BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
BỘ QUỐC PHÕNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
PHẠM HỒNG SƠN
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN
QUY LUẬT CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ
DIESEL KHI CƢỜNG HÓA BẰNG TĂNG ÁP
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2014
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
BỘ QUỐC PHÕNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
PHẠM HỒNG SƠN
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN
QUY LUẬT CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ
DIESEL KHI CƢỜNG HÓA BẰNG TĂNG ÁP
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số:
62 52 01 16
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS, TS Hà Quang Minh
2. TS Lê Đình Vũ
HÀ NỘI - 2014
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các
số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác
Tác giả luận án
Phạm Hồng Sơn
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
BỘ QUỐC PHÕNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
PHẠM HỒNG SƠN
NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN
QUY LUẬT CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ
DIESEL KHI CƢỜNG HÓA BẰNG TĂNG ÁP
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ
CỦA TÁC GIẢ
HÀ NỘI - 2014
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
MỞ ĐẦU
1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về tình hình sử dụng động cơ diesel không tăng áp
hiện nay ở nƣớc ta và nhu cầu cải tiến nâng cao công suất động cơ
1.1.1. Tình hình sử dụng trong lĩnh vực dân sự
6
1.1.2. Tình hình sử dụng trong lĩnh vực quân sự
1.1.3. Nhu cầu cải tiến để nâng cao công suất bằng biện
pháp tăng áp
1.1.4. Một số vấn đề cần nghiên cứu khi cường hóa động cơ
bằng tăng áp tua bin khí thải
1.1.5. Kết quả nghiên cứu tăng áp động cơ B6 và những vấn
đề cần hoàn thiện tiếp theo
1.2. Một số biện pháp cải thiện quy luật cung cấp nhiên liệu đối
với động cơ diesel sau khi cƣờng hóa bằng tăng áp tua bin khí
thải và các nghiên cứu có liên quan
6
6
6
6
7
7
8
1.2.1. Các biện pháp điều chỉnh
8
1.2.2. Các biện pháp thay đổi kết cấu
9
1.2.3. Một số nghiên cứu khác có liên quan
1.3. Quy luật cung cấp nhiên liệu và yêu cầu đối với quy luật cung
cấp nhiên liệu của động cơ diesel sau khi cƣờng hóa bằng tăng áp
1.3.1. Quy luật cung cấp nhiên liệu
12
1.3.2. Các dạng quy luật phun nhiên liệu của động cơ diesel
1.3.3. Yêu cầu mong muốn đối với quy luật cung cấp nhiên
liệu của động cơ diesel khi được cường hóa bằng tăng áp
16
13
13
17
Trang
1.4. Ảnh hƣởng của biên dạng cam, chế độ tải đến quy luật cung
cấp nhiên liệu (quy luật phun)
1.4.1. Ảnh hưởng của biên dạng cam
18
18
1.4.2. Ảnh hưởng của chế độ tải
1.5. Ảnh hƣởng của quy luật cung cấp nhiên liệu đến các chỉ tiêu
công tác của động cơ
1.6. Trình tự nội dung nghiên cứu của luận án
20
1.7. Kết luận chƣơng 1
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN
QUY LUẬT CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ
DIESEL KHI CƢỜNG HÓA BẰNG TĂNG ÁP
2.1. Khái quát chung (đặt vấn đề)
2.2. Cơ sở tính toán biên dạng cam bơm cao áp nhằm cải thiện quy
luật cung cấp nhiên liệu
2.2.1. Tiêu chí và phương án lựa chọn dạng cam cải tiến
25
2.2.2. Cơ sở tính động học pít tông bơm cao áp HK-10
2.2.2.1. Động học pít tông bơm cao áp cơ sở HK-10 trên cam
tiếp tuyến
2.2.2.2. Động học pít tông bơm cao áp cơ sở HK-10 trên cam
cải tiến
2.3. Cơ sở lý thuyết tính toán thủy động hệ thống nhiên liệu của
động cơ diesel
2.3.1. Mô hình tính toán
29
21
23
27
27
28
28
29
31
34
34
2.3.2. Các giả thuyết
35
2.3.3. Phương pháp tính
36
2.3.4. Phần mềm áp dụng tính GT-FUEL
37
2.3.5. Cơ sở lý thuyết (các phương trình đặc tính) của các
phần tử
2.3.5.1. Chất lỏng (nhiên liệu)
2.3.5.2. Đường ống cao áp
37
37
38
Trang
2.3.5.3. Khoang chưa biết áp suất
39
2.3.5.4. Phần tử tiết lưu (Flow Passage)
40
2.3.5.5. Phần tử van (Valve)
40
2.3.5.6. Phần tử dòng chảy tầng (Laminar Flow)
41
2.3.6. Xác định các điều kiện biên tại bơm cao áp và vòi phun
41
2.3.6.1. Các phương trình điều kiện biên tại bơm cao áp
41
2.3.6.2. Các phương trình điều kiện biên tại vòi phun
42
2.3.6.3. Hệ phương trình vi phân điều kiện biên
43
2.3.6.4. Xác định các thông số bổ trợ để giải hệ phương trình điều
kiện biên.
