đặc biệt là của động cơ Diesel ơtơ máy kéo cũng giống như bơm cao áp phần lớn là vịi phun vạn năng, do nhà máy chuyên chế tạo bơm cao áp, vịi phun sản xuất. 54
Trong vịi phun vạn năng cĩ hai cụm chi tiết chính là thân vịi phun và đầu vịi phun (đầu vịi phun gồm van và thân van).Trên cùng một thân vịi phun cĩ thể lắp nhiều đầu vịi phun khác nhau phù hợp với mức độ cường hố, phương pháp hình thành khí hỗn hợp của từng loại động cơ. Khi chế tạo, người ta làm thân vịi phun và đầu vịi phun thành cụm riêng, đảm bảo trong một dãy kích thước cĩ thể lắp một loại đầu vịi phun bất kỳ lên bất kỳ một thân vịi phun nào. Khi thiết kế cần biết cấu tạo và kích thước chính của thân vịi phun và đầu vịi phun vạn năng đã tiêu chuẩn hố đang được chế tạo tại các nhà máy chuyên sản xuất bơm cao áp và vịi phun.
Trên hình giới thiệu hai loại vịi phun vạn năng, loại thứ nhất đưa nhiên liệu vào vịi phun phải qua mặt sườn của thân vịi phun, loại vịi phun này được bắt chặt lên nắp xylanh bằng mặt bích tỳ lên vai vịi phun (hình a); loại thứ hai đưa nhiên liệu vào vịi phun trên đường tâm của van kim. Loại này dùng ren để bắt chặt vịi phun lên nắp xylanh (hình b).
Hình 4.6. Vịi phun vạn năng.
a – Nhiên liệu từ mặt sườn vào vịi phun,dùng mặt bích để bắt chặt vịi phun vào động cơ; b – Nhiên liệu theo đường tâm van kim vào vịi phun,dùng ren bắt chặt vịi phun vào động cơ Nhiên liệu theo đường tâm van kim vào vịi phun,dùng ren bắt chặt vịi phun vào động cơ
Lực tác dụng lên vịi phun, đặc tính thuỷ lực và ứng suất nhiệt của vịi phun phụ thuộc vào kích thước chính của van kim và mặt tựa của van kim trên thân van. Đặc điểm cơ bản của vịi phun được thể hiện qua tiết diện lưu thơng f’’
tựa αK,đường kính van kim dk , hành trình của kim xk và tỷ số δ giữa tiết diện hình vành khăn trên van kim fv chia cho tiết diện thân van kim fk .
Hình 4.7. Kích thướt chính của van kim và mặt tựa của van kim.
Tiết diện lưu thơng nhỏ nhất giữa mặt tựa của van kim và đế van phụ thuộc vào đường kính d2 (nếu gờ lỗ phun nằm trên mặt tựa) hoặc đường kính d1 (nếu lỗ phun đặt ở mũi vịi phun phía dưới mặt tựa). Cả hai trường hợp trên tiết diện lưu thơng là một mặt cơn :
fk’’ = π(R + r)l;
trong đĩ : R và r – bán kính đáy dưới và đáy trên của mặt cơn; l – đường sinh của mặt cơn;
nếu gọi dx – đường kính đáy nhỏ của mặt cơn tại tiết diện tính thì dx=d2 hoặc dx=d1
tùy thuộc lỗ phun nằm trên mặt tựa, ta được: l =xk sinα2K ; R =d2x ; r = R - xksinα2K cosα2K =d2x - xksinα2K cosα2K ; từ đĩ ta được: fk’’ =πxk (dxsinα2K - xksin2 2 K α cosα2K );
với giá trị xk và dx như nhau thì vịi phun tựa trên mặt phẳng αK=900 cĩ tiết diện lưu thơng lớn nhất. Cịn vịi phun tựa trên mặt cơn αK=600 cĩ tiết diện lưu thơng nhỏ nhất.
Hiện nay hầu hết đều dùng loại vịi phun tựa lên mặt cơn αK=600 vì nĩ làm cho vịi phun kín và khít, tăng tiết diện lưu thơng thực tế của vịi phun.
