Ứng dụng phần mềm AVL boost để nghiên cứu tăng áp bằng tuabin máy nén cho động cơ d243

l BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN DUY VINH ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AVL–BOOST ĐỂ NGHIÊN CỨU TĂNG ÁP BẰNG TUABIN MÁY NÉN CHO ĐỘNG CƠ D243 Chuyên ngành: Kỹ thuật Động nhiệt LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS KHỔNG VŨ QUẢNG HÀ NỘI - NĂM 2011                   LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác! Hà Nội, tháng 10 năm 2011 Tác giả Nguyễn Duy Vinh 1    DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT PTN Phòng thí nghiệm ĐCĐT Động đốt TB Tuabin MN Máy nén TB-MN Tuabin máy nén FEM Phương pháp phần tử hữu hạn BKHN Bách khoa Hà Nội THNL Tiêu hao nhiên liệu CO Mônôxít cácbon NOX Các loại ôxítnitơ CO2 Cácbon điôxít PM Chất thải dạng hạt ĐCT Điểm chết ĐCD Điểm chết     2    DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý tăng áp khí 15  Hình 1.2 Bộ tăng áp TB khí thải 18  Hình 2.1 Mặt cắt dọc động D243 .25  Hình 2.2 Mặt cắt ngang động D243 25  Hình 2.3 Hệ thống nhiên liệu động D243 27  Hình 2.4 Hệ thống bôi trơn động D243 .28  Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm 31  Hình 2.6 Sơ đồ phòng thử động lực cao động .31  Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc phanh điện APA 100 32  Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý thiết bị làm mát dầu bôi trơn AVL 554 33  Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý thiết bị làm mát nước AVL 553 .34  Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị cân nhiên liệu 733S 35  Hình 3.1 Van xả Wastegate 46  Hình 3.2 Các giai đoạn hình thành PM .56  Hình 3.3 Các cấu trúc hạt PM 57  Hình 3.4 Mô hình động D243 phần mềm AVL_BOOST 61  Hình 3.5 Mô hình động D243 sau tăng áp .62  Hình 3.6 Đặc tính công suất tiêu hao nhiên liệu 64  Hình 3.7 Đặc tính công suất tiêu hao nhiên liệu động .65  Hình 3.8 So sánh biến thiên nhiệt độ áp suất n = 1400 v/ph 66  Hình 3.9 So sánh biến thiên nhiệt độ áp suất n = 1600 v/ph 67  Hình 3.10 Phát thải NOx trước sau tăng áp 68  Hình 3.11 Phát thải CO trước sau tăng áp 68  Hình 3.12 Phát thải Soot trước sau tăng áp 68  Hình 4.1 Mô hình nắp máy động D243 phần mềm Catia 75  Hình 4.2 Mô hình cắt nắp máy động D243 phần mềm Catia 75  Hình 4.3 Mô hình lắp ghép chi tiết nắp máy 76  Hình 4.4 Mô hình piston xây dựng phần mềm Catia 76  Hình 4.5 Mô hình truyền xây dựng phần mềm Catia 77  3    Hình 4.6 Thông số vật liệu nắp máy 80  Hình 4.7 Mô hình đặt lực liên kết phần mềm Catia 81  Hình 4.8 Mô hình chia lưới phần tử phần mềm Catia 81  Hình 4.9 Ứng suất tác dụng lên nắp máy 82  Hình 4.10 Ứng suất tác dụng lên thân truyền 83  Hình 4.11 Ứng suất tác dụng lên piston 83  4    DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thông số chung động .26  Bảng 2.2 Đặc tính động D243 36  Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật số động diesel 37  Bảng 3.1 Phần tử lựa chọn cho mô hình động D243 60  Bảng 3.2 Dữ liệu điều