Ứng dụng phần mềm AVL Boost Hydsim mô phỏng hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santafe/ $cNguyễn Xuân Trường, Đặng Lê Nguyên Vũ; Lý Vĩnh Đạt (Giảng viên hướn

TỔNG QUAN

Lý do chọn đề tài

Công nghệ động cơ Diesel đã tiến bộ vượt bậc trong những năm gần đây Hệ thống nhiên liệu Common Rail đóng vai trò quan trọng trong động cơ Diesel hiện đại, nó có khả năng tăng hiệu suất động cơ, giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm khí thải Việc nghiên cứu và mô phỏng hệ thống này giúp hiểu sâu hơn về cách nó hoạt động và cách nó cải thiện hiệu suất động cơ

AVL Boost HydSim là một phần mềm chuyên dụng cho việc mô phỏng hệ thống này, được tin tưởng sử dụng bởi các kỹ sư và nhà nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực Việc hiểu rõ cách sử dụng phần mềm này để ứng dụng mô phỏng hệ thống nhiên liệu Common Rail sẽ giúp phát triển kỹ năng kỹ thuật và tăng cường khả năng tương tác với công nghệ ô tô tiên tiến

Với những tiến bộ trong công nghệ, hệ thống nhiên liệu Common Rail có thể xuất hiện trong nhiều loại động cơ khác nhau Hiểu rõ về cách nó hoạt động và cách mô phỏng có thể giúp áp dụng trong các ứng dụng khác nhau, cũng như có thể phát triển công nghệ này hơn nữa trong tương lai

Cuối cùng, việc nghiên cứu và mô phỏng hệ thống nhiên liệu Common Rail cũng giúp hiểu rõ hơn về những khó khăn mà các nhà sản xuất ô tô và động cơ đang phải đối mặt trong việc phát triển công nghệ động cơ Diesel hiện đại Việc hiểu rõ những thách thức này sẽ giúp trở thành một kỹ sư hoặc chuyên gia về động cơ Diesel có năng lực cao hơn Vì lí do đó, nhóm em thực hiện đề tài “ứng dụng phần mềm AVL Boost HydSim mô phỏng hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santafe”.

Mục tiêu của đề tài

Kể từ khi được tạo ra, động cơ Diesel đã trải qua những cải tiến không ngừng để tăng hiệu suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải ra môi trường Một yếu tố quan trọng dẫn đến hiệu suất và chất lượng đốt cháy trong động cơ Diesel là hệ thống phun nhiên liệu cao áp Sự tối ưu của quá trình cháy được đảm bảo bởi việc cung cấp nhiên liệu vào buồng cháy đúng thời điểm và với chất lượng tia phun phù hợp Do đó, nghiên cứu và tối ưu hóa hệ thống nhiên liệu luôn được các nhà sản xuất và nghiên cứu ô tô quan tâm

Sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực công nghệ hiện nay đã giúp thúc đẩy quá trình cải tiến hệ thống nhiên liệu hiệu quả hơn Các phần mềm mô phỏng và tính toán đã giúp rút ngắn thời gian và công sức, đồng thời mang lại kết quả rất chính xác

Trong số các phần mềm chuyên ngành động cơ diesel, một phần mềm được chọn để tìm hiểu và áp dụng là phần mềm AVL Boost Hydsim Qua việc mô phỏng, ta có thể đánh giá tầm ảnh hưởng của các thông số kết cấu, điều kiện biên và điều kiện vận hành đến chất lượng phun nhiên liệu Điều này tạo tiền đề cho việc thiết kế, chế tạo và cải thiện hệ thống nhiên liệu để nâng cao hiệu suất phun nhiên liệu cho động cơ

Phần mềm AVL Boost Hydsim được xây dựng dựa trên lý thuyết động lực học và dao động chất lỏng của các hệ thống đa phần tử Nó cho phép kết nối biểu đồ và nhập thông số của các thành phần, từ đó thu thập và phân tích thông số liên quan đến việc phun nhiên liệu, khảo sát và kiểm nghiệm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trong đề tài này, nhóm chúng em tập trung vào nghiên cứu phần mềm AVL Boost Hydsim và hệ thống nhiên liệu của động cơ D4HB trên xe Hyundai Santafe 2014

Sau khi đã tìm hiểu rõ về phần mềm AVL Boost Hydsim, chúng em sẽ đi vào việc mô phỏng hệ thống nhiên liệu của động cơ D4HB, từ đó đưa ra được những phân tích, nhận xét về hệ thống nhiên liệu Common Rail nói chung và hệ thống nhiên liệu trên xe Hyundai Santafe 2014 nói riêng

Việc thực hiện nghiên cứu được gói gọn trong việc xây dựng mô phỏng hệ thống nhiên liệu trên xe Hyundai Santafe 2014 bằng phần mềm AVL Boost Hydsim căn cứ các số liệu giả định và thực tế mà nhóm đã thao khảo được.

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tra cứu và biên dịch tài liệu

- Phương pháp phân tích, đánh giá và tổng hợp

- Phương pháp mô hình hóa, mô phỏng

- Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia.

Nội dung nghiên cứu

Đề tài bao gồm 5 chương:

- Chương 1 Tổng quan: Chương này nhóm chúng em sẽ nêu lên lý do tiếp cận đề tài và mục tiêu của nhóm hướng đến

- Chương 2 Khái quát về hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ Hyundai Santafe: Chương này nhóm chúng em mô phỏng động cơ trên phần mềm và liệt kê cấu tạo, các thành phần có trong hệ thống Common Rail

- Chương 3 Phần mềm AVL Boost Hydsim: Chương này nhóm sẽ giới thiệu và hướng dẫn cách sử dụng phần mềm

- Chương 4 Ứng dụng AVL Boost Hydsim mô phỏng hệ thống Common Rail trên động cơ Hyundai Santefe: Chương này nhóm chúng em tạo mô hình Common Rail trên phần mềm, tiến hành thực nghiệm các trường hợp mà nhóm đã giả lập và đánh giá các kết quả mà nhóm đã thu thập được

- Chương 5 Kết luận và kiến nghị: Chương này nhóm sẽ trình bày hạn chế và hướng phát triển đề tài ngoài ra còn có các kiến nghị đến khoa liên quan đến đề tài.

KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL ĐỘNG CƠ HYUNDAI SANTAFE

Khái quát về động cơ D4HB

Động cơ Diesel 2.2L Hyundai D4HB hay 2.2 CRDi được lắp ráp tại Hàn Quốc từ năm 2009 và được lắp đặt trên nhiều mẫu xe ăn khách như Sorento, Santafe hay Carnival

Vật liệu làm thân máy động cơ D4HB là gang graphit được nén chặt cung cấp độ bền cao hơn, nó cũng giúp giảm rung và tăng hiệu suất hệ thống truyền lực lên tới 15% Để giảm rung, có một trục cân bằng thấp hơn được lắp bên trong vỏ khung ,thang cứng được gắn ở phía dưới cùng của khối động cơ 2.2 CRDi Đầu 16 van DOHC mới có thiết kế nhẹ với trục cam kép dẫn động bằng xích để giảm rung ở tốc độ RPM cao hơn Hệ thống van được trang bị bộ cam thủy lực (không cần điều chỉnh khe hở) Động cơ sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp Common Rail (CRDi) thế hệ thứ 3 của Bosch với kim phun điện tử tạo ra áp suất rất cao (lên đến 1800 bar) Để khai thác công suất tối đa và giảm thiểu hiệu ứng trễ turbo, động cơ 2.2 CRDi được trang bị bộ tăng áp biến thiên hình học được quản lý điện tử (e-VGT) Để đáp ứng các quy định khí thải ngày càng hướng đến tính bảo vệ môi trường (Euro 5 và tiếp theo) ngoài hệ thống tuần hoàn khí thải, các kỹ sư cũng phải giải quyết các câu hỏi giảm trọng lượng, sử dụng vật liệu nhựa cho một vài linh kiện để tăng khả năng cạnh tranh

Các kỹ sư của Hyundai đã sử dụng nhựa để làm mỏng Có nắp đầu xi-lanh bằng nhựa, vỏ bộ lọc dầu, ống nạp để giảm trọng lượng mà vẫn giữ được độ bền – điều này cũng giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu

Các quy định Euro 5+ nghiêm ngặt hơn yêu cầu động cơ phải lắp đặt DPF và hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR)

