v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.2.3. Diễn biến quá trình cháy của động cơ diesel sử dụng bơm cao áp – vòi phun kiểu cơ khí
áp – vòi phun kiểu cơ khí
2.2.3.1. Giới thiệu chung
Quá trình cháy là quá trình ô-xy hoá nhiên liệu, giải phóng hoá năng thành nhiệt năng. Yêu cầu đối với quá trình cháy là nhiên liệu cháy đúng lúc, cháy kiệt để đạt tính hiệu quả và tính kinh tế cao, đồng thời tốc độ tăng áp suất Δp/Δυ không quá lớn để động cơ làm việc ít rung giật và hạn chế tải trọng động tác dụng lên các chi tiết của cơ cấu trục khuỷu- thanh truyền. Ngoài ra, các thành phần đôc hại trong khí thải phải nằm trong giới hạn cho phép theo qui đinh về bảo vệ môi trường.
Một số thông số đặc trưng của quá trình cháy là:
- Tốc độ cháy w: biểu thị lượng hỗn hợp tham gia phản ứng trong một đơn vị thời gian (kg/s hay kmol/s). Tốc độ cháy w quyết định tốc độ tỏa nhiệt dQ/dυ và qua đó đến biến đổi áp suất Δp/Δυ và sự thay đổi của nhiệt độ môi chất trong xylanh. - Tốc độ phản ứng ô-xy hoá w': biểu thị tốc độ cháy riêng cho một đơn vị thể tích hỗn hợp (kg/sm3 hay kmol/sm3)
- Tốc độ lan tràn màng lửa u (m/s): quyết định thời gian cháy hòa khí.
- Quá trình cháy phụ thuộc rất nhiều yếu tố, trong đó phương pháp hình thành hòa khí và cách thức đốt nhiên liệu có ảnh hưởng nhiều nhất.
2.2.3.2. Diễn biến
Trên hình 2.5 thể hiện áp suất và nhiệt độ trong xylanh. Ngoài ra còn thể hiện qui luật phun thông qua đại lượng là tỷ lệ (%) lượng nhiên liệu đã phun so với lượng nhiên liệu chu trình gct, qui luật cháy x (%) và tốc độ toả nhiệt dx/d. Động cơ diesel là động cơ có quá trình hình thành hỗn hợp bên trong xy lanh. Từ đặc điểm này có thể chia quá trình cháy thành 4 giai đoạn.
36
Giai đoạn I: cháy trễ, tính từ khi vòi
phun phun nhiên liệu tại điểm 1 đến khi đường cháy tách khỏi đường nén 2. Trong giai đoạn này xảy ra các quá trình tạo thành hỗn hợp và chuẩn bị cháy như xé nhỏ nhiên liệu, bay hơi và hoà trộn nhiên liệu, phản ứng sơ bộ hình thành những trung tâm tự cháy đầu tiên và bước đầu phát triển những trung tâm này. Các thông số đặc trưng của giai đoạn cháy trễ là thời gian cháy trễ i (s)
hay góc cháy trễ i (oTK), phụ thuộc trước hết vào thành phần và tính chất của nhiên liệu như số xe-tan Xe, độ nhớt… Ngoài ra, thời gian cháy trễ còn chịu ảnh hưởng của các yếu tố khác như nhiệt độ và áp suất trong xy lanh tại thời điểm phun, độ phun tơi, mức độ chuyển động rối của môi chất…
Giai đoạn II: cháy nhanh, diễn ra từ
điểm 2 đến điểm 3. Phần hỗn hợp đã được
chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ bốc cháy rất nhanh làm cho áp suất và nhiệt độ trong xy lanh tăng vọt. Tốc độ toả nhiệt rất lớn trong khi thể tích xy lanh thay đổi ít nên giai đoạn cháy nhanh gần với quá trình cấp nhiệt đẳng tích.
Thông số đặc trưng của giai đoạn cháy nhanh là tốc độ tăng áp suất p/. Lượng hỗn hợp được chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ càng nhiều thì p/ càng lớn, động cơ làm việc không êm và ngược lại.
Giai đoạn III: cháy chính, diễn ra từ điểm 3 đến điểm 4. Hỗn hợp vừa chuẩn bị vừa
cháy nên quá trình cháy diễn ra từ từ với tốc độ cháy giảm dần. Vì vậy quá trình cháy diễn ra êm dịu hơn. Có thể coi giai đoạn cháy chính gần với quá trình cấp nhiệt đẳng áp và toàn bộ quá trình cháy trong động cơ diesel gần với chu trình cấp nhiệt hỗn hợp. Tốc độ cháy được quyết định bởi tốc độ hoà trộn giữa nhiên liệu và không khí hay tốc độ chuẩn bị hỗn hợp. Mặt khác, tốc độ cháy giảm còn do nồng độ ô-xy giảm dần. Trong thực tế khoảng 40
50% lượng nhiên liệu chu trình cháy trong giai đoạn III.
Giai đoạn IV: cháy rớt, c ng như ở động cơ xăng trong giai đoạn cháy rớt sẽ cháy nốt
những phần hỗn hợp còn lại (lớp sát vách hay ở khe kẽ của buồng cháy…). Hiệu quả sinh công thấp, nhiệt sinh ra chủ yếu làm nóng các chi tiết. Giai đoạn cháy rớt được coi là kết thúc (hay toàn bộ quá trình cháy kết thúc) khi cháy hết 9597% lượng nhiên liệu chu trình. Để hạn chế cháy rớt có thể áp dụng các biện pháp như chọn góc phun sớm s, cường độ vận động rối của môi chất thích hợp…