(News.oto-hui.com) – Quá trình cháy trong động cơ diesel có nhiều giai đoạn cháy khác nhau. Vậy những giai đoạn cháy đó là những giai đoạn nào, diễn ra như thế nào, khi nào và có những nhân tố nào ảnh hưởng đến quá trình cháy đó? Hãy cùng tìm hiểu câu trả lời thông qua bài viết này.
Nếu bạn đọc chưa biết về quá trình cháy trong ĐỘNG CƠ XĂNG và những nhân tố ảnh hưởng đến của phần 1, có thể xem lại:
TẠI ĐÂY!
I. Quá trình cháy trong động cơ diesel:
Động cơ diesel là động cơ có quá trình hình thành hòa khí bên trong buồng đốt. Từ đặc điểm này có thể chia quá trình cháy trong động cơ diesel thành 4 giai đoạn lần lượt là cháy trễ, cháy nhanh, cháy chính và cháy rớt.
1. Giai đoạn I: Cháy trễ
Giai đoạn cháy trễ là giai đoạn bắt đầu khi vòi phun phun nhiên liệu (tại điểm 1 trên đồ thị) đến khi đường cháy tách khỏi đường nén (tại điểm 2 trên đồ thị). Về bản chất, cháy trễ là quá trình châm cháy ở nhiệt độ thấp. Trong giai đoạn này xảy ra các quá trình hình thành hòa khí và chuẩn bị cháy như xé nhỏ nhiên liệu, bay hơi và hòa 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 đó là thời gian cháy trễ hay góc cháy trễ. Các thông số này phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nhiên liệu như trị số xetan Xe, độ nhớt,… Ngoài ra, thời gian cháy trễ còn chịu ảnh hưởng của một số yếu tố khác như nhiệt độ và áp suất trong xylanh tại thời điểm phun, độ phun tơi, mức độ chuyển động rối của môi chất.
2. Giai đoạn II: Cháy nhanh
Giai đoạn cháy nhanh diễn ra bắt đầu từ cuối giai đoạn cháy trễ đến khi áp suất trong buồng cháy đạt giá trị cao nhất (tại điểm 3 trên đồ thị). Phần hòa khí đã được chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ bốc cháy rất nhanh làm cho áp suất và nhiệt độ trong xylanh tăng vọt. Nhiệt lượng tỏa ra rất lớn trong khi thể tích xylanh 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 đó là tốc độ tăng áp suất. Lượng hòa khí được chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ càng nhiều thì tốc độ tăng áp suất càng lớn, động cơ làm việc không êm và ngược lại.
Trong thực tế, tốc độ tăng áp suất của động cơ diesel lớn hơn nhiều (khoảng 3 lần) so với động cơ xăng vì có tỉ số nén cao hơn. Chính vì thế nên động cơ diesel làm việc không êm như động cơ xăng.
3. Giai đoạn III: Cháy chính
Giai đoạn cháy chính diễn ra sau giai đoạn cháy nhanh (từ điểm 3 đến điểm 4 trên đồ thị). Ở giai đoạn này, hòa khí vừa chuẩn bị vừa cháy nên quá trình cháy diễn ra từ từ theo dạng cháy khuếch tán. Tốc độ cháy của hòa khí được quyết định bởi tốc độ hòa trộn giữa nhiên liệu và không khí hay tốc độ chuẩn bị hòa khí. Vì thế nên 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 chi trình cấp nhiệt hỗn hợp.
Mặt khác, tốc độ cháy giảm còn do nồng độ oxy trong buồng cháy giảm dần vì các quá trình cháy trước đó. Vì thế nên tuy quá trình cháy diễn ra êm dịu hơn nhưng hiệu quả biến đổi nhiệt năng thành công năng giảm xuống và tăng khả năng cháy rớt ở giai đoạn sau. Trên thực tế, khoảng 50-60% lượng nhiên liệu chu trình cháy trong giai đoạn cháy chính.
4. Giai đoạn IV: Cháy rớt
Giống với động cơ xăng, giai đoạn cháy rớt của động cơ diesel sẽ đốt cháy nốt những phần hòa khí còn lại (lớp sát vách hay ở khe kẽ của buồng cháy…). Ở giai đoạn này, hiệu quả sinh công thấp, nhiệt sinh ra chủ yếu làm nóng các chi tiết.
Giai đoạn cháy rớt được coi là kết thúc khi cháy hết 95-97% lượng nhiên liệu chu trình. Để hạn chế cháy rớt có thể áp dụng các biện pháp như chọn góc phun sớm, cường độ vận động rối của môi chất thích hợp,…
II. Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ diesel:
1. Tính chất của nhiên liệu:
Nhiên liệu có trị số xetan Xe lớn (tính tự cháy cao), độ nhớt nhỏ (dễ phun tơi), khối lượng riêng nhỏ (dễ bay hơi) thì thời gian cháy trễ nhỏ, lượng nhiên liệu chuẩn bị trong thời gian cháy trễ ít nên tốc độ tăng áp suất và áp suất lớn nhất (pmax) nhỏ, động cơ làm việc êm.
2. Góc phun sớm:
Nếu góc phun sớm lớn quá thì điều kiện cho quá trình chuẩn bị không thuận lợi do nhiệt độ và áp suất tại thời điểm phun nhiên liệu còn nhỏ. Do đó nên thời gian cháy trễ diễn ra dài hơn, lượng hòa khí chuẩn bị nhiều nên tốc độ tăng áp suất lớn, động cơ làm việc không êm. Ngoài ra, nếu góc đánh lửa sớm lớn sẽ làm tăng công nén dẫn tới giảm hiệu quả sinh công và nóng động cơ.
