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.
Buồng cháy thống nhất
Buồng chấy thống nhất là buồng cháy chỉ bao gồm không gian duy nhất giới hạn bởi đỉnh piston, xylanh và mặt máy. Buồng cháy thống nhất có một số loại khác nhau theo phương pháp hình thành hỗn hợp thể tích. Về mặt kết cấu, phần lõm trên đỉnh piston có thành mông với tỷ số. Vòi phun có lỗ phụ đường kính nhỏ đ = 0,01 – 0,25 mm với số lỗ từ 5 đến 10, áp suất phun lớn khoảng 20 + 60 MN/m. Tia nhiên liệu phun tới sát thành buồng cháy nhưng không chạm.
Khi piston đi lên trong quá trình nén, hiện tượng không khi bị chèn vào không gian trên đỉnh piston xảy ra không mãnh liệt. Nói cách khác, xoáy lốc không mạnh nên ít ảnh hưởng đến quá trình hình thành hỗn hợp. Do đó, buồng cháy thuộc loại không tận dụng xoáy lốc. Nhiên liệu phun ra rất ỏi và tia phun phù hợp với profin buồng chảy do đó tia nhiên liệu thâm nhập phần lớn thể tích huồng cháy, tạo ra quá trình bay hơi, hòa trộn nhiên liệu với không khí hình thành hỗn hợp. Vì vậy, người ta còn gọi đây là phương pháp hình thành hỗn hợp kiểu thể tích
Sau thời gian chảy trễ kế từ lúc phun nhiên liệu, quá trình cháy thực sự diễn ra. Do hỗn họp được chuẩn bị hầu như trong toàn bộ (thể tích huồng cháy nên lượng hỗn họp chuẩn bị trong giai đoạn cháy trễ lớn và sau đó bùng cháy mãnh liệt với tốc độ tăng áp suất Tp rất lớn. Do quá trình cháy tập trung vào gần điểm chết trên nên hiệu quả sinh công cao, Mại khác, kết cấu buồng cháy gọn nên tổn thất nhiệt nhỏ. Diều đó dẫn tỏi xuất tiêu hao nhiên liệu thấp khoảng 220 + 240 g/kWh và động cơ khởi động dễ dàng. Tuy nhiên, với phương pháp hỗn họp thể tích, không thể bảo đảm tia nhiên liệu thâm nhập toàn bộ thể tích buồng cháy, tức là một phần đáng kể không khí trong buồng cháy không được tham gia tạo thành hỗn họp. Do đó, hệ số dư lượng không khí rất lớn đến 1,7 – 2,4 tính hiệu quả của động cơ không cao (Pe nhỏ). Do áp suất lớn, động cơ làm việc không êm, cụ thể là có tiếng gõ và rung động, Khi thay đổi chế độ làm việc, khó bảo đảm sự phù họp của tia nhiên liệu với hình đạng buồng cháy nên động cơ rất nhạy cảm với sự thay đổi về tải trọng, tốc độ vòng quay cũng như loại nhiên liệu. Ngoài ra, vòi phun phải có nhiều lỗ rất nhỏ, áp suất phun lớn nên khó chế tạo vòi phun cũng như bóm cao áp. Khi động có làm việc, các bộ phản này để bị kẹt tắc do cận bẩn trong nhiên liệu.
Buồng cháy hỗn hợp thể tích được dùng ö động có cỗ trung bình và cỏ lún như động có tàu thủy và động có nh tại.
Hỗn hợp thể tích – màng
Về mặt kết cấu, phần không gian trên đỉnh pisten có thành đầy với % = 0,35 + (75 và khá sâu, hình 5-32, có hình đáng đa dạng như kiểu Á, œ .. (xem Chương II, mục Kết cấu đỉnh pifon). Tý lệ thể tích không gian trên đỉnh piaion Vụ và thể tích buồng cháy Vẹ lồn, nằm trong khoảng 75 + 0.90. Vòi phnn có khoảng 3 – 5 lỗ với áp suất phun không lún lắm khoảng 15 + 20 MN/m
Khi piion đi lên trong hành trình nén, khối không khí giữa nắn xylanh và đỉnh piston bị chèn mãnh liệt vào không gian lõm trên đỉnh piston lạo ra chuyển động xoáy lốc hướng kính với cường độ lún. VÌ vậy buồng cháy được gọi là buồng cháy tân dụng xoáy lốc. Khi nhiên liệu phun vào, một phần nhiên liệu bị xoáy lốc xế nhỏ, hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp. Phần còn bại, œ thể đến 30%, bám lên thành buồng cháy (tạo thành màng và được dòng khí xoáy cuốn đần lạo thành hỗn hợp. Phương pháp hỗn hợp này được gọi là thể tích – hỗn họp màng.
So với buông cháy hỗn họp thể tích xét ð trên, do tận dụng xoáy lốc nên không khi trong buồng cháy được tận dụng triệt để hón, hệ số dư lượng không khi Ä đa đó cũng nhỏ hón (nằm trong khoảng l5 + 1,7) làm tăng tính hiệu quả của động có. Cụ thể p„ tăng khoảng lŨ + 12%. Do lượng nhiên liệu tham gia vào quá trình chuẩn bị hỗn hợp trong giai đoạn cháy trể bị khống chế nên lượng hỗn hợp được chuẩn bị trong giai đoạn này ít hón, do đó A_ nhỏ bón, động có làm việc êm hón. Mặt khác, do xoáy lốc vối cường độ lớn ö mọi chế độ nên động c0 ít nhay cảm với thay đổi chế độ làm việc cũng như loại.nhiên liệu. Ngoài ra, do áp suất phun nhỏ hơn, số lỗ phun ít hón nên chế tạo bóm cao áp và vời phun để dàng hón. Bên cạnh đó, buồng chảy loại này vẫn thừa hưởng được những ưu điểm có bản của buồng cháy thống nhất như tính kinh tế cao và khỏi động dễ dàng.
Nhược điểm có bản của loại buông cháy này là đầu piston nặng nên lực quán tính lôn. Ngoài ra, tốn thất nhiệt và tổn thất lưu động cũng lón hón một chúi sơ với loại buồng cháy kiểu hỗn hợp thể tích đã xét Ở trên. Loại buồng cháy này được dùng rộng rải cho động có ô tô, máy kéo.
Buồng cháy hỗn họp màng do Giáo sự Meurer phát minh và hãng MAN áp dụng đầu tiên nên còn được gọi là buồng cháy M (viết tấi của Meurer)} hay buồng cháy MAN. Không gian trên đỉnh piston có dạng hình cầu với dường d = Ú5 D và được bố trí sâu trên đỉnh piston, hình 5-33. Vòi phun có 2 lỗ, áp suất phụn tướng đối nhỏ chỉ khoảng 15 + 18 MN/mẺ và tia phun gản như tiếp tuyến với thành buồng cháy câu. Nhiệt độ đỉnh pistoa được duy trì ö 300 + 400C bằng phun đầu làm mát đỉnh piston (xem chưởng IHÏ. Đường nạp được bố trí hướng tiếp tuyến với xylanh nên tạo ra chuyển động xoáy tròn của không khí nạp.
Cuối quá trình nén, nhiên liệu phun ra phần lón lên thành buồng cháy khoảng 95%, phần còn lại ô
Hình 5-33. Hưồng chấy hồn hợp màng dạng rất tới phân bố trong thể tích buông cháy. Nhò chuyển động quay tròn của không khí từ quá trình nạp cùng với xoáy lốc do không khí bị chèn vào không gian trên đỉnh piston qua họng thông không lồn trong quá trình nén, phân nhiên liệu phun lên thành buồng cháy cùng chiều với chiều xoáy sẽ được dàn trải trên khoảng 3⁄4 diện tích thành buồng cháy tạo thành màng rất mỏng khoảng một vài chục phần nghìn mm. Cũng chính nhồ chuyển động xoáy lốc lổng hợp nêu trên, phần nhiên liệu phun vào thể tích nhanh chóng được xé nhỏ, bay hi, hòa trộn tạo thành hỗn họp và bốc cháy tạo điều kiện cho nhiên liệu trên màng bay hơi đần và cuốn vào ngọn lửa tham gia quá trình cháy. Do đó, phương pháp hình thành khi hỗn họp này được gọi là hỗn hộp màng,
Ngoài những ưu điểm chung của buồng cháy thống nhất, hỗn hợp màng có một sẽ ưu điểm riêng nổi bậi. Do khống chế được lượng nhiên liệu chuẩn bị trong thồi gian cháy trỄ nên IỐc độ tăng áp suất Tp nhỏ và quá trình chấy màng nhiên liệu tiếp theo diễn ra iừ từ nên động có làm việc êm. Do tổ chức tối quá trình cháy và tân dụng triệt để lượng không khí nạp nên suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ (chỉ vào khoảng 230 g/kWh) và tính hiệu quả cao (pe = 0,65 + 0,75 MN/m`?). Ngoài ra, do xoáy lốc với cường dộ lồn cũng như do tác dụnr sấy nóng nhiên liệu của thành buöng chây nên động có ít nhạy cảm vái thay đổi chế độ làm việc và củ thể dùng được nhiều loại nhiên liệu,
Buồng cháy MAN có một số nhược diểm như đầu faton dài, điều kiện làm. việc của xéc măng khó khăn. Mặt khác, với động có có D > 200 mm rãi khó lổ chức mội lượng lón nhiên liệu tạo thành màng trên thành buồng cháy và hỗn họp húi nhiên liệu với một thể tích không khí tưởng đối lón.
