Trong mơ hình cĩ xét đến việc tính tốn đường kính trung bình của hạt nhiên liệu, gốc cơn tia phun, chiều dài tia phun nên chương trình yêu cầu phải khai báo tính chất khí nạp trong buồng cháy.
Hình 4.39. Hộp thoại khai báo tính chất khí nạp trong buồng cháy
4.7. CHẠY CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN
4.7.1. Khai báo hộp thoại điều khiển tính tốn
Trước hết, ta thực hiện việc định nghĩa tiêu chuẩn điều khiển để phục vụ chạy tính tốn. 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.
Hình 4.40. Hộp thoại điều khiển tính tốn
Đầu tiên, ta chọn lĩnh vực mơ phỏng, vì trong mơ hình tồn tại phần tử chuyển động quay nên ta gĩc quay trục cam làm gĩc tham (Reference angle).
Tiếp theo chọn tốc độ trục cam: 1000 [vịng/ phút].
Chọn tốc độ động cơ: vì động cơ đang xét là động cơ 4 kỳ nên tốc độ động cơ tương ứng là 2000 [vịng/ phút].
Chọn bước tính bằng hằng số, với các tham số như sau: + Bước gĩc cam: 0,002 độ
+ Khoảng gĩc cam mơ phỏng: 250 độ + Số giá trị được lưu: 250
Chọn loại hình xuất ra tệp tin thể hiện tiến trình bài giải: chọn loại GIDas.
4.7.2. Chạy chương trình tính tốn
Sau khi tất cả những dữ liệu đầu vào, ban đầu, đầu ra, điều khiển tính tốn đã được khai báo, việc tính tốn cĩ thể được bắt đầu. Để thực hiện việc này, chọn
“Simulation/ Run” trên menu “Pulldown” hoặc nhấn nút .
Nếu khơng cĩ thơng báo lỗi xuất hiện trên màn hình thì tức là những dữ liệu nhập vào được chấp nhận, khi đĩ việc tính tốn 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 thơng báo lỗi sẽ xuất hiện trên màn hình.
Trong tab “Simulation” trên menu “Pulldown”, bằng cách chọn “View Logfile”, ta cĩ thể xem cửa sổ thể hiện những thơng tin về trạng thái chạy chương trình tính tốn bao gồm các khuyến cáo và các thơng báo lỗi. Chính vì vậy, ta nên sử dụng tuỳ chọn này vì đây là cách dễ nhất để cĩ được những thơng tin về các lỗi tính tốn cũng như lỗi dữ liệu đầu vào. Hơn thế nữa, bảng báo cáo cịn cung cấp cho người sử dụng những lời nhắn cĩ giá trị về các tệp tin được tạo ra, đơn vị hệ thống, tiến trình tính tốn. Hình minh hoạ sau đây thể hiện thơng báo lỗi khi GUI kiểm tra dữ liệu:
Hình 4.41. Hộp thoại thơng báo lỗi từ View Logfile
Lỗi trên là lỗi thiếu liên kết giữa các phần tử Cam-Piston, Kim phun-Biên thủy cơ.
Nếu khơng cĩ thơng báo lỗi nào và dịng chữ "State: completed" xuất hiện trong cửa sổ "Trạng thái- Status" tức là phép tính đã được thực hiện thành cơng.
Hình 4.42. Hộp thoại thơng báo hết lỗi
4.8. XUẤT KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT
4.8.1. 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.
Để tạo các trang kết quả để báo cáo trong cửa sổ “PP2-noname” chọn tab “Report” tiếp đến chọn “Page” để chèn thêm một trang mới, ta cĩ thể tạo một lúc nhiều trang, nếu muốn xĩa trang đã tạo ta chọn trang cần xĩa, nhấp vào nút “Delete” trên thanh cơng cụ của cửa sổ này. Trong mỗi trang ta cĩ thể tạo nhiều lớp khác nhau để cho hiển thị các đồ thị đặc tính để dễ quan sát và so sánh. Cách tạo các Layer này như sau:
- Vào trang cần tạo Layer.
- Nhấp chuột vào nút Layer trên thanh cơng cụ.
- Mỗi một lần nhấp chuột là một Layer mới xuất hiện.
Sau khi đã cĩ các Layer, nhấp vào trang cần cho đồ thị hiển thị, kế tiếp chọn tab Results trên thanh cơng cụ, tìm đến phần tử cần hiển thị nhấp đúp vào phần tử đĩ thì Layer đã chọn sẽ hiện lên đồ thị cần xuất.
Chú ý: Trước khi nhấp đúp vào phần tử cần hiển thị đồ thị đặc tính, ta phải chọn Layer trước rồi mới tiến hành nhấp đúp. Trong một Layer cĩ thể cho hiển thị nhiều đường đặc tính cùng một lúc.
4.8.2. Nhận xét kết quả thu được
Cĩ thể nĩi, để cĩ thể khai thác sử dụng phần mềm Hydsim một cách cĩ hiệu quả thì một mặt người sử dụng phải nắm vững đầy đủ và chặt chẽ cơ sở lý thuyết, hiểu rõ tính chất ý nghĩa của từng phần tử cũng như các chức năng được trang bị trong phần mềm, đồng thời phải nắm rõ kết cấu của đối tượng cần mơ phỏng để từ đĩ cĩ thể mơ phỏng đúng chính xác các tính chất của đối tượng, đặc biệt là khả năng phân tích các kết quả nhận được. Bởi vì phần mềm Hydsim này khơng chỉ đơn thuần là khảo sát các hệ thống phun nhiên liệu hiện cĩ, mà hơn thế nữa, từ các kết quả nhận được trong quá trình khảo sát, người sử dụng sẽ đánh giá lại các hệ thống đĩ, đề ra các giải pháp thay đổi hợp lí để nhận được các kết quả đầu ra theo như mong muốn (cơng việc thiết kế).
4.8.2.1. Thơng số đầu ra của cam nghiêng
Hình 4.43. Độ nâng của cam theo phương x
Từ các dữ liệu đầu vào của phần tử Cam nghiêng, Hydsim tính tốn và xây dựng nên đồ thị thể hiện chuyển vị của nĩ trong hướng x (hướng chuyển động tịnh tiến của piston plunger).
Trên đồ thị, ta thấy biên độ chuyển vị trong hướng x của phần tử Cam nghiêng khoảng 0,0069 [m], giá trị này sẽ bằng độ dịch chuyển cực đại của piston plunger.
4.8.2.2. Thơng số vận tốc nâng của biên dạng cam
Hình 4.44. Vận tốc nâng của biên dạng cam
Từ đồ thị trên hình 4.44 cho phép ta đánh giá mức độ biến thiên của chuyển vị tịnh tiến của cam nghiêng, qua đĩ phần nào đánh giá được tốc độ chuyển động của piston plunger. Hơn thế nữa, từ đồ thị trên ta cĩ thể khái quát được biên dạng profile của Cam nghiêng: số lượng cung trên profile, độ nhọn (hoặc bằng) của đỉnh cam. Cụ thể với biến thiên vận tốc như trên, ta cĩ thể kết luận cam nghiêng mơ phỏng cĩ profile cĩ một đỉnh và đỉnh khơng nhọn (cung trịn).
Ở trên, khi cam nghiêng nâng Piston Plunger đi lên dần với vận tốc dương đến 2000 GQTC thì vận tốc nâng cĩ giá trị âm do Piston Plunger đi xuống.
Thơng số đầu ra cuối cùng được chọn của phần tử Cam đĩa là "Ứng suất Hertz", đây là thơng số thể hiện ứng suất tiếp xúc giữa con lăn và bề mặt cam trong quá trình làm việc.
