b. Hệ thống phun xăng điện tử
4.2.3. Các phương pháp hình thành hòa khí trong động cơ diezel
diezel
Yêu cầu đối với quá trình tạo hoà khí là phải tạo được sự phân bố nhiên liệu theo thời gian và không gian trong buồng cháy một cách tốt nhất để nhiên liệu cháy đúng lúc, cháy hoàn toàn, đạt được chỉ tiêu kinh tế (ge nhỏ ) và hiệu quả cao (pe lớn) nhưng áp suất cực đại (pz ) và tốc độ tăng áp suất ( ) không quá lớn, đồng thời sinh ít độc hại trong khí thải.
Để tạo thành hoà khí, ngưòi ta sử dụng các biện pháp:
Kết hợp chặt chẽ giữa số lượng, hình dạng và sự phân bố tia nhiên liệu với hình dạng buồng cháy.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
ω
∆∆p ∆p
4.2.3. Các phương pháp hình thành hòa khí trong động cơ diezel diezel
Sử dụng chuyển động xoáy lốc mạnh của không khí trong buồng cháy được tạo ra trong quá trình nạp và nén.
Tuỳ từng loại buồng cháy cụ thể mà các biện pháp trên được áp dụng riêng lẻ hay phối hợp với nhau ở mức độ cao hay thấp. Theo sự phân chia về không gian, buồng cháy được phân thành hai loại buồng cháy thống nhất và buồng cháy ngăn cách.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Buồng cháy thống nhất
Là buồng cháy chỉ bao gồm không gian duy nhất giới hạn bởi đỉnh piston, xy lanh và nắp xy lanh. Buồng cháy thống nhất có một số loại khác nhau theo phương pháp hình thành hỗn hợp.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Buồng cháy thống nhất
Về mặt kết cấu, phần lõm trên đỉnh piston là vòng xoáy đồng tâm có kích thước đường kính khá lớn. Vòi phun sử dụng ở đây với số lượng lỗ phun tương đối lớn, từ 5 – 10 lỗ, đường kính lỗ rất nhỏ thường d = 0,15 tới 0,25 mm, áp suất phun lớn khoảng 20 tới 60 MN/m2, đối với động cơ dùng bơm – vòi phun hoặc hệ thống phun tích áp (common rail) có thể đến 1000- 2000 bar. Tia nhiên liệu tiệm cận với vách buồng cháy trên đỉnh piston nhưng không chạm vào vách.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Buồng cháy thống nhất
Xoáy lốc trong buồng cháy không mạnh nhưng phun nhiên liệu rất tơi và phù hợp với dạng buồng cháy nên quá trình bay hơi, hòa trộn và tạo hỗn hợp tương đối lớn. Quá trình cháy xảy ra gần như hầu khắp thể tích buồng cháy.
Trong thực tế không thể tạo ra sự phù hợp hoàn toàn giữa các tia phun và hình dạng buồng cháy
Để tránh hiện tượng bất lợi này nhiều động cơ có dạng kết cấu đường nạp bảo đảm chuyển động xoáy của không khí như loại đường nạp tiếp tuyến nhưng cường độ xoáy cũng phải hợp lý để các chung tia không bị trộn vào nhau.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Buồng cháy thống nhất
Ưu điểm:
Cháy gần điểm chết trên nên hiệu quả sinh công cao, kết cấu buồng cháy gọn vì vậy tổn thất nhiệt nhỏ, ge thấp.
Tổn thất nhiệt nhỏ nên dễ khởi động.
Buồng cháy, nắp xi lanh đơn giản nên dễ bố trí các chi tiết như xupap, vòi phun.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Buồng cháy thống nhất
Nhược điểm:
Vì không thể đảm bảo tia phun nhiên liệu thâm nhập mọi điểm của buồng cháy nên không thể tận dụng hết khí nạp nên λ giới hạn khá lớn xấp xỉ 1,6 đến 1,8.
Piston chịu nhiệt độ cao.
