TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG máy TÍNH TRONG THIẾT kế mô PHỎNG ĐỘNG cơ KHẢO sát ĐỘNG cơ DIESEL 4BD1T

Trong bài tập lớn hôm nay, em sẽ trình bày mô hình khảosát ảnh hưởng của góc phun sớm tới tính năng lượng, kinh tế và phát thải của động cơ diesel 4BD1T, sử dụng phần mềm Diesel - RK.. N

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM

KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT Ô TÔ

TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ & MÔ

PHỎNG ĐỘNG CƠ KHẢO SÁT ĐỘNG CƠ DIESEL 4BD1T

GVHD: ThS Lê Quốc Cường

SVTH: Nhóm 8

Lớp: DH18OT

MSSV: 18154105

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ 1

1.1 Giới Thiệu 1

1.2 Thông Số Kỹ Thuật 3

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM DIESEL-RK 6

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC PHUN SỚM ĐẾN TÍNH KINH TẾ, NĂNG LƯỢNG VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ 8

3.1 Xây Dựng Mô Hình 8

3.2 Khảo Sát Đường Đặc Tính Ngoài Động Cơ 13

3.3 Khảo Sát Ảnh Hưởng Của Góc Phun Sớm Đến Tính Kinh Tế, Năng Lượng 16

3.4 Khảo Sát Ảnh Hưởng Của Góc Phun Sớm Đến Phát Thải Động Cơ 18

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Đinh Hoàng Sơn

18154105

Làm Word báo cáochương 3, Diesel – RK,Origin và Power Point

GIỚI THIỆU

- Động cơ diesel được biết đến với công suất và momen lớn, tiết kiệm nhiên liệu,

nhưng khí thải của động cơ diesel lại chứa nhiều thành phần độc hại, ảnh hưởngtới sức khỏe con người Trong bài tập lớn hôm nay, em sẽ trình bày mô hình khảosát ảnh hưởng của góc phun sớm tới tính năng lượng, kinh tế và phát thải của động

cơ diesel 4BD1T, sử dụng phần mềm Diesel - RK Qua đó phân tích, nhận xét khảnăng vận hành, đặc tính của động cơ

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ 1.1 Giới Thiệu

- Động cơ 4BD1T của hãng Isuzu được ra mắt vào năm 1985 4BD1T là một phiênbản có thêm bộ tăng áp từ 4BD1, chữ “T” ở cuối có nghĩa là “Turbocharged” – bộtăng áp cho động cơ Động cơ này được sử dụng trên các xe tải NPR của hãngIsuzu từ năm 1986 đến năm 1991 và xe tải Chevrolet W4500 Ngoài ra nó còn cótrên Land Rover 110 hay Land Rover Perentie – một loại xe quân sự được sử dụngtrong quân đội Úc ở hai phiên bản 4x4 và 6x6 Với phiên bản tăng áp này, côngsuất của 4BD1T cao hơn phiên bản tiền nhiệm và tổn hao công suất cũng ít hơn

Hình 1.1 Động cơ 4BD1T

Hình 1.2 Isuzu NRP truck năm 1985 (bên trái) và năm 1990 (bên phải)

Hình 1.3 1990 Chevrolet W4500

Hình 1.4 1990 Land Rover Perentie

1.2 Thông Số Kỹ Thuật

1 Công suất định mức ~100 kW tại 3000 vòng/phút

2 Momen xoắn ~329 N.m tại 1800 vòng/phút

17 Áp suất nén 441 psi tại 200 vòng/phút

18 Khe hở xupap nạp và thải (khi động

19 Số xupap trên 1 xy lanh 2

20 Góc mở sớm/đóng muộn xupap nạp 280 – 620

21 Góc mở sớm/đóng muộn xupap thải 700 – 280

22 Loại bơm nhiên liệu Bơm cao áp PE – BOSCH

23 Áp suất khi bắt đầu phun nhiên liệu 2631 psi

24 Bộ điều tốc Cơ khí

25 Bơm nhiên liệu Cơ khí

26 Vòi phun Loại lỗ (hole type) – 4 lỗ phun

27 Phương pháp bôi trơn Bôi trơn cưỡng bức

28 Dung tích cacte dầu bôi trơn 8 lít

29 Dung tích cacte nước làm mát 14 lít

30 Bơm dầu Hãng Trochoid

31 Bộ tăng áp RH-B6A

32 Số vòng quay tối đa cho phép 130,000 vòng/phút

33 Tỉ số áp suất tối đa 2,8

34 Nhiệt độ khí thải 7500K

35 Nhà sản xuất Công ty TNHH Ishikawajima

Harima

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM DIESEL-RK

- Diesel-RK là phần mềm tính toán động cơ đốt trong do các chuyên gia củaĐại học Kỹ thuật Quốc gia Moskva Bauman (Nga) phát triển và đã được nhiều cơ

sở chuyên nghiên cứu phát triển, sản xuất động cơ sử dụng

- Việc phát triển phần mềm Diesel-RK được bắt đầu vào năm 1981 Ngay từđầu, phần mềm đã được tạo ra như một công cụ để nghiên cứu tối ưu hóa, chútrọng đến tính đầy đủ và tốc độ hoạt động của các mô hình toán học và thuật toánđược áp dụng Trong suốt những năm qua, công việc luôn được thực hiện liên tục