Hình 4.45. Đồ thị biến thiên của Ứng suất Hertz
Đồ thị trên hình 4.45 cho biết giá trị cũng như sự biến thiên ứng suất tiếp xúc giũa con lăn với cam đĩa trong quá trình làm việc. Rõ ràng trong giai đoạn GQTC từ 100 ÷ 750 ứng với hành trình đi lên của cam đĩa lúc van cao áp chưa nhấc lên, khi đĩ nĩ phải dẫn động piston plunger thắng lực cản của lị xo piston plunger và áp suất dầu từ ống cao áp nên ứng suất tiếp xúc trong giai đoạn này tăng nhanh và đạt giá trị cực đại. Từ GQTC 1100 đến 2000,ứng suất dao động nhưng khơng về giá trị 0 vì lúc này piston plunger vẫn đi lên nhưng tổng áp suất giảm (vì cửa nạp/ tràn đã mở cửa xả). Từ 2000 về sau, ứng suất tiếp xúc cĩ biên độ dao động rất lớn do trong giai đoạn này piston plunger đang đi xuống, lị xo piston plunger giãn ra.
4.8.2.4. Thơng số vận tốc của piston plunger
Như đồ thị ở dưới ta thấy quy luật biến thiên vận tốc của phần tử Piston plunger gần giống với phần tử Cam nghiêng. Từ GQTC 500 trở về trước, vận tốc biến thiên chậm (tương tự với biến thiên chuyển vị), tốc độ biến thiên đạt cực đại tại khoảng 750 GQTC ứng với quá trình kim phun nhấc lên làm tổng áp suất tác dụng lên piston plunger giảm. Từ 2000 GQTC trở về sau đường cong vận tốc dao động lớn do dao động của chuyển vị, biên dạng cam thu hẹp nhanh.
Hình 4.46. Đồ thị biến thiên vận tốc của piston plunger
4.8.2.5. Thơng số áp suất trong buồng áp suất
Hình 4.47. Đồ thị biến thiên của áp suất trong buồng áp suất
Trên đồ thị ta thấy áp suất tăng nhanh và đạt giá trị cực đại tại 750 GQTC, khi Piston Plunger đi lên và ép dầu trong buồng áp suất khi van cao áp chưa được mở ra đạt giá trị thắng lực lị xo van cao áp và áp suất dầu hồi. Tại giá trị này áp suất trong đường ống cao áp được tăng lên và kim phun cũng được nhấc lên. Đến 1000 thì cửa nạp/ tràn mở cửa xả (do rãnh của piston bơm cao áp trùng với cửa xả) và áp suất trong khoang giảm xuống nhanh.
Hình 4.48. Độ nâng của van cao áp
Khi áp suất trong buồng áp suất tăng đến giá trị thắng được lực ép lị xo van cao áp và áp lực dầu cao áp thì van cao áp được mở ra. Trên đồ thị hình 4.48, ta thấy van cao áp bắt đầu nhích lên tại vị trí khoảng 750 của gĩc quay trục cam (GQTC), ứng với vị trí này áp suất trong buồng áp suất khoảng 35 MPa (khai báo áp suất mở van cao áp là 20 MPa). Sau đĩ, chuyển vị của van cao áp tăng nhanh, đạt cực đại khoảng 0,0019m = 1,9mm. Sau 1000GQTC, áp suất trong buồng áp suất giảm nên chuyển vị của van cao áp cũng giảm dần và bằng khơng 0 nhờ lực lị xo van cao áp và áp suất đường dầu cao áp, sau 1120 GQTC (kết thúc quá trình cấp nhiên liệu).
4.8.2.7. Thơng số vận tốc van cao áp
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 750 GQTC vận tốc bắt đầu tăng lên do van cao áp được mở ra và vận tốc đạt cực đại ở vị trí khoảng 900 GQTC, sau đĩ rãnh piston plunger mở cửa nạp/ tràn thì van cao áp đi xuống vì
thế van cao áp cĩ vận tốc âm. Sau 112 GQTC trở về bằng 0 (do chuyển vị bằng 0, khơng đổi).
