Bài thuyết trình Động cơ đốt trong

I. Đặt vấn đề: - Phân tích quá trình hình thành hỗn hợp cháy và cháy nhiên liệu trong động cơ diesel. 1.2. Nội dung nghiên cứu: 1.2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu 1.1. Đối tượng - phạm vi – mục tiêu: 1.1.1. Đối tượng: động cơ DIESEL 1.1.2. Phạm vi: Quá trình hình thành hỗn hợp cháy và cháy nhiên liệu trong động cơ diesel hiện đại 1.1.3. Mục tiêu: - Đặc điểm cấu tạo Nhóm: 4 2 1.2.2. Đặc điểm cấu tạo 1.2.3. Thời điểm phun nhiên liệu 1.2.4. Diễn biến quá trình tạo HHC 1.2.5. Thông số đánh giá chất lượng HHC 1.2.6. Các biện pháp nâng cao chất lượng HHC 1.2.7. Quá trình cháy 1.3. Phương pháp nghiên cứu: - Lý thuyết: dựa vào tài liệu ( LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG – PGS.TS Nguyễn Văn Nhận ) - Nguồn Internet Nhóm: 4 3 II. Giải quyết vấn đề: 2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu: - Giai đoạn phun nhiên liệu và tạo HHC theo yêu cầu để đảm bảo cho quá trình cháy xảy ra tốt hơn . - Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu và chất lượng tạo HHC có ảnh hưởng đến nhiều chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, tuổi thọ của động cơ diesel. Nhóm: 4 4 2.2. Đặc điểm cấu tạo: Nhóm: 4 5 1 b) Cấu tạo vòi phun nhiên liệu : Nhóm: 4 7 1 d) Cấu tạo buồng cháy: các loại buồng cháy Buồng cháy ngăn cách: + Buồng cháy dự bị + Buồng cháy xoáy lốc - Buồng cháy thống nhất : + Buồng cháy không tận dụng xoáy lốc dòng khí + Buồng cháy tận dụng xoáy lốc dòng khí * Kiểu loại A * Kiểu loại B Nhóm: 4 9 + Buồng cháy xoáy lốc + Buồng cháy dự bị Nhóm: 4 11 2 2.3. Giai đoạn phun nhiên liệu: 2.3.1. Các thông số công tác đặc trưng của HTPNL: a) Áp suất bơm (p b ): áp suất của nhiên liệu đ o tại khoang bơm của BCA b) Áp suất phun (p f ): áp suất của nhiên liệu đo tại khoang phun (khoảng 100 ÷ 1500bar) c) Áp suất mở vòi phun (p fo ): áp suất phun tại thời điểm kim phun bắt đầu nâng lên (khoảng 100 ÷ 220bar) d) Hành trình của kim phun (h k ): chuyển vị trí của kim phun Nhóm: 4 12 e) Cấu trúc tia nhiên liệu: β f /2 * Cấu trúc vĩ mô tia nhiên liệu đặc trưng bởi: Số lượng tia - Chiều dài tia - Góc nón tia Góc bố trí α f β f /2 β f /2 β f γ 1 γ 2 * Cấu trúc vi mô tia nhiên liệu: đặc trưng bởi: Độ mịn, sương Độ phun nhỏ Nhóm: 4 13 Độ đồng đều của hạt nhiên liệu 1 f) Quy luật phun nhiên liệu: φ - góc quay trục khuỷu c f - thời điểm bắt đầu phun c fe - thời điểm kết thúc phun dg ct /d φ - tốc độ phun nhiên liệu g ct.x – lượng nhiên liệu đã được phun vào buồng đốt tính từ thời điểm bắt đầu phun đến thời điểm c x Quy luật phun dưới dạng vi phân Quy luật phun dưới dạng tích phân Nhóm: 4 14 1 2.3.2. Thời điểm phun nhiên liệu (góc phun sớm): Nhóm: 4 15 1 2.3.3.Yếu tố ảnh hưởng a) Phun nhiên liệu quá sớm (c f1 ) thời gian cháy trễ tăng, các trị số áp suất cực đại (p z )và tốc độ áp suất trung bình ( w tb ) đều tăng b ) Phun nhiên liệu đúng lúc (c f2 ) thì quá trình cháy sẽ diễn ra và kết thúc đúng lúc với các trị số p z và w tb vừa phải c ) Phun nhiên liệu