Bài báo trình bày về hệ thống thí nghiệm động cơ trên bệ thử KI-2139B, các trang thiết bị thực nghiệm để đo lưu lượng khối lượng không khí nạp của động cơ diesel DSC-80, cũng như kết quả thực nghiệm đo lưu lượng không khí nạp của động cơ này khi sử dụng thiết bị đo lưu lượng khí nạp Mostek MF100 hiện đại.
THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Xác định lượng tiêu thụ khơng khí động diesel thư ̣c nghiêm ̣ Experimental determination of air flow of diesel Nguyễn Hà Hiệp, Lương Đình Thi, Vũ Đình Độ Học viện Kỹ thuật Quân sự, hahiepshippower@gmail.com Tóm tắt Bài báo trình bày hệ thống thí nghiệm động bệ thử KI-2139B, trang thiết bị thực nghiệm để đo lưu lượng khối lượng khơng khí nạp động diesel DSC-80, kết thực nghiệm đo lưu lượng khơng khí nạp động sử dụng thiết bị đo lưu lượng khí nạp Mostek MF100 đại Kết tính tốn lý thuyết hệ số nạp kết xác định thực nghiệm hội tụ giới hạn thích hợp Từ khóa: Khơng khí, lưu lượng, động diesel, bệ thử, thiết bị Mostek MF100, hệ số nạp Abstract This paper presents an experimental system KI-2139B engine test, experimental equipment for measuring the mass air flow of the diesel engine DSC-80, as well as the air flow measurement results by using mass flow meter model Mostek MF100 Actual results of measurement of the intake air flow are compared with the theoretical calculation results through the filling ratio The filling in suitable ratios are within limits Keywords: Air, air flow, diesel, mass flow meter model Mostek MF100, filling ratio Đặt vấn đề Trong trình nghiên cứu động đốt (ĐCĐT) nói chung động diesel nói riêng, đặc biệt tính tốn chu trình cơng tác ĐCĐT, thông số quan trọng cần xác định lượng tiêu thụ khơng khí nạp động diesel đơn vị thời gian, hay lưu lượng khơng khí nạp Việc xác định xác lưu lượng khơng khí nạp vào xy lanh động có vai trò quan trọng, sở thơng số xác định hệ số nạp, hệ số dư lượng khơng khí, tỷ số khơng khí/nhiên liệu - A/F, xác định lượng khí thải tuần hồn động có hệ thống tuần hồn khí thải - EGR, Lưu lượng khơng khí nạp vào ĐCĐT đo bằ ng phương pháp trực khối lượng hoă ̣c thể tích, đo gián tiếp thơng qua giá trị nhiệt độ, tỷ trọng, chênh lệch áp suất ống nạp Phương pháp đo trực tiếp lưu lượng khối lượng không khí nạp sử dụng phổ biến Mục đích nghiên cứu thực nghiệm bệ thử động để đo trực tiếp lượng tiêu thụ khơng khí nạp chế độ khác nhau, sử dụng thiết bị đo lưu lượng khối lượng khí đại Mostek MF100 [1], từ đánh giá độ xác phép đo chất lượng nạp động Phương pháp, đối tượng trang thiết bị nghiên cứu 2.1 Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm, bao gồm: - Tính tốn lưu lượng khối lượng khí nạp lý thuyết vào xy lanh động cơ; - Thực nghiệm đo lưu lượng khối lượng khí nạp vào xy lanh động cơ; - Xác định hệ số nạp ηv để đánh giá độ xác phép đo chất lượng nạp động HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 69 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 2.