D- đ−ờng kính xylanh; d đ−ờng kính phần lõm; h chiều sâu phần lõm; e 1 lệch tâm của
2- Đặc tính buồng cháy khoét sâu trên đỉnh piston
- Dùng vòi phun nhiều lỗ ( số lỗ phun ít hơn so với buồng cháy thống nhất), kết hợp với dòng xoáy thích hợp, làm tăng tốc độ hình thành hoà khí và tốc độ cháy, giảm yêu cầu đối với hệ
thống phun, rất thích hợp với động cơ diezen trung và cao tốc. Số lỗ phun phần lớn là 4, áp suất nâng kim phun ≥ 17,5MPa.
- Giống nh− buồng cháy thống nhất, nếu phạm vi thay đổi tốc độ khá lớn thì làm cho độ xuyên sâu quá lớn hoặc không đủ khi thay đổi tốc độ.
8.7.4. Quá trình M (hệ thống cháy kiểu M)
Buồng cháy phần lớn có dạng cầu, cá biệt cũng có dạng elip tròn xoay, nên có tên là buồng cháy hình cầu. Tuy nhiên việc hình thành hoà khí cũng nh− quá trình cháy không giống cac loại buồng cháy khoét sâu trên đỉnh piston thông th−ờng.
1- Điểm quan trọng nhất của quá trình M là dùng vòi phun có 1 hoặc hai lỗ phun, nhiên liệu đ−ợc phun thuận chiều dòng xoáy và tiếp tuyến với tthành buồng cháy (hình 8.45). Nhờ tác dụng của dòng xoáy mạnh, nhiên liệu đ−ợc tráng đều lên thành buồng cháy tạo ra màng mỏng. Nhiệt độ thành buồng cháy đ−ợc giữ nhất định, điều khiển tốc độ bay hơi nhiên liệu. D−ới tác dụng của dòng khí l−ớt qua bề mặt màng, tầng tầng lớp lớp hơi nhiên liệu cuốn theo dòng khí tạo ra hoà khí. Một phần nhiên liệu đ−ợc phun vào không gian, hình thành hoà khí trong không gian, có nhiệt độ cao với thành phần hoà khí thích hợp sẽ tự bốc cháy tr−ớc tạo nên nguồn lửa châm cháy số hoà khí đ−ợc tạo thành từ màng nhiên liệu. Trong khi cháy nhiệt độ môi chất tăng dần càng làm tăng tốc độ bay hơi của nhiên liệu và tốc độ hình thành hoà khí.
2- Đặc tính quá trình M
- Một ít nhiên liệu đ−ợc hình thành hoà khí theo kiểu không gian tự bốc cháy, sau đó châm cháy số hoà khí hình thành từ màng. Do số hoà khí đ−ợc chuẩn bị trong trong thời kỳ cháy trễ t−ơng đối ít, nên máy chạy êm, không có hiện t−ợng gõ máy do tính tự cháy kém của nhiên liệu làm tăng thời gian cháy trễ gây ra, nên động cơ có thể dùng nhiều loại nhiên liệu, thích hợp với động cơ đa nhiên liệu. Tất nhiên số xê tan rất thấp nên phải tăng tỷ số nén và phải dùng hệ thống phun thích hợp.
Hình8.44 Phân bố các tia không đối xứng trong buồng cháy khoét sâu trên đỉnh piston
Hình 8.45 Quá trình M
- Do phần lớn nhiên liệu đ−ợc bay hơi từ màng, không có hiện t−ợng nhiên liệu bị phân giải ở nhiệt độ cao do thiếu oxy, nên giảm hàm l−ợng muội than trong khí xả, mặt khác hệ số sử dụng không khí khi cháy rất lớn, ở chế độ thiết kế có thể dùng α =1,05.
8.7.5. Buồng cháy xoáy lốc
Toàn bộ buồng cháy đ−ợc ngăn thành hai phần: buồng xoáy lốc và buồng cháy chính, hai phần nối với nhau bằng một đ−ờng thông lớn. Buồng cháy xoáy lốc Ricardo (hình 8.46) dùng trên động cơ ô tô, có dạng hình chuông , nối với buồng cháy chính nhờ đ−ờng thông tiếp tuyến. Trong quá trình nén môi chất từ buồng cháy chính bị đẩy vào buồng xoáy lốc và tạo ra ở đây một dòng xoáy nén mạnh. Nhiên liệu đ−ợc phun vào cùng h−ớng với dòng xoáy lốc. Các hạt nhiên liệu nhỏ nhẹ ở vỏ tia bị cuốn theo vòng xoáy lốc, đ−ợc sấy nóng, bay hơi cùng không khí nóng tạo ra hoà khí và bốc cháy ở khu vực miệng đ−ờngthông. Màng lửa chuyển động theo quỹ đạo lò xo xoắn cụp vào khu trung tâm buồng cháy. Hoà khí ch−a cháy nồng độ lớn bị đẩy ra xung quanh và đ−ợc phun vào buồng cháy chính, do tác dụng chênh áp đ−ợc tao ra sau khi một phần nhiên liệu đã cháy trong buồng xoáy lốc. Dòng chảy phun ra buồng cháy chính, tạo nên dòng xoáy thứ hai ở đây, thúc đẩy sự hoà
trộn nhiên liệu và không khí để hình thành hoà khí và bốc cháy trong buồng cháy chính. Chênh áp giữa buồng xoáy lốc và buồng cháy chính, sau khi cháy lên tới 0,1ữ0,2 MPa. Tốc độ cực đại của dòng khí qua đ−ờng thông lên tới 100ữ150m/s.