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật động cơ D4HB

STT Các thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

1 Tên động cơ D4HB 4 xy lanh, 4 kỳ

2 Số vòng quay lớn nhất N [v/ph] 3800

4 Đường kính xy lanh D [mm] 85.4

6 Phương thức bôi trơn Bằng dầu

7 Phương thức làm nguội Làm mát bằng nước

Hệ thống Common Rail trên xe Hyundai Santafe

Hình 2.1 Hệ thống Common Rail trên động cơ Diesel 2.2l của Hyundai Santafe

Bảng 2.2 Thông số động cơ

Dung tích xi lanh (cc) 2.199 Đường kính xi lanh và hành trình piston (mm) 85,4 x 96,0

Công suất cực đại (kw/rpm) 147 (197 ps)/3.800

Mô men xoắn cực đại (Nm/rpm) 440(325 lb - ft)/1.800-3.500

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống Common rail trên xe Hyundai Santafe

1.Cảm biến lưu lượng khí nạp; 2.ECM; 3.Bơm cao áp; 4.Ống phân phối; 5.Các kim phun; 6.Cảm biến vị trí trục khủy; 7.Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 8.Lọc nhiên liệu; 9.Cảm biến vị trí bàn đạp ga;

 Hệ thống Common rail có thể được phân ra làm các phần:

Hình 2.3 Các bộ phận của hệ thống Common Rail

1.Thùng nhiên liệu; 2.Lọc thô; 3.Bơm nhiên liêu; 4.Lọc tinh; 5.Các đường ống áp suất thấp; 6.Bơm cao áp; 7.Các đường ống áp suất cao; 8.Ống phân phối;9.Kim phun;

Cấu tạo hệ thống nhiên liệu Common Rail Động cơ Hyundai Santafe 7 1 Thùng nhiên liệu

Thùng nhiên liệu là nơi chứa và duy trì nhiên liệu, đảm bảo rằng luồng nhiên liệu sẽ được cung cấp một cách liên tục và ổn định đến các bộ phận khác của hệ thống

Trong hệ thống Common Rail, vị trí thùng nhiên liệu thường nằm ở sau xe, thùng nhiên liệu được chế tạo từ vật liệu chống ăn mòn và chịu được áp suất cao để đảm bảo an toàn và hoạt động tốt trong quá trình vận hành

Hình 2.4 Cấu tạo lọc nhiên liệu 1.Nắp bầu lọc; 2.Đường dầu vào; 3.Phần giấy lọc; 4.Bọng chứa dầu sau khi lọc; 5.Phần chứa nước có lẫn trong dầu; 6.Thiết bị báo mực nước trong bầu; 7.Đường dầu ra;

Việc lọc nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các thành phần của hệ thống và đảm bảo hiệu suất và độ bền của động cơ Bộ lọc chất rắn và bộ lọc nước là hai loại bộ lọc chính được sử dụng để loại bỏ tạp chất và nước không mong muốn

2.3.1 Bơm cung cấp nhiên liệu

Bơm có nhiệm vụ cung cấp áp suất cao và đáng tin cậy để đẩy nhiên liệu đến các béc phun của động cơ Bơm nhiên liệu hoạt động điện tử và được điều khiển bởi hệ thống điện tử của xe Nó đảm bảo nhiên liệu được phun vào đúng thời điểm và với áp suất chính xác

Hình 2.5 Cấu tạo bơm cung cấp

1.Vỏ; 2.Đường nhiên liệu vào; 3.Con lăn; 4.Cuộn dây tạo từ; 5.Chổi than; 6.Rotor; 7.Van giới hạn áp suất; 8.Đường nhiên liệu ra; 9.Van một chiều; 10.Đĩa bơm; 11.Vỏ đĩa;

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây tạo từ Rotor bơm được kích hoạt và bắt đầu quay Đặc biệt đĩa quay được thiết lập lệch tâm so với rotor bơm, tạo ra một tác động đặc biệt cho cơ chế hoạt động

Trên bề mặt của đĩa, chúng ta có thể thấy rất nhiều rãnh được khắc sâu Điều đặc biệt là mỗi rãnh được trang bị một con lăn có khả năng di chuyển tự do Điều này tạo ra một hệ thống độc đáo trong quá trình hoạt động của bơm

Khi nguồn nhiên liệu được hút thông qua một khe hở đường nạp, buồng bơm bắt đầu hoạt động Buồng bơm được hình thành từ không gian giữa vỏ đĩa bơm, đĩa quay và các con lăn Quá trình làm việc này là một sự kết hợp khéo léo giữa các thành phần để đảm bảo hiệu suất tối đa của bơm

Khi rotor bơm quay và kéo theo đĩa bơm, sự lực quán tính xuất hiện Lực này làm cho các con lăn bị đẩy ra và áp sát vào vỏ đĩa Do áp lực này, nhiên liệu trong buồng bơm bị đẩy ra một cách mạnh mẽ, đi qua các rãnh và cuối cùng được đưa ra ngoài

Hình 2.6 Bơm cao áp CP4.1 Động cơ Hyundai Santafe D4HB sử dụng loại bơm cao áp CP4.1 của Bosch, được giới thiệu vào năm 2000 để bắt đầu công việc nghiên cứu Sau loạt bơm cao áp CP3, loại bơm cao áp tiếp theo được đặt tên là CP4, dự án này được hoàn thành vào mùa hè năm 2003 Thử nghiệm trên máy kéo dài 2.000 giờ của bơm cao áp CP4 được thực hiện vào mùa hè năm 2005.Bắt đầu sản xuất thử nghiệm vào đầu năm 2006 Bosch tự tin vào độ an toàn của bơm cao áp thế hệ mới của họ, chiếc Audi R10 TDI, người chiến thắng trong cuộc đua Le Mans 2006, đã được trang bị loại bơm này

Hình 2.7 Cấu tạo của bơm cao áp CP4.1

So với thế hệ trước, thiết kế của bơm đã được đơn giản hóa bằng cách giảm số lượng thành phần và vỏ của bơm được làm bằng nhôm Nhiên liệu cao áp được hình thành trong bơm và là dòng chảy trực tiếp qua đường ống cao áp đến ống phân phối dẫn nhiên liệu áp suất cao Piston được điều khiển bởi một con lăn cam Tốc độ dòng chảy của bơm được điều chỉnh bởi van định lượng nằm trong thân bơm Bơm có lắp mặt bích và một bánh răng trên trục bơm Điều này làm cho việc lắp bơm vào khối động cơ và chuyển ổ đĩa từ bánh răng dễ dàng hơn Thông qua van định lượng, nhiên liệu đi vào vùng áp suất cao của động cơ Các cam của trục truyền động dẫn động pít tông bơm theo chuyển động tịnh tiến Với chuyển động quay trở lại của pít tông, thể tích của buồng nén tăng lên Vì lý do này, áp suất trong buồng nén giảm xuống so với áp suất của nhiên liệu trong vỏ bơm Áp suất chênh lệch này làm cho van nạp mở ra và nhiên liệu chảy vào buồng nén Sau khi pít tông bắt đầu di chuyển về phía trước, áp suất trong buồng nén tăng lên và van đầu vào đóng lại Ngay khi áp suất trong buồng nén vượt quá áp suất trong đường ray, van xả (kiểm tra) sẽ mở ra và nhiên liệu bắt đầu chảy vào đường ray Van định lượng nhiên liệu được tích hợp trong bơm cao áp Nó kiểm soát việc cung cấp nhiên liệu cho mạch áp suất cao tùy thuộc vào nhu cầu của động cơ

 Áp suất tối đa của CP4 là 1800 bar

 Hành trình piston: phụ thuộc vào kích thước cam, giá trị tối đa: 7,5 mm

 Thể tích hành trình của một phần tử định lượng (giá trị tối đa): 248 mm3

 Tỷ lệ truyền động của trục nạp và trục chính của động cơ đối với động cơ 4 xi- lanh thẳng hàng: 1:1

 Truyền động trục bơm: có thể là truyền động đai, xích hoặc truyền động bánh răng

 Chất liệu vỏ bơm: nhôm

2.3.3 Kim phun CRI2-20 của Bosch được sử dụng trong động cơ D4HB

Thời điểm phun và lượng nhiên liệu phun vào xy lanh được điều khiển bởi các kim phun điều khiển điện

Hình 2.8 Cấu tạo kim phun a Kim phun đang đóng b Kim phun đang mở

1 Nhiên liệu hồi về; 2 Giắt nối điện; 3 Van solenoid; 4 Vị trí nhiên liệu được cấp đến từ ống phân phối; 5 Van bi; 6 Lỗ tiết lưu; 7 Lỗ cấp nhiên liệu; 8 Buồng điều khiển van; 9 Piston điều khiển van; 10 Nhiên liệu cấp đến lỗ tia; 11 Đót kim

