Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 43 CHƯƠNG 3 QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ TẠO HỖN HỢP TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL 3.1 Giai đoạn của quá trình cháy Quá trình cháy trong động cơ Diesel thực chất là quá trình ôxy hoá các thành phần hóa học có trong nhiên liệu kèm theo sự tỏa nhiệt mãnh liệt. Quá trình cháy bao gồm hàng loạt các biến đổi về lý hóa, cái nọ kế tiếp cái kia và kéo dài cho đến cả sau khi hỗn hợp đã bốc cháy. Ở cuối kỳ nén, nhiên liệu được phun vào trong xy lanh động cơ dưới dạng sương, nhờ nhiệt độ cao trong xy lanh, các hạt nhiên liệu sẽ nhanh chóng bay hơi kèm theo những biến đổi về vật lý, hình thành khí hỗn hợp và chuẩn bị cho nó bốc cháy. Quá trình này chiếm một khoảng thời gian nhất định và được gọi là thời gian chuẩn bị cháy, ký hiệu là i τ (giây), tương ứng với một khoảng góc quay i ϕ (độ) của trục khuỷu. Hình 3.1 Diễn biến quá trình cháy nhiên liệu trong xy lanh Quá trình cháy trong động cơ Diesel bao gồm nhiều quá trình trung gian kế tiếp nhau nhưng để cho việc nghiên cứu được dễ dàng, người ta chia quá trình cháy thành 4 giai đoạn trên cơ sở căn cứ vào bản chất các quá trình xảy ra trong xy lanh động cơ. 3.1.1 Giai đoạn chuẩn bị cháy Giai đoạn chuẩn bị cháy được xác định bằng khoảng thời gian từ lúc nhiên liệu bắt đầu phun vào xy lanh động cơ (điểm b hình 3.1) đến khi áp suất trong xy lanh động cơ bắt đầu tăng đột ngột, tức là đường cong áp suất biểu thị quá trình cháy tách khỏi đường cong nén (điểm a). Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 44 Giai đoạn này trong xy lanh động cơ diễn ra hàng loạt các quá trình phức tạp: sấy nóng nhiên liệu, bay hơi, phân hủy các phần tử có liên kết dài thành các phần tử có liên kết ngắn, ôxy hóa. Nhiên liệu đưa vào trong xy lanh động cơ ở giai đoạn thứ nhất chiếm 30% ÷ 40% lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình. Giai đoạn này được đặc trưng bằng thời gian chuẩn bị cháy i τ (giây) hay góc chuẩn bị cháy i ϕ (độ góc quay trục khuỷu). Giữa thời gian chuẩn bị cháy và góc chuẩn bị cháy có quan hệ với nhau theo công thức: 6. i i n ϕ τ = (s) Trong đó: n là vòng quay động cơ (vòng/ phút) Trong các độngcơ diesel: i τ = 0,005 ÷ 0,001 (giây), còn i ϕ biến thiên từ 3 ÷ 50 ( o gqtk) Thời gian i τ càng dài, lượng nhiên liệu tích lũy trong giai đoạn này càng lớn, nó sẽ ảnh hưởng đến đặc tính quá trình cháy. Đặc biệt trong các động cơ cao tốc, lượng nhiên liệu cấp trong giai đoạn này khá cao. Cá biệt có những động cơ lượng nhiên liệu cấp trong giai đoạn này bằng 100% lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình (q ct). 3.1.2 Giai đoạn tăng áp suất Giai đoạn này gọi là giai đoạn cháy nổ, được xác định bằng khoảng thời gian từ lúc bắt đầu sự bốc cháy nhiên liệu (điểm a) đến thời điểm áp suất trong xy lanh động cơ đạt giá trị lớn nhất (điểm z 1 ). Ở giai đoạn này, tốc độ tỏa nhiệt của nhiên liệu rất lớn, đồng thời áp suất chất khí trong xy lanh động cơ cũng tăng lên một cách đáng kể. Để đánh giá chất lượng và mức độ cháy mãnh liệt của giai đoạn này, người ta dùng hai thông số là: Tốc độ tăng áp suất trung bình: ϕ d dp W = => max max dp d ω ϕ ⎛⎞ = ⎜⎟ ⎝⎠ (3.1) Hoặc tốc độ tăng áp suất trung bình: cz cz tb pp p W ϕϕϕ − − = Δ Δ = (3.2) Hai thông số trên đánh giá mức độ làm việc nhẹ nhàng, tin cậy của động cơ. Trị số W, W tb lớn, động cơ làm việc cứng có tiếng gõ. Khi tốc độ tăng áp suất qúa cao có thể dẫn đến hư hỏng bệ đỡ, trục khuỷu của động cơ và các chi tiết khác. Khi động cơ làm việc bình thường, giá trị của W nằm trong khoảng 1 ÷ 6 (kG/ cm 2 . độ góc quay trục khuỷu). (tốt nhất là 4 ÷ 6 kG/ cm 2 ) Sở dĩ trong giai đoạn này có sự tỏa nhiệt mạnh là vì phần nhiên liệu phun vào trong giai đoạn chuẩn bị cháy đã bắt đầu bốc cháy. Nhiệt lượng tỏa ra trong giai đoạn này chiếm khoảng 1/3 số nhiệt lượng do nhiên liệu cung cấp. Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 45 3.1.3 Giai đoạn tăng nhiệt độ Giai đoạn này được tính từ lúc áp suất trong xy lanh động cơ đạt giá trị cực đại (điểm z 1 ) đến khi nhiệt độ chất khí trong xy lanh động cơ đạt giá trị cực đại (điểm z). Trong giai đoạn này, việc cung cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ cơ bản là chấm dứt. Cường độ tỏa nhiệt ở giai đoạn này bắt đầu giảm xuống do nồng độ oxy giảm. Ở đầu giai đoạn này, mặc dù piston đã đi xuống, thể tích xy lanh tăng dần nh ưng do nhiên liệu còn tiếp tục cháy mãnh liệt nên áp suất trong xy lanh động cơ thay đổi không lớn lắm. Đây là giai đoạn phát nhiệt chủ yếu, nhiệt lượng tỏa ra trong giai đoạn này chiếm khoảng 40% ÷ 50% toàn bộ nhiệt lượng do nhiên liệu cháy. Sự thay đổi áp suất trong xy lanh động cơ ở giai đoạn này phụ thuộc vào mối tương quan giữa tốc độ cấp nhiên liệu và việc tăng thể tích của xy lanh công tác. Mặc dù qúa trình cấp nhiên liệu thường kết thúc ở đầu giai đoạn này nhưng qúa trình cháy có thể còn tiếp diễn sau điểm z vì qúa trình cháy đã bị chậm lại do số lượng ôxy tự do trong xy lanh độ ng cơ giảm xuống. 3.1.4 Giai đoạn cháy rớt Giai đoạn này tương ứng với thời kỳ cháy rớt của nhiên liệu, được tính từ lúc nhiệt độ chất khí trong xy lanh động cơ đạt giá trị cực đại đến khi kết thúc qúa trình cháy nhiên liệu (điểm z’). Trong giai đoạn này, tốc độ tỏa nhiệt giảm và tốc độ cháy nhiên liệu diễn ra chậm. Trong tất cả các độngc ơ diesel hầu như đều tồn tại giai đoạn cháy rớt này. Do tốc độ quay cao, các động cơ cao tốc có qúa trình cháy rớt dài sẽ làm cho tổn thất nhiệt khí xả tăng, tính kinh tế của động cơ giảm xuống, làm xấu đi chế độ nhiệt của các chi tiết, đặc biệt là nhóm piston và cơ cấu phân phối khí. Giảm hệ số dư lượng không khí α (đặc biệt ở chế độ qúa tải), giảm góc phun sớm, chất lượng phun nhiên liệu kém, thay đổi loại nhiên liệu sử dụng, tăng số vòng quay và hàng loạt các yếu tố khác thay dổi là nguyên nhân làm cho qúa trình cháy rớt phát triển. Để rút ngắn thời gian cháy rớt cần đảm bảo chất lượng tạo hỗn hợp, tăng hệ số dư lượng không khí α và rút ngắn thời gian cấp nhiên liệu ở giai đoạn 3. 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến các giai đoạn của qúa trình cháy 3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn chuẩn bị cháy Thời gian của giai đoạn chuẩn bị cháy rất ngắn i τ = 0,005 ÷ 0,001 (giây). Thời gian chuẩn bị cháy và quy luật cấp nhiên liệu hay lượng nhiên liệu cấp trong thời gian chuẩn bị cháy có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ tăng áp suất và độ cứng của động cơ làm việc êm, tránh được các hư hỏng do ứng suất cơ gây ra. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian chuẩn bị cháy bao gồm các yếu tố hóa học, các yếu tố vật lý, các y ếu tố cấu tạo và các yếu tố về khai thác. Các yếu tố về hóa học bao gồm thành phần, tính chất và cấu trúc của nhiên liệu, nồng độ ôxy trong buồng đốt, lượng khí sót còn sót lại từ chu trình trước và các chất phụ gia kích thích qúa trình cháy khi pha thêm vào nhiên liệu. Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 46 Trong các yếu tố về hóa học thì thành phần và tính chất của nhiên liệu có ảnh hưởng đáng kể đến giai đoạn chuẩn bị cháy. Trị số xêtan của nhiên liệu sử dụng càng lớn càng rút ngắn thời gian chuẩn bị cháy và do vậy tốc độ tăng áp suất sẽ giản đi. Tăng nồng dộ ôxy, giảm lượng khí sót trong buồng đốt hay pha thêm các chất phụ gia kích thích qúa trình cháy vào trong nhiên liệu đều có thể làm rút ng ắn thời gian chuẩn bị cháy. Ảnh hưởng của loại nhiên liệu sử dụng đến qúa trình cháy trong xy lanh động cơ được chỉ ra trên hình 3.2. Hình 3.2 Ảnh hưởng của loại nhiên liệu đến qúa trình cháy trong xy lanh động cơ (từ 4 đến 5 ứng với sự giảm dần của TSXT có trong nhiên liệu). Các yếu tố vật lý bao gồm áp suất, nhiệt độ cuối qúa trình nén và mật độ không khí trong buồng đốt. Trong các yếu tố vật lý thì áp suất và nhiệt độ cuối kỳ nén có ảnh hưởng nhiều nhất đến giai đoạn chuẩn bị cháy. Tăng áp suất và nhiệt độ cuối qúa trình nén sẽ rút ngắn được i τ . Tuy nhiên, người ta cũng chứng tỏ được rằng khi nhiệt độ cuối kỳ nén nhỏ hơn 400oC thì ảnh hưởng của T c đến i τ mới thấy rõ. Còn khi T c lớn hơn 400 o C thì ảnh hưởng của nó đến thời gian chuẩn bị cháy là không đáng kể. Các yếu tố kết cấu bao gồm tỷ số nén, kết cấu buồng cháy, số vòng quay động cơ, góc phun sớm nhiên liệu, tính dẫn nhiệt của piston, xy lanh, cường độ làm mát piston là các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến giai đoạn chuẩn bị cháy. Các yếu tố kết cấu ảnh hưởng đến thông số cu ối kỳ nén và chất lượng hòa trộn của hỗn hợp. Tăng ε sẽ làm cho thông số cuối kỳ nén tăng, tạo điều kiện thuận lợi cho sự chuẩn bị cháy nhiên liệu. Đối với động cơ sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau thì ảnh hưởng của tỷ số nén đến thời gian chuẩn bị cháy cũng khác nhau. Tăng số vòng quay của động cơ làm cho thời gian chuẩn bị cháy i τ giảm xuống còn góc tương ứng với thời gian chuẩn bị cháy i ϕ ngược lại lại tăng lên. Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 47 Ảnh hưởng của tỷ số nén ε và số vòng quay động cơ đến thời gian chuẩn bị cháy được thể hiện trên hình 3-3. Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ số nén ε và tốc độ quay đến góc chuẩn bị cháy i ϕ ( o gqtk) 1. TSXT = 40 2. TSXT = 60 Còn ảnh hưởng của góc phun sớm được giải thích như sau: mỗi động cơ, khi làm việc ở tốc độ quay định mức đều có một góc phun sớm có lợi nhất gọi là góc phun sớm tối ưu. Tăng góc phun sớm lớn hơn góc phun sớm tối ưu tức là nhiên liệu được phun vào trong xy lanh động cơ khi nhiệt độ và áp suất trong xy lanh còn thấp dẫn đến thời gian chuẩn bị cháy qúa lớn s ẽ làm cho qúa trình cháy cứng, ứng suất cơ tăng. Còn giảm góc phun sớm so với góc phun sớm tối ưu sẽ làm cho qúa trình cháy rớt phát triển, tính kinh tế của động cơ giảm xuống. Chất lượng tạo hỗn hợp sẽ làm thay đổi qúa trình ôxy hóa các hạt nhiên liệu trong thời gian chuẩn bị cháy và do đó thời gian chuẩn bị cháy sẽ dài ra hay ngắn đi. Chất lượng tạo hỗn hợp phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng phun sương nhiên liệu và chuyển động xoáy lốc của dòng không khí cuối kỳ nén. Động cơ có buồng cháy xoáy lốc có khả năng tạo hỗn hợp tốt hơn động cơ có buồng cháy thống nhất. Vật liệu chế tạo piston cũng có ảnh hưởng đáng kể tới thời gian chuẩn bị cháy, đặc biệt là ở chế độ khởi động. Nhữ ng động cơ có piston chế tạo bằng nhôm khi ở chế độ khởi động sẽ khó khởi động hơn hoặc dễ bị nhảy van an toàn do thời gian chuẩn bị cháy kéo dài. Ở những động cơ này, thời gian chuẩn bị cháy bị kéo dài chủ yếu do khả năng truyền nhiệt tốt của piston và khe hở giữa piston và xy lanh lớn do hệ số giãn nở nhiệt lớn, điều này làm giảm ch ỉ số nén đa biến và dẫn đến làm giảm áp suất và nhiệt độ cuối kỳ nén. Các yếu tố về khai thác bao gồm các điều kiện về môi trường như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm không khí môi trường, nhiệt độ nước làm mát, phụ tải và trạng Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 48 thái nhiệt của động cơ. Các yếu tố này sẽ ảnh hưởng đến các thông số vật lý, hóa học và do đó ảnh hưởng đến thời gian chuẩn bị cháy trong xy lanh động cơ. 3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến các giai đoạn còn lại của qúa trình cháy Giai đoạn 2 tức là giai đoạn cháy nổ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian chuẩn bị cháy. Trong cùng một điều kiện khai thác, khi rút ng ắn thời gian chuẩn bị cháy i τ sẽ làm cho tốc độ tăng áp suất dp d ϕ và áp suất cháy lớn nhất P z giảm xuống, động cơ làm việc êm, nhẹ nhàng hơn. Ngoài yếu tố i τ thì lượng nhiên liệu cấp vào trong thời gian chuẩn bị cháy q i cũng là yếu tố đáng kể ảnh hưởng đến sự thay đổi P z và dp d ϕ . Vì vậy: () ii qf d dP , τ ϕ = Thay đổi quy luật cấp nhiên liệu sẽ làm q i thay đổi, vì vậy trong những động cơ diesel tàu thủy hiện đại, người ta chế tạo cam nhiên liệu có biên dạng thay đổi nhằm thay đổi vận tốc của piston bơm cao áp. Áp suất phun nhiên liệu ở giai đoạn đầu của những bơm cao áp loại này có thể nhỏ hơn 2-3 lần so với giai đoạn cuối cấp (Hình 3-4). Giai đoạn cháy thứ 3 là giai đoạn cháy khi piston đã đi từ ĐCT xuố ng ĐCD. Thời gian của giai đoạn 3 phụ thuộc vào thời gian của giai đoạn 1, giai đoạn 2 và góc cấp nhiên liệu toàn bộ. Thay đổi góc cấp nhiên liệu toàn bộ sẽ làm cho thời gian của giai đoạn 3 thay đổi. Khi góc cấp nhiên liệu toàn bộ không đổi việc kéo dài hay rút ngắn thời gian của giai đoạn 1 sẽ làm thay đổi giai đoạn 3. Hình 3-4 Ảnh hưởng của quy luật cung cấp nhiên liệu tới qúa trình cháy Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 49 1: Biên dạng cam nhiên liệu dốc (qi lớn). 