Mục đích và ý nghĩa của đề tài
Kể từ khi ra đời cho đến nay, động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu Diesel đã không ngừng cải tiến và chế tạo mới những bộ phận, hệ thống nhằm nâng cao hiệu suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường Một trong những hệ thống có ảnh hưởng quyết định đến các chỉ tiêu trên đó là hệ thống nhiên liệu và cụ thể là việc phun nhiên liệu vào buồng cháy Nhiên liệu được cung cấp vào buồng cháy vào thời điểm nào, chất lượng tia phun như thế nào để cho quá trình cháy diễn ra tốt nhất Vì vậy việc nghiên cứu nhằm làm cho hệ thống nhiên liệu hoạt động tốt nhất, tối ưu nhất luôn nhận được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu Hiện nay, việc thực hiện những cải tiến trên có thể được tiến hành thuận lợi hơn nhờ sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực công nghệ thông tin Việc áp dụng các phần mềm tin học để thiết kế, mô phỏng, tính toán không những rút ngắn đáng kể thời gian, công sức cho người thiết kế mà còn cho kết quả rất chính xác.
Với mong muốn tìm hiểu công dụng của các phần mềm tin học chuyên ngành động cơ đốt trong, em đã chọn phần mềm HydSim (Hydraulic Simulation) dùng để mô phỏng, tính toán hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel có tên Dongfeng S1100A. Dùng phần mềm này để mô phỏng tình trạng cung cấp nhiên liệu hiện tại của động cơ. Qua đó đánh giá sự ảnh hưởng của những thông số kết cấu, những điều kiện biên và những thông số vận hành đến chất lượng phun nhiên liệu, đây là cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo, cải thiện hệ thống nhiên liệu nhằm nâng cao chất lượng phun nhiên liệu cho động cơ Phần mềm này được xây dựng trên cơ sở là thuyết động lực học và dao động chất lỏng của những hệ thống đa phần tử Có nhiều cách để ứng dụng phần mềm này, ta có thể kết nối các biểu tượng và sau đó nhập các thông số đầu vào của các chi tiết và lấy ra các thông số của việc phun nhiên liệu để khảo sát và kiểm nghiệm hoặc là ngược lại để có nhanh các thông số chính xác của các chi tiết cần thiết kế.
Từ việc mô phỏng, tính toán việc phun nhiên liệu của động cơ Dongfeng S1100A nói riêng, tức là hệ thống nhiên liệu Diesel, ta có thể mở rộng ứng dụng của phần mềm ra cho hệ thống nhiên liệu dùng xăng hoặc các loại nhiên liệu thay thế khác, hệ thống bôi trơn và rộng hơn nữa là phân tích động lực học của những hệ thống thủy lực và thủy cơ.
Giới thiệu phần mềm HydSim
Giới thiệu tổng quan về phần mềm
HydSim là một chương trình phân tích động lực học của những hệ thống thủy lực và thủy cơ Nó được xây dựng trên cơ sở thuyết động lực học và dao động chất lỏng của những hệ thống đa phần tử Trong động cơ đốt trong, HydSim được dùng để mô phỏng cho các hệ thống thủy lực như: hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, các hệ thống truyền động bằng thủy lực Nhưng chủ yếu phần mềm được ứng dụng để mô phỏng hệ thống phun nhiên liệu Diesel hay các loại nhiên liệu khác như xăng, cồn, gas Từ kết quả nhận được bằng việc mô phỏng, ta chọn được hệ thống cung cấp nhiên liệu cũng như kết cấu, đặc tính các chi tiết trong hệ thống đó thích hợp nhất. Ngoài ra, chương trình cũng hữu ích trong nhiều lĩnh vực liên quan đến việc phân tích động lực học của những hệ thống thủy lực Chẳng hạn như việc mô phỏng động lực học của những thiết bị điều khiển thuỷ lực cũng như sự dao động trong quá trình truyền động.
2.1.1 Tạo mô hình trong không gian hai chiều
Hình 2-1 Giao diện phần mềm HydSim
Mục đích của sự trình bày mô hình HydSim hai chiều là cung cấp một cái nhìn chung của hệ thống được định nghĩa bởi người sử dụng Một cách cơ bản, mỗi phần tử riêng biệt của hệ thống được trình bày bằng một biểu tượng trên màn hình GUI. Những biểu tượng này được kết nối bằng các liên kết màu đỏ hoặc màu xanh (tùy theo loại liên kết) Trong đó, màu đỏ thể hiện liên kết cơ khí (lò xo hoặc bộ giảm chấn) và
5 màu xanh da trời thể hiện liên kết thủy lực (hướng dòng chảy) Một số phần tử khác có thể được kết nối bằng đường màu xanh lá cây (liên kết đặc biệt).
2.1.2 Nhập thông số ban đầu Để nhập thông số đầu vào, phải kích đôi vào một biểu tượng được chọn hoặc có thể được mở ra bằng cách kích sáng biểu tượng với chuột trái Sau đó kích chuột phải để mở menu rồi chọn tab “Properties” (những tính chất), lúc này hộp thoại đầu vào sẽ hiện ra Ngoài ra, bằng cách mở những hộp thoại khác nhau từ thanh menu, người sử dụng có thể ghi rõ những điều kiện ban đầu, những thông số đầu ra theo yêu cầu và định nghĩa một trong những thông số khác liên quan đến phần tử Những tính chất của liên kết cơ khí cũng được ghi giống như vậy Liên kết thuỷ lực và liên kết đặc biệt không có những tính chất được định nghĩa bởi người sử dụng.
2.1.3 Chạy phần mềm để tính toán
Chương trình HydSim có thể được chạy trực tiếp từ GUI bằng cách nhấn một trong những nút sau trong menu Pulldown/ Simulation trên thanh menu “Run” và
“Run Sets” sẽ chạy với sự tối ưu hoá một chiều nếu nó được định nghĩa trong Search Adjust (Tìm kiếm hiệu chỉnh).
+ Run Sets: chạy hàng loạt phép tính với Data Sets (những tập hợp dữ liệu) + Restart: bắt đầu lại hệ thống được lưu trước đó.
2.1.4 Bộ xử lý PP2 (Post-Processor PP2)
Bộ xử lí PP2 có thể được kết nối trực tiếp từ GUI để xem những đồ thị hai chiều của kết quả Công cụ PP2 được sử dụng để đánh giá kết quả của việc mô phỏng HydSim Những kết quả được thể hiện ở dạng đồ thị, là một hàm theo thời gian (nếu thích hợp) hoặc góc quay hoặc góc tham chiếu Những thông số đầu ra theo yêu cầu phải được chọn bởi người sử dụng trong bộ xử lý GUI từ danh sách được định nghĩa trước có sẵn cho mỗi phần tử.
Những kết quả mô phỏng tiêu biểu cho những phần tử thuỷ lực là:
+ Lưu lượng thể tích hoặc lưu lượng khối lượng.
+ Hệ số lưu lượng/ hệ số cản trở dòng chảy.
+ Những yếu tố của hiện tượng sủi bọt khí.
6 Đối với những phần tử cơ khí, những kết quả mô phỏng tiêu biểu là:
+ Toạ độ chuyển vị, vận tốc, gia tốc.
+ Lực và mômen động lực học.
+ Những thông số động học.
Việc xử lý những dữ liệu được thực hiện bởi PP2, nó cho phép tạo ra những biểu đồ một cách tự động hoá linh hoạt bằng cách sử dụng những bản mẫu đã được định nghĩa trước (có trong HydSim hoặc được tạo ra bởi người sử dụng) cũng như tạo ra những đồ thị, biểu đồ ảnh hưởng lẫn nhau.
2.1.5 Bộ xử lý PP3 (Post-Processor PP3)
Bộ xử lý 3D là một công cụ minh họa 3 chiều Nó cũng có thể được kết nối từGUI hoặc trực tiếp từ “Menu PullDown/ Simulation”, bằng cách mở cửa sổ “NozzleFlow” với lệnh “Animation/ Nozzle Flow” và kích nút “Show” ở đó Công cụ PP3 được sử dụng để minh hoạ dòng chảy qua vòi phun và qua lỗ phun Để chạy nó một cách thành công, sự mô phỏng HydSim phải được thực hiện trước Những phần tử vòi phun SAC, VCO cơ bản và mở rộng có thể được làm cho sinh động Đối với những hệ thống phun thường, minh hoạ hiển thị độ nhấc kim phun, sự dao động áp suất trong ống dẫn nhiên liệu, khoang vòi phun, khoang trước các lỗ phun, áp suất trên đường hồi dầu, sự rò rỉ qua phần dẫn hướng kim phun, góc côn tia phun, chiều dài tia phun(độ xuyên thấu của tia phun), độ mạnh tia phun (nếu được tính toán).
Giới thiệu các nhóm phần tử trong phần mềm
2.2.1 Các nhóm phần tử trong phần mềm
Mô hình mô phỏng trong HydSim bao gồm những phần tử thuỷ lực, phần tử cơ khí, phần tử có mục đích chung khác nhau Những phần tử được gộp lại thành từng nhóm dựa trên loại và chức năng của nó Bằng cách này, HydSim có 16 nhóm phần tử mà tên của nó được liệt kê trong menu Element (phần tử) của cửa sổ không gian làm việc AVL Cụ thể, chúng bao gồm:
* Thể tích cứng tiêu chuẩn.
* Thể tích chứa hai pha.
* Đường ống một pha (đường ống Đa-lăm-be, Laplace, Godunov, Characteristics).
* Bơm phân phối piston rôto.
* Khe hở hình vành khăn.
