ƠNG 1 PAGE 58 Quá trình cháy trongQUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ DIEZEN COMBUSTION IN COMPRESS

Q trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

1

Q TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ DIEZEN
COMBUSTION IN COMPRESSION- IGNITION ENGINES
2.1. Khái quát về quá trình cháy trong động cơ Diezen- Essential features
of process.
Khác với động cơ xăng, quá trình cháy trong động cơ Diezen diễn ra trong hỗn
hợp không đồng nhất. Nhiên liệu cao áp được phun vào buồng cháy động cơ vào cuối
kỳ nén, ngay trước thời điểm bắt đầu q trình cháy theo dự kiến. Nhiên liệu lỏng
thốt ra khỏi vòi phun với tốc độ cao và ngay sau đó được xé tơi thành những hạt nhỏ
và xuyên sâu vào khối khí nóng trong buồng cháy động cơ. Nhờ kích thước hạt bé,
nhiên liệu bốc hơi nhanh chóng và hồ trộn với khơng khí nóng trong xi lanh. Vì áp
suất và nhiêt độ trong buồng cháy ở thời điểm đó cao hơn điều kiện tự cháy của nhiên
liệu nên sự bốc cháy của một bộ phận hỗn hợp nhiên liệu-khơng khí đã được hồ trộn
tốt diễn ra sau giai đoạn cháy trễ (khoảng vài độ góc quay trục khuỷu). Sự cháy diễn
ra làm áp suất trong xi-lanh gia tăng, do đó bộ phận mơi chất chưa bị nén mạnh, thời
gian chuẩn bị cháy bị rút ngắn làm giảm thời gian cháy tổng cộng của hỗn hợp. Quá
trình phun nhiên liệu tiếp tục cho đến khi toàn bộ lượng nhiên liệu cần thiết đã được
cung cấo hết vào xi lanh động cơ. Sự xé nhỏ tia nhiên liệu, nhiên liệu bốc hơi, hơi
nhiên liệu hồ trộn với khơng khí và bốc cháy tiếp tục diễn ra cho đến khi hầu như
tồn bộ nhiên liệu trải qua các q trình ấy. Mặt khác, sự hồ trộn của khơng khí cịn
sót lại trong xi lanh với hỗn hợp đang cháy và đã cháy tiếp tục suốt q trình cháy
giãn nở.
Sự mơ tả khái quát trên đây cho thấy quá trình cháy trong động cơ Diezen cực
kỳ phức tạp. Diễn biến chi tiết của q trình phụ thuộc vào tính chất của nhiên liệu,
dạng buồng cháy, hệ thống phun nhiên liệu và điều kiên vận hành của động cơ. Đó là
một q trình cháy ba chiều, không đồng nhất và không liên tục. Ngày nay một số
vấn đề thuộc quá trình cháy trong động cơ Diezen mới được hiểu biết một cách khái

quát, việc mơ tả định lượng nhiều q trình liên quan vẫn còn chưa được biết kỹ. Sau
đây là một số đặc điểm quan trọng của quá trình cháy trong động cơ Diezen.
1. Vì sự phun nhiên liệu vào buồng cháy bắt đầu ngay trước khi quá trình cháy
diễn ra, do đó khơng thể xảy ra sự kích nổ như trong động cơ xăng. Tỉ số
nén của động cơ Diezen vì vậy có thể chọn cao hơn làm tăng hiệu suất động
cơ.
2. Vì thời điểm cháy được khống chế bởi thời điểm phun, thời kỳ cháy trễ giữa
lúc bắt đầu phun và lúc bắt đầu cháy phải ngắn. Thời gian tồn tại áp suất
cực đại trong xi lanh cũng phải ngắn để động cơ có thể chịu đựng được tác
dụng cơ nhiệt. Vì vậy khả năng tự cháy của hỗn hợp nhiên liệu-khơng khí
phải nằm trong một khoảng nhiệt độ vừa phải. Điều này đòi hỏi nhiên liệu
dùng cho động cơ Diezen phải có chỉ số cetan lớn hơn một thời gian nhất
định.


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

2

3. Vì mô-men của động cơ được điều chỉnh theo lượng nhiên liệu phun vào
cho mỗi chu trình, trên đường nạp khơng có tiết lưu, cơng bơm nhỏ nên
hiệu suất cơ giới của động cơ Diezen cao hơn so với động cơ xăng.
4. Khi nhiên liệu chu trình tăng sẽ dẫn đến hình thành một lượng bồ hóng
khơng cháy hết trước khi thải. Chính lượng bồ hóng này gây hiện tượng
nhả khói đen và làm hạn chế khả năng nâng cao tỉ số nhiên liệu-khơng khí
nhất là ở chế độ tồn tải. Vì vậy áp suất có ích trung bình của động cơ
Diezen thấp hơn so với động cơ xăng tương đương.[Hence, the maximum
indicate mean effective pressure (in a naturally aspirated engine) is lower
than values for an equivalent spark-ignition engine].

5. Vì động cơ Diezen luôn làm việc với tỷ lệ nhiên liệu-không khí trung bình
bé (ở chế độ tải thấp hỗn hợp nghèo) nên giá trị thực của  (  -cp/cv) trong
kỳ giãn nở cao hơn ở động cơ xăng. Nhờ vậy hiệu suất biến đổi nhiên liệu
của động cơ Diezen cao hơn động cơ xăng ứng với một tỉ số giãn nở cho
trước.(This gives a higher fuel conversion effciency than the spark-ignition
engine, for a give expansion ratio).
Vấn đề chính khi thiết kế buồng cháy động cơ Diezen là làm sao bảo đảm được
tốc độ hoà trộn giữa nhiên liệu và khơng khí đủ lớn để q trình cháy có thể xảy ra
gần điểm chết trên. Những phân tích chi tiết trong các phần sau sẽ cho thấy trong
động cơ Diezen tốc độ cháy bị khống chế bởi tốc độ hòa trộn hỗn hợp. Động cơ
Diesel trong thực tế được chế tạo với kích thước xi lanh thay đổi trong phạm vi rất
rộng. Đường kính xi lanh thay đổi từ 70 đến 900mm. Tốc độ trung bình của píttơng ở
chế độ công suất cực đại xấp xỉ như nhau, do vậy tốc độ quay cực đại của động cơ sẽ
tỉ lệ nghịch với hành trình píttơng. Đối với một khoảng góc quay trục khuỷu cho
trước dành cho quá trình cháy (khoảng 40 –50o để giữ cho hiệu suất biến đổi nhiên
liệu lớn), thời gian dành cho quá trình cháy tỉ lệ với hành trình pít tơng. Kết quả là ở
động cơ Diezen cỡ nhỏ (đường kính xi lanh khoảng 70mm), thời gian dành cho sự
hồ trộn giữa nhiên liệu và khơng khí giảm đi khoảng 10 lần ở động cơ Diezen cỡ lớn
(đường kính xi lanh khoảg 900mm).
Tất cả những phân tích trên đây cho thấy kết quả buồng cháy và hệ thống phun
nhiên liệu phải thay đổi cho phù hợp với phạm vi kích cỡ của động cơ Diezen, đặc
biệt là sự vận động của dịng khơng khí và tia nhiên liệu phải đảm bảo tốc độ hoà trộn
tốt nhất. Khi kích thước động cơ giảm cần phải gia tăng tốc độ vận động của khơng
khí trong buồng cháy.
Từ những khái niệm ban đầu này chúg ta có thể giải thích được tại sao trong
thực tế tồn tại nhều kiểu loại buồng cháy và hệ thống phun khác nhau đối với các cỡ
động cơ Diezen trong thương mại.
2.2. Các dạng buồng cháy của động cơ Diezen- Types of Diesel combustion
systems.

Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

3

Buồng cháy độngc ơ diesel là nơi hịa khí được hình thành và bốc cháy, gây
ảnh hưởng lớn tới các chỉ tiêu: Công suất, hiệu suất, độ tin cậy của động cơ cũng như
ơ nhiễm mơi trường của khí xả.
Đơng cơ Diezen được chia làm hai dạng chính phụ thuộc vào kết cấu buồng
cháy:
- Động cơ phun trực tiếp, nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng cháy chỉ
gồm một không gian duy nhất.
- Đông cơ phun gián tiếp, buồng cháy được chia thành hai không gian thông
với nhau bằng một hay nhiều lỗ nhỏ. Nhiên liệu được phun vào buồng cháy
dự bị. Hỗn hợp gồm khí cháy và chưa cháy sau đó phun qua buồng cháy
chính. Động cơ phun gián tiếp thường là động cơ Diezen cỡ nhỏ.
2.2.1. Động cơ phun trực tiếp (PTT):Direct- injection Systems.
Ở động cơ cỡ lớn tốc độ thấp, tốc độ hồ trộn nhiên liệu-khơng khí khơng cần
cao, người ta dùng hệ thống phun trực tiếp không xốy lốc (hình 3.1a). trong trường
hợp này, động lượng và năng lượng của tia nhiên liệu đủ đảm bảo đạt được sự phân
bố nhiên liệu và tốc độ hoà trộn thích hợp. Việc tổ chức vận động thêm của dịng
khơng khí trở nên khơng cần thiết. Buồng cháy của các động cơ cỡ lớn thường có
dạng khoét lõm trên đỉnh pít-tơng và sử dụng vịi phun nhiều lỗ đặt ở trên trục buồng
cháy.

