1. 2.1 Khỏi niệm về daođộng
3.3.1 Lựa chọn kết cấu buồng chỏy
Buồng chỏy xoỏy lốc là loại mà toàn bộ buồng chỏy được ngăn ra làm hai phần: Buồng xoỏy lốc và buồng chỏy chớnh, hai phần nối với nhau bằng một đường thụng lớn. Buồng chỏy xoỏy lốc Ricardo dựng trong động cơ đốt trong, cú dạng hỡnh chuụng, nối với buồng chỏy chớnh nhờ đường thụng tiếp tuyến.
Trong quỏ trỡnh nộn mụi chất từ buồng chỏy chớnh bị đẩy vào buồng xoỏy lốc và tạo ra ở đõy một dũng xoỏy nộn, mạnh. Nhiờn liệu được phun vào cựng hướng với dũng xoỏy lốc. Cỏc hạt nhiờn liệu nhỏ, nhẹ ở vỏ tia bị cuốn theo dũng xoỏy lốc, được sấy núng bay hơi cựng khụng khớ núng tạo ra hoà khớ và bốc chỏy ở khu vực miệng đường thụng. Màng lửa chuyển động theo quỹ đạo lũ xo xoắn cụp vào khu trung tõm buồng chỏy. Hoà khớ chưa chỏy nồng độ lớn bị đẩy ra xung quanh và được phun vào buồng chỏy chớnh, do tỏc dụng chờnh ỏp được tạo ra sau khi một phần nhiờn liệu đó chỏy trong buồng xoỏy lốc. Dũng chảy phun ra buồng chỏy chớnh, tạo lờn dũng xoỏy thứ hai ở đõy, thỳc đẩy sự hoà trộn giữa nhiờn liệu và khụng khớ để hỡnh thành hoà khớ và bốc chỏy trong buồng chỏy chớnh. Chờnh ỏp giữa buồng xoỏy lốc và buồng chỏy chớnh, sau khi chỏy lờn tới (0,1 0,2 MPa). Tốc độ cực đại của dũng khớ qua đường thụng lờn tới ( 100 150 m/s ) .
Hỡnh dạng buồng chỏy xoỏy lốc rất khỏc nhau, nờn cường độ xoỏy lốc tại thời điểm cuối kỳ nộn cũng khụng giống nhau. Ba dạng buồng chỏy hỡnh cầu, hỡnh đỏy phẳng và hỡnh chuụng tạo lờn tốc độ cuối kỳ nộn rất khỏc nhau. Nếu tốc độ dũng xoỏy lớn quỏ sẽ gõy tổn thất lưu động lớn đặc biệt khi chạy ở tốc độ cao.
Nếu giảm bớt tỷ lệ
c k
V V
(Vk dung tớch buồng chỏy xoỏy lốc; Vk dung tớch buồng chỏy động cơ) thỡ hỡnh dạng buồng chỏy chớnh trở thành yếu tố ngày một quan trọng, lỳc ấy cần tạo ra dũng xoỏy thứ hai trong buồng chỏy chớnh.
Thay pittụng đỉnh bằng và dựng cỏc loại pittụng khoột lừm đỉnh tạo ra hai dũng xoỏy đối nhau trong buồng chỏy chớnh đó cải thiện rừ rệt tớnh năng của động cơ. Hỡnh dạng rónh dẫn hướng dũng khớ trong phần khoột lừm đỉnh cần phối hợp với
Viện Đào tạo sau Đại học Học viờn thực hiện: Nguyễn Tuấn Thành
hỡnh dạng đường thụng nhằm đưa dũng chảy vào khu vực khoột lừm đỉnh và tạo ra dũng xoỏy lốc mạnh trong buồng chỏy chớnh.
