Nghiên cứu cải tiến quy luật cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel khi cường hóa bằng tăng áp

206 700 3
Nghiên cứu cải tiến quy luật cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel khi cường hóa bằng tăng áp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

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 Kí hiệu Diễn giải Đơn vị tính BCA Bơm cao áp - CCNL Cung cấp nhiên liệu - CNC Computer numerical control (máy điều khiển số) - CFD Computational Fluid Dynamics (Tính toán động lực học chất lỏng) - C n Tốc độ chuyển động của pít tông bơm cao áp m/s ĐCT Điểm chết trên - ĐCD Điểm chết dưới - F P Diện tích tiết diện ngang của pít tông bơm cao áp mm 2 F i Diện tích tiết diện ngang của lỗ phun mm 2 f c Tổng diện tích mặt cắt ngang của các lỗ phun m 2 GQTC Góc quay trục cam - GQTK Góc quay trục khuỷu - g e Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g/kW.h g ct Lượng nhiên liệu cấp cho 1 chu trình mg/ct G nl Lượng tiêu thụ nhiên liệu kg/h HTPNL Hệ thống phun nhiên liệu - h c Hệ số truyền nhiệt W/m 2 -K j n Gia tốc chuyển động của pít tông bơm cao áp m/s 2 i Số lỗ phun - K Mô đun đàn hồi khối của nhiên liệu - M e Mô men có ích của động cơ Nm [...]... hưởng khi thay đổi quy luật cung cấp nhiên liệu và chỉ đề cập đến hệ thống cung cấp nhiên liệu đã có sẵn của động cơ diesel mà chưa xét đến yêu cầu của động cơ sau khi cường hóa bằng tăng áp 1.2.2 Các biện pháp thay đổi kết cấu bơm cao áp và hệ thống nhiên liệu Để áp ứng yêu cầu về thay đổi quy luật cung cấp nhiên liệu (quy luật phun) cho động cơ diesel sau khi cường hóa bằng tăng áp, các biện pháp tác... thống cung cấp nhiên liệu lắp trên động cơ không tăng áp hoặc động cơ tăng áp đã được thiết kế trước ngay từ đầu mà chưa có công trình nào đề cập về hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ khi được cường hóa từ động cơ sơ sở không tăng áp thành động cơ tăng áp bằng cách thay đổi biên dạng cam bơm cao áp 1.3 Quy luật cung cấp nhiên liệu và yêu cầu và yêu cầu đối với quy luật cung cấp nhiên liệu của động. .. động cơ diesel sau khi cƣờng hóa bằng tăng áp 1.3.1 Quy luật cung cấp nhiên liệu Quy luật cung cấp nhiên liệu là khái niệm để chỉ quy luật cung cấp nhiên liệu của bơm cao áp trên hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel Quy luật cung cấp nhiên liệu thường được biểu diễn qua các đồ thị, gồm: 14 Quy luật cung cấp nhiên liệu dạng tích phân - là đường cong thể hiện đặc điểm thay đổi của lượng nhiên liệu. .. tăng lượng nhiên liệu phun đơn thuần hoặc vừa tăng lượng nhiên liệu phun và thay đổi quy luật cung cấp nhiên liệu (quy luật phun) nhằm cải thiện chất lượng làm việc của động cơ diesel khi được cường hóa bằng tăng áp 1.1.5 Kết quả nghiên cứu tăng áp động cơ B6 và những vấn đề cần hoàn thiện tiếp theo Thực hiện đề tài nghiên cứu cấp Bộ Quốc phòng: Nghiên cứu cường hóa động cơ B6 bằng tăng áp tua bin... các động cơ diesel hiện đại có điều khi n điện tử có cả 3 yếu tố trên (cấp sơ bộ, cấp chính và cấp bổ sung) 18 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 Khi cường hoá động cơ bằng tăng áp, do lượng không khí nạp vào trong xy lanh động cơ ở một chu trình (gkk/ct) tăng lên, vì vậy cần phải tăng thêm một lượng nhiên liệu cung cấp cho. .. 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, áp ứng... dVcc ) Dạng đồ thị quy luật cung cấp nhiên d liệu của bơm cao áp được giới thiệu trên hình 1.1 [6,59] dVcc Vcc d dVcc d Vcc Vcc.ct Vcc.ct Δφcc φc Hình 1.1 Dạng đồ thị quy luật cung cấp nhiên liệu Vcc - quy luật cung cấp nhiên liệu dạng tích phân; Vcc.ct - Lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình; dVcc - Quy luật cung cấp nhiên liệu dạng vi d phân; Δφcc- Thời gian cung cấp nhiên liệu tính theo góc... 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... cao áp Diện tích giới hạn của đồ thị quy luật cung cấp nhiên liệu dạng tích phân và trục hoành là lượng nhiên liệu do bơm cung cấp cho 1 chu trình (Vcc.ct) 15 Hệ thống nhiên liệu kiểu Bosch trên động cơ diesel gồm bơm cao áp, đường ống cao áp và vòi phun Để đánh giá lượng nhiên liệu và quy luật cung cấp nhiên liệu vào xy lanh động cơ người ta thường dùng khái niệm với tên gọi là quy luật phun Quy luật. .. hóa bằng tăng áp Chương 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 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm Kết luận và kiến nghị 6 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 . 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. 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). 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

Ngày đăng: 15/09/2014, 19:56

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan