D- đ−ờng kính xylanh; d đ−ờng kính phần lõm; h chiều sâu phần lõm; e 1 lệch tâm của
1- Những đặc điểm chính của buồng cháy dự bị
Khi nhiên liệu đ−ợc phun vào và bắt đàu bốc cháy trong buồng dự bị, áp suất môi chất tăng cao ra chênh áp nhờ đó hoà khí và nhiên liệu ch−a kịp cháy đ−ợc phun qua các lỗ thông với tốc độ rất lớn, tạo ra dòng chảy rối và hoà trộn với không khí trong buồng cháy chính để tiếp tục hình thành hoà khí và bốc cháy tại đây. Nh− vậy động năng của dòng chảy từ buồng cháy dự bị đi ra là nhân tố chủ yếu ảnh h−ởng tới chất l−ợng hình thành hoà khí và bốc cháy của nhiên liệu trong buồng cháy chính, do
đó trong buồng cháy dự bị có những điểmsau:
- Các tỷ số c k k V V =
δ và f/FP. Nhìn chung tăng δk sẽ làm tăng pe nh−ng cũng làm tăng thêm các tổn thất khi cháy, vì vậy làm tăng tiêu hao nhiên liệu ge. Tăng f/FP làm tăng hiệu suất động cơ nh−ng lại làm giảm áp suất có ích trung bình pe. nhờ kết quả thực nghiệm, ng−ời ta đã xây dựng
biểu thức kinh nghiệm sau:
ε δ μ 700 50 . . 1 + = Fp CM K f
Trong đó ;f- tổng diện tích các lỗ thông(cm2); Fp- diện tích đính piston (cm2);μ- hệ số l−u l−ợng của các lỗ thông (0,7ữ0,8), nhiều lỗ thông μ sẽ nhỏ;
c k k V V = δ -( δk ≈0,25ữ0,4); m
C - tốc độ trung bình của piston Cm 30
.n S
= (m/s) ; S- hànhtrình piston (m); n- số vòng quay của trục khuỷu (vòng /phút);ε- tỷ số nén.
- Hình dạng buồng cháy dự bị, vị trí lỗ thông, ph−ơng h−ớng tia nhiên liệu
Vị trí bắt đầu cháy trong buồng cháy có ảnh h−ởng lớn tới năng l−ợng dòng chảy và chất l−ợng hoà trộn giữa nhiên liệu ch−a cháy với không khí trong buồng cháy chính. Điểm bắt đầu cháy trong buồng cháy dự bị phải ở xa lỗ thông, qua đó làm tăng nhanh áp suất ở đây khi cháy và đảm bảo cho dàng chảy phun vào buồng cháy chính có năng l−ợng lớn, sớm đ−ợc hoà trộn đều với không khí trong buồng cháy chính.
Nhiên liệu và hoà khí ch−a kịp cháy trong buồng cháy dự bị phải tập trung ở vùng các lỗ thông, để sau khi bắt đầu cháy sẽ đ−ợc phun tr−ớc tiên vào buồng cháy chính.
Hình 8.51 Các buồng cháy dự bị điển hình
a) Dodge; b) Benz- OM.315; c) TOYOTA –D2; d)Cartepilla; e) Hanomag; f)Maybach MD 330. Hanomag; f)Maybach MD 330.
Muốn vậy phải tạo tia phun, mật độ lớn, đồng thời hạn chế thành phần hơi nhiên liệu của hoà khí trong buồng dự bị, tăng năng lực xuyên sâu của tia để nhiên liệu sớm tới miệng lỗ phun.
Tránh không để mũi tia nhiên liệu gặp trực diện dòng khí nóng đi qua lỗ thông vào buồng cháy dự bị cuối kỳ nén. Muốn vậy th−ờng dùng các lỗ thông nghiêng tiếp tuyến để dòng khí đi theo h−ớng hơi lệch tâm tới miệng lỗ thông (hình 10.52)
Nếu tạo một rãnh nông trong buồng dự bị (số 3 hình 8.52) để khí nóng men theo sẽ cho hiệu quả cháy cao nhất (tốt hơn nhiều so với rãnh sâu số 4 hình 8.52).
