nghiên cứu điều khiển hệ thống nhiên liệu cho động cơ sử dụng nhiên liệu kép (lpg diesel)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP LPG - DIESEL..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP (LPG - DIESEL)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

-o0o -

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP (LPG - DIESEL)

Mã số: T2011 – 23TĐ

Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Văn Long Giang Thành viên tham gia: PGS.TS Đỗ Văn Dũng ThS Nguyễn Trọng Thức

TP HỒ CHÍ MINH - 12/2011

dự báo nguồn nhiên liệu hóa thạch sẽ cạn kiệt trong khoảng 30 đến 50 năm tới) Nguy hiểm hơn, các loại ô tô sử dụng nguồn nhiên liệu này đã làm ô nhiễm môi trường do các khí độc hại như NOx, CO, CO2, HC… từ động cơ thải ra (đây chính là nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường sống hiện nay) Ngoài ra, các tiêu chuẩn về môi trường đặt ra buộc các nhà sản xuất và nhập khẩu phải tuân theo Tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế, kiểm soát ô nhiễm môi trường ngày càng tốt hơn, bảo vệ sức khỏe của con người… đang là nhiệm vụ đặt ra cho con người hiện nay

So với trước kia, ô tô ngày nay đã sạch hơn rất nhiều Các công nghệ mới được ứng dụng trên xe: cải tiến buồng đốt, sử dụng công nghệ điều khiển phun xăng - đánh lửa điện tử, gắn bộ xúc tác trên ống xả…đã giảm đi một lượng đáng kể khí thải độc hại Tuy nhiên, các giải pháp đó chỉ đáp ứng một phần trong việc kiểm soát khí thải và vẫn cần nhiều nỗ lực hơn nữa từ phía các nhà nghiên cứu, sản xuất

Gần đây, những công trình nghiên cứu sử dụng khí đồng hành dầu mỏ hóa lỏng (LPG) cho các phương tiện giao thông trên thế giới cũng như tại Việt Nam đã có những kết quả khả quan LPG là loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm: khi sử dụng LPG trên xe chạy xăng đốt cháy cưỡng bức có thể giảm ô nhiễm khí thải mà vẫn duy trì được công suất của động cơ, giá thành tương đối rẻ và dễ sử dụng…Còn khi sử dụng hỗn hợp LPG + Diesel trên động cơ thì các chỉ tiêu về ô nhiễm môi trường và khả năng mang tải của động cơ diesel được cải thiện, các chi phí chuyển đổi hệ thống nhiên liệu của động cơ thấp, các kết cấu của động cơ không bị thay đổi nhiều…

Việt Nam có nhiều tiềm năng về các loại khí đốt Các loại khí tồn tại trong các

mỏ khí và mỏ dầu tập trung nhiều ở Biển Đông với trữ lượng rất cao Nếu chúng được khai thác và sử dụng tốt sẽ mở ra một hướng giải quyết tốt cho vấn đề nhập khẩu xăng dầu Do đó đòi hỏi chúng ta phải đầu tư nhiều vào việc khai thác, sản xuất và sử dụng

tốt các loại khí này Nếu làm được như thế là đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành khai thác, sản xuất dầu khí và mang lại lợi ích kinh tế rất lớn cho đất nước

Ưu điểm quá trình cháy của LPG khi dùng như là nhiên liệu thay thế thì rất rõ ràng Câu hỏi chính cần được trả lời là hiệu suất và sự vận hành như thế nào so với quá trình cháy mà diesel có thể đạt được mà không làm hại đến mức tiêu thụ nhiên liệu ? Việc ứng dụng LPG trên xe chạy Diesel gặp những khó khăn riêng do kết cấu động cơ

và bản chất quá trình cháy Vì vậy, việc nghiên cứu, chế tạo và lắp đặt thành công hệ thống cung cấp LPG cho động cơ diesel có ý nghĩa lớn trong việc giảm ô nhiễm khí thải từ động cơ diesel