Hoạt động của kim phun:

Theo tín hiệu từ ECM, kim phun sẽ tiếp nhận và di chuyển lên để phun nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ Nhiên liệu sẽ được phun vào buồng đốt dưới dạng sương nhẹ, gặp môi trường có nhiệt độ và áp suất cao trong buồng đốt, nhằm tránh va chạm trực tiếp với thành xi-lanh và đỉnh piston

Cấu trúc đặc biệt của buồng đốt được thiết kế để tạo điều kiện hòa trộn hơi nhiên liệu với không khí, trong một môi trường có áp suất và nhiệt độ cao, tạo thành một hỗn hợp tự bốc cháy

Nguyên lí hoạt động của hệ thống nhiên liệu Common Rail

Hình 2.12 Sơ đồ hệ thống Common Rail

Trong hệ thống Common Rail, cung cấp nhiên liệu và điều khiển phun nhiên liệu là quá trình quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả của động cơ Hệ thống này được chia thành: vùng áp suất thấp và vùng áp suất cao

Trong vùng áp suất thấp, bơm tiếp vận thuộc vào phần bơm cao áp trong hệ thống Nhiên liệu được bơm từ thùng chứa và đi qua bộ lọc nhiên liệu để loại bỏ cặn bẩn và tách nước Sau đó, nó được chuyển đến van điều khiển hút (SCV) được lắp trên bơm cao áp Nhiệm vụ của vùng áp suất thấp là hút và cung cấp nhiên liệu đến vùng áp suất cao

Trong vùng áp suất cao, nhiên liệu từ van SCV được đưa đến buồng bơm, nơi nó được bơm lên áp suất cao Sau đó, nhiên liệu được đưa ra qua ống dẫn cao áp và đi từ ống dẫn này đến các kim phun đã sẵn sàng Trong quá trình này, áp suất nhiên liệu được ECM tính toán dựa trên chế độ làm việc của động cơ thông qua tín hiệu từ các cảm biến ECM chịu trách nhiệm điều khiển van SCV để duy trì và kiểm soát áp suất nhiên liệu trong hệ thống Điều khiển phun nhiên liệu là một bước trọng để đảm bảo phun nhiên liệu vào buồng đốt đúng thời điểm và với lượng nhiên liệu phù hợp ECM tính toán thời điểm và lượng nhiên liệu cần phun ra cho từng chế độ làm việc của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến Sau đó, ECM gửi tín hiệu yêu cầu phun nhiên liệu đến ECU ECU có nhiệm vụ tăng điện áp từ 12V lên 85V để mở kim phun nhiên liệu có áp suất cao trong ống dẫn Khi kim phun mở, nhiên liệu được phun vào buồng đốt và quá trình phun kết thúc khi ECU ngừng cấp điện cho kim phun Thời điểm bắt đầu phun và lượng nhiên liệu phun ra được quyết định bởi ECM thông qua tín hiệu phun và thời gian phát tín hiệu phun ECM điều chỉnh thời điểm phun để đáp ứng yêu cầu của động cơ, và lượng nhiên liệu phun ra phụ thuộc vào thời gian ECM phát tín hiệu phun.

PHẦN MỀM AVL BOOST HYDSIM

Giới thiệu về phần mềm AVL Boost Hydsim

AVL Boost Hydsim là một phần mềm mô phỏng động cơ đa nhiên liệu và hệ thống nhiên liệu của hãng AVL Nó được sử dụng để phân tích và tối ưu hóa hiệu suất và khả năng hoạt động của động cơ nhiên liệu đa dạng như động cơ xăng, Diesel, khí tự nhiên nén (CNG), hỗn hợp ethanol, và nhiều loại nhiên liệu khác

Phần mềm AVL Boost Hydsim cung cấp một môi trường mô phỏng chính xác và linh hoạt cho các kỹ sư và nhà phát triển trong ngành công nghiệp ô tô và động cơ

Nó cho phép mô phỏng các quá trình quan trọng trong hệ thống nhiên liệu như hút nhiên liệu, phân phối nhiên liệu, phun nhiên liệu, cháy nhiên liệu và xả khí thải

Với AVL Boost Hydsim, người dùng có thể thay đổi các thông số động cơ và hệ thống nhiên liệu, như áp suất nhiên liệu, thời gian phun, hình dạng buồng đốt và các thông số khác để nghiên cứu và tối ưu hóa hiệu suất và tiêu thụ nhiên liệu của động cơ.

Mô hình không gian hai chiều 2D

3.2.1 Trình bày mô hình BOOST Hydsim

Hình 3.1 Giao diện chung của AVL BOOST HYDSIM

Mục đích của việc trình bày mô hình trong không gian hai chiều là cung cấp một cái nhìn tổng thể của hệ thống Một cách đơn giản, mỗi phần tử riêng biệt của hệ thống được trình bày bằng một biểu tượng trên màn hình Các biểu tượng này được kết nối bằng các liên kết màu đỏ hoặc màu xanh (tùy theo loại liên kết) Trong đó, mỗi màu của liên kết sẽ được thể hiện mỗi loại liên kết khác nhau gồm có: liên kết cơ khí , liên kết thủy lực và liên kết đặc biệt

3.2.2 Nhập thông số các phần tử Để nhập thông số, chúng ta nhấp đôi chuột trái vào biểu tượng được chọn hoặc có thể nhấp sáng biểu tượng bằng chuột trái, sau đó nhấp chuột phải để mở menu rồi chọn dòng tab “Properties”

Dữ liệu đầu vào sẽ phụ thuộc vào cấu hình hệ thống và tác vụ được chỉ định như standard run, restart, run với tối ưu hóa hoặc tính toán chuỗi Một tập hợp các tham số đầu vào cố định được liên kết với từng phần tử Một số thông số là tùy chọn (được cung cấp dưới dạng tích để chọn) Mỗi yếu tố được đặc trưng bởi một số ID và tên do người dùng xác định Tính chất lỏng và kết nối cơ học đòi hỏi đầu vào riêng biệt Hơn nữa, dữ liệu chung cho điều khiển tính toán phải được chỉ định

Mỗi phần tử có một tập hợp kết quả được xác định trước (nếu được người dùng chọn), được lưu trữ trên các tệp ASCII khác nhau Theo mặc định, dữ liệu và thông tin điều khiển được lưu trữ trên tệp GIDas Nội dung của nó có thể được mở trực tiếp với Case Explorer, được tích hợp trong bộ xử lý biểu đồ Để tối ưu hóa việc chạy chương trình, một tệp lịch sử tương tự cũng được tạo ra (tệp GAD) Đầu ra của kết quả là miền thời gian (mặc định) và miền của góc quay trục (nếu được chọn)

Kết quả mô phỏng điển hình cho các yếu tố thủy lực là: áp suất, nhiệt độ, tốc độ dòng chảy (tốc độ thể tích hoặc tốc độ khối lượng), tỷ lệ tích lũy (thể tích hoặc khối lượng), khu vực dòng chảy hình học và hiệu suất, dòng chảy / xả, khoang hơi Đối với các yếu tố cơ học, kết quả mô phỏng điển hình là: tỉ lệ vận tốc và gia tốc, lực động và mô-men xoắn, thông số động học

Việc xử lý của dữ liệu kết quả đầu ra (các trục đồ thị) được thực hiện bởi IMPRESSTM Chart (Biểu đồ hiển thị) của không gian làm việc AVL Biểu đồ hiển thị cho phép tạo các trục tự động linh hoạt bằng cách sử dụng các mẫu được xác định trước (được cung cấp với Boost Hydsim hoặc được thiết kế bởi người dùng), cũng như tạo tương tác của biểu đồ, sơ đồ

3.2.4 Bộ tiền xử lý (GUI)

Bộ tiền xử lý (GUI) cho phép người dùng:

• Xây dựng mô hình 2D của mô hình BOOST Hydsim

• Xác định các thuộc tính và thông số kỹ thuật khác

• Tạo dữ liệu biên tác động vào hệ thống (các tác động bên ngoài vào mô hình)

• Thực hiện tính toán (một hoặc nhiều lần chạy)