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu động diesel DSC-80, động diesel kỳ, xy lanh thẳng hàng, không tăng áp, thông số kỹ thuật động trình bày bảng [2] TT 10 11 12 Bảng Các thông số kỹ thuật động DSC-80 Giá trị Thông số Đơn vị đo DSC-80 Mã hiệu động Số xy lanh động 110 Đường kính xy lanh mm 125 Hành trình pit tơng mm 4,75 Thể tích cơng tác tồn xy lanh động dm3 16 Tỷ số nén 58,88 (80) Công suất định mức kW (ml) 2200 Tốc độ quay trục khuỷu ứng với công suất định mức vg/ph 600 Tốc độ quay trục khuỷu ổn định nhỏ vg/ph 226 Suất tiêu hao nhiên liệu g/kW.h 272 Mô men xoắn cực đại N.m 1385 Tốc độ quay trục khuỷu ứng với mô men xoắn cực đại vg/ph 2.3 Trang thiết bị thực nghiệm Hệ thống thí nghiệm Sơ đồ hệ thống thí nghiệm thể hình Các trang thiết bị phục vụ thí nghiệm gồm có: Bệ thử động KI-2139B [4]; Động diesel DSC-80 [2]; Thiết bị đo lưu lượng khơng khí Mostek MF100 [1]; Các đồ gá, giá treo; Các cảm biến kèm theo hệ thống thí nghiệm Do đặc tính bệ thử KI-2139B cho phép đo phụ tải tốc độ quay trục khuỷu động lớn 1500 vg/ph (lúc động điện chuyển sang chế độ máy phát), qua thử nghiệm nhận thấy, với tình trạng kỹ thuật động DSC-80 cho phép hoạt động với tốc độ tối đa 1700 vg/ph cơng suất khơng q 50% Do khơng thể tiến hành thử nghiệm theo đặc tính ngồi, đặc tính tải mà đo theo đoạn đường đặc tính chân vịt đường đặc tính chân vịt đồng dạng với đường đặc tính chân vịt này, chế độ đo thể bảng Việc thử nghiệm theo đặc tính chân vịt chế độ tốc độ phù hợp với thực tế sử dụng động DSC-80, động DSC-80 sử dụng phổ biến tàu thuyền đánh cá cỡ nhỏ nên chế độ tốc độ chế độ tải theo đặc tính chân vịt sử dụng thường xuyên TT Bảng Các chế độ đo theo đặc tính chân vịt động DSC-80 bệ thử KI-2139B Tốc độ quay Lực phanh Mô men xoắn Công suất động n, vg/ph F, kG Me, N m Ne, kW 1500 49 1550 63 10 1600 11 77 13 1650 13 91 16 Thiết bị đo lưu lượng khí nạp Mostek MF100 Thiết bị đo lưu lượng khí nạp Mostek MF100 (Hàn Quốc) sử dụng nguyên lý cảm ứng nhiệt (nguyên lý hấp thụ nhiệt dòng khí) (hình 2) [1] Có hai cảm biến đặt hai chân mạch cầu cân bằng, cảm biến để nhận biết nhiệt độ dòng khí, cảm biến thứ hai trì nhiệt độ không đổi (Ts = const) lớn nhiệt độ dòng khí Năng lượng cần thiết để làm nóng cảm biến thứ hai tỉ lệ thuận với khối lượng dòng khí lưu động Phần tử cảm biến thể hình Các HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 70 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 cảm biến cấp điện để nung nóng đặt dòng khí Khi làm việc cảm biến thứ truyền nhiệt cho dòng khí, lượng nhiệt tỷ lệ với vận tốc khối lượng dòng khí Nghĩa là, tăng/giảm vận tốc hay lưu lượng khối lượng dòng khí lượng nhiệt cảm biến thứ truyền cho khí tăng/giảm tương ứng, cảm biến thứ hai có chế tương tự cảm biến thứ nhất, cấp lượng (điện năng) để trì nhiệt độ khơng đổi, cấp lượng tăng/giảm tương ứng, điện cấp tăng/giảm chuyển thành tín hiệu lưu lượng khơng khí Phần thiết bị