Buồng cháy hỗn hợp thể tích được dùng ở động cơ cỡ trung bình và cỡ lớn như động cơ tàu thủy, tĩnh tại.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Buồng cháy hỗn hợp thể tích – màng
Đặc điểm của loại này hình tròn xoay đồng tâm hoặc lệch tâm với piston, tỷ lệ với đường kính piston nhỏ thường = 0,35 - 0,75, có hình dáng đa dạng như kiểu ∆, ω...Tỷ lệ thể tích không gian trên đỉnh piston Vb và thể tích buồng cháy Vc lớn, nằm trong khoảng 0,75 đến 0,90. Vòi phun có khoảng 3 tới 5 lỗ với áp suất phun không lớn lắm khoảng 15 đến 20 MN/m2. Đường nạp được thiết kế tiếp tuyến hoặc xoáy ốc để tạo ra chuyển dộng xoáy tròn của khí nạp có cường độ lớn.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Ddb db
Buồng cháy hỗn hợp thể tích – màng
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Buồng cháy hỗn hợp thể tích – màng
Khi piston đi lên trong hành trình nén, khối không khí giữa nắp xy lanh và đỉnh piston bị chèn mãnh liệt vào không gian trên đỉnh piston tạo ra chuyển động xoáy lốc hướng kính với cường độ lớn. Vì vậy buồng cháy được gọi là tận dụng xoáy lốc.
Nhiên liệu được phun vào buồng cháy ở cuối kỳ nén, một phần nhiên liệu bị xoáy lốc xé nhỏ, hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp. Phần còn lại, có thể đến 50%, bám lên thành buồng cháy tạo thành màng nhiên liệu lỏng. Màng nhiên liệu được cấp nhiệt bởi nhiên liệu đã cháy trong buồng cháy được bay hơi cuốn vào hỗn hợp và bốc cháy tiếp.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Buồng cháy hỗn hợp thể tích – màng
Trong thực tế không thể tạo ra sự phù hợp hoàn toàn giữa tia phun nhiên liệu và hình dạnh buồng cháy để thực hiện sự tạo thành hoà khí trong toàn bộ thể buồng cháy. Cụ thể là luôn tồn tại những vùng mà tia nhiên liệu không thâm nhập đến, nên không tận dụng được không khí ở đây, và cũng không thể bảo đảm không có hạt nhiên liệu nào bám lên thành buồng cháy.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Buồng cháy hỗn hợp thể tích – màng
Để cải thiện sự hình thành hoà khí, người ta có thể tạo ra chuyển động xoáy tròn của không khí trong quá trình nạp với cường độ vừa phải bằng cách thiết kế đường nạp tiếp tuyến với xylanh, hình 4-21. Nếu cường độ xoáy tròn lớn quá mức độ cần thiết có thể làm cho việc hình thành hoà khí kém đi vì khi đó nhiên liệu có thể mang từ khu vực của tia phun này sang khu vực của tia phun khác. Cường độ xoáy tròn hợp lý nhất sao cho trong thời gian phun, tia phun quét một góc bằng góc θ giữa hai tia kề nhau, hình 4-22.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Buồng cháy hỗn hợp thể tích – màng
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
Buồng cháy hỗn hợp thể tích – màng
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong
ưu điểm:
Tận dụng xoáy lốc không khí nên lượng khí được tận dụng tốt hơn, λ nhỏ hơn λ hỗn hợp thể tích. λ giới hạn nằm trong khoảng 1,5 – 1,7, tăng được pe khoảng 10% đến 12%.
Do lượng nhiên liệu tham gia vào quá trình chuẩn bị hỗn hợp trong giai đoạn cháy trễ bị khống chế nên lượng hỗn hợp được chuẩn bị trong giai đoạn này ít hơn, do đó nhỏ hơn, động cơ làm việc êm hơn.
Do xoáy lốc với cường độ lớn ở mọi chế độ nên động cơ ít nhạy cảm với thay đổi chế độ làm việc cũng như loại nhiên liệu.
Chương 4. Hình thành hỗn hợp trong động cơ đốt trong