• Truy cập biểu đồ kết quả để đánh giá kết quả

• Truy cập PP3 cho ảnh động kim phun /vòi phun

Mục đích của biểu diễn 2D của mô hình Boost Hydsim là cung cấp hình ảnh theo định nghĩa của người dùng Về cơ bản, mỗi biểu tượng trên màn hình GUI đại diện cho một yếu tố cụ thể của hệ thống vật lý Các biểu tượng chứa các số liệu sơ đồ của các yếu tố Các biểu tượng được kết nối bằng các đường mũi tên màu xanh hoặc màu đỏ Đường màu xanh là kết nối thủy lực (hướng dòng chảy) và đường màu đỏ là kết nối cơ học (lò xo và/hoặc giảm chấn) Một số yếu tố có thể được kết nối bằng các đường màu xanh lá cây (kết nối đặc biệt) và bằng các đường màu cam (kết nối dây)

3.2.4.2 Xác định các thuộc tính và thông số kỹ thuật

Khi mô hình được xác định, các thuộc tính của các phần tử và kết nối cơ học cần được chỉ định Đối với điều này, chọn biểu tượng bằng nút chuột trái và nhấp vào nút phải để mở hộp thoại nhập của phần tử Ngoài ra, bằng cách mở các hộp thoại khác nhau từ thanh Menu, người dùng có thể chỉ định các điều kiện ban đầu, các tham số đầu ra mong muốn và xác định các thuộc tính khác liên quan đến phần tử Tính chất của các kết nối cơ học (đường màu đỏ) cũng được chỉ định theo cách tương tự Kết nối thủy lực (màu xanh), đặc biệt (màu xanh lá cây) và dây (màu cam) không có thuộc tính do người dùng xác định

3.2.4.3 Tạo dữ liệu tác động từ bên ngoài

Tất cả các tác động từ bên ngoài tác động vào hệ thống được chỉ định thông qua các yếu tố Boundary Về cơ bản, cả kích thích cơ học và thủy lực có thể được chỉ định dưới dạng chuyển vị, vận tốc, áp suất và dòng chảy là một hàm của thời gian hoặc góc quay trục

3.2.4.4 Thực hiện tính toán (chạy chương trình)

Chạy chương trình bằng cách nhấp vào Simulation → Run Thủ tục Run hoặc Restart thông thường sẽ được thực hiện Nếu màn hình chính hoặc hệ điều hành GUI không đưa ra bất kỳ thông báo lỗi nào thì BOOST Hydsim đã bắt đầu thực hiện mô hình Trong quá trình tính toán số lượng thông tin khác nhau, các thông báo cảnh báo và lỗi có thể được tạo ra bởi các tính toán nội bộ

Chúng sẽ lưu trữ trên tệp văn bản Simulation.out và có thể được xem bằng cách chọn Simulation → View Logfile

3.2.4.5 Truy cập kết quả tính toán IMPRESSTM Chart

IMPRESSTM Chart có thể được truy cập trực tiếp từ GUI để xem các kết quả tính toán được thể hiện thông qua các đồ thị 2D bằng cách chọn Simulation → Show Results IMPRESSTM Chart được sử dụng để đánh giá kết quả mô phỏng Boost Hydsim Theo mặc định, kết quả được vẽ là một hàm của thời gian và góc quay trục

(nếu được chọn) Tuy nhiên, bất kỳ tham số đầu ra nào cũng có thể được chọn làm miền đầu ra (trục x) Các tham số đầu ra mong muốn phải được chọn từ danh sách được xác định trước trong GUI thông qua lệnh Element → Store Results… Đối với các hệ thống phun nhiên liệu, các thông số đầu ra điển hình sẽ là chuyển động của kim và pít-tông, tốc độ và lượng nhiên liệu phun, áp suất trong đường dẫn nhiên liệu, buồng bơm và vòi phun….

Hệ thống đơn vị

AVL-Workspace chuyển đổi các giá trị đầu vào từ các đơn vị đầu vào (đơn vị do người dùng xác định trong “Vùng làm việc”) thành các đơn vị mô phỏng (đơn vị được sử dụng bên trong của phần mềm) Nói chung, các đơn vị mặc định sẽ được sử dụng cho các giá trị đầu vào, ta có thể ghi đè các đơn vị cho từng giá trị đầu vào riêng lẻ trong bất kỳ hộp thoại nào Đơn vị mặc định có thể được xác định trong hộp thoại Options → Units:

Hình 3.2 Hộp thoại đơn vị

SI: cài đặt trên các đơn vị SI mặc định

English Metric: cài đặt trên đơn vị số liệu tiếng anh mặc định

N-mm-s: cài đặt trên các đơn vị N-mm-s mặc định

Site: cài đặt được chia sẻ với tất cả người dùng

User: cài đặt cho người dùng cá nhân Để thay đổi các đơn vị đầu vào mặc định, mở rộng tệp đơn vị có liên quan và nhấp đúp vào đơn vị mong muốn Một điểm đánh dấu màu xám sẽ xuất hiện bên cạnh đơn vị

Hình 3.3 Hộp thoại đơn vị

Trợ giúp trực tuyến

Trợ giúp trực tuyến có sẵn cho các máy trạm LINUX thông qua Trình duyệt Netscape cho tất cả các hộp thoại Boost Hydsim Trên các nền tảng Windows (7, Windows 10 ) có thể truy cập trợ giúp trực tuyến thông qua Netscape và Internet Explorer.

Bắt đầu chương trình

3.5.1 Truy cập vào AVL Boost Hydsim

Từ menu Start → Programs hoặc nhấp đúp vào biểu tượng chữ B trên màn hình, một cửa sổ như Hình 3.4 sẽ xuất hiện Chuyển con trỏ vào biểu tượng một số tùy chọn sẻ hiện ra và chọn vào Boost Hydsim để mở màn hình chính của Boost Hydsim như trong hình bên dưới

Hình 3.4 Giao diện AVL Boost Hydsim

Hình 3.5 Màn hình làm việc của AVL Boost Hydsim

3.5.2 Bắt đầu tìm hiểu và sử dụng Boost Hydsim

Từ giao diện như Hình 3.5 tại đây chúng ta có thể thấy được một thanh công cụ chính với 10 nhóm lệnh chính để chúng ta giao tiếp với phần mềm.Chi tiết về các chức năng của từng công cụ được hể hiện trong bảng

Bảng 3.1 Công cụ trong Boost Hydsim

Menu Menu con Mô tả

Programs New Mở một phiên mới của Boost Hydsim

Exit Kết thúc một phiên làm việc

New Mở một phiên mới của của Boost Hydsim (xóa phiên hiện tại)

Open Mở một phiên đã lưu

Save Lưu phiên hiện tại

Save As Lưu phiên hiện tại với một tên khác

Size: Kiểm tra chiều của trang và xác định kích thước theo phần trăm của trang A4 tiêu chuẩn

Grid: Kiểm tra lưới hoạt động để bật lưới Kiểm tra lưới hiển thị cho thấy lưới trên trang Kích thước lưới xác định khoảng cách dọc và ngang giữa các điểm lưới

Offset: Xác định điểm bắt đầu của lưới từ góc trên bên trái của trang

Unit: Đặt tùy chọn đơn vị mm, cm, inch hoặc pt

Print Lưu phiên hiện tại vào tệp tin để in

Cắt, sao chép, dán và xóa các lệnh để tạo và thao tác các phần tử

Các mô-đun để xây dựng một hệ thống cơ sở dữ liệu trong đó các kết hợp phần tử khác nhau trong các mô- đun khác nhau có thể được lưu trữ

Chúng có thể được kết hợp thành một mô hình sau Với kiểu mô hình hóa này, công việc đầu vào có thể được giảm thiểu và việc kiểm tra các hệ thống bộ phận có thể được đơn giản hóa

Load Module: Chọn Mô-đun tải để mở hộp thoại chọn tệp trong đó mọi mô-đun đã lưu trước đó có thể được chèn vào mô hình thực tế bằng cách chọn tệp mô-đun (default-extension mod)

Save Module: Đầu tiên chọn một phần của mô hình trong vùng làm việc Cửa sổ chọn tệp sẽ mở để chỉ định tên tệp để lưu mô-đun (phần mở rộng mặc định m od) Các mô-đun được lưu với Save Module không được đưa vào thư mục

Save As User Module: Tiếp tục với lưu Mô-đun Thư mục lưu mô-đun người dùng được xác định trước là (AWS_USERHOME / client / tycon / lib / macro - trong đó AWS_USERHOME là biến môi trường)

Sau khi chỉ định tên tệp (phần mở rộng mặc định mod), chọn enter để xác nhận Cửa sổ Mô-đun lưu trử mở ra và người dùng chọn thư mục nơi mô- đun sẽ được đưa vào Tất cả người dùng có quyền xác định mô-đun người dùng