Để dễ khởi động lạnh cần tăng tỷ số nộn ( 20). Với động cơ cú thể tớch cụng tỏc (Vh) tương đối nhỏ và tỷ số () lớn, việc giảm dung tớch buồng chỏy xoỏy lốc (Vk) cũn làm cho khe hở giữa đỉnh pittụng và nắp xylanh khụng trở nờn quỏ nhỏ, tạo điều kiện dễ dàng cho sửa chữa và bảo dưỡng kỹ thuật.
Vị trớ đường thụng khụng những phải quan tõm đến dũng xoỏy lốc trong buồng xoỏy lốc, mà cũn phải lưu ý cả dũng xoỏy lốc thứ hai trong buồng chỏy chớnh. Đặt đường thụng tiếp tuyến dễ tạo ra dũng xoỏy nộn, cũn đặt đường thụng ở khu vực giữa, dễ đưa dũng chảy đi ra. Hỡnh dạng đường thụng cần đảm bảo cho dũng xoỏy được bao trựm toàn bộ khụng gian buồng xoỏy lốc.
Hướng tia phun là hướng lệch tõm theo chiều dũng xoỏy. Nếu tia phun theo hướng tõm, hoặc lệch tõm ngược chiều dũng xoỏy, thỡ màng lửa đầu tiờn sẽ xuất hiện ở trung tõm buồng chỏy. Trong điều kiện nhiệt độ thành buồng chỏy cũn thấp, sẽ làm kộm tớnh năng khởi động lạnh, ngoài ra phần nhiờn liệu được bốc chỏy ở những giai đoạn tiếp theo do thiếu một dũng xoỏy mạnh nờn thường kộo dài thời gian chỏy làm giảm hiệu suất động cơ. Độ nhạy đối với phương hướng tia phun của cỏc buồng xoỏy lốc rất khỏc nhau, buồng hỡnh cầu đỏy phẳng chịu ảnh hưởng ớt nhất.
Đường thụng vào buồng chỏy xoỏy lốc thường làm trờn nắp buồng chỏy, một mặt giảm nhẹ phần gia cụng hỡnh dạng, kớch thước buồng xoỏy lốc, mặt khỏc cũn tạo điều kiện chọn vật liệu chịu nhiệt cho đường thụng qua đú gõy ảnh hưởng lớn tới thời gian chỏy trễ và tốc độ tăng ỏp suất khi chỏy. Thụng thường tăng nhiệt độ nắp buồng chỏy sẽ rỳt ngắn thời gian chỏy trễ và giảm tốc độ tăng ỏp khi chỏy. Với dũng xoỏy lốc mạnh của khụng khớ trong buồng chỏy phụ, lại dựng vũi phun một lỗ cú chốt trờn kim phun, làm cho buồng chỏy xoỏy lốc khụng cũn nhạy cảm đối với mức độ hoàn hảo của hệ thống phun. Vỡ vậy trong phạm vi rộng của tốc độ động cơ, nhiờn liệu và khụng khớ vẫn được phối hợp hoà trộn với nhau tạo ra hoà khớ tốt. Dũng xoỏy lốc được tạo ra khi nộn cú cường độ lớn hơn so với dũng xoỏy được tạo ra khi nạp, nờn hoà khớ được hỡnh thành nhanh hơn. Vỡ vậy kể cả trường hợp
phun nhiờn liệu rất trễ, quỏ trỡnh chỏy vẫn kết thỳc kịp thời và động cơ cú thể chạy ở tốc độ cao. Mặt khỏc số màng lửa xuất hiện đầu tiờn trong vũi phun một lỗ ớt hơn nhiều so với vũi phun nhiều lỗ, nhờ đú giảm được tốc độ chỏy, tốc độ tăng ỏp khi chỏy và tiếng ồn của động cơ.