Mostek MF100 bảng mạch có lắp cảm biến hình điều khiển Hai bảng in lắp phía thân thiết bị, phía ngồi có vỏ bảo vệ cảm biến (hình 4) Kích thước đầu đo ống dẫn khí thể hình Kích thước ống dẫn khí kích thước mặt bích chọn theo kích thước NPT đầu đo (hình 5) Với thiết bị model MF100 có NPT 1/2-inch chọn L2 = 45,7 cm; C = 27,0 cm [1] Hình Sơ đồ bố trí trang thiết bị để xác định thông số phục vụ việc xác định lượng tiêu thụ khí nạp động diesel 1- Động DSC-80; 2- Phanh điện xoay chiều pha; 3- Bể dung dịch điện phân tạo tải cho phanh điện; 4- Tủ điện điều khiển; 5- Panô điều khiển hiểu thị thông số vận hành động cơ; 6- Máy tính; 7- Hộp đấu dây cáp tín hiệu; 8- Thiết bị đo lưu lượng khí nạp; 9- Thiết bị đo mức tiêu thụ nhiên liệu; 10- Két nước làm mát động cơ; d1- Cảm biến đo tốc độ quay động cơ; d2- Cảm biến đo áp suấ dầu bơi trơn; d3- Cảm biến đo nhiệt độ khí thải; d4- Cảm biến đo nhiệt độ nước làm mát khỏi động cơ; d5- Cảm biến đo nhiệt độ nước làm mát vào động Hình Thiết bị đo lưu lượng khí Hình Phần tử cảm biến HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 71 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Mostek MF100 Hình Bảng mạch hình Thiết bị Mostek MF100 Hình Kích thước đầu đo để lắp vào ống dẫn khí, cm (trong ngoặc inch) Các thông số kỹ thuật thiết bị đo lưu lượng Mostek MF100 trình bày tài liệu [1] Sơ đồ lắp đặt thiết bị Lắp đặt thiết bị Mostek MF100 vào đường nạp động theo sơ đồ hình Trên hình hình ảnh thiết bị lắp đặt vào động Ống gom khơng khí Thiết bị MF100 Ống mềm Bích nối Đệm kín Ống mềm Bầu lọc khơng khí Giá đỡ Hình Sơ đồ lắp đặt thiết bị Mostek MF100 Bích nối Bích nối Giá đỡ Hình Thiết bị lắp đặt vào động Mostek MF100 HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 72 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Kết thử nghiệm đánh giá Thí nghiệm tiến hành chế độ làm việc động theo bảng 2, chế độ tiến hành phút, tổng thời gian cho động làm việc 25 phút (4 chế độ phút chạy sấy nóng động cơ) Kết thử nghiệm thể bảng Bảng Kết thử nghiệm xác định lưu lượng khơng khí nạp n, vg/ph 1512 1547 1594 1640 F, kG 11 13 Gair.tt, kg/h 249 256 263 266 Xử lý kết đo thực phần mềm xây dựng (hình 8, 9) Kết thử nghiệm thể bảng hình 8, Hệ thống đồ thị đường đặc tính chân vịt, thể phụ thuộc công suất, mô men, lưu lượng khí nạp, suất tiêu thụ khí nạp, hệ số nạp vào tốc độ quay trục khuỷu động Các đường đặc tính thể hình Trong phần mềm xây dựng, hệ số nạp xác định theo công thức: Gair tt Gair lt Trong đó: Gair.tt - Lưu lượng khối lượng khí nạp thực tế đo được, kg/h; Gair.lt - Lưu lượng khối lượng khí nạp lý thuyết, kg/h; Gair.lt hiểu xy lanh động nạp đầy không khí điều kiện áp suất, nhiệt độ đường nạp xác định công thức sau [3]: 120 i Vh n , kg/h Gair.lt Trong đó: i - Số xy lanh động cơ; Vh - Thể tích cơng tác xy lanh động cơ, m3; n - Tốc độ quay trục khuỷu động cơ, vg/ph; ρ0 - Khối lượng riêng khơng khí, kg/m3, điều kiện áp suất nhiệt