đề cương Động Cơ Đốt Trong

Trong giai đoạn này tốc độ cháy và tốc độ tỏa nhiệt coinhư bằng không nên áp suất tăng không rõ rệt so với áp suất nén.Trong động cơ diesel, lượng nhiên liệu phun trong giai đoạn nàychiế

ĐỀ CƯƠNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

GVHD: Nguyễn Quang Thanh

HV: Nguyễn Duy Tuyển

Câu1

Quá trình trao đổi khí trong động cơ là tập hợp 2 quá trình thải sạchsản vật cháy ra khỏi xi lanh của chu trình trước đó và nạp đày khínạp mới vào xi lanh của chu trình tiếp theo

Nghĩa là : TRAO ĐỔI KHÍ = THẢI + NẠP

Công của quá trình trao đổi khí trong động cơ 4 kỳ không tăng áp làcông âm vì áp suất trong xi lanh trong quá trình thải lớn hơn áp suấttrong xi lanh trong quá trình nạp (Do vậy người ta gọi công của quátrình TĐK là công của các hành trình “bơm”)

Chú thích: b1: Thời điểm BĐ mở supáp thải

b1- b: Góc mở sớm supáp thải r1: Thời điểm đóng kínsupáp thải

r - r1: Góc đóng muộn supáp thải d ; Thời điểm BĐ mởsupáp nạp

d – r: Góc mở sớm supáp nạp a1 : Thời điểm đóng kínsupáp nạp

a – a1: Góc đóng muộn supáp nạp d - r – r1 : Góc trùngđiệp của pha phối khí

LTĐK : Công của quá trình trao đổi khí

1 Qúa trình thải ( b1 – r1 ): 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1 ( b 1 – b) – Thải tự do: Do áp suất trong xi lanh p

lớn hơn nhiều so với áp suất tới hạn pth, nghĩa là tỷ số p / pth lớn hơn

Tại cuối giai đoạn 1(điểm b) áp suất và nhiệt độ trong xi lanh nằmtrong khoảng:

p b = 0,4 – 0,5 Mpa (MN / m2 )

T b = 1100 – 1600 0K

- Giai đoạn 2 (b – r) – Thải cưỡng bức:

Pít tông chuyển động từ ĐCD lên ĐCT để đảy sản vật cháy rangoài Trong giai đoạn này áp suất trong xi lanh và tốc độ dòng khíthải ra giảm xuống và nhỏ hơn áp suất và tốc độ tới hạn

Cuối giai đoạn (ĐCT) trong xi lanh tồn tại một lượng khí sót bằngthể tích buồng cháy với áp suất khí sót pr = 0,01 – 0,02 Mpa, Tr =

700 – 900 0K

- Giai đoạn 3 (r – r 1 ) – Thải quán tính:

Quá trình được thực hiện do quán tính của dòng khí thải đang lưuđộng qua supáp thải Giai đoạn này cần thiết để nâng cao chấtlượng thải sạch sản vật cháy ra khỏi xi lanh

Quá trình nạp (d – a1): 3 giai đoạn

- Giai đoạn 1 (d – r ) – Nạp sớm: Thực tế là không khí nạp chưa

thể nạp vào xi lanh được vì áp suất trong xi lanh p vẫn cao hơn ápsuất khí nạp mới p0

Mục đích của giai đoạn này là mở sớm supáp nạp để mở rộngdần tiết diện lưu thông họng supáp nạp

- Giai đoạn 2 ( r - a ) – Nạp chính: Pít tông chuyển động từ ĐCT

xuống ĐCD Lúc đầu, tại điểm r do pr > p0 nên khí sót trong xi lanhtiếp tục giãn nở đến khi cân bằng với áp suất p0 và chỉ sau đó lượngkhí nạp mới mới được nạp vào xi lanh

Tại điểm a (coi như cuối quá trình nạp):

pa = p0 – Δpa

- Giai đoạn 3 (a – a 1 ) – Nạp thêm:

Tuy pít tông đã đi lên ở đầu hành trình nén song pa vẫn nhỏ hơnp0 nên người ta vẫn lợi dụng độ chênh áp đó để nạp thêm bằngcách cho đống muộn supaps nạp