kiện chung mô hình động D243 không tăng áp 61  Bảng 3.3 Phần tử lựa chọn cho mô hình tăng áp .62  Bảng 3.4 Dữ liệu điều kiện chung .63  Bảng 3.5 Bảng so sánh kết chạy mô (MP) thực nghiệm (TN) 64  Bảng 3.6 So sánh đặc tính động D243 trước sau tăng áp .65  Bảng 3.7 So sánh phát thải trước động D243 trước sau tăng áp 67  Bảng 3.8 Ảnh hưởng tỷ số nén 70  Bảng 3.9 Ảnh hưởng góc phun sớm 71  Bảng 3.10 Ảnh hưởng áp suất phun 71  Bảng 4.1 So sánh thay đổi ứng suất tác dụng lên chi tiết sau tăng áp 84  5    MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1  DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 2  DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 3  MỤC LỤC .6  MỞ ĐẦU .9  I Lý chọn đề tài 9  II Các đề tài nghiên cứu liên quan 10  II.1 Nghiên cứu tính toán mô dao động động hệ truyền động - tác giả Nguyễn Đại An - Đại học Hàng Hải Hải Phòng 10  II.2 Nghiên cứu thay đổi cấu phối khí để thay đổi công suất động - tác giả Cù Huy Thành - Học viện Kỹ thuật Quân 10  II.3 Nghiên cứu khả hoàn thiện hệ thống làm mát động D243 thủy hóa - tác giả Nguyễn Tiến Hán – Đại học Công nghiệp Hà Nội 11  III Mục đích luận văn, đối tượng phạm vi nghiên cứu 11  IV Ý nghĩa khoa học thực tiễn 12  V Các nội dung luận văn 12  CHƯƠNG NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 13  1.1 Mục đích tăng áp cho ĐCĐT .13  1.2 Các phương pháp tăng áp thường dùng 15  1.2.1 Tăng áp khí 15  1.2.2 Tăng áp sử dụng TB khí 16  1.2.3 Tăng áp hỗn hợp 19  1.2.4 Tăng áp dao động cộng hưởng 19  1.2.5 Tăng áp dao động (tăng áp quán tính) 20  1.2.6 Tăng áp chuyển dòng 20  1.2.7 Tăng áp nhờ sóng áp suất 21  1.3 Các vấn đề phát sinh tăng áp cho động 22  CHƯƠNG KHẢ NĂNG TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ D243 24  6    2.1.  Đặc điểm kết cấu động D243 24  2.1.1 Các thông số kỹ thuật động D243 24  2.1.2 Các hệ thống động D243 27  2.2.  Xây dựng đặc tính động D243 phòng thí nghiệm 30  2.2.1. Trang thiết bị thử nghiệm 30  2.2.2. Kết thử nghiệm động D243 băng thử 36  2.3 Khả tăng áp cho động D243 36  2.3.1 Cơ sở tính toán, lựa chọn sơ tỷ số tăng áp cho động D243 36  2.3.2 Lựa chọn phương pháp tăng áp cho động D243 nghiên cứu 38  CHƯƠNG MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ D243 BẰNG PHẦN MỀM AVL BOOST40  3.1 Phần mềm AVL_BOOST 40  3.1.1 Giới thiệu Phần mềm AVL_BOOST 40  3.1.2 Cấu trúc phần mềm 41  3.1.3 Các phần tử chương trình mô 41  3.1.4 Hiển thị kết 46  3.1.5 Một số vấn đề cần lưu ý sử dụng phần mềm 46  3.2 Cơ sở mô đề tài phần mềm AVL-BOOST 47  3.2.1 Phương trình nhiệt động học thứ 47  3.2.2 Mô hình truyền nhiệt 49  3.2.3 Mô hình cháy 51  3.2.4 Hình thành phát thải động hại động đốt 53  3.2.5 Tính toán cụm TB máy nén 57  3.3 Mô động D243 phần mềm AVL_BOOST 59  3.3.1 Xây dựng mô hình động D243 không tăng áp 59  3.3.2 Xây dựng mô hình động D243 sau tăng áp 62  3.4 Đánh giá kết mô 63  3.4.1 Đánh giá độ tin cậy mô hình 63  3.4.2 So sánh đặc tính động D243 trước sau tăng áp 65  3.5 Đánh giá ảnh hưởng tỷ số nén, góc phun sớm áp suất phun đến đặc tính động sau tăng áp 69  7    3.5.1 Ảnh hưởng tỷ số nén 70  3.5.2 Ảnh hưởng góc phun sớm 70  3.5.3 Ảnh hưởng áp suất phun 71  CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT TÁC DỤNG LÊN PISTON, THANH TRUYỀN, NẮP MÁY KHI ĐỘNG CƠ D243 TĂNG ÁP BẰNG PHẦN MỀM CATIA 73  4.1 Tổng quan chung phần mềm Catia 73  4.2 Ứng dụng phần mềm Catia xây dựng mô hình 3D chi tiết truyền, piston nắp máy động D243 74  4.2.1 Xây dựng mô hình nắp máy 74  4.2.2 Xây dựng mô hình piston, truyền 76  4.3 Ứng dụng phần mềm CATIA tính toán thay đổi ứng suất chi tiết tác dụng lên nắp máy sau tăng áp 77  4.3.1 Tính ứng suất tác dụng lên nắp máy 77  4.3.2 Ứng suất tác dụng lên thân truyền 82  4.3.3 Ứng suất tác dụng lên piston 83  4.3.4 So sánh thay đổi ứng suất tác dụng 84  KẾT LUẬN 85  TÀI LIỆU THAM KHẢO 86  8    MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài Động đốt (ĐCĐT) đời vào năm 1860 Lenoir, nhà kỹ thuật nghiệp dư chế tạo Trải qua kỷ, ngành ĐCĐT liên tục phát triển đạt nhiều thành tựu rực rỡ Hiện nay, giới đứng trước nguy cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch ô nhiễm bầu khí nghiêm trọng Trong tình hình đó, cần áp dụng công nghệ tiến tiến để chế tạo mẫu động tiết kiệm nhiên liệu thân thiện với môi trường Trên giới, động diesel sử dụng rộng rãi phương tiện giao thông máy móc công nghiệp tính hiệu hiệu suất cao Tại Việt Nam, động diesel chiếm số lượng lớn Tính đến năm 2006, động diesel chiếm 21.75% thị trường ô tô Việt Nam (khoảng gần 40.000 chiếc), tăng đáng kể so với năm 2001, tỷ lệ 10% Tuy nhiên phần lớn dòng động diesel thuộc hệ cũ, tồn nhiều nhược điểm suất tiêu hao nhiên liệu lớn, thành phần phát thải độc hại cao Để khắc phục nhược điểm cần cải tiến, ứng dụng công nghệ cải thiện trình làm việc ĐCĐT Tăng áp cho động diesel biện pháp hiệu nhằm tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu thành phần phát thải Hiện nay, phần lớn động diesel đại giới trang bị hệ thống tăng áp Tuy nhiên Việt Nam, lượng lớn loại động diesel chưa trang bị hệ thống này, không phát huy tốt ưu động tăng áp Việc nghiên cứu cải tiến trang bị tăng áp cho dòng động ứng dụng vào thực tiễn Việt Nam vấn đề cấp thiết có ý nghĩa thực tiễn cao Động D243 loại động diesel phổ biến Việt Nam Trước đây, động D243 lắp ráp nhà máy Diesel Sông Công phục vụ chủ yếu làm nguồn động lực tàu thủy, máy nông nghiệp Hiện nay, động hoán cải lắp đặt nhiều xe tải hạng trung Với mục đích nghiên cứu, đánh giá khả tăng áp cho dòng động diesel phổ biến Việt Nam để ứng dụng vào thực tiễn nâng cao hiệu làm việc dòng động này, đề tài: “Ứng dụng phần mềm 9    1800 92,13 221 118,8 92,02 221,1 119 92,44 220,8 120,3 2000 92,04 230 114,1 91,62 231,9 114 92,46 229,7 115,4 2200 91,78 241 109,2 91,24 243 109 92,28 240,3 110,4 Khi áp suất phun giảm xuống 20 (Mpa) làm công suất động giảm xuống suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên Ngược lại áp suất phun tăng lê 25 (MPa) đặc tính động cải thiện 