Các Phương Pháp Hình Thành Hỗn Hợp Trong Động Cơ Diesel: Cấu Tạo, Ưu Nhược Điểm & Ứng Dụng

Trong động cơ diesel, phương pháp hình thành khí hỗn hợp có ý nghĩa quyết định đối với kết cấu, bố trí cũng như thông số kỹ thuật của hệ thống nhiên liệu nói chung hay cụ thể là của bơm cao áp và vòi phun nói riêng. Vì vậy, để hiểu rõ hơn về cách thức làm việc của động cơ diesel, chúng ta phải nghiên cứu một số phương pháp hình thành khí hỗn hợp thông dụng, phạm vi ứng dụng cũng như ưu nhược điểm của chúng. Theo sự phân chia không gian buồng cháy, người ta phân biệt hai loại hình thành khí hỗn hợp trong buồng cháy thống nhất và buồng – cháy ngăn cách.

Vai Trò Của Quá Trình Hình Thành Hỗn Hợp Trong Động Cơ Diesel

Trong động cơ diesel, quá trình hình thành hỗn hợp không khí – nhiên liệu có ảnh hưởng quyết định đến thiết kế tổng thể, kết cấu buồng cháy và cấu tạo của hệ thống nhiên liệu như bơm cao áp, vòi phun. Hiểu rõ các phương pháp này giúp người kỹ thuật đánh giá hiệu suất, mức tiêu hao nhiên liệu và khả năng ứng dụng của từng loại động cơ.

Có thể chia các phương pháp hình thành hỗn hợp trong động cơ diesel thành hai nhóm lớn:

• Buồng cháy thống nhất

• Buồng cháy ngăn cách

Buồng Cháy Thống Nhất

Hình Thành Hỗn Hợp Kiểu Thể Tích

• Cấu tạo: Không gian buồng cháy giới hạn bởi đỉnh piston, thành xi lanh và mặt máy. Lõm piston có hình dạng tối ưu để phân phối nhiên liệu.

• Vòi phun: Nhiều lỗ nhỏ (đường kính 0,01 – 0,25 mm), áp suất phun cao (20 – 60 MPa).

• Đặc điểm:

  • Hỗn hợp được hình thành gần như toàn bộ thể tích buồng cháy.

  • Hiệu suất sinh công cao, mức tiêu hao nhiên liệu thấp (220 – 240 g/kWh).

  • Khởi động dễ, buồng cháy nhỏ gọn.

• Nhược điểm:

  • Khó đảm bảo phân bố đều nhiên liệu, hệ số dư lượng không khí lớn (λ = 1,7 – 2,4).

  • Động cơ làm việc không êm, dễ gõ máy.

  • Khó thích ứng với thay đổi tải và nhiên liệu.

  • Vòi phun và bơm cao áp khó chế tạo, dễ tắc do tạp chất.

→ Ứng dụng: Động cơ diesel cỡ lớn, như động cơ tàu thủy.

Hỗn Hợp Thể Tích – Màng (Buồng Cháy MAN)

• Nguyên lý: Không khí xoáy mạnh nhờ thiết kế buồng cháy và đường nạp. Một phần nhiên liệu bám lên thành piston tạo thành màng mỏng, phần còn lại bay hơi trong không khí.

• Cấu tạo đặc trưng:

  • Buồng cháy hình cầu lõm sâu trong piston.

  • Vòi phun 2 lỗ, áp suất phun thấp hơn (15 – 18 MPa).

  • Tạo dòng khí xoáy mạnh nhờ họng thông và đường nạp hướng tiếp tuyến.

• Ưu điểm:

  • Làm việc êm, ít nhạy cảm với thay đổi tải, tốc độ, nhiên liệu.

  • Tiêu hao nhiên liệu thấp (~230 g/kWh), hiệu suất cao.

  • Dễ chế tạo và bảo dưỡng vòi phun.

• Nhược điểm:

  • Piston nặng, lực quán tính lớn.

  • Xéc măng khó làm kín do đầu piston dài.

  • Khó tổ chức tạo màng nhiên liệu hiệu quả với xi lanh D > 200 mm.

→ Ứng dụng: Phổ biến trong các động cơ cỡ trung bình (D = 100 – 150 mm) vào thập niên 1960–1970, hiện nay ít dùng do khí thải độc hại.

Buồng Cháy Ngăn Cách (Buồng Cháy Xoáy Lốc)

• Cấu tạo: Gồm hai vùng:

  • Buồng cháy phụ: nhỏ, nơi phun nhiên liệu và tạo xoáy lốc mạnh.

  • Buồng cháy chính: nằm phía trên piston.

• Cơ chế làm việc:

  • Không khí bị nén mạnh vào buồng phụ → tạo xoáy → phun nhiên liệu → cháy ban đầu → hỗn hợp cháy phun ngược vào buồng chính và tiếp tục cháy.

• Ưu điểm:

  • Xoáy lốc mạnh → tận dụng tốt không khí, λ chỉ 1,2 – 1,4.

  • Hiệu suất cao (Pe = 0,65 – 0,75 MN/m²).

  • Làm việc êm, ít nhạy cảm với nhiên liệu và tải.

  • Vòi phun đơn lỗ, áp suất thấp → dễ chế tạo và bảo dưỡng.

• Nhược điểm:

  • Tổn thất nhiệt và lưu động lớn → tiêu hao nhiên liệu cao (240 – 265 g/kWh).

  • Cấu tạo phức tạp, diện tích làm mát lớn → khó khởi động.

→ Ứng dụng: Động cơ nhỏ, D < 100 mm như xe máy dầu, máy phát mini.

Tổng Kết: So Sánh Các Loại Buồng Cháy Diesel