Có nhiều phương án khác nhau được sử dụng để cải tạo hệ thống nhiên liệu Diesel sang sử dụng LPG Trên cơ sở phân tích những ưu và nhược điểm của các phương án, phương án được chọn là:

- Động cơ diesel 3C – TE của Toyota

- Sử dụng phun mồi diesel để khởi tạo quá trình cháy

- Phun LPG trên đường ống nạp

- Sử dụng vi điều khiển để kiểm soát quá trình phun LPG

1.2 Mục đích của đề tài:

Đề tài có 3 mục đích chính:

- Thiết kế cải tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu liệu của động cơ Diesel cũ bằng

hệ thống mới có thể dùng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)

- Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển điện tử hệ thống cung cấp LPG cho động cơ Diesel Toyota 3C-TE

- Lập trình cho mạch điều khiển Phun LPG theo tốc độ động cơ, vị trí bàn đạp ga

và điều chỉnh thời điểm phun dầu Diesel

1.3 Phương pháp nghiên cứu:

Các phương pháp sau được sử dụng để thực hiện đề tài:

- Phương pháp tham khảo tài liệu: tham khảo các công trình nghiên cứu về việc ứng dụng LPG, tính chất lý hóa của các loại nhiên liệu diesel và LPG

- Phương pháp tính toán: tính toán các số liệu dựa vào nguyên lý động cơ đốt trong và cấu tạo các cảm biến

- Phương pháp lập trình vi điều khiển: thu thập số liệu, xử lý số liệu và xuất số

liệu cho các cơ cấu chấp hành

- Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm các vấn đề nghiên cứu trên động cơ Toyota 3C-TE

1.4 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel Toyota 3C-TE Thiết kế, chế tạo lại hệ thống cung cấp nhiên liệu cho phù hợp với việc sử dụng kết hợp LPG và diesel

1.5 Giới hạn của đề tài:

Nghiên cứu thiết kế điều khiển hệ thống cung cấp LPG cho động cơ Toyota

3C-TE theo các chế độ hoạt động của động cơ, đồng thời điều chỉnh lưu lượng và thời điểm phun Diesel để động cơ hoạt động ổn định, phát huy tối đa công suất và giảm các khí thải độc hại cho môi trường

1.7 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu trong và ngoài nước

“Sử dụng LPG trên xe gắn máy và xe buýt nhỏ”, Bùi Văn Ga, Trung tâm nghiên

cứu bảo vệ môi trường Đại học Đà Nẵng [2]

Công trình nghiên cứu công nghệ chuyển đổi xe gắn máy và xe buýt nhỏ chạy xăng sang chạy bằng LPG đã được trình bày Kết quả nghiên cứu cho thấy tính năng ưu việt của phương tiện chạy LPG so với chạy xăng về tính kinh tế kỹ thuật cũng như về bảo

vệ môi trường

“Cải tạo động cơ Mazda WL thành động cơ dual fuel sử dụng khí hóa lỏng”, Lê

Minh Xuân, Luận văn thạc sỹ Trường ĐH Đà Nẵng

Đề tài dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để đánh giá kết quả trên cơ sở nghiên cứu động cơ Mazda WL Kết quả thực nghiệm cho thấy: tỷ lệ LPG

sử dụng trong hỗn hợp để động cơ Mazda WL hoạt động bình thường nhỏ hơn 20% Công suất giảm khoảng 5% - 10% và nồng độ bồ hóng giảm 15% - 20%

“Research and install the LPG supply system to diesel engine VIKYNO RV 125”,

Do Van Dung, Le Thanh Phuc, Huynh Phuoc Son, Le Viet Hung APAC15, Hanoi [9]

Đề tài ứng dụng kỹ thuật nhiên liệu kép trên động cơ diesel có sẵn trên thị trường, Vikyno RV125, kim phun lắp trên đường ống nạp Kết quả nghiên cứu cho thấy động

cơ dual fuel, về cơ bản, đảm bảo các yêu cầu và tiết kiệm hơn động cơ diesel tương ứng

