Tối ưu áp suất phun và thời điểm phun của hệ thống nhiên liệu common rail sử dụng trên động cơ AVL 5402

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG QUANG TUỆ TỐI ƯU ÁP SUẤT PHUN VÀ THỜI ĐIỂM PHUN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ AVL-5402 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG QUANG TUỆ TỐI ƯU ÁP SUẤT PHUN VÀ THỜI ĐIỂM PHUN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ AVL-5402 Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS KHỔNG VŨ QUẢNG Hà Nội - Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu Các thông tin, số liệu luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng, cụ thể Kết nghiên cứu luận văn đắn, trung thực chưa có cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2014 Học viên thực Hoàng Quang Tuệ i LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn PGS TS Khổng Vũ Quảng, người tận tình hướng dẫn em suốt trình thực luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo Bộ mơn động đốt trong, Phịng thí nghiệm Động đốt trong, Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em thời gian làm luận văn Em xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy giáo phản biện Hội đồng chấm luận văn đọc, có ý kiến quý báu để em hồn thành luận văn cách tốt có định hướng tương lai Em xin cảm ơn ban giám hiệu Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên, Trường Cao đẳng nghề LICOGI toàn thể bạn đồng nghiệp gia đình tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 25 tháng 03 năm 2014 Học viên thực Hoàng Quang Tuệ ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .4 1.1 Xu hướng phát triển hệ thống điều khiển điện tử hệ thống nhiên liệu động đốt 1.1.1 Quá trình hình thành phát triển hệ thống nhiên liêu điều khiển .4 1.1.2 Các hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử .5 1.1.3 Hệ thống nhiên liệu Common rail 17 1.2 Xu hướng sử dụng hệ thống nhiên liệu Common rail 26 1.2.1 Trên giới 26 1.2.2 Tại Việt Nam 27 1.3 Các tham số điều khiển hệ thống nhiên liệu Common rail 28 1.3.1 Mức độ ảnh hưởng tham số hệ thống nhiên liệu diesel 28 1.3.2 Đặc điểm hệ thống nhiên liệu Common rail .29 Kết luận chương .31 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT PHUN VÀ GÓC PHUN SỚM .32 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc động 32 2.1.1 Quá trình cháy động diesel 32 2.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng .34 2.2 Cơ sở lý thuyết tối ưu áp suất phun góc phun sớm 36 2.2.1 Quá trình phun nhiên liệu 36 2.2.2 Điều khiển phun nhiên liệu hệ thống nhiên liệu Common rail 37 iii 2.2.3 Điều khiển phun động AVL-5402 41 2.2.4 Cơ sở để xác định tốn tối ưu góc phun sớm áp suất phun 44 2.2.5 Bài toán xác định tối ưu góc phun sớm áp suất phun 47 2.3 Cách thức thực 48 Kết luận chương .48 Chương THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT PHUN VÀ GÓC PHUN SỚM 49 3.1 Mục đích phạm vi thực nghiệm 49 3.2 Nội dung thực nghiệm 49 3.3 Đối tượng thực nghiệm 49 3.4 Thiết bị thực nghiệm 50 3.4.1 Giới thiệu băng thử nghiệm động .50 3.4.2 Các hệ thống đo phụ trợ băng thử 52 3.5 Các bước thực nghiệm 56 Kết luận chương 57 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 58 4.1 Xác định áp suất phun 58 4.1.1 Tại chế độ tải 25 % 58 4.1.2 Tại chế độ tải 50 % 59 4.1.3 Tại chế độ tải 75 % 61 4.2 Xác định góc phun sớm 63 4.2.1 Tại chế độ tải 25 % 63 4.2.2 Tại chế độ tải 50 % 65 4.2.3 Tại chế độ tải 75 % 67 Kết luận chương 68 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT PC Máy tính CB Cảm biến ADC Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số COM Cổng nối tiếp để kết nối máy tính vi xử lý λ Hệ số dư lượng khơng khí ge Suất tiêu hao nhiên liệu (g/kW.h) Ne Công suất động (kW) M Mômen (Nm) P Áp suất (bar) PTN ĐCĐT Phịng thí nghiệm động đốt VCKĐL Viện Cơ khí động lực SCTB Băng