Quá trình cháy trong động cơ diesel và những nhân tố ảnh hưởng đến (phần 2)

Quá trình cháy trong động cơ diesel và những nhân tố ảnh hưởng đến (Phần 2)
(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 q trình cháy đó?
Hãy cùng tìm hiểu câu trả lời thơng qua bài viết này.

Quá trình cháy trong động cơ diesel và những nhân tố ảnh hưởng đến (Phần 2)
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. Q trình cháy trong động cơ diesel:
Động cơ diesel là động cơ có q trình hình thành hịa 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 q trình hình thành hịa 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.

Quá trình cháy trong động cơ diesel (Lý thuyết động cơ ô tô – Phạm Minh Tuấn)
Các thông số đặc trưng của giai đoạn cháy trễ đó là thời gian cháy trễ hay góc
cháy trễ. Các thơng 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 q trình cấp nhiệt đẳng tích.


Quá trình cháy trong động cơ diesel (Lý thuyết động cơ ô tô – Phạm Minh Tuấn)
Thông số đặc trưng của giai đoạn cháy nhanh đó là tốc độ tăng áp suất. Lượng
hịa 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 q trình cháy diễn ra
từ từ theo dạng cháy khuếch tán. Tốc độ cháy của hịa khí được quyết định bởi tốc
độ hịa trộn giữa nhiên liệu và khơng khí hay tốc độ chuẩn bị hịa khí. Vì thế nên
q trình cháy diễn ra êm dịu hơn. Có thể coi giai đoạn cháy chính gần với q
trình cấp nhiệt đẳng áp và tồn bộ quá trình cháy trong động cơ diesel gần với chi

trình cấp nhiệt hỗn hợp.


Quá trình cháy trong động cơ diesel (Lý thuyết động cơ ô tô – Phạm Minh Tuấn)
Mặt khác, tốc độ cháy giảm còn do nồng độ oxy trong buồng cháy giảm dần vì
các q 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 hịa khí cịn 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 mơi chất thích hợp,…


Quá trình cháy trong động cơ diesel (Lý thuyết động cơ ô tô – Phạm Minh Tuấn)
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 q thì điều kiện cho q trình chuẩn bị khơng thuận lợi
do nhiệt độ và áp suất tại thời điểm phun nhiên liệu cịn nhỏ. Do đó nên thời gian
cháy trễ diễn ra dài hơn, lượng hịa khí chuẩn bị nhiều nên tốc độ tăng áp suất lớn,
động cơ làm việc không êm. Ngồi 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.


Tỉ
số
nén là một nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ diesel. Ảnh tham
khảo.
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 hịa khí và cháy. Nếu nhiên liệu phun tơi (ví dụ do áp suất phun lớn, xốy
lốc của khơng khí trong quá trình nén đủ mạnh) tạo điều kiện thuận lợi cho q
trình chuẩn bị hịa 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 cịn 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 nhiều giai đoạn trong động cơ dùng hệ thống nhiên liệu common rail (Lý
thuyết động cơ ô tô – Phạm Minh Tuấn)
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. Xốy lốc khơng khí trong buồng cháy:
Xốy lốc khơng khí trong buồng cháy làm tăng khả năng hịa trộn nhiên liệu với
khơng khí, giảm thời gian cháy trễ và giảm cháy rớt. Sử dụng xốy lốc là một
biện pháp rất hiệu quả nhằm hồn thiện q trình cháy. Tuy nhiên, nếu xốy 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.


Xốy lốc khơng khí trong buồng cháy làm tăng khả năng hịa trộn nhiên liệu với
khơng khí.
6. Tải trọng và hệ số dư lượng khơng khí lamda:
Trong động cơ diesel, hịa khí có giới hạn cháy rất rộng. Lí do là hịa khí tạo
thành bên trong xylanh khơng đồng nhất nên ln có những vùng mà tại đó hịa
khí dễ cháy nhất và tạo thành mồi lửa để đốt những phần hịa khí cịn lại, do đó
giới hạn trên rất cao. Mặt khác, cũng chính vì hịa khí khơng đồng nhất nên có
những vùng rất nhạt, thậm chí khơng 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 thơng 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 q 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 vịng quay của động cơ, thời gian của q 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 ngun tắc điều chỉnh góc phun sớm theo
tốc độ vòng quay của động cơ diesel.