“Pilot – ignited natural gas combustion in diesel engines”, Peter Mtui, The

University of British Columbia [10]

Nghiên cứu quá trình cháy của khí thiên nhiên được mồi lửa bởi diesel Kết quả cho thấy quá trình cháy của diesel-gas có cùng khoảng thời gian chuẩn bị đánh lửa và thời gian cháy so với động cơ diesel cơ sở Quá trình cháy của diesel-gas êm hơn so với động cơ diesel cơ sở

“Simultaneous diesel and natural gas injection for dual-fuelling ignition engines”, Timothy Ross White, School of Mechanical and Manufacturing

compression-Engineering, The University of New South Wales [11]

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm và mô phỏng quá trình phun nhiên liệu đồng thời vào trong buồng đốt bằng một kim phun kết hợp, từ đó tìm ra áp suất phun tối ưu, kích thước lỗ kim phun và góc kim phun để chùm tia phun được phân tán và hóa hơi tốt nhất

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ

SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP (LPG – DIESEL)

2.1 Đặc tính của nhiên liệu Diesel và LPG

2.1.1 Nhiên liệu Diesel

Dầu Diesel là một loại nhiên liệu lỏng, sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ có thành phần chưng cất nằm giữa dầu hỏa (kesosene) và dầu bôi trơn (lubricating oil), có nhiệt

độ bốc hơi từ 1750C đến 3700C (đối với nhiên liệu diesel nặng: 3150C ÷ 425C còn gọi

là Mazut – Fuel oil) Dầu diesel được đặt tên theo nhà sáng chế Rudolf Diesel, và có thể được dùng trong loại động cơ đốt trong diesel

Các thông số kỹ thuật của dầu diesel được giới thiệu trong Bảng 2.1

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của dầu Diesel

Các tiêu chuẩn chất lượng của

nhiên liệu diesel

Loại nhiên liệu diesel

Phương pháp thử

DO 0,5% S

DO 1,0% S

2.1.2.1 Thành phần hóa học của LPG

Propane

Propane là một alkane thể khí có thể thu được trong quá trình tinh luyện dầu Propane không màu Công thức hóa học của propane là CH3CH2CH3 Propane có thể được hóa lỏng khi nén và làm lạnh Propane có công thức cấu tạo như Hình 2.1

Hình 2.1: Công thức hóa học của propane Butane

Butane là một hydrocarbon có trong khí thiên nhiên và có thể thu được từ quá trình tinh luyện dầu mỏ Butane là một alkane thể khí, gồm có các hydro cacbon chứa

4 nguyên tử cacbon, chủ yếu là n- butane và iso-butane Công thức hóa học của butane

là C4H10 và có công thức cấu tạo như Hình 2.2

Hình 2.2: Công thức hóa học của butane

Mecaptan

Mecaptan là một chất được pha trộn vào LPG với tỉ lệ nhất định làm cho LPG

có mùi đặc trưng, để dễ phát hiện khi bị xì hoặc rò rỉ Thường LPG là không màu, không mùi

2.1.2.2 Tính chất vật lý của LPG

LPG được mỏ gọi là khí dầu hóa lỏng vì các chất khí này có thể được hóa lỏng ở nhiệt độ bình thường bằng cách gia tăng áp suất vừa phải, hoặc ở áp suất bình thường bằng cách sử dụng kỹ thuật làm lạnh để làm giảm nhiệt độ

Các thông số kỹ thuật của LPG so sánh với xăng và dầu Diesel được giới thiệu trong bảng 2.2

Bảng 2.2: Các thông số kỹ thuật của LPG so sánh với xăng (petrol) và dầu diesel

Đặc tính Propane Butane Petrol Diesel

+ Nguồn cung cấp có thành phần như thế nào

+ Propan là chất dễ bay hơi do vậy dễ bắt cháy hơn nhất là trong điều kiện khí hậu lạnh vào mùa đông Ví dụ ở châu Âu tỷ lệ thường dùng là 50:50 nhưng vào mùa

hè có thể giảm propane, tăng butane lên thành 40:60

Ở Việt Nam, hiện nay vẫn chưa có propane và butane riêng biệt, LPG từ nhà máy Dinh Cố hầu như là hỗn hợp 50:50

