Thiết kế cải tiến đường nạp động cơ diesel một xy lanh, phun trực tiếp 16,5 mã lực (HP)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯƠNG HUỲNH GIANG THIẾT KẾ CẢI TIẾN ĐƯỜNG NẠP ĐỘNG CƠ DIESEL MỘT XYLANH, PHUN TRỰC TIẾP 16,5 Mà LỰC (HP) NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC SKC007422 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯƠNG HUỲNH GIANG THIẾT KẾ CẢI TIẾN ĐƯỜNG NẠP ĐỘNG CƠ DIESEL MỘT XYLANH, PHUN TRỰC TIẾP 16,5 Mà LỰC (HP) NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Huỳnh Thanh Công Ths Lê Việt Hùng Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 %Ӝ*,È2'Ө&9¬ĈҤ27Ҥ2 75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&6Ѭ3+Ҥ0.Ӻ7+8Ұ7 7+¬1+3+Ӕ+Ӗ&+Ë0,1+ 3+,ӂ81+Ұ1;e7/8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ӻ 'jQKFKRJLҧQJYLrQSKҧQELӋQ 7rQÿӅWjLOXұQYăQWKҥFVӻ 7KLӃWNӃFҧLWLӃQÿѭӡQJQҥSÿӝQJFѫ'LHVHO[\ODQKSKXQWUӵFWLӃS0m OӵF+S 7rQWiFJLҧ /ѬѪ1*+8ǣ1+*,$1* MSHV: 1480509 Ngành: ӻWKXұWFѫNKtÿӝQJOӵF Khóa: 2014-2016 Ĉӏnh Kѭӟng: ӬQJGөQJ +ӑYjWrQQJѭӡLSKҧQELӋQ 76/ê9ƭQKĈҥW &ѫTXDQF{QJWiF KRD&ѫNKtĈӝQJOӵF ĈLӋQWKRҥLOLrQKӋ ,é.,ӂ11+Ұ1;e7 9ӅKuQKWKӭF NӃWFҩXOXұQYăQ /XұQYăQWUuQKEj\U}UjQJPҥFKOҥF.ӃWFҩXOXұQYăQSKKӧSYӟLTXLÿӏQK 9ӅQӝLGXQJ 2.1 Nh̵n xét v͉–ÀŠŠ‘ƒŠб…ǡ”Ù”‰ǡЛ…ŠŽЛ…ǡŠï……Š‹Ъ––”‘‰OX̵QYăQ /XұQYăQFyWtQKNKRDKӑFU}UjQJFiFKÿһWYҩQÿӅYjJLҧLTX\ӃWYҩQÿӅSKKӧSNKRDKӑF 2.2 Nh̵š±–¯žŠ‰‹ž˜‹Ю…•у†о‰Š‘Ц…–”À…Š†РЪ–“—М…пƒ‰рк‹Šž……ׯ“—‹¯аŠ Š‹ЮŠŠ…пƒ’Šž’Ž—С–•лŠф—–”À–—Ю ĈӅWjLVӱGөQJYjWUtFKGүQFiFNӃWTXҧQJKLrQFӭXOLrQTXDQÿ~QJTXLÿӏQKKLӋQKjQKFӫDSKiSOXұWVӣKӳX WUtWXӋ 2.3 Nh̵š±–˜Ыͭc tiêu nghiên cͱu, ph˱˯ng pháp nghiên cͱu s͵ dͭng LVTN 0өFWLrXYjSKѭѫQJSKiSQKLrQFӭXVӱGөQJWURQJ/971SKKӧS 2.4 Nh̵n xét T͝ng quan cͯƒ¯͉ tài ĈӅWjLÿmQJKLrQFӭXÿmÿӅ[XҩWFҧLWLӃQKӋWKӕQJQҥSWUrQÿӝQJFѫ'LHVHO9\NLQR[\ODQKJySSKҫQQkQJ FDRKӋVӕQҥSFҧLWLӃQF{QJVXҩWYjNKt[ҧWUrQÿӝQJFѫĈӅWjLÿmÿӅ[XҩWSKѭѫQJiQWӕLѭXFyWKӇWăQJ KLӋXVXҩWQDSF{QJVXҩWWăQJVXҩWWLrXKDRQKLrQOLӋXJLҧPYjNKt[ҧJLҧPÿiQJNӇVRYӟL NӃWFҩXKLӋQKӳXFӫDÿӝQJFѫ 2.5 ŠСš±–¯žŠ‰‹ž˜͉ n͡‹†—‰Ƭ…ŠН–Žрн‰…пƒ 1ӝLGXQJFӫD/971WUuQKEj\PҥFKOҥFU}UjQJĈӅWjLÿmWUuQKEj\SKѭѫQJSKiSWtQKWRiQKӋVӕQҥSWUrQ FѫVӣOêWKX\ӃWYjNLӇPFKӭQJEҵQJFiFSKѭѫQJSKiSWKӵFQJKLӋPYӟLVDLVӕYjNӃWTXҧÿiQJWLQFұ\+jP OѭӧQJNKRDKӑFFӫDÿӅWjLNKiOӟQYjFiFNӃWTXҧWKӵFQJKLӋPÿѭӧFWKӵFKLӋQYӟLÿӝWLQFұ\FDR 2.6 ŠСš±–¯žŠ‰‹ž˜͉ kh̫£‰ͱng dͭ‰ǡ‰‹ž–”а–Šх…–‹Э…ͯƒ¯͉ tài ĈӅWjLFyJLiWUӏWKӵFWLӉQFDRFyNKҧQăQJӭQJGөQJӣF{QJW\FѫNKtYjPi\ÿӝQJOӵFPLӅQ1DPÿӇÿѭD YjRӭQJGөQJWKӵFWӃVҧQ[XҩWJySSKҫQWLӃWNLӋPNLQKWӃYjJLҧPNKtSKiWWKҧLJk\{QKLӉPP{LWUѭӡQJ ÿӗQJWKӡLQkQJFDRÿѭӧFÿһFWtQKFӫDÿӝQJFѫVDXNKLFҧLWLӃQ 2.7 Lu̵˜£…О…ŠЯŠ•уƒǡ„е•—‰Šф‰з‹†—‰‰¿ȋ–Š‹͇t sót t͛n t̩i): 7iFJLҧQrQNLӇPWUDOҥLOӛLÿiQKPi\YjOӛLYăQEҧQWURQJ/971 &iFQJKLrQFӭXOLrQTXDQWURQJQѭӟFÿӅWjLNK{QJQrQOLӋWNrGѭӟLGҥQJEҧQJ ĈӅWjLQrQFKLWLӃWKѫQFiFSKѭѫQJiQFҧLWLӃQKӋWKӕQJQҥSYӅFiFWK{QJVӕEҧQYӁFKLWLӃW II CÁC VҨ0ӄ CҪN LÀM RÕ &iFFkXK͗LFͯDJL̫QJYLrQSK̫QEL͏Q 7iFJLҧJLҧLWKtFKVӵFKtQK[iFWURQJYLӋFVӱGөQJFiFWK{QJVӕWKӵFJKLӋPÿӇWtQKWRiQKӋVӕQҥS" 7iFJLҧWUuQKEj\OҥLYLӋFVӱGөQJFDPHUDWӕFÿӝFDRÿӇSKkQWtFKVӵGӏFKFKX\ӇQGzQJNKtYjR[\ODQK" WKӡLJLDQWUӉYjÿӝFKtQK[iFQKѭWKӃQjR" c Thiết bị đo áp suất TOYOTA 89420-20300 Áp suất dịng khí nạp vào xi-lanh đo cảm biến đo áp suất lắp trực tiếp vào ống nạp xi-lanh Thiết bị bao gồm cảm biến đo áp suất mạch chuyển đổi tín hiệu để hiển thị số liệu đo hình máy tính Hình 3.13: Cảm biến đo áp suất TOYOTA 89420-20300 3.2.2.3 Thiết bị thí nghiệm quan sát đánh giá định tính dịng khí nạp a Camera có tốc độ cao phần mềm tách ảnh Free Video to JPG Converter Một camera có độ phân giải cao cần thiết để thấy hết trình diễn xi-lanh kỳ nạp động phương án thí nghiệm Mọi diễn biến xi-lanh camera quay lại sau qua phần mềm Free video to JPG Converter phân tích hình ảnh để phục vụ cho việc nghiên cứu đánh giá b Bộ Xi-lanh, Pistonvà Séc –măng đặc biệt Xi-lanh làm vật liệu suốt (Arylic) giúp quan sát dịng khơng khí nạp vào bên Bộ Séc – măng nhựa (Teflon) vàPiston thiết kế khác để tránh xước lồng Xi-lanh suốt 43 Hình 3.15:Bộ Séc – măng (bằng Teflon) Hình 3.14: Xi-lanh thiết kế suốt Hình 3.16: Piston thiết kế 3.2.3 Phương pháp đo xử lý số liệu 3.2.3.1 Phương pháp đo xử lý số liệu hệ thống đo hệ suất nạp khơng có tham gia trình cháy a Phương pháp đo Thực cho 05 phương án họng nạp theo quy trình sau: 44 - Thí nghiệm tiến hành sau thiết lập thông số ổn định tốc độ động - Khởi động động điện - Quan sát hình máy tính hiển thị số vòng quay động cơ, đồng thời điều chỉnh biến tần để động RV165-2 quay vận tốc điểm đo: 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200và 2400 vòng/phút - Ở điểm đo (điểm vận tốc) Ta tiến hành lấy số liệu: • Khối lượng thực tế dịng khí nạp vào qua dụng cụ đo lưu lượng Flowmeter • Nhiệt độ: khí nạp (Ta), nhiệt độ khí trời (To) cảm biến nhiệt độ hiển thị Graphtec • Áp suất dịng khơng khí nạp (Pa), áp suất khí (Po) cảm biến đo áp suất TOYOTA 89420-20300 - Mỗi điểm đo thực 03 lần để lấy giá trị trung bình b Xử lý số liệu thí nghiệm Các thơng số nhiệt độ, áp suất dịng khí nạp khối lượng dịng khơng khí nạp đo nhằm mục đích tính tốn hiệu suất nạp phương ántheo công thức: 𝜂𝑣 = V̇att V̇alt = ṁ a ρa V̇alt Với 𝜂𝑣 : hiệu suất nạp (%) ma : khối lượng khơng khí nạp thực tế (Kg/h) ρa : khối lượng riêng không khítrên đường nạp (kg/𝑚3 ) V̇alt :là thể tích nạp lý thuyết (m3 ) 45 (3.1) Đồng thời ta phân tích𝜌𝑎 , ta phương trình sau: ρa = ρ0 Pa T0 (3.2) P0 Ta Trong đó: ρ0 :là khối lượng riêng khơng khí điều kiện bình thường (kG/cm3 ) Pa , P0 :lần lượt áp suất khơng khí ống nạp khí trời (bar) Ta , T0 :lần lượt nhiệt độ khơng khí ttrên đường nạp điều kiện bình thường (K) Thể tích khơng khí nạp lý thuyết theo thời gian, phân tích ta được; V V +V V̇alt = a = h c = t t Vh +Vc 30τ n = (Vh +Vc ).n 120 (3.3) Trong đó: Vh , Vc :lần lượt thể tích cơng tác thể tích buồng cháy động RV165-2 (m3) 𝜏 số kỳ động (𝜏 = sử dụng động diesel kỳ) nlà số vòng quay động (vịng/phút) Để khai triển phương trình (1), thay đồng thời phương trình (3.2) (3.3) vào (3.1), ta được: ηv = 120.ṁa Pa T0 (ρ0 P T ).[(Vh +Vc ).n] a Với:Vh + Vc = 888,8 (cm3 ) = 888,8 10−6 (m3 ) 46 (3.4) ρ0 : số, ρ0 = 1,29 (Kg/m3) Pa P0 :được đo thơng qua thí nghiệm nhờ thiết bị đo áp suất (bar) ṁa :được đo thông qua thiết bị đo khối lượng khơng khí nạp (Kg/h) Ta , T0 :được đo thông qua cảm biến nhiệt độ (K) 3.2.3.2 Phương pháp đo xử lý số liệu củahệ thống quan sát đánh giá đặc tính dịng khí nạp - Thông qua động điện biến tần điều khiển động RV165-2 hoạt động số vòng quay 1200 v/ph - Cho khói màu có nồng độ giống ổn định cho trường hợp đo vào họng nạp động - Sử dụng camera tốc độ cao đặt phía Xi-lanh suốt quay 15 giây để quay q trình nạp xốy dịng khí xi-lanh Các hình ảnh cắt từ hai video thông qua phần mềm Free video to JPG converter, lựa chọn hình ảnh ứng với thời điểm mở xupap 02 phương án để so sánh đánh giá 3.3 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hiệu suất nạp (có cháy), thông số kỹ thuật phát thải ô nhiễm băng thử tải động 3.3.1 Sơ đồ thực nghiệm nguyên lý vận hành Động bố trí lắp đặt băng thử tải thưc tế công ty SVEAM Các cảm biến thiết bị đo nhiệt độ, áp suất, khối lượng khơng khí nạp bố trí tương tự thí nghiệm đo áp suất nạp (khơng có cháy) Ngồi ra, hệ thống thực nghiệm trang bị thiết bị đo khí thải (HESHBON HG-520) độ mờ khói (Dismoke 4000 AVL) để đánh giá phát thải ô nhiễm môi trường Các phương án họng nạp thay vào động để chạy thực nghiệm đánh giá thông số kỹ thuật (công suất, mô-men, suất tiêu hao nhiên liệu) phát thải ô nhiễm 02 chế độ đo là: đặc tính ngồi cơng 47 suất định mức Hình 3.17: Sơ đồ thực tế thực nghiệm đánh giá hiệu suất nạp (có q trình cháy) Hình 3.18: Sơ đồ thực nghiệm 48 3.3.2 Các thiết bị thí nghiệm 3.3.2.1 Động RV165-2 Hình 3.19: Động RV165-2 