Báo cáo khoa học: "Nghiên cứu ảnh h-ởng của chất l-ợng bơm cao áp tới độ suy giảm l-ợng cấp nhiên liệu chu trình trong động cơ Diesel" pptx

Nghiên cứu ảnh hởng của chất lợng
bơm cao áp tới độ suy giảm lợng cấp nhiên
liệu chu trình trong động cơ Diesel

PGS. TS. Nguyễn đức tuấn
Bộ môn Cơ khí ôtô
NCS. Lê hoài đức
Bộ môn Động cơ đốt trong
Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT

Tóm tắt: Bơm cao áp l một trong những tổng thnh hết sức quan trọng trên động cơ
Diesel. Chất lợng của bơm sẽ có ảnh hởng trực tiếp tới chất lợng lm việc của động cơ. Nội
dung bi báo giới thiệu phơng pháp xây dựng mối quan hệ của lợng hao mòn cặp piston -
xilanh bơm cao áp với độ suy giảm lợng cấp nhiên liệu chu trình

g
ct
. Thông qua chỉ tiêu ny
sẽ có tác động tới chất lợng lm việc của hệ thống cung cấp nhiên liệu v tới các chỉ tiêu Kinh
tế - kỹ thuật của động cơ.
Summary: A high-pressure pump is one the of important components in a diesel engine.
Its quality affects directly the quality of the engine operation. The article introduces the method
of building the relation between the amount of corrosions in the piston - cyclinder and the
decrease of fuel in cycle

g
ct
. This specification will affect the performance of the fuel system
and the economic - technical standards of the diesel engine.

i. đặt vấn đề
Khi nghiên cứu về kết cấu và nguyên lý
làm việc của bơm cao áp chúng ta đều biết
rằng trong quá trình làm việc, dầu Diesel bên
cạnh nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu phục vụ
cho quá trình cháy thì còn có chức năng làm
kín và bôi trơn cho cặp piston - xilanh bơm.
Chính vì vậy trong quá trình làm việc luôn tồn
tại một lợng dầu Diesel rò lọt qua khe hở của
cặp piston - xilanh bơm theo đờng hồi dầu
trở về thùng nhiên liệu g
ct
. Lợng dầu rò lọt
này phụ thuộc vào chất lợng của bơm cao áp
hay trực tiếp là phụ thuộc vào khe hở của cặp
piston - xilanh bơm và vào độ nhớt của dầu
Diesel. Lợng dầu Diesel rò lọt qua khe hở
của cặp piston - xilanh bơm g
ct
làm cho
lợng cấp nhiên liệu chu trình thực tế nhỏ hơn
so với lợng cấp nhiên liệu lý thuyết, đồng thời
nó còn có tác động trực tiếp tới áp suất phun,
tới độ không đồng đều của quá trình cấp
nhiên liệu và tới quy luật phun.
ii. nội dung
Tùy thuộc vào các thông số về kết cấu và
chất lợng của bơm cao áp, vào loại nhiên
liệu và nhiệt độ nhiên liệu sử dụng trong quá
trình vận hành, vào chế độ làm việc của động

cơ mà lợng dầu Diesel rò lọt qua khe hở của
cặp piston - xilanh bơm g
ct
sẽ có giá trị khác
nhau. Tuy nhiên, nếu xét cùng một loại bơm
cao áp, lắp trên cùng một động cơ sử dụng
cùng một loại nhiên liệu và ở cùng một chế độ
vận hành thì giá trị của g
ct
chỉ còn phụ thuộc
vào mức độ hao mòn của cặp piston - xilanh
bơm và nhiệt độ của nhiên liệu trong quá trình

làm việc.
Khi bơm cao áp bị hao mòn nhiều, nhiệt
độ nhiên liệu tăng lớn có thể dẫn đến sự hao
hụt đáng kể lợng nhiên liệu qua khe hở của
cặp piston và xilanh bơm hay chính là làm
tăng lợng suy giảm nhiên liệu chu trình g
ct
.
Nếu ta gọi I là khe hở giữa piston và
xilanh của bơm cao áp khi đó xét một phần tử
chất lỏng đợc đặt trong hệ trục toạ độ xyz
nh hình 1. Ta có:
+

+ dx.b.dy.
dy
dp
p
dx.b.pdy.b.dx.
x
dy.b. +

+=+ (1)
Suy ra:
xdy
dp


=
(2)
Mặt khác, theo giả thiết Niutơn thì ứng
suất tiếp gây ra do sự ma sát bên trong các
lớp chất lỏng tỷ lệ với Gradian vận tốc [3]:
dx
dv
.=
(3)
Với: v - tốc độ dịch chuyển của lớp nhiên
liệu theo phơng y.
Suy ra:
2
2
x
v
.
x