2.2 Các phương pháp cải tạo động cơ diesel thành động cơ sử dụng LPG

Hiện nay có 3 cách để cải tạo động cơ diesel sang động cơ sử dụng LPG:

- Chuyển sang động cơ đánh lửa LPG bằng bugi

- Phun LPG trực tiếp vào trong xy lanh, đốt cháy bằng bugi xông

- Giữ lại hệ thống phun diesel và bổ sung LPG trên đường ống nạp (CDF)

2.2.1 Chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ LPG đánh lửa bằng bugi

Mô tả hệ thống:

Hệ thống nhiên liệu cũ sẽ được thay thế bằng một hệ thống đánh lửa cao áp Như vậy một động cơ diesel thực tế đã trở thành một động cơ SI (Spark Ignition – đánh lửa bằng bugi) Việc chuyển đổi sử dụng phương pháp này có thể thực hiện với chi phí

tương đối thấp

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel chuyển đổi

sang sử dụng LPG đốt cháy cưỡng bức

2.2.2 Chuyển đổi động cơ Diesel thành động cơ phun LPG trực tiếp

Mô tả hệ thống:

LPG từ bình chứa đến bộ điều áp, qua ống phân phối rồi đến kim phun Các cảm biến như là bộ đo gió, cảm biến cánh bướm ga, cảm biến lambda gởi tín hiệu về bộ điều khiển để tính toán thời gian nhấc kim, cung cấp LPG vào trong xy lanh Một hệ thống van và đồng hồ báo được thiết kế để đảm bảo an toàn và hiển thị tình trạng của

hệ thống

Sơ đồ tổng thể hệ thống điều khiển nhiên liệu được chỉ ra trên Hình 2.6

Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu

động cơ Diesel chuyển đổi sang phun trực tiếp LPG

Nguyên lý hoạt động:

Động cơ phun LPG trực tiếp hoạt động dựa trên việc phun trễ một lượng nhiên liệu áp suất cao vào trong buồng cháy động cơ đốt trong giống như động cơ diesel Cũng giống như động cơ diesel, LPG được phun vào cuối kỳ nén LPG có nhiệt độ tự bốc cháy lớn hơn diesel (10000C so với 5000C) vì vậy, sẽ không dễ dàng bốc cháy trong một buồng đốt có nhiệt độ và áp suất giống như động cơ diesel thường Để đốt cháy LPG, một bề mặt tiếp xúc nhiệt độ cao, như bugi xông làm bằng gốm, được sử

dụng trong buồng đốt như Hình 2.6 Đầu bằng gốm có nhiệt độ 1200 – 13000C, được cách nhiệt để đốt cháy nhiên liệu tốt hơn Hệ thống nung nóng được kiểm soát để duy trì nhiệt độ của đầu bugi xông ổn định, đốt cháy tối ưu Kim phun với lượng nhiên liệu được ấn định bằng độ rộng xung cung cấp LPG trực tiếp vào buồng đốt

Ngoài ra còn có bộ xúc tác làm giảm tối đa lượng khí xả độc hại Việc kết hợp giữa LPG và hiệu suất hoạt động cao đã giảm đáng kể lượng NOx khi so sánh với động

cơ diesel và động cơ LPG đốt cháy cưỡng bức tương ứng

- Nồng độ chất thải dạng hạt (PM) trong khí thải gần như bằng 0

- Giảm 20% lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (chủ yếu là CO2) so với động cơ diesel tương ứng

- Tăng 25% hiệu suất nhiên liệu so với động cơ khí thiên nhiên đốt cháy cưỡng bức

2.2.3 Chuyển đổi động cơ Diesel thành động cơ nhiên liệu kép Diesel-LPG

Hình 2.5: Sơ đồ một hệ thống nhiên liệu điển hình của động cơ dual fuel LPG -Diesel