2.4. Cơ sở lý thuyết tính toán chu trình và các chỉ tiêu công tác
của động cơ diesel tăng áp
2.4.1. Mô hình vật lý tính chu trình công tác động cơ diesel
tăng áp
2.4.2. Các phương trình cơ bản tính diễn biến áp suất, nhiệt
độ của chu trình
2.4.3. Mô hình cháy
47
51
51
52
53
2.4.3.1. Lựa chọn mô hình cháy
2.4.3.2. Mô hình hiện tượng cháy đa vùng áp dụng đối với tia
phun trực tiếp (DI-jet)
2.4.4. Truyền nhiệt và phương trình xác định hệ số tỏa nhiệt
đối lưu giữa khí cháy và thành vách
2.4.5. Mô hình máy nén và tuabin
53
2.5. Kết luận chƣơng 2
Chƣơng 3: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN QUY LUẬT CUNG CẤP
NHIÊN LIỆU, KHẢO SÁT CHU TRÌNH VÀ CHỈ TIÊU CÔNG
TÁC CỦA ĐỘNG CƠ B6 TĂNG ÁP KHI THAY ĐỔI QUY
LUẬT CUNG CẤP NHIÊN LIỆU
3.1. Kết quả tính động học pít tông bơm cao áp HK-10
64
3.1.1. Sơ lược về bơm cao áp HK-10
54
60
62
65
65
65
Trang
3.1.2. Động học với biên dạng cam nguyên thủy (cam tiếp tuyến)
66
3.1.3. Động học với biên dạng cam cải tiến
3.2. Tính toán thủy động, xác định quy luật cung cấp nhiên liệu khi
dùng cam nguyên thủy và dùng các phƣơng án cam cải tiến
3.2.1. Mô hình khảo sát hệ thống nhiên liệu bằng phần mềm
GT - Fuel tính cho động cơ B6 và B6TA
3.2.1.1. Mô hình và thông số đầu vào
67
3.2.1.2. Hiệu chỉnh mô hình
3.2.2. Kết quả tính toán quy luật cung cấp nhiên liệu với các
phương án biên dạng cam
3.2.3. Kết luận lựa chọn quy luật cung cấp nhiên liệu (quy
luật phun) và biên dạng cam cải tiến
3.2.4. Khảo sát các đặc tính thủy động và quy luật cung cấp
nhiên liệu của hệ thống nhiên liệu sử dụng phương án cam cải tiến
đã lựa chọn (PA3) và cam nguyên thủy
3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng quy luật cung cấp nhiên liệu đến chu
trình và chỉ tiêu công tác của động cơ B6 tăng áp
3.3.1. Khái quát về phần mềm GT - Power
3.3.2. Mô hình mô phỏng chu trình và các chỉ công tác của
động cơ B6 và B6TA bằng phần mềm GT-Power
3.3.2.1. Trình tự nghiên cứu và xây dựng mô hình
3.3.2.2. Thông số đầu vào của mô hình
3.3.2.3. Kết quả tính kiểm tra đối với động cơ B6 khi chưa tăng áp
(động cơ nguyên thủy)
68
69
69
71
72
74
76
81
81
81
81
86
89
3.3.3. Các kết quả tính chu trình và chỉ tiêu công tác của
động cơ B6TA trước và sau cải tiến biên dạng cam bơm cao áp
92
3.3.3.1. Chọn chế độ tính toán
92
3.3.3.2. Kết quả tính chu trình công tác của động cơ B6TA
93
3.3.3.3. Nhận xét, bình luận
99
3.4. Kết luận chƣơng 3
101
Trang
Chƣơng 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
102
4.1. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm
102
4.1.1. Mục đích thực nghiệm
102
4.1.2. Nội dung và phương pháp thực nghiệm
103
4.2. Chế tạo trục cam mới cho bơm cao áp động cơ B6 tăng áp
103
4.2.1. Thiết kế bản vẽ chế tạo trục cam mới cho bơm cao áp