2: Biên dạng cam nhiên liệu thoải (qi nhỏ). Có thể dùng thông số sau để phân tích đường cong của qúa trình cháy đó là: 1 i tb y ϕ ϕ =− (3-5) Ở đây: i ϕ : là góc quay trục khuỷu tương ứng với thời gian chuẩn bị cháy. tb ϕ : là góc cấp nhiên liệu toàn bộ. Thông số trên còn được gọi là tiêu chuẩn khống chế qúa trình do D.Travropski đưa ra. Từ (3-5) có thể nhận thấy: Khi i ϕ = tb ϕ → y = 0 trường hợp này i ϕ = tb ϕ , qúa trình cháy diễn ra không khống chế được. Khi y tăng dần đến 1 tức là i ϕ giản dần dến 0, việc khống chế qúa trình cháy tăng lên.Khi y = 1 ( i ϕ = 0) qúa trình cháy khống chế được hoàn toàn. Thực tế điều này không thể xảy ra được với các động cơ diesel. Khi y < 0 thời gian chuẩn bị cháy dài hơn thời gian cấp nhiên liệu toàn bộ. Trong thực tế, trường hợp này có thể xảy ra trong qúa trình khởi động động cơ diesel ở trạng thái nguội lạnh. Khi i ϕ giảm xuống, y tăng lên, qúa trình cháy tiến dần đến qúa trình cháy nhanh, hiệu suất chỉ thị của động cơ tăng và đồng thời các thông số động của chu trình cũng tăng theo. Các động cơ diesel tàu thủy công suất lớn, giá trị của y nằm trong khoảng 0,55 ÷ 0,80. Giai đoạn 4 của qúa trình cháy là hậu qủa của tất cả các giai đoạn trước. Càng rút ngắn được thời gian của giai đoạn 4 thì tính kinh tế của động cơ càng tăng, trạng thái nhiệt của các chi tiết nhóm piston xy lanh càng đảm bảo. Giảm tốc độ quay của động cơ, tăng hệ số dư lượng không khí α hoặc cải thiện chất lượng phun sương và tạo hỗ n hợp là những biện pháp hữu hiệu nhằm rút ngắn giai đoạn cháy rớt này. Tuy nhiên giai đoạn 4 này vẫn tồn tại trong tất cả các động cơ diesel. 3.3 Qúa trình tạo hỗn hợp Qúa trình hình thành khí hỗn hợp trong động cơ Diesel được diễn ra ngay trong buồng đốt của động cơ. Ở cuối kỳ nén, nhiên liệu được phun vào trong xy lanh động cơ dưới dạng các hạt sương mịn, có kích thước nhỏ và đồ ng đều, đồng thời các hạt nhiên liệu cần phải được phân bố đều trong toàn bộ thể tích buồn cháy. Mỗi tia nhiên liệu cần đảm bảo độ xa xác định để xuyên qua không khí nén tới gần bề mặt của buồng cháy và đồng thời không đọng lên các bề mặt của buồng cháy. Các chùm tia nhiên liệu phải có hình dạng, hướng và số lượng các tia phù hợp với hình dạng và thể tích buồng cháy. Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 50 3.3.1 Tia nhiên liệu Sự phân hủy tia nhiên liệu thành những hạt sương nhỏ trong buồng cháy phụ thuộc vào các yếu tố như sức cản khí động của không khí trong buồng đốt, sức kéo bề mặt của tia nhiên liệu, lực hấp dẫn của nhiên liệu và nội lực xuất hiện khi nhiên liệu cháy. Sức cản khí động của không khí phụ thuộc vào vận tốc tương đối của nhiên liệu và không khí, đồ ng thời vào mật độ của không khí. Lực cản của môi trường cố tách các phần tử nhiên liệu nằm trên bề mặt tia ở mọi phía, còn các lực kéo bề mặt và lực hấp dẫn bên trong của nhiên liệu đối kháng với lực cản của không khí nhằm giữ cho tia nhiên liệu được nguyên vẹn. Sự kích động ban đầu trên bề mặt của tia nhiên liệu xuất hiện do kết qủa của hàng loạ t các nguyên nhân: sự chảy rối của nhiên liệu trong lỗ phun, hình dạng mép đầu và cuối của lỗ phun, độ nhẵn bề mặt lỗ phun, sự có mặt của các bóng hơi trong nhiên liệu. Ngoài những yếu tố trên còn phải kể đến tác dụng bổ sung nhiên liệu liên tục, tức là tia nhiên liệu liên tục được bổ sung những phần tử nhiên liệu