Động cơ nhiên liệu kép dựa trên kỹ thuật của động cơ Diesel Nhiên liệu cơ sở là LPG nhưng chúng được thiết kế để hoạt động trong sự tương tác với diesel Trong đó, diesel đóng vai trò là tia lửa mồi sinh ra do nhiệt của quá trình nén chứ không phải do bugi đánh lửa Những động cơ này có thể chạy 100% diesel Khi chạy cầm chừng, những động cơ này có khuynh hướng chạy 100% diesel Khi động cơ bắt đầu chuyển

sang chế độ đầy tải, LPG tăng lên thay thế dầu diesel lên đến 80% hay hơn Điều đó có

ý nghĩa trong việc bảo vệ môi trường và những lý do kinh tế đặc biệt ở những nơi không có đủ trạm cung cấp khí thiên nhiên Việc chuyển đổi động cơ sang sử dụng nhiên liệu kép cũng tương đối dễ dàng

2.3 Các nghiên cứu về động cơ sử dụng nhiên liệu kép Diesel - LPG

2.3.1 Các phương pháp cung cấp LPG cho động cơ Diesel

2.3.1.1 Sử dụng kim phun LPG

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống cung cấp LPG sử dụng kim phun

Ưu điểm:

- Kiểm soát được độ đậm đặc của hỗn hợp

- Điều khiển dễ dàng lượng nhiên liệu phun

- Đáp ứng kịp thời mọi chế độ tải

- Ít gây tổn thất

Nhược điểm:

- Dễ đóng băng làm tắc ống

- Bơm nhiên liệu dễ bị ngưng hơi

- Thiết bị điều khiển phức tạp

2.3.1.2 Sử dụng họng VENTURY

Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống cung cấp LPG sử dụng họng VENTURY

Ưu điểm:

- Đơn giản và dễ chế tạo

- Cho phép chuyển đổi nhiên liệu dễ dàng

- Ít thay đổi kết cấu

- Phù hợp để cải tạo cho xe đã qua sử dụng

Nhược điểm:

- Đáp ứng tải chậm

- Làm giảm lượng không khí nạp cho động cơ

2.4 Một số kết quả thực nghiệm trên động cơ và trên xe sử dụng nhiên liệu kép Diesel – LPG:

2.4.1 Thử nghiệm sử dụng LPG _ Diesel trên động cơ VYKYNO RV125

- T: Moment xoắn, đạt cực đại bằng 4,04 kgf.m ở số vịng quay 1800 vịng/phút

- Ne: Cơng suất tối đa, giá trị đạt cực đại là 12,5HP ở số vịng quay 2400

Hình 2.8 Động cơ VIKYNO sau khi lắp đặt

các bộ phận điều khiển phun LPG

Cảm biến điện từ

Motor bước

Bộ đo gió dây nhiệt

Kim phun LPG

Bộ điều khiển

Bơm cao áp

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí các thiết bị

Hình 2.10 Đồ thị đặc tính của động cơ

RV125

- Công suất cực đại đạt 93.6%

- Đạt được 100% công suất định mức

- Thành phần bồ hóng và NOx trong khí thải giảm đáng kể

- Lượng LPG thay thế 52.57% diesel, tiêu phí nhiên liệu giảm 21.32%

Kết quả thực nghiệm trên động cơ VYKINO RV125 cho thấy các đặc tính về công suất vẫn đảm bảo trong khi tiết kiệm chi phí nhiên liệu và ít ô nhiễm môi trường hơn

đã khẳng định tính ưu việt của việc chuyển đổi động cơ diesel dùng nhiên liệu kép

2.4.2 Thử nghiệm sử dụng LPG – Diesel trên động cơ Ford Ranger WL

2.4.2.1 Kết quả thực nghiệm về công suất và moment

Hình 2.11: Sơ đồ bố trí thử nghiệm động cơ Ford Ranger trên

Hình 2.12: Sử dụng 100% diesel Hình 2.13: Sử dụng nhiên liệu kép

Diesel + LPG

Căn cứ theo các đồ thị trên ta có bảng số liệu tổng hợp như sau:

Bảng 2.3: So sánh công suất và moment Nhiên liệu 100% diesel Diesel+LPG

2.4.2.2 Kết quả thực nghiệm kiểm tra khí thải của động cơ

Việc kiểm tra khí thải của động cơ được thí nghiệm trên thiết bị đo khí thải của phòng thí nghiệm ô tô của Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Thí nghiệm kiểm tra khí thải được thực hiện ở 3 chế động tốc độ khác nhau (700v/p, 1800v/p, 3000v/p) với động cơ hoạt động với nhiên liệu Diesel và động cơ hoạt động với nhiên liệu kép LPG – Diesel

Kết quả thí nghiệm như sau:

Bảng 2.4: Kết quả đo nồng độ khí thải của động cơ

2.4.2.3 Đánh giá các kết quả thử nghiệm

Để đánh giá các tính năng của động cơ nhiên liệu kép, một số thử nghiệm được tiến hành: moment, công suất, khí thải, tiêu hao nhiên liệu Các thử nghiệm được thực hiện tại phòng thử nghiệm động cơ, trường Cao đẳng Sư phạm kỹ thuật Vĩnh Long và Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Qua những thử nghiệm trên, động cơ nhiên liệu kép có các kết quả: LPG có thể thay thế diesel khoảng 32%, moment động cơ giảm 9,4%, công suất giảm 9.14% Chi phí nhiên liệu giảm 3,64%

Về các chỉ tiêu về khí thải: Các chỉ số về CO, CO2, NOx đều giảm khi sử dụng nhiên liệu kép LPG – Diesel Độ mờ khói (Bù hóng) của quá trình cháy giảm nhiều ở chế độ 1800v/p Tuy nhiên lượng HC tăng lên do không đốt cháy hoàn toàn HC của thành phần khí hóa lỏng LPG

2.4.3 Thử nghiệm trên xe Mitsubishi 3.2L Diesel

Hình 2.14: Xe Mitsubishi 3.2L Diesel

Thử nghiệm với thành phần tỉ lệ nhiên liệu diesel/LPG: 60%/40%

Thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu

Hình 2.15: Biểu đồ thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu

Tiêu thụ nhiên liệu: tiết kiệm 7.9% trên động cơ dual fuel

- Diesel 100% = 11.05 Lít / 100 km

- Diesel/LPG = 10.17 Lít (kết hợp) / 100 km

Thử nghiệm hiệu suất nhiệt

Hình 2.16: Biểu đồ thử nghiệm hiệu suất nhiệt

Hiệu suất nhiệt: tăng 16.3% trên động cơ sử dụng nhiên liệu dual fuel

Thử nghiệm chi phí nhiên liệu

Hình 2.17: Biểu đồ thử nghiệm chi phí nhiên liệu

Chi phí nhiên liệu: giảm 26% (0.0253 $AUD trên km)

Thử nghiệm khí thải

Hình 2.18: Biều đồ thử nghiệm khí thải

CO2: Giảm 12.6%

Độ mờ khói: giảm 74.9%

NOx: giảm 18.1% trên động cơ dual fuel

2.5 Ưu điểm của động cơ sử dụng Diesel – LPG (Dual fuel)

Nhìn chung, so với những động cơ diesel hiện nay, và một số động cơ sử dụng loại nhiên liệu kép khác, động cơ sử dụng nhiên liệu kép (Diesel/ LPG) có những ưu điểm sau :

• Có thể sử dụng cả LPG dạng lỏng và khí

• Rẻ và thực tế, có thể thay thế cho diesel

• Không yêu cầu phải làm lại động cơ nhiều

• Khi cần vẫn có thể chạy 100% diesel

• Thân thiện với môi trường Giảm khí thải độc hại Động cơ có thể đạt tới tiêu chuẩn Euro 3, 4 và 5 mà không cần tới bộ tuần hoàn khí thải hay Catalytic