4.8.2.8. Thơng số độ nâng của kim phun
Hình 4.50. Độ nâng kim phun
Trên hình ta thấy áp suất trong khoang vịi phun bắt đầu tăng từ 750 GQTC và đến 1000 GQTC trong thời gian này kim phun được nhấc lên và đạt giá trí lớn nhất khoảng 0,32(mm) và sau đĩ kim phun được lị xo và áp suất dầu hồi đẩy xuống đĩng lỗ phun khi rãnh piston plunger bắt đầu mở cửa nạp/ tràn, đến 1120 GQTC thì kim phun đĩng lỗ phun hồn tồn. Thời gian phun nhiên liệu khoảng 350 độ tính theo gĩc quay của trục cam tức là tương ứng với khoảng 700 theo gĩc quay trục khuỷu.
4.8.2.9. Thơng số tiết diện lưu thơng đế kim phun
Đồ thị ở dưới cho thấy tiết diện lưu thơng của vịi phun biến thiên trong khoảng 300 GQTC, đạt giá trị cực đại khoảng 2,5.10-7 m2 từ 780÷ 1100 GQTC.
Hình 4.51. Tiết diện lưu thơng đế kim phun
4.8.2.10. Thơng số áp suất khoang nâng
Hình 4.52. Đồ thị áp suất khoang nâng
Áp suất bắt đầu nâng kim phun khoảng 8 MPa, sau đĩ tiếp tục tăng cho đến
khi kim phun đã mở một độ nhất định thì áp suất trong khoang bị tụt xuống một ít là
do hiện tượng tiết lưu lúc kim mở, khi kim tiết diện phun lớn thì nhiên liệu được
phun nhiều làm áp suất nhiên liệu trong khoang nâng giảm làm kim đĩng lại một ít
nhờ lực lị xo và áp suất dầu hồi khi đĩ tiết diện phun nhỏ lại và áp suất lại tăng lên
và cứ như vậy áp suất khoang nâng dao động quanh giá trị lớn nhất. Trong quá trình
phun áp suất đạt cực đại khoảng 10 MPa sau đĩ bị tụt xuống rất nhanh do rãnh xoắn
trên thân pittơng bơm cao áp đã mở thơng lỗ xã mặt dù cam thơng qua con đội vẫn
đẩy pittơng tiếp tục đi lên. Kết hợp với sức căng của lị xo kim phun và tác động
triệt áp của van cao áp đã làm cho kim phun được đĩng hồn tồn ngăn được hiện tượng phun rớt.
4.8.2.11. Thơng số lượng nhiên liệu rị rỉ tại sự rị rỉ số 2
Hình 4.53. Đồ thị lượng nhiên liệu rị rỉ tại sự rị rỉ số 2
Từ 750 GQTC áp suất trong khoang nâng tăng nhanh và đạt cực đại nên dầu cĩ áp suất cao mới cĩ thể rị rỉ qua khe hẹp giữa kim phun và thân vịi phun và sự rị rỉ tiếp tục tăng đến 1000 GQTC thì sự rị rỉ đạt cực đại, sau đĩ rãnh định lượng mở cửa xã nên áp suất dầu giảm xuống nên sự rị rỉ cũng giảm nhanh và bằng 0 tại 1120
GQTC.
4.8.2.12. Thơng số gĩc cơn của tia phun
Hình 4.54. Đồ thị giá trị gĩc cơn của tia phun
Gĩc cơn tia phun dao động trong khoảng 0,25 rad ÷ 0,3 rad (tương ứng từ 140÷ 170).
