Nghiên cứu nâng cao hiệu xuất

Chia sẻ: Hoang Nguyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

103
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'nghiên cứu nâng cao hiệu xuất', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu nâng cao hiệu xuất

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT VÀ CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ DIESEL 1 XI-LANH RV195 RESEARCH ON IMPROVING VOLUMETRIC EFFECIENCY AND PERFORMANCE OF SINGLE CYLINDER DIESEL ENGINE RV 195 Nguyễn Hữu Hường – Vương Như Long Khoa Kỹ thuật Giao thông, Đại Học Bách Khoa, Tp. Hồ Chí Minh, Việt nam ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- TÓM TắT Bài báo này đề cập đến việc ứng dụng phương pháp mô phỏng nhằm thiết kế cải tiến động cơ đốt trong; đặc biệt là các loại động cơ Diesel cỡ nhỏ sản suất tại Việt Nam. Phương pháp có trợ giúp của máy tính này được sử dụng nhằm giảm thiểu chi phí và sai sót cũng như rút ngắn thời gian thiết kế và chế tạo động cơ. Ngoài ra, bài báo cũng trình bày quá trình tính toán chi tiết việc tối ưu hóa kết cấu cụm nạp của động cơ Diesel 1 xi-lanh RV195 (cải tiến từ động cơ RV165 do Công ty Vikyno sản xuất) nhằm tăng hiệu suất nạp và công suất của động cơ này. Các quá trình nghiên cứu tính toán phần lớn dựa trên phần mềm Boost tại phòng thí nghiệm động cơ đốt trong, khoa Kỹ thuật Giao thông, Đại học Bách khoa Tp. HCM. (động cơ RV195 có công suất là 19,5 mã lực được với công suất 16,5 mã lực, hiệu suất nạp của động cơ RV195 thấp, khoảng 0,7) ABSTRACT This paper has studied on applying the simulating method on the improving process of internal combustion engine design; especially forwarding to small ones made in Vietnam. This computer-aid method is reasonably used to reduce the designing cost and errors as well as the times of manufacture. Furthermore, this study has also discussed on more detail on the process of optimal calculation of intake manifold structure of single cylinder Diesel engine RV195 for increasing its volumetric effeciency and performance. Most of calculation was carried out via Boost software at Internal Combustion Engine lab. Faculty of Transport Engineering, HoChiMinh City University of Technology. (RV 195 Diesel engine have been power 19,5HP improved from RV 165 with power 16,5HP, volumetric effeciency of RV195 about 0.7). nạp của động cơ RV – 195 vẫn còn một số thiếu 1. GIỚI THIỆU CHUNG sót làm cho hiệu suất nạp không cao dẫn đến Qua khảo sát nhu cầu sử dụng động cơ diesel 1 động cơ chưa đạt được những tính năng tốt nhất. xi-lanh cỡ nhỏ tại Việt nam, ta thấy nhu cầu sử Do đó việc nghiên cứu tối ưu qúa trình nạp của dụng động cơ diesel 1 xi-lanh cỡ nhỏ là rất lớn. động cơ RV – 195 là cần thiết. Việc nghiên cứu chế tạo động cơ tại Việt Nam không những đáp ứng cho nhu cầu tiêu thụ ở 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CHỌN trong nước mà nó còn góp phần thúc đẩy các PHƯƠNG ÁN ngành khác như: cơ khí chính xác, cơ khí đúc, vật liệu, luyện kim…phát triển theo; từ đó thúc 2.1 Cơ sở lý thuyết đẩy nền kinh tế Việt Nam phát triển. Động cơ RV – 195 là loại động cơ mới được sản Khi tiến hành cải tiến hệ thống nạp của động cơ xuất, do đó việc nghiên cứu cải tiến là cần thiết. diesel để nâng cao hiệu suất nạp và công suất Mặt khác qua nghiên cứu và khảo sát, hệ thống động cơ, cần có các lý thuyết cơ bản sau:
1. Sự chuyển động của dòng khí trong ống 3.1 Phương án cơ sở 2. Qúa trình hình thành hỗn hợp của động cơ diesel Phương án cơ sở mô phỏng dựa trên các thông 3. Các phương pháp nâng cao hiệu suất nạp số của động cơ mẫu. động cơ diesel: Đường ống nạp của động cơ có các thông số • Phương pháp cải tiến đường ống nạp sau: • Đoạn cong thứ nhất: có bán kính cong R1 • Phương pháp thay đổi góc phối khí = 135mm, chiều dài L1 = 200mm. • Phương pháp sử dụng thiết bị tăng áp • Đoạn cong thứ hai: có bán kính cong R2 = 74mm, chiều dài L2 = 110mm. 2.2 Chọn phương án • Tiết diện ống là hình tròn có đường kính Qua nghiên cứu lý thuyết qúa trình nạp và hình D = 55(mm) nên sức cản bề mặt giảm, các đoạn cong tạo với nhau một góc 45o nên thành hỗn hợp của động cơ thấy rằng, để tăng hiệu suất nạp của động cơ RV – 195 ta có thể áp sức cản nhỏ, hiệu suất nạp cao. • Bề mặt lắp với nắp quy nát chênh 5mm, dụng 2 phương pháp: 1. Thay đổi kết cấu đường ống nạp. điều này làm tăng sức cản không khí nên 2. Thay đổi biên dạng cam và góc phối khí hiệu suất nạp giảm. Biên dạng cam của động cơ mẫu có thời gian SO SÁNH KẾT QUẢ xupáp nạp và thải mở lớn nhỏ làm giảm lưu VỚI ĐỘNG CƠ MẪU, TỪ ĐÓ CHỌN BIÊN DẠNG lượng vào và ra khỏi xi-lanh, điều này làm giảm CAM TỐI ƯU hiệu suất nạp của động cơ. Trong phương án cơ sở, mô phỏng theo số vòng PHƯƠNG ÁN 1 PHƯƠNG ÁN 2 TỐI ƯU BIÊN DẠNG CAM TỐI ƯU GÓC PHỐI KHÍ quay từ 1000 vòng/phút đến 2200 vòng/phút. PHƯƠNG ÁN CƠ SỞ - Pemax= 19HP / 2200v/p - gemin= 266,86g/kW h/2200v/p - Mmax= 60 Nm / 1800v/p 0.86 0.84 0.82 0.8 VE 0.78 0.76 PHƯƠNG ÁN 3 0.74 TỐI ƯU KÍCH THƯỚC HỆ THỐNG NẠP ĐỘNG CƠ CHỌN BIÊN DẠNG CAM VÀ KẾT CẤU ỐNG RV-195 ĐƯỢC TỐI ƯU HÓA VÀ GÓC PHỐI KHÍ TỐI ƯU 0.72 NẠP 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Hình 1: Sơ đồ các phương án mô phỏng soá voøng quay ñoäng cô (v/p) Để thực hiện theo sơ đồ trên cần tiến hành các Hình 2: Đồ thị VE của động cơ theo số vòng bước: quay ne Bước 1: Chạy mô phỏng động cơ mẫu để làm cơ sở so sánh với các phương án cải tiến. Dựa vào đồ thị nhận thấy: hiệu suất nạp của Bước 2: Mô phỏng với các biên dạng cam khác động cơ giảm khi số vòng quay tăng, ở số vòng nhau. So sánh kết qủa khi mô phỏng của các quay làm việc (từ 1800 vòng /phút đến 2200 biên dạng cam với kết qủa của động cơ mẫu, từ vòng/phút) hiệu suất nạp của động cơ RV-195 đó chọn biên dạng cam tối ưu nhất. thấp. Bước 3: Lấy kết qủa tối ưu của phương án 1 kết hợp với động cơ mẫu làm cơ sở cho việc thay 3.2 Phương án 1 – thay đổi biên dạng cam đổi góc phối khí ở phương án 2. Lần lượt thay đổi góc phối khí của xupáp nạp và thải, từ đó Phương án 1 được mô phỏng dựa trên cơ sở: chọn góc phối khí tối ưu nhất. • Giữ nguyên độ nâng xupáp cực đại (chiều Bước 4: Khi đã có biên dạng cam va góc phối cao vấu cam cực đại không đổi) và góc khí tối ưu, tiến hành thay đổi kích thước và kết mở sớm đóng muộn, thay đổi biên dạng cấu đường ống nạp. Mô phỏng nhiều lần sẽ cho cam sao cho thời gian xupáp mở lớn là tối kết cấu và kích thước ống nạp phù hợp nhất. ưu nhất. • Mô hình mô phỏng không có gì thay đổi 3. KẾT QỦA MÔ PHỎNG so với phương án cơ sở.