• Đầy đủ tính năng ưu việt của động cơ diesel Công suất động cơ tương đương

so với động cơ diesel cơ sở

• Dầu bôi trơn sử dụng lâu hơn, tuổi thọ động cơ tăng

• Mồi lửa bằng diesel hiệu quả hơn bugi vì có rất nhiều nguồn lửa được tạo ra

Ít nhất một nguồn lửa được tạo ra ở mỗi lỗ kim phun (thông thường có năm hoặc sáu lỗ) cho phép quá trình cháy xảy ra triệt để và nhanh chóng hơn Làm tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu Hiệu suất cháy cao đạt từ 95 – 98% (hầu hết động cơ diesel chỉ đạt khoảng 75 – 85%)

Chương 3

HỆ THỒNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ ĐỘNG CƠ DIESEL 3C – TE

3.1 Giới thiệu chung

Động cơ 3C–TE là động cơ có 4 xy lanh thẳng hàng, nhiên liệu sử dụng là dầu diesel Động cơ sử dụng bơm cao áp loại VE-EDC (Electronic Diesel Control) loại piston hướng trục, hộp ECU điều khiển hoạt động của bơm VE - EDC thông qua việc điều khiển hai van điện từ là SPV (Spill Control Value) – Van điều khiển lưu lượng phun và van TCV (Timing Control Value) – Van điều khiển thời điểm phun Do đó lượng nhiên liệu và thời điểm phun vào mỗi xy lanh động cơ được điều khiển chính xác bởi hệ thống điều khiển điện tử (ECU)

Hình 3.1: Động cơ Toyota 3C – TE & Bơm cao áp VE - EDC

3.2 Hệ thống nhiên liệu bơm cao áp điều khiển điện tử (EDC – Electronic Diesel Control)

Sự khác biệt cơ bản giữa hê thống EDC và diesel thông thường là sự xuất hiện của ECU Thông qua các cảm biến, ECU biết được tình trạng hoạt động của động cơ

và quyết định thời điểm và lưu lượng nhiên liệu phun vào động cơ

Bơm VE- EDC

Hình 3.1: Động cơ 3C-TE Hình 3.2: Bơm VE-EDC loại

piston hướng trục

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống EDC 3.2.1 GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ THỐNG EDC

3.2.1.1 Hệ thống Unit Injection (UI):

Trong hệ thống UI bơm cao áp và vòi phun tạo thành một khối, mỗi bơm cao áp được lắp riêng cho một xylanh động cơ và được dẫn động trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua con đội hay cò mổ So sánh với bơm thẳng hàng và bơm phân phối, loại này

có áp suất phun cao hơn (trên 2050 bar) Các thông số của hệ thống nhiên liệu được tính toán bởi ECU, việc phun nhiên liệu được điều khiển bằng cách đóng mở các van điện từ

3.2.1.2 Hệ thống Unit Pump (UP):

Hệ thống UP về nguyên lý hoạt động tương tự hệ thống UI chỉ khác ở chỗ có thêm đoạn ống cao áp ngắn nối từ bơm cao áp đến vòi phun Bơm được dẫn động bởi trục cam động cơ, vòi phun được lắp trên buồng đốt động cơ Mỗi bộ bơm UP cho mỗi xylanh động cơ gồm có bơm cao áp, ống dẫn cao áp và kim phun Lượng nhiên liệu phun và thời điểm phun của hệ thống UP cũng được điều khiển bởi van cao áp điện từ

1 Đầu kim phun

3.2.2 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL VỚI BƠM CAO ÁP ĐIỆN

3.2.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel VE-EDC:

Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển điện tử dùng bơm cao áp phân phối kiểu

VE (VE-EDC) tương tự như ở hệ thống diesel điều khiển cơ khí, nhiên liệu cao áp được tạo ra từ bơm và được đưa đến từng kim phun nhờ ống cao áp nhưng việc điều khiển thời điểm và lưu lượng phun được ECU quyết định thông qua việc điều khiển hai van điện từ là TCV – timing control valve điều khiển thời điểm phun và SPV – spill valve điều khiển lượng phun