độ môi trường ρ0 = 1,225 kg/m3 (coi điều kiện đường nạp điều kiện môi trường); τ - Số kỳ động cơ, động kỳ τ = 4; động kỳ τ = Công suất có ích động cơ, kW: Ne Me n 9550 Trong đó: Me - Mơ men xoắn trục khuỷu động cơ, N.m; n - Tốc độ quay trục khuỷu động cơ, vg/ph; Me xác định theo công thức sau, N.m : M e 9,81F L Trong L - cánh tay đòn đồng hồ đo lực phanh; L = 0,7162 m bệ thử KI-2139B [4] Suất tiêu thụ khơng khí: g air Gair.tt Ne , g/kW.h HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 73 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 n, vg/ph 1512 1547 1594 1640 Me, N.m 50,13 64,46 78,78 93,11 Bảng Kết xử lý số liệu thử nghiệm Ne, kW Gair.tt, kg/h gair,[kg/kW.h 7,94 249 31,37 10,44 256 24,52 13,15 263 20,00 15,99 266 16,64 Hình Cửa sổ nhập số liệu thí nghiệm ηv 0,895 0,896 0,895 0,880 Hình Các đường đặc tính chân vịt theo kết thí nghiệm Nhận xét, đánh giá: kết đo lưu lượng khối lượng kết tính tốn lý thuyết so sánh thông qua hệ số nạp, giá trị để đánh giá chất lượng trình nạp động Kết thí nghiệm với giá trị hệ số nạp nằm khoảng 0,88 ÷ 0,90 [3] chứng tỏ giá trị lưu lượng khối lượng khí nạp đo giá trị tính tốn lý thuyết hội tụ, chất lượng nạp động tốt Kết luận Thiết bị đo lưu lượng khí Mostek MF100 cho phép đo lưu lượng khối lượng khí nạp, ưu điểm thiết bị so với thiết bị đo lưu lượng thể tích, đo lưu lượng thể tích cần đo thêm nhiệt độ áp suất khí nạp, sau tính tốn lưu lượng khối lượng thông qua khối lượng riêng khí nạp Hệ thống lắp đặt với thiết bị đo lưu lượng khí Mostek MF100 phần mềm xây dựng sử dụng để đo lưu lượng khối lượng khí nạp động diesel, dùng đào tạo sau đại học nghiên cứu khoa học Đã thực hành thí nghiệm đo lưu lượng khối lượng khí nạp động diesel DSC-80 theo đặc tính chân vịt bệ thử KI-2139B Kết thí nghiệm kết tính tốn lý thuyết hội tụ, giá trị hệ số nạp chứng tỏ chất lượng nạp động tốt Tài liệu tham khảo [1] Thermal mass flow meter Mostek model MF100 Instruction manual 611281 Revision A [2] Дизели Д-240, 245 и их модификации Техническое описание и инструкция по эксплуатации Минск, "Ураджай" 1986 [3] Шатров М.Г., Морозов К.А., Алексеев И.В Автомобильные двигатели - М.: Издательский центр «Академия», 2010 - 464 с [4.] Hoàng Văn Dung, Nguyễn Văn Châu Thử nghiệm động đốt Học viện KTQS, 1993 HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 74 ... kỳ động cơ, động kỳ τ = 4; động kỳ τ = Cơng suất có ích động cơ, kW: Ne Me n 9550 Trong đó: Me - Mơ men xoắn trục khuỷu động cơ, N.m; n - Tốc độ quay trục khuỷu động cơ, vg/ph; Me xác định. .. dựng sử dụng để đo lưu lượng khối lượng khí nạp động diesel, dùng đào tạo sau đại học nghiên cứu khoa học Đã thực hành thí nghiệm đo lưu lượng khối lượng khí nạp động diesel DSC-80 theo đặc tính... lượng khối lượng khí nạp thực tế đo được, kg/h; Gair.lt - Lưu lượng khối lượng khí nạp lý thuyết, kg/h; Gair.lt hiểu xy lanh động nạp đầy khơng khí điều kiện áp suất, nhiệt độ đường nạp xác định