Cải tiến mới của động cơ đốt trong: Sử dụng buồng cháy phụ

Tỷ số nén của động cơ xăng lên có thể lên tới 14:1, lượng khí thải NO_x xuống gần như bằng 0 và tiết kiệm nhiên liệu khoảng 20% so với các động cơ hiện nay khi sử dụng thêm một buồng cháy phụ.

Trên các động cơ đốt trong thông thường hiện nay, hỗn hợp xăng và không khí được hòa trộn để đưa vào buồng cháy và nén đến áp suất cao để bugi đánh tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp và sinh công để vận hành xe. Tuy nhiên với việc sử dụng thêm buồng cháy phụ ngay trước buồng cháy chính sẽ giúp động cơ xăng giảm 20% mức tiêu thụ nhiên liệu và lượng NO­­_x trong khí thải gần như bằng 0.

Chúng ta biết tỷ số nén của động cơ tăng sẽ làm tăng được hiệu suất quá trình cháy, tăng công suất động cơ, giảm khí thải độc hại ra môi trường, tuy nhiên khi tỷ nén làm tăng nguy cơ kích nổ cho động cơ do hỗn hợp xăng và không khí tự bốc cháy. Để giải quyết vấn đề này thì công ty chuyên sản xuất động cơ MAHLE Powertrain đã đưa ra ý tưởng sử dụng thêm một buồng cháy phụ ngay trước buồng cháy chính để đốt cháy hỗn hợp xăng và không khí sau đó hỗn hợp cháy này sẽ đóng vai trò “đánh lửa” cho buồng cháy chính, nhờ vậy hỗn hợp xăng và không khí trong buồng cháy chính sẽ được đốt cháy nhanh hơn và đồng đều hơn, tránh được hiện tượng kích nổ của động cơ.

Cấu tạo của buồng cháy phụ

Buồng cháy phụ chiếm khoảng 2% tổng thể tích buồng cháy. Tại đây vòi phun phụ sẽ phun nhiên liệu để hình thành hỗn hợp xăng và không khí khi nhiệt độ của hỗ hợp lên tới gần 50⁰C thì bugi bật tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp. Với thể tích nhỏ của buồng cháy phụ sẽ làm cho việc kiểm soát hiện tượng thoát nhiết, lượng khí thải Hydrocarbon, CO trở nên dễ dàng hơn. Bên cạnh đó hỗn hợp xăng và không khí ở buồng cháy phụ sẽ được làm đậm hơn so với hỗn hợp ở buồng cháy chính để quá trình cháy xảy ra triệt để hơn nhằm nâng cao hiệu quả của buồng cháy chính. Sau đó toàn bộ sản phẩm cháy ở buồng cháy phụ sẽ được đưa vào buồng cháy chính thông qua một đường ống nhỏ có đường kính 1,25mm để đốt cháy hỗn hợp xăng và không khí bên trong buồng đốt chính. 

Sự khác nhau trong kết cấu giữa động cơ có buồng cháy phụ và động cơ thông thường

Tương tự nguyên lý vòi phun khi đường kính lỗ phun càng nhỏ thì hỗn hợp càng tơi, vì vậy với đường kính 1,25mm của đường nối giữa buồng đốt chính và buồng đốt phụ sẽ làm cho hỗn hợp cháy từ buồng đốt phụ được trải đều trong buồng đốt chính làm quá trình cháy trong buồng đốt chính diễn ra đồng đều với tốc độ cao và có thể cháy trong điều kiện nhiên liệu “nghèo” hơn và giảm hiện tượng kích nổ. Nhờ vậy những động cơ trang bị vòi buồng cháy phụ có thể nâng tỷ số nén lên đến 14:1 mà vẫn không xảy ra hiện tượng kích nổ trong khi các động cơ xăng thông thường tỷ số nén chỉ nằm trong khoảng từ 9 đến 10,5. Ngoài ra hiệu suất nhiệt của quá trình cháy được cải thiện đáng kể, có thể đạt 42% trong khi trên các động cơ thông thường chỉ đạt hiệu suất từ 25 – 30%.

Theo những công bố của nhà sản xuất thì hệ thống này có thể hoàn toàn phù hợp với các xe sử dụng nhiên liệu xăng, khí gas hoặc khí propan.

S.Hà