Hình 2.1. Sơ đồ buồng cháy thống nhất (động cơ PTT)
a. Buồng cháy khơng xốy lốc và vịi phun nhiều lỗ của động cơ cỡ lớn
b. Buồng cháy xốy lốc hình chén với vịi phun nhiều lỗ.
c. Buồng cháy xốy lốc hình chén với vịi phun một lỗ.

Khi kích thước động cơ giảm, để đảm bảo được tốc độ hồ trộn cần thiết giữa
nhiên liệu và khơng khí, chúg ta cần là tăng động cơ xoáy lốc của dịng khí trong
buồng cháy. Hình 2.1b và c giới thiệu hai dạng buồng cháy của động cơ PTT có xốy
lốc. Buồng cháy 2.1b sử dụng vòi phun nhiều lỗ đặt ở tâm. Mục tiêu của loại buồng


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

4

cháy kiểu này là giảm tối thiểu lượng nhiên liệu lỏng bám vào thành; Buồng cháy
hình 2.1c thường được gọi là buồng cháy kiểu M.A.N hay buồng cháy M. Khác với
trường hợp vừa nêu, trong trưòng hợp này người ta sử dụng vịi phun một lỗ và
hướng phun được bố trí sao cho hầu hết nhiên liệu phun ra đều được trải đều lên
thành buồng cháy. Hai dạng buồng cháy này thường dùng cho động cơ diezen cỡ
trung (đường kính xi lanh từ 10-15cm) và khi tăng cường thêm vận động xoáy lốc,
chúng nó thể dùng cho động cơ Diezen cỡ nhỏ (đường kính xi lanh từ 8-10cm).
2.2.2. Động cơ phun gián tiếp (PGT)- Indirect- Injection Systems
Sự tạo xoáy lốc do vận động của bản thân dịng khí nạp khơng đủ tạo ra tốc độ
hịa trộn cần thiết giữa khơng khí và nhiên liệu của động cơ Diezen cao tốc cỡ nhỏ,
chẳng hạn động cơ diezen của ô tô máy kéo. Do vậy cần pải sử dụng động cơ phun
gián tiếp hoặc dạng buồng cháy phân cách. Có hai dạng buồng cháy phân cách:
buồng cháy dự bị xoáy lốc và buồng cháy dự bị rối như mơ tả trên hình 2.2a và 2.2b.
Trong q trình nén, khơng khí được đẩy mạnh từ buồng cháy chính trên đỉnh
pít-tơng vào buồng cháy dự bị thơng qua các lỗ nhỏ. Do hướng dịng khí được bố trí
tiếp tuyến với buồng cháy dự bị nên cường độ xốy lốc ở đây tăng lên rất mạnh.

Hình 2.2. Buồng cháy của động cơ PGT cỡ nhỏ

a) Dự bị xoáy lốc
b) Dự bị rối

Nhiên liệu thường được phun vào buồng cháy dự bị với áp suất phun thấp hơn
trường hợp buồng cháy PTT. Quá trình cháy bắt đầu trong buồng cháy dự bị. Do sự
gia tăng áp suất trong buồng cháy này, môi chất bị đẩy mạnh vào buồng cháy chính
và ở đó nó được tiếp tục hồ trộn với khơng khí cịn lại. Để giúp động cơ khởi động
được dễ dàng ở trạng thái lạnh, người ta thường bố trí thêm các nến điện sấy trong
buồng cháy dự bị.
2.2.3. Phạm vi sử dụng các dạng buồng cháy- Comparison of Different
Combustion Systems.
Trong quá trình phát triển động cơ Diezen, người ta đã thử nghiệm nhiều dạng
buồng cháy khác nhau. Tuy nhiên hiện nay người ta chỉ giữ lại một số kiểu buồng


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

5

cháy tốt nhất dựa trên kết quả thực nghiệm cũng như những hiểu biết về các hiện
tượng hố lý về q trình cháy.
Những động cơ Diezen tốc độ rất thấp, ví dụ động cơ phát điện cỡ lớn hay
động cơ tàu thuỷ thường dùng buồng cháy thống nhất khơng xốy lốc. Sự phân bố
nhiên liệu và tốc độ hồ trộn nhiên liệu-khơng khí được thực hiện chủ yếu do chuyển
động của tia nhiên liệu. Những động cơ này thường là động cơ hai kỳ.
Động cơ Diezen phun trực tiếp, tốc độ lớn và kích thước nhỏ người ta thường
dùng buồng cháy xốy lốc để nâng cao tốc độ hoà trộn giữa nhiên liệu-khơng khí. Sự
xốy lốc này được tạo ra chủ yếu nhờ hình dạng và bố trí đường nạp thích hợp. Mặt
khác, sự xoáy lốc được tăng cường thêm vào cuối kỳ nén do khơng khí bị dồn mạnh

vào buồng cháy.
2.2.3.1Buồng cháy xốy lốc.
Tồn bộ buồng cháy được ngăn thành hai phần: buồng xốy lốc và buồng cháy
chính, hai phần nối với nhau bằng một đường thơng lớn. Buồng cháy xốy lốc
Ricardo dùng trên động cơ ơtơ, có dạng hình chng, nối với đường cháy chính nhờ
đường thơng tiếp tuyến. Trong q trình nén mơi chất từ buồng cháy chính bị đẩy vào
buồng xoáy lốc và tạo ra ở đây một dịng xốy nén, mạnh. Nhiên liệu được phun vào
cùng hướng với dịng xốy lốc. Các hạt nhiên liệu nhỏ, nhẹ ở vỏ tia bị cuốn theo dịng
xốy lốc, được sấy nóng, bay hơi cùng khơng khí nóng tạo ra hịa khí và bốc cháy ở
khu vực miệng đường thơng. Màng lửa chuyển động theo quỹ đạo lò xo xoắn cụp vào
khu trung tâm buồng cháy. Hịa khí chưa cháy nồng độ lớn bị đẩy ra xung quanh và
được phun vào buồng cháy chính, do tác dụng chênh áp được tạo ra và sau khi một
phần nhiên liệu đã cháy trong buồng xốy lốc. Dịng chảy phun ra buồng cháy chính,
tạo nên dịng xốy thứ hai ở đây, thúc đẩy sự hịa trộn giữa nhiên liệu và khơng khí để
hình thành hịa khí và bốc cháy trong buồng cháy chính. Chênh áp giữa buồng xốy
lốc và buồng cháy chính, sau khi cháy lên tới 0,1-0,2MPa. Tốc độ cực đại của dịng
khí qua đường thơng lên tới 100-150 m/s.
2.2.3.2Những đặc điểm chính của buồng cháy xốy lốc
Hình dạng buồng cháy xốy lốc rất khác nhau, nên cường độ xoáy lốc tại thời
điểm cuối kỳ nén cũng không giống nhau. Ba dạng buồng cháy hình cầu, hình đáy
phẳng và hình chng tạo nên tốc độ cuối kỳ nén tại mặt cắt A rất khác nhau. Buồng
cháy dạng cầu có tốc độ tăng nhanh từ tâm buồng cháy đến r = 11mm, sau đó tốc độ
giảm nhanh đến vị trí r = 15,5mm; buồng cháy dạng chng tốc độ dịng khí tăng
theo bán kính r chậm nhất; sau r = 11mm tốc độ cũng giảm chậm nhất. Nếu tốc độ
dịng xốy lớn q sẽ gây tổn thất lưu động lớn đặc biệt khi chạy ở tốc độ cao
Vk

Nếu giảm bớt tỉ lệ V (Vk – Dung tích buồng cháy xốy lốc ; Vc – Dung tích
c
buồng cháy động cơ) thì hình dạng buồng cháy chính trở thành yếu tố ngày một quan

trọng lúc ấy cần tạo ra dịng xốy thứ hai trong buồng cháy chính .
Ở động cơ diezen cao tốc cỡ nhỏ, người ta thường dùng dạng buồng cháy phân
cách để tạo ra sự chuyển động khơng khí đủ mạnh, đảm bảo tốc độ hồ trộn nhiên
liệu-khơng khí.


