Vai trò và các kiểu hình thành hòa khí trong động cơ diesel?

(News.oto-hui.com) - Trong động cơ diesel, việc hòa trộn nhiên liệu bên trong buồng cháy ảnh hưởng đến quá trình đốt nhiên liệu và công suất của động cơ. Có nhiều phương pháp hình thành hòa khí trong động cơ diesel, tùy thuộc vào từng loại động cơ. Vậy các loại buồng cháy và các kiểu hình thành hoá khí cơ bản trong động cơ diesel ra sao?

Ở động cơ diesel, hỗn hợp nhiên liệu không được hòa trộn sẵn ở bên ngoài. Vai trò của việc hình thành hòa khí trong động cơ là rất quan trọng. Nó ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật của động cơ, cách bố trí các chi tiết trong động cơ, kết cấu hệ thống nhiên liệu nói chung hay bơm cao áp, vòi phun nói riêng.

Bằng cách phân chia không gian buồng cháy, các phương pháp hình thành hòa khí được chia thành hai loại là buồng cháy thống nhất và buồng cháy ngăn cách.

A. Buồng cháy thống nhất:

Buồng cháy thống nhất là kiểu buồng cháy chỉ gồm một không gian duy nhất được giới hạn bởi piston, xilanh và nắp xilanh. Buồng cháy thống nhất có một số loại khác nhau theo phương pháp hình thành hòa khí.

I. Hỗn hợp thể tích:

1. Đặc điểm kết cấu:

• Phần lõm có thành mỏng và không sâu db/D=0.75-0.9.
• Vòi phun có nhiều lỗ (5-10) đường kính nhỏ.
• Áp suất phun lớn 200-600 bar, tia nhiên liệu phun tới sát thành buồng cháy.

2. Nguyên lý làm việc:

khi piston di chuyển lên điểm chết trên, không khí trên đỉnh piston bị chèn ép không mãnh liệt. Buồng cháy không tận dụng xoáy lốc. Nhiên liệu được phun vào với áp suất cao, xâm nhập toàn bộ không gian buồng cháy tạo thành hỗn hợp thể tích.

3. Ưu và nhược điểm:

Ưu điểm:

• Động cơ khởi động dễ dàng.
• Buồng cháy, nắp xylanh đơn giản, bố trí xupap dễ dàng.

Nhược điểm:

• Hệ số dư lượng không khí khá lớn nên tính hiệu quả không cao. Động cơ làm việc không êm dịu và rất nhạy cảm với sự thay đổi về tải trọng.

Buồng cháy loại này thường được dùng ở cỡ động cơ trung bình và lớn như tàu thủy, tàu hỏa.

II. Hỗn hợp thể tích-màng:

1. Đặc điểm kết cấu:

• Phần lõm có thành dầy và sâu db/D=0.35-0.75.
• Vòi phun có ít lỗ (3-5).
• Áp suất phun không lớn 150-200 bar.

2. Nguyên lý làm việc:

Khi piston di chuyển đến điểm chết trên, không gian trên đỉnh piston bị chèn ép mãnh liệt. Buồng cháy tận dụng xoáy lốc. Nhiên liệu được phun vào buồng cháy, một phần bị xé nhỏ tạo thành hỗn hợp (khoảng 50%), phần còn lại bám trên thành buồng cháy tạo thành màng tạo thành hỗn hợp thể tích-màng.

3. Ưu và nhược điểm:

Ưu điểm:

• Lượng hỗn hợp chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ ít hơn.
• Hiệu quả sinh công cao.
• Tận dụng xoáy lốc ở mọi chế độ, ít nhạy cảm với thay đổi tải trọng.
• Vòi phun, bơm cao áp dễ chế tạo hơn.

Nhược điểm:

• Piston nặng, mất mát nhiệt lớn.

Buồng cháy loại này thường được dùng rộng rãi cho động cơ ô tô.

III. Hỗn hợp màng:

1. Đặc điểm kết cấu:

• Phần lõm có dạng hình cầu db=0.5D, bố trí sâu trên đỉnh piston.
• Vòi phun có 1-2 lỗ.
• Áp suất phun không lớn 150-180 bar, tia phun gần tiếp tuyến với thành buồng cháy.
• Nhiệt độ đỉnh piston khoảng 300-4000C, đường nạp được bố trí hướng tiếp tuyến với xilanh.