* Cửa nạp/ tràn kiểu thẳng hàng.
* Cửa nạp/ tràn phân phối.
* Van một chiều nắp van bi.
* Van một chiều nắp van côn.
* Được điều khiển theo thời gian.
* Được điều khiển theo độ nhấc (hành trình).
* Tiết diện lưu thông là hàm theo thời gian/góc quay.
* Áp suất là hàm theo lưu lượng.
* Phần ứng (mô hình cơ bản).
* Phần ứng (mô hình mở rộng).
* Có hiện tượng sủi bọt khí.
* Vòi phun SAC mô hình cơ bản.
* Vòi phun VCO mô hình cơ bản.
* Vòi phun SAC mô hình mở rộng.
* Vòi phun VCO mô hình mở rộng.
* Vòi phun có vành đai RSN.
* Hai lò xo (cổ điển).
* Hai lò xo (hiện đại).
Bằng cách kích đôi chuột trái vào một nhóm nào đó thì một danh sách các phần tử thuộc nhóm này sẽ xuất hiện Kích đôi vào phần tử được chọn thì biểu tượng tương ứng của phần tử sẽ được đặt vào cửa sổ mô hình Để thuận lợi cho việc tìm hiểu, ta lần lượt đi sâu vào các phần tử đặc trưng cho hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel sử dụng bơm cao áp piston plunger.
2.2.2 Các nhóm phần tử cần thiết cho việc mô phỏng cho hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel sử dụng bơm cao áp piston plunger.
Những phần tử biên trong HydSim được sử dụng để xác định các điều kiện biên của một hệ thống Nhóm phần tử biên bao gồm 4 phần tử:
+ Biên áp suất (Pressure boundary).
+ Biên lưu lượng (Flow rate boundary).
+ Biên cơ khí (Mechanical boundary).
+ Biên thuỷ cơ (Hydromechanical boundary).
Nguyên tắc chung của việc xác định các giá trị của biên là:
+ Những giá trị trung gian sẽ được tính bằng phép toán nội suy.
+ Nếu phép tính vượt quá miền xác định thì giá trị tính cuối cùng sẽ được giữ làm hằng số cho các phép tính tiếp sau đó Điều này sẽ xảy ra nếu trong hộp thoại “Điều khiển phép tính” (Calculation control): thời gian giữa hai phép tính được thiết lập lâu hơn điều kiện biên.
+ Nếu miền xác định (Time, Reference angle) cho những điều kiện biên bắt đầu khởi động chậm hơn so với việc tính toán thì những giá trị biên trong hàng thứ nhất sẽ được dùng.
+ Nếu điều kiện biên được giữ là hằng số trong suốt quá trình tính toán thì nó phải được xác định chỉ một lần (cho phạm vi tính toán nhập vào).
* Biên áp suất (Pressure boundary).
Tên phần tử: Biên áp suất (Pressure boundary).
Biểu tượng phần tử: Định nghĩa: Phần tử này dùng để định nghĩa áp suất cho những liên kết bên ngoài (những biên) của hệ thống như là một hàm theo thời gian hoặc góc quay. Điểm kết nối: Điểm tiêu chuẩn: 8 Điểm đặc biệt: 0 Áp suất ở tất cả các điểm kết nối đều giống nhau.
Lưu ý: Hướng liên kết thuỷ lực luôn là hướng x. a Những thông số đầu vào (Input parameters)
Hộp thoại dữ liệu đầu vào của biên áp suất được thể hiện trên hình 2-2, có thể được kết nối bằng 3 cách:
+ Kích đôi vào phần tử.
+ Kích sáng phần tử, trên Menu Pulldown chọn Element/ Properties. + Kích chuột phải vào phần tử làm xuất hiện thanh Menu Pulldown, từ đây chọn Properties.
Hình 2-2 Hộp thoại dữ liệu đầu vào của phần tử biên áp suất b Những thông số đầu ra (Output parameters) Đường dẫn: Element/ Store results.
Hộp thoại những thông số đầu ra của phần tử biên áp suất thể hiện ở hình 2-3 dưới đây.
Hình 2-3 Hộp thoại những thông số đầu ra của phần tử biên áp suất Để kích hoạt thông số đầu ra, đánh dấu tích vào hộp nằm góc trái của tên thông số. Áp suất: Đơn vị: bar Áp suất thực trong Biên áp suất.
Lưu ý: Đối với phần tử biên áp suất thì dữ liệu đầu vào, đầu ra giống nhau.
* Biên thủy cơ (Hydromechanical boundary)
Tên phần tử: Biên thuỷ cơ.
Biểu tượng phần tử: Định nghĩa: Phần tử này dùng để định nghĩa chuyển vị (hoặc vận tốc) và áp suất và (hoặc) lưu lượng cho những liên kết bên ngoài (những biên về thuỷ lực và cơ khí) của hệ thống như là một hàm theo thời gian hoặc góc quay.
Những điểm kết nối: Điểm tiêu chuẩn: 8 điểm
11 Điểm đặc biệt: 0 Chuyển vị hoặc vận tốc ở tất cả các điểm kết nối đều giống nhau.
Lưu ý: Sau khi được kích hoạt lần đầu tiên, điểm kết nối với mục đích chung (màu đen) sẽ xác nhận 1 loại kết nối cụ thể (màu đỏ cho cơ khí, màu xanh cho thuỷ lực) và nó không thể thay đổi được sau đó.
Một phần tử biên thuỷ cơ xác định chuyển vị hoặc vận tốc chỉ theo một hướng nào đó nhất định Nếu cần xác định những điều kiện biên cơ khí cho nhiều hướng khác nhau, thì mỗi biên cơ khí phải được xác định riêng cho một hướng và được kết nối thông qua những liên kết cơ khí đến các phần tử yêu cầu (hướng x, y, đều có thể).
Không thể xác định cùng lúc chuyển vị và vận tốc cho một phần tử biên thuỷ cơ Nếu chuyển vị được xác định trong bảng dữ liệu đầu vào thì vận tốc của hướng đó sẽ tính được nhờ phép vi phân chuyển vị theo thời gian Nếu vận tốc được xác định trong bảng dữ liệu đầu vào thì chuyển vị trong cùng hướng đó sẽ tính được nhờ phép tích phân vận tốc theo thời gian.
Thuỷ lực chỉ có duy nhất trong hướng x Nếu chuyển vị hoặc vận tốc được xác định trong hướng x thì vẫn có thể thêm vào các giá trị áp suất và lưu lượng bởi vì chúng là những giá trị độc lập (so với chuyển vị, vận tốc) Nếu chuyển vị hoặc vận tốc trong hướng y hoặc hướng được ghi rõ thì áp suất và lưu lượng không thể định nghĩa được nữa (những cột tương ứng có màu xám).
Nếu dùng liên kết thuỷ lực để kết nối biên thuỷ cơ với các phần tử lân cận thì chỉ áp suất hoặc lưu lượng được chuyển sang nó (phần tử lân cận) Tuy nhiên trong trường hợp của liên kết cơ khí, tất cả các biến số đã được định nghĩa (như chuyển vị/ vận tốc, áp suất hoặc lưu lượng) sẽ được truyền tới phần tử được kết nối.
Trong trường hợp khác, nếu phần tử thuỷ cơ được kết nối bằng liên kết cơ khí với một phần tử mà phần tử này cho phép cả hai loại liên kết thuỷ lực và cơ khí, như phần tử piston chẳng hạn, thì giá trị áp suất, đã được định nghĩa trong bảng dữ liệu đầu vào, sẽ tác dụng lên vùng liên kết, tạo ra lực liên kết thủy lực mặc dù không có bất kỳ liên kết thủy lực nào. a Những thông số đầu vào (Input parameters)
Hộp thoại dữ liệu đầu vào của biên thủy cơ được thể hiện trên hình 2-4, có thể được kết nối bằng 3 cách:
+ Kích đôi vào phần tử.
+ Kích sáng phần tử, trên Menu Pulldown chọn Element/ Properties.
+ Kích chuột phải vào phần tử làm xuất hiện thanh Menu Pulldown, từ đây chọn Properties.
Hình 2-4 Hộp thoại dữ liệu đầu vào của phần tử biên thuỷ cơ b Những điều kiện ban đầu (Initial conditions)
Không có điều kiện ban đầu đối với phần tử biên thuỷ cơ.
Những giá trị áp suất, lưu lượng trong hàng đầu tiên của bảng được lấy làm điều kiện ban đầu cho những phần tử được liên kết thuộc loại sau:
+ Lưu lượng: chỉ cho phần tử bình chứa (Volume).
Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A
Giới thiệu chung về động cơ Dongfeng S1100A
Kể từ khi ra đời, động cơ Diesel đã đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế Nó là nguồn động lực chính cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, xe máy, tàu thuỷ, máy bay, Tính phổ biến của nó không chỉ ở một quốc gia hay một châu lục nào mà trên phạm vi toàn thế giới
Về kết cấu, động cơ Diesel cỡ nhỏ có kết cấu đơn giản hơn nhiều so với động cơ Diesel có công suất lớn Số lượng các chi tiết ít hơn, kích thước nhỏ gọn Đa số động cơ Diesel cỡ nhỏ là động cơ tĩnh tại, và dùng một xi lanh, thường bố trí nằm ngang nhằm giảm chiều cao của động cơ và tận dụng bố trí hệ thống làm mát và thùng nhiên liệu lên trên làm cho động cơ gọn hơn Trong đó động cơ Dongfeng S1100A cũng thuộc loại này. Động cơ Dongfeng S1100A do hãng DONGFENG Trung Quốc chế tạo Về kết cấu động cơ có một xilanh đặt nằm ngang, thiết kế nhỏ gọn đơn giản Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bơm cao áp kiểu Bosch nhỏ gọn, vòi phun kiểu tiết lưu nên lượng nhiên liệu phun nhỏ khi bắt đầu phun và lượng nhiên liệu phun tăng lên dần khi phun nhiên liệu chính, điều này giúp cho động cơ tiết kiệm nhiên liệu khi hoạt động. Động cơ được làm mát bằng nước theo kiểu bốc hơi. Động cơ Dongfeng S1100A được dùng rộng rãi trong đời sống xã hội, đặc biệt là các vùng nông thôn, ở các công trình xây dựng,… Với giá thành nhiên liệu sử dụng thấp hơn xăng và công suất sinh ra lớn hơn động cơ xăng tương ứng nên động cơ Diesel ngày càng tiếp cận gần hơn với đời sống nông thôn và các công trường xây dựng và được dùng làm nguồn động lực phục vụ chính như là:
- Phát nguồn động lực cho các máy canh tác nông nghiệp và các phương tiện vận chuyển: máy cày, máy xới, máy bừa, máy bơm nước, máy gặt đập, xe công nông, xuồng máy,…
Với yêu cầu ngày càng khắc khe về vấn chống ô nhiễm môi trường và sự cạnh tranh gây gắt giữa các nguồn động lực nên ta phải tìm cách hoàn thiện hơn nữa cho động cơ Diesel, cụ thể là: nâng cao hiệu suất, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường Để làm được điều này thì việc nghiên cứu cải tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ là vấn đề cốt lõi
Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí
Hình 3-1 Mặt cắt ngang động cơ Dongfeng S1100A 1- Cần xả xuppap; 2- Đường dầu bôi trơn cò mổ; 3-Lò xo xupáp; 4-Xupáp thải; 5- Nắp xilanh; 6- Piston Chốt piston; 8- Van xả nước làm mát; 9- Bánh đà; 10- Trục cam; 11- Puly; 12- Bơm dầu bôi trơn; 13- Trục động bơm dầu bôi trơn; 14- Bánh răng trục bơm dầu bôi trơn; 15- Cơ cấu khởi động; 16- Bộ bánh răng điều 17- Bánh răng trục khuỷu; 18- Trục khuỷu; 19- Bơm tay; 20- Bánh răng dẫn động trục cam; 21- Bơm cao 22-Thân động cơ; 23- Xecmăng; 24- Xupáp nạp; 25- Bầu lọc không khí.
Hình 3-2 Mặt cắt dọc động cơ Dongfeng S1100A 1- Cò mỗ; 2- Vòi phun; 3- Ống xả; 4- Két nước làm mát; 5- Phao đo mực nước trong két; 6- Lưới lọc nước; 7- Khóa nhiên liệu; 8- Đai móc nâng động cơ; 9- Thùng nhiên liệu;10- Nắp đậy thùng nhiên liệu;11- Que thăm dầu; 12- Bulông xả dầu bôi trơn; 13- Lọc dầu bôi trơn; 14- Cam nhiên liệu; 15- Con đội; 16- Thanh truyền; 17- Đũa đẩy; 18- Lót xilanh; 19-Nắp chụp cò mỗ.
Bảng 3-1 Bảng thông số kỹ thuật động cơ Dongfeng S1100A
Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị
Kiểu máy S1100A Kiểu nằm, 1 xilanh, 4 kỳ.
Công suất định mức [kW] 11,03
Số vòng quay lớn nhất [v/ph] 2200
Tỷ số nén [-] 20 Đường kính xilanh [mm] 100
Hành trình piston S [mm] 115 Áp suất có ích trung bình p [kPa] 665,9
Suất tiêu hao nhiên liệu ge [g/kW.h] ≤250,2
Phương thức bôi trơn Kiểu hỗn hợp: Cưỡng bức và vung té
Phương thức làm nguội Bốc hơi nước
Phương thức khởi động Tay quay khởi động Áp suất phun dầu [kPa] 12745 ± 490 Kích thước (AxBxH) [mm] 814x551x620 Trọng lượng máy G [kg] 155
Góc mở sớm xupáp nạp Độ 17
Góc đóng muộn xupáp nạp Độ 43
Góc mở sớm xupáp thải Độ 43
Góc đóng muộn xupáp thải Độ 17
Khảo sát cụ thể hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A
3.2.1 Đặc điểm chung về hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A
3.2.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A
- Chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian nhất định.
- Lọc sạch nước và tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, giúp nhiên liệu chuyển động thông thoáng trong hệ thống
- Cung cấp nhiên liệu cho động cơ phải đảm bảo tốt các yêu cầu sau:
+ Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phải phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ.
+ Phun nhiên liệu vào xi lanh động cơ đúng thời điểm, đúng quy luật đã định.
+ Phun với áp suất cao để nhiên liệu được xé tơi.
+ Tia phun phải đảm bảo đều, số lượng, kích thước, phương hướng phải phù hợp với hình dạng buồng cháy và với cường độ và phương hướng chuyển động của môi chất trong buồng cháy để hòa khí được hình thành nhanh và đều.
- Hoạt động lâu bền, có độ tin cậy cao.
- Giảm tiếng ồn và ô nhiễm.
- Dễ dàng và thuận tiện trong sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa.
- Dễ chế tạo, giá thành hạ.
3.2.1.2 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A
Hình 3-3 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A
1-Ống Thải, 2-Vòi phun, 3- Ống nhiên liệu thừa, 4-Piston, 5-Xi lanh, 6- Bầu lọc nhiên liệu, 7- Thùng nhiên liệu, 8- Khóa nhiên liệu, 9- Ống dẫn dầu vào bầu lọc, 10- Ống dẫn dầu đến bơm cao áp, 11- Cam, 12- Cần xoay piston, 13- Bơm cao áp, 14- Đường ống cao áp, 15- Đũa đẩy, 16-Xupáp, 17- Lò xo xupáp, 18- Nắp xilanh, 19- Cò mổ.
Trên hình 3-3 giới thiệu sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ Dongfeng S1100A Nhiên liệu tự chảy từ thùng chứa nhiên liệu xuống khoang chứa của bơm cao áp (hệ thống tự chảy không dùng bơm chuyển) và được lọc sạch tạp chất khi đi qua bầu lọc (6) Khi bơm cao áp (13) làm việc (piston đi qua phải) thì nhiên liệu sẽ được hút từ khoang chứa vào buồng nén thông qua cửa hút Khi piston đi qua trái (nhờ biên dạng con đội), nó sẽ đẩy nhiên liệu tràn về lại khoang chứa ngoài xilanh qua cửa tràn, đến khi piston che mép trên của cửa nạp và cửa tràn lại thì phần nhiên liệu còn lại trong xilanh sẽ được nén lại tạo nên áp suất cao, khi áp suất của nhiên liệu này đủ lớn để mở van cao áp thì nhiên liệu sẽ đi vào đường ống cao áp (14) rồi đến vòi phun (2). Tại khoang nâng kim phun, khi áp suất nhiên liệu đạt đến giá trị đủ để thắng lực lò xo thì kim phun được nâng lên, dầu sẽ được phun tơi vào buồng cháy xoáy lốc ở nắp xilanh (18) Phần nhiên liệu rò rỉ qua kim phun và thân kim phun sẽ được dẫn theo đường dầu hồi (3) về thùng chứa (7), kết thúc một chu trình cấp nhiên liệu cho động cơ Để thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp phù hợp với chế độ hoạt động của động cơ bằng cách ta thay đổi hành trình có ích của piston bơm cao áp thông qua việc quay cần (12).
3.2.1.2 Phân tích kết cấu hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A
NHIÊN LIỆ U THỪA ĐẾ N VÒI PHUN
NHIÊN LIỆ U TỪ THÙNG CHỨA TỚI
Hình 3-4 Cấu tạo bơm cao áp
1-Cam, 2- Con lăn, 3- Con đội, 4- Đệm, 5- Cần xoay piston, 6- Đế chặn lò xo, 7- Lò xo bơm cao áp, 8- Piston bơm cao áp, 9- Xilanh bơm cao áp, 10- Thân bơm cao áp, 11- Đế van cao áp, 12- Van cao áp, 13- Lò xo van cao áp, 14- Êcu chặn đế van cao áp, 15- Vít cố định xilanh bơm cao áp, 16- Vít chống xoay con đội, 17- Trục con lăn.
Bơm cao áp dùng để cấp một lượng nhiên liệu có áp suất cao đến vòi phun thông qua đường ống cao áp, mục đích cấp nhiên liệu vào trong buồng đốt của xilanh đúng thời điểm với một lưu lượng, áp suất nhất định và theo một quy luật nhất định tương ứng với từng chế độ hoạt động của động cơ.
