Mô phỏng nâng cao tính năng làm việc cho động cơ diesel 1 xi-lanh bằng thiết kế cải tiến họng nạp

Bài viết này trình bày nghiên cứu cải tiến họng nạp cho động cơ diesel 1 xi-lanh RV165-2 nhằm tăng hiệu suất nạp và nâng cao tính năng làm việc thông qua mô hình hóa và mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng AVL BOOST.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng nâng cao tính năng làm việc cho động cơ diesel 1 xi-lanh bằng thiết kế cải tiến họng nạpTAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K7- 2015Mô phỏng nâng cao tính năng làm việccho động cơ diesel 1 xi-lanh bằng thiếtkế cải tiến họng nạpVõ Danh ToànHuỳnh Thanh CôngPTN Trọng điểm ĐHQG-HCM Động cơ đốt trong, Trường ĐH Bách Khoa, ĐHQG-HCM(Bài nhận ngày 13 tháng 7 năm 2015, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 16 tháng 10 năm 2015)TÓM TẮTBài báo này trình bày nghiên cứu cảitiến họng nạp cho động cơ diesel 1 xi-lanhRV165-2 nhằm tăng hiệu suất nạp và nângcao tính năng làm việc thông qua mô hìnhhóa và mô phỏng trên phần mềm chuyêndụng AVL BOOST. Các phương án cải tiếnđược đề xuất và đánh giá so với mô hìnhhọng nạp hiện hữu. Điều kiện mô phỏng banđầu được dựa trên kết cấu của động cơ vàthông số điều kiện vận hành từ thực nghiệm.Các thông số về đặc tính công suất, sự cháyvà khí thải được lựa chọn làm tiêu chuẩnđánh giá. Kết quả nghiên cứu thể hiện rằng,bằng phương án cải tiến họng nạp đã tănghiệu suất nạp, khả năng hòa trộn hỗn hợpnhiên liệu và không khí, giúp quá trình cháytốt hơn, tăng công suất động cơ, giảm suấttiêu hao nhiên liệu và khí thải.Từ khóa: hiệu suất nạp, họng nạp, động cơ diesel, mô phỏng, AVL BOOST.1. GIỚI THIỆU CHUNGHiện nay, nhu cầu sử dụng động cơ cỡ nhỏcó công suất tương đối dùng trong nông nghiệpViệt Nam là rất lớn. Các công ty sản xuất độngcơ trong nước đã cho ra nhiều loại động cơ thế hệmới có công suất mạnh, nhỏ gọn, hiện đại, kiểudáng đẹp nhằm cạnh tranh với các công ty nướcngoài. Bên cạnh đó, những nghiên cứu trongnhững năm gần đây cũng đã tập trung cải tiến,ứng dụng nhiều phương pháp [1, 2, 3] nhằm tốiưu đặc tính động cơ như nâng cao hiệu suất, côngsuất để đáp ứng được những yêu cầu đặt ra củangười sử dụng. Trong đó, loại động cơ diesel 1xi-lanh RV165-2 với công suất 16,5 mã lực đượcđưa ra thị trường và được người sử dụng đánh giácao. Các thông số kỹ thuật như sau:Bảng 1. Thông số kỹ thuật động cơ RV165-2Đường kính xi-lanh (mm)105Hành trình piston (mm)97Thể tích xi-lanh (cm3)839Công suất tối đa (HP/v/ph)16,5/2400Moment cực đại4,9/1800Tỉ số nén20Suất tiêu thụ nhiên liệu(g/HP/h)175Tuy nhiên, do những hạn chế về khả năngcông nghệ tại Việt Nam hiện nay, qua quá trìnhsử dụng nhận thấy động cơ có hiệu suất nạp chưacao, dẫn đến chưa đạt được những tính năng tốtnhất, mức tiêu hao nhiên liệu cao.Có nhiều phương án cải tiến cho động cơ như:Trang 31SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K7- 2015Thay đổi tỉ số nénThay đổi hành trình pistonTối ưu họng nạp2.1.2. Ảnh hưởng của hình dạng họng nạp đếndòng khí nạp vào động cơ2.1.2.1. Hệ số lưu lượngTrong đó, phương án tối ưu họng nạp tăngđược hiệu suất nạp, nhiên liệu cháy sạch hơn,tăng công suất và giảm suất tiêu hao nhiên liệu[4]. Đã có những nghiên cứu trước đây sử dụngphương pháp mô phỏng [5, 6, 7] tương đối đơngiản, tính khả thi trong nghiên cứu và tiết kiệmchi phí.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1. Hiệu suất nạp2.1.1. Ảnh hưởng của hiệu suất nạp đến côngsuấtHệ số lưu lượng là tỷ số giữa lưu lượng thực tếđo ở điều kiện tiêu chuẩn với lưu lượng lý thuyết:(3) k  mtt / mlt(4)mtt  V .Ptt / ( R.Ttt )(5)mlt  AsCs2Diện tích piston: A   D / 4Công thức tính mật độ:(6)1s P1  P2  k R .Ttt  P1 (7)Công thức tính công suất có ích [8] :nN e   a .Vh .QH .F . v . c . m .i. /2Vận tốc dòng khí:Cs (1)Trong đó: a : mật độ không khí nạp(kg/m3). Vh: thể tích công tác. QH: nhiệt trị thấpcủa nhiên liệu (kJ/kgNL). F = mf / ma. v : hiệusuất nạp.c : hiệu suất của sự cháy nhiên liệu.m: hiệu suất cơ giới. i: số xi-lanh. n: tốc độ độngcơ.  : số kỳ.Từ phương trình trên, có thể thấy rằng cónhiều phương pháp tăng công suất động cơ và tănghiệu suất nạp là một trong những phương pháp đó.Hiệu suất nạp động cơ có i xi-lanh trong mộtđơn vị thời gian ứng với công suất Ne trong 1 giây:vGc tr2V h .  . n .iP1- Sự sấy nóng khí nạp bởi bề mặt thành váchcủa hệ thống nạp và không gian trong xi-lanh.Trang 322,P2  P1   PTăng độ xoáy trong buồng cháy làm đẩynhanh quá trình hòa trộn hỗn hợp, giảm bồ hóngvà giảm tiêu hao nhiên liệu. Tuy nhiên, tăng độxoáy cũng làm tăng sự phân bố đều của nhiênliệu, làm tăng nhiệt độ buồng cháy và lượng khíthải NOx.2.2. Quá trình thực hiệnTrong nghiên cứu này, sáu kiểu họng nạp cảitiến được đề xuất và tiến hành mô phỏng cùng vớiphương án họng nạp hiện hữu.Phương án 1: họng nạp hiện hữuPhương án 2: tăng độ congLượng khí mới nạp vào mỗi chu trình có ảnhhưởng rất lớn đến hiệu suất nạp và được quyếtđịnh bởi nhiều yếu tố khác nhau:- Sự tồn động khí sót trong xi-lanh 101325 N / m(8)2.1.2.2. Độ xoáy(2)- Tổn thất khí động học của hệ thống nạppalàm giảm áp suất nạp pa đi một lượng.k 1P  k2k. R .Ttt . 1   2    P1  k 1Phương án 3: tăng chiều dàiPhương án 4: tăn ...