103
4.2.2. Tiến trình công nghệ chế tạo trục cam bơm cao áp mới
104
4.3. Kiểm tra kết quả gia công trục cam mới
4.4. Thực nghiệm đo lƣợng nhiên liệu cấp cho chu trình và áp
suất trên đƣờng ống cao áp
108
110
4.4.1. Trang, thiết bị và chế độ thử nghiệm
111
4.4.1.1. Bệ thử bơm cao áp
111
4.4.1.2. Thiết bị đo áp suất
112
4.4.1.3. Chế độ thử nghiệm
115
4.4.2. Trình tự tiến hành thử nghiệm
116
4.4.3. Kết quả thử nghiệm
118
4.4.3.1. Kết quả đo lượng cung cấp nhiên liệu
118
4.4.3.2. Kết quả đo áp suất đường ống cao áp
118
4.4.4. Đánh giá kết quả thử nghiệm, so sánh kiểm chứng với
kết quả tính mô phỏng
4.4.4.1. Xử lý kết quả đo lượng cung cấp nhiên liệu
122
122
4.4.4.2. So sánh kết quả đo lượng áp suất trong đường ống cao áp
122
4.4.4.3. Nhận xét kết quả thực nghiệm
124
4.5. Kết luận chƣơng 4
125
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
126
Danh mục các công trình công bố của tác giả
128
Tài liệu tham khảo
129
Phụ lục
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
1. KÝ HIỆU LA TINH
Kí hiệu
Diễn giải
Đơn vị
tính
-
BCA
Bơm cao áp
CCNL
Cung cấp nhiên liệu
-
CNC
Computer numerical control (máy điều khiển số)
-
Computational Fluid Dynamics (Tính toán động lực
-
CFD
Cn
học chất lỏng)
Tốc độ chuyển động của pít tông bơm cao áp
m/s
ĐCT
Điểm chết trên
-
ĐCD
Điểm chết dưới
-
FP
Diện tích tiết diện ngang của pít tông bơm cao áp
mm2
Fi
Diện tích tiết diện ngang của lỗ phun
mm2
fc
Tổng diện tích mặt cắt ngang của các lỗ phun
m2
GQTC
Góc quay trục cam
-
GQTK
Góc quay trục khuỷu
-
ge
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích
gct
Lượng nhiên liệu cấp cho 1 chu trình
mg/ct
Gnl
Lượng tiêu thụ nhiên liệu
kg/h
HTPNL
Hệ thống phun nhiên liệu
-
g/kW.h
W/m2-K
hc
Hệ số truyền nhiệt
jn
Gia tốc chuyển động của pít tông bơm cao áp
i
Số lỗ phun
-
K
Mô đun đàn hồi khối của nhiên liệu
-
Me
Mô men có ích của động cơ
m/s2
Nm
Kí hiệu
Diễn giải
Đơn vị
tính
kW
Ne
Công suất động cơ
Nu
Hệ số Nusselt
nc
Số vòng quay của trục cam bơm cao áp
vg/ph
nđc
Số vòng quay của động cơ
vg/ph
QLCCNL
-
Quy luật cung cấp nhiên liệu
-
q
Tốc độ phun
mg/độ
pϕ
Áp suất nhiên liệu trong khoang đầu vòi phun
Pa, bar
pi
Áp suất tức thời tại vòi phun
Pa, bar
pXL
Áp suất bên trong xi lanh động cơ
Pa, bar
Re
Hệ số Reynolds
-
Hành trình lớn nhất của con đội
m
Chuyển vị của pít tông bơm cao áp
m
Smax
Sn
Vcc.ct
Lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình
ml/ct
Vcc
Quy luật cung cấp nhiên liệu dạng tích phân
-
Vph.ct
Quy luật phun tích phân được kí hiệu là
-
VT
Lưu lượng cung cấp thể tích của bơm cao áp
m3/s
2. KÝ HIỆU HY LẠP
α
Hệ số dư lượng không khí
Đơn vị
tính
-
ρnl
Khối lượng riêng của nhiên liệu
kg/m3
k
Tỉ số tăng áp của máy nén
Kí hiệu
Δφcc
φ0
Diễn giải
-
