Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cải tiến quy luật cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel khi cường hóa bằng tăng áp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:206

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cải tiến quy luật cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel khi cường hóa bằng tăng áp

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 6 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 6 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 6 1.1.3. Nhu cầu cải tiến để nâng cao công suất bằng biện pháp tăng áp 6 1.1.4. Một số vấn đề cần nghiên cứu khi cường hóa động cơ bằng tăng áp tua bin khí thải 7 1.1.5. Kết quả nghiên cứu tăng áp động cơ B6 và những vấn đề cần hoàn thiện tiếp theo 7 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 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 12 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 13 1.3.1. Quy luật cung cấp nhiên liệu 13 1.3.2. Các dạng quy luật phun nhiên liệu của động cơ diesel 16 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 17
Trang 1.4. Ảnh hƣởng của biên dạng cam, chế độ tải đến quy luật cung cấp nhiên liệu (quy luật phun) 18 1.4.1. Ảnh hưởng của biên dạng cam 18 1.4.2. Ảnh hưởng của chế độ tải 20 1.5. Ảnh hƣởng của quy luật cung cấp nhiên liệu đến các chỉ tiêu công tác của động cơ 21 1.6. Trình tự nội dung nghiên cứu của luận án 23 1.7. Kết luận chƣơng 1 25 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 27 2.1. Khái quát chung (đặt vấn đề) 27 2.2. Cơ sở tính toán biên dạng cam bơm cao áp nhằm cải thiện quy luật cung cấp nhiên liệu 28 2.2.1. Tiêu chí và phương án lựa chọn dạng cam cải tiến 28 2.2.2. Cơ sở tính động học pít tông bơm cao áp HK-10 29 2.2.2.1. Động học pít tông bơm cao áp cơ sở HK-10 trên cam tiếp tuyến 29 2.2.2.2. Động học pít tông bơm cao áp cơ sở HK-10 trên cam cải tiến 31 2.3. Cơ sở lý thuyết tính toán thủy động hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel 34 2.3.1. Mô hình tính toán 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 37 2.3.5.1. Chất lỏng (nhiên liệu) 37 2.3.5.2. Đường ống cao áp 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. 47 2.4. Cơ sở lý thuyết tính toán chu trình và các chỉ tiêu công tác của động cơ diesel tăng áp 51 2.4.1. Mô hình vật lý tính chu trình công tác động cơ diesel tăng áp 51 2.4.2. Các phương trình cơ bản tính diễn biến áp suất, nhiệt độ của chu trình 52 2.4.3. Mô hình cháy 53 2.4.3.1. Lựa chọn mô hình cháy 53 2.4.3.2. Mô hình hiện tượng cháy đa vùng áp dụng đối với tia phun trực tiếp (DI-jet) 54 2.4.4. Truyền nhiệt và phương trình xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu giữa khí cháy và thành vách 60 2.4.5. Mô hình máy nén và tuabin 62 2.5. Kết luận chƣơng 2 64 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 65 3.1. Kết quả tính động học pít tông bơm cao áp HK-10 65 3.1.1. Sơ lược về bơm cao áp HK-10 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 67 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 68 3.2.1. Mô hình khảo sát hệ thống nhiên liệu bằng phần mềm GT - Fuel tính cho động cơ B6 và B6TA 69 3.2.1.1. Mô hình và thông số đầu vào 69 3.2.1.2. Hiệu chỉnh mô hình 71 3.2.2. Kết quả tính toán quy luật cung cấp nhiên liệu với các phương án biên dạng cam 72 3.2.3. Kết luận lựa chọn quy luật cung cấp nhiên liệu (quy luật phun) và biên dạng cam cải tiến 74 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 76 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 81 3.3.1. Khái quát về phần mềm GT - Power 81 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 81 3.3.2.1. Trình tự nghiên cứu và xây dựng mô hình 81 3.3.2.2. Thông số đầu vào của mô hình 86 3.3.2.3. Kết quả tính kiểm tra đối với động cơ B6 khi chưa tăng áp (động cơ nguyên thủy) 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 108 4.4. Thực nghiệm đo lƣợng nhiên liệu cấp cho chu trình và áp suất trên đƣờng ống cao áp 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 122 4.4.4.1. Xử lý kết quả đo lượng cung cấp nhiên liệu 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 Đơn vị Kí hiệu Diễn giải 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 học chất lỏng) Cn 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 g/kW.h 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 - hc Hệ số truyền nhiệt W/m2-K jn Gia tốc chuyển động của pít tông bơm cao áp m/s2 i Số lỗ phun - K Mô đun đàn hồi khối của nhiên liệu - Me Mô men có ích của động cơ Nm