thử động CR Hệ thống nhiên liệu Common rail v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng mốc thời gian phát triển hệ thống nhiên liệu Common rail 27 Bảng 2.1 Bảng giải thích thơng số vào điều khiển q trình phun nhiên liệu động AVL-5402 43 Bảng 3.1 Bảng thông số động AVL-5402 50 Bảng 4.1 Bảng kết thí nghiệm xác định áp suất phun chế độ tải 25% 59 Bảng 4.2 Bảng kết thí nghiệm xác định áp suất phun chế độ tải 50% 61 Bảng 4.3 Bảng kết thí nghiệm xác định áp suất phun chế độ tải 75% 63 Bảng 4.4 Bảng kết thí nghiệm xác định góc phun sớm chế độ tải 25% 65 Bảng 4.5 Bảng kết thí nghiệm xác định góc phun sớm chế độ tải 50% 66 Bảng 4.6 Bảng kết thí nghiệm xác định góc phun sớm chế độ tải 75% 68 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Bơm dãy PE điều khiển điện tử Hình 1.2 Bơm cao áp VE hướng trục điều khiển điện tử cấu điều ga điện từ Hình 1.3 Hoạt động van TCV (làm sớm thời điểm phun) 10 Hình 1.4 Cấu trúc bơm VE điều khiển điện tử van xả áp - máy bơm piston hướng trục 11 Hình 1.5 Vị trí van SPV bơn VE điền khiển điện tử 11 Hình 1.6 Cấu trúc bơm VE điều khiển điện tử van xả áp - máy bơm piston hướng kính 12 Hình 1.7 Hoạt động van TCV bơm VE điều khiển điện tử - máy bơm hướng kính 12 Hình 1.8 Sơ đồ điều khiển bơm VE điện tử loại dùng van xả áp 13 Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu EUI 13 Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu HEUI 14 Hình 1.11 Sơ đồ giới thiệu chung hệ thống nhiên liệu Common rail 15 Hình 1.12 So sánh lượng phun phun giai đoạn phun hai giai đoạn 16 Hình 1.13 So sánh tiếng ồn phun giai đoạn phun hai giai đoạn 17 Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Common rail 17 Hình 1.15 Bình tích áp (ống rail) 18 Hình 1.16 Bơm thấp áp 18 Hình 1.17 Bơm cao áp 19 Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý hoạt động bơm cao áp 19 Hình 1.19 Chu kỳ hoạt động bơm cao áp 20 Hình 1.20 Vị trí lắp cảm biến tốc độ 21 Hình 1.21 Cảm biến áp suất ống rail 21 Hình 1.22 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 22 Hình 1.23 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 22 Hình 1.24 Van điều khiển áp suất ống rail 23 vii Hình 1.25 Van điều chỉnh áp suất nhiên liệu 23 Hình 1.26 Cấu tạo vịi phun 24 Hình 1.27 Ảnh hưởng tham số điều chỉnh tới tính kinh tế kỹ thuật động 28 Hình 2.1 Quá trình cháy động diesel 33 Hình 2.2 Đồ thị thể áp suất phun có phun mồi 36 Hình 2.3 Sơ đồ điều khiển trình phun 42 Hình 2.4 Ảnh hưởng góc phun sớm đến Ne, Gnl, ge n 45 Hình 2.5 Ảnh hưởng áp suất phun đến Ne,Gnl, ge 46 Hình 3.1 Mặt cắt ngang động AVL-5402 49 Hình 3.2 Sơ đồ băng thử động xylanh SCTB 51 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý đo AVL Fuel balance 733s 52 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý làm việc AVL 577 53 Hình 3.5 Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 hộp tín hiệu 54 Hình 3.6 Thiết bị Dismoke 4000 55 Hình 3.7 Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415 55 Hình 4.1 Đồ thị xác định áp suất phun tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu chế độ tải 25% 58 Hình 4.2 Đồ thị xác định áp suất phun tới CO, HC, CO2 chế độ tải 25% 58 Hình 4.3 Đồ thị xác định áp suất phun tới NOx, Smoke chế độ tải 25% 59 Hình 4.4 Đồ thị xác định áp suất phun tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu chế độ tải 50% 60 Hình 4.5 Đồ thị xác định áp suất phun tới CO, HC, CO2 chế độ tải 50% 60 Hình 4.6 Đồ thị xác định áp suất phun tới NOx, Smoke chế độ tải 50% 61 Hình 4.7 Đồ thị xác định áp suất phun tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu chế độ tải 75% 62 Hình 4.8 Đồ thị xác định áp suất phun tới CO, HC, CO2 chế độ tải 75% 62 Hình 4.9 Đồ thị xác định áp suất phun tới NOx, Smoke chế độ tải 75% 63 viii Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1 Xác định