mới có động năng lớn, gây chèn ép lên nhau của các phần tử nhiên liệ u. Như vậy lực kích động ban đầu và lực cản khí động của không khí nén trong buồng cháy có khuynh hướng xé tia nhiên liệu thành những giọt sương. Độ mịn của các hạt nhiên liệu được thể hiện qua đường kính trung bình của các hạt trong tia nhiên liệu. Động cơ có tốc độ quay càng cao, thời gian tạo hỗn hợp ngắn thì càng yêu cầu phải phun mịn, đặc biệt là trong các động cơ có buồng cháy thống nhất. Theo các số liệu th ực nghiệm, đưòng kính trung bình của các hạt nhiên liệu thông thường khoảng 20 ÷ 25 μm. Để qúa trình phun sương tốt cần phải đảm bảo tốc độ của nhiên liệu đi qua các lỗ phun đạt giá trị tương đối lớn. Tốc độ này có thể được tính như sau 4 .2. .10 pc v nl pp wg ϕ γ − = (m/s) (3-6) Trong đó: v ϕ : là hệ số dòng chảy p p : Áp suất phun nhiên liệu (kG/cm 2 ) p c : Áp suất trong xy lanh cuối kỳ nén (kG/cm 2 ) nl γ : Trọng lượng riêng của nhiên liệu (kg/m 3 ) Từ đó áp suất phun được tính: c v nl p P g W P += 42 2 10.2. . ϕ γ Thông thường, tốc độ của nhiên liệu đi qua các lỗ phun nằm trong khoảng 250 ÷ 400 (m/s), còn hệ số dòng chảy v ϕ = 0,7 ÷ 0,8. Để xác định chất lượng phun nhiên liệu thông thường phải dùng phương pháp thực nghiệm. Trên cơ sở thực nghiệm người ta sẽ xây dựng đường đặc tính Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 51 phun nhiên liệu. Dùng đường đặc tính phun nhiên liệu, ta có thể đánh giá được chất lượng phun nhiên liệu. Hình 3-5 cho phép ta đánh giá chất lượng phun sương trong 3 trường hợp: Đường 1: Chất lượng phun sương tốt, các hạt sương nhiên liệu nhỏ và đều. Đường 2: Chất lượng phun không tốt, các hạt có đường kính lớn và không đều nhau. Đường 3: Chất lượng phun đều nhưng đường kính hạt lớn, sương nhiên liệu thô. Như vậy khi các nhánh của đường đặc tính càng dốc thì độ phun càng đều, các hạt có kích thước càng gần nhau. Nếu đỉnh của đường cong càng sát trục tung thì độ phun sương càng mịn. Hình 3-5: Các đường đặc tính phun nhiên liệu Trong một tia nhiên liệu, đường kính, mật độ và vận tốc của các hạt nhiên liệu cũng khác nhau. Khi nhiên liệu được phun vào trong xy lanh của động cơ, vận động của các hạt nhiên liệu thường cuốn theo cả lớp không khí bao quanh làm giảm tốc độ tương đối của các hạt so với không khí, làm giảm sức cản khí động của không khí, mặt khác còn làm cho các phần tử không khí thâm nhập vào trong tia dồn cả ra mặt ngoài của tia. Phần nhiên liệu phun tr ước gặp sức cản của khí động lớn nên tốc độ bị giảm xuống, còn các phần nhiên liệu phun sau được phun vào môi trường mà tia nhiên liệu đang vận động nên tốc độ của nó giảm ít hơn. Vì vậy các hạt nhiên liệu phun sau thường đuổi kịp các hạt nhiên liệu phun trước và gạt số nhiên liệu phía trước ra ngoài rồi đi vào khu vực của mũi tia. Chính vì vậy, tia nhiên liệu gồm có hai phần là ph ần lõi tia và phần vỏ tia (Hình 3-6). Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 http://www.ebook.edu.vn 52 Hình 3-6 Tia nhiên liệu 1: Lõi tia 2: Vỏ tia 3: Mật độ hạt 4:Tốc độ các hạt Ở phần lõi tia, mật độ và kích thước các hạt nhiên liệu lớn. Do gặp sức cản khí động nhỏ nên ở phần này nhiên liệu liên kết với nhau thành những hạt lớn chứa nhiều năng lượng nên vận tốc các hạt nhiên liệu ở phần lõi tia là lớn nhất. Ở phần lõi tia, mật độ và kích thước các hạt nhiên liệu lớn. Do gặp sức cản khí động nhỏ nên ở phần này nhiên liệ u liên kết với nhau thành những hạt lớn chứa nhiều năng lượng nên vận tốc các hạt nhiên liệu ở phần lõi tia là lớn nhất. Ở phần vỏ tia, mật độ các hạt nhiên liệu thưa, kích thước nhỏ mịn, chịu sức cản khí động lớn của không khí nên tốc độ chậm, không khí thâm nhập vào và cuốn theo làm tăng khả năng hóa hơi của các hạt nhiên liệu này và các phản ứng cháy đầu tiên xảy ra ở đó. 3.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới hình dạng tia nhiên liệu Hình dạng tia nhiên liệu và tốc độ vận động của nó có vai trò quan trọng trong qúa trình tạo hỗn hợp và cháy nhiên liệu. Tia nhiên liệu phải xuyên qua không khí nén đến những phần xa nhất của buồng cháy nhưng không được bám lên thành xy lanh và đỉnh piston để tránh việc cháy không hoàn toàn và tạo thành muội than trong qúa trình công tác. Bằng thực nghiệm người ta đã thấy được sự ảnh h ưởng của hàng loạt các yếu tố đến chiều dài L, chiều rộng B và vận tốc W của tia nhiên liệu. Các yếu tố chính phải kể đến là đối áp môi trường, góc quay trục cam nhiên liệu, thời gian phun và áp suất phun nhiên liệu, đường kính lỗ phun, trọng lượng riêng của nhiên liệu và cấu tạo đầu vòi phun. Hình 3-7 thể hiện sự ảnh hưởng của đối áp môi trường tới hình dạng tia nhiên liệu. Khi đối áp môi trường tă ng lên (áp suất cuối kỳ nén tăng lên) thì chiều dài và vận tốc của tia nhiên liệu giảm. [...]... xuống hay lồi lên để tạo sự vận động xốy lốc của dòng khí Loại buồng cháy này thường sử dụng cho động cơ diesel 4 kỳ và 2 kỳ qt thẳng qua xu páp Nhóm 2: Loại này buồng cháy được đặt hồn tồn trên nắp xy lanh, dùng cho động cơ diesel 2 kỳ qt vòng Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 20 08 http://www.ebook.edu.vn 55 Hình 3. 11 Các dạng buồng cháy thống nhất Nhóm 3: Buồng cháy đặt một nửa trên... là động cơ làm việc êm, tốc độ tăng áp suất thấp Tuy nhiên do kết cấu buồng cháy và đặc biệt là đỉnh Piston phức tạp nên nó thường chỉ được áp dụng cho những động cơ có kích thước xi lanh nhỏ D= 70 ÷ 23 0mm Câu hỏi ơn tập chương: 1 Trình bày quá trình cháy trong động cơ Diesel, nêu một yếu tố ảnh hưởng đến thời gian trì hoãn sự cháy τ i 2 Những biểu hiện nào cho thấy động cơ quá tải, giải thích? 3 Nêu... đỉnh piston (Hình 3- 1 4) Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 20 08 http://www.ebook.edu.vn 60 Hình 3- 1 4 Buồng cháy đặc biệt Phương pháp tạo hỗn hợp kiểu này có thể được áp dụng cho những động cơ có đường kính xy lanh khơng lớn lắm Ngun lý tạo hỗn hợp kiểu này như sau: Trên đỉnh piston có cấu tạo một buồng cháy phụ, vòi phun lắp trên động cơ là vòi phun nhiều lỗ Nhiên liệu một phần phun vào buồng... có ích trung bình của những động cơ khơng tăng áp tương đối lớn Động cơ làm việc êm vì tốc độ tăng áp suất W nhỏ Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 20 08 http://www.ebook.edu.vn 58 Hệ thống nhiên liệu làm việc nhẹ nhàng, ít hư hỏng do áp suất phun nhiên liệu thấp (vòi phun thường là kiểu vòi phun một lỗ với áp suất phun khoảng 90 ÷ 120 kG/cm2) Động cơ khi hoạt động ít chịu ảnh hưởng của... Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 20 08 http://www.ebook.edu.vn 59 Hình 3- 1 3 Buồng dự cháy Ưu điểm của loại động cơ có buồng dự cháy này là: áp suất phun nhiên liệu thấp (80÷150 kG/cm2) nên hệ thống nhiên liệu làm việc nhẹ nhàng, động cơ có thể làm việc với hệ số dư lượng khơng khí α nhỏ (α = 1,5 ÷ 1,7), tốc độ tăng áp suất và áp suất cháy lớn nhất Pz thấp nên động cơ làm việc tương đối êm, động cơ. .. thân động cơ, được nối với buồng cháy chính bằng một đường ống có tiết diện lưu thơng tương đối lớn (khoảng 1 ÷ 3% diện tích đỉnh piston) đặt tiếp tuyến với Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 20 08 http://www.ebook.edu.vn 57 buồng cháy xốy lốc Thể tích của buồng cháy xốy lốc chiếm khoảng 50 ÷ 80% tồn bộ thể tích buồng cháy Nhiên liệu được phun vào buồng cháy xốy lốc (Hình 3- 1 2) Hình 3. 12 Buồng... nửa trên đỉnh piston, rất thích hợp cho động cơ diesel 2 kỳ Nhóm 4: Buồng cháy phân bố giữa hai piston, dùng cho động cơ 2 kỳ piston đối đỉnh (Xem hình 3- 1 1) Buồng cháy thống nhất được áp dụng phổ biến cho các động cơ cỡ trung bình và lớn, có tốc độ quay thấp Đơi khi loại buồng cháy này cũng được dùng trong một số động cơ cỡ nhỏ cao tốc Đặc điểm của loại động cơ có buồng cháy thống nhất là: Nhiên liệu... Nhược điểm của loại động cơ này là: - Suất tiêu hao nhiên liệu lớn do mất mát nhiệt nhiều (vì diện tích làm mát tương đối của buồng đốt lớn) - Động cơ khó khởi động nên thường phải bố trí thêm bugi sấy - Dễ nảy sinh ứng suất nhiệt - Cấu tạo phức tạp - Buồng cháy dự bị: Động cơ có buồng cháy dự bị (còn được gọi là buồng dự cháy) chỉ áp dụng cho những động cơ có kích thước xy lanh nhỏ D < 30 0 mm trong đó... qúa trình nén Ưu điểm của loại động cơ có buồng cháy thống nhất là kết cấu đơn giản, dễ dàng qt sạch buồng cháy, bề mặt làm mát tương đối khơng lớn lắm, do đó giảm mất mát nhiệt cho nước làm mát, động cơ dễ khởi động và giảm được suất tiêu hao nhiên liệu cho động cơ Nhược điểm cơ bản của loại động cơ có buồng cháy thống nhất là hệ số dư lượng khơng khí α ở chế độ thiết kế thường cao (α = 1,8 ÷ 2, 2),... hệ giữa các giai đoạn của quá trình cháy của nhiên liệu trong buồng cháy và các biện pháp giảm các ảnh hưởng có hại do cháy xấu gây ra 4 Nêu khái niệm hệ số dư lượng không khí α và nêu các yếu tố ảnh hưởng tới nó Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 20 08 http://www.ebook.edu.vn 61 5 Các giai đoạn quá trình cháy, giai đoạn nào có tính quyết đònh tới toàn bộ quá trình cháy? 6 Góc phun sớm . Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 20 08 http://www.ebook.edu.vn 43 CHƯƠNG 3 QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ TẠO HỖN HỢP TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL 3. 1 Giai đoạn của quá trình cháy Quá trình. hai phần là ph ần lõi tia và phần vỏ tia (Hình 3- 6 ). Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 20 08 http://www.ebook.edu.vn 52 Hình 3- 6 Tia nhiên liệu 1: Lõi tia 2: Vỏ tia 3: . cháy chính này. (Hình 3- 1 3) . Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 20 08 http://www.ebook.edu.vn 60 Hình 3- 1 3 Buồng dự cháy. Ưu điểm của loại động cơ có buồng dự cháy