3. Tỉ số nén:
Nếu tăng tỉ số nén của động cơ sẽ làm tăng nhiệt độ và áp suất cuối quá trình nạp tại thời điểm phun nhiên liệu, giúp tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuẩn bị nên thời gian cháy trễ giảm dẫn tới tốc độ tăng áp suất giảm, động cơ làm việc êm dịu hơn.
4. Chất lượng và quy luật phun nhiên liệu:
Trên động cơ diesel, chất lượng phun nhiên liệu ảnh hưởng rất lớn đến việc tạo thành hòa khí và cháy. Nếu nhiên liệu phun tơi (ví dụ do áp suất phun lớn, xoáy lốc của không khí trong quá trình nén đủ mạnh) tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuẩn bị hòa khí thì thời gian cháy trễ và tốc độ tăng áp suất nhỏ, động cơ làm việc êm dịu.
Chính vì thế, áp suất phun trong động cơ diesel hiện đại có xu hướng ngày càng tăng lên. Trong hệ thống nhiên liệu common rail, áp suất phun có thể lên tới 2000 bar và còn có thể cao hơn nữa nên nhiên liệu được phun vào rất tơi, hạt rất nhỏ và đều.
Quy luật phun cũng là một nhân tố ảnh hưởng quyết định đến diễn biến của quá trình cháy. Nếu rút ngắn thời gian phun tức là tăng cường độ phun sẽ làm cho lượng nhiên liệu chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ tăng lên dẫn tới tốc độ tăng áp suất và áp suất lớn nhất (pmax)tăng lên, khi đó động cơ làm việc ồn và rung giật.
Trong động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu common rail, do điều khiển bằng điện tử nên có thể tổ chức phun thành nhiều giai đoạn bao gồm phun mồi, phun chính và phun sau.
Phun mồi trước khi phun chính làm giảm tốc độ tăng áp suất khi cháy do hạn chế lượng nhiên liệu tham gia chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ nên động cơ làm việc êm hơn, tiếng gõ đặc thù ở động cơ diesel giảm. Phun sau có tác dụng gia nhiệt trong quá trình giản nở để tăng cường phản ứng oxy hóa các chất độc hại trong khí thải như CO, CxHy và muội than.
5. Xoáy lốc không khí trong buồng cháy:
Xoáy lốc không khí trong buồng cháy làm tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu với không khí, giảm thời gian cháy trễ và giảm cháy rớt. Sử dụng xoáy lốc là một biện pháp rất hiệu quả nhằm hoàn thiện quá trình cháy. Tuy nhiên, nếu xoáy lốc với cường độ quá lớn sẽ gây tốn nhiều năng lượng, làm tăng tổn thất cơ giới và có thể dẫn tới giảm tính kinh tế, tính hiệu quả của động cơ.
6. Tải trọng và hệ số dư lượng không khí lamda:
Trong động cơ diesel, hòa khí có giới hạn cháy rất rộng. Lí do là hòa khí tạo thành bên trong xylanh không đồng nhất nên luôn có những vùng mà tại đó hòa khí dễ cháy nhất và tạo thành mồi lửa để đốt những phần hòa khí còn lại, do đó giới hạn trên rất cao. Mặt khác, cũng chính vì hòa khí không đồng nhất nên có những vùng rất nhạt, thậm chí không có nhiên liệu. Trong khi đó những vùng quá đậm khi cháy sẽ sinh ra khói đen, do đó giới hạn dưới cũng khá cao.
Do giới hạn cháy rộng nên người ra điều chỉnh tải của động cơ bằng phương pháp điều chỉnh chất, tức là điều chỉnh chính lamda thông qua điều chỉnh lượng nhiên liệu chu trình.
Khi giảm tải, lượng nhiên liệu chu trình giảm, lamda tăng và thời gian phun nhiên liệu giảm. Do đó quá trình cháy cũng được rút ngắn lại, vì vậy phải giảm góc phun sớm. Đây chính là nguyên tắc điều chỉnh góc phun sớm theo tải trọng trong động cơ diesel.
7. Tốc độ vòng quay:
Khi tăng tốc độ vòng quay của động cơ, thời gian của quá trình cháy bị rút ngắn (ảnh hưởng xấu đến quá trình cháy) nhưng cường độ xoáy lốc tăng và nhiên liệu phun tơi hơn (ảnh hưởng tốt).
Tổng hợp những ảnh hưởng phía trên lại, góc dành cho hai giai đoạn cháy chủ yếu là cháy nhanh và cháy chính ít thay đổi nhưng góc cháy trễ tăng lên, do đó phải tăng góc phun sớm. Đây chính là nguyên tắc điều chỉnh góc phun sớm theo tốc độ vòng quay của động cơ diesel.
Một số bài viết liên quan:
- Quá trình cháy trong động cơ xăng và những nhân tố ảnh hưởng đến?
- Hệ số nạp là gì? Những nhân tố nào ảnh hưởng đến hệ số nạp của động cơ?
- Quá trình cháy trong động cơ đốt trong có gì đặc biệt?
- Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng Mono Jetronic
- So sánh hai hệ thống phun xăng K Jetronic và L Jetronic
- Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) duy trì áp suất nhiên liệu như thế nào?
- Sự khác biệt giữa hệ thống phun xăng GDI và EFI