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

6

2.3. Quá trình cháy động cơ Diezen- Combustion Compression-Ignition
engine.
Việc phân tích diễn biến áp suất trong xi lanh cùng với ảnh chụp màng lửa
trong buồng cháy là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất ngày nay để mơ tả q trình
cháy của động cơ Diezen. Khái niệm về tốc độ toả nhiệt đóng vai trị rất quan trọng
trong nghiên cứu q trình cháy. Đó là tốc độ toả hóa năng của nhiên liệu trong q
trình cháy. Tốc độ toả nhiệt có thể tính từ đồ thị áp suất. Mơ hình q trình cháy trong
động cơ Diezen được chia làm bốn giai đoạn và trong mỗi giai đoạn diễn biến của
quá trình được khống chế bằng các hiện tượng lý hoá khác nhau của mơi chất. Mặc
dù hình dạng buồng cháy cũng như điều kiện vận hành có ảnh hưởng ít nhiều đến các
giai đoạn nói trên, nhưng nói chung, việc phân chia quá trình cháy ra làm 4 giai đoạn
này phù hợp đối với tất cả các động cơ Diezen.
2.3.1. Quá trình cháy trong động cơ PTT với vòi phun nhiều tiaCombustion in Direct- Ignition, Multispray Systems.
Hình 2.3 giới thiệu biến thiên của áp suất trong xi lanh, của độ nâng kim phun
và của áp suất trong đường ống nhiên liệu theo góc quay trục khuỷu trong kỳ nén và
giãn nở của động cơ Diezen PTT. Vòi phun 4 lỗ đặt trên đường tâm xi lanh và phun
nhiên liệu vào buồng cháy dạng đỉa đặt trên đỉnh pít-tơng.
Tốc độ của nhiên liệu thốt ra khỏi vịi
phun có thể tính tốn từ áp suất trong

đường ống cao áp, áp suất trong xi lanh
động cơ, hình dạng lỗ phun và hành trình
nâng kim phun. Thời gian cháy trễ từ lúc
bắt đầu phun tới lúc bắt đầu cháy là 9 o.
Áp suất trong xi lanh tăng nhanh chóng
trong vài độ góc quay trục khuỷu, sau đó
tằn chậm gần tởi đỉnh của đường cong
khoảng 5o sau điểm chết trên. Quá trình
phun được tiếp tục sau khi quá trình cháy
đã bắt đầu. Tốc độ toả nhiệt nhận được
trong cùng một thí nghiệm thơng qua việc
phân tích tốc độ phun nhiên liệu và diễn
biến áp suất được trình bày trên hình 2.4.
Tốc độ toả nhiệt ở đây là tốc độ toả nhiệt
thực.

Hình 2.3 Diễn biến của áp suất trong buồng
cháy p, độ nâng kim phun lN và áp suất nhiên
liệu trong đường ống cao áp pl theo góc quay
trục khuỷu trong động cơ Diesel PTT cỡ nhỏ.

Nó là tổng của độ gia tăng nội năng của khí trong xi lanh và cơng truyền cho
pít-tơng, nó khác với nhiệt lượng toả ra bởi quá trình cháy một lượng bằng tổn thất
nhiệt truyền qua thành. Ở độngcơ Diezen cỡ nhỏ, tổn thất này, chiếm khoảng 10-25%
nhiệt lượng toả ra và ở động cơ cỡ lớn tổn thất này thấp hơn. Theo định nghĩa đó, tốc
độ toả nhiệt thực có thể dùng chỉ tốc độ toả nhiệt của quá trình cháy khi tổn thất nhiệt


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

7

bé. Dạng đường cong toả nhiệt này rất phổ biến đối với động cơ PTT ở mọi chế độ tải
trọng và chế độ tốc độ. Đường cong này cho thấy nhiệt lượng toả ra không đáng kể từ
lúc phun đến cuối khoảng kỳ nén ( Chủ yếu là tổn thất nhiệt nhẹ do truyền hiệt qua
thành buồng cháy và sấy nóng, bốc hơi nhiên liệu). Trong q trình cháy, sự oxy hóa
nhiên liệu được chia thành 3 giai đoạn khác nhau. Ở giai đoạn đầu, tốc độ cháy
thường rất cao và kéo dài khoản vài độ góc quay trục khuỷu.
Giai đoạn này tương ứng với việc
gia tăng nhanh chóng áp suất trong xi
lanh. Giai đoạn 2 tương ứng với việc
giảm đều đặng tốc độ toả nhiệt (đường
cong toả nhiệt có thể đạt được một đỉnh
thứ hai thấp hơn đỉnh thứ nhất như hình
2.4).
Đây là giai đoạn toả nhiệt chính và
kéo dài khoản 400. Bình thường khoản
80% năng lượng chứa trong nhên liệu
được giải phóng ra thành hai giai đoạn
đầu tiên này. Giai đoạn 3 tương ứng phần
đuôi của đồ thị toả nhiệt, kéo dài trong
phần lớn kỳ giãn nở. Lượng nhiệt toả ra
trong giai đoạn này khoảng 20% nhiên
liệu mang vào.

Hình 2.4. Biến thiên áp suất trong xi lanh p, tốc
độ phun nhiên liệu mf, tốc độ toả nhiệt thực Q n
tính toán từ p đối với động cơ Diezen phun trực
tiếp, 1000 v/phút, thời điểm phun bình thường,

áp suất có ích trung bình 620 kPa.
Cylinder pressure p, rate of fuel injection mf,and
net heat-release rate Qn calculated from p for
small DI diesel engine, 1000 rev/min, normal
injection timing, bmep= 620 kPa.

Từ các nghiên cứu đồ thị tốc độ phun và tốc độ toả nhiệt (2.4) ở các chế độ toả
trọng, tốc độ và thời điểm đánh lửa khác nhau, người ta đã rút ra được những nhận
xét sau đây :
- Thời gian tổng cộng của quá trình cháy dài hơn nhiều so với thời gian phun.
- Tốc độ cháy tuyệt đối tăng tỉ lệ với sự gia tăng tốc độ động cơ, vì vậy giai
đoạn cháy tính theo góc quay trục khuỷu hầu như không đổi.
- Độ lớn của đỉnh đầu tiên trong đồ thị tốc độ cháy phụ thuộc vào thời kỳ
cháy trễ. Độ cao của đỉnh càng lớn khi thời gian cháy trễ càng dài.
Những nhận xét này kết hợp với các hình ảnh chụp được trong buồng
cháy động cơ cho phép chúng ta đưa mơ hình q trình cháy trong động cơ Diezen.
Hình 2.5 trình bày sơ đồ diễn biến tỉ lệ nhiên liệu phun vào xi lanh và tỉ lệ
nhiên liệu cháy. Nhiên liệu phun vào buồng cháy được phân chia thành nhiều phân tử
nhỏ. Phần nhiên liệu đầu tiên phun vào hịa trộn với khơng khí và trở nên “ sẵn sàng
bốc cháy” (nghĩa là hỗn hợp nằm trong giới hạn bốc cháy) nó được biểu diễn bằng
tam giác nằm gần trục hoành nhất trên đồ thị tỉ lệ bốc cháy. Những phần tử nhiên liệu
khác cũng được hồ trộn với khơng khí theo kiểu này và người ta nhận được giản đồ
“sẵn sàng bốc cháy” toàn bộ, khép kín bởi đường nét đức. Diện tích tồn bộ của giản
đồ này bằng diện tích tồn bộ của giản đồ tỉ lệ phun. Tuy nhiên sự bốc cháy chỉ diễn


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

8

ra sau thời kỳ cháy trễ. Ở điểm bắt đầu cháy, một lượng nhiên liệu đã được phun vào
hồ trộn với khơng khí để đạt được một hỗn hợp nằm trong giới hạn cháy. Hỗn hợp
được hoà trộn trước này (giống như hỗn hợp đồng nhất trong động cơ xăng), sau thời
kỳ cháy trễ bốc cháy nhanh chóng tạo ra tốc độ cháy ban đầu cao như biểu diễn trên
hình vẽ.
Dạng đường cong toả nhiệt kiểu này thường gặp ở động cơ PTT khơng tăng áp.
Những hình ảnh chụp được trong buồng cháy cho thấy tới lúc đường cong toả nhiệt
đạt được đỉnh cao, vùng màng lửa sóng xanh trơng thấy rõ và quá trình cháy được
khống chế bởi bộ phận nhiêu liệu “hoà trộn trước”. Sau điểm cực đại này lượng hỗn
hợp hồ trộn trước giảm cịn lượng hỗn hợp chưa cháy mới hồ trộn gia tăng, sự cháy
vì vậy diễn ra dưới dạng ngọn lửa khuyếch tán chảy rối với ánh sáng vàng nhạt hay
màu cam do sự hiện diện các-bon.

Hình 2.5. Sơ đồ tương quan giữa tỉ lệ nhiên liệu phun vào và tỉ lệ nhiên liệu cháy (hay tỉ lệ toả
nhiệt).
Schematic of relationship between rate of fuel injection and rate of fuel burning or energy release.

Tóm lại, tồn bộ q trình cháy trong động cơ Diezen PTT có thể chia làm 4
giai đoạn như hình 2.6:
- Thời kỳ cháy trễ (ab) : là giai đoạn từ lúc bắt đầu phun đến khi bắt đầu cháy
(xác định nhờ sự thay đổi độ cong của đồ thị p(  ), hoặc nhờ cảm biến quan
học).
- Thời kỳ cháy nhanh hay thời cháy của hỗn hợp đồng nhất (bc): trong thời
kỳ này, lượng nhiên liệu đã hồ trộn với khơng khí trong thời kỳ cháy trễ
bốc cháy nhanh chóng trong vài độ góc quay trục khuỷu làm cho tỉ lệ toả
nhiệt rất cao.
- Thời kỳ cháy khống chế bởi tốc độ hồ trộn (cd): khi hỗn hợp nhiên liệukhơng khí hồ trộn trước đã được cháy hết thì tốc độ cháy (hay tốc độ toả
nhiệt) được khống chế bởi tốc độ hồ trộn giữa nhiên liệu và khơng khí đã
được thành phần hỗn hợp trong giới hạn bốc cháy. Đường cong tỉ lệ toả