Hình 3.5 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu VE – EDC

Hình 3.6 Vị trí các bộ phận của hệ thống trên ô tô 3.2.2.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bơm VE-EDC:

1 Bơm tiếp vận:

- Cấu tạo:

Hình 3.7 Cấu tạo bơm tiếp vận

2 Cảm biến tốc độ:

Hình 3.8 Tín hiệu phát ra của cảm biến

Cảm biến này được lắp trên bơm cao áp bao gồm một roto ép dính với trục dẫn động và một cảm biến (là một cuộn dây) Khi roto quay các xung tín hiệu đươc tạo ra trong cảm biến dưới dạng các xung điện áp hình sin và được gởi về ECU Điện trở cuộn dây ở 200C khoảng 205-255

3 Đĩa cam và vành lăn:

Hình 3.9 Đĩa cam và vành lăn

Đĩa cam được nối với piston bơm và được dẫn động bởi trục dẫn động Khi rotor quay các vấu cam trên đĩa cam tỳ lên con lăn làm cho piston bơm chuyển động vừa quay vừa tịnh tiến tạo áp suất cao cho nhiên liệu, số vấu cam bằng với số xy lanh động cơ

4 Piston bơm:

- Cấu tạo:

Hình 3.10 Cấu tạo piston bơm

Piston bơm có bốn rãnh hút, một cửa phân phối và được bắt chặt với đĩa cam Piston và đĩa cam tỳ chặt lên mặt con lăn nhờ lò xo piston bơm Số rãnh hút bằng với

số xy lanh động cơ (động cơ có bốn xy lanh nên có bốn rãnh hút) Khi đĩa cam quay một vòng thì piston cũng quay một vòng và tịnh tiến 4 lần, mỗi lần tịnh tiến ứng với một lần phun của một kim phun

- Nguyên tắc hoạt động:

Hình 3.11 Nguyên tắc hoạt động của piston bơm

Giai đoạn nạp: Van SPV đóng do tác dụng của lò xo van, piston bơm dịch

chuyển về phía trái, cửa nạp được mở và nhiên liệu từ trong thân bơm được hút vào xi lanh bơm

Giai đoạn phun: ECU sẽ gửi tín hiệu đến van SPV, SPV vẫn ở trạng thái đóng,

piston bơm bắt đầu dịch chuyển sang phải, nhiên liệu bắt đầu bị nén và nhiên liệu được đưa đến các kim phun qua ống phân phối

Giai đoạn kết thúc phun: ECU ngắt tín hiệu gửi tới van SPV, van SPV mở, áp

suất nhiên liệu trong xi lanh bơm giảm xuống, quá trình phun kết thúc

3.2.2.3 Các tín hiệu đầu vào:

Cảm biến vị trí piston và cảm biến tốc độ động cơ: Các cảm biến xác định vị trí

của piston và tốc độ của động cơ gửi về ECU ECU dựa vào các tín hiệu này để điều chỉnh lưu lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu diesel cho phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ

Hình 3.12: Sơ đồ cấu tạo của cảm biến vị trí piston và tốc độ động cơ

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: Cảm biến này cho biết nhiệt độ nước làm mát của động cơ Tín hiệu được đưa về ECU tại chân THW, ECU sẽ nhận biết được tình trạng làm việc của động cơ và điều chỉnh lượng nhiên liệu và thời điểm phun cho phù hợp

Hình 3.13: Sơ đồ cấu tạo của cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ

Cảm biến nhiệt độ khí nạp: Cảm biến này có cấu tạo cũng giống với cảm biến nhiệt độ nước làm mát Nó là một nhiệt điện trở, giá trị điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ, làm cho điện áp tại chân THA cũng thay đổi theo ECU nhận biết sự thay đổi này để điều chỉnh lưu lượng phun phù hợp với nhiệt độ của không khí nạp, bởi vì nhiệt

độ ảnh hưởng đến khối lượng không khí nạp