1: Lõi tia 2: Vỏ tia 3: Mật độ hạt 4:Tốc độ cách ạt
3.4.2 Buồng cháy ghép
Buồng cháy ghép, hay cịn được gọi là buồng cháy phân cách, thường được áp dụng cho những động cơ diesel cao tốc kích thước nhỏ, bao gồm các loại: buồng cháy xốy lốc, buồng cháy dự bị, buồng tích nhiệt và buồng tích khơng khí. Dưới đây chúng ta xem xét kết cấu và đặc điểm của một số loại buồng cháy phân cách thường gặp trong thực tế:
Buồng cháy xốy lốc:
Trong các động cơ diesel cao tốc kích thước nhỏ, nếu sử dụng phương pháp hình thành khí hỗn hợp trong buồng cháy thống nhất sẽ gặp nhiều khĩ khăn; trước hết phải tăng áp suất phun lên cao và giảm đường kính lỗ phun để tăng độ nhỏ mịn của hạt sương nhiên liệu và giảm độ xa của chùm tia nhiên liệu, tránh khơng cho các hạt sương nhiên liệu bám lên vách buồng đốt. Vì vậy, lỗ phun dễ bị kết cốc và tắc, cặp bộ đơi piston-xy lanh bơm cao áp, kim phun và đầu vịi phun rất chĩng mịn. Mặt khác, trong qúa trình sử dụng, nếu giảm số vịng quay của động cơ nhỏ hơn định mức sẽ làm cho chất lượng hình thành khí hỗn hợp và qúa trình cháy giảm nhanh. Vì vậy, để giải quyết vấn đề này, người ta áp dụng cho động cơ với kiểu buồng cháy xốy lốc.
Trong những động cơ cĩ buồng cháy xốy lốc, buồng cháy của động cơ được chia làm hai phần: buồng cháy xốy lốc và buồng cháy chính. Buồng cháy xốy lốc thường cĩ dạng hình trụ hoặc hình cầu nằm trên nắp xy lanh hoặc trong thân động cơ, được nối với buồng cháy chính bằng một đường ống cĩ tiết diện lưu thơng tương đối lớn (khoảng 1 ÷ 3% diện tích đỉnh piston) đặt tiếp tuyến với
buồng cháy xốy lốc. Thể tích của buồng cháy xốy lốc chiếm khoảng 50 ÷ 80% tồn bộ thể tích buồng cháy. Nhiên liệu được phun vào buồng cháy xốy lốc. (Hình 3-12)
Hình 3.12 Buồng cháy xốy lốc
Trong qúa trình nén, khơng khí từ trong xy lanh của động cơ bị đẩy vào buồng cháy xốy lốc với tốc độ lưu thơng lớn. Dịng khí lưu động theo hướng tiếp tuyến tạo ra chuyển động xốy lốc mạnh của khơng khí trong buồng xốy lốc. Khi nhiên liệu được phun vào buồng xốy lốc sẽ bị xé nhỏ và hịa trộn đều với khơng khí tạo thành hỗn hợp cháy tốt.
Khi nhiên liệu cháy, áp suất trong buồng cháy xốy lốc tăng lên. Hỗn hợp khơng khí, khí cháy và nhiên liệu chưa cĩ điều kiện cháy hết qua các ống nối thơng tràn vào buồng cháy chính, tại đây nĩ sẽ tiếp tục hịa trộn với khơng khí trong buồng cháy chính và cháy hết.
Trong buồng cháy xốy lốc cĩ một chi tiết quan trọng đĩ là một tấm chắn nằm ở phía dưới của buồng cháy. Giữa tấm chắn và nắp xy lanh cĩ khe hở cách nhiệt, vì vậy giảm bớt mất mát nhiệt. Ngồi ra khi nhiên liệu cháy, tấm chắn này thu nhiệt, trong qúa trình nén nhiệt lượng này lại được truyền cho khí nén làm cho nhiệt độ cuối qúa trình nén tăng, tạo điều kiện thuận lợi cho qúa trình cháy.