72   CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT TÁC DỤNG LÊN PISTON, THANH TRUYỀN, NẮP MÁY KHI ĐỘNG CƠ D243 TĂNG ÁP BẰNG PHẦN MỀM CATIA 4.1 Tổng quan chung phần mềm Catia CATIA viết tắt từ cụm từ (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application), có nghĩa tiếng việt “Xử lý tương tác không gian ba chiều có hỗ trợ máy tính”, Catia phần mềm thương mại phức hợp CAD/CAM/CAE hãng Dassault Systemes phát triển IBM nhà phân phối toàn giới [10] CATIA tích hợp nhiều phân hệ thiết kế, ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Catia có đầy đủ công cụ lệnh giải pháp cho nhiều ngành nghề thiết kế khác Cơ khí, Cơ điện tử, Điện - điện tử, Tự động hóa, Giao thông, Kiến trúc,…Ngoài chức thiết kế khí vẽ phác, biên dạng bề mặt, hình khối,…Catia có chức chuyên sâu việc thiết kế biên dạng phức tạp, số hóa tối ưu biên dạng bề mặt, tạo hình ảnh tương tác bắt mắt tạo chuyển động qua chức mô chương trình Ưu điểm bật ứng dụng điển hình phần mềm CATIA: - Khả tích hợp nhiều chức phần mềm, thực nhiều giai đoạn khác trình sản xuất chế tạo góp phần giảm chi phí sản xuất - Thư viện phần tử lớn thuận tiện cho thiết kế, đưa mô hình thiết kế nhanh xác - Kiểm tra độ bền chi tiết nhanh xác - Giải mô nhiều toán kĩ thuật phực tạp Những “Module” phần mềm là: - Mechanical Deigsn: Modul cho phép xây dựng chi tiết, sản phẩm lắp ghép khí - Shape Design and Styling: Modul cho phép thiết kế bề mặt có biên dạng, kiểu dáng phức tạp lĩnh vực thiết kế vỏ ô tô, tàu biển, máy bay 73   - Analysis: Module cho phép tính toán kiểm tra mô chi tiết chịu tải trọng môi trường kết cấu liên tục môi trường nhiệt độ Từ cho phép tối ưu hóa kết cấu - Manufacturing: Modul cho phép mô trình gia công chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá đặt từ cho phép người thiết kế lựa chọn trình chế tạo hợp lý nâng cao chất lượng gia công tiết kiệm vật liệu - Equipments and systems: Cho phép xây dựng trang thiết bị, hệ thống nhà máy theo tiêu chuẩn - Plant Engineering: Cho phép thiết kế mặt xưởng, nhà máy, dây chuyền sản xuất Tại Việt Nam việc khí hóa tự động hóa có bước phát triển định việc mô tính toán thiết kế sản phẩm trước đưa vào sản xuất thường chưa khảo sát kỹ Để tính toán thiết kế thường phải dùng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM-Finite Element Method) phương pháp ngày sử dụng rộng rãi với trợ giúp máy tính Thay sử dụng chương trình chuyên dùng ANSYS hay ANGOR để giải toán này, sau liên kết với chương trình CAD-CAM để tạo trình mô khó thực Với kỹ sư xí nghiệp, họ có khuynh hướng dùng phần mềm dựng sẵn có công cụ tính toán FEM tích hợp sẵn chương trình để việc tính toán, thiết kế dễ dàng Và phần mềm Catia đáp ứng yêu cầu 4.2 Ứng dụng phần mềm Catia xây dựng mô hình 3D chi tiết truyền, piston nắp máy động D243 4.2.1 Xây dựng mô hình nắp máy Nắp máy động chi tiết có hình dạng phức tạp Điều kiện làm việc nắp máy khắc nghiệt thay đổi tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc động Nắp máy tiếp xúc