áp suất phun 4.1.1 Tại chế độ tải 25 % Trên Hình 4.1 cho ta thấy tăng áp suất phun từ 400 (bar) tới 800 (bar) cơng suất động tăng đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu giảm Pf (bar) Hình 4.1 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun đến công suất, suất tiêu hao nhiên liệu chế độ tải 25% Trên Hình 4.2 thể giá trị cho thấy tăng áp suất phun từ 400 (bar) tới 800 (bar) nồng độ CO2 tăng, CO giảm đồng thời lượng HC thay đổi không CO2 (ppm) CO, HC (ppm) nhiều Pf (bar) Hình 4.2 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun đến CO, HC, CO2 chế độ tải 25% Trên Hình 4.3 thể giá trị cho thấy tăng áp suất phun từ 400 (bar) tới 800 (bar) độ khói động thay đổi khơng nhiều NOx tăng tăng áp suất phun trình cháy cải thiện nên nhiệt độ tăng dẫn tới NOx tăng 58 Pf (bar) Hình 4.3 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun đến NOx, Smoke chế độ tải 25% Sau tiến hành thí nghiệm với chế độ 25% để xác định áp suất phun nêu ta có kết thể Bảng 4.1 thành phần khí thải, cơng suất tiêu thụ nhiên liệu Điều phù hợp với lý thuyết tăng áp suất chất lượng phun nhiên liệu cải thiện, nhiên liệu phun vào buồng cháy tơi, nhiên liệu phân bố không gian buồng cháy làm tăng nhanh tốc độ hình thành hỗn hợp, rút ngắn trình cháy làm cho nhiên liệu đốt kiệt cháy kịp thời nên tăng công suất suất tiêu hao nhiên liệu giảm Bảng 4.1 Bảng kết thí nghiệm xác định áp suất phun chế độ tải 25% P Ne Me ge λ CO2 HC NOx Smoke (bar) (kW) (Nm) (g/kW.h) (ppm) (ppm) (ppm) (FSN) 400 1,04 4,93 420,57 4,66 24565 77 423 0,09 500 1,50 7,17 345,77 3,54 26578 83 593 0,09 600 2,08 9,90 318,15 2,84 35127 79 784 0,09 700 2,73 13,03 277,13 2,54 40390 82 948 0,10 800 3,18 15,17 259,62 2,26 48400 85 1157 0,10 4.1.2 Tại chế độ tải 50 % Trên Hình 4.4 thể giá trị cho thấy tăng áp suất phun từ 400 (bar) tới 800 (bar) cơng suất động tăng Khi tăng áp suất phun tới 700 (bar) 59 suất tiêu hao nhiên liệu đạt giá trị nhỏ nhất, tiếp tục tăng áp suất phun ge tăng Pf (bar) Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun đến công suất, suất tiêu hao nhiên liệu chế độ tải 50% Trên đồ thị Hình 4.5 thể giá trị cho thấy tăng áp suất phun từ 400 (bar) tới 800 (bar) nồng độ CO2, CO tăng, đồng thời lượng HC thay đổi không nhiều Pf (bar) Hình 4.5 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun đến CO, HC, CO2 chế độ tải 50% Trên Hình 4.6 thể giá trị cho thấy tăng áp suất phun từ 400 (bar) tới 800 (bar) độ khói động thay đổi nhiều NOx tăng tăng áp suất phun trình cháy cải thiện nên nhiệt độ tăng dẫn tới NOx tăng 60 Pf (bar) Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun đến NOx, Smoke chế độ tải 50% Sau tiến hành thí nghiệm với chế độ 50% để xác định áp suất phun nêu ta có kết thể Bảng 4.2 thành phần khí thải, cơng suất tiêu thụ nhiên liệu Điều phù hợp với lý thuyết tăng áp suất chất lượng phun nhiên liệu cải thiện, nhiên liệu phun vào buồng cháy tơi, nhiên liệu phân bố không gian buồng cháy làm tăng nhanh tốc độ hình thành hỗn hợp, rút ngắn trình cháy làm cho nhiên liệu đốt kiệt cháy kịp thời nên tăng công suất suất tiêu hao nhiên liệu giảm Bảng 4.2 Bảng kết thí nghiệm xác định áp suất phun chế độ tải 50% λ CO2 (ppm) HC (ppm) 258,46 2,28 35500 18,53 250,06 1,94 4,68 22,37 245,60 700 5,33 25,43 800 5,47 26,10 P (bar) Ne (kW) Me (Nm) ge (g/kW.h) NOx (ppm) Smoke (FSN) 400 3,20 15,30 80 603 0,34 500 3,88 45810 77 753 0,51 600 1,64 54388 78 900 0,68 243,64 1,44 65978 85 1122 1,23 244,84 1,41 74794 88 1244 2,12 4.1.3 Tại chế độ tải 75 % Trên Hình 4.7 thể giá trị cho thấy tăng áp suất phun từ 400 (bar) tới 800 (bar) cơng suất động tăng Khi tăng áp suất phun tới 500 (bar) suất tiêu hao nhiên liệu đạt giá trị nhỏ nhất, tiếp tục tăng áp suất phun suất tiêu 61 hao nhiên liệu ge tăng Như sau thực nghiệm xác định áp suất phun chế độ tải ta chọn