Hồn hợp màng được sử dụng phổ biến trong một thời gian dài vào những năm Ú và 7Ô của thế ký XX cho động cơ có đường kính xylanh D = 100 + 150 mm. Tuy nhiên. do sinh ra nhiều độc hại nên gần đây ít được sử dụng hơn.
Buồng cháy ngăn cách – buồng cháy xoáy lốc
Buồng cháy ngăn cách là buồng cháy có hai không gian gọi là buồng cháy chính và buồng cháy phụ nối với nhau bằng những họng thông có tiết diện nhỏ chỉ bằng một vải phần trăm diện tích tiết điện ngang của piston. Thể tích buồng chảy phụ thường chiếm khoảng 0,25 đến 0,40 thể tích toàn bộ buồng cháy. Vòi phun thường chỉ có một lỗ với áp suất phun nhỏ
Về mãi kết cấu có nhiều dạng buồng cháy ngăn cách với các tên gọi như – buông cháy xoáy lốc, buồng cháy dự bị, hình 5-34. nhưng nguyễn lắc làm việc của chúng có thể được mô tả chung một cách khái quát như sau :
Trong hành trình nén, không khi từ buồng cháy chỉnh trên đỉnh piston được dồn qua họng thông vào buồng cháy phụ tạo ra ở đây xoáy lốc hoặc rối vi cường độ rất lỏn. Nhiên liệu phun vào buồng cháy phụ sẽ được xé nhỏ, bay hồi và hòa trộn với không khí, sau thồi gian cháy trễ sẽ bốc cháy. Khi đó, áp suất trong buồng chảy phụ sẽ lăng vọi làm cho sản vật cháy, hỗn họp đang cháy, hỗn hợp và nhiên liệu chưa cháy phun ngược tr lại qua họng thông vào buồng cháy chính. Tại đây, tiếp tục diễn ra các quá trình đan xen và nối tiếp nhau như bay hỏi, tạo thành hỗn họp và cháy với cường độ rối lỏón. Bản chất của phương pháp hình thành khí hỗn hớp trong buồng cháy ngăn cách là sử dụng một phần công nén tạo ra động năng rất lồn của không khi để tạo thành bốn họp.
Do xoáy lốc và rối rất mạnh nên lượng không khi nạp được lận dụng triệt để dẫn tối hệ số dư lượng không khí Â rất nhỏ, chỉ vào khoảng 12 + 1,4. Do đó, tính hiệu quả của động cơ khá cao (p¿ = 065 + (75 MNm). Do khống chế lượng không khí tham giá hỗn họp trong thôi gian chấy trễ nên Tp nhỏ, động có làm việc êm. Ngoài ra, cường độ xoáy lốc rất mạnh nên động có ít nhạy cảm với thay đổi chế độ làm việc và loại nhiên liệu. Vòi phun chỉ có một lỗ, áp suất phun không lớn nên chế tạo, bảo dưỡng bom cao áp và vòi phun đễ đăng,
Nhược diểm chính của buồng cháy ngăn cách là hiện suất thấp, g= 240 + 265 g/kWh, do tổn thấi lưu động qua họng thông và tổn thất nhiệt vì buồng cháy không gọn, diện tích làm mát buồng cháy quá lồn. Vẻ mặt cấu tạo, kết cấu của huồng chảy khá phức tạp. Ngoài ra, chính vì diện tích mất mái nhiệt lún nên động cũ khó khỏi động, thông thường phải có bộ phận hỗ trợ khỏi động
Buồng cháy ngân cách nói chung, cụ thể là buồng chảy xoáy lốc được sử dụng cho động có có đường kính xylanh nhỏ hón 100 mm. Nếu dùng buồng cháy thống nhất cho những động có này thì rất khó tạo tia phun ngắn mà vẫn bảo đảm các yêu cầu khác của phướng pháp hình thành hỗn hợp.