và quá trình nghiên cứu tính toán được thực hiện theo đơn đặt hàng của các nhàsản xuất Động cơ đốt trong (ICE) khác nhau Trong bản cập nhật gần nhất, tínhđầy đủ của phần mềm đã được thử nghiệm để phù hợp với hàng chục loại động cơthuộc nhiều loại và mục đích khác nhau Nhiều thủ tục và tùy chọn tính toán đãđược đưa vào phần mềm để phù hợp với nhu cầu của các doanh nghiệp côngnghiệp và những người sử dụng phần mềm bao gồm cả các nhà sản xuất động cơlớn nhất của Nga

- Phiên bản phần mềm đầu tiên được phát hành vào năm 1991 nhờ sự hỗ trợtài chính của A Surin, người đứng đầu dự án Phần mềm Diesel-RK đầu tiên đượccác nhà sản xuất động cơ hàng đầu của Nga sử dụng vì giao diện và lập trình đơngiản, thuận tiện với mô hình các động cơ hiện nay

- Phần mềm Diesel-RK mô phỏng đầy đủ động cơ nhiệt động chu trình.Được thiết kế để mô phỏng và tối ưu hóa quá trình làm việc của động cơ đốt tronghai kỳ, bốn kỳ và cả loại tăng áp Phần mềm được sử dụng để tính toán các loạiđộng cơ sau:

+ Động cơ DI Diesel, bao gồm PCCI và động cơ chạy bằng nhiên liệu sinhhọc.

+ Động cơ xăng SI

+ Động cơ khí SI bao gồm và động cơ được cung cấp nhiên liệu bằng cácloại khí khác nhau: Metan, Propane-Buthane, Biogas, Wood gas, Syngas,…

+ Động cơ hai thì với động cơ piston đơn và quét vòng, động cơ pistonngược (động cơ OP hoặc Junkers) và động cơ OPOC

+ Động cơ nhiên liệu kép (động cơ có ít hệ thống phun nhiên liệu độc lậpcho các loại nhiên liệu khác nhau) Động cơ với RCCI

- Phần mềm Diesel-RK bao gồm các tính năng:

+ Dự đoán và tối ưu hóa mức tiêu thụ nhiên liệu

+ Momen xoắn và các hiệu suất động cơ

+ Phân tích quá trình đốt cháy và phát thải, bao gồm PCCI / HCCI

+ Phân tích sự hình thành và đốt cháy hỗn hợp động cơ nhiên liệu kép

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC PHUN SỚM ĐẾN TÍNH KINH TẾ, NĂNG LƯỢNG VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ

3.1 Xây Dựng Mô Hình

- Ta tiến hành xây dựng mô hình tính toán bằng phần mềm Diesel-RK:

Hình 3.1 Giao diện phần mềm Diesel-RK

- Khởi động phần mềm, khai báo sơ bộ các đặc tính kỹ thuật của động cơ:

Hình 3.2 Cài đặt loại động cơ khảo sát

- Chọn kiểu bố trí xy lanh, số lượng xy lanh và loại hệ thống làm mát:

Hình 3.3 Cửa sổ cài đặt kiểu bố trí động cơ

- Chọn đường kính xylanh, hành trinh piston, tốc độ vòng quay khảo sát, tỉ số nén:

Hình 3.4 Cửa sổ cài đặt các thông số cơ bản của động cơ

- Tiếp theo tiến hành nhập các thông số môi trường (nhiệt độ, áp suất và nơi sử dụng động cơ):

Hình 3.5 Cửa sổ cài đặt thông số môi trường

- Chọn bộ siêu nạp hoặc tăng áp, tỉ số áp suất nén và chế độ làm mát:

Hình 3.6 Cửa sổ cài đặt bộ siêu nạp – tăng áp

- Các thông số trên có thể chỉnh sửa được bằng các cửa sổ cài đặt trong phần mềm

Để cài đặt các thông số cơ bản của động cơ: đường kính, hành trình piston, vật liệunắp xy lanh, mô hình tính toán truyền nhiệt,…ta chọn vào biểu tượng có hình piston trên thanh công cụ – “General Parameters”

- Cài đặt các thông số về hệ thống phun nhiên liệu: góc phun, đường kính lỗ phun,kích thước đầu piston, khí thải,…bằng cách chọn vào biểu tượng có hình kim phuntrên thanh công cụ - “Fuel Injection System, Combustion Chamber”.

Hình 3.8 Cửa sổ cài đặt hệ thống phun nhiên liệu

- Cài đặt các thông số về trao đổi khí: kích thước, thiết kế đường ống nạp/thải; góc

mở sớm, đóng muộn của xupap nạp/thải,…bằng cách chọn vào biểu tượng có hìnhxupap trên thanh công cụ - “Gas Exchange System”

Hình 3.9 Cửa sổ cài đặt các thông số trao đổi khí

- Cài đặt các thông số về bộ siêu nạp, tăng áp: bằng cách chọn vào biểu tượng cóhình tua bin trên thanh công cụ - “Super – and Turbocharging”.