Save As Site Module: Tiếp tục với Save Module Thư mục lưu các mô-đun trang web được xác định trước là (AWS_SITEHOME / client / tycon / lib / macro - trong đó AWS_SITEHOME là một biến môi trường) Sau khi chỉ định tên tệp (phần mở rộng mặc định mod), chọn enter để xác nhận Cửa sổ saving module mở ra và người dùng chọn thư mục nơi môđun sẽ được đưa vào Chỉ người dùng có quyền viết trên AWS_SITEHOME mới có thể xác định mô- đun trang web (do bảo vệ tệp)

Create: Chọn hoặc kéo chuột qua các yếu tố cần thiết để nhóm lại với nhau

Break up: Rả nhóm các yếu tố của khối

All: Chọn mọi thứ trong vùng vực làm việc

All Elements: Chọn tất cả các thành phần từ element trong vùng làm việc

All Connections: Chọn tất cả các kết nối được sử dụng trong vùng làm việc

All Decorations: Chọn tất cả các yếu tố đồ họa trong vùng làm việc, ví dụ: hình chữ nhật, hình tròn, EPS, văn bản

Raise: Nếu các phần tử chồng lấp hoàn toàn hoặc một phần, sẽ đưa một phần tử lên nền trước bằng cách chọn nó

Lower: Phần tử được chọn sẽ làm nền

Group: Kết nối một số yếu tố đồ họa được chọn với nhau Bao quanh các thành phần đồ họa bằng một hình chữ nhật bằng con trỏ chuột Giữ nút chuột trái và nhấp vào Group Các yếu tố được chọn được nhóm vĩnh viễn theo yêu cầu

Ungroup: Hủy bỏ nhóm các yếu tố đồ họa

Element Properties Chỉ định các thuộc tính của phần tử được chọn

Initial ConGDItions Chỉ định các điều kiện ban đầu của phần tử được chọn

Store Results… Chỉ định tham số đầu ra cho phần tử được chọn

Modify… Chỉ định tham số có thể sửa đổi cho phần tử được chọn

Copying… Sao chép các thuộc tính phần tử từ một phần tử sang

Model Parameters… Chỉnh sửa tham số mô hình

Case Explorer… Xác định các biến thể tham số

Fluid Properties… Xác định tính chất chất lỏng

Solid properties… Xác định tính chất rắn toàn cầu

Cylinder Charge… Xác định tính chất nạp của xi lanh

Property Database… Xác định các thuộc tính chất lỏng trong

Spray Xác định dữ liệu cho liên kết đến FIRE

Simulation Run… Chạy chương trình

Restart… Khởi động lại (tính toán thêm) của hệ thống đã lưu trước đó

Xác định các thông số của mô phỏng Các bước thời gian có thể được xác định, khoảng thời gian mô phỏng và khoảng kết quả

Mode… Xác định nhiệm vụ tính cũng như xử lý kết nối không nhất quán

Search Adjust… Xác định các tham số để tối ưu hóa

Mở hộp thoại để xác định tham số ảnh động hoặc gọi PP3 để hiển thị hình động 3D của mô hình được tính toán

Status… Hiển thị trạng thái mô phỏng

Hiển thị thông tin, cảnh báo và thông báo lỗi từ các tính toán

Show Results Mở cửa sổ INPRESS TM Chart với thư mục mô hình bên phải

Xác định cài đặt trình công việc: hàng đợi, số lượng bộ xử lý cho mỗi công việc và số lượng công việc song song

Khóa các hộp thoại thuộc tính cho các thành phần cho các khung nhìn mô hình được đơn giản hóa và được bảo vệ

Frame Đặt các yếu tố đồ họa được sử dụng để bố trí trang, ví dụ: hình chữ nhật (khung), logo và các yếu tố văn bản None: Xóa khung khỏi trang

AVL Report: Khung AVL tiêu chuẩn theo chiều dọc AVL Report Landscape: Khung AVL tiêu chuẩn theo chiều ngang

Customer Report Landscape: Kung AVL tiêu chuẩn cho báo cáo hóa đơn

Cài đặt tùy chỉnh của khung hiện tại Chỉ định văn bản và logo khách hàng cho khung

Units Được sử dụng để hiển thị và thiết lập các đơn vị được sử dụng

Help Contents Hỗ trợ trực tuyến

Manuals Truy cập hướng dẫn sử dụng Boost Hydsim ở định dạng PDF

About Thông tin tóm tắt về bản phát hành Boost Hydsim hiện tại

Ngoài thanh công cụ chính trên để thuận tiện cho người dùng trong lúc mô phỏng một thanh công cụ phụ cũng được tạo ra ngay phía dưới thanh công cụ chính (Hình 3- 6)

Hình 3.6 Thanh công cụ phụ trong BOOST Hydsim

− New : Bắt đầu một phiên mới

−Open : Mở phiên đã lưu

−Save : Lưu phiên hiện tại

−Print : Gửi phiên hiện tại của cửa sổ đến máy in hoặc lưu vào tệp tin mô tả

− Các lệnh soạn thảo tiêu chuẩn như: Cut , Copy , Paste , Delete , Select … để tạo và thao tác với vùng làm việc

− Hydraulic , Mechanical , Special , Wire : để kết nối các phần tử với nhau

−Model Parameters , Case Explorer , Simulation Control , Run

Simulation ,Simulation Status : giúp kiểm soát các thông số, trạng thái, tiến hành tính toán model

3.5.2.2 Thư viện các phần tử

Boost Hydsim có 19 nhóm phần tử chính như Hình 3.7

Hình 3.7 Phần tử trong AVL BoostHydsim

Bảng 3.2 Element trong Boost Hydsim

Xác định áp lực lên các kết nối bên ngoài

Xác định tốc độ dòng chảy trên các kết nối bên ngoài

Xác định tọa độ hoặc vận tốc trên các kết nối bên ngoài

Xác định tọa độ / vận tốc và áp suất và / hoặc tốc độ dòng chảy trên các kết nối bên ngoài của hệ thống

Xác định cấu hình cam bằng cách theo dõi tốc độ hoặc dữ liệu nâng

Xác định một tấm cam của bơm phun loại nhà phân phố bằng dữ liệu gia tốc năng

Xác định một cánh tay đòn

Xác định một cánh tay đòn được nâng bằng cam Nó bao gồm một bảng thông số cam theo tọa tọa độ trung tâm

Xác định một cam dạng truyền động nối tiếp Nó bao gồm dữ liệu cam trong tọa độ góc

Xác định khối lượng gộp (có hai DOF)

Xác định trục cứng hoặc đàn hồi (cứng - với ba DOF)

Xác định một piston tiêu chuẩn (thủy lực)

Xác định một piston thiết bị phun chia Pít-tông SID được sử dụng để định hình tốc độ phun nhiên liệu

Xác định một khối lượng tiêu chuẩn

Xác định một thể tích với các bức tường tuân thủ (hình trụ hoặc hình cầu)

Xác định thể tích hai pha (hỗn hợp chất lỏng-khí)

Xác định một đường thẳng (ống) Lời giải của phương trình đường thẳng (không có tổn thất ma sát) là d'Alembert Phương trình ma sát được xác định thông qua giảm chấn xung áp lực theo kinh nghiệm

Xác định một đường thẳng (ống) có dạng tròn Lời giải của phương trình đường được lấy bằng phép biến đổi Laplace (Kroller) Các tổn thất ma sát không cố định được tính theo phương pháp Melcher

Case Explorer

Case Explore giúp thiết lập các trường hợp tính toán khác nhau (áp suất, kích thước cấu tạo…) trên cùng một model.Để mở case explorer ta chọn Model → Case Explorer hoặc chọn trên thanh công cụ phụ

Hình 3.15 Hộp thoại Case Explorer Để hoàn thành việc tạo thêm các case cho model chúng ta sẽ tiến hành thông qua

2 bước: một là, tiến hành định dạng biến toàn cục (global) cho các biến này và hai là tiến hành hành tạo các case mới dựa trên các biến toàn cục bạn đã xác định trước đó

3.6.1 Định dạng một biến ngẫu nhiên thành biến toàn cục

Hình 3.16 Hộp thoại định dạng biến

Biến toàn cục là biến mà giá trị của nó có hiệu lực trong cả model

Biến cục bộ là biến mà giá trị của nó chỉ có hiệu lực trong một element đó

Mỗi biến sẽ có một tên khác nhau và người dùng đặt và nó bao gồm các ký tự là chữ, số và dấu gạch nối dưới chân “_” không chứa các ký tự đặc biệt Tên biến còn có sự khác biệt giữa chữ viết in hoa và in thường Để định dạng một biến ngẫu nhiên thành biến toàn cục ta nhấp chuột phải vào tên của biến đó hoặc nhấp vào hình mũi tên góc ở phía dưới bên phải của biến đó, một cửa sổ con sẽ xuất hiện lên như trong Hình 3-16,chọn vào Assign new parameter (global) hệ thống sẽ yêu cầu bạn đặt tên cho biến này thông qua một của sổ nhỏ được hiện ra như hình:

Sau khi nhập xong tên biến ta chọn OK như vậy đã tạo xong một biến toàn cục với tên như trong hình là “Eng_Speed” Để kiểm soát các biến này ta chọn Model → Parameters hoặc trên thanh công cụ phụ

Hình 3.18 Hộp thoại Model Parameters

Lưu ý, một số biến sau khi được định dạng thành biến toàn cục hoặc cục bộ thì không thể nhập giá trị của biến trực tiếp Để trả một biến về trạng thái ban đầu click vào Unassign Parameter Để biết thêm ứng dụng của biến toàn cục có thể tham khảo qua mục Help

Từ giao diện làm việc của Case Explorer tạo một case mới bằng cách nhấp vào các case mới sẽ được tạo ra như hình:

Hình 3.19 Hộp thoại case explorer

Ta có thể đặt tên các case theo ý muốn của mình bằng cách nhấp chuột vào tên case

“case 1” và có thể tạo một thư mục mới để chứa các case mình muốn bằng cách chọn vào biểu tượng và sử dụng để xóa các case Để thêm các biến toàn cục vào để điều khiển ta nhấp vào cửa sổ Parameter

Group Editor sẽ xuất hiện Tất cả các biến toàn cục trong model sẽ suất hiện trong cột Unused Parameters, để chuyển các biến này qua cột User Parameters làm như sau: chọn vào tên biến trong cột Unused Parameters, sau đó chọn vào biến số sẽ tự động chuyển qua cột User Parameters

Hình 3.20 Thêm biến vào case

Lưu ý: Khi trong model của mình có nhiều case thì nên chạy chương trình bằng lệnh

Simulation → Run để có thể chạy số case mà mình mong muốn, nút chỉ chạy được một case theo mặc định Đối với các thông số thời gian đóng của Solenoid (Time_Close) và áp suất đầu ra kim phun (Press_Cyl) ta cũng làm tương tự như hình sau:

Hình 3.21 Tổng hợp các biến thay đổi

ỨNG DỤNG AVL BOOST HYDSIM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

Mô hình mô phỏng hệ thống nhiên liệu Common Rail của động cơ

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu

Nhấp đôi vào phần tử "Cam" trong mục "Element", sau đó nhấp đôi vào phần tử

"Cam profile" Một biểu tượng của phần tử "Cam profile" sẽ xuất hiện ở góc trên bên trái của cửa sổ "Không gian làm việc - Workspace Window" Giữ chuột trái và di chuyển biểu tượng này Sau đó, đổi tên phần tử thành "Cam lồi"

Hình 4.2 Mô hình vật lý bơm cao áp

Thực hiện các bước tương tự:

+ Phần tử "Piston plunger" từ nhóm "Pump/piston plunger"

+ Phần tử "Rò rỉ" từ nhóm "Leakage/annular gap"

+ Phần tử "Bơm cung cấp" từ nhóm "Boundary/pressure/temperature"

+ Phần tử "Buồng áp suất trước/sau van cao áp" từ nhóm "Volume/Standard" + Phần tử "Buồng điều khiển thể tích" từ nhóm "Volume/Standard"

+ Phần tử "Đường ống dẫn" từ nhóm "Line/Laplace transform"

+ Phần tử "Van đầu vào" từ nhóm "Valve/Check Poppet"

+ Phần tử "Van đầu ra" từ nhóm "Valve/Check Ball"

+ Phần tử "Van Solenoid" từ nhóm "Orifice/Standard"

Hình 4.3 Mô hình mô phỏng bơm cao áp

4.1.2 Khối đường ống cao áp

Tạo phần tử “Đường ống cao áp” từ nhóm “Line/Laplace transform”

Hình 4.4 Mô hình vật lý ống cao áp

Hình 4.5 Mô hình mô phỏng ống cao áp

Hình 4.6 Mô hình vật lý kim phun

+ Tạo phần tử “Buồng chia thể tích, buồng thể tích vòi phun, điều khiển thể tích, thể tích tràn, buồng thể tích van” từ nhóm “Volume/Standard”

+ Tạo phần tử “Lỗ vòi phun, lỗ dọc thân” từ nhóm “Line/Laplace transform” + Tạo phần tử “Đo lưu lượng đầu vào/ra, van tiết lưu” từ nhóm “Orifice/Standard” + Tạo phần tử “Van Solenoid” từ nhóm “Throttle/Time - Controlled (Switch)”

+ Tạo phần tử “Rò rỉ của piston, rò rỉ của kim phun và thân vòi phun” từ nhóm

+ Tạo phần tử “Kim phun” từ nhóm “Needle/Standard”

+ Tạo phần tử “Vòi phun” từ nhóm “Nozzle/VCO (basic model)”

+ Tạo phần tử “Lò xo kim phun” từ nhóm “Boundary/Mechanical”

+ Tạo phần tử “Thùng nhiên liệu” từ nhóm “Boundary/Pressure

+ Tạo phần tử “Piston” từ nhóm “Piston/Standard”

Hình 4.7 Mô hình mô phỏng kim phun

Tạo phần tử “Biên áp suất của buồng cháy” từ nhóm “Boundary/Pressure”

Hình 4.8 Mô hình vật lý buồng đốt Hình 4.9 Mô hình mô phỏng buồng đốt

4.1.5 Kết nối các phần tử thành mô hình mô phỏng hệ thống nhiên liệu

Sau khi kết nối các khối mô hình lại thì ta được mô hình 2D mô phỏng hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ Hyundai Santafe 2014

Hình 4.10 Mô hình mô phỏng hệ thống nhiên liệu

4.2 Nhập các thông số vào phần tử

4.2.1 Nhập dữ liệu cho các phần tử của bơm cao áp

Nhập dữ liệu cho phần tử Feed

Hình 4.11 Dữ liệu phần tử Feed

Các dữ liệu đầu vào cần nhập của phần tử này:

+ Thời gian/góc quay cho việc bắt đầu tính toán: 0 (s)

+ Hệ số tỉ lệ theo cột đầu tiên: 1

+ Áp suất nhiên liệu: p = 3 (bar)

Nhập dữ liệu cho phần tử Tube Line

Hình 4.12 Dữ liệu phần tử Tube Line

+ Độ dài đường ống: 8 (mm)

+ Đường kính thủy lực: 2.1 (mm)

Chú ý: ta chọn “ Melcher (non-stationary)” ở hộp thoại “Friction Losses”

Nhập dữ liệu cho phần tử Valve Volume

Hình 4.13 Dữ liệu phần tử Valve Volume

+ Thế tích ban đầu: 1200 (mm 3 )

Nhập dữ liệu cho phần tử Solenoid Vavle

Hình 4.14 Dữ liệu phần tử Solenoid Vavle

+ Chọn diện tích mặt cắt ngang: Ống là 4.6 (mm 2 ), diện tích mặt bướm ga là 0.5 (mm 2 )

+ Số dòng chảy giới hạn: 1000

+ Hệ số cản dòng chảy: 1.83

Nhập dữ liệu cho phần tử Inlet Volume

Hình 4.15 Dữ liệu phần tử Inlet Volume

Nhập dữ liệu cho phần tử Outlet Volume

Hình 4.16 Dữ liệu phần tử Outlet Volume

Nhập dữ liệu cho phần tử Control Volume

Hình 4.17 Dữ liệu phần tử Control Volume

Nhập dữ liệu cho phần tử Inlet Valve

Hình 4.18 Dữ liệu phần tử Inlet Valve

+ Khối lượng chuyển động (thân van + 33% khối lượng lò xo): m = 80 (g) + Độ nâng cực đại của thân van: 2.5 (mm)

+ Hệ số cản tại đế van: 1.64

+ Áp suất để đóng/mở: 0.1 (bar)

+ Đế van: Đường kính 6 (mm), 1/2 góc: 30 (độ)

+ Đường kính van tiết lưu đầu vào: 6 (mm)

+ Hệ số cản đầu vào: 0.5

+ Lò xo van: Độ cứng là 3630 (N/m), hệ số giảm chấn là 1 (N.s/m)

+ Đế thân van: Độ cứng là 2.5*10 8 (N/m), hệ số giảm chấn là 700 (N.s/m)

