SLIDE thuyết trình quá trình cháy trong động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC
NƠNG LÂM TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ


BÀI BÁO CÁO

LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
GVHD : Th.s Nguyễn Văn Xuân


Nhóm 3
1.
2.
3.
4.
5.

Lê Quý Thiệu
Nguyễn Thanh Lương
Phạm Huỳnh Đạt Nhân
Nguyễn Văn Thành
Nguyễn Tấn Phát

DH12OT
DH12OT
DH12OT
DH12OT

DH12OT

12154186
12154240
12154147
12154180
12154152

6.
7.
8.
9.
10.
11.

Nguyễn Chánh Quang
Nguyễn Tất Đạt
Mai Thành Nhân
Phạm Công Phú
Đặng Minh Hoàng
Huỳnh Thanh Tùng

DH12OT
DH12OT
DH12OT
DH12OT
DH11OT
DH11OT

12154248

12154075
12154138
12115150
11154007
11154053


YÊU CẦU ĐỀ BÀI
Đặc điểm quá trình
Diễn biến quá trình
- Quá trình cháy của động cơ xăng
- Quá trình cháy của động cơ diesel
- Phương trình cháy
Các thơng số
Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng cháy


Đặc điểm q trình cháy
• Cháy lan truyền màng lửa: là sự cháy của khu
vực cháy sang khu hịa khí chưa cháy
• Cháy ngọn lửa khuếch tán: là q trình cháy của
nhiên liệu lỏng theo dạng phun sương. Xung
quanh các hạt sương nhiên liệu có khơng khí
nóng, chúng lập tức bốc hơi từng phần, khuếch
tán, tạo hịa khí, cháy và sau đó vừa tạo hịa khí
vừa cháy.


Diễn biến q trình
• Q trình cháy của động cơ xăng

Cháy theo cơ chế lan truyền màng lửa của nhiên liệu lỏng.
Hịa khí được hịa trộn trước và xem như là hỗn hợp đồng nhất.
Quá trình cháy bắt đầu tại vùng giữa 2 điện cực của bugi khi
xuất hiện tia lửa điện cao thế (góc đánh lửa sớm θs) đến vùng
hỗn hợp xa nhất bị cháy và kết thúc ở khoảng 30-40 o sau ĐCT,
tạo nên màng lửa rồi lan truyền với tốc độ tăng dần.
Quá trình lan truyền màng lửa gồm 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn cháy trễ (I)
+ Giai đoạn cháy nhanh (II)
+ Giai đoạn cháy rớt (III)



Giai đoạn cháy trễ I

• Hình thành nên trung tâm cháy và hình thành màng lửa ban
đầu.
• Giai đoạn này được tính từ khi xuất hiện tia lửa điện tại
điểm 1 và kết thúc tại điểm 2 khi đường áp suất của môi
chất công tác bắt đầu tách ra khỏi đường nén khơng có
cháy( đường nét đứt).
• Giá trị của giai đoạn cháy trễ tính theo góc quay trục khuỷu
sẽ thay đổi theo tốc độ động cơ. Góc quay trục khuỷu tương
ứng giai đoạn này là góc cháy trễ (θi)


• Giai đoạn cháy trễ dài hay ngắn phụ thuộc vào:
+ Nhiệt độ và năng lượng phóng giữa 2 điện cực
của bugi.
+ Khả năng tự cháy của nhiên liệu.

+ Nhiệt độ và áp suất khí nén trong xylanh tại thời
điểm đánh lửa.
+ Độ đồng nhất của hịa khí.
+ Tỉ lệ hịa khí giàu, nghèo hoặc đúng.
+ Tính chất tia lửa điện.
+ Tỉ số nén.
+ Số vòng quay.
+ Tải trọng động cơ.


Giai đoạn cháy
tăng áp nhanh II
• Cháy khơng kiểm sốt vì thời gian cháy của giai đoạn này gần như
có giá trị khơng đổi theo góc quay trục khuỷu.
• Giai đoạn này tính từ điểm 2 và kết thúc tại điểm 3 khi đường áp
suất của môi chất công tác đạt giá trị cực đại.
• Giá trị áp suất lớn nhất này quyết định đến tính năng phát cơng
suất, nhưng nó phải nằm trong phạm vi giới hạn để đảm bảo độ
bền và tuổi thọ động cơ.
• Giới hạn này được đánh giá thông qua tốc độ tăng áp trung bình:
Δp2/Δϕ2= 0.175- 0.25 MN/m2


• Ngoài yêu cầu giá trị tốc độ tăng áp trung bình nằm
trong giới hạn, cịn phải điều khiển q trình cháy để
áp suất cực đại này được xuất hiện sau ĐCT khoảng
7-150 góc quay trục khuỷu.
• Độ lớn của nó phụ thuộc vào:
+ Hình dạng buồng cháy và vị trí đặt bugi.
+ Chất lượng hịa khí.

+ Mức độ chuyển động xốy cuộn của mc trong
suốt q trình nạp và nén.
+ Cường độ rối khuếch tán của mc trong buồng
cháy.


Giai đoạn cháy rớt III

• Kết thúc tại khoảng 40-60 o góc quay trục khuỷu sau
ĐCT.
• Về lý thuyết nó chấm dứt tại thời điểm màng lửa lan tới
điểm xa nhất của buồng cháy song thực tế lúc này vẫn
còn ¼ lượng hịa khí chưa cháy hết do màng lửa khó xâm
nhập vào vùng hịa khí bị bao bọc bởi khí đã cháy
• Áp suất khí cháy lúc này giảm nhanh do V XL tăng và tốc
độ cháy giảm mãnh liệt.


Q trình cháy của động cơ diesel
• Bắt đầu từ lúc phun nhiên liệu trong mơi
trường khơng khí nén (θs = 5-30 o GQTK).
• Hịa khí khơng được hịa trộn trước, hỗn hợp
khơng đều, khơng đồng nhất.
• Nhiệt độ và áp suất khơng khí nén rất cao và
nhiều vùng trong buồng cháy có tỉ lệ hịa trộn
nhiên liệu thích hợp nên có khả năng tạo liên
tiếp nhiều trung tâm cháy.
• Quá trình cháy chia làm 4 giai đoạn.

Giai đoạn cháy trễ I

Tính từ điểm 1 đến điểm 2. Đây là giai đoạn chuẩn bị cho nhiên
liệu bùng cháy. Thời gian của nó dài hay ngắn phụ thuộc vào:
+ Mức độ phun tơi, tán nhuyễn, xuyên sâu khuếch tán nhiên
liệu vào khối khơng khí nén có nhiệt độ và áp suất cao.
+ Nhiệt độ và áp suất không khí trong xylanh cuối q trình
nén và thời điểm phun sớm.
+ Mức độ rối hoặc xốy lốc của khơng khí tại thời điểm phun
nhiên liệu và sau đó.
+ Chất lượng nhiên liệu.


Giai đoạn cháy
tăng áp suất nhanh II

• Tính từ điểm bắt đầu bốc cháy tức điểm 2 do cháy cùng lúc phần
nhiên liệu phun tơi đầu tiên làm áp suất khí cháy tăng đột ngột
đến điểm 3 đánh dấu mức độ tăng áp suất chậm lại.
• Mức độ tăng áp suất nhanh trong xylanh quyết định tính năng
phát cơng suất của động cơ và phải nằm trong giới hạn cho
phép: Δp2/Δϕ2= 0.4-0.6 MN/m2 .
• Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tăng áp trung bình: góc phun
nhiên liệu sớm, tỉ số nén, áp suất nhiệt độ khơng khí tại thời
điểm phun nhiên liệu, cường độ vận động xoáy lốc hoặc rối của
khơng khí, thời gian cháy trễ dài hay ngắn.


Giai đoạn cháy

chính III
• Bắt đầu từ điểm 3 tại
đây mức độ tăng nhanh
của áp suất bắt đầu
giảm đến khu vực áp
suất cháy và nhiệt độ
cháy đạt cực đại.
• Thời gian của giai đoạn
này bị kéo dài hay rút
ngắn là do sự điều
khiển bởi quy luật cung
cấp nhiên liệu.


Giai đoạn cháy rớt IV

• Tính từ điểm 4 đến điểm 5 cháy hết nhiên liệu có thể
kéo dài đến khi cửa xả mở.
• Tại thời điềm này lượng sản vật cháy nhiều, áp suất và
nhiệt độ giảm nhanh, chuyển động của dịng khí yếu
đi… dẫn đến sự cháy kém hình thành các sản phẩm có
hại như CO, HC, aldehyt, muội than càng lớn.