Hình 3-4 ở trên giới thiệu cấu tạo của bơm cao áp của động cơ Dongfeng
S1100A, đây là loại bơm cao áp điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình bằng van piston, thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp bằng cách thay đổi hành trình có ích của piston Chi tiết chính của bơm cao áp là cặp đôi piston (8) và xilanh (9) Đây là bộ đôi siêu chính xác, yêu cầu chế tạo với độ chính xác rất cao, được chọn lắp với nhau và khi thay thì phải thay cả cặp Xilanh được lắp vào lỗ trong thân bơm, được cố định bằng vít (15) Không gian bên trong xilanh ăn thông với đường nhiên liệu trong thân bơm bằng cửa tràn và cũng thông với đường nhiên liệu cao áp khi van cao áp mở. Bơm cao áp còn có một bộ đôi siêu chính xác nữa, đó là van cao áp (12) và đế van
(11) Êcu (14) được vặn chặt vào thân bơm để ép chặt đế van cao áp lên mặt đầu của xilanh (9) nên mặt tiếp xúc giữa đế van (11) và xilanh (9) luôn kín khít Nhờ lò xo van cao áp (13) nên van cao áp (12) được ép chặt lên mặt hình côn của đế van, ngăn cách không gian phía trên piston của tổ bơm với đường ống cao áp Cần xoay (5) lắp chặt lên phần đuôi piston và được dùng để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu a Nguyên lý làm việc của bơm cao áp:
* Qúa trình hút nhiên liệu:
Khi cam dẫn động bơm cao áp quay thì con lăn sẽ lăn trên profile cam Khi con lăn con đội đi xuống, van cao áp đóng kín nhờ lò xo van cao áp Lúc này dưới tác dụng của lò xo bơm cao áp sẽ đẩy piston (1) đi xuống, tạo chân không trong buồng xilanh (5), khi pittông mở cửa tràn (4) thì nhiên liệu từ buồng nhiên liệu (3) sẽ nạp vào buồng xilanh cho tới khi pittông ở vị trí thấp nhất
* Qúa trình đẩy nhiên liệu:
Hình 3-5 Hành trình hút và đẩy nhiên liệu của bơm cao áp 1-Piston bơm cao áp, 2-Rãnh trên piston, 3-Khoang chứa nhiên liệu, 4-Cửa tràn, 5-Khoang xilanh, 6-Van cao áp, 7-Rãnh trên van cao áp.
Khi piston (1) được đẩy lên do cam quay, ban đầu nhiên liệu bị đẩy ra qua lỗ tràn
(4), khi pittông che kín lỗ tràn lại thì bắt đầu quá trình cung cấp nhiên liệu (theo hình học) áp suất trong bơm cao áp tiếp tục tăng lên tác dụng lên van cao áp, đến khi thắng sức căng cuả lò xo van cao áp và áp suất dư (còn lại của chu trình trước) trên đường ống cao áp thì van cao áp mở ra, nhiên liệu đi vào đường cao áp, tới vòi phun Quá trình cung cấp nhiên liệu tiếp tục cho tới khi gờ xả (2) của pittông mở cửa tràn (4), đó là thời điểm kết thúc cấp nhiên liệu (theo hình học) Khi mở cửa tràn (4), nhiên liệu từ không gian phía trên pittông thoát ra qua cửa tràn đi ra khoang chứa bên ngoài xilanh làm áp suất nhiên liệu phía trên pittông giảm đột ngột, van cao áp đóng chặt lên đế van (dưới tác dụng của lò xo van cao áp và áp suất nhiên liệu trên đường ống cao áp). Kết thúc quá trình bơm nhiên liệu mặc dù piston vẫn tiếp tục đi lên Kết thúc một chu kỳ cấp nhiên liệu và sau đó lặp lại chu kỳ như trên.
Do hiện tượng tiết lưu của cửa tràn (4) và hiện tượng chịu nén của nhiên liệu nên thời điểm bắt đầu cung cấp và thời điểm kết thúc cung cấp thực tế khác với thời điểm bắt đầu và kết thúc cung cấp hình học.
* Điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp.
Khi thanh kéo cần gạt để ở vị trí dừng động cơ thì quá trình cung cấp nhiên liệu sẽ ngừng, piston vẫn tịnh tiến lên xuống nhưng nhiên liệu không được đẩy đi vì cửa tràn (4) luôn thông với rãnh thẳng (2) của pittông (1) Lúc này động cơ tắt.
Khi thanh kéo cần gạt kéo cần xoay làm xoay pittông đi theo chiều tăng nhiên liệu cuung cấp thì lượng nhiên liệu sẽ được cung cấp tương ứng với hành trình có ích từ lúc đầu piston đóng cửa tràn (4) đến khi rãnh thẳng (2) bắt đầu mở cửa tràn (4).
Khi thanh kéo cần gạt ở vị trí lớn nhất, khi đó hành trình có ích của piston là cực đại nên lượng nhiên liệu được đẩy đi là nhiều nhất. b Phân tích kết cấu các chi tiết trong bơm cao áp. b.1 Bộ đôi siêu chính xác piston và xi lanh.
- Pittông và xilanh bơm cao áp phải có hình dạng hình học chính xác và chống mòn tốt.
- Vật liệu chế tạo bộ đôi pittông và xilanh phải là thép hợp kim làm ổ bi hoặc dụng cụ cắt gọt như Cr15 Thép Cr15 có cấu trúc tế vi ổn định có kích thước hình học của chi tiết ổn định hơn
Sử dụng phần mềm HydSim mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A
Sơ đồ giải thuật của phương pháp mô phỏng
Khi thực hiện quá trình mô phỏng một vấn đề, chúng ta phải hiểu rõ cấu trúc giải thuật của quá trình mô phỏng để vạch ra phương hướng tính toán đúng các vấn đề mà mình mong muốn. Đúng Sai
Xây dựng sơ đồ hệ thống nhiên liệu và liệt kê các phần tử cần thiết để mô phỏng
Bước đầu tiên phân tích đặc điểm kết cấu của đối tượng mô phỏng
VẬT THỂ CẦN MÔ PHỎNG
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ
PHỎNG NHẬP DỮ LIỆU ĐẦU VÀO
NHIÊN LIỆ U TỪ THÙNG CHỨA TỚI
Hình 4-1 Kết cấu của đối tượng cần mô phỏng 1-Cam, 2-Con đội con lăn, 3-Piston Plunger, 4-Sự rò rỉ giữa pittông và xianh bơm cao áp, 5-Cửa nạp, 6-Van cao áp, 7- Buồng sau van cao áp, 8- Buồng trước van cao áp, 9-Đường ống cao áp, 10-Đường ống dẫn dầu trong thân vòi phun, 11-Khoang chuyển tiếp, 12-Đường ống dẫn dầu trong thân kim phun, 13- Buồng nâng kim phun, 14-Lỗ phun, 15-Kim phun, 16-
Sự rò rỉ giữa kim phun và thân, 17-Lò xo kim phun và áp suất của khoang dầu hồi. Đối với bơm cao áp, kết cấu của nó bao gồm: Cam lồi (1) quay nhờ trục dẫn động làm cho piston (3) chuyển động tịnh tiến lên xuống Khoảng không gian phía trên đỉnh piston và xilanh là buồng áp suất (8) Nhiên liệu từ khoang ngoài xilanh
(biên áp suất) đi vào buồng (8) khi piston đi xuống và khi piston đi lên sẽ nén nhiên liệu đạt áp suất cao làm mở van cao áp (6) đi vào buồng phía sau van cao áp (7), từ đây nhiên liệu đi vào đường ống cao áp (9) rồi đi đến vòi phun Một phần nhiên liệu rò rỉ qua khe hở giữa piston và xilanh bơm cao áp (4) đi ra ngoài.
Vòi phun bao gồm: Dầu có áp suất cao sẽ được đưa vào vòi phun từ đường dầu cao áp (9), dầu sẽ theo đường ống dọc thân vòi phun (10) đến khoang chuyển tiếp (11) ròi đến buồng nâng kim phun (13) Dầu sẽ được gia áp và đến khi áp suất ở buồng này thắng lực của lò xo kim phun và áp lực dầu từ khoang dầu hồi (17) thì kim phun sẽ được nhấc lên và dầu sẽ được phun qua lỗ phun (14) Đồng thời lúc này một phần nhỏ dầu sẽ rò rỉ qua khe hở hình vành khăn giữa kim phun và thân vòi phun (16), đi ngược lên khoang chứa dầu hồi và dầu này sẽ theo ống hồi về bầu lọc Lúc này, áp suất trong buồng kim phun sẽ giảm và đến khi áp lực trong khoang này nhỏ hơn lực của lò xo kim phun và áp lực dầu từ khoang dầu hồi thì kim phun sẽ đóng lỗ phun lại Chấm dứt một lần phun.
Xây dựng mô hình hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A
Sau khi đã phân tích kết cấu của các thiết bị cần mô phỏng thì ta chọn các phần tử tương ứng để đưa vào màn hình làm việc, dùng các liên kết để kết nối chúng lại và đó là mô hình của hệ thống nhiên liệu cần mô phỏng Các phần tử được chọn như sau:
Phần tử trong kết cấu thực: Phần tử chọn tương ứng:
Cam lồi Cam/ Cam profile.
Piston plunger Bơm/ Bơm piston plunger.
Rò rỉ của bộ đôi piston và xilanh bơm cao áp Rò rỉ/ Sự rò rỉ số 1. Áp suất của nhiên liệu vào tại cửa nạp Biên/ Biên áp suất.
Cửa tràn nhiên liệu Cửa/ Cửa nạp-tràn thẳng hàng. Buồng trước van cao áp Thể tích/ Thể tích tiêu chuẩn.
Van cao áp có vành giảm áp Van/ Van cao áp có vành giảm áp. Buồng sau van cao áp Thể tích/ Thể tích tiêu chuẩn.
Với đường ống cao áp. Đường ống cao áp Đường ống/ Đường ống Laplace.
Phần tử trong kết cấu thực: Phần tử chọn tương ứng:
61 Đường ống dọc theo thân vòi phun Đường ống/ Đường ống Laplace. Khoang chuyển tiếp Thể tích/ Thể tích tiêu chuẩn. Đường ống xiên dẫn dầu đến Buồng nâng kim phun số 1. Đường ống/ Đường ống Laplace. Đường ống xiên dẫn dầu đến Buồng nâng kim phun số 2. Đường ống/ Đường ống Laplace. Đường ống xiên dẫn dầu đến Buồng nâng kim phun số 3. Đường ống/ Đường ống Laplace.
