Buồng đốt của động cơ diesel
Những ưu điểm của buồng đốt động cơ diesel đóng vai trò quyết định đối với hiệu suất, do đó thiết kế động cơ diesel là yếu tố then chốt.
Buồng đốt được phân loại thành bốn loại dựa trên đặc điểm tổ chức và cấu trúc: buồng đốt mở, buồng đốt bán mở, buồng đốt sơ cấp và buồng đốt xoáy. Hai loại đầu tiên thuộc loại buồng đốt phun trực tiếp; hai loại sau thuộc loại buồng đốt tách biệt.
Động cơ diesel tốc độ thấp và các bộ phận, động cơ diesel tốc độ cao không xoáy với buồng đốt mở. Từ đáy buồng đốt của đầu xi-lanh đến bề mặt trên cùng của piston tạo thành một không gian tổng thể có hình dạng nhất định. Kim phun xốp (6 đến 10 lỗ) giúp phun nhiên liệu mịn và phân bố đều trong không gian buồng đốt. Do đó, quá trình đốt cháy mở trong không gian buồng đốt là đặc trưng của quá trình đốt cháy điển hình, đòi hỏi hình dạng và phân bố của buồng đốt phải phù hợp với hình dạng và phân bố của dòng nhiên liệu. Ưu điểm của loại động cơ này là tiêu thụ nhiên liệu thấp, khởi động dễ dàng; nhược điểm là yêu cầu cao về độ phun sương của nhiên liệu, khó thích ứng với chế độ làm việc tốc độ biến đổi.
Chúng sử dụng một động cơ diesel nhỏ, tốc độ cao với buồng xoáy bán mở. Buồng này được chia thành nhiều loại, chủ yếu là buồng đốt màng hỗn hợp và buồng đốt, v.v.
“Buồng đốt” là bộ phim năm 1956 do đạo diễn người Đức Moller thực hiện. Nằm bên trong khoang piston, có hình cầu. Nhiên liệu được phun vào thành buồng đốt của động cơ; phần lớn tia nhiên liệu dưới tác động của dòng xoáy mạnh sẽ bám vào thành buồng đốt, tạo thành một lớp màng mỏng; một phần nhỏ nhiên liệu được phun đều trong không gian buồng đốt và bắt lửa trước, từ đó kích hoạt quá trình bay hơi của nhiên liệu bám trên thành buồng đốt. Quá trình đốt cháy này diễn ra êm ái, đốt cháy hoàn toàn, tạo ra ít khói và tiếng ồn nhẹ, đồng thời sử dụng nhiên liệu nhẹ; nhược điểm là khó khởi động hơn khi động cơ còn lạnh.
Buồng đốt composite do Shi Shaoxi của Trung Quốc phát minh vào năm 1964; bên trong buồng đốt tối, phần đỉnh của piston có hình dạng như cái bát, miệng hơi thu hẹp, tạo ra dòng khí xoáy có hình dạng đặc biệt tại cửa hút, đồng thời sử dụng kim phun dầu làm mát trục đơn lỗ. Trục kim phun song song với thành buồng đốt cơ bản của động cơ, trong đó không gian xung quanh buồng đốt là nơi nhiên liệu cháy. Dưới tác động của dòng xoáy, các hạt dầu phân tán trên thành dày của buồng đốt tạo thành một lớp màng, trong đó các hạt dầu nhỏ trộn lẫn với không khí. Khi tốc độ cao, buồng đốt xoáy tốc độ cao, màng dầu nhiên liệu trên thành tăng lên, đặc tính đốt cháy của màng; khi khởi động ở tốc độ thấp và khi tốc độ xoáy thấp, tăng lượng không gian để trộn nhiên liệu với đặc tính đốt cháy của không gian, có thể cải thiện hiệu suất khởi động lạnh.
Buồng đốt bằng phương pháp bay hơi màng composite và không gian đốt được thiết kế hợp lý để kết hợp cả hai ưu điểm, còn được gọi là hệ thống đốt lai; quá trình hoạt động diễn ra êm ái, có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu dễ cháy, yêu cầu thấp đối với hệ thống phun nhiên liệu của động cơ và khởi động dễ dàng. Nhược điểm là ở tải thấp, nồng độ hydrocacbon chưa cháy trong khí thải cao hơn.
Buồng đốt sơ bộ và buồng đốt chính của động cơ được cấu thành từ buồng đốt sơ bộ gồm hai phần. Buồng đốt sơ bộ nằm trong đầu xi-lanh, có thể tích nén tổng cộng từ 25 đến 40%, với một hoặc nhiều lỗ thông nối với buồng đốt chính. Nhiên liệu được phun vào buồng đốt sơ bộ; sau khi một phần nhiên liệu bắt đầu cháy, hỗn hợp chưa cháy dưới dạng tia phun tốc độ cao sẽ đi vào buồng đốt chính và tiếp tục trộn lẫn với không khí đốt. Cơ chế này áp dụng cho buồng đốt của động cơ diesel công suất nhỏ và trung bình.
Buồng xoáy và buồng đốt là hai thành phần chính của buồng đốt động cơ chính. Buồng xoáy nằm trong đầu xi-lanh, có hình chuông ngược hoặc hình cầu, thể tích nén tổng cộng từ 50 đến 80%, được nối với buồng đốt động cơ chính qua một kênh dẫn. Trong hành trình nén, áp suất không khí trong buồng xoáy tạo ra chuyển động xoáy mạnh, thúc đẩy nhiên liệu được phun vào trộn lẫn với không khí. Sau khi hỗn hợp này chảy vào buồng đốt và bắt lửa, sẽ hình thành dòng chảy thứ cấp, và tiếp tục cháy cùng với hỗn hợp không khí trong buồng đốt chính.
Và khi sử dụng buồng đốt có buồng tiền xoáy, trục kim phun được thiết kế sao cho áp suất phun thấp hơn nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy; khi tốc độ tăng lên, hiện tượng xoáy và dòng xoáy bên trong được tăng cường, giúp động cơ diesel tốc độ cao vẫn duy trì khả năng kết hợp tốt với luồng không khí.
Động cơ diesel buồng xoáy có tốc độ quay lên đến 4.000 vòng/phút hoặc cao hơn, quá trình hoạt động êm ái và khí thải chứa ít thành phần độc hại. Tuy nhiên, hiện tượng thất thoát nhiệt và thất thoát lưu lượng khí lớn, đặc biệt nghiêm trọng hơn sau quá trình đốt cháy, dẫn đến mức tiêu thụ nhiên liệu cao hơn; đồng thời gặp vấn đề khi khởi động lạnh, thường phải lắp đặt bugi sưởi.