Trong buồng xoỏy lốc, muốn cho động cơ đạt tớnh năng tốt cần làm cho thời điểm bắt đầu chỏy hơi muộn một chỳt (sỏt điểm chết trờn), vỡ vậy trong thời gian chỏy ở buồng chỏy chớnh khi pittụng đó bắt đầu đi xuống, nhiệt độ mụi chất sẽ giảm do gión nở, đó hạn chế sự hỡnh thành NOX
Do tốc độ dũng chảy qua đường thụng rất lớn, khi nộn cũng như khi chỏy, gõy ra ứng suất nhiệt tương đối lớn ở đỉnh pittụng cũng như ở nắp xylanh, mặt khỏc cũn làm tăng truyền nhiệt cho nước làm mỏt nờn hiệu suất của động cơ cú buồng chỏy xoỏy lốc hơi kộm. Động cơ diesel đặt trờn thiết bị động lực cần giải quyết tốt tiếng ổn ở chế độ khụng tải và chạy chậm.
Cụng dụng chớnh của buồng chỏy xoỏy lốc là tạo ra vận động xoỏy lốc rất mạnh của khụng khớ vào cuối quỏ trỡnh nộn làm cho nhiờn liệu và khụng khớ hoà trộn đều với nhau rất nhanh. Cụng dụng này kết hợp với hiệu quả sấy núng của nắp buồng chỏy làm cho nhiờn liệu bốc chỏy với thời gian chỏy trễ rất ngắn. Chớnh vỡ vậy, động cơ được trang bị buồng chỏy xoỏy lốc cú thể làm việc ở tốc độ quay rất cao và với hầu hết cỏc chủng loại nhiờn liệu dựng cho động cơ đốt trong. Ngoài ra, do tỏc dụng tiết lưu của họng thụng nờn tốc độ tăng ỏp suất cũng như ỏp suất chỏy cực đại trong xylanh động cơ đều cú trị số nhỏ hơn so với trường hợp buồng chỏy thống nhất.
Buồng chỏy thống nhất so với buồng chỏy xoỏy lốc cú những ưu, nhược điểm sau:
- Ưu điểm:
+ Động cơ cú thể làm việc với hệ số dư lượng khụng khớ rất nhỏ (=l,2 1,4), do đú ỏp suất cú ớch trung bỡnh của động cơ tương đối lớn (pf = 6,5 7,5 bar).
+ Do khả năng hoà trộn nhiờn liệu với khụng khớ của buồng chỏy rất cao nờn chỉ cần trang bị cho động cơ vũi phun một lỗ ỏp suất phun thấp (pe 80 130 bar).
Viện Đào tạo sau Đại học Học viờn thực hiện: Nguyễn Tuấn Thành
+ Động cơ rất ớt nhạy cảm với sự thay đổi chế độ làm việc và chất lượng của nhiờn liệu. Tớnh ổn định và chất lượng chu trỡnh cụng tỏc khỏ cao ngay cả khi động cơ làm việc ở chế độ tải và tốc độ quay thấp.
+ Động cơ làm việc ờm, điều kiện làm việc của nhúm pittụng và cỏc bộ phận khỏc thuộc cơ cấu truyền lực tốt hơn so với trường hợp buồng chỏy thống nhất.
- Nhược điểm:
+ Suất tiờu hao nhiờn liệu của động cơ tương đối lớn (ge=250-290g/kw.h) trong khi động cơ với buồng chỏy thống nhất cú ge=210 230 g/kw.h, do tổn thất năng lượng cho việc lưu động của mụi chất cụng tỏc giữa hai phần của buồng chỏy và do tổn thất nhiệt truyền qua vỏch của buồng chỏy ngăn cỏch lớn hơn.
+ Động cơ với buồng chỏy xoỏy lốc khú khởi động hơn vỡ bề mặt làm mỏt của buồng chỏy tương đối lớn làm cho nhiệt độ cuối quỏ trỡnh nộn trong thời gian khởi động thấp. Ngoài ra, vũi phun đi kốm với buồng chỏy ngăn cỏch thường là loại một lỗ với ỏp suất phun thấp nờn chất lượng phun khụng tết (để đảm bảo khởi động được động cơ ở trạng thỏi lạnh, động cơ cú buồng chỏy ngăn cỏch phải cú tỷ số nộn cao hơn và thường được trang bị thờm bugi khởi động).