quá muộn (c f3 ) thì thời gian cháy trễ giảm, do đó làm giảm trị số p z và w tb Nhóm: 4 16 1 2.4. Diễn biến quá trình tạo HHC: - Giai đoạn phun NL và hình thành HHC diễn ra song song với QTC - Thành phần HHC: không khí + nhiên liệu + khí sót Thành phần HHC phải có tỉ lệ thích hợp: được đánh giá bằng hệ số dư lượng không khí a: α = M/M 0 Trong đó: M: là lượng không khí thực tế đưa vào xylanh M 0 : là lượng không khí lý thuyết cần thuyết để đốt cháy hết lượng nhiên liệu phun vào xylanh trong một chu trình - Động cơ diesel giới hạn để nhiên liệu bốc cháy là 0,4< a <1,4 α >1: Hỗn hợp loãng (nghèo) – nhiều không khí α <1: Hỗn hợp đậm (giầu) – nhiều nhiên liệu α =1: Hỗn hợp hoá định lượng - HHC quá loãng (a>1,4) hoặc quá đậm (a<0,4)thì đều không thể bốc cháy - Động cơ diesel thường: a = 1,2 ÷ 2,2 Nhóm: 4 17 NL được phun vào động cơ ở gần cuối quá trình Nén - Giai đoạn tạo HHC (c f ,c i ) HHC được hình thành bên trong KGCT với thời gian rất ngắn Dưới áp suất và nhiệt độ cao kết hợp dòng chuyển động xoáy lốc của không khí trong xylanh: → Sẽ làm hoá hơi và hoà trộn đều hỗn hợp NL + KK để hình thành HHC - Tại thời điểm e f kết thúc giai đoạn phun nhiên liệu. Nhóm: 4 18 1 2.5. Thông số đánh giá chất lượng quá trình HHC : a) Độ đồng nhất của HHC: HHC ở ĐC diesel tại thời điểm phát hoả là không đồng nhất vì - Thời gian tạo HHC rất ngắn - Nhiên liệu thường là loại khó bay hơi: gas oil, dầu solar, mazout, v.v.. b) Chất lượng định lượng: đặc trưng bởi 2 thông số c) Chất lượng định thời: là khả năng định thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình phun nhiên liệu một cách chính xác. - Lượng nhiên liệu chu trình (g ct ) - Độ định lượng không đồng đều (∆g ct ) Nhóm: 4 19 - Tính tự bốc cháy: là khả năng tự bốc cháy trong điều kiện và áp suất đủ lớn - Nhiệt độ bén lửa: là nhiệt độ thấp nhất mà hỗn hợp khí bén lửa - Tính hoá hơi: giúp tăng nhanh quá trình tạo HHC. d) Tính chất của nhiên liệu: - Nhiệt trị của nhiên liệu: là lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy hết một đơn vị khối lượng hay thể tích. Nhiệt trị càng lớn thì khả năng sinh công càng lớn. - Độ nhớt của nhiên liệu: độ nhớt lớn khó phun sương và đều, độ nhớt quá nhỏ thì tia nhiên liệu ngắn và khó đều. Nhóm: 4 20 → Các tính chất trên ảnh hưởng đến chất lượng tạo HHC, chất lượng QTC, diễn biến và tốc độ tăng áp suất của MCCT. 2.6. Các biện pháp nâng cao chất lượng HHC : a) Kết cấu buồng cháy động cơ diesel: rất phức tạp Nhóm: 4 21 - Buồng cháy thống nhất có toàn bộ thể tích công tác nằm trong một không gian thống nhất - Đỉnh piston hay nắp xylanh bị khoét lõm * Ví dụ: buồng cháy thống nhất; đặc điểm: 2 * Ưu điểm nổi bật buồng cháy thống nhất: - Tăng cường vận tốc xoáy lốc - Điều khiển nâng cao chất lượng HHC b) Chất lượng phun nhiên liệu: - Nếu chất lượng phun tốt (sương mù, hạt đều, phân bố khắp buồng cháy) thì sẽ đẩy nhanh chất lượng hoá hơi và hoà trộn nhiên liệu với không khí c) Thời điểm phun nhiên liệu (góc phun sớm): - Phun nhiên liệu đúng lúc thì quá