trực tiếp liên tục với hỗn hợp công tác môi chất làm mát nên nhiệt độ điểm không giống Sự không đồng nhiệt độ 74   điểm gây nên tải trọng nhiệt cho nắp máy Tải trọng đồng tác dụng với tải học gây hỏng hóc phá hủy nắp máy Việc xây dựng mô hình 3D nắp máy phần mềm CATIA dựa số liệu đo đạc nắp máy động D243 thực tế có sẵn PTN ĐCĐT tham khảo vẽ mặt cắt ngang dọc động D243 Mô hình hoàn chỉnh nắp máy động D243 thể Hình 4.1, 4.2 4.3: a) Nhìn từ b) Nhìn từ Hình 4.1 Mô hình nắp máy động D243 phần mềm Catia c) Mặt cắt qua đường thải d) Mặt cắt ¼ nắp máy Hình 4.2 Mô hình cắt nắp máy động D243 phần mềm Catia 75   Hình 4.3 Mô hình lắp ghép chi tiết nắp máy 4.2.2 Xây dựng mô hình piston, truyền Chi tiết piston truyền xây dựng sở chi tiết động thực tế Hình 4.4 4.5 thể mô hình piston truyền phần mềm Catia: Hình 4.4 Mô hình piston xây dựng phần mềm Catia 76   Hình 4.5 Mô hình truyền xây dựng phần mềm Catia 4.3 Ứng dụng phần mềm CATIA tính toán thay đổi ứng suất chi tiết tác dụng lên nắp máy sau tăng áp Sau tăng áp cho động áp suất nhiệt độ trình cháy tăng lên cao dẫn đến ứng suất nhiệt, ứng suất tăng theo Do sau tăng áp cho động cần thiết phải kiểm nghiệm lại độ bền chi tiết Trong chương đưa tính toán thay đổi ứng suất tác dụng lên chi tiết chịu áp suất lớn pz tác dụng hai trường hợp tăng áp không tăng áp 4.3.1 Tính ứng suất tác dụng lên nắp máy Theo quan điểm kết cấu nắp máy chi tiết cố định có hình dạng phức tạp động đốt Nắp máy có dạng liền khối cho tất xilanh, riêng rẽ cho nhóm cho xilanh Các điều kiện làm việc nắp máy khắc nghiệt biến thiên tuỳ thuộc vào yếu tố tác động lên nó, trước hết tải động Nắp máy tiếp xúc trực tiếp liên tục với hỗn hợp công tác môi chất làm mát nên nhiệt độ điểm riêng biệt không giống Sự không đồng nhiệt độ điểm gây nên tải trọng nhiệt cho nắp máy Tải trọng đồng tác dụng với tải học gây hỏng hóc nắp máy Vì tác giả nghiên cứu vấn đề tập trung vào việc xác lập trường nhiệt độ trường ứng suất nhiệt nắp máy động 77   Trên nắp máy có dạng ứng suất khác tác dụng chia thành hai nhóm (theo nguyên nhân gây nên ứng suất) ứng suất ứng suất nhiệt Nhóm ứng suất gồm có ứng suất dư, ứng suất lắp ghép, ứng suất tạo áp suất xilanh, ứng suất tạo nên ngoại lực truyền tới nắp máy động hoạt động ứng suất nhiệt tạo trường nhiệt độ không đồng động làm việc gồm có ba thành phần sau: - Ứng suất nhiệt tĩnh tạo hiệu số trị số trung bình chất lỏng làm mát nắp máy môi chất công tác bên xilanh - Ứng suất nhiệt biến thiên tần số thấp, xuất thay đổi tải bên (ví dụ khởi động động cơ, chuyển từ chế độ không tải sang nhận tải, tăng tốc, lên xuống dốc, dừng máy v.v ) Về chất, chế độ làm việc chuyển tiếp gây nên ứng suất nhiệt dạng - Ứng suất nhiệt biến thiên tần số cao, xuất lớp bề mặt đáy nắp xilanh tiếp xúc trực tiếp với môi chất công tác có nhiệt độ biến thiên theo chu trình công tác xilanh Do có tính ỳ nhiệt vật liệu, nên vào sâu bên lòng vật liệu, biên độ biến thiên giảm nhanh theo quy luật dao động tắt dần - Phần thành bên nắp