Phương trình cháy

Q trình cháy tính từ điểm C đến điểm Z


Định luật I của nhiệt động: QCZ = UZ – UC + LCZ

Nhiệt lượng cấp cho mcct từ C đến Z dùng để tăng nội năng
và sinh công giãn nở L CZ
QCZ = (QH – ΔQH) – QLm – QC – QPg
( *)
QLm :tổn thất truyền nhiệt
QC : tổn thất nhiên liệu chưa cháy kịp
QPg: tổn thất do hiện tượng hoàn nguyên và phân rã SVC
QH : nhiệt trị thấp của nhiên liệu
ΔQH : tổn thất nhiệt do hịa khí thiếu oxy chỉ tính trong
trường hợp α < 1
ΔQH = 120.106(1-α)Mo
J/kg nhiên liệu
Gọi
ξZ = QCZ/ (QH – ΔQH)
hệ số lợi dụng nhiệt


QCZ = (QH – ΔQH)ξZ
( đối với động cơ diesel ΔQH = 0 vì α>1)
UZ = mC’vZMZTZ
UC = mC’VZMCTC
LCZ = pZVZ – pZ’VZ’
LCZ = 0

động cơ diesel
động cơ xăng

pZ’ = λpC, VZ’ = VC
LCZ = pZVZ – λpCVC = 8314MZTZ - 8314λMCTC
Thay tất cả vào (*) ta được

ξZ (QH – ΔQH) = mC’vZMZTZ - mC’VZMCTC + 8314(MZTZ - λMCTC)
= MZTZ(mC’VZ + 8314) – MCTC(mC’VZ + 8314λ)
• (mC’VZ + 8314) = mC’pZ
• MC = M1 + Mr = M1(1+ M1/Mr)= M1(1+γr)
• MZ = βZMC = βZM1(1+γr)


• Rút gọn ta được phương trình nhiệt động cháy của
động cơ diesel
[ξZ(QH – ΔQH)]/M1(1+ γr) + (mC’VZ + 8314)TC = βZ mC’pZTZ

Động cơ xăng: vì L CZ = 0

[ξZ (QH – ΔQH)]/ M1(1+γr) + mC’VZTC = βZ mC’VZTZ
βZ = 1 + [(βo – 1)xZ]/(1 + γr)

xZ phần nhiên liệu đã cháy tại Z, x Z = ξz/ξb
ξz hệ số lợi dụng nhiệt tại z
ξb hệ số lợi dụng nhiệt tại b


Các thơng số
• Nhiệt độ cuối q trình cháy T Z
Dựa vào phương trình cháy của động cơ diesel và
động cơ xăng tính được T Z sau khi giải phương trình
bậc 2 chọn nghiệm dương
Chọn λ, đối với động cơ diesel:
+ buồng cháy thống nhất: λ = 1,6 ÷ 2,2
+ buồng cháy xốy tốc: λ = 1,5 ÷ 1,8
+ buồng cháy dự bị: λ = 1,4 ÷ 1,6

+động cơ tàu thủy: λ = 1,35 ÷ 1,55
Đối với động cơ xăng λ = 3 ÷ 4


Áp suất cuối q trình cháy p z
•Động cơ xăng: pz = βZpCTZ/TC
•Động cơ diesel: pz = λpC
Thể tích xylanh cuối quá trình cháy V Z
Đối với động cơ xăng: V Z= VC
Đối với động cơ diesel: V Z= ρVC


Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng cháy
• Hiện tượng cháy kích nổ ở động cơ xăng: được xác định khi xuất hiện
tiếng gõ kim loại, tiếng gõ kim loại đặc tả sự va đập liên tục của các sóng
áp suất của khí cháy lên thành vách cháy.
Bản chất của nó là do tăng áp suất đột ngột gần cuối giai đoạn cháy II.
Trong quá trình lan truyền áp suất và nhiệt độ phần hịa khí phía trước
màng lửa tăng liên tục làm tăng phản ứng phía trước màng lửa của hịa khí
càng sâu, khi số hịa khí này tự phát hỏa trong khi màng lửa chưa đến thì sẽ
tạo ra màng lửa mới và tâm cháy mới gây cộng hưởng áp suất khí cháy
trong buồng cháy. Để hạn chế và giảm sự kích nổ:
+ thiết kế buồng cháy gọn
+ tốc độ cháy lớn nhất
+ chất lượng hỗn hợp tốt nhất
+ hạn chế hình thành tâm cháy tại vùng hịa khí chưa cháy
+ dùng xăng có trị số octan cao, phù hợp với tỉ số nén
+ làm chậm sự đánh lửa, loại buồng cháy đối xứng