Các góc mở sớm, đóng muộn supáp nạp, thải đều chọn theo thựcnghiệm cho từng động cơ cụ thể

Câu 2

Động cơ có tăng áp là động cơ được lắp thêm máy nén khí ( cóthể được dẫn động cơ gới hoặc dẫn động bằng tua bin khí) để nénkhông khí từ áp suất môi trường đến áp suất pk ( pk > p0 ) trước khinạp vào xi lanh động cơ với mục đích để tăng khối lượng không khínạp

- Do áp suất pk > p0 nên quá trình nạp được bắt đầu ngay khi supápnạp được mở và công của quá trình là công dương (chu trìnhthuận)

- Phần công này cùng với phàn công dương của quá trình cháy – dãn

nở sẽ làm cho công của toàn bộ chu trình sẽ cao hơn khi không sửdụng tăng áp cho động cơ

Câu 3

ÁP SUẤT CUỐI QUÁ TRÌNH NẠP pa:

pa = p0 – Δpa - Động cơ không tăng áp

pa = pk – Δpa - Động cơ có tăng áp

Δpa – Tổn thất áp suất trên đường nạp

2 2

n – Số vòng quay của động cơ, vg/ph;

Fpt – Diện tích tiết diện ngang đỉnh pít tông, m2;

fk - Diện tích tiết diện ngang họng supáp nạp, m2;

Trong tính toán thường chọn pa:

pa = ( 0,8 – 0,9) p0 - Động cơ 4 kỳ không tăngáp

pa = (0,9 – 0,96) pk - Động cơ 4 kỳ có tăng ápCác biện pháp tăng áp

+trong thiết kế: giảm hệ số cản bằng cách chế tạo đường ống lưuthông tốt, giảm bớt chỗ ngoặt.

Tăng tiết diện lưu thông của họng suppap nạp bằng cách dùngxuppap treo có đường kính mặt dưới hoặc dùng 2 xuppap

Tăng tiết diện lưu thông bằng cách sử dụng buồng cháy hình chêm,nửa chêm, có xuppap nằm nghiêng

+biện pháp trong khai thác:

đ/cơ điêzn:thay đổi nhiên liệu đưa vào động cơ( thay đổi chất) làmthay đổi n

đ/cơ xăng: thay đổi vị trí bướm ga (điều chỉnh theo lượng) làm thayđổi hệ số cản-> thay đổi fk

Câu 4

Khi khí nạp mới lưu động trong đường ống nạp và trong xi lanh

do tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một giá trị ΔT

Cơ sở xác định: Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt lượng của

khí nạp mới, khí sót và hỗn hợp giữa chúng khi hòa trộn với nhau ở

áp suất không đổi tại cuối quá trình nạp

Trong đó: μcp, μc”p, μc’p – Nhiệt dung riêng mol đẳng áp của khí nạpmới, khí sót

và của hỗn hợp 2 khí trên

M1, Mr – Số mol của khí nạp mới, khí sót

Tr, Ta - Nhiệt độ của khí sót, của hỗn hợp khí tạicuối quá trình nạp

p 0 – Áp suất môi trường thải ra;

Δp r - Sức cản trong đường ống thải

Trong tính toán thường chọn:

Động cơ tốc độ thấp: p r = ( 1,03 – 1,06)p0

Động cơ tốc độ cao: p r = ( 1,05 – 1,2)p0

b Nhiệt độ Tr:

Tr = f ( tải, thành phần hỗn hợp, góc mở sớm supáp thải….)

Trong tính toán thường chọn:

Động cơ diesel: Tr = (700 – 900) 0 K Động cơ xăng: Tr = (900 – 1100) 0 K

Câu 6

Hệ số nạp là tỷ số giữa lượng khí thực tế nạp vào xi lanh tính theokmol ( M1) hoặc tính theo kg (m1) và lượng khí nạp lý thuyết có thểnạp đày xi lanh cũng tính theo kmol (Mh) hoặc kg (mh) ở cùng điềukiện áp suất và nhiệt độ trước supáp nạp

Mh – Số kmol khí nạp lý thuyết có thể nạp đày vào xilanh, kmol

m1- Khối lượng khí nạp thực tế vào xi lanh, kg

mh - Khối lượng khí nạp lý thuyết có thể nạp đày vào xilanh, kg

Phương pháp thành lập:

- Từ biểu thức (2.6) thành lập phương trình hệ số nạp ứng vớiphần nạp chính

(tương ứng với gia đoạn nạp chính)

- Phần nạp thêm ứng vơi góc đóng muộn sup áp nạp (nạp thêm)

a a v

p V T M

0 0

.

a v

M M

r c r

r

p V M

R T



(2.14)

Xác định M1: Dựa vào phương trình định nghĩa hệ số nạp (2.6):

0

.