máy có trường nhiệt đồng trị số nhiệt độ gần với nhiệt độ chất lỏng làm mát, nên ứng suất nhiệt không lớn Mặt đáy nắp máy chịu tải nhiệt nặng nề Trên bề mặt này, ứng suất nhiệt đạt trị số lớn Bởi trường nhiệt độ không đồng nên ứng suất nhiệt biến thiên giới hạn rộng đồng tác dụng với áp suất khí cháy, gây nên trạng thái ứng suất phức tạp cho nắp máy Trường nhiệt độ nắp máy xác định cách xử lý đồ hoạ trị số nhiệt độ đo điểm riêng biệt (nhờ cặp nhiệt độ) Phương pháp bị hạn chế số lượng vị trí bố trí cặp nhiệt độ, số lượng thiết bị để đọc ghi nhận kết qủa đo Ưu phương pháp tính khả thi cao, nên dùng trước hết để kiểm tra kết tính toán Phương pháp đo tenzo phương pháp thực nghiệm cho phép xác định trị số ứng suất bề mặt vật thể Phương pháp đơn giản, tin cậy, lại hạn chế không gian bố trí tenzo, ảnh hưởng lớn yếu tố trước hết nhiệt độ, độ 78   ẩm điểm đo tới tính chất vật lý thân tenzo, cốt tenzo keo dán với bề mặt vật thể v.v Do đó, phương pháp dùng chủ yếu để kiểm tra kết tính toán lý thuyết Phương pháp tương tự điện nhiệt dựa tính tương tự điện trở nhiệt trở Chi tiết chia thành mạng không gian gồm nhiều điểm nút, nút điện trở tương ứng, nguồn nhiệt thay nguồn điện chiều tương ứng Từ trị số dòng điện qua điện trở suy trường nhiệt độ chi tiết Phương pháp có độ xác cao so với cách tính ứng suất nhiệt kinh điển lý thuyết sức bền vật liệu, có nhiều hạn chế Trước hết là, việc tạo dựng mạng điện trở không gian tương ứng tốn phức tạp Thứ hai là, việc dùng điện áp nguồn khác biên trao đổi nhiệt tương ứng gặp không khó khăn Phương pháp lưới (mạng) phương pháp số xấp xỉ ứng dụng, dựa sở thay phương trình vi phân truyền nhiệt biểu thức gia số Lợi phương pháp tính đa Miền D biểu diễn tập hợp hữu hạn điểm (xi, yj, kz) gọi mạng Ta thay toán biên hệ phương trình gia số tuyến tính cách thay tất đạo hàm hệ phương trình tổ hợp trị số U (tạm thời chưa biết) nút mạng Bằng toán tử này, thể tất nút mạng từ lập hệ phương trình Phương pháp đa năng, việc chuẩn bị mạng điều kiện biên phức tạp hệ phương trình đồ sộ Hiện nay, người ta thay phương pháp phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) FEM phương pháp hiệu nhất, đặc biệt với chi tiết có dạng phức tạp Phương pháp cho phép xác định nhiệt độ vật thể phức tạp đưa số liệu đầu vào cho bước xác định ứng suất nhiệt Ngày nay, phương pháp FEM tỏ rõ ưu thay phương pháp tính toán khác lĩnh vực thiết kế Hiện nay, chương trình phần mềm ứng dụng ANSYS, ASTEP, NASTRAN, ELAS, MATLAP, SAP, CATIA, phát triển rộng rãi phục vụ cho nhiều ứng dụng kỹ thuật 79   Để đánh giá trạng thái làm việc khả chịu lực nắp xilanh cần phải xác định thành phần ứng suất mà trước hết ứng suất gây nên áp suất khí thể ứng suất nhiệt Với xu hướng cường hoá công suất cách tăng tốc độ trục khuỷu tăng áp việc đánh giá khả chịu lực lại cấp thiết động diesel động xăng Trình tự bước tính bền nắp máy phần mềm Catia sau [11]: - Khai báo vật liệu nắp máy: Nắp máy đúc vật liệu gang với thông số vật liệu lấy từ thư viện