Buồng nâng kim phun Thể tích/ Thể tích tiêu chuẩn.
Kim phun Kim phun/ Kim phun tiêu chuẩn loại mô hình cổ điển.
Vòi phun Vòi phun/ Vòi phun VCO cơ bản.
Rò rỉ giữa kim phun và thân vòi phun Rò rỉ/ Sự rò rỉ số 2. Áp suất dầu hồi+ lò xo kim phun Biên/ Biên thủy cơ. Áp suất buồng cháy Biên/ Biên áp suất.
Khi đã xác định được các phần tử tương ứng, ta tiến hành tạo mô hình khối của các thiết bị trong hệ thống nhiên liệu.
4.3.1 Tạo mô hình khối bơm cao áp Đầu tiên ta nhấp đôi vào phần tử “Cam” ở trong tab “Elements” và nhấp đôi chuột vào phần tử “Cam lồi” Lúc này, ở góc trái phía trên trong cửa sổ “không gian làm việc- Workspace window” sẽ xuất hiện biểu tượng của phần tử “Cam lồi”, nhấp và giữ chuột trái để di chuyển biểu tượng đến nơi cần thiết, sau đó đổi tên cho phần tử này (từ “Cam profile” thành “Cam lồi”).
Tương tự như trên, ta tạo biểu tượng cho các phần tử tiếp theo
- Tạo phần tử “Piston plunger” từ nhóm “Pump/ Piston plunger”.
- Tạo phần tử “Cửa nạp- Cửa tràn” từ nhóm “Port/ In-line fill- Spill port”.
- Tạo phần tử “Rò rỉ số 1” từ nhóm “Leakage/ Annular gap”.
- Tạo phần tử “Buồng áp suất” trước van cao áp, sau van cao áp từ nhóm
- Tạo phần tử “Van cao áp có vành giảm áp” từ nhóm “Valve/ Constant volume”.
- Tạo phần tử “Áp suất đầu vào của nhiên liệu” từ nhóm “Boundary/ Pressure”.
+ Tiếp theo, ta dùng các liên kết để kết nối các phần tử lại.
- Dùng “Liên kết cơ khí” để nối “Cam lồi” với “Piston plunger”.
- Dùng “Liên kết thủy lực” để nối các cặp phần tử theo thứ tự sau : Piston plunger Buồng trước van cao áp Sự rò rỉ số 1 Áp suất của nhiên liệu ở đầu vào Cửa nạp- Cửa tràn Buồng trước van cao áp Van cao áp có vành giảm áp
Buồng sau van cao áp.
4.3.2 Tạo mô hình khối đường ống cao áp
- Tạo phần tử “Đường ống cao áp” từ nhóm “Line/ Laplace”.
4.3.3 Tạo mô hình khối vòi phun
- Tạo phần tử “Đường ống dọc thân vòi phun” từ nhóm “Line/ Laplace”.
- Tạo phần tử “Khoang chuyển tiếp” từ nhóm “Volume/ Standard”.
- Tạo phần tử ba “Đường ống dẫn dầu đến buồng nâng kim phun” từ nhóm
- Tạo phần tử “Buồng nâng kim phun” từ nhóm “Volume/Standard”.
- Tạo phần tử “Kim phun” từ nhóm “Needle/ Standard (obsolete model)”.
- Tạo phần tử “Vòi phun” từ nhóm “Nozzle/ VCO (Basic model)”.
- Tạo phần tử “Sự rò rỉ số 2” từ nhóm “Leakage/ Annular gap”.
- Tạo phần tử “Áp suất dầu hồi+ lò xo kim phun” từ nhóm “Biên thủy cơ”(Boundary/ Hydromechanical).
+ Tiếp theo ta dùng các liên kết để kết nối các phần tử lại.
- Dùng “Liên kết thủy lực” để nối các phần tử theo thứ tự sau: Đường ống dọc thân vòi phun Khoang chuyển tiếp Ba đường ống dẫn dầu đến khoang nâng kim phun Buồng nâng kim phun 3 phần tử sau (Vòi phun VCO cơ bản, Sự rò rỉ số 2, Kim phun).
- Dùng “Liên kết thủy lực” để nối “Sự rò rỉ số 2” với “Biên thủy cơ”.
- Dùng “Liên kết cơ khí” để nối “Biên thủy cơ” với “Kim phun”.
- Dùng “Liên kết đặc biệt” để nối “Vòi phun VCO cơ bản” với “Kim phun”,
“Kim phun” với “Sự rò rỉ số 2”.
4.3.4 Tạo mô hình khối buồng cháy
Tạo phần tử “Biên áp suất” của buồng cháy từ nhóm “Boundary/ Pressure”.
4.3.5 Kết nối các khối mô hình thành mô hình mô phỏng hệ thống nhiên liệu
- Dùng liên kết thủy lực để kết nối các khối mô hình theo thứ tự sau: Bơm cao áp Đường ống cao áp Vòi phun Buồng cháy.
* Sau khi kết nối các khối mô hình lại thì ta được mô hình 2D mô phỏng hệ thống nhiên liệu của động cơ Dongfeng S1100A như hình 4-2 dưới đây:
7 Van cao ạp Buồng sau van 8
20 Dầu hồi và lò xo
BUỒNG CHÁY BÅM CAO ẠP
Hình 4-2 Mô hình mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A
Khai báo dữ liệu đầu vào cho các phần tử
Sau khi xây dựng được mô hình hoàn chỉnh thể hiện đặc điểm kết cấu của hệ thống nhiên liệu, tiếp theo ta khai báo dữ liệu đầu vào cho các phần tử tương ứng Các dữ liệu đầu vào này giúp định nghĩa phần tử về mặt kết cấu và điều kiện làm việc. Để khai báo dữ liệu đầu vào, ta có thể thực hiện theo 3 cách sau:
+ Kích đôi vào phần tử (hoặc tên phần tử ).
+ Kích sáng phần tử trên menu Pulldown chọn Element/ Properties. + Kích chuột phải vào phần tử làm xuất hiện thanh menu Pulldown, từ menu này chọn Properties.
4.4.1 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử cam lồi
Hình 4-3 Hộp thoại dữ liệu đầu vào của phần tử cam lồi Đối với phần tử Cam lồi, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Bán kính vòng tròn cơ sở : [mm].
+ Bán kính con lăn : [mm].
+ Bề rộng hiệu dụng của con lăn: [mm]
+ Môdun đàn hồi của vật liệu cam: Lấy theo mặc định 2,1e+011 [N/m 2 ]. + Độ dịch chuyển lên xuống của con đội theo hướng trực giao (dùng để xác định biên dạng cam): dùng phương pháp xoay biên dạng cam theo từng góc nhất định để xác định chiều cao tại các điểm trên mặt cam theo các góc quay cam tương ứng, qua đó ta xác định được độ dịch chuyển lên xuống của con đội con lăn theo hướng trực giao Dưới đây là kết quả độ nâng cam thu được sau khi quay biên dạng cam theo từng góc nhất định với giá trị bước là
Bảng 4-1 Dữ liệu độ nâng của biên dạng cam.
[độ] Độ nâng cam Góc quay cam
4.4.2 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử piston plunger Đối với phần tử Piston plunger, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Đường kính piston plunger: [mm].
+ Áp suất trong buồng áp suất: p0000 [Pa].
* Độ giảm chấn lò xo: [N.s/m]
Hình 4- 4 Hộp thoại khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử piston plunger
4.4.3 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử cửa nạp/ tràn thẳng hàng
+ Hành trình trước của pittông: [mm].
+ Hành trình có ích của pittông: [mm].
+ Tiết diện ngang của lỗ xuyên tâm piston:
Hình 4-5 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử cửa nạp/ tràn thẳng hàng
4.4.4 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử rò rỉ số 1 Đối với phần tử này, các dữ liệu đầu vào cần phải khai báo bao gồm:
+ Đường kính piston plunger: [mm].
+ Số lượng piston plunger: 1 + Chiều dài khe hở: [mm].
+ Khe hở hướng kính: [mm].
Hình 4- 6 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử rò rỉ số 1.
4.4.5 Khai báo dữ liệu đầu vào phần tử áp suất ban đầu của nhiên liệu Đối với phần tử này, dữ liệu cần khai báo bao gồm:
+ Góc quay hoặc thời gian liên quan đến việc bắt đầu tính toán: 0 [s]. + Hệ số tỷ lệ cho cột thứ nhất: 1
+ Áp suất nhiên liệu: p0000 [Pa].
Hình 4- 7 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử áp suất ban đầu của nhiên liệu
4.4.6 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử buồng áp suất trước van cao áp
Hình 4-8 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử buồng áp suất trước van cao áp Đối với phần tử này, các dữ liệu cần khai báo bao gồm:
+ Thể tích ban đầu: + Áp suất hơi: 100 [Pa].
4.4.7 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử van cao áp có vành giảm áp
Hình 4-9 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử van cao áp có vành giảm áp Đối với phần tử này, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Đường kính đế van: [mm].
+ Thể tích vành giảm áp: [mm 3 ].