Q trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

9

nhiệt có thể xuất hiện một đỉnh thứ hai (thường thấp hơn đỉnh thứ nhất)
trong giai đoạn này.
- thời kỳ cháy rớt (de): Sự toả nhiệt vơi tốc độ thấp trong kỳ giãn nở. Sở dĩ
vậy alf do năng lượng chứa trong bộ phận nhiên liệu chưa cháy hết, trong
muội than hay trong sản phẩm cháy của hỗn hợp giàu tiếp tục toả ra.
2.3.2. Quá trình cháy trong dạng buồng cháy khác -Application of Model to
Other Combustion Systems.
Trong buồng cháy dạng M.A.n phun trực tiếp và trong buồng cháy phân cách
phun gián tiếp dạng của đường cong toả nhiệt khác so với trường hợp buồng cháy
thống nhất khơng xốy lốc hay xốy lốc nhẹ. Với buồng cháy kiểu M.A.N, đỉnh thứ
nhất của đường cong toả nhiệt khó nhận thấy hơn (mặc dù lượng nhiên liệu phun vào
buồng cháy trong kỳ cháy trễ nhiều hơn – in spite of the fact that a large fraction of
the fuel is injected during the delay period), tuy nhien tổng thời gian cháy hầu như
giống nhau. Tốc độ chay ban đầu thấp có thể được giải thích do vịi phun sử dụng có
ít lỗ phun hơn (một hay hai lỗ thay vì bốn lỗ hay nhiều hơn) và hướng phun của tia
nhiên liệu tiếp tuyến với thành buồng cháy làm giảm đáng kể bề mặt hoà trộn tự do.
Tuy nhiên sau khi bén lửa, tốc độ cháy gia tăng làm tăng tốc độ hồ trộn nhiên liệukhơng khí. Điều này là do lực li tâm gây ra bởi dịng xốy. Ban đầu, nhiên liệu tập
trung ở gần thành buồng cháy và sự hoà trộn bị cản trở bởi ảnh hưởng lực ly tâm.
Thật vậy, hơi nhiên liệu có khối lượng riêng lớn hơn khơng khí nên có khuynh hướng
lưu lại gần thành một khi xuất hiện sự bốc cháy. Hỗn hợp cháy giãn nở do nhiệt độ
tăng làm giảm khối lượng riêng, do đó hơi nhiên liệu dịch chuyển nhanh chóng về
phía tâm buồng cháy. Chính sự dịch chuyển hướng kính này xác định tốc độ hồ trộn
của q trình. Nhiệt lượng do khơng khí nén truyền do lớp nhiên liệu mỏng bám trên

thành buồng cháy không gây ra sự gia tăng đáng kể tốc độ cháy. Chỉ khi nào quá trình
cháy bắt đầu thì nhiệt độ khí và tốc độ truyền nhiệt mới đủ lớn để gây ra sự bốc hơi
nhiên liệu ra khỏi thành buồng cháy với tốc độ đáng kể.
Ở động cơ phun gián tiếp có buồng cháy phân cách, khơng khí trong buồng
cháy chính khơng được hịa trộn ngay với nhiên liệu, vì vậy việc xác định tốc độ cháy
rất khác biệt so với loại buồng cháy thống nhất. Trên đường cong tỉ lệ toả nhiệt không
tồn tại đỉnh ban đầu như trường hợp có động cơ thống nhất. Do kích thước buồng
cháy nhỏ, kết hợp với tốc độ xoáy lốc cao của dịng khí trong buồng cháy trước khi
phun nhiên liệu nên một bộ phận không đáng kể của tia nhiên liệu tiếp xúc với buồng
cháy. Điều này cần với việc giảm thời kỳ cháy trễ do tỉ số nén cao ở động cơ PGT có
thể dùng để giải thích vì sao tốc độ cháy ban đầu ở loại động cơ này thấp.
Trên cơ sở những nhận xét sau đây, người ta đề ra ba dạng cơ bản về q trình
phun-hịa trộn-cháy trong động cơ Diezen như sau:


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

10

A. Tia nhiên liệu xuyên qua buồng cháy với động năng đủ lớn, sự hịa trộn
nhiên liệu-khơng khí được tiến hành ngay khi nhiên liệu được phun vào
buồng cháy và ít bị ảnh hưởng bởi quá trình cháy.
B. Nhiên liệu được tráng lên thành buồng cháy. Trong thời kỳ trễ, sự hoà trộn
hầu như không đáng kể do sự bay hơi bị hạn chế. Sau khi bốc cháy, sự hơi
bay tăng nhanh và tốc độ bay hơi được khống chế bởi sự dịch chuyển của
khơng khí nóng lại gần thành buồng cháy; lực làm tăng tốc độ hịa trộn
hướng kính. Vì vậy sự bốc cháy của hỗn hợp bị lùi lại.
C. Nhiên liệu được phân bố gần thành buồng cháy: sự hòa trộn được tiến hành
ngay trong thời kỳ cháy trễ, nhưng với tốc độ thấp hơn cơ chế A. Sau khi

bốc cháy, sự hòa trộn được được gia tốc theo cơ chế B.

Hình 2.7 : Sơ đồ các đường cong phun nhiên liệu và toả nhiệt của các loại động cơ Diezen khơng
tăng áp: (a) động cơ PTT, vịi phun nhiều lỗ đặt trên đường tâm buồng cháy; (b) động cơ PTT
buồng cháy M.A.N nhiên liệu phun lên thành buồng cháy; (c) động cơ PGT buồng cháy xốy lốc.

Hình 2.7 giới thiệu dạng đường cong tỏa nhiệt của động cơ PTT với vòi phun
nhiều lỗ đặt trên đường tâm buồng cháy của động cơ của buồng cháy M.A.N và của
động cơ PGT buồng cháy xoáy lốc. Đối với động cơ PTT vịi phun nhiều lỗ, q trình
phun-hịa trộn-cháy được khống chế bởi cơ chế A (hình 2.7a). Đối với động cơ PTT
với tia phun tiếp tuyến với buồng cháy, cơ chế B và C chiếm ưu thế hơn (hình 2.7b),
sự hịa trộn chậm làm giới hạn tốc độ cháy ban đầu. Đối với động cơ PGT buồng
cháy xoáy lốc, thời kỳ cháy trễ rút ngắn cùng với q trình hịa trộn theo cơ chế C
ngay trong thời kỳ này làm tăng tốc độ cháy (hình 2.7c)
3.4. Phân tích áp suất trong buồng cháy- Analysis of cylinder pressure
data.
Cylinder pressure versus crank angle data over the compression and
expansion strokes of the engine operatiing cycle can be used to obtain quantitative
information on the progress of combustion.
Phân tích áp suất xi lanh theo góc quay trục khuỷu có thể cung cấp cho chúng
ta những thơng tin cần thiết về diễn biến của quá trình cháy. Phương pháp phân tích
áp suất áp dụng cho động cơ Diezen cũng tương tự phương pháp đã áp dụng trong
động cơ xăng, nghĩa là cũng bắt đầu từ định luật nhiệt động học thứ nhất áp đụng cho


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

11

hệ thống hở giả sử đồng nhất về áp suất và nhiệt độ. Định luật nhiệt động học thứ
nhất trong trường hợp này (hình 2.7) được viết như sau:
.
dQ
dV
dU
 p
  m i hi 
dt
dt
dt
i

(2.1)

Ở đây dQ/dt là tốc độ truyền nhiệt là hệ thống qua lớp biên, p(dV/dt) là tốc độ
truyền công tạo ra sự dịch chuyển biên giới của hệ thống, m i là tốc độ truyền nhất qua
lớp biên ở vị trí i (dịng chảy ra khỏi hệ thống mang dấu -), h i là entanpi của thông
lượng i vào hay ra hệ thống và U là nội năng của môi chất chứa bên trong hệ thống.
việc áp dụng phương trình này vao động cơ Diezen gặp khó khăn do những nguyên
nhân chính sau đây:
- Nhiên liệu lỏng được phun vào trong xi lanh, sau đó bốc hơi và hịa trộn
vào khơng khí tạo nên hỗn hợp có thành phần không đồng nhất và thay đổi
theo thời gian.
- Thành phần của sản phẩm cháy khuếch tán (cũng không đồng nhất) thay đổi
ngẫu nhiên.
- Các quan hệ đã thiết lập tính tốn truyền nhiệt trong động cơ Diezen chưa
được xác định một cách chính xác.
- Các vùng “hốc” (hay khe, chẳng hạn các khe hở giữa pít-tơng, séc măng và
xi lanh) có thể tích khoản vài phần trăm thể tích buồng cháy. Khí chứa trong

hốc này có nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ thành xi lanh, chứa một lượng môi chất
khá đáng kể ở điều kiện khác biệt so với các phần còn lại trong buồng cháy
làm tăng ảnh hưởng của chúng đối với các q trình.
Do những khó khăn nêu trên, mọi phương pháp phân tích áp suất trong buồng
cháy của động cơ Diezen dù phức tạp hay đơn giản đều cho kết quả gần đúng.
2.4.1. Hiệu suất cháy- Combustion Efficiency.
Việc tính tốn dự báo tốc độ toả nhiệt cũng như tốc độ tiêu thụ nhiên liệu đều
cần đến một yếu tố quan trọng, đó là sự hồn thiện của q trình cháy. Việc sử dụng
khơng khí ở động cơ Diezen bị giới hạn bởi sự phát sinh khói đen trên đường thải.
Khói đen gồm chủ yếu là các hạt cácbon. Sự suất hiện khói đen và các sản phẩm cháy
khơng hồn tồn làm giảm hiệu suất động cơ. Thông thường động cơ Diezen phải
được thiết kế sao cho ở chế độ đầy tải, lượng nhiên liệu khói đen khơng được vượt
q 0,5%, lượng nhiên liệu chưa cháy có mặt trong khí thải khơng được q 1% và
thành phần nhiên liệu sinh CO chiếm nhỏ hơn 0,5% lượng nhiên liệu cung cấp. Vì
vậy tổn thất quá trình cháy thường nhỏ hơn 2% và hiệu suất cháy thường lớn hơn
98%. Mặc dù sự cháy khơng hồn tồn là một yếu tố rất quan trọng khi đánh giá ơ
nhiễm khơng khí, nhưng trên quan điểm chuyển đổi năng lượng, người ta có thể xem
gần đúng q trình cháy diễn ra hồn toàn.
2.4.2. Động cơ phun trực tiếp-Direct-Ignition Engines


