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 pittơng 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 (cịn 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 khơng gian phía trên pittơng thốt 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 q trình cung cấp nhiên liệu sẽ ngừng, piston vẫn tịnh tiến lên xuống nhưng nhiên liệu khơng 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.
• Bộ đơi siêu chính xác piston và xi lanh.
- Pittơng và xilanh bơm cao áp phải có hình dạng hình học chính xác và chống mịn 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.
- Phải nhiệt luyện để đạt được các yêu cầu các mặt ma sát của cặp bộ đơi pittơng và xilanh có độ cứng khơng nhỏ hơn HRC58, các mặt đầu không nhỏ hơn 55 HRC.
- Các thông số chủ yếu của pittông và xilanh: + Khối lượng của pittơng là: mp=24,77 [g]. + Đường kính pittơng: dp= 8 [mm]. + Đường kính lỗ hút: dlh= 3 [mm]. + Góc nâng rãnh xoắn: α=42 [độ]. + Chiều rộng rãnh xoắn: b=4,1 [mm].
Hình 3.4 Kích thước của bộ đơi piston- xilanh bơm cao áp
• Bộ đơi van cao áp và đế van cao áp.
0 ,02 5 B 0,0008 B 0,01 5,5 12 42° 1 5,2 3 A - A AA 6 40 8 17 7,3 20 13 3 2 8 7,5 14 7,2 -+ 6 24 53 37,5 0 0,8x30 0,0008 0 ,4 60° R7 0,02 C C 0,02 1 ,0 C 0 ,0 5 0 1,5x45 +0,008 -0,01 -0,1 + 0, 1 + 0, 1 -0, 25 + 0, 012 + 0, 033 -0, 25 R0,3 -0, 025 -0, 01 -0, 02 -0,02 + 0, 3 -0, 1 0 ,5 -0, 3 -0, 2 -0, 15 -0,018-0,01 -0,58 0,3 7 R0,3 0,005 0,2
Hình 3.5 Cấu tạo bộ đơi van cao áp và lị xo
1- Van cao áp, 2- Đế van cao áp.
• Van cao áp có tác dụng như sau:
- Ngăn khơng cho khí thể từ xilanh động cơ đi vào xilanh bơm cao áp. - Ngăn nhiên liệu trên đường ống cao áp chảy ngược lại xilanh bơm cao áp. - Kết thúc quá trình cung cấp nhiên liệu một cách dứt khoát, tránh hiện tượng phun rớt. Sau khi hồn thành q trình đẩy nhiên liệu, van cao áp hạ xuống và mặt đầu của vành giảm áp tiếp xúc với đế van. Van tiếp tục hạ xuống cho tới khi mặt vát được ép chặt với đế van cao áp, lúc này lượng nhiên liệu tương ứng với hành trình này bị hút lại từ bên trong ống cao áp, áp suất bên trong ống giảm đi, do đó việc ngắt cung cấp được dứt khốt và tránh nhiên liệu rị rỉ nhỏ giọt.
Cặp van cao áp là bộ đơi chính xác nên có những u cầu cao như như bộ đôi pittông và xilanh bơm cao áp.
- Vật liệu: thép hợp kim Cr15.
- Độ cứng sau nhiệt liệu: độ cứng của van phải đạt HRC 56 62, của đế van HRC 60 64.
- Van và đế van phải mài rà với nhau.
D d -0,01 -0,01 + 0,0 1 -0 ,02 3 8 5 11,5 1,5 5 12
- Kiểm tra độ kín khít của van cao áp, thường dùng khơng khí nén với áp suất dư 0,4 0,5 MN/m2, nhúng van vào thùng dầu hoả, khơng được sủi bọt khí.
- Khi hỏng phải thay cả cặp. Các thông số chủ yếu:
+ Khối lượng van cao áp: mvan= 2,655 [g]. + Đường kính đế van: d=5 [mm].
+ Đường kính dây lị xo : dlx = 1 [mm]. + Đường kính trung bình lị xo: dtb = 7 [mm]. + Khối lượng lò xo: mlx = 2,1 [g].
• Các thơng số của các chi tiết cịn lại:
+ Bán kính vịng trịn cơ sở của cam: R=15 [mm]. + Bán kính con lăn: rroll=8,6 [mm].
+ Bề rộng hiệu dụng con lăn: broll=9 [mm].
+ Đường kính dây lị xo bơm cao áp: dlx = 2 [mm]. + Đường kính trung bình lị xo: dtb = 20 [mm]. + Khối lượng lò xo: mlx = 22,03 [g]. + Khối lượng con đội và đệm: m = 22,03 [g].
• Cấu tạo vịi phun. - Nhiệm vụ:
Phun nhiên liệu vào buồng cháy động cơ sao cho phù hợp với kết cấu buồng cháy để tạo hỗn hợp tốt nhất.
Đây là vòi phun kiểu tiết lưu, nên lượng nhiên liệu phun nhỏ khi bắt đầu phun và lượng nhiên liệu tăng lên dần dần khi phun nhiên liệu chính.
Hình 3.6 Cấu tạo vòi phun
1- Êcu nối đường dầu hồi, 2- Vít điều chỉnh lị xo, 3- Lị xo kim phun, 4- Thân vòi phun, 5- Đũa đẩy, 6- Êcu nối kim phun với thân, 7- Kim phun, 8- Thân kim phun.
