Nghiên cứu quá trình thay đổi áp suất nhiên liệu và thông số tia phun trong hệ thống phun xăng trực tiếp vào buồng đốt

Thông số tia phun nhiên liệu phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ hệ thống cung cấp nhiên liệu, độ nhớt, kết cấu kim phun, phương pháp điều khiển kim phun, áp suất hệ thống cung cấp nhiên liệu. Trong đó, áp suất từ bơm cao áp là một trong các yếu tố quan trọng quyết định thông số kích thước vùng phun, đường kính của hạt nhiên liệu, khả năng hòa trộn nhiên liệu và không khí. Bài viết tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của áp suất đến thông số tia phun.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu quá trình thay đổi áp suất nhiên liệu và thông số tia phun trong hệ thống phun xăng trực tiếp vào buồng đốt Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THAY ĐỔI ÁP SUẤT NHIÊN LIỆU VÀ THÔNG SỐ TIA PHUN TRONG HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP VÀO BUỒNG ĐỐT Trần Văn Lợi1 1 Phân hiệu tại Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 450-451 Lê Văn Việt, Phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh * Tác giả liên hệ: Email: loitv_ph@utc2.edu.vn Tóm tắt. Thông số tia phun nhiên liệu phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ hệ thống cung cấp nhiện liệu, độ nhớt, kết cấu kim phun, phương pháp điều khiển kim phun, áp suất hệ thống cung cấp nhiên liệu…Trong đo, áp suất từ bơm cao áp là một trong các yếu tố quan trong quyết định thông số kích thước vùng phun, đường kính của hạt nhiệu liệu, khả năng hòa trộn nhiên liệu và không khí. Bài báo tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của áp suất đến thông số tia phun. Từ khóa: Phun xăng trực tiếp, phun xăng cao áp, hệ thống GDI, phun xăng điện tử 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống phun xăng trực tiếp sử dụng hệ thống bơm cao áp, kim phun cao áp phun trực tiếp nhiên liệu vào xy lanh động cơ. Việc phun xăng trực tiếp giúp kiểm soát được lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt một cách chính xác, giúp kiểm soát quá trình cháy một cách hiệu quả, chống ô nhiễm cũng như giảm tiêu hao nhiên liệu đồng thời đảm bảo quá trình tăng tốc. Hệ thống phun xăng trực gồm bơm tiếp vận, bơm cao áp, ống phân phối, kim phun cao áp, hệ thống điều khiển tự động bao gồm các cảm biến và hộp điều khiển. Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp được minh họa như hình 1. 1 3 4 2 Hình 1. Mô hình 3D của hệ thống GDI cho động cơ V6. 1-Trục cam, 2 – Kim phun cao áp, 3- Bơm cao áp, 4- Bơm tiếp vận -649- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH KIỀU KHIỂN PHUN XĂNG Hoạt động điều khiển phun xăng trên hệ thống phun xăng trực tiếp có thể chia thành hai quá trình: Quá trình nén nhiên liệu lên ống phân phối, quá trình phun vào buồng đốt. Quá trình nén nhiên liệu lên ống phân phối sử dụng 02 bơm xăng khác nhau gồm bơm tiếp vận và bơm cao áp. Bơm tiếp vận có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu từ bình xăng tới bơm cao áp thể hiện qua đường nhiên liệu màu xanh dương, bơm cao áp có nhiệm vụ nén nhiên liệu tạo áp suất cao (100 bar) thể hiện qua đường nhiên liệu màu xanh lá, nhiên liệu không sử dụng hết sẽ hồi về đường thấp áp qua đường nhiên nhiệu màu đỏ hình 2. Hình 2. Kết quả mô phỏng hệ thống. Quá trình phun vào buồng đốt được thực hiện bởi chương trình điều khiển kim phun cao áp. Kim phun cao áp được bố trí phun trực tiếp vào buồng đốt cấu tạo với độ chính xác cao và tuổi bền lớn. Kết cấu kim phun được chia thành tám phần như hình 3. Hình 3. Cấu tạo vòi phun. 1 – Lọc nhiên liệu; 2 – Giắc kết nối dây điện; 3 – Lò xo hồi vị kim; 4 – Cuộn dây cảm ứng; 5 – Vỏ vòi phun; 6 – Kim phun; 7 – Đầu vòi phun; 8 – Lỗ phun nhiên liệu -650- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải Lượng nhiên liệu phun qua kim phun phụ thuộc vào áp suất nén và thời gian nhấc kim. Khoảng thay đối của áp suất nhiên liệu được thể hiện trên phương trình sau: V P = V Với P là áp suất và V là thể tích, P là phần áp suất thay đổi, V là phần thể tích thay đổi Lưu lượng vào và ra của nhiên liệu có thể được thể hiện bằng phương trình Bernoulli sau: 2P Q = A  Trong đó µ là độ nhớt và A là tiết diện,  khối lượng riêng nhiên liệu. Thay đổi áp suất trong thể tích: dP  dx  E =   Qin + Qleakin − Q out − Qleakout +  A  . dt  dt  V Trong đó: Qin ; Qout : tốc độ dòng chảy nhiên liệu vào và ra Qleakin ; Qleakout : lưu lượng dòng chảy nhiên liệu vào và ra Quá trình điều khiển kim phun được chia thành 03 giai đoạn: + Giai đoạn 1: Cuộn dây điện từ của vòi phun được cung cấp hiệu điện thế 65V và dòng điện 13.4A, điều này giúp cho việc nhấc kim được diễn ra một cách nhanh chóng. + Giai đoạn 2: Khi áp suất nhiên liệu rơi vào khoảng 100Bar, thì cuộn dây điện từ được cung cấp hiệu điện thế 12V và 9.4A để giữ kim ở trạng thái cũ và tiếp tục phun nhiên liệu vào buồng đốt. + Giai đoạn 3: Cuộn dây vẫn được duy trì hiệu điện thế 12V nhưng dòng điện giảm xuống còn 3.7A, việc này giúp kim vẫn ở trạng thái mở, tuy nhiên nó sẵn sàng để tiến vào trạng thái đóng. Động lực học của các bộ phận chuyển động của kim được biểu diễn qua phương trình động lực học sau: d2x dx m 2 +  + kx =  Fm +  Fh +  Fe dt dt Trong đó: Fm là lực cơ học; Fh là lực thủy lực; Fe là lực điện từ; m,  , x lần lượt là khối lượng, hệ số dập tắt dao động, và chuyển vị của phần tử chuyển động. -651- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải Phương trình mô hình hóa kim phun được viết lại: ...