+ Điểm dừng thân van: Độ cứng là 2.5*10 8 (N/m), hệ số giảm chấn là 700 (N.s/m)

Nhập dữ liệu cho phần tử Outlet Valve

Hình 4.19 Dữ liệu phần tử Outlet Valve

+ Khối lượng chuyển động (thân van + 33% khối lượng lò xo): m = 100 (g) + Đường kính van bi: 4 (mm)

+ Độ nâng cực đại của van bi: 2 (mm)

+ 1/2 góc của đế van: 45 (độ)

+ Hệ số cản tại đế van: 1.83

+ Áp suất để đóng/mở: 2100 (bar)

+ Đường kính van tiết lưu đầu vào/đầu ra: 6 (mm)

+ Hệ số cản đầu vào/đầu ra: 0.5

+ Lò xo van: Độ cứng là 56200 (N/m), hệ số giảm chấn là 5000 (N.s/m)

+ Đế thân van: Độ cứng là 4*10 8 (N/m), hệ số giảm chấn là 4000 (N.s/m)

+ Điểm dừng thân van: Độ cứng là 4*10 8 (N/m), hệ số giảm chấn là 4000 (N.s/m)

Nhập dữ liệu cho phần tử Pump Plunger

Hình 4.20 Dữ liệu phần tử Pump Plunger

+ Đường kính của bơm plunger: 6 (mm)

+ Áp suất trong buồng cam: 400 (bar)

+ Lò xo bơm plunger: Tải ban đầu là 400 (N), độ cứng là 6000000 (N/m), hệ số giảm chấn 1500 (N.s/m)

Nhập dữ liệu cho phần tử Pump Leakage

Hình 4.21 Dữ liệu phần tử Pump Leakage

+ Chiều dai khe hở ban đầu: 37.5 (mm)

+ Đường kính khe hở: 0.002 (mm)

Nhập dữ liệu cho phần tử Pump Spring

Hình 4.22 Dữ liệu phần tử Pump Spring

+ Lựa chọn hướng là hướng x

Nhập dữ liệu cho phần tử Cam Profile

Hình 4.23 Dữ liệu phần tử Cam Profile

+ Tỉ số truyền hộp số và tốc độ tham chiếu: 1

+ Bán kính của vòng tròn cam cơ sở: 30 (mm)

+ Bán kính con lăn: 20 (mm)

+ Tốc độ theo dõi ban đầu tại 1000 vòng/phút: 0 (m/s)

+ Hệ số tỉ lệ cho cốt thứ nhất: 1

Bảng 4.1 Độ nâng cam lồi

Góc quay cam φ(độ) Độ nâng cam

4.2.2 Đối với đường ống cao áp (Common Rail)

Hình 4.24 Dữ liệu các phần tử đương ống cao áp

+ Chiều dài đường ống: 200 (mm)

4.2.3 Nhập dữ liệu đầu vào cho các phần tử của kim phun

Nhập dữ liệu cho phần tử Fuel Tank

Hình 4.25 Dữ liệu phần tử Fuel Tank

+ Thời gian/góc quay liên quan đến việc bắt đầu tính toán: 0 (s)

+ Áp suất nhiên liệu: p = 150000 (Pa)

Nhập dữ liệu cho phần tử Cylinder Pressure

Hình 4.26 Dữ liệu phần tử Cylinder Pressure

+ Thời gian/góc quay liên quan đến việc bắt đầu tính toán: 0 (s)

+ Áp suất nhiên liệu: p = 10000000 (Pa)

Nhập dữ liệu cho phần tử Holder Bore

Hình 4.27 Dữ liệu phần tử Holder Bore

Chú ý: ta chọn “ Melcher (non-stationary)” ở hộp thoại “Friction Losses ”

Nhập dữ liệu cho phần tử Nozzle Bore

Hình 4.28 Dữ liệu phần tử Nozzle Bore

Nhập dữ liệu cho phần tử Juntion

Hình 4.29 Dữ liệu phần tử Juntion

Nhập dữ liệu cho phần tử Valve Volume

Hình 4.30 Dữ liệu phần tử Valve Volume

+ Thế tích ban đầu: 15(mm 3 )

Nhập dữ liệu cho phần tử Spill Volume

Hình 4.31 Dữ liệu phần tử Spill Volume

Nhập dữ liệu cho phần tử Control Volume

Hình 4.32 Dữ liệu phần tử Control Volume

Nhập dữ liệu cho phần tử Nozzle Volume

Hình 4.33 Dữ liệu phần tử Nozzle Volume

Nhập dữ liệu cho phần tử Inlet Throttle

Hình 4.34 Dữ liệu phần tử Inlet Throttle

+ Chọn diện tích mặt cắt ngang: Ống là 0.8 (mm 2 ), diện tích mặt bướm ga là 0,046 (mm 2 )

Nhập dữ liệu cho phần tử Outlet Throttle

Hình 4.35 Dữ liệu phần tử Outlet Throttle

+ Chọn diện tích mặt cắt ngang: Ống là 0.8 (mm 2 ), diện tích mặt bướm ga là 0,057 (mm 2 )

Nhập dữ liệu cho phần tử Sump Throttle

Hình 4.36 Dữ liệu phần tử Sump Throttle

+ Chọn diện tích mặt cắt ngang: Ống là 2.54 (mm 2 ), diện tích mặt bướm ga là 1 (mm 2 )

Nhập dữ liệu cho phần tử Piston Leakage

Hình 4.37 Dữ liệu phần tử Piston Leakage

+ Chiều dài khe hở ban đầu: 15 (mm)

+ Áp suất trung bình lần lượt là: 100000 (Pa) và 10 8 (Pa)

+ Khe hở đường kính lần lượt là: 3 (mm) và 6 (mm)

Nhập dữ liệu cho phần tử Nozzle Leakage

Hình 4 38 Dữ liệu phần tử Nozzle Leakage

+ Chiều dài khe hở ban đầu: 11 (mm)

+ Áp suất trung bình lần lượt là: 100000 (Pa) và 10 8 (Pa)

+ Khe hở đường kính lần lượt là: 4 (mm) và 7 (mm)

Nhập dữ liệu cho phần tử Solenoid Valve

Hình 4.39 Dữ liệu phần tử Solenoid Valve

Các dữ liệu đầu vào cần nhập của phần tử này bao gồm:

+ Thời gian bắt đầu mở lần lượt là: 0.05 (ms); 0.9 (ms); 2(ms)

+ Thời gian bắt đầu đóng: 0.05 (ms); 1.5 (ms); 2.25 (ms)

+ Hệ số tỷ lệ cho cột thứ 2 : 1

+ Góc chân van lúc mở: lần lượt là 0 (ms) và 0.126 (ms), diện tích lần lượt là

+ Góc chân van lúc đóng: lần lượt là 0 (ms) và 0.125 (ms), diện tích lần lượt là 0.05892 (mm 2 ) và 0 (m 2 )

Nhập dữ liệu cho phần tử Control Piston

Hình 4.40 Dữ liệu phần tử Control Piston

+ Chọn Rigid Body (Thân cứng)

+ Hành trình Piston (Độ nâng cực đại): 0.21 (mm)

+ Đường kính piston: Cuối đầu vào là 4.3 (mm) và cuối đầu ra là 4.3 (mm) + Dữ liệu dừng piston: dừng đầu vào có độ cứng là 0 (N/m), giảm xóc là 0 (N.s/m) và dừng đầu ra có độ cứng là 10 11 (N/m), giảm xóc là 100000 (N.s/m)

Nhập dữ liệu cho phần tử Needle

Hình 4.41 Dữ liệu phần tử Needle

+ Đường kính hướng dẫn kim: 4(mm)

+ Độ cứng(Đế kim): 400000 N/mm

Nhập dữ liệu cho phần tử Nozzle Orifice

Hình 4.42 Dữ liệu phần tử Nozzle Orifice

+ Đường kính của 1 lỗ phun: 0.24 (mm)

+ Đường kính vòi phun tại các lỗ phun: 1.65 (mm)

+ Góc ở ghế kim phun: 60 (deg)

+ Hệ số cho cột thứ 2: 1

Bảng 4.2 Độ nâng kim phun và tiết diện lưu thông

Needle lift my*A mm mm 2

Nhập dữ liệu cho phần tử liên kết cơ khí (Needle Spring)

Hình 4.43 Dữ liệu phần tử liên kết cơ khí (Needle Spring)

Nhập dữ liệu cho phần tử liên kết cơ khí (Needle Piston Rod)

Hình 4.44 Dữ liệu phần tử liên kết cơ khí (Needle Piston Rod)