trình cháy diễn ra và kết thúc đúng với trị số p z và w tb vừa phải Nhóm: 4 22 - Hiệu xuất động cơ cao d) Tăng áp cho động cơ 2.7. Quá trình cháy: Nhóm: 4 23 1 a) Giai đoạn cháy trễ (cf-ci): - Kéo dài từ thời điểm nhiên liệu bắt đầu phun vào buồng đốt (cf) đến thời điểm nhiên liệu phát hoả (ci) Trong giai đoạn này, nhiên liệu được sấy nóng và hoá hơi, hoà trộn với không khí nén đến nhiệt độ tự phát hoả, cuối cùng là hình thành các trung tâm cháy đầu tiên. - Giai đoạn cháy trễ ở động cơ diesel kéo dài khoảng vài giây, nhiều hơn nhiều so với động cơ xăng. - Lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt khoảng (30-40)% g ct, đôi khi là 100% ở một số động cơ diesel cao tốc. Nhóm: 4 24 b) Giai đoạn cháy không điều khiển (ci-z): - Kéo dài từ thời điểm đường cháy tách khỏi đường nén (ci) đến thời điểm áp suất cháy đạt đến trị số cực đại pz (z). - Trong giai đoạn này, nhiên liệu bốc cháy mãnh liệt trong điều kiện nhiệt dộ cao và nồng độ oxy lớn. Ngọn lửa từ các trung tâm cháy đầu tiên phát triển ra khắp không gian buồng đốt. Tốc độ toả nhiệt rất lớn trong điều kiện thể tích KGCT nhỏ làm cho nhiệt độ và áp suất trong xylanh tăng lên mãnh liệt. - Các thông số đặc trưng: áp suất cực đại pz, tốc độ tăng áp suất trung bình wp, tỷ số tăng áp suất u=pz/pc. Nhóm: 4 25 c) Giai đoạn cháy có điều khiển (z-z’): - Khác với động cơ xăng, áp suất trong giai đoạn này được duy trì gần như không đổi. - Giai đoạn cháy có điều khiển dài hay ngắn phụ thuộc vào quy luật tạo HHC và tốc độ của động cơ. - Vào cuối giai đoạn, phần lớn nhiên liệu chu trình đã cháy, áp suất và nhiêt độ trong xylanh đều rất lớn, nồng độ oxy giảm, nồng độ CO2, H2O, tăng. Vì vậy, nếu HHC cháy không tốt sẽ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy. Nhóm: 4 26 d) Giai đoạn cháy rớt (z’-ec): Hiện tượng cháy rớt ở động cơ diesel thường nghiêm trọng hơn động cơ xăng vì động cơ diesel rất khó tạo ra một HHC đồng nhất trong một thời gian ngắn. - Cháy rớt ở động cơ diesel cũng gây ra những tác hại như ở động cơ xăng. Nguyên nhân chính làm tăng cháy rớt ở động cơ diesel: + Góc phun sớm quá nhỏ + Cấu trúc tia nhiên liệu không phù hợp + Chuyển động rối của MCCT trong buồng đốt không đủ lớn + Nhiên liệu có số cetane thấp. Nhóm: 4 27 III. Kết luận: 3.1. Những điểm cơ bản: - Thời điểm phun nhiên liệu (góc phun sớm) - Giai đoạn tạo HHC (c f ,c i ) - Kết cấu buồng cháy động cơ diesel 3.2. Đề xuất ý kiến: - Qua nội dung trên chúng tôi nhận thấy kết cấu buồng cháy góp phần rất lớn trong việc nâng cao chất lượng QTC. Cụ thể nó đã góp phần rút ngắn thời gian cháy trễ đồng thời làm cho QTC diễn ra trọn vẹn và kết thúc nhanh chóng. - Do đó, chúng ta cần phải nghiên cứu và hoàn thiện hơn kết cấu buồng cháy Nhóm: 4 28 - Giai đoạn phun NL và hình thành HHC diễn ra song song với QTC - Ngoài ra, cần phải nâng cao chất lượng khâu cấp nhiên liệu, đặc biệt là nghiên cứu ứng dụng các thiết bị điển tử vào việc điều khiển hệ thống phun nhiên liệu nhằm tối ưu hoá và độ chính xác cao. Nhóm: 4 29