Thời gian cung cấp nhiên liệu tính theo góc quay của trục
cam bơm cao áp
độ
Góc công tác của cam
độ
φc
Góc quay của trục cam
Đơn vị
tính
độ
φf
Thời điểm bắt đầu phun
độ
φe
Thời điểm kết thúc phun
độ
μc
Hệ số lưu lượng qua lỗ phun
ωc
Tốc độ góc của trục cam bơm cao áp
Δp
Độ chênh áp suất
Kí hiệu
Diễn giải
Các kí hiệu khác được giải thích chi tiết theo từng chương mục
rad/s
Pa
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng
Bảng
2.1
Trang
Kí hiệu, đơn vị tính của các thông số trong các phương trình và hệ
phương trình vi phân điều kiện biên
44
3.1
Thông số lựa chọn cho các phương án tính toán cam cải tiến
67
3.2
So sánh một số thông số động học giữa cam cũ và các
phương án cam cải tiến đã chọn
3.3
Lượng cung cấp nhiên liệu cho 1 chu trình ở chế độ tải định
mức của BCA HK-10 nguyên thủy
3.4
67
72
Kết quả tính toán các thông số đặc tính phun với các phương
án biên dạng cam khác nhau
73
3.5
Thông số đặc trưng của biên dạng cam cải tiến
75
3.6
Các phần tử chính sử dụng trong các mô hình
82
3.7
Các thông số đầu vào chung của động cơ B6 (B6TA)
86
3.8
Kết quả tính toán các chỉ tiêu công các động cơ B6
89
3.9
Các thông số đánh giá chu trình công tác động cơ B6
89
3.10
90
3.11
Phân phối năng lượng (cân bằng nhiệt)của động cơ B6
nguyên thủy
Kết quả tính đặc tính ngoài động cơ B6
3.12
Bảng so sánh các thông số đặc trưng của chu trình và chỉ tiêu
công tác của động cơ B6TA
3.13
92
98
Phân phối năng lượng (cân bằng nhiệt) của động cơ B6TA
khi sử dụng trục cam bơm cao áp với biên dạng cam nguyên
thủy và cam mới
99
4.1
Sai lệch kích thước và phân bố các điểm sai lệch của trục
cam sau gia công so với bản vẽ thiết kế
109
4.2
Thông số kĩ thuật chính của bệ thử bơm cao áp DB2000IIA
110
4.3
Kết quả đo lượng nhiên liệu thực nghiệm cho 200 chu kì
117
4.4
Kết quả đo lượng nhiên liệu thực nghiệm cho 1 chu kì
121
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3.1
3.2
3.3
3.4
Tên hình vẽ và đồ thị
Dạng đồ thị quy luật cung cấp nhiên liệu
Quy luật phun nhiên liệu
Sơ đồ các dạng đặc tính phun
độ nâng của pít tông bơm cao áp với các cam có profile khác
nhau khi tốc độ trục bơm nc = 1000vg/ph
Ảnh hưởng của chế độ tải (vị trí thanh răng BCA) đến lượng
cung cấp NL, khoảng thời gian phun và thời điểm kết thúc
quá trình phun
Ảnh hưởng của thời gian cung cấp nhiên liệu đến sự thay đổi
áp suất trong xi lanh động cơ
Đường cong tốc độ W và chiều dài L
Sơ đồ trình tự nghiên cứu của luận án
Dạng động học của cam cải tiến
Sơ đồ chuyển vị của con đội (piston) BCA động cơ B6
Sơ đồ chuyển vị của con đội con lăn BCA khi sử dụng cam
cải tiến
Mô hình tính hệ thống phun nhiên liệu động cơ diesel
Sơ đồ xác định diện tích lưu thông có ích của cửa nạp và cửa cắt
Sơ đồ kết cấu của van cao áp.