Các biện pháp đó bao gồm: - các biện pháp trong thiết kế:

a Các biện pháp giảm tổn thất áp suất trên đường nạp:

- Tổ chức thiết kế đường ống nạp hợp lý, ít chỗ ngoặt, thànhtrong nhẵn đẻ giảm ξn (Hình 2.7)

- Tăng tiết diện lưu thông của họng supáp nạp bằng cách sử dụng 2,

3 supáp nạp, thải cho từng xi lanh để tăng fk (Hình 2.8)

-Giảm hệ số khí sót (Giảm sức cản trên đường thải bàng cách tổchức lại hệ thống thải của động cơ nhiều xy lanh – hình 2.9)

b Các biện pháp tăng áp suất đầu vào trước supáp nạp:

Sử dụng các biện pháp tăng áp (tăng áp cộng hưởng, tăng áp dẫnđộng cơ giới, tăng áp bằng tua bin khí (Hình 2.9) để tăng áp suấtcủa khí nạp từ p0 lên áp suất pk trước khi nạp vào xi lanh

Hình thức tăng áp cộng hưởng được sử dụng nhiều cho cácđộng cơ có số vòng quay lớn (động cơ xe ôto con) Hình thức nàyphải chọn chiều dài đường ống nạp đủ lớn để biên độ dao động sóng

áp suất trong quá trình nạp, nhất là tại cuối kỳ nạp phải lớn (đối vớiđộng cơ có số vòng quay cao là thích hợp)

c Các biện pháp tự động thay đổi thời điểm mở, đóng của supáp:

Sử dụng các cơ cấu tự động thay đổi thời điểm mở, đóng của supápnhằm lựa

chọn được pha phối khí tối ưu ở các chế độ tốc độ khác nhau củađộng cơ

d Biện pháp tăng “tiết diện – thời gian” mở của supáp:

Bố trí các supáp nghiêng (Hình 2.17) để tăng hành trình mở lớnnhất của supáp và do đó tăng “tiết diện-thời gian” mở của supáp

- các biện pháp trong khai thác sử dụng.

- Thường xuyên bảo dưỡng định kỳ hệ thống đường ống nạp và

- Không để trạng thái nhiệt của động cơ quá cao.

- Thường xuyên sử dụng động cơ xăng ở những chế độ tải lớn (bướm

ga mở rộng)

Câu 9 Đặc điểm

- Có sự trao đổi nhiệt giữa môi chất công tác và thành xi lanh, nắpmáy và đỉnh pít tông, nghĩa là quá trình nén là quá trình đa biến

- Thời điểm bắt đầu nén thực tế không phải từ ĐCD như lý thuyết

mà phụ thuộc vào thời điểm đóng supáp nạp của cơ cấu phối khí(muộn hơn khoảng 30 – 500 GQTK)

- Có sự lọt khí qua khe hởgiữa xi lanh và pít tông

- Đối với động cơ xăng có hiện tượng bốc hơi của nhiên liệu ( Điềunày cần phải được chú ý vì nếu động cơ xăng không được tổ chứcsấy nóng hỗn hợp tốt thì xăng không bốc hơi hết, lượng xăng còn lạitạo thành màng bám lên thành xi lanh sẽ tảy sạch màng dầu bôitrơn và làm tăng mài mòn ống lót xi lanh)

Mục đích

+ Mở rộng phạm vi nhiệt độ của quá trình công tác chất lượng quátrình cháy lớn hơn nhiệt độ cháy cao hơn, nhiệt độ cuối quá trìnhgiãn nở thấp làm tăng hiệu suất nhiệt chu trinhg

+ Đảm bảo thu được trong thực tế một tỉ số giản nở cho phép lớnnhất.