B )Buồng cháy chính
Chất l−ợng cháy trong buồng cháy chình phụ thuộc chất l−ợng hình thành hoà khí tại đây. Không khí trong buồng cháy chính càn đ−ợc tập trung tại miệng các lỗ thông và cần phối hợp tốt
với số l−ợng và ph−ơng h−ớng của các lỗ thông để số không khí này sớm tham gia hình thành hoà khí và đốt cháy nhiên liệu. Khoét lõm đỉnh piston gần khu vực lỗ thông sẽ đảm bảo cho quá trình cháy của động cơ dùng buồng cháy dự bị đ−ợc cải thiện rõ rệt so với đỉnh piston bằng (hình 8.53).
Đặc tính của buồng cháy dự bị
Buồng cháy dự bị ó thể chạy với hệ số d− l−ợng không khí α rất nhỏ (α =1,1ữ1,2) mà chất l−ợng cháy vẫn tốt, mặt khác lại có thể chạy ở tốc độ cao. Do chế độ nhiệt của buồng dự bị khá ổn định nên giảm đ−ợc thời gian cháy trễ, hạn chế tốc độ tăng áp suất cũng nh− áp suất cực đại khi cháy và đảm bảo cho động cơ hoạt động rất ổn định trong mọi điều kiện.
Do chất l−ợng hình thành hoà khí và đốt cháy nhiên liệu của động cơ chủ yếu dựa vào năng l−ợng của dòng chảy từ
buồng dự bị đi ra, nên chất l−ợng quá trình cháy rấta ít nhạy cảm, đối với tốc độ động cơ , nó có thể hoạt động trong một phạm vi rất rộng mà không ảnh h−ởng xấu tới hiệu suất động cơ. Buồng cháy dự bị không có yêu cầu cao đối với phẩm chất nhiên liệu cũng nh− đối với hệ thống nhiên liệu, cũng không nhậy cảm khi thời tiết thay đổi. Tuy nhiên nó cũng có nh−ợc điểm t−ơng tự nh−
nh−ợc điểm của buồng cháy xoáy lốc: suất tiêu hao nhiên liệu ge lớn (vì
Clm lm V F lớn và p F f nhỏ làm
Hình 8.52 ảnh của cấu tạo buồng dự bị tới dòng khí nén đi vào tới tính năng của động cơ
Hình 8.53 ảnh h−ởng cấu tạo của buồng cháy chính tới tính năng của động cơ
tăng tổn thất nhiệt và tổn thất l−u động của dòng chảy cháy rớt th−ờng kéo dài…). Do C lm V F lớn
nên khó khởi động lạnh, muốn khắc phục phải tăng tỷ số nén ε hoặc dùng một thiết bị khởi động riêng.
8.7.7. So sánh tính năng các loại buồng cháy (bảng10-1)
Mỗi loại buồng cháy đều có −u nh−ợc điểm riêng và thích hợp với những điều kiện sử dụng nhất định. Ưu điểm các buồng cháy ngăn cách là: tính năng cao tốc tốt, ít ô nhiễm môi tr−ờng, tiếng ồn nhỏ.. vì vậy cần lựa chọn thích hợp theo điều kiện sử dụng thực tế. Nói chung động cơ diezen cỡ lớn, động cơ diezen xe tải nặng th−ờng dùng buồng cháy phun trực tiếp, các xe loại vừa (cả xe khách lẫn xe tải, dùng cả buồng cháy ngăn cách và buồng cháy phun trực tiếp, còn xe loại nhỏ chủ yếu dùng buồng cháy ngăn cách vì gây ô nhiễm ít.
Bảng 10-1 So sánh tính năng các loại buồng cháy
Các tính năng Buồng cháy thống nhất
Buồng cháy dự bị Buồng cháy xoáy lốc
pe max(MPa) 0,75 0,75ữ0,8 0,8ữ0,85
ge(g/kW.h) Khoảng 120 Khoảng 146 Khoảng 140
nmax(vòng/phút) 3000 4000 4500
pz max(MPa) 6ữ8 5ữ6 5ữ7
tthải(0C) 650(thấp) 750(cao) 750(cao)
áp suất nâng kim phun pφ 18ữ25 6,5ữ15 10ữ14 Góc phun sớm(tr−ớc ĐCT) 35ữ50 40ữ50 25ữ30 Hệ số d− không khí α 1,25ữ1,4 1,1 1,1 Tỷ số nén ε 14ữ17(thấp) 18ữ22(cao) 17ữ20(cao) Tổn thất nhiệt cho n−ớc Nhỏ nhất Lớn Vừa
đặc tính ô nhiễm Nhiều NOx động cơ nhỏ nhiều HC
ít NOx ít NOx
tính khởi động lạnh Tốt kém nhất kém
Tổn thất cơ giới ít nhất Lớn Vừa