Sơ đồ xác định diện tích lưu thông có ích giữa kim phun và đế
Mô hình vật lý và các dòng năng lượng, khối lượng và các
thông số trạng thái của chu trình công tác của động cơ
Các vùng của tia phun và quy luật đánh số các vùng
Phân bơm của bơm cao áp động cơ B6
Đồ thị chuyển vị, vận tốc của piston bơm cao áp HK-10 với
biên dạng cam cơ sở trên động cơ B6
Đồ thị chuyển vị của piston bơm cao áp HK-10 với các
phương án lựa chọn biên dạng cam cải tiến trên động cơ B6
Mô hình các phần tử hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bơm
Trang
14
15
16
19
20
22
23
25
29
30
32
35
48
49
50
51
54
66
66
68
70
Hình
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12.
3.13
3.14
3.15
Tên hình vẽ và đồ thị
Trang
cao áp - đường ống cao áp - vòi phun trong phần mềm GT-Fuel
So sánh kiểm tra lượng cung cấp nhiên liệu cho 1 chu trình ở
chế độ toàn tải của BCA HK-10 giữa kết quả tính toán mô
phỏng và số liệu của nhà sản suất
71
So sánh đặc tính phun của hệ thống nhiên liệu động cơ B6
với cam cũ và các phương án cam mới
72
Hình dạng và động học con đội của biên dạng cam bơm cao
áp thay thế
75
So sánh đặc tính diễn biến áp suất trong đường ống cao áp
của hệ thống nhiên liệu động cơ B6 với biên dạng cam
nguyên thủy trước và sau khi điều chỉnh lượng nhiên liệu
cung cấp cho chu trình đáp ứng yêu cầu tăng áp cho động cơ
và với biên dạng mới (PA3).
78
So sánh đặc tính áp suất phun của hệ thống nhiên liệu động
cơ B6 với biên dạng cam nguyên thủy trước và sau khi điều
chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình và với biên
dạng mới (PA3)
79
So sánh đặc tính tốc độ phun của hệ thống nhiên liệu động cơ
B6 khi sử dụng biên dạng cam nguyên thủy trước và sau khi
điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình và với biên
dạng cam mới (PA3.)