Chạy chương trình tính toán

4.3.1 Khai báo hộp thoại “điều khiển tính toán”

Bằng cách kích chọn Simulation/Control trên thanh menu Pulldown hoặc nhấn có thể nút , cửa sổ đầu vào của những dữ liệu điều khiển sẽ được mở ra

Hình 4.45 Hộp thoại dữ liệu điều khiển

Chọn lĩnh vực mô phỏng: “Reference angle - Góc cam”

Chọn tốc độ trục cam:1000 vòng/phút

Chọn tốc độ động cơ: động cơ 4 kỳ ,tốc độ động cơ được chọn là biến toàn cục với 2 trường hợp là 1700 (rpm) và 2100 (rpm)

Chọn bước tính là hằng số:

+ Khoảng góc cam mô phỏng: 25(độ)

+ Số giá trị được lưu: 300 giá trị

Chọn loại hình xuất ra tệp tin thể hiện tiến trình bài giải: loại GIDas

4.3.2 Tiến hành chạy chương trình tính toán

Sau khi khai báo tất cả những dữ liệu cần thiết ở trên thì việc tính toán có thể bắt đầu Để thực hiện việc tính toán ta chọn Simulation/Run trên thanh menu

Nếu không có thông báo lỗi xuất hiện trên màn hình thì những dữ liệu nhập vào đã được chấp nhận và việc công việc tính toán sẽ được bắt đầu và ngược lại

Trong tab Simulation trên thanh menu Pulldown, chọn “View Logfile” ta có thể xem những thông tin về trạng thái chạy chương trình tính toán bao gồm các khuyến cáo và các thông báo lỗi Nếu chữ Completed xuất hiện trong cửa sổ

“Trạng thái - Status” tức là phép tính đã được thực hiện thành công

Hình 4.46 Giao diện khi chương trình chạy

Xuất kết quả mô phỏng

Trên thanh Menu Pulldown chọn Simulation sẽ xuất hiện cửa sổ ta chọn Show Results

Hình 4.47 Giao diện cách xuất kết quả mô phỏng

Sau khi ta chọn Result sẽ xuất hiện một hộp thoại mới như hình phía dưới:

Hình 4.48 Thư viện kết quả

Kết quả sẽ được hiển thị dưới dạng đồ thị của hàm thời gian hoặc góc quay tùy theo ta chọn Để hiển thị kết quả đồ thị ta cần nhấp đúp chuột trái vào phần tử muốn xem kết quả, kết quả sẽ được hiển thị dưới dạng đồ thị như trong hình sau:

Hình 4.49 Hiển thị kết quả

Đánh giá kết quả mô phỏng

4.5.1 Lưu lượng phun và độ nhấc kim

Hình 4.50 Sơ đồ về phun nhiều lần trong Common Rail hiện đại Để giảm lượng khí thải ra môi trường và mức tiêu thụ nhiên liệu cũng như tiếng ồn của động cơ, hệ thống phun nhiên liệu (cho động cơ máy dầu) chia thành ba giai đoạn riêng biệt: Phun mồi (Pilot injection) – Phun chính (Main injection) – Phun sau (Post injection) Phun mồi làm giảm thời gian cháy trể, điều này làm giảm lượng khí thải và giảm được tiếng ồn đặc biệt là chế độ không tải Phun chính cung cấp nhiên liệu để tạo ra công suất của động cơ Phun sau giảm phát thải dạng hạt, nó cải thiện sự hòa trộn của nhiên liệu và không khí trong giai đoạn cuối của quá trình đốt cháy để tăng nhiệt độ trong buồng đốt Tùy thuộc vào tải và chế độ của của động cơ, phun chính có thể được bổ sung thêm cái giai đoạn pre injection – after injection

Từ biểu đồ ta có thể thấy, ở các tốc độ quay khác nhau thì lượng nhiên liệu phun ra ở mỗi chế độ hoạt động sẽ khác nhau Do ECU phải tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến sau đó mới gửi tín hiệu điện áp điều khiển lượng phun nên mất một khoảng thời gian để kim phun điều chỉnh lưu lượng phun đúng chế độ hoạt động Cụ thể, trên sơ đồ ta khảo sát tại 2 áp suất của ống rail với 2 tốc độ động cơ khác nhau là 1500 bar ở tốc độ động cơ khoảng 1700 rpm và 1800 bar ở tốc độ động cơ khoảng 2100 rpm

Với áp suất tại ống rail là 1500 bar thì hệ thống nhiên liệu phun 3 lần phun với lưu lượng khác nhau: Phun mồi là 2196.61mm 3 /s; phun chính là 14713.9 mm 3 /s và phun sau là 7866.61mm 3 /s nó đang ở điều kiện hoạt động với độ nâng kim chưa quá cao (0.042 mm tại lúc phun chính) nên hình dạng đỉnh của đồ thị lưu lượng có hình dạng nhọn Ở mức 1800 rpm thì động cơ chạy ở mức tăng tốc cao hơn lưu lượng lúc này lần lượt là: Phun mồi là 19246.9 mm 3 /s; phun chính là 45531.4 mm 3 /s và phun sau là 37030.8 mm 3 /s với độ nâng kim cao hơn thì hình dạng đỉnh của đồ thị lưu lượng có hình dạng tròn

Lưu lượng phun với áp suất từ bơm cao áp là 1500 bar (mm 3 /s)

Lưu lượng phun với áp suất từ bơm cao áp là 1800 bar (mm 3 /s)

4.5.2 Áp suất buồng điều khiển và áp suất tại đường dầu hồi

Hình 4.53 Áp suất tại buồng điều khiển và đường dầu hồi

Nhìn vào đồ thị ta có thể nhận thấy được sự thay đổi áp suất tại buồng điều khiển và áp suất tại đường dầu hồi tại van điện từ trong quá trình hoạt động của kim Lúc đầu, van điện từ được đóng lại và áp suất trong tất cả các thể tích không đổi ở 1500 bar Lúc này áp suất buồng điều khiển cộng với lực lò xo kim phun sẽ cân bằng với áp suất ở đầu đót kim làm cho đót kim bị đẩy xuống đóng kín lỗ tia Quan sát trên đồ thị ta có thể thấy tại khoảng 1° góc quay trục khuỷu, khi mà van điện từ được kích hoạt bởi ECU Cuộn dây sẽ hút lõi từ đi lên, van bi sẽ mở lỗ xả cho dầu đi vào đường dầu hồi, áp suất của buồng điều khiển từ 1500 bar sẽ bắt đầu giảm, áp suất tại đường dầu hồi tăng lên khi dầu ở buồng điều khiển chảy về Áp suất giảm đi trong buồng điều khiển làm giảm lực tác dụng lên đầu piston điều khiển ty kim mở ra và nhiên liệu bắt đầu phun

Khi van điện từ không còn dòng đi qua, lò xo đẩy van 2 chiều xuống đóng lỗ xả lại Dẫn đến tăng áp suất trong buồng điều khiển van thông qua lỗ nạp Áp suất này tương đương với áp suất trong ống và tạo ra lực tác dụng cao hơn lên đỉnh piston điều khiển Sự kết hợp của lực này với lực của lò xo đẩy ty kim đóng lại vượt qua lực tác dụng của buồng chứa, đồng nghĩa với việc quá trình phun kết thúc

Bảng 4-4 Áp suất tại buồng điều khiển và đường dầu hồi

(độ) Áp suất tại buồng điều khiển

(bar) Áp suất tại đường dầu hồi

4.5.3 Tốc độ dòng chảy qua van tiết lưu đầu vào và van tiết lưu đầu ra

Hình 4.54 Tốc độ vòng chảy qua van tiết lưu đầu vào và van tiết lưu đầu ra

Dựa vào đồ thị ta có thể thấy khi mở van điện từ, tốc độ dòng chảy qua van tiết lưu đầu ra cao hơn tốc độ dòng chảy qua van tiết lưu đầu vào như trong đồ thị trên điều này làm áp suất trong buồng điều khiển giảm nhanh khi van điện từ mở Thực tế rằng diện tích mặt cắt ngang của van tiết lưu đầu ra lớn hơn diện tích mặt cắt ngang của van tiết lưu đầu vào.

Tiêu đề	Ứng Dụng Phần Mềm AVL Boost Hydsim Mô Phỏng Hệ Thống Common Rail Trên Động Cơ Hyundai Santafe
Tác giả	Nguyễn Xuân Trường, Đặng Lê Nguyên Vũ
Người hướng dẫn	PGS.TS. Lý Vĩnh Đạt
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	4,7 MB