Nghiên cứu ứng dụng AVL boost hydsim trong mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ xăng toyota d 4s đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

TĨM TẮT Trong ngành cơng nghệ sản xuất tơ, vấn đề lớn cần giải giảm lượng nhiên liệu tiêu hao bảo vệ môi trường tức là làm tăng hiệu suất động giảm thiểu tối đa lượng khí phát thải ngoài mơi trường theo quy định chuẩn khí thải Để đáp ứng nhu cầu nhà sản xuất hãng tiến hành nghiên cứu cải tiến động cơ, kết cấu xe, hệ thống nhiên liệu hệ thống xử lí khí thải Các thí nghiệm thực cơng cụ sử dụng phần mềm mơ Nó phần vô quan trọng cấp thiết việc nghiên cứu tiết kiệm chi phí, trực quan rút ngắn thời gian thực so với việc chế tạo động thực tế thực nghiệm nhiều lần Một phần mềm là AVL BOOST HYDSIM BOOST HYDSIM phần mềm có phạm vi hoạt động chủ yếu mô nhiên liệu Hoạt động chủ yếu lí thuyết động lực học chất lỏng chuyển động hệ thống đa vật thể Lúc ban đầu, BOOST Hydsim tạo để mô hệ thống phun nhiên liệu động GDI Hiện tại, phần mềm này phát triển lên để phù hợp cho việc mơ hình hóa xăng, dầu nặng, nhiên liệu thay số cấu điều khiển khác Nói chung, chương trình này hữu ích nhiều lĩnh vực liên quan đến hệ thống thủy lực, khí và điều khiển Trong báo cáo này, nhóm em tập trung vào nghiên cứu phần mềm mô AVL BOOST Hydsim từ tiến hành xây dựng mơ hình kim phun hệ thống cấp nhiên liệu cho động Toyota D-4S, dựa số liệu giả định phục vụ cho việc học tập nghiên cứu kim phun, để biết rõ cách vận hành phần mềm kim phun để tạo tiền đề việc tạo loại kim phun tối ưu hóa kim phun để phục vụ cho mục đích khác ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Các nghiên cứu khoa học mô phần mềm AVL BOOST Hydsim nước và ngoài nước 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu: 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: 1.5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cách tiếp cận 1.5.2 Phương phán nghiên cứu 1.5.3 Nội dung nghiên cứu 1.6 Các nội dung trinh bày đề tài CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG D-4S 2.1 Giới thiệu chung động xăng Toyota D-4S 2.1.1 Giới thiệu động xăng Toyota D-4S 2.1.2 Giới thiệu chung hệ thống nhiên liệu động xăng Toyota D-4S 2.2 Cấu tạo tổng quan hệ thống nhiên liệu Toyota D-4S: 2.2.1 Cấu tạo hệ thống nhiên liệu Toyota D-4S 2.2.2 Nhiệm vụ yêu cầu hệ thống nhiên liệu 2.3 Nguyên lí hoạt động chung hệ thống: 2.4 Bơm cánh gạt PF 165 ( bơm áp thấp) 10 iii 2.5.1 Cấu tạo 10 2.5.2 Nguyên lí làm việc bơm cánh gạt (loại không cân bằng) 11 2.5.3 Thông số mô chi tiết 12 2.6 Bơm cao áp HP 13 2.6.1 Cấu tạo 13 2.6.2 Nguyên lí hoạt động 13 2.6.3 Thông số mô chi tiết 15 2.7 Kim phun PI (phun đường ống nạp) 16 2.7.1 Cấu tạo kim phun PI 16 2.7.2 Cấu tạo nguyên lí hoạt động chi tiết kim phun PI đường ống nạp 16 2.7.3 Thông số kết cấu mô chi tiết 20 2.8 Kim phun trực tiếp đa điểm GDI (kim phun cao áp) 21 2.8.1 Cấu tạo kim phun cao áp GDI 21 2.8.2 Nhiệm vụ yêu cầu với kim phun cao áp: 21 2.8.3 Nguyên lí hoạt động kim phun trực tiếp GDI AVL BOOST Hydsim 22 2.8.4 Thông số kết cấu mô trực tiếp 26 2.9 Đường ống dẫn nhiên liệu 27 2.9.1 Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất thấp (LP) 27 2.9.2 Đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao (HP) 27 2.10 Hệ thống chứa lọc nhiên liệu 28 2.10.1 Bình xăng 28 2.10.2 Bộ lọc nhiên liệu 28 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHẦN MỀM 30 3.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm AVL BOOST Hydsim 30 3.2 Tạo mơ hình khơng gian hai chiều: 31 3.2.1 Trình bày mơ hình BOOST Hydsim 31 3.2.2 Nhập thông số ban đầu: 31 3.2.3 Kết 32 3.2.4 Bộ tiền xử lý (GUI) 32 3.4 Trợ giúp trực tuyến 34 iv 3.3 Hệ thống đơn vị 35 3.5 Bắt đầu chương trình 36 3.5.1 Truy cập vào AVL BOOST Hydsim 36 3.5.2 Bắt đầu làm việc với BOOST Hydsim 37 3.5.3 Chạy chương trình 56 3.5.4 Hiển thị kết 59 3.6 Case Explorer 60 3.6.1 Định dạng biến thành biến toàn cục (global) 60 3.6.2 Tạo Case 62 CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ D4-S VỚI AVL BOOST HYDSIM 64 4.1 Phân tích sở lí thuyết hai kim phun hệ thống dẫn nhiên liệu D-4S 64 4.2 Xây dựng mơ hình kim phun PI AVL BOOST Hydsim 68 4.3 Xây dựng mơ hình kim phun GDI AVL BOOST Hydsim 72 4.4 Tạo thông số mô cho mơ hình hệ thống nhiên liệu D-4S 76 4.4.1 Nhập thông số mô cho bơm LP kim phun áp thấp PI 77 4.4.2 Nhập thông số cho bơm cao áp HP kim phun GDI 79 4.5 Phân tích kết mơ phỏng: 82 4.5.1 Mô kim phun áp thấp PI 82 4.5.2 Phân tích kết kim phun áp cao GDI 88 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 94 5.1 Kết luận 94 5.2 Nhận xét 95 5.3 Tương lai hệ thống phun kép 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ECU: Electronic Control Unit HP: High Pressure LP: Low Pressure GDI: Gasoline direct injection PI: Port Injection vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng số liệu động Toyota D-4S Bảng 3.1 Các công cụ BOOST Hydsim Bảng 3.2 Các element BOOST Hydsim Bảng 4.1 Thời gian tỉ lệ phân phối nhiên liệu kim phun trục tiếp Bảng 4.2 Các thông số kim phun áp thấp PI Bảng 4.3 Các thông số kim phun cao áp GDI vii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ Hình 2.1 Cấu tạo chung hệ thống Toyota D-4S Hình 2.2 Cấu tạo khối bơm xăng áp thấp Hình 2.3 Bơm xăng cánh gạt loại khơng cân Hình 2.4 Hoạt động bơm cánh gạt loại không cân (bơm áp thấp PF 165) Hình 2.5 Cấu tạo bơm cao áp Hình 2.6 Trạng thái hoạt động bơm cao áp Hình 2.7 Nguyên lí hoạt động bơm cao áp Hình 2.8 Kim phun PI Hình 2.9 Cấu tạo kim phun PI Hình 2.10 Tổng nhiên liệu phun vào xung phun Hình 2.11 Q trình hồn chỉnh phun nhiên liệu theo điện áp Hình 2.12 Hình dạng kim phun góc phun Hình 2.13 Bản vẽ kim phun PI tiêu chuẩn Hình 2.14 Cấu tạo kim phun trực tiếp Hình 2.14 Cấu tạo kim phun trực tiếp Hình 2.16 Hoạt động kim phun GDI xi lanh Hình 2.17 Sự hoạt động kim phun cao áp GDI Hình 2.18 Đầu kim phun áp cao GDI Hình 2.19 Hướng nhiên liệu phun buồng đốt Hình 2.20 Bản vẽ chi tiết kim phun GDI Hình 2.21 Đường ống nhiên liệu áp thấp Hình 2.22 Đường dẫn nhiên liệu áp suất cao Hình 2.23 Bình xăng Hình 2.24 a, Bộ lọc thơ b, Bộ lọc tinh Hình 3.1 Giao diện phần mềm AVL BOOST Hydsim Hình 3.2 Hộp thoại đơn vị viii Hình 3.3 Cây đơn vị Hình 3.4 Giao diện AVL Hình 3.5 Khơng gian làm việc BOOST Hydsim Hình 3.6 Thanh cơng cụ phụ BOOST Hydsim Bao Hình 3.7 Các Element BOOST Hydsim Hình 3.8 Hộp thoại Simulation Control Hình 3.9 Hộp thoại Fluid Properties Hình 3.10 Hộp thoại Run Simulation Hình 3.11 Hộp thoại Simulation status Hình 3.12 Hộp thoại Task information Hình 3.13 Khơng gian hiển thị kết Hình 3.14 Hiển thị kết model Hình 3.15 Hộp thoại Case Explorer Hình 3.16 Hộp thoại tạo biến tồn cục Hình 3.17 Hộp thoại Parameter Hình 3.18 Hộp thoại Model Parameters Hình 3.19 Tạo case Hình 3.20 Thêm biến vào case Hình 4.1 Hệ thống nhiên liệu động Toyota D-4S Hình 4.2 Sơ đồ tải hoạt động kim phun Hình 4.3 Các chế độ hoạt động hệ thống nhiên liệu D-4S Hình 4.4 Mơ hình kim phun PI AVL BOOST Hydsim Hình 4.5 Mơ hình kim phun GDI High Pump AVL BOOST Hydsim Hình 4.6 Nhập thơng số case RPD Pump Hình 4.7 Nhập thơng số case Snuber Valve (van chiều) Hình 4.8 Nhập thơng số hộp thoại lỗ phun PI Hình 4.9 Nhập thơng số cho hộp thoại Pump Chamber Hình 4.10 Nhập thơng số cam dẫn động pittong bơm cao áp ix Hình 4.11 Nhập số liệu mơ cho Plunger (pittong) Hình 4.12 Nhập thông số cho hộp thoại van chiều Hình 4.13 Nhập thơng số lỗ phun kim phun GDI Hình 4.14 Lưu lượng phun theo tốc độ quay động Hình 4.15 Khối lượng nhiên liệu phun lần theo tốc độ quay động Hình 4.16 Biều đồ nhấc kim theo góc quay trục khuỷu với thời gian cấp xung Hình 4.17 Áp suất buồng kim phun Hình 4.18 Áp suất nhiên liệu đầu kim phun tốc độ khác Hình 4.19 Lưu lượng kim phun theo tốc độ quay động Hình 4.20 Khối lượng nhiên liệu lần phun theo tốc độ quay động Hình 4.21 Biều đồ nhấc kim theo góc quay trục khuỷu với thời gian cấp xung Hình 4.22 Áp suất buồng kim phun Hình 4.23 Áp suất nhiên liệu đầu kim phun theo tốc độ quay động x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Qua thời kì phát triển cải tiến động xăng với mục đích phát triển tối ưu lượng nhiên liệu động hệ thống nhiên liệu sử dụng chế hịa khí để hịa trộn khí nạp lượng hịa khí ổn định mà khơng phân chia theo chế độ tải đẫn đến giảm hiệu suất động cơ, tải thấp thừa nhiên liệu cịn tải cao lượng nhiên liệu khơng đủ dẫn đến làm giảm hiệu suất động cơ, tăng ô nhiễm mơi trường lượng HC thừa thải khơng khí Nên bị thay hệ thống PI (Port Injection), kim phun đường ống nạp nhằm tối ưu hóa lượng nhiên liệu bơm vào xilanh, tăng độ hịa trộn hịa khí cải thiện hiệu suất Sau hệ thống GDI (Gas Direct injection) làan áp dụng xe Galant Legnum hãng xe Mitsubishi vào năm 1996, đưa tỉ số nén động lên cao, hỗn hợp không khí nhiên liệu tốt giúp q trình cháy diễn cách triệt để hơn, giúp công suất động tăng lên, tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu tối đa khí thải vào mơi trường Và nhiều năm sau đó, vào tháng năm 2005, hệ thống phun nhiên liệu cải tiến Toyota đưa vào động 2GR-FSE hút khí tự nhiên sử dụng xe sedan thể thao mang tên Lexus IS350 Động này có hiệu suất tốt với mức tiêu thụ nhiên liệu vừa phải và lượng khí thải thấp Tại thị trường Hoa Kỳ, Lexus IS350 đạt tiêu chuẩn xe phát thải siêu thấp Tính cụ thể động 2GR-FSE sử dụng hai kim phun cho xi-lanh Một số chúng cung cấp nhiên liệu vào xi lanh thứ hai đưa vào đường nạp thích hợp Vị trí kim phun động trình bày là động D-4S hay cịn gọi Dynamic Force Stroke Engine, D4-S kết hợp hai phương pháp phun xăng đa điểm (Multi-port Injection - MPI) và phun xăng trực tiếp (Gasonline direct Injection - GDI) Nhờ đó, động Lexus có cải thiện đáng kể tính mức tiêu hao nhiên liệu Cùng sử dụng cảm biến phun xăng điện tử điều khiển máy tính MPI và GDI có vị trí đặt kim phun chức khác Phun xăng đa điểm sử dụng từ 15 đến 20 năm trước hầu hết động xăng Không giống phun xăng đơn điểm, Hình 4.14 mơ lượng phun nhiên liệu theo tốc độ quay động Dựa số liệu thực nghiệm mà nhóm tìm hiểu tiến hành mơ hoạt động mơ hình kim phun PI Hình 4.15 Khối lượng nhiên liệu phun lần theo số vòng quay trục khuỷu Dựa biểu đồ ta thấy, tốc độ quay khác lượng nhiên liệu phun chế độ hoạt động giống Cụ thể tốc độ quay khác động từ 1000 rpm đến 4000 rpm phun lượng tối đa 0.0145 g/lần phun và lưu lượng tối đa 0.080 m3/h Tuy nhiên lượng nhiên liệu phun phụ thuộc vào thời gian phun mà cụ thể góc quay trục khủy Ở 1000 rpm có thời gian phun nhỏ khoảng 17o từ -138o đến 121o Ở 2000 rpm thời gian lớn khoảng 28o, từ -143o độ đến -115o Ở 3000 rpm thời gian lớn 2000 rpm nhiều khoảng 65 o từ -145 ođến -90 o Và cuối 4000 rpm thời gian phun lớn với góc phun khoảng 75 o từ -148 o đến -75 o Thời gian phun lớn lượng nhiên liệu phun ran nhiều Do tính chất hoạt động kim phun nên lần phun chúng phun lượng giống đường ống nạp và lượng nhiên liệu cần thiết cung cấp cho xi lanh phụ thuộc vào thời gian đóng mở xupap nạp xupap nạp mở sớm và đóng muộn thời gian mở lâu, lượng nhiên liệu nạp vào nhiều, ngược lại mở muộn và đóng sớm lượng nhiên liệu nạp vào xilanh thấp 83 Do đó, chế độ hoạt động khác lượng nhiên liệu cấp lượng phù hợp tất ECU tính tốn và điều khiển thông qua van VVT-i Cơ chế hoạt động kim phun thấp áp khác với kim phun cao áp nên lượng nhiên liệu lần phun 0.08 m3/h đặn suốt trình hoạt động khơng có chênh lệch lớn chế độ vòng quay động khác Đặc tính hoạt động khác và nhằm mục đích giảm độ phức tạp động nên thiết kế hoạt động kim phun tối ưu mặt kết cấu, giá thành mức độ sửa chữa Ta thấy tầm nhìn việc sản xuất phát triển hệ thống cung cấp nhiên liệu nhà cung cấp đạt tiêu chuẩn cao, hợp lí với yêu cầu xã hội tuân theo chuẩn khí thải để bảo vệ môi trường 84 4.5.1.2 Độ nhấc kim phun thời gian phun theo góc quay trục khủy (tốc độ quay động cơ) Hình 4.16 Biều đồ nhấc kim theo góc quay trục khuỷu với thời gian cấp xung Biểu đồ thể nhấc kim theo góc quay tục khuỷu thời gian cấp xung cho van solenoid, giống lượng phun độ nhấc kim phun thời gian phun kim phun tốc độ quay khác giống nhau, chúng có giá trị sấp xỉ số nhỏ cụ thể là: − Ở 1000 rpm độ nhấc kim 0.05 mm 0.71 ms, lượng điện áp cung cấp thấp (do khởi động động cơ, chạy giảm tốc tốc độ thấp) nên độ nhấc kim 85 thấp mốc tốc độ lại − Ở 2000, 3000 4000 rpm độ nhấc kim 0.05 mm 0.73 ms, độ nhấc kim lúc này ổn định thời gian nhấc kim giống tốc độ khác Dựa vào biểu đồ ta thấy cho dù tốc độ cao hay tải nặng thời gian nhấc kim, lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt giống nhau, nên để cung cấp đủ nhiên liệu cho động hoạt động với hiệu suất tối ưu mà không gây thiếu hay thừa nhiên liệu dẫn đến hư hỏng gây ô nhiễm mơi trường phụ thuộc vào thời gian đóng mở xupap ECU điều khiển Thời gian phun ngắn giúp cho lượng nhiên liệu phun vào hòa trộn tốt với lượng khơng khí ống nạp Nhưng nhìn chung độ nhấc kim phun khơng có khác biệt chế độ hoạt động, từ ta suy mặt cấu tạo cấp điện cho cuộn dây solenoid van ln mở vị trí tối đa là 0.05 mm Cho thấy mặt tối ưu phương diện hoạt động kim phun 4.5.1.3 Áp suất buồng kim phun Ở hình 4.17 thể áp suất buồng điều khiển, buồng chứa kim phun, buồng chứa nhiên liệu bơm và buồng van số vòng quay 2500 rpm, áp suất lỗ tia 68 bar thời gian cấp xung cho solenoid 0.73 ms Khi quan sát ta thấy: − Giá trị áp suất buồng thay đổi phức tạp − Có chênh lệch áp suất lớn buồng van buồng nhiên liệu kim phun buồng điều khiển lỗ tia kim tiến hành trình phun nhiên liệu Chênh lệch lớn buồng tia kim phun, buồng van, buồng bơm nhiên liệu với giá tị 68 bar, 36 bar 37 bar − Khơng có chênh lệch nhiều buồng van buồng bơm nhiên liệu áp suất nhiên liệu sau bơm đưa trực tiếp vào buồng van kim phun − Sự thay đổi giống nguyên lí kim phun trinh bày trước và biểu đồ thể độ thực tế kim phun − Khi kim phun nghỉ áp suất buồng thay đổi liên tục theo chu trình khơng cố định giá trị (lúc tăng giảm) quanh giá trị 86 cố định theo chu kì (như hình 4.17) Hình 4.17 Áp suất buồng kim phun 4.5.1.4 Áp suất dầu kim phun theo tốc độ khác Hình 4.18 Áp suất nhiên liệu đầu kim phun tốc độ khác Sơ đồ biểu thị rõ áp suất hoạt động nhiên liệu kim phun tốc độ khác cụ thể 1000rpm, 2000 rpm, 3000 rpm và 4000 rpm có áp suất nhiên liệu giống khoảng 5.5 MPa, có vài cự chênh lệch nhỏ áp suất 1000 rpm 4000 rpm khoảng 0.5 MPa Do chênh lệch tải (tốc độ động cơ) xe tốc độ thấp tải thấp xe trì ổn định, hệ thống nhiên liệu bắt đầu cân nên áp suất bị thấp, sau chạy khoảng thời gian áp suất nhiên liệu dần cân lại hoạt động mức 5.5 MPa 87 4.5.2 Phân tích kết kim phun áp cao GDI 4.5.2.1 Lưu lượng phun theo số vòng quay trục khủy Hình 4.11 4.12 mơ lương phun nhiên liệu theo tốc độ quay động Dựa số liệu thực nghiệm mà nhóm tìm hiểu tiến hành mơ hoạt động mơ hình kim phun GDI Hình 4.19 Lưu lượng kim phun theo tốc độ quay động Hình 4.20 Khối lượng nhiên liệu lần phun theo tốc độ quay động Dựa biểu đồ ta thấy, tốc độ quay khác lượng nhiên liệu phun chế độ hoạt động khác Do ECU phải tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến sau gửi tín hiệu điện áp điều khiển lượng phun nên khoảng thời gian để kim phun điều chỉnh lưu lượng phun chế độ hoạt động Cụ thể, sơ đồ theo 88 số vòng quay thì: − Ở mức 3000 rpm khối lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt 0.016 g/lần phun và lưu lượng lúc 0.08 m3/h và mức tiêu thụ nhiên liệu thấp thời gian phun thấp tính theo góc quay tục khuỷu từ -135 đến -90 độ tốc độ − Ở mức 4000 rpm động chạy mức tăng tốc lượng nhiên liệu lần phun tăng vọt lên đến 0.027 g/lần phun, lưu lượng lúc 0.08 m3/h Do thời gian phun kéo dài từ -145 độ đến -75 độ, lượng nhiên liệu phun lớn 3000 rpm Vì tăng tốc tải cao nên lương nhiên liệu cấp phải nhiều, nhiên lúc này động nóng nên GDI sử dụng để làm giảm nhiệt độ buồng đốt, tránh xảy tượng gõ nhiệt gây hiệu suất hoạt động động − Đến mức 5000 rpm, lúc tốc độ tăng, tải tăng nên lượng nhiên liệu phun tăng so với 4000 rpm 0.034 g lần phun và lưu lượng phun 0.08 m3/h Lúc thời gian phun kéo dài từ khoảng -145 độ đến -60 độ theo góc quay trục khuỷu Nhằm tránh gây hư tổn, gõ (do nhiệt), cung cấp đủ công suất cho đông hoạt động giúp cân phương tiện Trong thực tế, lượng nhiên liệu phun lần phun ln đạt độ xác cao lầm phun với lưu lượng nhiên liệu nhỏ, xảy sai sót dù tí khiển phương tiện khơng đạt chuẩn khí thải và khơng hoạt động chi tiết khí liên kết thiết kế xác chuẩn mực 89 4.5.2.2 Độ nhấc kim phun thời gian phun theo góc quay trục khủy (tốc độ quay động cơ) Hình 4.21 Biều đồ nhấc kim theo góc quay trục khuỷu với thời gian cấp xung Biểu đồ thể nhấc kim theo góc quay tục khuỷu thời gian cấp xung cho van solenoid, ta thấy vong quay khác độ nhấc kim phun thời gian nhấc kim khác nhau, cụ thể: − Ở 3000 rpm độ nhấc kim 0.05 mm 0.49 ms, với thời gian ngắn đồng ngĩa với lượng phun nhỏ (do lượng phun phụ thuộc vào thời gian nhấc kim phun), vi tốc độ trung bình nên lượng nhiên liệu phun thấp và là thời gian nhấc kim ngắn mơ hình mơ hoạt động − Ở 4000 rpm độ nhấc kim 0.051 mm 0.68 ms, thời gian nhấc kim cao 90 3000 rpm lượng nhiên liệu phun nhiều mức 34.5 mm3/lần phun để cung cấp đủ nhiên liệu cho động hoạt động tải và giúp phương tiện cân − Ở mức 5000 rpm độ nhấc kim phun 0.051mm, nhiên thời gian nhấc kim phun lại có khác biệt 0.77 ms 5000 rpm Dựa vào biểu đồ ta thấy với tốc độ cao hay tải nặng thời gian nhấc kim càng lâu, hay lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt nhiều để cung cấp đủ nhiên liệu cho động hoạt động với hiệu suất tối ưu mà không gây thiếu hay thừa nhiên liệu dẫn đến hư hỏng gây ô nhiễm môi trường Thời gian phun ngắn giúp cho lượng nhiên liệu phun vào có đủ thời gian để cháy hết giúp giảm lượng khói độc sinh Nhưng nhìn chung độ nhấc kim phun khơng có khác biệt chế độ hoạt động, từ ta suy mặt cấu tạo cấp điện cho cuộn dây solenoid van ln mở vị trí tối đa là 0.05 mm và tùy thuộc vào thời gian cấp điện lượng nhiên liệu phun khác Cho thấy mặt tối ưu phương Diện hoạt động kim phun cao áp loại solenoid 4.5.2.3 Áp suất buồng kim phun Ở hình 4.22 thể áp suất ác buồng điều khiển, buồng chứa kim phun, buồng chứa nhiên liệu bơm và buồng van số vòng quay 4000 rpm, áp suất lỗ tia 17 MPa thời gian cấp xung cho solenoid 0.68 ms Khi quan sát ta thấy: − Giá trị áp suất buồng thay đổi phức tạp và chúng thay đổi đồng loạt theo hoạt động động − Có chênh lệch áp suất lớn giá trị lớn buồng van buồng nhiên liệu kim phun buồng điều khiển lỗ tia so với giá trị nhở chúng kim tiến hành trình phun nhiên liệu Chênh lệch lớn giá trị 17 MPa 12.2 MPa Và là khoảng thay đổi áp suất buồng − Áp suất buồng điều khiển có thay đổi khơng đáng kể q trình phun nhiên liệu Điều hồn tồn hợp lí áp suất buồng điều khiển giữ giá trị không đổi nhằm đảm bảo cho nhiên liệu phun lượng và lượng nhiên liệu cung cấp cho ln ln trì nên khơng có chênh lệch áp suất q nhiều q trình phun 91 − Sự thay đổi giống nguyên lí kim phun trinh bày trước và biểu đồ thể độ thực tế kim phun − Khi kim phun nghỉ áp suất buồng thay đổi liên tục theo chu trình khơng cố định giá trị (lúc này tăng giảm) quanh giá trị cố định theo chu kì (như hình 4.22) Hình 4.22 Áp suất buồng kim phun 4.5.2.4 Áp suất nhiên liệu đầu kim phun Hình 4.23 Áp suất nhiên liệu đầu kim phun theo tốc độ quay động Sơ đồ biểu thị rõ áp suất hoạt động nhiên liệu kim phun tốc độ khác cụ thể 3000rpm, 4000 rpm 5000 rpm có áp suất nhiên liệu tương 92 đối gần nhau, cụ thể 3000 rpm áp suất nhiên liệu phun thấp 12.8 MPa cao mức 15 MPa Ở 4000 rpm 5000 rpm áp suất nhiên liệu giống 3000 rpm Tuy nhiên thời gian kéo dài mức phun qua góc quay trục khuỷu khác Cụ thể 3000 rpm thời gian phun thấp nhất, bắt đầu phun -135 độ đến -90 độ Ở 4000 rpm dài -145 độ kết thúc -75 độ Và 5000 rpm thời gian phun lớn -140 độ kết thúc -60 độ Điều cho thấy áp suất phun tối đa tốc độ có chênh lệch tương đối, lượng nhiên liệu phun phụ thuộc vào thời gian nhấc kim, thời gian cành lớn lượng nhiên liệu phun nhiều và ngược lại Do chênh lệch tải (tốc độ động cơ) xe tốc độ thấp tải trung bình lượng nhiên liệu cấp vào thấp áp suất nhiên liệu phun thấp, với tốc độ cao áp suất phun càng lớn tải lớn áp suất nhiên liệu và lượng nhiên liệu phun càng lớn theo 93 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Các mô thực động làm việc với phun nhiên liệu vào đường ống nạp phun nhiên liệu kép đưa kết luận sau: − Khi phun nhiên liệu kép có thành phần hỗn hợp giống nhau, xảy với phun gián tiếp, cần lượng nhiên liệu lớn chút Thực tế cải thiện hiệu suất thể tích cho động làm việc với phun kép điều kiện mô Hiệu ứng tương tự thu thử nghiệm thực nghiệm, − Việc phun nhiên liệu vào xi lanh hành trình nạp gây chuyển động tích điện mạnh Biện pháp q trình này là tăng tổng mơmen động lượng điện tích hành trình nạp Hiện tượng thuận lợi có ảnh hưởng tích cực đến hình thành hỗn hợp dễ cháy cháy − Các nhà nghiên cứu quan sát thấy phun kép, toàn khối lượng nhiên liệu bay 100 ° CA trước thời điểm đánh lửa Do đó, thời gian để tạo hỗn hợp đồng nhất trường hợp này là tương đối dài Thực tế giải thích cho việc tăng nhẹ − Phát thải HC trình làm việc với nhiên liệu phun kép thử nghiệm thực nghiệm − Đối với nhiên liệu phun kép, áp suất đỉnh trình đốt cháy cao khoảng 6% so với giá trị áp suất có phun nhiên liệu vào đường ống nạp Tốc độ trung bình gia tăng áp suất dpc / dα từ thời điểm đánh lửa đến đạt áp suất cao lần phun kép nhiên liệu lên tới 0,16 MPa / ° CA cao chút so với trường hợp phun nhiên liệu cổng - 0,15 MPa / ° CA Bản chất khác biệt giống với kết thu băng ghế thử nghiệm − Chu kỳ động phun nhiên liệu kép có đặc điểm là cao khoảng 3% giá trị áp suất hiệu dụng trung bình định so với động phun nhiên liệu đa điểm Tăng IMEP đạt thí nghiệm Tóm lại, kết thu q trình mơ bổ sung quan trọng cho kết 94 thử nghiệm thực nghiệm 5.2 Nhận xét Trên sở kết xem xét thực hiện, đưa kết luận sau: Kết phần tính tốn công việc hội tụ với kết nghiên cứu thực nghiệm Điều xác nhận thiết kế phù hợp mơ hình cho thấy khả sử dụng thêm − Những tiến công nghệ nhiên liệu và động đốt − Với hệ thống phun nhiên liệu kép hoạt động phân tích − Điều kiện động tăng vài phần trăm tổng hiệu suất thu được, điều trạng thái phát triển động đốt giá trị quan trọng Thực tế rõ ràng cho thấy mong muốn thực nghiên cứu liên quan đến vấn đề thực − Việc phân tích biểu đồ thị sử dụng để làm việc với phun nhiên liệu gián tiếp phun nhiên liệu kép cho thấy gia tăng áp suất hiệu dụng trung bình định cải thiện hiệu suất nhiệt động với phun nhiên liệu kép − Khơng có thay đổi đáng kể thành phần khí thải với việc thay đổi phần nhiên liệu phun trực tiếp vào xi lanh So với giá trị thu phun nhiên liệu gián tiếp với gia tăng phần nhiên liệu phun trực tiếp vào xi lanh xảy giảm nồng độ oxit nitric (NOx) với gia tăng nhẹ nồng độ cacbon monoxit (CO) hydrocacbon (HC) − Theo quan điểm tổng hiệu suất, giá trị tối ưu phần nhiên liệu phun trực tiếp vào xi lanh tăng lên tăng tải động tốc độ quay quy định 5.3 Tương lai hệ thống phun kép Từ kết thử nghiệm mơ tả trên, ta trình bày chủ đề cho hoạt động nghiên cứu sâu liên quan đến chủ đề: − Phân tích việc áp dụng hệ thống nhiên liệu mô tả để tạo thành hỗn hợp nạc phân tầng − Nghiên cứu tác động việc áp dụng hệ thống phun kép đến thông số làm việc động đốt hỗn hợp nạc gần đồng 95 − Đánh giá tác động việc áp dụng tạo thành hỗn hợp theo mơ hình dẫn hướng phun đến thông số làm việc động sử dụng hệ thống nhiên liệu phun kép Trong tương lai, với công nghệ tiên tiến quy trình hoạt động kết hợp nhằm tối ưu lượng nhiên liệu tiêu hao giảm tối thiểu lượng HC NOx thải môi trường Hiện động này từ sử dụng loại xe cao cấp Lexus, Camry và dần đưa vào xe lai (hybrid) Toyota Vì vậy, động Toyota D-4S sử dụng phát triển rộng rãi, phổ biến tương lai theo hướng tiết kiệm nhiên liệu, tăng tuổi thọ, sức bền và độ êm dịu động hoạt động 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] BOOST Hydsim Primer v.2013 [2] BOOST Hydsim Users Guide [3] Bronistaw Sendyka and Marcin Noga, Combustion Process in the Spark-Ignition Engine with Dual-Injection System [4] /MengyanGu / Mechanical engineering – Master of Science, Benchmarking a 2018 Toyota Camry 2.5-Liter Atkison Cycle Engine with Cooled-EGR Modelling and control of a gasoline Direct injection fuel system [5] Vilmar Aesoy, Modeling and Simulation for Design and Testing of Direct Injection Gaseous Fuel Systems for Medium-Speed Engines [6] Bronisław Sendyka and Marcin Noga, Combustion Process in the Spark-Ignition Engine with Dual-Injection System [7] Toyota D-4S engine manual 97 ... cho động xăng Toyota D- 4S ứng d? ??ng AVL BOOST Hydsim Chương 5: Kết luận nhận xét CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG D- 4S 2.1 Giới thiệu chung động xăng Toyota D- 4S 2.1.1 Giới thiệu động xăng. .. hệ thống nhiên liệu động xăng Toyota D- 4S 2.2 Cấu tạo tổng quan hệ thống nhiên liệu Toyota D- 4S: 2.2.1 Cấu tạo hệ thống nhiên liệu Toyota D- 4S 2.2.2 Nhiệm vụ yêu cầu hệ thống nhiên. .. chung hệ thống nhiên liệu động Toyota D- 4S Hệ thống nhiên liệu Toyota D- 4S cấu tạo gồm hai phần: − Hệ thống cung cấp nhiên liệu: Bình chứa nhiên liệu, lọc, bơm áp thấp LP, bơm cao áp HP, ống d? ??n nhiên