Simulationsrechnung eines Diesel-Einspritzsystems (Pumpe-Düse-Einheit PDE)
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- Christin Junge
- vor 7 Jahren
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1 Simulationsrechnung eines Diesel-Einspritzsystems (Pumpe-Düse-Einheit PDE) Diplomarbeit im Labor Antriebstechnik von Herrn Malte Weltner
2 Simulationsrechnung eines Diesel-Einspritzsystems Pumpe-Düse-Einheit (PDE) für Nutzkraftfahrzeuge Robert Bosch GmbH
3 Charakteristische Kenndaten der Diesel - Einspritztechnik Robert Bosch GmbH
4 Hydraulik- und Antriebssimulation eines Diesel-Hochdruck-Einspritzsystems Modellierung des Einspritzsystems unter Berücksichtigung der mechanischen und hydraulischen Systemeigenschaften des Pumpe-Düse-Systems Abbildung des Pumpenantriebes über Nockenwelle (Nockenhub = f(drehwinkel) und Kipphebel unter Berücksichtigung der Systemsteifigkeiten Steuerung des Spritzbeginns und der Einspritzmenge über den Bypassquerschnitt eines Magnetventils für Vor- und Haupteinspritzung Berücksichtigung der fluidtechnischen Eigenschaften des Dieselkraftstoffes Durchführung der Simulationsrechnung für typische Punkte des Kennfeldes (Leerlauf, max. Drehmoment, Nennleistungspunkt) Vergleich der ITI-Simulationsrechnung mit einer Referenz
5 Einbau der Pumpe-Düse-Einheit im Zylinderkopf 1 Kipphebel 2 Nockenwelle 3 Magnetventil 4 Einspritzdüse 5 elektr. Anschluß 6 Pumpenkolben 7 Pumpe-Düse-Einheit 8 Brennraum
6 Einbau und Antrieb der PDE 1 Hochdruck-Magnetventil 8 Antriebsnocken 2 Rückstellfeder 9 Spannpratze 3 Zylinderkopf 1 Kraftstoff-Rücklauf 4 PDE-Körper 11 Kraftstoff-Zulauf 5 Hochdruckraum 12 Spannmutter 6 Einspritzdüse 13 Motorventil 7 Kipphebel Niederdruckkreis des PDE-Systems
7 Funktionsprinzip der PDE Betriebszustände: a Saughub b Vorhub c Förderhub d Resthub
8 Hydraulikschema der Pumpe-Düse-Einheit SC31 Nocken EU3 Pro Nockenwellenraum B32 Rücklauf Magnetventil L5 D B12 Plunger L2 B15 L4 K2 L1 B7 R5 B16 R1 B8 Z1,2 L6 B11 R1 B5 B6 B9 K1 VQ3 R2 B1 R7 B Behälter R Bohrung, Rohr L Leckage B4 R3 B31 K Konstanter Querschnitt VQ Ventilgesteuerter Querschnitt Z Zwangsgesteuerter Querschnitt D Drossel B3 R4 B3 V1 L3 B2 B1 Brennraum VQ1 VQ2 B14 K3 Zulauf B33 R8 B13 R6
9 Hydraulikfluid Diesel ISO 4113 kin. Viskosität (²/s) 2 18 In ITI-Sim ist Dieselkraftstoff nicht vorparametriert. Zur Parametrierung müssen die Stoffdaten so aufgearbeitet werden, dass sie in die Parameter-dialoge der Simulationssoftware eingetragen werden können. Fluideigenschaften: Viskosität: f(t, p) Kompressibilität: f(t, p) Dichte: f(t, p) Wärmedehnung: f(t) ²/s bar 1 Druck (bar) 8 C 5 12 Temperatur ( C) Kinematische Viskosität über Druck und Temperatur
10 Bestiung der Viskositätsgleichung kin. Viskosität (²/s) ν y ϑ + z p ( ) ϑ+ 95 C = x e ν 2,94 ϑ +,141 p ( ) ϑ 95 C = 5 e + Druck (bar) ITI-Sim Parameterdialog - Viskosität:.5 e ^ ((@ T[ C] ( 2.94) p[ bar ]) /(95 T[ C])) - Kompressibilität: Dichte:
11 Druck Modellierung der Pumpe-Düse-Einheit Beispiel: Einspritzdüse Feder / Dämpfer Weg / Einspannung Masse Leckage Druck Kolbenfläche Behälter (Brennraum) Verstelldrossel Anschlag Drossel / Düse Tank
12 Simulationsmodell Einspritzdüse Fachbereich Maschinenbau B2 Düsennadelsitz VQ1 Spritzloch VQ2 Sackloch B1
13 Drehzahlvorgabe NW (1/min) Nocken Inverter 15 Nockenhub 12 Konverter NW Nockenhub Transformator Kipphebel 9 Einspritzbereich Simulationsmodell des Antriebsstranges Steifigkeit Kipphebel Massenträgheit Kipphebel NW 6 3 Kolbenfeder Transformator Kipphebel Steifigkeit Kolben Masse Kolben 4 m/s NW 6 Plungergeschwindigkeit bei n NW = 95 min -1 dynamisch (mit Last) statisch (ohne Last) Feder Anschlag 2 1 Einspritzung Einspannung Pumpenkörper Vorspannung Pumpenfeder Plunger NW 6