+ Cấu tạo và nguyên lý:
Kết cấu của vịi phun có nhiều chi tiết: một bộ đơi chính xác là kim phun (7) và thân kim phun (8) được bắt chặt lên thân nhờ êcu (6). Phía trên thân vịi phun có êcu (1) để lắp đường ống dầu hồi, vít (2) (điều chỉnh lực căng lị xo (3)). Lực lò xo truyền qua đũa đẩy (5) ép kim phun (7) tỳ lên đế (đế kim phun nằm trên thân kim phun (8).
Nhiên liệu có áp suất cao từ bơm cao áp qua đường ống cao áp vào vòi phun qua đầu nối vào buồng áp suất trên kim phun, tác dụng vào mặt côn của kim phun. Khi lực đẩy do áp suất nhiên liệu tạo ra lớn hơn lực ép của lị xo (3) thì kim phun đi lên mở thơng cho nhiên liệu qua lỗ phun vào buồng cháy động cơ.
Hình 3.7 Kết cấu bộ đôi kim phun và thân kim phun
Đây là bộ đơi siêu chính xác u cầu chống mịn, chống rỉ tốt.
Vật liệu chế tạo là thép hợp kim như : Cr15, P18. Sau khi nhiệt luyện phải đạt độ cứng HRC 58 60.
Đặc điểm kết cấu phần dưới của kim phun là có chốt hình trụ, tiếp đó là hai hình cơn (nón cụt). Trên thân kim phun có một lỗ phun đúng tâm có đường kính 1,2 [mm], mặt tựa của kim phun (bề mặt làm việc) che kín tiết diện trên của lỗ phun .Khi lắp kim phun và thân kim phun thì kim phun nhơ ra khỏi lỗ phun là 0,4 [mm].
Khi kim phun nâng lên, phần chốt của kim phun chuyển động trong lỗ phun và tạo ra đường thơng nhiên liệu hình vành khăn có nhiều tiết diện tiết lưu, vì thế nhiên liệu phun ra tạo tia nhiên liệu có hình cơn rỗng, góc phun của tia phụ thuộc vào hình dạng của chốt trên kim phun và hành trình của kim phun (góc cơn biến động trong khoảng từ 00 đến 50 600).
- Các thông số chủ yếu:
+ Khối lượng kim phun: mkim= 5,25 [g].
+ Đường kính phần dẫn hướng kim phun: D=6 [mm].
1,6 60° 0,005 -0,01 -0,075 9 13 -0,018 -0,01 6 2 60° 1,5 E 0,05 0,004 E D 0, 02 5 0,860° -0,08 -0,06 -0,018 -0,01 -0 ,0 9 -0 ,0 8 -0 ,1 5 -0 ,1 -0 ,1 0,000 8 0,005 0,02 E E 0,02 0, 02 5 0, 5 E -0 ,0 23 + 0, 01 +0,027 -0,036 0, 5 8 18 27 14 7 2,5 6 30 29 33 2 3 26
+ Đường kính đế kim phun: d=3 [mm]. + Số lỗ phun: 1.
+ Đường kính 1 lỗ phun: Dhole =1,2 [mm]. + Chiều dài lỗ phun: lhole =1,2 [mm].
+ Đường kính khoang vịi phun tại lỗ: d=3 [mm]. + Góc đế kim phun: 0
60 =
seat
.
+ Đường kính dây lị xo kim phun: dlx = 1,5 [mm]. + Đường kính trung bình lị xo kim phun: dtb = 7 [mm]. + Khối lượng lò xo kim phun: mlx = 6,065 [g].
+ Khối lượng đũa đẩy: mđ = 4,935 [g].
3.1.3 Sử dụng phần mềm HydSim mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A Dongfeng S1100A
3.1.3.1 Sơ đồ giải thuật của phương pháp mô phỏng
Khi thực hiện q trình mơ phỏng một vấn đề, chúng ta phải hiểu rõ cấu trúc giải thuật của q trình mơ phỏng để vạch ra phương hướng tính tốn đúng các vấn đề mà mình mong muốn.
3.1.3.2 Xây dựng sơ đồ hệ thống nhiên liệu và liệt kê các phần tử cần thiết để mơ phỏng
Hình 3.8 Kết cấu của đối tượng cần mơ phỏng
1-Cam, 2-Con đội con lăn, 3-Piston Plunger, 4-Sự rị rỉ giữa pittơng 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 khơng 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 ngồi.
Vịi 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 rị rỉ qua khe hở hình vành khăn giữa kim phun và thân vịi 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.
3.1.3.3 Xây dựng mơ hình hệ thống nhiên liệu động cơ Dongfeng S1100A
Sau khi đã phân tích kết cấu của các thiết bị cần mơ 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 mơ hình của hệ thống nhiên liệu cần mô phỏng. Các phần tử được chọn như sau:
→ Với bơm cao áp.
Phần tử trong kết cấu thực: Phần tử chọn tương ứng:
Cam lồi. Cam/ Cam profile.
Piston plunger. Bơm/ Bơm piston plunger.
Rị rỉ của bộ đơi 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.
Đường ống cao áp. Đường ống/ Đường ống Laplace. → Với vòi phun.
Phần tử trong kết cấu thực: Phần tử chọn tương ứng:
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
mơ 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 mơ hình khối của các thiết bị trong hệ thống nhiên liệu.
3.1.3.4 Tạo mơ hình khối bơm cao áp
Đầu tiên ta chọn 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 “Rị rỉ số 1” từ nhóm “Leakage/ Annular gap”.
- Tạo phần tử “Buồng áp suất” trước van cao áp, sau van cao áp từ nhóm “Volume/ Standard”.
- 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.
3.1.3.5 Tạo mơ hình khối đường ống cao áp
- Tạo phần tử “Đường ống cao áp” từ nhóm “Line/ Laplace”.