Hình 3.10 Cửa sổ cài đặt các thông số bộ siêu nạp và tăng áp

- Cài đặt nhiên liệu cho động cơ thí nghiệm: bằng cách chọn vào biểu tượng cóhình giọt nước trên thanh công cụ - “Fuel”

Hình 3.11 Cửa sổ cài đặt nhiên liệu cho động cơ

3.2 Khảo Sát Đường Đặc Tính Ngoài Động Cơ

- Sau khi đã cài đặt xong các thông số của động cơ, chọn “Operating Mode” trênthanh công cụ, nhập các thông số đầu vào và “OK”

Hình 3.12 Cửa sổ cài đặt các chế độ chạy

- Click chuột vào biểu tượng mũi tên - “Run”, sau đó chọn “ICE simulation” đểphần mềm thực hiện tính toán:

Hình 3.13 Cửa sổ tiến hành tính toán

- Sau khi tính toán xong ta chọn vào biểu tượng trên thanh công cụ Chọn FuelInjection and Heat Release, sau đó chọn Engine Performance để xem kết quả củaquá trình tính toán.

Hình 3.14 Cửa sổ kết quả đồ thị

- Tại đây cột bên trái có các thông số để khảo sát, ta click chuột phải tại biểu đồsau đó chọn Select Argument và chọn Engine Speed Sau đó kéo thông số côngsuất (P_eng), momen xoắn (Torque) và lượng tiêu hao nhiên liệu (SFC) từ cột bêntrái và thả vào biểu đồ Ta sẽ được đồ thị đường đặc tính ngoài:

Hình 3.15 Đồ thị đường đặc tính ngoài trên phần mềm Diesel – RK

Hình 3.16 Đồ thị đường đặc tính ngoài xây dựng trên phần mềm Origin

=> Nhận xét: ta thấy động cơ hoạt động tốt trong khoảng từ số vòng quay 1800vòng/phút đến 2200 vòng/phút Vì ở đó momen đạt cực đại, công suất đang tănglên và lượng tiêu hao nhiên liệu là ít nhất Nếu sử dụng dưới 1800 vòng/phút thìmomen giảm, công suất yếu và lượng tiêu hao nhiên liệu cao Khuyến cáo nên sử

dụng ở số vòng quay từ 1800 vòng/phút đến 2200 vòng/phút để động cơ đạt đượctối ưu năng lượng và kinh tế.

3.3 Khảo Sát Ảnh Hưởng Của Góc Phun Sớm Đến Tính Kinh Tế, Năng Lượng

- Nhập các thông số để khảo sát theo yêu cầu, sau đó cho phần mềm thực hiện tínhtoán:

Hình 3.17 Cài đặt các chế độ chạy để khảo sát ảnh hưởng của góc phun sớm

- Đồ thị kết quả:

Hình 3.18 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của góc phun sớm đến tính kinh tế, năng lượng

Hình 3.19 Đồ thị khảo sát xây dựng trên phần mềm Origin

=> Nhận xét: ta thấy ở góc phun sớm 120 công suất, momen và lượng tiêu haonhiên liệu là tối ưu nhất Công suất, momen động cơ đạt cực đại, đồng thời lượngtiêu hao nhiên liệu là thấp nhất Nên dùng góc phun sớm 120 để đạt được tính kinh

tế và năng lượng cho động cơ

3.4 Khảo Sát Ảnh Hưởng Của Góc Phun Sớm Đến Phát Thải Động Cơ

- Đồ thị kết quả:

Hình 3.20 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của góc phun sớm đến phát thải động cơ

Hình 3.21 Đồ thị khảo sát xây dựng trên phần mềm Origin

=> Nhận xét: ta thấy ở góc phun sớm 120 công suất động cơ đạt giá trị lớn nhất, lượng khí thải PM đạt giá trị gần như thấp nhất, nồng độ NOx tuy chưa đạt giá trị cực tiểu nhưng để tối ưu hóa, ta vẫn chọn góc phun sớm 120 để đáp ứng tính phát thải của động cơ

KẾT LUẬN

- Động cơ diesel 4BD1T được khảo sát dựa trên các thông số đặc tính kỹ thuật củanhà sản xuất Qua quá trình phân tích và tính toán nhóm em đã hoàn thành các nộidung theo yêu cầu:

+ Khảo sát ảnh hưởng của góc phun sớm đến tính năng lượng, kinh tế

+ Khảo sát ảnh hưởng của góc phun sớm đến tính phát thải của động cơ

- Quá trình mô phỏng tính toán sử dụng phần mềm Diesel – RK, hỗ trợ vẽ đồ thị

sử dụng phần mềm Origin, nhóm em đưa tới kết luận: sử dụng góc phun sớm 120

để động cơ đạt được tối ưu tính năng lượng, kinh tế và phát thải

- Nhóm em xin cảm ơn thầy giáo Lê Quốc Cường đã tận tình giảng dạy, hướngdẫn chúng em hoàn thành bài tập lớn Chúng em xin chân thành cảm ơn !