=

(4)
Thay (4) vào (2) ta đợc:
2
2
x
v
.
dy
dp


=
(5)
Nếu coi gia tốc chuyển động của piston
trong hành trình nén là không đổi thì ta có:
const
x
v
2
2
=



Suy ra:
21
2
Cx.Cx.
dy
dp

.
.2
1
v ++









=
(6)
Khi x = 0 thì v = C
P
nên ta có C
2
= C
P
; (7)
Khi x = I thì v = 0 nên ta có
I.
dy
dp
.
.2
1
I

C
C
P
1

=
(8)
Thay (7), (8) vào (6) ta đợc:
P
P
2
Cx.I.
dy
dp
.
.2
1
I
C
x.
dy
dp
.
.2
1
v +

+









=

(9)
Hay






+

=
I
x
1.C)x.Ix.(
dy
dp
.
.2
1
v
P
2
(10)
Lợng nhiên liệu lọt qua khe hở I sẽ đợc
xác định bằng công thức:

=
I
0
ct
dx.b.vg
(11)
Thay
d.b

=
và lấy tích phân ta đợc:

dx.
I
x
1.Cdx).x.Ix.(
dy
dp
.
.2
1
.bg
I
0
P
2
ct







+

=

(12)
2
I.C
I.
dy
dp
.
.12
1
.bg
P
3
ct
+

= (13)
2
I.C
I.
dy
dp
.
.12
1
.d.g
P
3
ct
+

= (14)
Gần đúng ta coi áp suất của nhiên liệu
thay đổi liên tục dọc theo chiều dài piston bơm
và ta sẽ có
y
pp
dy
dp
0

=
và nh vậy:
2
I.C
y
pp
.
.12
I
.d.g
P0
3
ct
+

=
(15)
trong đó:
d - đờng kính xilanh bơm cao áp
I - khe hở cặp piston - xilanh bơm cao áp
p - áp suất trong khoang cao áp của bơm

p
0
- áp suất tại cửa nạp của bơm
y - chiều dài phần trợt của piston bơm
cao áp
C
p
- tốc độ của piston bơm cao áp
- độ nhớt động lực của nhiên liệu ứng
với nhiệt độ làm việc.
Sự phụ thuộc của độ nhớt động lực trung
bình vào áp suất và nhiệt độ của nhiên liệu
đợc tính theo công thức sau [3]:
(
)( )
[
]

1120
TTpp.exp. = (16)
trong đó:

20
- độ nhớt động lực của nhiên liệu ở
20
0
C.
- hệ số phụ thuộc vào áp suất.
(Với T < 20
0
C thì = 0.003 và T > 20
0
C
thì = 0.002)
- hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ. (T > 20
0
C
thì = 0.03)
p - p
1
: độ chênh áp.
T - T
1
: độ chênh nhiệt độ.

20
= 0.000349kG.s/m
2

(theo kết quả
phân tích của Viện dầu khí đối với mẫu dầu
thử trong thí nghiệm).

Trong công thức (15) thì áp suất trong
khoang cao áp của bơm p và chiều dài phần
trợt của piston bơm cao áp y là một hàm
các thông số về kết cấu và vận hành của bơm
cao áp. Nh vậy để có thể xác định chính xác
giá trị của lợng suy giảm nhiên liệu chu trình
g
ct
chúng ta cần sử dụng công thức (15) kết
hợp với hệ phơng trình vi phân trong bơm
cao áp, trên đờng ống và trong vòi phun
trong hệ thống cung cấp nhiên liệu của động
cơ.
Nếu ta gọi
%100.
g
g
Y
ct
ct

=
là độ suy
giảm nhiên liệu chu trình tơng đối trên một
đơn vị lợng cấp nhiên liệu chu trình. Khi đó,
hàm số Y = f(I) cũng là một hàm bậc 3 theo

mức độ hao mòn hay chính là khe hở của cặp
piston - xilanh bơm cao áp I:
I.BI.
A
Y
3
+

=

Trong đó A, B là các hệ số phụ thuộc vào
kết cấu của bơm và chế độ vận hành của
động cơ.
Giá trị cụ thể của Y phụ thuộc vào hàng
loạt các thông số về kết cấu và khai thác, vào
chất lợng của bơm cao áp, vào loại nhiên
liệu và nhiệt độ nhiên liệu sử dụng trong quá
trình vận hành. Sử dụng chơng trình tính hệ
thống cung cấp nhiên liệu của động cơ bằng
phần mềm Matlab chúng ta có thể dễ dàng
xác định giá trị của Y cho các loại động cơ
và ở các chế độ khai thác khác nhau. Hình 2
là kết quả tính độ suy giảm nhiên liệu chu
trình tơng đối Y theo độ hao mòn cặp
piston - xilanh bơm cao áp và nhiệt độ nhiên
liệu sử dụng của động cơ xe IFa W50 ở chế
độ toàn tải.
Qua kết quả tính chúng ta có thể nhận
thấy:
- Khi nhiệt độ nhiên liệu sử dụng tăng 10