+ Hệ số lưu lượng tại đế van: + Áp suất mở van: [bar]
+ Lò xo van: Độ cứng: [N/m] Độ giảm chấn: [N.s/m]
+ Đế van: Độ cứng: [N/m] Độ giảm chấn: [N.s/m]
4.4.8 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử buồng áp suất sau van cao áp Đối với phần tử này, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Thể tích ban đầu: [mm 3 ] + Áp suất hơi: 100 [Pa]
Hình 4-10 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử khoang sau van cao áp
4.4.9 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử đường ống cao áp
Hình 4-11 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử đường ống cao áp Đối với phần tử này, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Chiều dài đường ống: [mm].
+ Đường kính thuỷ lực: [mm].
+ Bề dày thành ống: [mm].
+ Môdun I-âng của vật liệu thành ống lấy bằng mặc định 210000 [N/ mm 2 ].
4.4.10 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử đường ống dọc thân vòi phun
Hình 4-12 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử đường ống dọc thân vòi phun Đối với phần tử này, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Chiều dài đường ống: [mm].
+ Đường kính thuỷ lực: [mm].
4.4.11 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử khoang chuyển tiếp
Hình 4-13 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử khoang chuyển tiếp Đối với phần tử này, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Thể tích ban đầu: [mm 3 ].
4.4.12 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử đường ống xiên dẫn đến khoang nâng kim phun(3 đường)
Hình 4-14 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử khoang chuyển tiếp Đối với phần tử này, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Chiều dài đường ống: [mm].
+ Đường kính thuỷ lực: [mm].
4.4.13 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử buồng nâng kim phun
Hình 4-15 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử buồng nâng kim phun Đối với phần tử này, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Thể tích ban đầu: [mm 3 ] + Áp suất hơi: 100 [Pa]
4.4.14 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử kim phun
Hình 4-16 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử kim phun Đối với phần tử này, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Độ nâng lớn nhất của kim phun: 0,3 [mm]
+ Đường kính phần dẫn hướng của kim phun: [mm]
+ Đường kính phần đế kim phun: [mm]
+ Đế kim phun: Độ cứng [N/m] Độ giảm chấn [N.s/m]
+ Điểm dừng kim phun: Độ cứng [N/m] Độ giảm chấn [N.s/m]
4.4.15 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử vòi phun Đối với phần tử này, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Đường kính 1 lỗ phun: [mm]
+ Chiều dài lỗ phun: [mm]
+ Đường kính khoang vòi phun tại lỗ: [mm]
Hình 4-17 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử vòi phun
* Tính toán tia phun (Spray calculation). Để tính toán đường kính trung bình hạt nhiên liệu, góc côn, độ xuyên thấu của tia phun, ta phải chọn phương pháp tính nó.
Hình 4-18 Hộp thoại tính toán tia phun
- Tính toán đường kính trung bình hạt nhiên liệu.
+ Ta tính theo công thức Knight: Tài liệu [3]
- Hệ số nhớt động học của nhiên liệu.
- Tính toán góc côn tia phun.
+ Ta tính theo công thức Sitkei: Tài liệu [3]
Trong đó: - Khối lượng riêng của nhiên liệu.
- Khối lượng riêng của khí.
- Độ chênh lệch áp suất.
Hình 4-19 Góc côn tia phun và độ xuyên thấu của tia phun s
- Tính toán độ xuyên thấu của tia phun.
+ Ta tính theo công thức Arai, Tabata, Hyroyasu: Tài liệu [3]
Với : Thời gian tính từ khi bắt đầu phun nhiên liệu.
- Hệ số xoáy trong không gian lõm của đỉnh piston.
+ Động cơ sử dụng piston đỉnh lõm với chiều sâu nhỏ nên ta bỏ qua hệ số xoáy trong không gian lõm của đỉnh piston
4.4.16 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử rò rỉ số 2 Đối với phần tử này, các dữ liệu đầu vào cần khai báo bao gồm:
+ Đường kính kim phun: [mm]
+ Chiều dài khe hở ban đầu: [mm]
+ Khe hở hướng kính: [mm]
Hình 4-20 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử rò rỉ số 2
4.4.17 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử biên áp suất (dầu hồi) Đối với phần tử này, ta chọn các biến số: toạ độ, áp suất, lưu lượng theo hướng x.
Chọn giá trị áp suất đường dầu hồi: 100000 [Pa].
Hình 4-21 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử biên áp suất (dầu hồi)
4.4.18 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử lò xo kim phun
+ Độ cứng của lò xo: k = 200000 [N/m].
Hình 4-22 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử lò xo kim phun
4.4.19 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử liên kết piston plunger với con đội
Hình 4-23 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử lò xo bơm cao áp
4.4.20 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử buồng cháy
Hình 4-24 Hộp thoại dữ liệu đầu vào cho phần tử buồng cháy
Giả thiết áp suất buồng cháy trong quá trình phun nhiên liệu không đổi, dựa vào đồ thị động học ta xác định được áp suất của buồng cháy tại thời điểm nhiên liệu được phun vào bằng 2430000 [Pa].
Khai báo dữ liệu ban đầu cho các phần tử
4.5.1 Khai báo điều kiện ban đầu cho phần tử cam lồi
Hình 4-25 Hộp thoại dữ liệu ban đầu cho phần tử cam lồi
Chọn vận tốc góc của cam lồi là 1000 [vòng/ phút].
4.5.2 Khai báo điều kiện ban đầu cho phần tử piston plunger
Hình 4-26 Hộp thoại dữ liệu ban đầu cho phần tử piston plunger Đối với phần tử piston plunger, điều kiện ban đầu của nó bao gồm chuyển vị, vận tốc đầu vào, đầu ra trong hướng x Ở đây các giá trị này bằng 0.
4.5.3 Khai báo điều kiện ban đầu cho phần tử buồng trước van cao áp
Hình 4-27 Hộp thoại dữ liệu ban đầu cho phần tử buồng trước van cao áp
80 Đối với các phần tử thủy lực như buồng áp suất, điều kiện ban đầu của nó là áp suất và giá trị áp suất này phải bằng giá trị áp suất của biên áp suất tức áp suất của nhiên liệu đầu vào Vì vậy, giá trị áp suất ban đầu của phần tử buồng trước van cao áp chọn bằng 130000 [Pa].
4.5.4 Khai báo điều kiện ban đầu cho phần tử buồng sau van cao áp
Các phần tử buồng sau van cao áp, khoang chuyển tiếp và buồng nâng kim phun có điều kiện ban đầu giống nhau và bằng 2000000 [Pa]
Hình 4-28 Hộp thoại dữ liệu ban đầu cho phần tử buồng sau van cao áp
4.5.5 Khai báo điều kiện ban đầu phần tử đường ống cao áp, lỗ dọc thân vòi phun, lỗ dọc thân kim phun.
Hình 4-29 Hộp thoại dữ liệu ban đầu cho phần tử đường ống cao áp, lỗ dọc thân vòi phun, lỗ dọc thân kim phun
Các phần tử kể trên cùng thuộc nhóm phần tử đường ống nên có kiểu điều kiện ban đầu giống nhau: lưu lượng tại đầu vào, đầu ra Tại thời điểm ban đầu, các giá trị này bằng 0.
4.5.6 Khai báo điều kiện ban đầu phần tử kim phun
Hình 4-30 Hộp thoại dữ liệu ban đầu cho phần tử kim phun
Những điều kiện ban đầu của phần tử kim phun bao gồm: chuyển vị và vận tốc tại đầu vào, đầu ra trong hướng x Tại thời điểm bắt đầu tính toán các giá trị này bằng0.
Khai báo tính chất nhiên liệu
Động cơ sử dụng nhiên liệu Diesel nên ta chọn chất lỏng trong mô hình mô phỏng là nhiên liệu Diesel tiêu chuẩn, những tính chất của nó được mặc định theo tiêu chuẩn.
Hình 4-31- Hộp thoại khai báo tính chất của nhiên liệu
Khai báo tính chất khí nạp trong buồng cháy
Trong mô hình có xét đến việc tính toán đường kính trung bình của hạt nhiên liệu, góc côn tia phun, chiều dài tia phun nên chương trình yêu cầu phải khai báo tính chất khí nạp trong buồng cháy.
Hình 4-32 Hộp thoại tính chất khí nạp buồng cháy
Lựa chọn những thông số đầu ra
Bước tiếp theo sau khi khai báo các điều kiện ban đầu là chọn các thông số đầu ra của các phần tử. Để chọn các thông số đầu ra, ta thực hiện như sau:
+ Kích sáng phần tử, trên menu Pulldown chọn Element/ Store Result. + Kích phải chuột vào phần tử làm xuất hiện thanh menu Pulldown, từ đây chọn Store Result.
4.8.1 Lựa chọn thông số đầu ra của phần tử cam lồi Đối với phần tử cam lồi, ta chọn các thông số đầu ra như sau:
+ Độ nâng của biên dạng cam trong hướng x.
+ Vận tốc của cam trong hướng x.
+ Ứng suất Hertz tại điểm tiếp xúc giữa con lăn – cam lồi.
Hình 4-33 Hộp thoại những thông số đầu ra của phần tử cam lồi
4.8.2 Lựa chọn thông số đầu ra của phần tử piston plunger Đối với phần tử piston plunger, ta chọn các thông số đầu ra như sau:
+ Độ nhấc của piston plunger trong hướng x
+ Vận tốc của piston plunger trong hướng x
Hình 4-34 Hộp thoại đầu ra của phần tử piston plunger
4.8.3 Lựa chọn thông số đầu ra của phần tử buồng trước van cao áp. Đối với phần tử buồng trước van cao áp, ta chọn thông số đầu ra như sau:
+ Áp suất nhiên liệu trong buồng.