2. Nguyên lý làm việc:

Nhiên liệu được phun vào cuối kì nén. Phần lớn nhiên liệu bám trên thành buồng cháy tạo thành màng (khoảng 95%). Hỗn hợp màng này trải dàn khoảng ¾ diện tích buồng cháy. Nhờ chuyển động xoáy lốc, phần nhiên liệu còn lại được xé nhỏ, bay hơi tạo thành hỗn hợp và cháy. Tạo điều kiện cho màng nhiên liệu bay hơi dần.

3. Ưu và nhược điểm:

Ưu điểm:

• Tận dụng triệt để lượng không khí nạp.
• Hiệu quả sinh công cao.
• Tận dụng xoáy lốc ở mọi chế độ.
• Động cơ làm việc êm.
• Vòi phun, bơm cao áp chế tạo dễ dàng.

Nhược điểm:

• Piston nặng, mất mát nhiệt lớn.

Buồng cháy loại này có nhiều độc hại trong khí thải nên từ những năm 80 của thế kỷ 20 ngày càng ít được sử dụng.

B. Buồng cháy ngăn cách

Buồng cháy ngăn cách là dạng buồng cháy có hai không gian buồng cháy chính và buồng cháy phụ.

I. Buồng cháy xoáy lốc:

1. Đặc điểm kết cấu:

• Buồng cháy phụ có hình cầu bố trí ở nắp xylanh hoặc trên thân máy.
• Chiếm khoảng 0.5 đến 0.7 thể tích toàn bộ buồng cháy Vc.
• Họng nối có dạng hình tròn, tiết diện khoảng 1.9 đến 3.3% diện tích đỉnh piston và lớn dần về phía buồng cháy chính.
• Vòi phun chỉ có một lỗ, áp suất phun khoảng 80 đến 150 bar.

2. Nguyên lý làm việc:

Ở quá trình nén, không khí từ buồng cháy chính đi qua họng vào buồng cháy phụ tạo nên xoáy lốc với cường độ lớn. Nhiên liệu được phun vào kết hợp với xoáy lốc tạo thành hỗn hợp. Sau cháy trễ, áp suất trong buồng cháy phụ tăng. Hỗn hợp trong buồng cháy phụ đi qua họng đến buồng cháy chính. Nhiên liệu vừa bay hơi vừa cháy.

3. Ưu và nhược điểm:

Ưu điểm:

• Tận dụng triệt để lượng không khí nạp, tính hiệu quả cao.
• Tận dụng xoáy lốc ở mọi chế độ.
• Động cơ làm việc êm.
• Vòi phun, bơm cao áp dễ chế tạo.

Nhược điểm:

• Hiệu suất thấp, mất mát nhiệt lớn, tổn thất khí động, kết cấu buồng cháy phức tạp.

Buồng cháy xoáy lốc được sử dụng cho động cơ cao tốc có đường kính xylanh nhỏ hơn 100 mm.

II. Buồng cháy dự bị:

1. Đặc điểm kết cấu:

• Buồng cháy phụ có dạng tròn xoay đặt trên nắp xylanh, chiếm khoảng 25 đến 40% thể tích buồng cháy Vc.
• Hai buồng cháy được thông với nhau bằng một vài lỗ nhỏ có tổng tiết diện khoảng 0.3 đến 0.6% diện tích piston.
• Vòi phun chỉ có một lỗ.

2. Nguyên lý làm việc:

Trong quá trình nén, không khí bị dồn vào buồng cháy phụ với độ rối rất mạnh vì có nhiều lỗ ở họng thông. Nhiên liệu được phun vào cuối kỳ nén. Kết hợp với dòng khí tạo thành hòa khí và bốc cháy.

3. Ưu và nhược điểm:

Ưu và nhược điểm của loại buồng cháy này khá giống với loại buồng cháy xoáy lốc. Chúng khác nhau ở chỗ sự hình thành các dòng khí trong buồng cháy phụ. Ở buồng cháy xoáy lốc thì dòng khí xoáy có hướng với tốc độ cao còn buồng cháy dự bị thì dòng khí bị chảy rối.

Một số bài viết liên quan:

• Hướng dẫn điều chỉnh bộ chế hòa khí trên xe hơi
• Tìm hiểu về hệ thống điều khiển xoáy lốc đường nạp
• Tìm hiểu về các hệ thống chính của bộ chế hòa khí trong động cơ đốt trong
• Giải thích thuật ngữ Swirl và Tumble - Dòng chảy xoáy lốc ngang và xoáy lốc dọc trong buồng đốt