Tiết diện fk’’ phải lớn hơn tiết diện lưu thơng của các lỗ phun f1 khoảng 2.5 – 3.5 lần. Nếu
1'' ''
f fk
< 1.5 thì sức cản phụ của vịi phun sẽ lớn gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng phun. Nếu
1'' ''
f fk
>3.5 sẽ làm tăng kích thướt của vịi phun do sử dụng tiết 56
diện lưu thơng khơng hợp lí gây ra. Tỷ số tiết diện δ được tính theo biểu thức: δ = k v f f ;
trong đĩ: tiết diện hình vành khăn: fv= π4(dk2 – d12); tiết diện thân van kim : fk= π4dk2
Trong các vịi phun kín hiện nay δ=0.32 – 0.82. Nếu δnhỏ sẽ làm giảm phụ tải tác dụng lên lị xo vịi phun và làm tăng tiết diện lưu thơng của vịi phun. Nhưng lúc ấy sẽ làm giảm áp suất nhiên liệu khi bắt đầu đĩng van kim.
Giữa đường kính và hành trình của van kim cĩ mối qua hệ khắng khít với nhau, đồng thời quan hệ tới tiết diện lưu thơng của vịi phun. Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình càng tăng thì tiết diện lưu thơng của vịi phun và đường kính van kim cũng phải tăng theo. Nếu lượng nhiên liệu cấp cho chu trình từ 0.1 – 25g thì đường kính của van kim phải là 6 – 14mm. Nếu lượng nhiên liệu cấp cho chu trình lớn hơn 35g phải dùng loại vịi phun cĩ đường kính van kim 16mm.
Hành trình nâng kim phun phải đảm bảo cho sức cản của dịng nhiên liệu qua vịi phun là nhỏ nhất. Trên thực tế người ta phải tiến hành thực nghiệm đo lưu lượng của nhiên liệu qua vịi phun ứng với các hành trình nâng khác nhau, qua đĩ xác định hành trình nâng của van kim. Nếu tăng hành trình của van kim sẽ làm cho động năng của các chi tiết vận động trong vịi phun tăng lên đột ngột, làm cho mặt tựa trên đế van mau mịn gây rị rỉ nhiên liệu tạo muội ở lỗ phun và làm giảm tuổi thọ vịi phun, chính vì vậy mà hành trình nâng của van kim phải giới hạn trong phạm vi 0,3-1,1 mm.
Trong khi động cơ làm việc, vịi phun bị đốt nĩng vì luơn luơn phải tiếp xúc với khí thể trong xilanh động cơ. Nếu nhiệt độ vịi phun vượt quá giới hạn cho phép thì độ cứng mặt tựa của kim và đế van sẽ giảm nên bị mịn rất nhanh. Hơn nữa do biến dạng nhiệt cĩ thể làm van kim bị kẹt gây kết muội ở lỗ phun và làm cho động cơ làm việc khơng bình thường. Vì vậy mức độ tin cậy đối với hoạt động của vịi phun phụ thuộc vào ứng suất nhiệt của vịi phun. Trên thực tế người ta đánh giá ứng suất nhiệt ấy qua nhiệt độ vịi phun. Kết quả nghiên cứu chỉ rằng đối với vịi phun làm bằng các loại thép thơng thường thì nhiệt độ lớn nhất cho phép là 2200C.
Phần nhiệt lượng chủ yếu truyền cho vịi phun là từ buồng cháy truyền tới qua tiếp xúc trực tiếp với mơi chất nĩng và qua bức xạ nhiệt trong buồng cháy, cịn phần nhiệt lượng do vịi phun truyền đi chủ yếu là truyền qua số nhiên liệu phun vào buồng cháy. Vì vậy nhiệt độ vịi phun phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Diện tích bề mặt tiếp xúc với khí thể trong buồng cháy đặc biệt là diện tích bề mặt ở phần đầu vịi phun.
+ Khe hở giữa vịi phun và nắp xylanh, cần giữ khe hở nhỏ nhất trong điều kiện đảm bảo vịi phun khơng tiếp xúc với nắp xilanh (khoảng 0.3 – 0.4mm đối với động cơ nhỏ và 0.5 – 1 đối với động cơ cơng suất lớn).
+ Nhiệt độ trung bình và tần số làm việc của chu trình, nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ nhiên liệu phun vào động cơ.
Trên thực tế muốn giảm bớt ứng suất nhiệt của vịi phun người ta dùng các biện pháp cách ly (hình a) làm mát cho vịi phun (hình b) và kéo dài phần trụ bên dưới thân dẫn hướng của van kim (hình c).
Hình 4.8. Cấu tạo của vịi phun sử dụng các biện pháp giảm áp suất nhiệt.