phần mềm thể Hình 4.6: Hình 4.6 Thông số vật liệu nắp máy Đặt liên kết nắp máy đặt lực tác dụng: Nắp máy liên kết với thân máy gu giông chịu lực Trong trình làm việc nắp máy chịu tải trọng thay đổi liên tục tùy theo chế độ làm việc động Xét trường hợp áp suất lớn buồng cháy động cơ, động D243 động kỳ, xilanh, máy thời điểm chịu áp suất lớn máy lại vị trí cuối trình nạp, cuối trình cháy, cuối trình thải nên áp suất tác dụng nhỏ (có thể bỏ qua lực khí máy tác dụng lên nắp máy) Xét hai trường hợp động tăng áp không tăng áp với áp suất cháy hai trường hợp (áp suất cực đại có từ phần mềm AVL_BOOST) 12,79.106 N/m2 80   7,7.106 N/m2 Hình 4.7 thể đặt liên kết đặt lực lên nắp máy phần mềm Catia: Hình 4.7 Mô hình đặt lực liên kết phần mềm Catia - Chia lưới phần tử [12]: Chọn dạng lưới kích thước lưới quan trọng phương pháp phần từ hữu hạn Về lý thuyết kích thước lưới nhỏ cho kết có độ xác cao hơn, nhiên giới hạn cấu hình tính toán máy tính sai số tích lũy trình tính toán nên người dùng cần tính toán lựa chọn kiểu phần tử cho tối ưu Mô hình chia lưới cho nắp máy phần mềm Catia thể Hình 4.8: Hình 4.8 Mô hình chia lưới phần tử phần mềm Catia - Tính toán hiển thị kết quả: Kết trường ứng suất tác dụng lên nắp máy hai trường hợp tăng áp không tăng áp thể Hình 4.9: 81   Hình 4.9 Ứng suất tác dụng lên nắp máy - Giá trị ứng suất điểm biến đổi biểu theo mầu sắc thư mục (bên phải) lớn Giá trị ứng suất lớn trường hợp động không tăng áp 93,3 MPa tăng áp 155 MPa 4.3.2 Ứng suất tác dụng lên thân truyền Đối với động hàng xilanh, động làm việc thân truyền chịu lực khí thể, lực quán tính khối lượng chuyển động tịnh tiến, lực quán tính chuyển động lắc (chuyển động song phẳng) truyền Vì trạng thái chịu lực thân truyền thường là: chịu nén uốn dọc hợp lực khí thể lực quán tính khối lượng chuyển động tịnh tiến, chịu kéo tác dụng lực quán tính chuyển động tịnh tiến chịu uốn ngang tác dụng lực quán tính chuyển động lắc truyền [6] Xét trường hợp truyền chịu lực khí thể lớn khi ứng suất nén tác dụng lên truyền cực đại, ta có trường phân bố ứng suất tác dụng lên truyền hình 4.10: 82   Hình 4.10 Ứng suất tác dụng lên thân truyền Ứng suất nén lớn tác dụng lên thân truyền trường hợp động không tăng áp 187 MPa trường hợp tăng áp 310 MPa 4.3.3 Ứng suất tác dụng lên piston Động D243 có buồng cháy nằm đỉnh piston, hình dạng đỉnh piston tương đối phức tạp Piston chịu lực lớn trình cháy động Tính toán ứng suất tác dụng lên piston phần mềm Catia cho kết Hình 4.11: Hình 4.11 Ứng suất tác dụng lên piston Trong trường hợp không tăng áp ứng suất lớn tác dụng lên piston 136 MPa, tăng áp ứng suất lớn 225 MPa 83   4.3.4 So sánh thay đổi ứng suất tác dụng Bảng 4.1 So sánh thay đổi ứng suất tác dụng lên chi tiết sau tăng áp Chi tiết Nắp máy Thanh truyền Piston Ứng suất tác dụng (MPa) Động không tăng áp Động tăng áp 93,3 155 192 310 140 225 Thay đổi (%) 66,1 61,4 60 Sau tăng áp ứng suất tác dụng lên chi tiết tăng lên lớn, ứng suất nằm giới hạn chịu lực vật liệu chế