Analiza wytrzymałościowa wtryskiwacza CNG do systemu bezpośredniego zasilania silnika Diesla

W artykule przedstawiono wyniki symulacyjnych badań wytrzymałościowych innowacyjnej konstrukcji wtryskiwacza CNG do bezpośredniego zasilania silnika Diesla. Wtryskiwacz został opracowany do zastosowania w silniku Andoria ADCR. Badania te wykonano w oparciu o Metodę Elementów Skończonych z wykorzystaniem oprogramowania Abaqus. Opracowany model geometryczny odzwierciedlał rzeczywistą budowę wtryskiwacza. Przeprowadzone badania symulacyjne miały na celu określenie miejsc podatnych na wystąpienie spiętrzeń naprężeń elementów wtryskiwacza pracujących w warunkach odpowiadających warunkom pracy w komorze spalania silnika Diesla. Celem odzwierciedlenie tych warunków w modelu uwzględniono wpływ siły pochodzącej od sprężyny wtryskiwacza oraz siły gazowej pochodzącej od ciśnienia gazów w cylindrze. Wpływ siły pochodzącej od ciśnienia w komorze spalania został wprowadzony do modelu na podstawie przebiegu wartości ciśnienia gazów w funkcji kąta obrotu wału korbowego z uprzednio prowadzonych obliczeń modelowych silnika w oprogramowaniu AVL Boost. Badania modelowe przeprowadzono dla warunków pełnego obciążenia silnika, dla jednego cyklu roboczego. Czas symulacji odpowiadał dwóm pełnym obrotom wału korbowego silnika, co w przeliczaniu dla prędkości obrotowej silnika 3500 obr/min odpowiadało czasowi symulacji równemu 0,03428 s. Na podstawie przeprowadzonych badań opracowano zoptymalizowaną konstrukcję wtryskiwacza, który wykorzystany został do przeprowadzenia badań stanowiskowych i hamowanianych systemu bezpośredniego wtrysku sprężonego gazu ziemnego do silnika Diesla.

The article presents the results of strength simulation studies of innovative design of CNG injector for direct supply of the Diesel engine. The injector has been developed for use in Andoria ADCR engine. These studies were performed based on the Finite Element Method using Abaqus software. The geometric model reflects the actual structure of the injector. The conducted simulation studies aimed at determining the locations prone to the occurrence of stress concentrations in injector elements working in conditions equivalent to those in the combustion chamber of the Diesel engine. The objectives of these conditions are reflected in the model, that takes into account the influence of the spring force from the injector and the gas force from gas pressure in the cylinder. The influence of the gas force from the pressure in the combustion chamber was introduced into the model on the basis of the course of the gas pressure as a function of crank angle degree with a predetermined engine model calculations carried out in AVL Boost software. Simulation studies were carried out for engine full load conditions, for one combustion cycle. Simulation time corresponded to two full revolutions of the engine crankshaft, which in the conversion of the engine speed of 3500 rpm corresponds to the simulation time equal to 0.03428 s. On the basis of the simulation studies an optimized design of the injector, which was used for real bench tests of direct injection system supply of compressed natural gas into Diesel engine.