Hình 4-35 Hộp thoại đầu ra của phần tử buồng trước van cao áp
4.8.4 Lựa chọn thông số đầu ra của phần tử van cao áp có vành giảm áp. Đối với phần tử van cao áp có vành giảm áp, ta chọn các thông số đầu ra như sau:
+ Vận tốc của van trong hướng x.
+ Lượng chất lỏng qua van.
Hình 4-36 Hộp thoại đầu ra của phần tử van cao áp
4.8.5 Lựa chọn thông số đầu ra của phần tử khoang nâng kim phun Đối với phần tử khoang nâng kim phun, ta chọn thông số đầu ra như sau:
+ Áp suất trong khoang nâng kim phun.
Hình 4-37 Hộp thoại đầu ra của phần tử khoang nâng kim phun
4.8.6 Lựa chọn thông số đầu ra của phần tử kim phun Đối với phần tử kim phun, ta chọn thông số đầu ra như sau:
+ Độ nhấc kim phun trong hướng x.
Hình 4-38 Hộp thoại đầu ra của phần tử kim phun
4.8.7 Lựa chọn thông số đầu ra của phần tử vòi phun
Hình 4-39 Hộp thaọi đầu ra của phần tử vòi phun Đối với phần tử vòi phun, ta chọn các thông số đầu ra như sau:
+ Lưu lượng qua vòi phun.
+ Lượng nhiên liệu qua vòi phun.
+ Đường kính trung bình của hạt nhiên liệu.
+ Độ xuyên thấu của tia phun.
Chạy chương trình tính toán
4.9.1 Khai báo hộp thoại "Điều khiển tính toán"
Trước hết, ta thực hiện việc định nghĩa tiêu chuẩn điều khiển để phục vụ chạy tính toán Bằng cách kích chọn Simulation/ Control trên thanh menu Pulldown hoặc nhấn nút ,hộp thoại đầu vào của những dữ liệu điều khiển sẽ được mở ra. Đầu tiên, ta chọn lĩnh vực mô phỏng, vì trong mô hình tồn tại phần tử chuyển động quay nên ta chọn lĩnh vực mô phỏng là "Reference angle- Góc cam"
Tiếp theo chọn tốc độ trục cam: 1000 [vòng/ phút].
Chọn tốc độ động cơ: chọn loại động cơ 4 kỳ nên tốc độ động cơ tương ứng là
Chọn bước tính bằng hằng số, với các tham số như sau:
+ Khoảng góc cam mô phỏng: 160 [độ]
+ Số giá trị được lưu: 200 Chọn loại hình xuất ra tệp tin thể hiện tiến trình bài giải: chọn loại GIDas.
Hình 4-40 Hộp thoại điều khiển tính toán
4.9.2 Chạy chương trình tính toán
Sau khi tất cả những dữ liệu đầu vào, ban đầu, đầu ra, điều khiển tính toán đã được khai báo, việc tính toán có thể được bắt đầu Để thực hiện việc này, chọn
Simulation/ Run trên menu Pulldown hoặc nhấn nút
Nếu không có thông báo lỗi xuất hiện trên màn hình thì tức là những dữ liệu nhập vào được chấp nhận, khi đó việc tính toán sẽ bắt đầu Ngược lại nếu GUI phát hiện bất cứ lỗi nào trong suốt quá trình kiểm tra tính tương thích, thì ngay lập tức một thông báo lỗi sẽ xuất hiên trên màn hình Hình minh hoạ sau đây thể hiện thông báo lỗi khi GUI kiểm tra dữ liệu đầu vào:
Hình 4-41 Cửa sổ thông báo lỗi những dữ liệu đầu vào khi thực hiện tính toán
Trong tab “Simulation” trên menu “Pulldown”, bằng cách chọn “View Logfile”, ta có thể xem cửa sổ thể hiện những thông tin về trạng thái chạy chương trình tính toán bao gồm các khuyến cáo và các thông báo lỗi Chính vì vậy, ta nên sử dụng tuỳ chọn này vì đây là cách dễ nhất để có được những thông tin về các lỗi tính toán cũng như lỗi dữ liệu đầu vào Hơn thế nữa, bảng báo cáo còn cung cấp cho người sử dụng những lời nhắn có giá trị về các tệp tin được tạo ra, đơn vị hệ thống, tiến trình tính toán Nếu không có thông báo lỗi nào và dòng chữ "State: completed" xuất hiện trong cửa sổ "Trạng thái- Status" tức là phép tính đã được thực hiện thành công.
Hình 4-42 Cửa sổ thông báo trạng thái phép tính được thực hiện thành công.
Xuất kết quả mô phỏng và nhận xét
4.10.1 Cách xuất kết quả Để xem kết quả, chọn “Programs/ PP2” từ menu “Pulldown” hoặc chọn “Show results” từ menu Pulldown “Simulation” để mở PP2
4.10.2.1 Thông số đầu ra của cam lồi
89 profile lift (Cam Profile)[mm]
Gọc quay trủc cam[deg]
40 20 Â ọỹ nỏ ng b ió n da ỷng c am [m m ] 7 0
Hình 4-43 Độ nâng của biên dạng cam theo phương x profile velo (Cam Profile)[m/s]
Gọc quay trủc cam[deg]
V ận tô úc nâ ng b iê n da ûng c am [m /s ] 1 0
Hình 4-44 Vận tốc nâng của biên dạng cam lồi
Trên đồ thị cho ta thấy độ chuyển vị của biên dạng cam theo hướng x, ở hành trình nâng biên dạng cam được nâng lên với tốc độ nhỏ hơn hành trình đi xuống Điều này giúp cho áp suất nhiên liệu được tăng lên nhanh dần và phun vào buồng cháy với áp suất cao, sau đó nhờ hành trình đi xuống với tốc độ cao làm cho piston bơm cao áp đi xuống nhanh nên kết thúc quá trình phun một cách nhanh chóng Độ nâng biên dạng cam lớn nhất bằng 6,5725 [mm].
Gọc quay trủc cam[deg]
0 Ư ẽng su ất H er tz [N /m ^2 ]
Hình 4-45 Đồ thị biến thiên của ứng suất Hertz
90 Đồ thị trên hình 4.45 cho biết giá trị cũng như sự biến thiên ứng suất tiếp xúc giũa con lăn với cam lồi trong quá trình làm việc Ứng suất lớn nhất tại vị trí piston plunger đi lên nén nhiên liệu với áp suất cao nhất Sau đó ứng suất giảm dần khi piston plunger đi xuống Tại vị trí của piston plunger khi cửa xả mở, do áp suất trên buồng nén giảm đột ngột cùng với sự đàn hồi của lò xo bơm cao áp làm cho ứng suất dao động mạnh, rồi giảm dần khi chỉ còn lực đàn hồi của lò xo gây nên.
4.10.2.2 Thông số đầu ra của piston plunger
Gọc quay trủc cam[deg]
40 20 Â ọỹ nỏ ng p is to n pl un ge r[ m m ] 7 0
Hình 4-46 Đồ thị độ nâng piston plunger
Ta thấy quy luật nâng của phần tử piston plunger giống với phần tử cam lồi, bởi vì liên kết giữa chúng là liên kết cơ khí.
4.10.2.3 Thông số áp suất nhiên liệu trong hệ thống
Buong nang kim phun[MPa]
Tren ong cao áp[MPa]
Buong sau van cao ap[MPa]
Buong bom cao ap[MPa]
Gọc quay trủc cam[deg]
A ẽp su ất tr on g hờ ỷ th ốn g[ M Pa ] 35 0
Hình 4-47 Đồ thị biến thiên áp suất nhiên liệu trong hệ thống
Trên đồ thị là diễn biến áp suất trong toàn hệ thống nhiên liệu Ta thấy áp suất trong buồng bơm cao áp lớn hơn áp suất các buồng sau van cao áp, điều này được lý giải như sau: do có sự tổn thất khi nhiên liệu đi qua đường ống cao áp cùng với sự
91 giãn nỡ của đường ống (đường ống ta chọn không cứng tuyệt đối) và sự rò rỉ nhiên liệu qua khe hở giữa kim phun và thân Tại buồng nâng kim phun áp suất phun nhiên liệu bắt đầu tăng tại 60 0 góc quay trục cam (GQTC) và đạt cực đại bằng 22 [Mpa] sau đó giảm nhanh vì piston plunger đã mở cửa nạp/ xả làm cho quá trình phun nhiên liệu được kết thúc một cách dứt khoát tránh hiện tượng phun rớt Cuối quá trình phun nhiên liệu trong các buồng sau van cao áp có một áp suất dư khoảng 2 [Mpa], áp suất dư này sẽ giúp cho quá trình phun kế tiếp diễn ra tức thời hơn.
4.10.2.4 Thông số đầu ra của van cao áp a Độ nâng của van cao áp
Gọc quay trủc cam[deg]
0 Â ọỹ nỏ ng v an c ao a ùp[ m m ] 3
Hình 4-48 Độ nâng của van cao áp
Khi áp suất trong buồng bơm cao áp tăng đến giá trị thắng được lực ép lò xo van cao áp và áp lực dầu có áp suất dư thì van cao áp được mở ra Trên đồ thị hình 4-
48, ta thấy van cao áp bắt đầu được nâng lên tại vị trí khoảng 58 0 GQTC, ứng với vị trí này áp suất trong buồng bơm cao áp khoảng 8 [MPa], chuyển vị của van cao áp tăng nhanh và đạt cực đại khoảng 2,5 [mm] Khi piston plunger mở cửa nạp/ xả ra thì chuyển vị của van cao áp giảm dần nhờ lực đàn hồi của lò xo van cao áp và áp suất đường dầu cao áp, hệ thống dùng van cao áp có vành giảm áp nên áp suất dư sau quá trình phun được giảm đáng kể, tránh được hiện tượng phun rớt Sau 85 0 GQTC van cao áp đóng hoàn toàn kết thúc quá trình cấp nhiên liệu.