Chỉ mô phỏng ở số vòng quay của động cơ là 0.796 2200 vòng/phút. 0.795 0.794 0.795 0.793 0.79 VE 0.792 0.785 0.791 0.78 0.79 VE 0.775 0.789 0.77 5 10 15 20 25 0.765 goùc ñoùng treã xupaùp thaûi (ñoä) 0.76 1 2 3 4 5 6 Hình 5: Đồ thị VE theo gĩc mở sớm xupp nạp bieân daïng cam (nạp đĩng trễ 35o, thải mở sớm 50o, đĩng trễ 15o) Hình 3: Đồ thị VE theo các biên dạng cam 0.796 Qua đồ thị nhận thấy: với biên dạng cam 3 hiệu 0.7959 suất nạp của động cơ đạt giá trị tối ưu nhất. 0.7958 VE 0.7957 3.3 Phương án 2 – thay đổi góc phối khí 0.7956 Trên cơ sở biên dạng cam đã chọn ở phương án 0.7955 1, tiến hành mô phỏng với các góc mở sớm đóng 30 35 40 45 50 55 muộn của xupáp khác nhau sao cho; hiệu suất goaùc môû sôùm xupaùp thaûi (ñoä) nạp động cơ lớn nhất, suất tiêu hao nhiên liệu Hình 7: Đồ thị VE theo góc mở sớm xupáp thải nhỏ nhất, công suất động cơ lớn nhất. (thải đóng trễ 15o, nạp mở sớm 20o, đóng trễ 35o) Mô hình mô phỏng không có gì thay đổi so với phương án cơ sở. Vậy biên dạng cam của cơ cấu phân phối khí Chỉ mô phỏng ở số vòng quay của động cơ là được tối ưu với: góc mở sớm xupáp nạp 20o, 2200 vòng/phút. đóng muộn xupáp nạp 35o, mở sớm xupáp thải 40o, đóng muộn xupáp thải 15o. 0.8 0.795 3.4 Phương án 3 – thay đổi kích thước đường 0.79 ống nạp VE 0.785 Trên cơ sở biên dạng cam và góc phối khí đã 0.78 chọn, tiến hành mô phỏng khi thay đổi kích 0.775 thước đường ống nạp để tìm ra kích thước hợp 30 35 40 45 50 55 lý nhất. goùc ñoùng treã xupaùp naïp (ñoä) Mô phỏng ở số vòng quay 2200 vòng/phút, các thông số và mô hình mô phỏng không thay đổi. Hình 4: Đồ thị VE theo góc đóng trễ xupáp nạp Mô phỏng trong các trường hợp sau: (nạp mở sớm 20o, thải mở sớm 50o, đóng trễ 15o) Đường ống 0.798 nạp cơ sở 0.796 0.794 0.792 VE 0.79 TH1: TH2: TH2: 0.788 thay đổi thay đổi thay đổi 0.786 đường kính chiều dài L1 chiều dài L2 0.784 10 15 20 25 30 35 Hình 8: Sơ đồ mô phỏng khi thay đổi kích goùc môû sôùm xupaùp naïp (ñoä) thước ống nạp Hình 5: Đồ thị VE theo góc mở sớm xupáp nạp Trường hợp 1: Chiều dài đường ống nạp được (nạp đóng trễ 35o, thải mở sớm 50o, đóng trễ 15o) giữ nguyên. Thay đổi đường kính đầu vào của
đường ống nạp, đường kính lắp với nắp quy lát R4 Ñ o ä n a ân g G oùc quay Ñoä naâng Goùc quay cam (mm) ( ñ o ä) cam (mm) (ñoä) không đổi. 0 0 61 5,60 5 0,186 66 5,53 Trường hợp 2: Giữ nguyên đường kính và 10 0,497 71 5,28 15 1,06 76 4,84 chiều dài L2 của đường ống nạp, thay đổi chiều 20 1,86 81 4,16 32° 32° 25 2,61 86 3,42 dài L2 của đường ống nạp. 30 3,42 91 2,61 35 4,16 96 1,86 Trường hợp 3: Giữ nguyên đường kính và 40 4,84 101 1,06 45 5,28 106 0,497 chiều dài L1 của đường ống nạp, thay đổi chiều 50 5,53 111 0,186 55 5,60 116 0 Þ31 dài L2 của đường ống. 58 5,65 Hình 11: Cấu tạo của vấu cam 0.801 0.8 0.799 4.2 Đánh giá kết qủa 0.798 0.797 VE 0.796 Phần mềm BOOST của hãng AVL đã được công 0.795 nhận và ứng dụng rộng rãi trong các phòng mô 0.794 0.793 phỏng để tính toán động cơ đốt trong trên thế 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 giới. ñöôøng kính oáng naïp (mm) Kết qủa đạt được khi chạy mô phỏng trên phần Hình 9: Đồ thị VE theo đường kính ống nạp mềm BOOST là hoàn toàn đáng tin cậy và có khả năng áp dụng vào thực tế sản xuất cao. Khi thay đổi đường kính, chiều dài đường ống nạp trên cơ sở đường kính và chiều dài ban đầu, Bảng 1: Đánh giá kết qủa mô phỏng nhận thấy; hiệu suất nạp, suất tiêu hao nhiên Trước Sau % tăng, liệu, công suất động cơ trong trường hợp thay cải tiến cải tiến giảm đổi chiều dài đường ống nạp thay đổi không lớn, Tăng Hiệu suất nạp 0,7288 0,8002 8,92% hiệu suất nạp động cơ tăng từ 0,7959 lên 0,8002 Suất tiêu hao nhiên Giảm khi đường kính ống giảm từ 55 (mm) xuống 40 266,86 260,6 liệu (g/kwh) 2,35% (mm). Điều đó cho thấy, chiều dài đường ống Công suất động cơ Tăng nạp của động cơ RV – 195 là tương đối tốt. Do 19 21,16 (ML/2200v/p) 10,2% đó khi cải tiến đường ống nạp động cơ RV – 195 Khối lượng riêng Giảm chỉ cần giảm đường kính ống nạp từ 55 (mm) 12,77 11,47 (kg/1kw) 10,18% xuống còn 40 (mm). 4. KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QỦA 5. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận Sau khi thực hiện mô phỏng hệ thống nạp của động cơ VIKYNO RV-195 bằng phần mềm Sau khi tiến hành nghiên cứu, mô phỏng, phân BOOST. Để tối ưu qúa trình nạp và hình thành tích kết qủa, nhận thấy; hệ thống nạp thải của hỗn hợp của động cơ VIKYNO RV-95 thực hiện động cơ RV–195 cần có những điều chỉnh sau: thêm các vấn đề sau đây: 1. Thay đổi biên dạng cam - Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động sóng ÑOÀ THÒ PHOÁI KHÍ tới hiệu suất nạp của động cơ chi tiết hơn. - Nghiên cứu ảnh hưởng của dòng khí nạp tới NAÏP THAÛI qúa trình hình thành hỗn hợp của động cơ 10 XUPAÙP (mm) diesel. ÑOÄ NAÂNG - Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống thải 5 đến hiệu suất nạp của động cơ. 0 100 200 300 400 500 600 TÀI LIỆU THAM KHẢO GOÙC QUAY TRUÏC KHUYÛU (ñoä) Hình 10: Đồ thị phối khí của cam đã tối ưu
1. Nguyễn Văn Bình - Nguyễn Tất Tiến, bản giáo dục, 2001]. ‘Nguyên lý động cơ đốt trong’, [Nhà xuất 2. USER MANUAL, ‘Boost ver. 3.3’, [AVL 9. Charles F. Taylor, ‘The Internal Combustion 2001] Engine In Theory and Practice’. 3. Lê Viết Lượng, ‘Lý thuyết động cơ Diesel’ 10. JONH. B. HEYWOOD, ‘Internal [ Nhà xuất bản Giáo dục, 2000]. Combustion Engine Fundamentals’ 4. Bùi Văn Ga, ‘Mô hình hoá quá trình cháy [Mcgraw hill book company]. trong động cơ đốt trong’ [Nhà xuất bản 11. GRARYL BORMAN – KENNENTH .W. Giáo dục 1997]. RAGLANNA ‘Combustion Engineering’ 5. Hồ Tấn Chuẩn – Nguyễn Đức Phú – Trần [Mc-Graw Hill International Edition]. Văn Tế – Nguyễn Tất Tiến “Kết cấu và 12. TUZKAN ‘ Fuel Injection and tính toán động cơ đốt trong” (tập 1,2,3), Combustion’[ ICC vol 10, SAE]. Nhà xuất bản Giá dục 1996. 13. URIEL FRISCH, ‘Turbulence The Legacy 6. Bùi Văn Ga, ‘Ôtô và ô nhiễm môi trường’ of A.N. Kolmogorov’ [Cambridge [Nhà xuất bản Giáo dục 1999]. University Press 1995]. 7. Nguyễn Hoàng Huy, ‘Các phương pháp 14. HK VERSTEEG AND W. điều chỉnh tốc độ phun nhiên liệu trên MALALASEKERA, ‘An Introduction To động cơ Diesel với hệ thống phun trực Computational Fluid Dynamics The Finite tiếp’ [ ICAT‘2002 BÀI 066]. Volume Method’ [Prentice Hall 1995]. 8. Nguyễn Năng Thanh – Hà Quang Minh, 15. DOUGAL DRYSDATE, ‘An Introduction ‘Tính toán động học cháy của động cơ to Fire Dynamics’ [John Wiley And Sons Diesel có xét đến quy luật cung cấp nhiên 1985]. liệu và mức độ rối của dòng khí’ 16. Tài liệu từ công ty VIKYNO [ICAT‘2002 BÀI 069]. 17. Các bài báo trên tạp chí “SAE”