4.8.2.13. Thơng số độ xuyên thấu của tia phun
Hình 4.55. Đồ thị giá trị độ xuyên thấu của tia phun
Độ xuyên thấu của tia phun (chiều dài tia phun L) tăng dần, đạt cực đại khoảng 0,035 m (35 mm).
4.8.2.14. Thơng số đường kính trung bình của hạt nhiên liệu
Hình 4.56. Đồ thị giá trị đường kính trung bình của hạt nhiên liệu
Trong giai đoạn phun, đường kính trung bình của hạt nhiên liệu dtb tăng dần theo GQTC: tại 750 GQTC dtb = 0 (bắt đầu phun) sau đĩ tăng dần theo GQTC, đạt cực đại khoảng 2,7.10-5m (=27 µm). Sau đĩ kim phun đĩng lại nên đường kính hạt giảm về 0.
4.9. ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN KẾT CẤU CHẤT
LƯỢNG PHUN NHIÊN LIỆU
Một ưu điểm lớn của phần mềm Hydsim là khả năng mơ phỏng, cho biết kết quả nhanh chĩng, cho nên dựa vào ưu điểm này ta cĩ thể kiểm chứng sự ảnh hưởng của các thơng số kết cấu, vận hành đến chất lượng phun nhiên liệu một cách dễ dàng.
Khi đang ở một mơ hình nào đĩ, muốn tạo ra một mơ hình tương tự mơ hình gốc, chỉ thay khác một vài thơng số, ta thực hiện như sau:
+Từ thanh menu vào mục Data Sets chọn Add Data Set để tạo ra một trường hợp mới và vẫn giữ nguyên đầy đủ các thuộc tính của mơ hình gốc. Ta cĩ thể tạo ra các trường hợp mới với số lượng khơng giới hạn. Các mơ hình mới tạm thời được mang tên Set 1, Set 2, Set3, Set 4,v.v..
+ Chọn mơ hình cần thao tác bằng cách kích chuột trái lên tên của nguồn dữ liệu đĩ (Set 1, Set 2, ...), sau đĩ muốn thay đổi thơng số nào thì chỉ việc làm xuất hiện các hộp thoại khai báo và điều chỉnh lại giá trị, cách làm tương tự như với mơ hình gốc.
+ Vào lại mục Data Sets chọn mục Data Set Name để đặt tên cho mơ hình. + Để chạy tính tốn, vào tap Simulation trên thanh menu chọn chức năng Run Sets sẽ xuất hiện hộp thoại lựa chọn trường hợp tính tốn. Ở đây ta cĩ thể chọn một, hai hay tất cả các trường hợp; chọn xong, kích OK chương trình sẽ bắt đầu tính tốn cho từng trường hợp cụ thể.
+ Việc truy xuất kết quả tiến hành như mơ hình gốc đã trình bày ở phần trên. Sau đây, ta thay đổi đường kính lỗ phun để khảo sát chất lượng phun. Dạng hình học tia phun khi thực hiện mơ phỏng với đường kính lỗ phun lần lượt bằng
mm
dhole =0,9 (đã thực hiện trong mơ hình trên) và dhole =1,8mm khi giữ nguyên các
thơng số khác. Dưới đây là các đồ thị so sánh các kết quả thu được.
Hình 4.57. Đồ thị so sánh tiết diện lưu thơng tại đế kim phun
Từ đồ thị trên ta thấy: khi tăng đường kính lỗ phun từ 0,9 mm lên 1,8 mm thì tiết diện lưu thơng qua lỗ phun tăng lên.
+ Đối với giá trị dhole =0,9mm→ F(max)≈2,25.10−7m2 + Đối với giá trị dhole =1,8mm→ F(max)≈3,25.10−7m2
4.9.2. Thơng số độ nhấc kim phun
Hình 4.58. Đồ thị so sánh độ nhấc kim phun
Từ đồ thị trên ta thấy: khi tăng đường kính lỗ phun từ 0,9 mm lên 1,8 mm thì