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

12

Đối dạng động cơ này, mơi chất trong xi lanh có thể xem như chưa trong một
hệ thống duy nhất. Trao đổi khối lượng qua biên giới hệ thống khi xú-páp nạp và thải
đều đóng chỉ là nhiên liệu dịng chảy vào các “hốc”. Nếu gộp chung thể tích các hốc
vào thể tích buồng cháy thì ảnh hưỡng của chúng có thể bỏ qua. Khi đó phương trình

(2.1) trở thành:
dQ
dV .
dU
 P
 m f hf 
dt
dt
dt

(2.2)

Tow common methods are used to obtain combustion information from
pressure data using Eq.(2.2). In both approaches, the cylinder contents are assumed
to be at a uniform temperature at each instant in time during the combustion process.
One method yeilds fuel energy or heat-release rate; the other method yeilds a fuel
mass burning rate.
Người ta thường dùng hai phương pháp để phân tích áp suất khác nhau dựa
trên phương trình (2.2) để nhận biết các thơng tin của q trình cháy. Cả hai phương
pháp này đều giả định rằng môi trường chất trong xi lanh có nhiệt độ đồng đều ở
mọi thời điểm trong quá trình cháy. Phương pháp thứ nhất có thể sử dụng tốc độ toả
nhiệt, cịn phương pháp thứ hai dùng tốc độ tiêu thụ nhiên liệu. Cả hai phương pháp
đều chỉ mang tính biểu kiến vì giá trị thật của chúng không thể nào xác định một cách
chính xác.
a) Phương pháp phân tích tốc độ toả nhiệt-Heat-Release analysis.
Nếu các đại lượng U và hf trong phương trình (2.2) là nội năng tương đối của
môi chất trong xi lanh và entanpi tương đối của nhiên liệu phun vào buồng cháy thì
dQ/dt là sự khác biệt giữa hóa năng hay nhiệt lượng toả ra bởi quá trình cháy của
nhiên liệu (mang dấu dương) và nhiệt lượng truyền ra khỏi hệ thống (mang dấu âm).
Vì hsf 0, phương trình (2.2) trở thành:

dQn dQch dQht
dv dU s


P 
dt
dt
dt
dt
dt

(2.3)

Tốc độ toả nhiệt tinh biểu kiến dQch/dt là hiệu số giữ tốc độ toả nhiệt thô biểu
kiến dQch/dt và tốc độ truyền nhiệt cho thành xi lanh dQht/dt, chính bằng tốc độ truyền
cơng cho pít-tơng cộng với tốc độ thay đổi nội năng tương đối của môi chất trong xi
lanh.
Nếu chúng ta giả định rằng mơi chất trong xi xanh là khí lý tưởng thì phương
trình (2.3) có thể viết:
dQn
dV
dT
P
 mcv
dt
dt
T

(2.4)

Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

13

Từ phương trình khí lý tưởng, pV=mRT, trong đó R được xem là hằng số,
chúng ta có thể viết:
dp dV dT


P
V
T

(2.5)

Phương trình (2.5) có thể dùng để khử T trong phương trình (2.4), ta có:
dQn  c v  dV c v c v dp
1   P
  V
dt
R  dt dt R dt


hay
dQn
dt




dV
1
dp
p

V
  1 dt   1 dt

(2.6)

Trong đó  =cp/cv. Khi phân tích toả nhiệt trong động cơ diezen có thể dùng 
=1,3 = 1,35. Phân tích một cách chi tiết hơn, người ta dùng giá trị  của khơng khí ở
cuối q trình nén trước khi cháy (  =1,35) và dùng giá trị trung bình của sản phẩm
cháy (  =1,26-1,3) trong giai đoạn cháy và giãn nở. Những giá trị chính xác của 
trong quá trình cháy tới nay vẫn chưa được xác định.
Hình 2.8 minh hoạ về giá trị tương đối
của tốc độ toả nhiệt tinh, toả nhiệt thô,
truỳên nhiệt, ảnh hưởng của hốc, nhiệt
sấy nóng và bốc hơi nhiên liệu của đơng
cơ Diezen chạy ở chế độ 50% tải cực đại
và 50% tốc độ cực đại. Lượng toả nhiệt
tinh bằng hiệu số giữa lượng toả nhiệt thô
với tổng các lượng nhiệt truyền cho
thành, lượng nhiệt do ảnh hưởng của hốc,
của sự sấy nóng và bốc hơi nhiên liệu.
Entanpi bốc hơi nhiên liệu Diezen nhỏ Hình 2.8. Sơ đồ cân bằng nhiệt trong giai đoạn
hơn 1% nhiệt trị; sự thay đổi nhiệt lượng cháy của động cơ Diesel phun trực tiếp tăng
ápở tải và tốc độ trung bình.

do sấy nóng nhiên liệu từ nhiện độ phun Showing relative magnitude of heat transfer,
đến nhiệt độ khơng khí nén trong buồng crevice, and fuel vaporization and heatup
cháy chiếm khoảng 3% nhiệt trị.
effects.
Truyền nhiệt tổng cộng trong giai đoạn cháy chiếm khảng từ 10 đến 25% lượng nhiệt
do nhiên liệu toả ra.
b/ Phương pháp phân tích lượng nhiên liệu tiêu thụ-Fuel mass burning rate
analysis.
Nếu nội năng của hỗn hợp nhiên liệu, khơng khí và sản vật cháy trong phương
trình (2.1) được xác định tương đối so với một số liệu thích hợp thì phương trình này
có thể được dùng để xác định tốc độ khối lượng nhiên liệu tiêu thụ biểu kiến từ đồ thị
áp suất khí trong xi lanh. Người ta đã chứng minh rằng phương trình (2.2) có thể viết:


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

d
dV dQ
dm
( mu )  p

 hf
dt
dt
dt
dt

14

(2.7)

Here Q is the heat transfer to the gas within the combustion chamber (that is,
Q=- Qht), m is the mass within the combustion chamber, and dm/dt has been

substituted for m f .
Ở đây Q là nhiệt truyền cho khí trong buồng cháy (nghĩa là Q=- Qht), m là khối

lượng môi chất trong buồng cháy, và dm/dt thay thế cho m f .
Vì các thơng số đặc trưng của khí trong xi lanh trong q trình cháy (giả sử
đồng nhất, ở trạng thái cân bằng hoá học ở áp suất p và nhiệt độ trung bình Tassumed to be uniform and in chemical equilibrium at the pressure p and average
temperature) nói chung là hàm số của P, T và độ đậm đặc ,
u =u (T,p )
và
R=R (T,p, ),
vì vậy:
du u dT u dp u d



dt T dt p dt  dt

(2.8a)

dR R dT R dp R d
 .

. 
.
dt T dt p dt  dt

(2.8b)

 m
 1  ( F / A) 0
 =0 +   1
 m0
 ( F / A) s

(2.9)

d 1  ( F / A) 0 dm

.
dt ( F / A) s mo dt

(2.10)

Mặc khác:

và

(F/A) là tỉ số nhiên liệu/khơng khí: chỉ số 0 chỉ giá trị ban ban đầu trước khi
phun nhiên liệu còn chỉ số s chỉ giá trị hỗn hợp cháy hồn tồn lý thuyết. Những
phương trình này cho phép chúng ta rút ra quan hệ sau đây:
RT dV u dp 1 dQ


 CB
1 dm

V dt p dt m dt

m dt u  h f  D(u / )  C[1  ( D / R)(R / )]


Trong đó:
1 dp 1 R dp 1 dV


p dt R p dt V dt
T (u / T )
C
1  (T / R )(R / dT )
B

(2.11)


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

D

15

[1  ( F / A) 0 ]m
( F / A) s mo

Phương trình 2.10 có thể giải theo phương pháp số để nhận được giá trị của m(t) theo
các giá trị cho trước của o, p(t) và các mơ hình gần đúng của các thông số nhiệt động

của môi chất công tác cũng như của đại lượng truyền nhiệt dQ/dt.
Hình 2.8b. Giới thiệu đồ thị áp suất của
động cơ Diezen PTT và tốc độ tiêu thụ
nhiên liệu dm/d tính tốn từ áp suất theo
phương pháp vừa nêu. Để thuận tiện
trong phan tích kết quả. Chúng ta nên
nhân tốc độ tiêu thụ nhiên liệu biểu kiến
với nhiệt trị của nhiên liệu để được tốc độ
tỏa nhiệt. Tốc độ cháy thực tế của nhiên
liệu khơng xác định được vì khơng phải
tất cả lượng nhiên liệu phun vào đều có
đủ khơng khí để cháy hoàn toàn. Koảng
60% nhiên liệu cháy trong 1/3 giai đoạn Hình23.8b. Áp suất trong xi lanh và tốc độ tiêu
đầu của q trình. Tích phân tốc độ cháy thụ nhiên liệu tính từ áp suất theo góc quay
trục khuỷu (dùng phường trình 3.7), động cơ
của nhiên liệu trên tồn thời gian dàng Diezen PTT, đầy tải, tôc độ 3000v/phút.
cho quá trình cháy phải bằng khối lượng Cylinder pressure p and fuel mass burning rate
nhiên liệu bị oxy hóa, lượng nhiên liệu calculated from p, as a function of crank angle,
này nhỏ hơn lượng nhiên liệu phun vào using the Krieger and Borman method for DI
diesel engine at 3200 rev/min and full load.
động cơ khoản 3%..
Cũng nên chú ý rằng hóa năng của nhiên liệu tiếp tục tỏa ra trong kỳ giãn nở.
Độ chính xác của dạng tính tốn này thấp và các sai số trong việc ước đoán truyền
nhiệt ảnh hưởng đáng kể tốc độ cháy biểu kiến của nhiên liệu.
Thực nghiệm cho thấy rằng ảnh hưỡng của việc phân giải sản vật cháy là
không đáng kể. Điều này cho phép đơn giản hóa phương trình (2.11). Khi khơng có
phân giải, u=u(T,) và R= R/M có thể xem như khơng đổi vì khối lượng phân tử M
thay đỏi rất ít, ki đó ta có:
dm 1  (c v / R ) p (dV / dt )  (c v / R)V (dV / dt )  (dQ / dt )


dt
hf (c v / R )( pV / m)  u  D(u / )

(2.12)

2.4.3. Động cơ phun gián tiếp- Indirect-Injection Engines.
In IDI diesel engines, the pressures in each of the tow chambers, main and
auxiliary, are not the same during the combustion process. Since combustion starts in
the auxiliary or prechamber, the fuel energy release in the prechamber causes the
pressure there to rise above the main chamber pressure.
Ở động cơ PGT, áp suất trong buồng cháy chính và buồng cháy dự bị khác
nhau. Vì vây quá trình cháy bắt đầu ở buồng cháy dự bị, nhiệt lượng nhiên liệu toả
ra làm áp suất trong buồng cháy này tăng lên cao hơn áp suất trong buồng cháy


Q trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

16

chính. Phụ thuộc vào kết cấu của buồng cháy và điều kiện vận hành, áp suất trong
buồng cháy dự bị có thể cao hơn áp suất trong buồng cháy chính từ 0,5 đến 5atm. Sự
chênh lệch áp suất này khiến cho không khí, nhiên liệu, khí đang cháy và sản phẩm
cháy bị đẩy từ buồng cháy dự bị vào buồng cháy chính và tiếp tục bốc cháy.
Khi phân tích q trình cháy của
động cơ Diezen PTT ở mục trước chúng
ta đã giả định là áp suất đồng đều trong
buồng cháy. Ở động cơ Diezen PGT,
chúng ta cần quan tâm đến sự khác biệt
về áp suất ở buồng cháy chính và buồng

cháy dự bị.
Hình 2.9 giới thiệu sơ đị bng
cháy động cơ Diezen PTT. Buồng cháy
chính và buồng cháy dự bị đựoc nối vớ
nhau bởi các lỗ thông. Như vậy buồng
cháy động cơ này có thể xem xét nhưu
bao gồm hai hệ thống hở khác nhau. Áp
Hình 2.9. Sơ đồ buồng cháy dự bị và buồng
dụng định luật nhiệt động 1 vào buồng cháy chính trong động cơ Diesel phun gián tiếp.
cháy chính, ta có :
dQ1
dV
dm dU 1
 p1 1  h2,1

dt
dt
dt
dt

(2.13)

và áp dụng định luật nhiệt động học vào buồng cháy dự bị, ta có:
dm f
dQ2
dU
dm
 h2,1
 hf
 2

dt
dt
dt
dt

(2.14)

Ở đây dm/dt là tốc độ biến thiên lưu lượng môi chất giữa hai buồng cháy, nó
mang dấu dương nếu dịng vật chất chảy từ buồng cháy dự bị vào buồng cháy chính;
nếu dm/dt < 0, h2,1 = h2; nếu dm/dt > 0, h2,1 = h1. Nếu chúng ta định nghĩa U 1 và U2 là
nội năng tương đối và h1 là entanpi tương đối của nhiên liệu thì dQ 1/dt và dQ2/dt biểu
diễn tốc độ toả nhiệt tinh, chính là hiệu số giữa tốc độ tỏa nhiệt của quá trình cháy và
tốc độ truyền nhiệt cho thành xi lanh.


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

17

Hình 2.10. Đường cong tỏa nhiệt tính tốn đối với động cơ Diezen PGT ở chế độ tải cố định với
0,29  < 0,32, tốc đọ 2500v/phút

Nếu chúng ta áp dụng mô hình khí lý tưởng trong mơi chất chứa trong các
buồng cháy với cp, cv và M là những hằng số thì quan hệ p1V1 = m1RT1 và p2V2 =
m2RT2 có thể được dùng để khử m và T trong các đại lượng dU/dt, và trong thực tế
hs,f = 0 có thể được dùng để viết các phương trình (2.13) và (2.14) dưới dạng :
dQ1
dV
dp


1
dm

p1 1 
V1 1  c p T2,1
dt
 1
dt   1 dt
dt

(2.15)

dQ2
dp
1
dm

V2 2  c p T2.1
dt
 1
dt
dt

(2.16)

Khi dùng kết hợp hai phương trình này, chúng ta có thể loại trừ đại lượng biểu
diễn thơng lượng entanpi giữa hai buồng cháy do đó lượng toả nhiệt tinh tổng cộng
có thể tính tốn theo biểu thức sau đây:
dQ dQ1 dQ2



dt
dt
dt

=

dV
dp 

1  dp1
p1 1 
 V2 2 
 V1
 1
dt   1  dt
dt 

(2.17)

Trong thực tế, phương trình (2.17) rất khó sử dụng vì nó cần các số liệu thực
nghiệm về áp suất trong cả buồng cháy chính và buồng cháy dự bị (thơng thường khó
thực hiện việc lắp đặt 2 đầu cảm biến áp suất trên nắp xi lanh). Hình 2.10 giới thiệu
đường cong tốc độ toả nhiệt tinh đối với động cơ Diezen PGT cho bởi phương trình
(2.17) với  =1,35.
Với giả định p2=p1 chúng ta có thể sử dụng áp suất trong buồng cháy chính
hoặc trong buồng cháy dự bị để tính tốn tốc độ toả nhiệt theo phương trình (2.17).
Sai số của việc đơn giản hố có thể được ước tính. Thật vậy nếu chúng ta viết p 2=p1+
 p thì phương trình (2.17) trở thành:

dV V  V2 dp1
V d (p )
dQ


p1 1  1
 2
dt   1
dt
  1 dt   1 dt

(2.18)

Nếu bỏ qua đại lượng cuối cùng thì phương trình (2.18) đồng nhất với phương
trình (2.6) đối với động cơ diezen PTT. Vì đại lượng V(dp1/dt)/(  -1) lớn hơn nhiều
so với đại lượng thứ nhất bên vế phải của phương trình (2.18) ngay trong giai đoạn


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

18

đầu của q trình cháy, do đó sai số gặp phải khi bỏ qua đại lượng cuối cùng bên vế
phải của phương trình có thể tính gần đúng bằng:
[V2/(V1 +V2)] d(  p)/dp1
Ở giai đoạn đầu của quá trình cháy, sai số này có thể khá hơn (có thể đến 25%
khi gần điểm chết trên). Càng về cuối quá trình cháy, sai số càng giảm (sai số khoảng
2% ở 20o sau điểm chết trên). Vì vậy, bỏ qua  p có thể dẫn đến sai số khi tính tốn
tốc độ toả nhiệt ở giai đoạn đầu.

2.5. Các tính chất đặc trưng của tia nhiên liệu- Fuel Spray behavior
2.5.1. Vấn đề phun nhiên liệu- Fuel Injection.
Nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ Diezen nhờ sự chênh lệch áp
suất lớn giữa phía trước và phía sau lỗ phun. Áp suất trong xi lanh lúc bắt đầu phun
có thể đạt từ 50-100atm. Áp suất của nhiên liệu phun dao động trong khoảng từ 2001700atm phụ thuộc vào kích thước động cơ và dạng buồng cháy sử dụng.
Sự chênh lệch áp suất trước và sau lỗ phun
phải đủ cao để bảo đảm nhiên liệu xé thành
những dạng hạt nhỏ cho dễ bay hơi và xuyên
thâu trong buồng cháy trong thời gian ngắn,
tạo điều kiện sử dụng hết hồn tồn lượng
khơng khí nạp.
Hình 2.11 Giới thiệu sơ đồ hệ thống phun
nhiên liệu. Nhiệm vụ của hệ thống này là định
lượng nhiên liệu phun vào mỗi xi lanh ở một
chế độ tải và tốc độ cho trước. Mặc khác, hệ
thống phải đảm bảo phun nhiên liệu dứt khốt, Hình 2.11. Sơ đồ hệ thống phun nhiên
liệu trong động cơ diesel.
tránh hiện tượng nhỏ giọt sau khi kết thúc
phun.
Nếu biết trước áp suất nhiên liệu trước lỗ phun, giả sử dòng chảy qua các lỗ
phun là ổn định, khơng chịu nén và một chiều thì lưu lượng nhiên liệu qua khỏi lỗ
phun là:
.

m f C D An 2  f p

(2.19)

Trong đó An là tiết diện nhỏ nhất của lỗ phun, C D là hệ số lưu lượng,  f là khối
lượng riêng của nhiên liệu,  p là hiệu số áp suất trước và sau lỗ phun.

Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

19

Nếu  p và An không đổi trong suốt thời gian
phun, khối lượng nhiên liệu phun sẽ là:
.

m f C D An 2  f p


360 N

(2.20)

Trong đó  là thời gian phun tính theo góc
quay trục khuỷu cịn N là tốc độ động cơ. Hai
phương trình trên cho thấy sự phụ thuộc giữa
lượng nhiên liệu cung cấp và các thông số của
hệ thống phun cũng như chế độ vận hành của
động cơ.
2.5.2. Cấu trúc tổng quát của tia nhiên
Hình 2.12. Sơ đồ tia phun nhiên liệu
liệu- Overall Spray Structure.
trong dộng cơ Diesel.
Hình 2.12 giới thiệu dạng của tia nhiên liệu. Sau khi ra khỏi vòi phun tia nhiên
liệu chuyển sang chế độ vận động rối và bề rộng của tia tăng dần theo khoảng cách

đến lỗ phun do khơng khí chung quanh bị kéo theo tia. Tốc độ ban đầu của tia nhiên
liệu có thể lớn hơn 100m/s. Ở mặt ngồi của tia, nhiên liệu lỏng được xé nhỏ thành
các hạt có đường kính khoảng 10 m khi ở gần miệng lỗ phun. Nhiên liệu lỏng thoát
ra khỏi lỗ phun tập trung trong một lõi hình trụ trước khi bị xé thành những hạt có
đường kính khác nhau khi chiều dài tia lớn hơn một giá trị nhất định. Càng xa lỗ
phun, khối lượng khơng khí trong tia càng gia tăng, tốc độ tia càng giảm và đường
kính tia càng lớn.
Những hạt nhiên liệu bên ngoài tia bay
hơi trước tiên tạo nên một màng hỗn hợp
nhiên liệu-khơng khí bao quanh lõi tia nhiên
liệu lỏng (hình 2.13). Tốc độ cao nhất của hạt
tia nhiên liệu xuất hiện trên trục của tia. Độ
đậm đặc cao nhất cũng nằm trên đường trục
và giảm dần về 0 ở ngoài biên tia nhiên liệu.
Một khi tia nhiên liệu tiến đến lớp biên của
thành buồng cháy, nó chịu tác động tương hỗ
của lớp biên này. Tia nhiên liệu khi đó bị
cuốn theo dịng khí và có chuyển động tiếp
tuyến với thành buồng cháy.
Khi trong buồng cháy có chuyển động Hình 2.13. Ảnh chụp sự phát triển của tia
xốy lốc thì cấu trúc của tia phức tạp hơn nhiên liệu trong buồng cháy động cơ
nhiều. Hình 3.14 giới thiệu sơ đồ dạng của tia Diesel khơng xốy lốc.
phun tạo thành khi phun hướng kính một tia a) Biên dạng ngồi của tia.
nhiên liệu vào dịng chảy xốy lốc. Khơng b) Lõi nhiên liệu lỏng.
khí chuyển động trong buồng cháy uốn cong
tia phun theo chiều xoáy lốc.


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

Với cùng điều kiện phun, chiều dài xuyên
thâu của tia nhiên liệu trong buồng cháy
xoáy lốc giảm so với khi phun trong buồng
cháy khơng xốy lốc. Điều đáng chú ý ở đây
là bề dày của vùng chứa hơi nhiên liệu ở đầu
tia được mở rộng hơn so với khi khơng xốy
lốc (hình 3.15).
Quá trình phát triển của tia nhiên liệu
bình thờng bị phá vỡ khi hỗn hợp bén lửa.
Chúng ta cần biết khu vực nào của tia chứa
bộ phận nhiên liệu phun vào trước tiên vào
khu vực đó thường bén lửa trước. Sự phát
triển của tia phun dường như theo cùng một
quy luật. Khi bắt đầu quá trình phun, nhiên
liệu lỏng được cung cấp vào khối khơng khí
nóng, bih xé thành những hạt nhỏ chuyển
động ra xa miệng vòi phun và tốc độ dịch
chuyển giảm dần khi lượng khơng khí kéo
theo vào tia mỗi lúc một tăng dần. Phần
nhiên liệu phun tiếp theo gặp ít trở lực hơn,
hạt nhiên liệu phun sau đẩy những hạt nhiên
liệu phun trước ra ngồi rìa tia. Ở đầu tia
phun không ổn định, các hạt nhiên liệu gặp
trở lực khí động học lớn nhất và chuyển động
chậm dần nhưng tia phun tiếp tục xuyên thâu
trong khối không khí vì rằn những hạt bị
giảm tốc ở đầu tia được liên tục thay thế
bằng những hạt phun sau có động lượng cao
hơn.

20

High sensitivity, showing boundaries of the
vapor regions of spray. Showing liquidcontaining core (dark) in relation to vapor
region(mottled-đường viền).

Theo nhận xét này thì những hạt ở ngồi rìa tia và phía sau đầu tia thuộc bộ
phận nhiên liệu được phun vào buồng cháy trước tiên.
2.5.3. Góc mở của tia phun- Atomization.
Trong những điều kiện phun thông thường, tia nhiên liệu có dạng hình cơn.
Tính chất này có thể được giải thích bởi cơ chế phân rã tia phun thành những hạt
nhiên liệu có kích thước bé hơn nhiều so với đường kính lỗ phun. Ở tốc độ phun thấp,
trong phạm vi Rayleigh, sự phân rã tia phun do sự phát triển khơng ổn định của các
sóng bề mặt. Các sóng này do sức căng bề mặt gây ra. Phân rã tia theo cơ chế này cho
đường kính hạt lớn hơn đường kính lỗ phun. Khi tốc độ phun gia tăng, lực ma sát do
chuyển động tương đối của tia phun và khơng khí xung quanh làm tăng lực căng bề
mặt. Khi đó cơ chế phân rã tia phun cũng giống như trường hợp vừa nêu nhưng


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

21

những hạt nhiên liệu nhận được có kích thước xấp xỉ đường kính lỗ phun. Nếu tốc độ
phun tiếp tục gia tăng, sự phân rã của tia khơng cịn khống chế bởi sóng bề mặt mà
bởi sự phình ra nhanh chóng của tia phun sau lõi nhiên liệu lỏng. Trong chế độ phân
rã này, sự gia tăng mức độ không ổn định của nhữg sóng có bước ngắn do gia tăng
mức độ chuyển động tương đối giữa tia nhiên liệu lỏng và khơng khí tạo ra những hạt

nhiên liệu có đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ phun.
Khi tốc độ phun tiếp tục tăng cao hơn một giá trị tới hạn, tia phun bị phân rã
theo cơ chế tạo hạt cực nhỏ (atomization). Sự phân rã tia nhiên liệu xảy ra ngay khi
thốt ra khỏi miệng vịi phun, kết quả là đường kính hạt nhỏ hơn nhiều so với đường
kính lỗ phun. Tương tác khí động học trên mặt tiếp giáp hai pha lỏng khí là yếu tố
quan trọng nhất ảnh đến sự phân rã tia phun ở chế độ này.
Ở chế độ phân rã tia theo cơ chế tạo
hạt cực nhỏ, góc mở tia phun  có thể
được tính theo quan hệ:
tan
   1   g
   4 
 2  A  1





1/ 2

=

3
6

(3.21)
Trong đó  g ,  l là khối lượng riêng
của chất lỏng khí và chất lỏng còn A là một
hằng số đối với loại lỗ phun cho trước,
thông thường A = 4,9. Trong trường hợp

tổng qt, hằng số A có thể được tính theo
cơng thức thực nghiệm gần đúng.

Hình 2.16. Biến thiên của góc mở tia phun
theo tỷ số  g /  l .
Initial spray angle of atomizing jets versus
density ratio(  g /  l = gas density/liquid
density) for fixed nozzle geometry shown.
Various fluids and gases at liquid pressure of
3.4-92 MPa. Nozzle diameters dn= 0.254,
0.343, and 0.61 mm.

A = 3+ 0,28 (Ln/dn)
Ln/dn là tỉ số chiều dài/ đường kính của lỗ phun.
Hình 2.16 biểu diễn sự biến thiên của góc mở tia phun theo tỉ số  g /  l . Người
ta có thể xác lập tiêu chí để đảm bảo sự phân rã tia phun thành những hạt cực nhỏ:
 P1

P
 g






1/ 2

k

(2.22)

trong đó k là hằng số phụ thuộc vào dạng hình học của lỗ phun, k =

18,3
A

2.5.4. Độ xuyên thâu của tia nhiên liệu trong buồng cháy-Spray Penetration.


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

22

Tốc độ sự phát triển của tia nhiên liệu trong quá trình xuyên thâu trong buồng
cháy ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc sử dụng khơng khí cững như đến tốc độ hồ
trộn nhiên liệu- khơng khí. Mức độ xun thâu của tia nhiên liệu trong buồng cháy
được thiết kế không giống nhau. Ở động cơ buồng cháy kiểu M.A.N, tia nhiên liệu
tráng lên thành buồng cháy nóng sau khi xuyên qua khối khơng khí xốy lốc. Ở các
dạng buồng cháy khác, người ta không muốn tia nhiên liệu chạm vào thành. Thật vậy,
khi độ xuyên thâu của tia vượt quá giá trị mong muốn, một bộ phận nhiên liệu toả lên
thành buồng cháy nhiệt độ thấp. Kết quả là tốc độ hòa trộn nhiên liệu- khơng khí
giảm, đặc biệt khi buồng cháy khơng có xốy lốc hay xốy lốc yếu, làm gia tăng mức
độ phát ơ nhiễm do cháy khơng hồn tồn hay cháy cục bộ. Tuy nhiên nếu độ xuyên
thâu của tin bé, khả năng sử dụng khơng khí bị hạn chế vì lượng khơng khí quanh
thành buồng cháy khơng được tiếp xúc với nhiên liệu. Điều này cũng dẫn đến sự cháy
khơng hồn tồn, làm giảm tính năng kinh tế và tăng mức độ phát ơ nhiễm của động
cơ.
Có nhiều quan hệ dựa trên kết quả thực nghiệm và lý thuyết về tia phun rối đã

được thiết lập đối với độ xuyên thâu của tia nhiên liệu. Những biểu thúc này cho tăng
độ xuyên thâu S của đầu tia phun trong khối khơng khí đứng n (như trường hợp
động cơ phun trực tiếp cỡ lớn) là một hàm số theo thời gian. Các kết quả thực nghiệm
cho thấy biểu thức của Dent dựa trên mơ hình hịa trộn của tia phun khí cho kết quả
tốt nhất. Biểu thức này được viết như sau :
 p 
S = 3,07  
 g 

1/ 4

(td n )

1/ 2

 294 


 T 
g



1/ 4

(2.23)

 p(Pa) : Hiệu số áp suất giữa, trong và ngồi vịi phun,

t(s) : thời gian kể từ lúc bắt đầu phun, dn(m) :đường lỗ phun,

 g(kg/cm3) : khối lượng riêng của khí, Tg(k) : nhiệt độ của khí.
Hình 2.17 biểu diễn sự biến thiên của sự xuyên thâu của đầu tia phun theo thời
gian ứng với các áp suất khác nhau trong buồng cháy khơng xốy lốc. Kết quả này
cho thấy trong giai đoạn đầu, quan hệ giữa độ xuyên thâu và thời gian tuân theo quy
luật tuyến tính. Sau khi tia bị phân rã, độ xuyên thâu tăng tỉ lệ với t .


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

23

Hình 2.17. Biến thiên đồ thị xuyên thâu của đầu tia phun theo thời gian ứng với các áp suất
khác nhau trong buồng cháy khơng xốy lốc

Vì vậy áp suất phun đóng vai trò quan trọng trong chuyển động ban đầu của tia
trước khi phân rã cịn khối lượng riêng của khí trong buồng cháy đống vai trò chủ yếu
trong chuyển động của tia sau khi phân rã. Người ta có thẻ sử dụng các cơng thức
thực nghiệm sau đây để tính toán độ xuyên thâu S(m) của tia ở hai giai đoạn vừa
nêu :
Khi t < tpr,

 2p 

S = 0.39 
p
 1 

Khi t > tpr,

 2p 

S = 2.95 

p
g



1/ 2

t

(2.24)

t

(2.25)

1/ 4

tpr là thời gian khi xảy ra sự phân rã tia phun được xác định theo biểu thức thực
nghiệm sau :
29 1 d n

tpr = (  p)1 / 2
g

(2.26)

p ( pa ) : hiệu số áp suất giữa, trong và ngồi vịi phun;

t(s) : thời gian kể từ lúc đầu phun, d n(m): đường lỗ phun;
 1,  g(kg/cm3): khối lượng riêng của chất lỏng và chất khí; T g(k) : nhiệt độ
của khí.
Hình 2.18 thể hiện ảnh hưỡng của xoáy lốc trong buồng cháy đến sự xuyên
thâu của tia phun. Hình 2.18a cho thấy sự thay đổi của biên dạng tia phun theo thời
gian khi có xốy lốc trong buồng cháy. Hình 2.18b thể hiện sự quan hệ giữa độ xuyên
thâu và thời gian phun ở các cường độ xoáy lốc khác nhau.


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

24

Hình 2.18. Biến thiên của độ xuyên thân của tia phun theo thời gian trong buồng cháy xoáy lốc. (a) ảnh
hưởng của độ xoáy lốc đến biên dạng của tia phun; (b) ảnh hưởng của độ xoáy lốc đến quan hệ S(t).

Các kêt quả nghiên cứu thực nghiệm cho phép thiết lập quan hệ giữa độ xuyên
thâu của tia nhiên liệu khi có xốy lốc và khí khơng xốy lốc :
S S   RS NS 
 1
S 
30v j 

1

(2.27)

Trong đó Rs là tỉ số xốy lốc, đó là tỉ số giữa tốc độ xoáy lốc(v/phút) và tốc độ
động cơ N (v/phút) và vj là tốc độ ban đầu của tia nhiên liệu (m/s).
Sự xoáy lốc làm giảm sự xuyên thâu của tia nhiên liệu nhưng làm gia tăng
nhanh chóng chiều rộng của tia phun.
2.5.5. Sự phân bố kích thước hạt-Droplet Size Distribustion
Trong những phần trên, chúng ta đã nghiên cứu các đặc trưng hình học của tia
phun, đó là góc mở và độ xuyên thâu của tia. Tuy nhiên, yếu tốc quan trọng quyết
định tốc độ bốc hơi của nhiên liệu và sự phân bố kích thước hạt theo chiều dài của tia.
Vì việc nghiên cứu các đặc trưng của hạt nhiên liệu trong động cơ đang hoạt động rất
khó khăn nên phần lớn các nghiên cứu này được thực hiện trong buồng cháy đẳng
tích chứa khơng khí áp suất cho trước, đứng yên ở nhiệt độ môi trường.
Trong giai đoạn phun, những điều kiện phun như áp suất phun, tiết diện lỗ
phun và tốc độ phun có thể thay đổi. Vì vậy sự phân bố kích thước hạt ở một vị trí
cho trước trong tia cũng có thể thay đổi trong thời gian phun.


Quá trình cháy trong động cơ Diesel
GVC.TS.Dương Việt Dũng

25

Lý thuyết khí động học về sự phân rã của tia ở chế độ tạo thành các hạt cực
nhỏ (antomization) cho phép dự đốn đường kính trung bình ban đầu của hạt D d tỉ lệ
với bước sóng của sóng có độ không ổn định lớn nhất:


D d C

2 


 g v r2

(2.28)

Trong đó  là sức căng bề mặt lỏng –khí;  g là khối lượng riêng của khí; v r là tốc độ
tương đối giữa chất lỏng và chất khí (tốc độ chất khí có thể xem là v i); C là hằng số
xấp xỉ đơn vị;  là bước sóng khơng thứ ngun của sóng phát triển nhanh nhất.
Để đặc trưng cho các hạt nhiên liệu lỏng trong tia phun, người ta sử dụng quy
luật phân bố kích thước hạt và đường kính trung bình của hạt. Trong nghiên cứu
người ta thường dùng đường kính trung bình Sauter được định nghĩa như sau:
DSM = Dd dn  / Dd dn 
(2.29)
Trong đó, dn là số hạt có đường kính Dd nằm trong khoảng
Dd–dDd/2có cùng tỉ lệ diện tích bề mặt/ thể tích hạt với tồn bộ tia phun. Một biểu thức thực
nghiệm thường dùng để tính tốn đường kính trung bình Sauter D SM(  m) do
Hiroyasu và Kadota thiết lập được viết như sau:
3

2

DSM =A(  p)-0,135  a 0,121Vf0,131

(2.30)

 p (Mpa): hiệu số áp suất giữa trong và ngồi vịi phun;  a (kg/cm3): khối

lượng riêng của khơng khí; Vf(mm3) là lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình
cho một xi lanh; A là hằng số, A= 25,1 đối với vịi phun kín có kim, A =23,9 đối với
vòi phun hở, A=22,4 đối với vòi phun kín có chốt.

Có nhiều biểu thức về sự phân bố kích thước hạt trong trong tia nhiên liệu lỏng
đã được thiết lập trong đó biểu thức của Hiroyasu và Kadota phù hợp nhất với số hiệu
thực nghiệm :
 D
dV
13,5 d
V
 D SM

3



 exp  



 D
3 d
 D SM

   Dd
  d 
   D SM





(2.31)

Hình 2.19 giưói thiệu ảnh hưởng của kết cấu lỗ phun đến sự thay đổi đường
kính Sauter theo áp suất phun.