+ Tạo những điều kiện tốt nhất cho sự cháy của hỗn hợp khí côngtác

Câu 10

a Áp suất cuối quá trình nén, pc:

Cơ sở: Dựa vào phương trình trạng thái của quá trình nén: pVn1 =const

Viết cho điểm đầu và cuối của quá trình:

b Nhiệt độ cuối quá trình nén, Tc:

Cơ sở: Dựa vào phương trình đặc tính của quá trình nén: pV =

của môi chất trong xi lanh T > Tw, hướng truyền nhiệt ngược lại,nhả nhiệt – Q, n1x < k (hình 2.1).

Trong quá trình nén thực tế n1x thay đổi từ giá trị n1x = 1,8 > k đếngiá trị n1x = k (tại T = Tw) và n1x = 1,1 < k

Trong tính toán thường chọn n1x = n1 (giá trị trung bình)

b Cơ sở chọn và xác định chỉ số nén đa biến trung bình n1:

- Chọn theo số liệu thực nghiệm:

Đối với động cơ xăng: n1 = 1,34 – 1,37

Đối với động cơ diesel: n1 = 1,34 – 1,39

Lưu ý: Đối với các động cơ có tỷ số nén cao n1 chọn về phía giátrị lớn

Trong đó: n – số vòng quay của động cơ, vg/ph

Chất lượng quá trình nén được đặc trưng bởi chỉ số nén đa biếntrung bình n1

a Những yếu tố vận hành:

- Số vòng quay của trục khuỷu, n:

Khi tăng n, số chu trình công tác trong 1 đon vị thời gian tăng,trạng thái nhiệt động cơ tăng, lọt khí giảm Kết quả làm giảm nhiệtlượng tỏa ra ở cuối quá trình nén và n1 tăng

Quy luật n1 = f(n) được giới thiệu trên hình 4.2

- Phụ tải của động cơ:

Khi tăng tải (tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình), trạng tháinhiệt của động cơ tăng làm cho nhiệt lượng cấp vào ở giai đoạn đầuquá trình nén tăng, nhiệt lương nhả ra ở giai đoạn sau của quá trìnhnén giảm Kết quả là tăng tải thì n1 tăng Giảm tải thì ngược lại

Quan hệ n1 = f (tải) được giới thiệu trên hình 4.4; 4.5

- Ảnh hưởng của tình trạng kỹ thuật động cơ:

Nếu nhóm xi lanh – pít tông bị mòn nhiều thì hiện tượng lọt khítăng làm cho n1 giảm

Còn trường hợp đỉnh pít tông, vách buồng cháy, tán nấm supápthải có nhiều muội than; trên bề mặt ngoài áo nước có nhiều cặncủa nước làm mát sẽ làm tăng nhiệt lượng cấp vào cho môi chấtcông tác và trị số n1 tăng ( nhưng điều này không có lợi vì dễ

gây ra hiện tượng cháy sớm và kích nổ trong động cơ xăng ).

- Chế độ làm việc không ổn định của động cơ:

Những chế độ làm việc không ổn định liên quan đến phụ tải và

số vòng quay đề làm cho n1 khác so với chế độ làm việc ổn định

b Các yếu tố kết cấu:

- Kích thước xi lanh:

Kích thước xi lanh: D,S Người ta dùng khái niệm diện tích làm

mát tương đối quy cho một đơn vị thể tích môi chất công tác, F m / V mc:

2

4

Do đó sự nhả nhiệt từ môi chất sẽ ít và n1 có giá trị lớn

Trường hợp Vh = const, muốn tăng n1 thì phải giảm S / D

- Hỗn hợp cháy trong động cơ diesel có hệ số dư lượng không khí

α cao ( α >1)

Như vậy cháy trong động cơ diesel là cháy thể tích, nghĩa làtrong buồng cháy có thể có nhiều điểm (trung tâm) cháy ban đầu(cháy đa vùng) cùng xuất hiện