công ty SVEAM 3.3.2.2 Các thiết bị đo nhiệt độ, áp suất khối lượng dịng khơng khí nạp Cũng tương tự lần thí nghiệm đo hiệu suất nạp động (khơng có cháy) số thiệt bị đo tương tự phịng thí nghiệm động đốt sử dụng trình thiết bị đo lưu lượng khí nạp Flowmeter hãng AVL,thiết bị đo,thiết bị đo nhiệt độ Graphtec (đã đề cập phần trên), thiết bị đo áp suất nạp (Cảm biến đo áp suất TOYOTA 89420-20300) 3.3.2.3 Thiết bị đo độ mờ khói Thiết bị đo độ mờ khói động AVL Dismoke Dùng để kiể m tra đo phần trăm độ mờ khói khí xả từ động Thiết bị gồm buồng đo dùng để cắm trực tiếp vào đường xả động thiết bị có nhiệm vụ phân tích trù n tín hiệu về hình hiể n thị 49 Hình 3.20: Máy đo độ mờ khói AVL Dismoke 4000 3.3.2.4 Thiết bị đo phân tích khí thải Thiết bị đo phân tích khí thải HG-520 dùng để đo thành phần phần trăm CO2 , CO phần triệu HC NOx khí thải động Thiết bị gồm ống đo để gắn trực tiếp vào đường xả động cơ, dịng khí xã vào buồng đo sau hiển thị hình Hình 3.21: Máy đo thành phần khí thải HG-520 50 3.3.2.5 Các thiết bị đo nhà máy công ty SVEAM Bao gồm: Thiết bị đo công suất động diesel thủy lực, cảm biến quang đo số vòng quay động hệ thống đo suất tiêu hao nhiên liệu 3.3.3 Phương pháp đo xử lý số liệu 3.3.3.1 Phương pháp đo Đối với phương án thiết kế họng nạp Ta thực phép đo sau: - Chạy rà không tải động 15 phút - Chạy đánh giá đường đặc tính ngồi: • Kéo cần ga max để động đạt số vòng quay cực đai 2550 v/ph • Bắt đầu đặt tải vào động (mơ – men) để số vòng quay động giảm dần tới điểm đo là: 2400, 2200, 2000, 1800, 1600 v/ph • Ở điểm đo ta ghi nhận lại thơng số: nhiệt độ áp suất dịng khơng khí nạp, nhiệt độ áp suất khí quyển, khối lượng dịng khơng khí nạp, mơ – men, suất tiêu hao hiêu liệu, thơng số đặc tính khí thải: Soot, CO, NOx, HC - Chạy đánh giá điểm công suất định mức (công suất = 14 Hp (10,29 KW) số vòng quay = 2200 v/ph) Điểm công suất nhà cung cấp khuyến cáo người tiêu dùng sử dụng) • Cài đặt động hoạt động số vịng quay 2200 v/ph mơ-men kéo động 44.6 N.m tương ứng với công suất 14Hp (10,29 KW) • Ở điểm đo ta thu thập số liệu nhiệt độ áp suất dịng khơng khí nạp, nhiệt độ áp suất khí quyển, khối lượng 51 dịng khơng khí nạp, suất tiêu hao hiêu liệu, thơng số đặc tính khí thải: Soot, CO, NOx, HC - Mỗi điểm đo thực 03 lần để lấy giá trị trung bình 3.3.3.2 Xử lý số liệu Tương tự thí nghiệm đo hiệu suất nạp khơng có tham gia trình cháy 52 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Xác định đặc tính làm việc khí thải động RV165-2 hữu Hình 4.1: Đặc tính ngồi động RV165-2 53 Hình 4.2:Thành phần CO khí thải Hình 4.4: Thành phần HC khí thải Hình 4.3:Thành phần PM khí thải Hình 4.5:Thành phần NOx khí thải Hình 4.1 triǹ h bày đặc tính ngồi động RV165-2 với họng nạp hữu Kết cho thấy công suất cực đại khoảng 16,39 HP (12,05 kW) ứng với tốc độ động 2400 v/ph mô-men cực đại động vào khoảng 5,05 kG.m (49,5 N.m) ứng với tốc độ 1800 v/ph Hình 4.2 Hình 4.3 trình bày kết đánh giá khí thải tiêu biểu động Kết hình cho thấy nồng độ CO thành phần PM cao, kết thu tử HC+NOx thấp Tuy nhiên so với tiêu chuẩ n khí thải EPA TIER (áp dụng cho loại động diesel tĩnh cơng suất nhỏ – Non-road diesel engines) vượt ngưỡng cho phép nhiều Nguyên nhân có thể động thiết kế chế tạo từ công nghệ cũ chưa có cải tiến đáng kể để nâng cao đặc tính động làm giảm khí thải từ động 54 4.2 So sánh đánh giá phương án so với động hữu 4.2.1 Trên hệ thống thí nghiệm đo hiệu suất nạp (khơng có cháy) Hình 4.6: Hiệu suất nạp đo hệ thống thử nghiệm (không có cháy) Phương án cải tiến số 02 cho hiệu suất nạp tăng hầu hết điểm vận tốc chọn thí nghiệm, có xu hướng tăng cao dãy tốc độ cao Ở tốc độ 2400 v/ph hiệu suất nạp tăng 10,14% so với họng nạp hữu theo động Điều cho thấy việc tăng đường kính họng nạp giúp khối lượng khơng khí nạp thực tế vào nhiều phương án lại, làm tăng hệ số lưu lượng góp phần tăng hiệu suất nạp 55 4.2.2 Trên băng thử thực tế (có cháy) 4.2.2.1 Hiệu suất nạp (Có cháy) Hình 4.7: Đồ thị so sánh Hiệu suất nạp thực tế (có cháy) Trên băng thử thực tếphương án cải tiến đường họng nạp số 02 cho kết với xu hướng hoàn toàn tương đồng hệ thống thí nghiệm Phương án cải tiến số 02 cho hiệu suất nạp cao hẳn phương án lại, hiệu suất nạp tăng trung bình 5,42% tất điểm đo 56 4.2.2.2 Đặc tính làm việc a Cơng suất Hình 4.8: Đồ thị so sánh Cơng suất b Moment Hình 4.9: Đồ thị so sánh Moment 57 ... MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯƠNG HUỲNH GIANG THIẾT KẾ CẢI TIẾN ĐƯỜNG NẠP ĐỘNG CƠ DIESEL MỘT XYLANH, PHUN TRỰC TIẾP 16,5 Mà LỰC (HP) NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Huỳnh Thanh... Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực i Tên luận văn: Thiết kế cải tiến đường nạp động Diesel, xylanh, phun trực tiếp, 16,5 mã lực Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 28/10/2017 Trường Đại Học Sư... suất nạp tính làm việc động hữu, đồng thời đưa phương án thiết kế cụ thể mang tính ứng dụng vào thực tế sản xuất cao nhằm cải tiến đường nạp động cơ, nâng cao hiệu suất nạp tính làm việc động