14 Konverter NW Magnetventil Kennlinie1 Drehzahlvorgabe NW [1/min] B8 Leckage4 Leckage6 Magnetventil B12 B9 Bohrung6 K2 B11 Magnetventil_b B13 Bohrung8 B14 K3 Bohrung7 B1 Rücklauf Drossel Zulauf Rücklauf Simulationsmodell des Magnetventils Ventilnadelhub Ventilnadelhub2 Umsetzer K1 Magnetventilquerschnitt 3 ² 2 Magnetventil offen Querschnitt des Magnetventils bei n NW = 95 min -1 (Nennleistung) 1 Magnetventil geschlossen NW 6
15 Simulationsmodell des Pumpe-Düse-System
16 2 2 bar Druck - B6/ Konverter Signalausgang- NW Referenz Konverter NW Plungerdruck Druck / Nockenwelle B6/ Nockenwelle bar Plungerdruck B6 ITI-Sim Referenz Plungerdruck 2 bar Simulation bei Nennleistung (n NW = 95 min -1 ) NW ITI-SIM Druck - oberer Düsenraumdruck/ B2 / Signalausgang Konverter NW - Konverter - bar Referenz NW Düsenraum Düsenraumdruck / Nockenwelle / Konverter NW ITI-SIM Schieberhub 3 3 Düsennadelhub - Düsenöffnung 4 4 / Konverter VQ1 / 5 NW Signalausgang 5 NW Referenz Konverter Weg / Signalausgang Düsennadelhub/ NW Konverter NW.4 2.4,4 bar Düsenraumdruck B2 ITI-Sim Referenz Hub-Düse ITI-Sim Referenz,3, ,1 Düsenraumdruck Düsennadelhub NW 6 6 NW -
17 Simulation bei Nennleistung (n NW = 95 min -1 ) Fachbereich Maschinenbau ITI-Simulation Referenz Kolbenhub - Plunger / Konverter Signalausgang NW - -³/ NW Einspritzrate Referenz Konverter Plungerhub PH NW / / NW Signalausgang / Konverter - Einspritzrate NW / Signalausgang - Plungerhub Konverter NW Nockenwelle ³/ NW Einspritzrate Referenz Einspritzrate Einspritzrate / Nockenwelle / Nockenwelle NW - N NW NW Referenz Signalausgang Plungergeschwindigkeit - Signal3 / Signalausgang / NW - Einspritzmenge Signalausgang -/ Einspritzmenge Konverter NW / m/s - Plungergeschwindigkeit Plungergeschwindigkeit Konverter Signalausgang NW - Signal1 // Konverter Signalausgang NW - ³ ³ Einspritzmenge Referenz Signalausgang Einspritzmenge Einspritzmenge / Konverter NW Nockenwelle / Nockenwelle 5 Konverter NW NW - N NW NW 6 6 6
18 bar 7 Plungerdruck Simulation bei n NW = 6 bar min -1 bar ITI-SIMDruck - B6 / Signalausgang B6 / Konverter - NW Referenz Konverter Plungerdruck Druck NW / Nockenwelle B6 / Konverter NW bar ITI-SIM Druck - Druck oberer B2 Düsenraum / Konverter ITI-Simulation B2 NW / Signalausgang - Referenz Konverter Düsenraum Druck NW / Nockenwelle B2 / Konverte NW Referenz ITI-SIM Schieberhub Düsennadelhub - Düsenöffnung / Konverter VQ1 / NW Signalausgang - Referenz Konverter Nadelhub Düsennadelhub / NW Nockenwelle / Konverter NW Düsennadelhub Düsenraumdruck B NW NW ITI-SIMKolbengeschwindigkeit Signalausgang - SpeedKonverter / Konverter / Signalausgang NW - m/s Plungergeschwindigkeit Referenz Konverter Plungerspeed Kolbengeschwindigkeit NW / Nockenwelle / Konverter NW NW NW 6 6 ³/ NW 2 2 m/s ³ ITI-SIM Einspritzrate ITI-SIM Einspritzmenge Referenz Einspritzrate Referenz Einspritzmenge 1 5 NW NW NW 6
19 Zusaenfassung: ITI-SIM ist geeignet für die Simulation von Hochdruck-Einspritzsystemen Simulationsergebnisse stien mit Referenzwerten sehr gut überein Simulationsprogra ist geeignet für - Applikationsauslegung des Systems (Entwicklung / Kunde) - Parameteruntersuchung, Empfindlichkeitsstudien - Untersuchungen im Grenzbereich (Leistungsgrenzen, Störfälle etc.) - Ermittlung systemtypischer Kenngrößen Nockengeschwindigkeit unter Last Druckverlauf im Bereich Einspritzdüse, Magnetventil etc. Einspritzrate (³/ NW) Einspritzmenge (³/Hub) Verlauf der Düsennadelbewegung dynamische Antriebsleistung des PDE-Systems Leckagen an Plunger, Einspritzdüse, Magnetventil etc. etc.
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