- Giai đoạn 1 ( c’ - c): Giai đoạn cháy trễ

Giai đoạn được tính từ thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu vào xilanh (C’) đến thời điểm áp suất bắt đầu tăng rõ rệt so với đường nénthuần túy (C) Giai đoạn này chủ yếu là chuẩn bị các trung tâm cháyban đầu Trong giai đoạn này tốc độ cháy và tốc độ tỏa nhiệt coinhư bằng không nên áp suất tăng không rõ rệt so với áp suất nén.Trong động cơ diesel, lượng nhiên liệu phun trong giai đoạn nàychiếm khoảng 20 – 30% ( δ = 0,2 – 0,3)

Để đánh giá độ dài của giai đoạn 1 dùng khái niệm thời giancháy trễ:

Vậy muốn giảm thời gian cháy trễ cần:

- Giảm E (Phun tơi, sấy nóng nhiên liệu)

- Duy trì p, T cao (phụ thuộc tình trạng kỹ thuật)

- Giai đoạn 2 (c - z) – Giai đoạn cháy nhanh

Giai đoạn được tính từ thời điểm áp suất trong xi lanh bắt đầutăng rõ rệt đến khi đạt giá trị cực đại Đây là giai đoạn cháy mãnh

liệt vì đã có phần hỗn hợp đã được chuẩn bị trước trong giai đoạncháy trễ Trong giai đoạn này tốc độ cháy và tốc độ tỏa nhiệt tăngnhanh và đạt giá trị cực đại làm cho áp suất tăng nhanh.

Để đánh giá tốc độ cháy dùng khái niệm tốc độ tăng trung bìnhcủa áp suất:

Nếu Δp / Δφ thấp thì động cơ làm việc êm;

Nếu Δp / Δφ cao thì động cơ làm việc đanh;

Δp / Δφ phụ thuộc vào thời gian cháy trễ:

- Thời gian cháy trễ dài – động cơ làmviệc đanh

- Thời gian cháy trễ ngắn – động cơ làmviệc êm

Khi có cháy áp suất tăng đột biến so với khi chỉ có nén thuần túynên tốc độ tăng áp suất trung bình có thể xác định theo cách sau:

- Giai đoạn 3 (z – z1): Giai đoạn cháy chính:

Giai đoạn được tính từ thời điểm áp suất cháy đạt cực đại đến khinhiệt độ cháy đạt cực đại ( tương ứng với thời điểm kết thúc phun).Trong giai đoạn này tốc độ cháy và tốc độ tỏa nhiệt bắt đầu giảm vìnồng độ của õy trong buồng cháy giảm và xuất hiện khí trơ Tronggiai đoạn này số nhiệt lượng tỏa ra là nhiều nhất so với toàn bộlượng nhiệt do nhiên liệu cấp vào chu trình và chiếm khoảng 40 –50%

Cuối giai đoạn này tuy nhiệt độ đạt cực đai nhưng áp suất lại giảm

vì pít tông đã đi xuống và thể tích xi lanh tăng dần

- Giai đoạn 4 (z 1 – z’): Giai đoạn cháy rớt:

Giai đoạn được tính từ thời điểm nhiệt độ cháy đạt cực đại đến khikết thúc quá trình cháy (thời điểm kết thúc cháy có thể coi tươngứng với thời điểm mà ở đó 95 -97% nhiên liệu đã cháy)

Đặc trưng của giai đoạn này là tốc độ cháy và tốc độ tỏa nhiệtgiảm và tiến dần đến không Nếu giai đoạn này kéo dài sẽ làm chonhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí thải cao, ứng suất nhiệt các chitiết cao đồng thời giảm tính kinh tế của động cơ.

Tuy nhiên khi tăng ε do áp suất cháy cực đại đạt cao nên ứngsuất cơ khí sẽ tăng

- Kết cấu buồng cháy:

Buồng cháy phải thỏa mãn:

- Tạo được vận động xoáy của không khí nén cuối quá trình néntốt;

- Phù hợp với chùm tia phun của nhiên liệu;

- Diện tích làm mát của buồng cháy nhỏ để hạn chế tổn thấtnhiệt

- Vật liệu chế tạo pít tông và nắp máy:

Vật liệu chế tạo thường là gang và hợp kim nhôm Khi sử dụngvật liệu gang thì nhiệt đọ chi tiết trong quá trình vận hành sẽ caohơn (vì hệ số dẫn nhiệt của gang thấp), rút ngắn được thời giancháy trễ, động cơ làm việc êm hơn Song các động cơ cao tốcthường dùng vật liệu hợp kim nhôm vì để giảm lực quán tính vàtrọng lượng

- Chất lượng phun tơi:

Chất lượng phun tơi của VP ảnh hưởng đến sự phân bố các hạtnhiên liệu trong không khí và tới chất lượng tạo hỗn hợp trong BC

Chất lượng phun phụ thuộc vào áp suất phun, kích thước và sốlượng các lỗ VP.