0
C
thì độ suy giảm nhiên liệu chu trình tơng đối
Y tăng từ 1 đến 7 %. Đối với bơm cao áp mới
thì ảnh hởng của nhiệt độ nhiên liệu là không
đáng kể nhng ở các bơm cao áp cũ, nhóm
piston - xilanh bơm bị hao mòn nhiều thì khi
nhiệt độ nhiên liệu tăng, giá trị của Y sẽ tăng
rất nhanh.
- Khi độ hao mòn cặp piston - xilanh bơm
cao áp I tăng từ 1 - 4 m thì độ suy giảm
nhiên liệu chu trình tơng đối Y tăng ở mức
độ vừa phải (khoảng từ 6 đến 9%). Khi độ hao
mòn cặp piston-xilanh bơm cao áp I vợt
quá 4 - 5 m, độ suy giảm nhiên liệu chu trình
tơng đối Y sẽ tăng vọt đặc biệt là khi nhiệt
độ của nhiên liệu sử dụng cao (ở nhiệt độ 50
0
C
trung bình là 8.5%/m )
Tóm lại: khi sử dụng bơm cao áp cũ có
lợng hao mòn lớn trong điều kiện khí hậu
nhiệt đới có nhiệt độ tơng đối cao nh ở Việt
Nam thì độ suy giảm nhiên liệu chu trình

tơng đối Y tăng một cách đáng kể so với
khi sử dụng ở các vùng có nhiệt độ thấp nh ở
các nớc ôn đới. Điều này sẽ ảnh hởng trực
tiếp tới lợng nhiên liệu phun vào xilanh và
chất lợng tạo hỗn hợp trong động cơ, thông

qua đó ảnh hởng tới các chỉ tiêu kinh tế - kỹ
thuật của động cơ.
III. Kết luận
1. Chỉ tiêu độ suy giảm nhiên liệu chu
trình tơng đối Y
có liên hệ trực tiếp với
chất lợng bơm cao áp thông qua lợng nhiên
liệu rò lọt chu trình g
ct
, nó có thể đánh giá
chất lợng bơm cao áp một cách tơng đối
toàn diện. Vì vậy, chúng ta có thể sử
dụng chỉ tiêu này để đánh giá chất
lợng bơm cao áp thay cho chỉ tiêu về
thời gian tụt áp hiện đang đợc áp
dụng.
2. Việc khai thác bơm cao áp cần
căn cứ vào điều kiện cụ thể của từng
vùng khí hậu, cần lựa chọn và sử dụng
loại nhiên liệu có độ nhớt và chỉ số độ
nhớt phù hợp với nhiệt độ môi trờng.
3. Có thể thay đổi biên dạng cam
theo hớng tăng vận tốc trung bình của
piston C
P
, và điều này sẽ giúp cho
việc giảm g
ct
và giảm Y nh vậy có
thể kéo dài thời gian sử dụng của bơm cao áp.

b=.d
dy
dx

p + (dp/dy)dy
dy

p
dx
+ (/x)dx

Wp
dz
dx
dy
X
z
0
h
o
Y
Xilanh
Piston

Hình 1. Mô hình một phần tử chất lỏng
Hàm Y=f[t,I]
0
20
40
60

0246810
I [ mm]
Y
[
%
]
20
25
30
35
40
45
50
Hình 2. Mối quan hệ độ suy giảm nhiên liệu chu trình tơng đối
Y theo nhiệt độ môi trờng v chất lợng bơm cao áp
t [
0
C]
Tài liệu tham khảo

[1]. Lê Hoi Đức. ảnh hởng của điều kiện khí hậu
nhiệt đới tới quá trình tạo hỗn hợp và các chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật trong động cơ. Chuyên đề Sau đại
học. Hà nội, 2002.
[2]. Nguyễn Duy Tiến, Lê Hoi Đức. Xác định ảnh
hởng của điều kiện khí hậu tới chất lợng làm việc
của động cơ Diesel. Tạp chí Giao thông vận tải 3
năm 2003.
[3]. Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Văn Thêm. Kỹ
thuật ma sát và biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết

bị. Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 1990.
[4]. Nguyễn Đức Tuấn, Lê Hoi Đức. Xác định tuổi

bền bơm cao áp theo chỉ tiêu hiệu quả kinh tế. Tạp
chí Khoa học Giao thông vận tải 11 năm 2003.
[5].
. , ..

.
. , 1969.
[6]. . , . .


.
. , 1972.
[7]. Automotive mechanics. New York, 1994.
[8]. Modern automotive mechanics. New York,
1985