1- Những đặc điểm chính của buồng xoáy lốc
- Hình dạng buồng cháy xoáy lốc rất khác nhau, nên c−ờng độ xoáy lốc tại thời điểm cuối kỳ nén cũng không giống nhau (H8.47). Ba dạng buồng cháy hình cầu, hình đáy phẳng và hình chuông tạo nên tốc độ cuối kỳ nén tại mặt cắt A rất khác nhau. Buồng cháy dạng cầu có tốc độ tăng nhanh từ tâm buồng cháy đến r= 11mm , sau đó tốc độ giảm nhanh đến vị trí r=15,5mm; buồng cháy dạng chuông tốc độ dòng khí
tăng theo bán kính r chậm nhất; sau r=11mm tốc độ cũng giảm chậm nhất. Nếu tốc độ dòng xoáy lớn quá sẽ gây tổn thất l−u động lớn đặc biệt khi chạy ở tốc độ cao.
Nếu giảm bớt tỷ lệ Vk /Vc ( vk- dung tích buồng cháy xoáy lốc; Vc- dung tích buồng cháy động cơ) thì hình dạng buồng cháy chính trở thành một yếu tố quan trọng, lúc ấy cần tạo ra dòng xoáy thứ hai trong buồng cháy chính (hình 8.48).
Hình8.46 Buồng cháy xoáy lốc Ricardo (phần khoét trên đỉnh piston có dạng trái tim) Hình 8.47 Tốc độ dòng xoáy của các buồng xoáy lốc khác nhau
Công ty Ricardo, thay piston đỉnh bằng và dùng các loại piston khoét lõm đỉnh tạo ra hai dòng xoáy đối nhau trong buồng cháy chính đã cải thiện tính năng rõ rệt của động cơ (hình 8.49). Hình dạng rãnh dẫn h−ớng dòng khí trong phần
khoét lõm đỉnh cần phối hợp với hình dạng đ−ờng thông nhằm đ−a dòng chảy vào khu vực khoét lõm đỉnh và tạo ra dòng xoáy lốc mạnh trong buồng cháy chính.
- Tỷ số Vk /Vc ≈0,7ữ0,5 – giá trị nhỏ làm giảm tổn thất tản nhiệt và tổn thất l−u động và tăng hiệu suất động cơ, trong tr−ờng hợp này có thể tăng đ−ờng kính các xupap qua đó làm tăng hệ số nạp ở tốc độ lớn. Để dễ khởi động lạnh cần tăng tỷ số nén(ε ≥20). Với động cơ có thể tích công tác Vh t−ơng đối nhỏ và tỷ số nén εlớn, việc giảm Vk còn làm cho khe hở giữa đỉnh piston và
nắp xylanh không trở nên quá nhỏ, tạo điều kiện dễ dàng cho sửa chữa và bảo d−ỡng kỹ thuật. - Vị trí đ−ờng thông không những phải quan tâm đến dòng xoáy trong buồng xoáy lốc, mà còn phải l−u ý cả dòng xoáy lốc thứ hai trong buồng cháy chính. Đặt đ−ờng thông tiếp tuyến dễ tạo ra dòng xoáy nén; còn đặt đ−ờng thông ở khu vực giữa, dễ đ−a dòng chảy đi ra. Kết quả thực nghiệm chỉ rằng:α =400 và đặt mép sắc phía trong của đ−ờng thông sát với tâm của buồng xoáy lốc (hình 8.50) sẽ cho kết quả tốt. Hình dạng đ−ờng thông cần đảm bảo cho dòng xoáy đ−ợc bao trùm toàn bộ không gian buồng xoáy lốc.
Tăng tỷ số b/d (b- chiều dài; d- chiều rộng đ−ờng thông)và f/Fp (f – diện tích ngang của đ−ờng thông; Fp- diện tích đỉnh piston) sẽ có lợi cho hiệu suất động cơ , đặc biệt là tăng f/Fp. Nhìn từ góc đọ trnhs tạo
muội than khi chạy ở tốc độ thấp, thì tỷ số f/Fp phải nhỏ hơn còn b/d
phải lớn. Ngoài ra f/Fp càn ảnh h−ởng đến tốc độ tăng áp khi cháy cũng nh− tiếng ồn của động cơ. thông th−ờng các tỷ số trên nằm trong giới hạn: f/Fp =1,9ữ 3,3%;b/d= 2,2 ữ2,5.
- H−ớng tia phun là h−ớng lệch tâm theo chiều dòng xoáy. Nếu tia phun theo h−ớng tâm, hoặc lệch tâm ng−ợc chiều dòng xoáy, thì màng lửa đầu tiên sẽ xuất hiện ở trung tâm buồng cháy, mặc dầu có lợi cho
việc dễ khởi động nh−ng sẽ tạo ra hiện t−ợng khoá nhiệt. Còn nếu tia phun lệch tâm theo chiều dòng xoáy khi tâm tia phun cùng với đ−ờng qua tâm buồng cháy tạo một góc kẹp lớn sẽ tạo nên một quá trình t−ơng tự quá trình M. Trong điều kiện nhiệt độ thành buồng cháy còn thấp, sẽ làm kém tính năng khởi động lạnh, ngoài ra phần nhiên liệu đ−ợc bốc cháy ở những giai đoạn tiếp theo do thiếu một dòng xoáy mạnh nên th−ờng kéo dài thời gian cháy, làm giảm hiệu suất động cơ. Độ nhạy đối với ph−ơng h−ớng tia phun của các buồng xoáy lốc rất khác nhau, buồng hình cầu, đáy phẳng chịu ảnh h−ởng ít nhất.
Hình8.49 ảnh h−ởng hình dạng buồng cháy chính tới tính năng của động cơ
1- đỉnh bằng;