92 b Vận tốc nâng van cao áp
Gọc quay trủc cam[deg]
V ận tô úc nâ ng v an [m /s ] 0
Hình 4-49 Đồ thị biến thiên vận tốc của van cao áp
Trên hình thể hiện quá trình biến thiên vận tốc van cao áp, tại 58 0 GQTC vận tốc bắt đầu tăng lên do van cao áp được mở ra, sau đó vận tốc giảm và bằng không khi van cao áp đang ở vị trí cao nhất và duy trì ở đó một thời gian để nhiên liệu đi qua. Sau đó van cao áp đi xuống có nên vận tốc mang dấu âm Sau khoảng 85 0 GQTC vận tốc trở về bằng 0 (do chuyển vị bằng 0).
4.10.2.5 Thông số đầu ra của kim phun a Độ nâng kim phun
Do nang kim phun [mm]
Gọc quay trủc cam[deg]
0 Â ọỹ nỏ ng k im p hu n[ m m ]
Hình 4-50 Đồ thị độ nâng kim phun
Kim phun bắt đầu được nâng lên tại 62 0 GQTC tương ứng áp suất trong buồng nâng kim phun là 10 [MPa], độ nâng tăng dần và đạt cực đại bằng 0,3 [mm] ( bằng giá trị nhập vào) Kết thúc nâng kim tại khoảng 85 0 GQTC cùng lúc với van cap áp.
93 b Lưu lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy
Gọc quay trủc cam[deg]
Lư u lư ợn g nh iê n liê ûu[ m m ^3 /d eg ] 0
Hình 4-51 Đồ thị thể hiện lưu lượng phun
Lưu lượng phun tăng dần theo độ nâng kim phun, đạt cực đại bằng 3,3 [mm 3 /độ] Sau đó giảm dần theo độ hạ của kim phun và bằng 0 khi kim phun đóng kín. c Lượng nhiên liệu phun
Gọc quay trủc cam[deg]
Lư ợn g nh ie n liê ûu[ m m ^3 ]
Hình 4-52 Đồ thị lượng nhiên liệu phun
Lúc kim phun nâng lên thì nhiên liệu bắt đầu được phun vào buồng cháy và tăng dần theo GQTC Kết thúc một lần phun, nhiên liệu được cung cấp vào buồng cháy một lượng bằng khoảng 58[mm 3 ] d Tiết diện lưu thông
Gọc quay trủc cam[deg]
Ti ót d ió ỷn lổ u th ọn g [m m ^2 ] 0.09 0.08 0
Tiet dien luu thong[mm^2]
Hình 4-53 Đồ thị tiết diện lưu thông nhiên liệu e Thông số đường kính trung bình của hạt nhiên liệu
Duong kinh tia phun[mm]
Gọc quay trủc cam[deg]
0 Â ổồ ỡng k ờn h tia p hu n[ m m ]
Hình 4-54 Đồ thị giá trị đường kính trung bình của hạt nhiên liệu
Ta thấy đường kính hạt nhiên liệu lớn nhất khoảng 30 [ ] nhìn chung tia phun có đường kính hạt nhỏ, tơi và tương đối đều trong suốt quá trình phun Cuối quá trình phun đường kính hạt nhiên liệu lớn hơn làm cho quá trình đốt cháy diễn ra không kiệt, thất thoát nhiên liệu dư thừa ra ngoài Quá trình phun nhiên liệu diễn ra khoảng
20 0 GQTC. f Thông số góc côn của chùm tia phun
Goc con chum tia[deg]
Gọc quay trủc cam[deg]
G ọc c ọn c hu ỡm ti a[ de g]
Hình 4-55 Đồ thị giá trị góc côn của tia phun g Thông số chiều dài của tia phun
Gọc quay trủc cam[deg]
40 20 Đ ộ xu yê n th ấu ti a ph un [m m ] 40 0
Hình 4-56 Đồ thị giá trị độ xuyên thấu của tia phun
Góc côn của tia phun khoảng 32 0 và chiều dài tia phun L khoảng 38 [mm] Với buồng cháy dự bị thì góc côn và chiều dài của chùm tia nhiên liệu như trên là thích hợp.
4.10.2.6 Thông số đầu ra của sự rò rỉ qua khe hở kim phun và thân
Lư ợn g nh iê n liê ûu ro ì rỉ [m m ^3 ]
Gọc quay trủc cam[deg]
Hình 4-57 Đồ thị lượng nhiên liệu rò rỉ
Khe hở hướng kính giữa kim phun và thân là 4 [ ] nên trong quá trình phun dưới áp suất rất cao làm đẩy nhiên liệu đi qua khe hở này khoảng 0,0085 [mm 3 ] Sau một thời gian làm việc của kim phun thì khe hở này tăng lên, lượng rò rỉ tăng làm cho áp suất phun giảm, ảnh hưởng đến chất lượng phun nhiên liệu
4.10.3 Đánh giá chung về chất lượng phun nhiên liệu từ kết quả mô phỏng
Qua quá trình mô phỏng ta đã thu được kết quả về các thông số cần thiết trong hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ Dongfeng S1100A Ta thấy áp suất phun nhiên liệu khoảng 20 [MPa], với động cơ đang khảo sát dùng buồng cháy ngăn cách nên áp suất phun như vậy là chấp nhận được Trong bảng thông số về đông cơ Dongfeng S1100A (bảng 3-1), áp suất phun nhiên liệu là: 12,745 0,49 [MPa] Áp suất mà ta mô phỏng có được đã lớn hơn nhiều, điều này có thể lý giải là do một vài thông số nhập vào cho quá trình mô phỏng chưa được chính xác với kết cấu thực, do chưa có thiết bị đo đạc chính xác, điều này cũng ảnh hưởng lớn đến kết quả thu được. Tia nhiên liệu được phun vào động cơ nhìn chung là đạt chất lượng Chùm tia có độ côn, chiều dài lớn tuy đường kính trung bình của hạt nhiên liệu chưa đồng đều lắm, điều này ảnh hưởng đến diễn biến quá trình cháy trong buồng cháy Hạt nhiên liệu cuối quá trình phun lớn sẽ làm cho sự đốt cháy không kiệt, tăng nồng độ khí thải ra môi trường.
Ta thấy lượng cung cấp nhiên liệu trên một chu trình khoảng bằng 58 [mm 3 ]. Theo công thức [g/kW.h] Tài liệu [1],ta tính được suất tiêu hao nhiên liệu bằng 268,46 [g/kW.h] So với suất tiêu hao nhiên liệu cho trong [bảng 3-1]250,2 [g/kW.h], ta thấy suất tiêu hao nhiên liệu đã tăng lên Do động cơ đã được sử dụng lâu năm nên các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu đã bị mài mòn đi chất lượng phun giảm xuống, nhiên liệu cháy không kiệt.
Đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng phun nhiên liệu
Thay đổi tốc độ trục cam
Cho cam hoạt động lần lượt ở tốc độ bằng 1000 [vòng/ phút]( đã mô phỏng ở trên) và tốc độ 700 [vòng/ phút], ta cho chạy mô phỏng thu được kết quả sau:
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 Â ổồ ỡng k ờn h tia p hu n[ m m ]
Gọc quay trủc cam[deg]
Hình 5-1 Đồ thị đường kính hạt với tốc độ trục cam khác nhau
G ọc c ọn c hu ỡm ti a ph un [d eg ]
Gọc quay trủc cam[deg]
Hình 5-2 Đồ thị góc côn chùm tia ứng với tốc độ trục cam khác nhau
Từ đồ thị trên ta thấy: khi giảm số vòng quay trục cam từ xuống thì đường kính trung bình của hạt nhiên liệu tăng lên, góc côn giảm xuống.
Lý do: khi giảm số vòng quay trục cam sẽ làm giảm tốc độ tịnh tiến đi lên của piston plunger nên lượng nhiên liệu tiết lưu qua khe hở đỉnh piston plunger tăng, qua đó làm giảm áp suất phun và giảm tốc độ dòng chảy qua lỗ vòi phun, kết quả sẽ làm tăng đường kính trung bình hạt nhiên liệu và làm giảm góc côn của chùm tia phun.
Thay đổi áp suất buồng cháy
Ta thay đổi áp suất buồng cháy bằng 35 [Bar] và cho chạy mô phỏng để xem xét độ ảnh hưởng đến chiều dài tia phun so với khi áp suất buồng cháy là 24,3 [Bar] ( đã mô phỏng trên).
0 5 10 15 20 25 30 35 40 Đ ộ xu yê n th ấu ti a ph un [m m ]
Gọc quay trủc cam[deg]
Ap suat buong chay 24,3[bar]
Ap suat buong chay 35 [bar]
Hình 5-3 Đồ thị chiều dài tia ứng với áp suất buồng cháy khác nhau
Từ đồ thị trên ta thấy: khi tăng áp suất buồng cháy từ 24,3 [Bar] lên 35 [Bar] thì chiều dài tia phun giảm xuống.
Lý do: khi tăng áp suất buồng cháy tức làm tăng sức cản của môi trường phun nhiên liệu, nên làm giảm động năng của các hạt nhiên liệu khi nhiên liệu được phun ra; vì vậy chiều dài (hay độ xuyên thấu) của tia nhiên liệu bị ngắn lại.