80
Mô hình liên kết các phần tử của động cơ B6 nguyên bản
trong phần mềm GT-power
84
Mô hình liên kết các phần tử của động cơ B6TA (động cơ B6
tăng áp) trong phần mềm GT-power
85
Giao diện nhập thông số lượng phun nhiên liệu cho trình và
diễn biến áp suất phun trong mô hình GT-power
87
Đặc tính bộ tua bin, máy nén do nhà sản xuất cung cấp
88
Đặc tính bộ TB-MN Garett TD08 và đặc tính phối hợp động
cơ B6 tăng áp với bộ TB-MN
88
Hình
Tên hình vẽ và đồ thị
Trang
3.16 Diễn biến áp suất bên trong xi lanh động cơ B6 (chế độ tải
định mức nđc = 1800vg/ph)
90
3.17 Diễn biến nhiệt độ bên trong xi lanh động cơ B6 (chế độ tải
định mức nđc = 1800vg/ph)
90
3.18 Đồ thị công chỉ thị của động cơ B6 trên hệ trục p-V
91
3.19 Kết quả so sánh đặc tính ngoài của động cơ B6
91
3.20 Diễn biến áp suất trong xi lanh động cơ B6 tăng áp,
nđc=1800v/ph
94
3.21
Diễn biến tốc độ tăng áp suất tức thời trong xi lanh động cơ
B6 tăng áp, nđc=1800v/ph
94
3.22 Diễn biến nhiệt độ trong xi lanh động cơ B6 tăng áp,
nđc=1800v/ph
94
3.23 Diễn biến áp suất trong xi lanh động cơ B6 tăng áp,
nđc=1200v/ph
95
3.24
Diễn biến tốc độ tăng áp suất tức thời trong xi lanh động cơ
B6 tăng áp, nđc=1200v/ph
95
3.25 Diễn biến nhiệt độ trong xi lanh động cơ B6 tăng áp,
nđc=1200v/ph
95
3.26 So sánh tốc độ tỏa nhiệt và quy luật tỏa nhiệt khi cháy trong
động cơ B6 tăng áp khi sử dụng cam nguyên thủy và cam
mới, nđc =1800vg/ph
96
3.27 So sánh tốc độ tỏa nhiệt và quy luật tỏa nhiệt khi cháy trong
động cơ B6 tăng áp khi sử dụng cam nguyên thủy và cam
mới, nđc =1200vg/ph
96
3.28 So sánh tốc độ trao đổi nhiệt với thành vách động cơ B6 tăng
áp khi sử dụng cam nguyên thủy và cam mới, nđc =1200vg/ph
97
3.29 So sánh tốc độ trao đổi nhiệt với thành vách động cơ B6 tăng
áp khi sử dụng cam nguyên thủy và cam mới, nđc =1800vg/ph
97
4.1
Bản vẽ 3D chi tiết trục cam bơm cao áp cải tiến của động cơ B6
104
4.2
Bản vẽ chế tạo chi tiết trục cam BCA cải tiến của động cơ B6
105
Hình
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
Tên hình vẽ và đồ thị
Trang
Sơ đồ bước tạo kích thước sơ bộ (1- chi tiết; 2- Phôi)
106
Sơ đồ phay biên dạng cam
106
Hình ảnh gia công trên máy phay DMU 50
108
Quét ảnh trục cam đã gia công trên máy quét scaner 3D
109
Kết quả kiểm tra kích thước hình dạng trục cam
109
Hình ảnh cấu tạo chung của bệ thử BCA và lắp đặt bơm cao
áp HK-10 trên bệ thử
112
Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo áp suất và hình ảnh kết nối thực tế
113
Cấu tạo của cảm biến và cách lắp ráp trên đường ống cao áp
114
Hình ảnh cảm biến quang và đồ gá trên bệ thử
115
Đồ thị kết quả đo diễn biến áp suất đường ống cao áp bằng thực
nghiệm ứng với trường hợp sử dụng biên dạng BCA nguyên bản
119
Đồ thị kết quả đo diễn biến áp suất đường ống cao áp bằng thực
nghiệm ứng với trường hợp sử dụng biên dạng BCA nguyên
bản khi đã điều chỉnh tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình
120
Đồ thị kết quả đo diễn biến áp suất đường ống cao áp bằng
thực nghiệm ứng với trường hợp sử dụng biên dạng BCA cải
tiến có điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình
121
Đồ thị so sánh kết quả đo áp suất trong đường ống cao áp
bằng thực nghiệm với kết quả tính mô phỏng ứng với tốc độ
động cơ: 600 vg/ph
123
Đồ thị so sánh kết quả đo áp suất trong đường ống cao áp
bằng thực nghiệm với kết quả tính mô phỏng ứng với tốc độ
động cơ: 1200 vg/ph
123
Đồ thị so sánh kết quả đo áp suất trong đường ống cao áp
bằng thực nghiệm với kết quả tính mô phỏng ứng với tốc độ
động cơ: 1800 vg/ph
124
1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài:
Cho đến nay, nguồn động lực chính dùng trong các phương tiện giao
thông, máy nông nghiệp, lâm nghiệp, các phương tiện cơ giới quân sự vẫn là
động cơ đốt trong. Trong đó, động cơ diesel chiếm một tỷ trọng lớn và được
sử dụng phổ biến do có những ưu điểm nổi bật, đặc biệt là động cơ diesel
phun trực tiếp.
Ngành công nghiệp động cơ đốt trong đã trải qua nhiều giai đoạn phát
triển và thu được những thành tựu đáng kể nhằm đáp ứng ngày càng tốt hơn
các yêu cầu của thực tiễn. Trong những năm qua, do trữ lượng nhiên liệu hóa
thạch giảm mạnh, do nhu cầu nâng cao hiệu suất và chất lượng làm việc của
động cơ đã luôn đặt ra cho các nhà chuyên môn nhiệm vụ nghiên cứu, phát
triển và ứng dụng các công nghệ mới vào động cơ.
Ngoài những yêu cầu đối với động cơ như tăng tuổi thọ, làm việc tin
cậy, tiêu thụ ít nhiên liệu thì những yêu cầu khác như tăng công suất tổng,
công suất lít, giảm hàm lượng các chất độc hại gây ô nhiễm môi trường là
những hướng nghiên cứu chính đang được quan tâm giải quyết.
Nhờ sự phát triển của các ngành khoa học có liên quan, ngành động cơ
đốt trong cũng có những bước phát triển vượt bậc. Ngày nay, người ta đã sử
dụng nhiều giải pháp có hiệu quả để đáp ứng các yêu cầu trên. Trong đó, tăng
áp cho động cơ là một biện pháp hữu hiệu. Việc tăng áp bằng tua bin khí thải
đáp ứng tốt các yêu cầu trên và đang được áp dụng rộng rãi cho động cơ.
Chính vì vậy, các hãng chế tạo động cơ nói chung, trong đó có động cơ diesel
cao tốc nói riêng đều chế tạo loại động cơ diesel tăng áp bằng tua bin khí thải.
Riêng đối với nước ta, do nền công nghiệp chế tạo động cơ chưa phát
triển, chủng loại phương tiện và động cơ sản xuất từ Liên xô cũ và Nga hiện
nay còn đang được sử dụng còn nhiều với động cơ diesel không tăng áp. Nhu
cầu đặt ra là cần phải nâng cao công suất tổng và công suất lít cho những
động cơ này để đáp ứng yêu cầu về khả năng cơ động, chuyên chở hàng hóa
2
và cải thiện các chỉ tiêu công tác nhằm phát huy tối đa hiệu quả khai thác
động cơ và trang bị là rất cần thiết. Giải pháp hiệu quả và có tính khả thi cao
là cường hóa những động cơ diesel không tăng áp này bằng tăng áp tua bin
khí thải.
Sau khi cường hóa bằng tăng áp tua bin khí thải cho động cơ mà trước
đây đã thiết kế là không tăng áp thì lượng không khí nạp vào xi lanh động cơ
cho một chu trình tăng lên, do đó để thành phần hỗn hợp nằm trong vùng hỗn
hợp cháy nhằm mục đích tăng công suất, cần tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu
trình. Để bổ sung thêm lượng nhiên liệu cấp cho chu trình người ta thường sử
dụng các biện pháp như điều chỉnh lại vị trí pít tông trong xy lanh bơm, tăng
đường kính các lỗ phun.v..v. Khi tăng thêm lượng nhiên liệu cấp cho chu trình
sẽ kéo dài thời gian phun, hiệu quả quá trình cháy sẽ bị ảnh hưởng, cháy rớt
tăng làm tăng trạng thái nhiệt các chi tiết, tăng nhiệt độ nước làm mát và giảm
hiệu suất. Vì vậy, việc nghiên cứu cải thiện quy luật cung cấp nhiên liệu bằng
cách lựa chọn biên dạng cam bơm cao áp phù hợp theo hướng tăng tốc độ cung
cấp để không kéo dài thời gian phun, đồng thời cải thiện quy luật cung cấp
nhiên liệu nhằm tối ưu quá trình cháy của động cơ là rất cần thiết.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu cải tiến quy luật cung cấp nhiên liệu
theo hướng thay đổi biên dạng cam của bơm cao áp đang sử dụng trên động
cơ diesel không tăng áp với hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bơm cao áp van cao áp - đường ống cao áp - vòi phun (kiểu Bosch) để rút ngắn thời gian
cấp nhiên liệu cho chu trình và cải thiện quy luật cung cấp nhiên liệu nhằm
nâng cao hiệu suất nhiệt của chu trình, đáp ứng yêu cầu cường hóa chính động
cơ đó bằng tăng áp tua bin khí thải.
Đối tƣợng nghiên cứu:
Đối tượng được sử dụng để nghiên cứu trong đề tài là động cơ B6 lắp
trên xe PT-76 trong đó đối tượng trực tiếp là bơm cao áp HK-10. Động cơ B6
do Liên Xô (cũ) chế tạo và chưa được tăng áp là động cơ diesel 4 kỳ, buồng
3
cháy thống nhất. Động cơ dự kiến được cường hóa bằng tăng áp tua bin khí
thải với mức độ tăng áp trung bình (k = 1,5 1,7), không làm mát khí nạp,
công suất động cơ tăng lên từ 28 đến 30%. Do nhu cầu về nâng cao tính cơ
động cho các phương tiện chiến đấu nên Binh chủng Tăng - Thiết giáp đã lựa
chọn loại động cơ này để nghiên cứu khả năng cường hóa bằng tăng áp. Kết
quả đề tài cấp Bộ Quốc phòng “Nghiên cứu cường hoá động cơ B6 bằng
phương pháp tăng áp tua bin khí thải” đã tăng công suất của động cơ lên
khoảng 29% (có tên gọi là động cơ B6TA)[9]. Biện pháp thực hiện trong đề
tài này là điều chỉnh xoay pít tông bơm để tăng hành trình có ích cấp nhiên
liệu của bơm kết hợp các biện pháp điều chỉnh góc phun sớm nhiên liệu.
Trong quá trình chạy thử nghiệm còn bộc lộ một số hạn chế như động cơ quá
nóng, khói nhiều ở chế độ toàn tải nên Cục Kỹ thuật - Bộ tư lệnh Tăng thiết
giáp đang thực hiện tiếp đề tài cấp Bộ Quốc phòng: “Nghiên cứu hoàn thiện
công nghệ cường hóa động cơ B6 trên xe tăng PT-76”, kết quả của luận án
cũng là một hướng trong việc hoàn thiện công nghệ này.
Phạm vi nghiên cứu:
Phạm vi nghiên cứu của luận án là tính toán thiết kế biên dạng cam bơm
cao áp theo hướng nâng cao cường độ phun cho hệ thống cung cấp nhiên liệu
kiểu bơm cao áp - van cao áp - đường ống cao áp - vòi phun (kiểu Bosch)
thay thế biên dạng cam của bơm cao áp nguyên thủy nhằm đáp ứng yêu cầu là
không kéo dài thời gian phun và cải thiện quy luật phun để tiếp tục sử dụng
cho chính động cơ đó sau khi được cường hóa bằng tăng áp tua bin khí thải
nhằm cải thiện các chỉ tiêu công tác của động cơ.
Phƣơng pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng:
Phương pháp nghiên cứu là kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm.
Về lý thuyết:
- Trình bày phương pháp tính toán thiết kế biên dạng cam bơm cao áp theo
hướng nâng cao cường độ phun. Động học của cam là thông số đầu vào để tính
toán lượng nhiên liệu phun (cấp) cho một chu trình và quy luật cung cấp nhiên
- Xem thêm -