Đơn vị Kí hiệu Diễn giải tính Ne Công suất động cơ kW 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 - Smax Hành trình lớn nhất của con đội m Sn Chuyển vị của pít tông bơm cao áp m 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 Đơn vị Kí hiệu Diễn giải tính α Hệ số dư lượng không khí - ρnl Khối lượng riêng của nhiên liệu kg/m3 k Tỉ số tăng áp của máy nén - Δφcc Thời gian cung cấp nhiên liệu tính theo góc quay của trục độ cam bơm cao áp φ0 Góc công tác của cam độ
Đơn vị Kí hiệu Diễn giải tính φc Góc quay của trục cam 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 rad/s Δp Độ chênh áp suất Pa Các kí hiệu khác được giải thích chi tiết theo từng chương mục
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 2.1 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 67 3.3 Lượng cung cấp nhiên liệu cho 1 chu trình ở chế độ tải định mức của BCA HK-10 nguyên thủy 72 3.4 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 Phân phối năng lượng (cân bằng nhiệt)của động cơ B6 nguyên thủy 90 3.11 Kết quả tính đặc tính ngoài động cơ B6 92 3.12 Bảng so sánh các thông số đặc trưng của chu trình và chỉ tiêu công tác của động cơ B6TA 98 3.13 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 Tên hình vẽ và đồ thị Trang 1.1 Dạng đồ thị quy luật cung cấp nhiên liệu 14 1.2 Quy luật phun nhiên liệu 15 1.3 Sơ đồ các dạng đặc tính phun 16 1.4 độ nâng của pít tông bơm cao áp với các cam có profile khác nhau khi tốc độ trục bơm nc = 1000vg/ph 19 1.5 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 20 1.6 Ảnh hưởng của thời gian cung cấp nhiên liệu đến sự thay đổi áp suất trong xi lanh động cơ 22 1.7 Đường cong tốc độ W và chiều dài L 23 1.8 Sơ đồ trình tự nghiên cứu của luận án 25 2.1 Dạng động học của cam cải tiến 29 2.2 Sơ đồ chuyển vị của con đội (piston) BCA động cơ B6 30 2.3 Sơ đồ chuyển vị của con đội con lăn BCA khi sử dụng cam cải tiến 32 2.4 Mô hình tính hệ thống phun nhiên liệu động cơ diesel 35 2.5 Sơ đồ xác định diện tích lưu thông có ích của cửa nạp và cửa cắt 48 2.6 Sơ đồ kết cấu của van cao áp. 49 2.7 Sơ đồ xác định diện tích lưu thông có ích giữa kim phun và đế 50 2.8 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 51 2.9 Các vùng của tia phun và quy luật đánh số các vùng 54 3.1 Phân bơm của bơm cao áp động cơ B6 66 3.2 Đồ thị chuyển vị, vận tốc của piston bơm cao áp HK-10 với biên dạng cam cơ sở trên động cơ B6 66 3.3 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 68 3.4 Mô hình các phần tử hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu bơm 70
Hình Tên hình vẽ và đồ thị Trang cao áp - đường ống cao áp - vòi phun trong phần mềm GT-Fuel 3.5 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 3.6 So sánh đặc tính phun của hệ thống nhiên liệu động cơ B6 với cam cũ và các phương án cam mới 72 3.7 Hình dạng và động học con đội của biên dạng cam bơm cao áp thay thế 75 3.8 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 3.9 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 3.10 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 3.11 Mô hình liên kết các phần tử của động cơ B6 nguyên bản trong phần mềm GT-power 84 3.12. Mô hình liên kết các phần tử của động cơ B6TA (động cơ B6 tăng áp) trong phần mềm GT-power 85 3.13 Giao diện nhập thông số lượng phun nhiên liệu cho trình và diễn biến áp suất phun trong mô hình GT-power 87 3.14 Đặc tính bộ tua bin, máy nén do nhà sản xuất cung cấp 88 3.15 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 Tên hình vẽ và đồ thị Trang 4.3 Sơ đồ bước tạo kích thước sơ bộ (1- chi tiết; 2- Phôi) 106 4.4 Sơ đồ phay biên dạng cam 106 4.5 Hình ảnh gia công trên máy phay DMU 50 108 4.6 Quét ảnh trục cam đã gia công trên máy quét scaner 3D 109 4.7 Kết quả kiểm tra kích thước hình dạng trục cam 109 4.8 Hình ảnh cấu tạo chung của bệ thử BCA và lắp đặt bơm cao áp HK-10 trên bệ thử 112 4.9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo áp suất và hình ảnh kết nối thực tế 113 4.10 Cấu tạo của cảm biến và cách lắp ráp trên đường ống cao áp 114 4.11 Hình ảnh cảm biến quang và đồ gá trên bệ thử 115 4.12 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 4.13 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 4.14 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 4.15 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 4.16 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 4.17 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