Động cơ cĩ buồng cháy xốy lốc cĩ những ưu điểm sau:
Động cơ cĩ thể hoạt động với hệ số dư lượng khơng khí α ở chế độ thiết kế nhỏ (thơng thường, hệ số dư lượng khơng khí α của loại động cơ này ở chếđộ định mức khoảng 1,3 ÷ 1,4). Do đĩ, áp suất cĩ ích trung bình của những động cơ khơng tăng áp tương đối lớn.
Hệ thống nhiên liệu làm việc nhẹ nhàng, ít hư hỏng do áp suất phun nhiên liệu thấp (vịi phun thường là kiểu vịi phun một lỗ với áp suất phun khoảng 90 ÷ 120 kG/cm2).
Động cơ khi hoạt động ít chịu ảnh hưởng của điều kiện mơi trường và chất lượng nhiên liệu.
Nhược điểm của loại động cơ này là:
- Suất tiêu hao nhiên liệu lớn do mất mát nhiệt nhiều (vì diện tích làm mát tương đối của buồng đốt lớn).
- Động cơ khĩ khởi động nên thường phải bố trí thêm bugi sấy. - Dễ nảy sinh ứng suất nhiệt.
- Cấu tạo phức tạp. - Buồng cháy dự bị:
Động cơ cĩ buồng cháy dự bị (cịn được gọi là buồng dự cháy) chỉ áp dụng cho những động cơ cĩ kích thước xy lanh nhỏ D < 300 mm trong đĩ tồn bộ thể tích của buồng cháy được chia làm hai phần: Buồng dự cháy được đặt trên nắp xy lanh, cịn buống cháy chính được giới hạn bởi nắp xy lanh, đỉnh piston và thành vách sơmi xy lanh. Giữa buồng cháy phụ và buồng cháy chính được nối với nhau bằng một hay một vài lỗ nhưng tổng diện tích tiết diện lưu thơng của các lỗ này chỉđược phép bằng 0,5 ÷ 1% diện tích đỉnh piston. Thể tích của buồng cháy phụ vào khoảng 15 ÷ 30% tồn bộ thể tích buồng cháy. Kết cấu của buồng cháy phụ cĩ thể cĩ dạng hình cầu, hình ơvan hay hình dạng của một vật trịn xoay.
Trong những động cơ cĩ buồng dự cháy, ở qúa trình nén, khơng khí từ buồng cháy chính bị đẩy vào buồng cháy dự bị. Sự chuuyển động của dịng khí qua các lỗ nhỏ với tốc độ lớn sẽ gây ra chyển động rối của khơng khí trong buồng dự cháy, tạo điều kiện tốt để hịa trộn đều với nhiên liệu khi phun vào buồng dự cháy. Khi nhiên liệu được phun vào buồng dự cháy đã bốc cháy, do thể tích buồng dự cháy nhỏ nên sự cháy xảy ra bị thiếu khơng khí. Qúa trình cháy nhiên liệu làm cho áp suất trong buồng dự cháy tăng lên, phần nhiên liệu chưa cháy hết và khí cháy sẽ được phun vào buồng cháy chính với tốc độ lớn. Sự chuyển động mạnh của dịng khí qua các lỗ nhỏ đã tạo điều kiện tốt để xé tan nhiên liệu chưa cháy thành những hạt nhỏ hịa trộn với khơng khí trong buồng cháy chính và tiếp tục được cháy hết trong buồng cháy chính này. (Hình 3-13).
Hình 3-13 Buồng dự cháy.
Ưu điểm của loại động cơ cĩ buồng dự cháy này là: áp suất phun nhiên liệu thấp (80÷150 kG/cm2) nên hệ thống nhiên liệu làm việc nhẹ nhàng, động cơ cĩ thể làm việc với hệ số dư lượng khơng khí α nhỏ (α = 1,5 ÷ 1,7), tốc độ tăng áp suất và áp suất cháy lớn nhất Pz thấp nên động cơ làm việc tương đối êm, động cơ cĩ thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu và ít chịu ảnh hưởng của tốc độ quay động cơ. Vịi phun sử dụng cho loại động cơ này thường là vịi phun kiểu chốt cĩ kết cấu khá đơn giản.