tạo Tuy nhiên ứng suất tăng lên ảnh hưởng trực tiếp tới độ bền tuổi thọ động Do cần có biện pháp để giảm tải trọng tác dụng sau tăng áp tăng cường biện pháp làm mát khí tăng áp, giảm tỷ số nén động v.v… 84   KẾT LUẬN Qua trình mô động D243 ta nhận thấy số ưu điểm rõ ràng động sau có lắp thêm tăng áp Về mặt tính kỹ thuật động cơ: - Công suất động tăng lên rõ rệt so với động D243 không tăng áp, điều có ích việc giải toán sử dụng tiếp mô hình động sử dụng Ngoài ra, cho phép phạm vi sử dụng động mở rộng - Suất tiêu hao nhiên liệu thành phần phát thải giảm đáng kể đặc biệt thành phần Soot CO Tuy nhiên sau tăng áp tải nhiệt tải trọng tác dụng lên cấu động tăng nhanh ảnh hưởng đến độ bền tuổi thọ động Ngoài tốc độ tăng áp xuất trình cháy tăng dẫn tới động làm việc rung, không êm Để áp dụng vào thực tiễn cần tính toán nghiên cứu đưa cách bố trí lắp đặt cụm TB-MN động thực tế đồng thời áp dụng biện pháp để giảm tải trọng cơ, tải trọng nhiệt tác dụng lên động như: thay đổi hệ thống làm mát, bôi trơn, giảm tỷ số nén, làm mát khí tăng áp v.v… - Để tiến hành ứng dụng tăng áp cho động D243 thực tế cần tiến hành nghiên cứu thiết kế bố trí vị tri lắp đặt cụm TB-MN chi tiết phụ trợ khác cho hợp lý đạt hiệu cao - Sau thiết kế hoàn chỉnh cụm TB tăng áp cần tiến hành đo đạc thông số động băng thử đồng thời thay đổi thông số kỹ thuật để tối ưu hóa trình làm việc động 85   TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Nghĩa, Lê Anh Tuấn Tăng áp Động đốt NXB Khoa Học Kỹ thuật 2004 [2] Nguyễn Tất Tiến, Lý thuyết động đốt trong, NXB Giáo dục, 2003 [3] AVL GmbH BOOST Version 4.1 User’s Guide AST.01.0104.0470-29-Jul-2005 [4] Khổng Vũ Quảng Mô trình nhiệt động trình trao đổi chất động đốt phần mềm BOOST, 2002 [5] PGS.TS Phạm Minh Tuấn Chuyên đề khí thải động ô nhiễm môi trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 9/2003 [6] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến, Kết cấu tính toán động đốt trong, nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp, 1977 [8] Turbocharger - http://en.wikipedia.org/wiki/Turbocharger [9] Bronicki, L.Y., "Supercharger system for combustion engine," U.S Patent.1974 [10] Catia, User’s Manual and Help online [11] MSC Software Corporation, Catia V5 Structural Analysis for the Designer, 2002 [12] Dassault Systèmes, Generative Part Stress Analysis, 2006 86 ... biện pháp tăng áp cho động từ lựa chọn giải pháp tăng áp cho động D243 - Đo đạc thông số kết hợp với tài liệu tham khảo để làm sở mô động - Mô động D243 tăng áp chưa tăng áp phần mềm AVL-BOOST. .. tăng áp cho động D243 36  2.3.1 Cơ sở tính toán, lựa chọn sơ tỷ số tăng áp cho động D243 36  2.3.2 Lựa chọn phương pháp tăng áp cho động D243 nghiên cứu 38  CHƯƠNG MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ D243. .. CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT TÁC DỤNG LÊN PISTON, THANH TRUYỀN, NẮP MÁY KHI ĐỘNG CƠ D243 TĂNG ÁP BẰNG PHẦN MỀM CATIA 73  4.1 Tổng quan chung phần mềm Catia 73  4.2 Ứng dụng phần