Động cơ buồng cháy thống nhất (phun trực tiếp: DI) càng yêucầu chất lượng phun tơi tốt

- Thời gian cung cấp nhiên liệu:

Thời gian cung cấp nhiên liệu tính theo góc quay trục khuỷu dàihay ngắn phụ thuộc vào hình dạng vấu cam của trục cam BCA,đường kính pít tông bơm, chiều dài và đường kính trong của đườngống cao áp

Hình 4.13 giới thiệu hai đồ thị công của động cơ khi có cùnglượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình nhưng thời gian cung cấp(phun) khác nhau

Phun ngắn: áp suất cháy cực đại cao hơn, hiệu quả chu trình cao hơn nhưng động cơ làm viêc đanh hơn

b Những yếu vận hành:

- Tính chất của nhiên liệu sử dụng:

Tính chất của nhiên liệu đặc trưng bởi thành phần nguyên tố, cấutrúc phân tử và các tính chất vật lý Tóm lại được đặc trưng bằng trị

số xê tan của nhiên liệu (CN)

Khi động cơ làm việc với nhiên liệu có số xê tan cao thì giai đoạncháy trễ tính theo góc quay trục khuỷu sẽ ngắn hơn, áp suất tăngđều hơn và áp suất cháy cực đại và tốc độ tăng trung bình của ápsuất thấp hơn (động cơ làm việc êm hơn)

- Ảnh hưởng của chế độ tải:

Chế độ tải của động cơ được đặc trưng bằng lượng nhiên liệu cấpvào cho chu trình Vct (mm3/ct) hoặc gct (g/ct)

Khi tăng tải, do lượng nhiên liệu cấp vào cho chu trình tăng, lượngnhiệt tỏa ra trong quá trình cháy tăng, áp suất cháy cực đại tăng.Tuy nhiên khi tăng tải thì quá trình cháy sẽ dịch chuyển sang hànhtrình giãn nở và động cơ nóng (trạng thái nhiệt động cơ cao – kiểmtra thông qua nhiệt độ nước làm mát)

- Ảnh hưởng của chế độ tốc độ:

Chế độ tốc độ đặc trưng bằng số vòng quay của động cơ

Khi tăng số vòng quay của động cơ, mức độ vận động xoáy lốccủa không khí trong buồng cháy tăng, chất lượng tạo hỗn hợp tốthơn, cháy tốt hơn.Tuy nhiên do thời gian cháy trễ tính theo gócquay trục khuỷu tăng nên áp suất cháy đạt sẽ thấp hơn Đồng thờikhi tăng số vòng quay thì quá trình cháy sẽ dịch chuyển dần sanghành trình giãn nở (quá trình cháy dài hơn) Nhiệt độ nước làm mát

và trạng thái nhiệt động cơ cao hơn Để khắc phục sử dụng khớp tựđộng điều chỉnh góc phun sớm nhiên liệu (Hình 4.17

- Ảnh hưởng của góc phun sớm nhiên liệu:

Góc phun sóm nhiên liệu tối ưu của động được chọn theo thựcnghiệm

Khi tăng góc phun sớm nhiên liệu thì thời gian cháy trễ kéo dài,lượng nhiên liệu tập trung trong giai đoạn cháy trễ nhiều, khi cháytốc độ tăng trung bình của áp suất lớn và áp suất cháy cực đại lớn,động cơ làm việc đanh Còn khi giảm góc phun sớm nhiên liệu, động

cơ làm việc êm hơn song quá trình cháy sẽ dịch chuyển dần sanghành trình giãn nở, giảm tính kinh tế, động cơ nóng

Các giai đoạn cháy trong động cơ xăng: Ba giai đoạn.

1 Giai đoạn 1 (c-c’) : Giai đoạn cháy trễ

Cũng giống như đối với quá trình cháy trong động cơ diesel

2 Giai đoạn 2 (c’-z) : Giai đoạn cháy chính

Trong giai đoạn này các quá trình õxy hóa của nhiên liệu xảy ramãnh liệt và màng lửa tiên phong lan tràn khắp không gian buồng

cháy với tốc độ rất lớn (Umax ~ 40 m/s) Áp suất và nhiệt độ cháytăng rất nhanh

Diễn biến cụ thể:

Ở đầu giai đoạn có 2 khối hỗn hợp được hình thành là khối đãcháy bao quanh bugi với thể tích khoảng (6 - 8)%và khối chưa cháycòn lại bao quanh khối đã cháy

Nhiệt lượng khối đã cháy truyền cho khối chưa cháy làm cho sốphần tử hoạt hóa tăng và cứ như vậy quá trình cháy xảy ra mãnhliệt.Nhiệt lượng từ lớp này truyền cho lớp kia và cứ như vậy mànglửa lan tràn khắp không gian buồng cháy về mọi hướng với tốc độtrung bình U = 20 – 30 m/s Umax = 40 -50 m/s

Do áp suất tăng nhanh, nên để đánh giá mức độ cháy êm củađộng cơ người ta dùng tốc độ tăng trung bình của áp suất:

z c

z c

p p p

3 Giai đoạn 3 (z – z’) – Giai đoạn cháy rớt

Giai đoạn này dài hay ngắn phụ thuộc vào chất lượng tạo hỗn hợp(mức độ xoáy lốc của hỗn hợp, chất lượng bay hơi của nhiên liệu,thành phần hỗn hợp) và góc đánh lửa sớm

Nếu tổ chức tốt quá trình cháy thì giai đoạn này (và toàn bộ quátrình cháy) có thể sẽ được kết thúc vào khoảng đầu của quá trìnhgiãn nở

Nếu động cơ làm việc với hỗn hợp quá loãng hoặc đánh lửa quámuộn thì quá trình cháy sẽ kết thúc sẽ muộn

Khi tăng tỷ số nén của động cơ thì áp suất, nhiệt độ cuối quá trìnhnén sẽ tăng, thời gian cháy trễ sẽ rút ngắn, đồng thời tốc độ cháycũng tăng Trong động cơ có tỷ số nén cao thì thời gian cháy để đạt

áp suất cực đại sẽ ngắn (pmax gần ĐCT) Đây là phương hướng chếtạo động cơ xăng hiện nay (tất nhiên phải khắc phục hiện tượngcháy kích nổ)

b Hình dạng buồng cháy:

Hình dạng buồng cháy có ảnh hưởng tới diện tích bề mặt mànglửa, tốc độ di động của nó và do đó ảnh hưởng tới tốc độ tỏa nhiệtkhi cháy

Các dạng buồng cháy dạng chỏm cầu (a.d), hình nêm (c) có chiềurộng màng lửa lớn nhất, đồng thời mức độ vận động rối của khí hỗnhợp cuối quá trình nén tốt hơn làm cho tốc độ cháy và tốc độ lantràn màng lửa cao hơn

Ngoài ra với dạng buồng cháy này do các supáp nạp và thải đượcđặt nghiêng, tăng được hành trình mở của các supáp nên lượng nạp

và chất lượng quá trình trao đổi khí tốt hơn do đó chúng được dùngphổ biến cho các động cơ oto hiện nay

Dạng buồng cháy hình trụ (b) là phương án trung gian Đối vớidạng buồng cháy này phải bố trí bugi bên thành nên chiều rộngmàng lửa không lớn, điểm đánh lửa không phải vùng hỗn hợp trungtâm của buồng cháy Bugi có thể bố trí ở giữa nhưng hành trình mởcủa cac sup áp bị hạn chế và do đó không cải thiện được quá trìnhtrao đổi khí của động cơ

2 NHỮNG YẾU TỐ VẬN HÀNH

a Góc đánh lửa sớm:

Do tốc độ lan tràn màng lửa U và tốc độ tỏa nhiệt khi cháy dQc /

dφ đều là những giá trị hữu hạn, vậy để thu được công lớn nhất đốivới mỗi chu trình cần phải đánh lửa sớm hơn so với ĐCT Đánh lửasớm làm cho quá trình cháy kịp thời ở khu vực buồng cháy nhỏ và

do vậy áp suất cực đại đạt cao và hiệu suất nhiệt lớn

Nếu góc đánh lửa quá lớn động cơ làm việc đanh, còn góc đánhlửa quá nhỏ (đánh lửa muộn) hiệu suất thấp, động cơ nóng

Thành phần hỗn hợp:

Hỗn hợp đậm thì tốc độ cháy và tốc độ tỏa nhiệt khi cháy sẽ cao,

áp suất cháy cực đại cao, ngược lai hỗn hợp nhạt thì tốc độ cháy vàtốc độ tỏa nhiệt khi cháy sẽ thấp, áp suất cháy cực đại sẽ thấp

Đối với mỗi giá trị thành phần hỗn hợp sẽ có một giá trị góc đánhlửa hợp lý

- Ảnh hưởng của chế độ tốc độ động cơ:

Khi tăng tốc độ động cơ n, nếu không thay đổi thời điểm đánh lửathì quá trình cháy sẽ dịch chuyển dần sang đầu hành trình giãn nở,

áp suất cháy cực đại đạt được sẽ thấp hơn và muộn dần sau ĐCT(mặc dù yếu tố vận động rối của hỗn hợp trong buồng cháy tốt hơn)

Biện pháp khắc phục:

Để giảm hiện tượng cháy muộn và kéo dài trên đường giãn nởkhi tăng chế độ tốc độ của động cơ phải tăng góc đánh lửa sớm khităng số vòng quay của động cơ (trong bộ chia điện đều có bộ tựđộng này)

Đồ thị minh họa giới thiệu trên hình 4.26

Đây là hiện tượng cháy không bình thường trong động cơ xăng

Khái niệm cháy kích nổ:

Cháy kích nổ là hiện tượng cháy xuất hiện từ một trung tâm nào

đó trong buồng cháy với tốc độ cháy và tốc độ lan tràn màng lửa rấtlớn (từ 1200 đến 2300 m/s) Các sóng lan tràn của màng lửa từtrung tâm cháy này được gọi là các sóng xung kích Sóng xung kíchnày đi ngược với hướng của sóng từ màng lửa chính bugi do bugiđánh lửa, tạo nên những va đập vào thành xi lanh, đỉnh pít tông sinh

ra tiếng gõ kim loại và làm cho áp suất trong xi lanh bị dao động

Những hiện tượng khi có cháy kích nổ:

- Có tiếng gõ đanh trong buồng cháy (tiếng gõ kim loại);

- Công suất động cơ giảm, lượng tiêu thụ nhiên liệu tăng;

- Động cơ nóng;

- Xuất hiện khói đen trong khí thải

Nguyên nhân cháy kích nổ:

- Động cơ làm việc với phụ tải lớn, số vòng quay nhỏ (động cơlàm việc ở chế

độ toàn tải, xe lên dốc);

- Nhiên liệu sử dụng không phù hợp với động cơ có tỷ số néncao;

- Góc đánh lửa quá lớn

Tác hại của cháy kích nổ:

- Tác dụng của sóng xung kích lên đỉnh pít tông làm hỏng cácchi tiết của cơ

cấu KT-TT;

- Tác dụng của sóng xung kích lên thành xi lanh làm tăng mức

độ truyền nhiệt, tăng ứng

Cơ sở: Viết phương trình cháy 1 đơn vị ( 1kg) nhiên liệu;

Xác định lượng õy cần thiết tính theo mol hoặc kg để đốtcháy hết chúng;

Xác định lượng không khí cần thiết tính theo mol hoặc kg đểđốt cháy hết

chúng;

Các phản ứng õy hóa C,H:

C + O2 = CO2

2H2 + O2 = 2H2O(4.5)

Xác định khối lượng (kg) oxy để đốt cháy hết 1kg nhiên liệu:

12 kg C + 32 kg O2 = 44 kg CO2