Nhược điểm của loại động cơ cĩ buồng dự cháy này là kết cấu buồng cháy phức tạp, diện tích bề mặt làm mát tương đối của buồng đốt lớn, do đĩ mất mát nhiệt cho nước làm mát nhiều, suất tiêu hao nhiên liệu lớn, tính kinh tế của động cơ giảm. Ngồi ra các loại động cơ cĩ dạng buồng cháy này rất khĩ khởi động. Để đảm bảo khởi động động cơ, thơng thường ta phải lắp thêm thiết bị mồi lửa đặc biệt.
Buồng cháy đặc biệt:
Trong hầu hết các động cơ diesel, nhiên liệu khi phun vào buồng đốt đều khơng được phép bám lên các vách buồng đốt và đỉnh piston, nhưng ở động cơ cĩ buồng cháy đặc biệt, nhiên liệu khi phun vào buồng đốt lại được láng một lớp mỏng lên vách buồng đốt, mà buồng đốt này được bố trí ngay trong đỉnh piston. (Hình 3-14).
Hình 3-14 Buồng cháy đặc biệt
Phương pháp tạo hỗn hợp kiểu này cĩ thể được áp dụng cho những động cơ cĩ đường kính xy lanh khơng lớn lắm. Nguyên lý tạo hỗn hợp kiểu này như sau:
Trên đỉnh piston cĩ cấu tạo một buồng cháy phụ, vịi phun lắp trên động cơ là vịi phun nhiều lỗ. Nhiên liệu một phần phun vào buồng cháy chính và một phần được phun vào buồng cháy phụ. Phần nhiên liệu phun vào buồng cháy phụ bám vào vách buồng cháy thành từng lớp. Do nhiệt độ của đỉnh piston khá cao và khả năng truyền nhiệt từ vách kim loại vào nhiên liệu nhanh hơn so với từ khơng khí nén nên lượng nhiên liệu này nhanh chĩng hĩa hơi. Mặt khác, piston chuyển động tạo ra vận động xốy lốc mạnh của dịng khí càng cĩ tác dụng thúc đẩy qúa trình bay hơi và hịa trộn giữa khơng khí và nhiên liệu tốt hơn.
Ưu điểm của phương pháp tạo hỗn hợp kiểu này là động cơ làm việc êm, tốc độ tăng áp suất thấp. Tuy nhiên do kết cấu buồng cháy và đặc biệt là đỉnh Piston phức tạp nên nĩ thường chỉ được áp dụng cho những động cơ cĩ kích thước xi lanh nhỏ D= 70 ÷ 230mm.
Câu hỏi ơn tập chương:
1. Trình bày quá trình cháy trong động cơ Diesel, nêu một yếu tố ảnh hưởng đến thời gian trì hoãn sự cháy τi.
2. Những biểu hiện nào cho thấy động cơ quá tải, giải thích?
3. Nêu mối quan hệ giữa các giai đoạn của quá trình cháy của nhiên liệu trong buồng cháy và các biện pháp giảm các ảnh hưởng có hại do cháy xấu gây ra.
4. Nêu khái niệm hệ số dư lượng không khí α và nêu các yếu tố ảnh hưởng tới nó.
5. Các giai đoạn quá trình cháy, giai đoạn nào có tính quyết định tới toàn bộ quá trình cháy?
6. Góc phun sớm là gì? ảnh hưởng của nó đến quá trình cháy, nếu tăng, giảm góc phun sớm quá mức thì hiệu suất động cơ thay đổi thế nào, vẽ đồ thị, giải thích?
7. Các giai đoạn của quá trình cháy, tại sao nói nếu giai đoạn cháy rớt tăng thì hiệu suất của động cơ giảm ?
8. Nêu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy, Phân tích ảnh hưởng của một yếu tố cụ thể?
9. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian trì hoãn sự cháy τi? 10. Các dạng buồng cháy? cấu tạo, ưu nhược điểm của từng loại?
CHƯƠNG 4
CÁC THƠNG SỐ CHỈ THỊ VÀ CĨ ÍCH CỦA
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG