ngăn ngừa h-ũ hiệu.Nh-ng sử dụng những giải pháp này chỉ trong tr-ờng hợp thật cần thiết và trong thời gian ngắn, vì khi đó hoặc công suất của
động cơ sẽ giảm hoặc tính kinh tế giảm hoặc đồng thời cả hai.Chỉ bằng cách chọn loại xăng cho từng kiểu động cơ theo tính chống kích nổ mới có thể bảo
đảm động cơ làm việc ổn định,không xẩy ra kích nổ phát huy đ-ợc công suất và bảo đảm tính kinh tế cao.