áp suất Pf = 500 (bar) hợp lý Pf (bar) Hình 4.7 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun đến công suất, suất tiêu hao nhiên liệu chế độ tải 75% Trên đồ thị Hình 4.8 thể giá trị cho thấy tăng áp suất phun từ 400 (bar) tới 800 (bar) nồng độ CO2, CO tăng, đồng thời lượng HC thay đổi khơng nhiều Pf (bar) Hình 4.8 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun đến CO, HC, CO2 chế độ tải 75% Trên đồ thị Hình 4.9 thể giá trị cho thấy tăng áp suất phun từ 400 (bar) tới 800 (bar) độ khói động tăng NOx tăng khơng nhiều 62 Pf (bar) Hình 4.9 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun đến NOx, Smoke chế độ tải 75% Sau tiến hành thí nghiệm với chế độ 75% để xác định áp suất phun thể ta có kết thành phần thể Bảng 4.3 như: khí thải, công suất tiêu thụ nhiên liệu Điều phù hợp với lý thuyết tăng áp suất chất lượng phun nhiên liệu cải thiện, nhiên liệu phun vào buồng cháy tơi, nhiên liệu phân bố không gian buồng cháy làm tăng nhanh tốc độ hình thành hỗn hợp, rút ngắn trình cháy làm cho nhiên liệu đốt kiệt cháy kịp thời nên tăng công suất suất tiêu hao nhiên liệu giảm Bảng 4.3 Bảng kết thí nghiệm xác định áp suất phun chế độ tải 75% P (bar) Ne (kW) Me (Nm) ge (g/kW.h) λ CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) Smoke (FSN) 400 1,04 4,93 420,57 4,66 24565 77 423 0,09 500 1,50 7,17 345,77 3,54 26578 83 593 0,09 600 2,08 9,90 318,15 2,84 35127 79 784 0,09 700 2,73 13,03 277,13 2,54 40390 82 948 0,10 800 3,18 15,17 259,62 2,26 48400 85 1157 0,10 4.2 Xác định góc phun sớm 4.2.1 Tại chế độ tải 25 % Trên Hình 4.10 thể giá trị cho thấy tăng góc phun sớm từ 120 ÷ 160 công suất động tăng đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu giảm Tại góc φs = 160 công suất đạt cực đại suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ Nếu tiếp tục tăng góc 63 phun sớm công suất động giảm đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên Hình 4.10 Đồ thị ảnh hưởng góc phun sớm đến công suất, suất tiêu hao nhiên liệu chế độ tải 25% Trên Hình 4.11 thể giá trị cho thấy tăng góc phun sớm từ 120 ÷ 240 nồng độ CO, HC tăng không nhiều, nồng độ NOx tăng độ khói lại giảm Góc phun sớm giảm, tức phun muộn nhiệt độ q trình cháy giảm, NOx giảm đồng thời cường độ oxy hóa muội than giảm nên PM tăng Hình 4.11 Đồ thị ảnh hưởng góc phun sớm đén nồng độ phát thải chế độ 25% tải Sau tiến hành thí nghiệm chế độ 25% tải để xác định góc phun sớm trình bày ta có kết thành phần thể Bảng 4.4 như: khí thải, cơng suất tiêu thụ nhiên liệu 64 Bảng 4.4 Bảng kết thí nghiệm xác định góc phun sớm chế độ tải 25% Ne Me ge (kW) (Nm) (g/kW.h) 12 1,41 6,97 344,54 14 1,42 6,73 16 1,49 18 φs λ CO CO2 HC NOx Smoke (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (FSN) 3,83 360 28885 66 322 0,40 353,77 3,77 350 29156 67 406 0,26 7,13 349,10 3,54 361 29230 75 510 0,17 1,46 7,01 350,85 3,80 391 29032 83 607 0,11 20 1,45 6,90 357,28 3,70 423 28948 99 730 0,07 22 1,37 6,57 392,48 3,60 466 29048 118 824 0,10 24 1,22 5,87 422,67 3,50 511 28788 143 876 0,09 Kết phân tích phù hợp với lý thuyết: “Tăng góc phun sớm, nhiên liệu phun vào khối khơng khí có áp suất nhiệt độ khơng lớn, điều kiện chuẩn bị vật lý hoá học tương đối kém, kéo dài thời kỳ cháy trễ làm cho tốc độ tăng áp suất ∆p/∆ϕ áp suất Pz tăng cao, động làm việc rung giật Nhưng phun nhiên liệu muộn quá, trình cháy kéo dài sang kỳ giãn nở, làm giảm ∆p/∆ϕ áp suất Pz, tăng nhiệt độ khí xả 4.2.2 Tại chế độ tải 50 % Trên Hình 4.12 thể giá trị cho thấy tăng góc phun sớm từ 120 ÷ 160 cơng suất động tăng đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu giảm Tại góc φs = 160 công suất đạt cực đại suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ Nếu tiếp tục tăng góc phun sớm công suất động giảm đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên φs (0TK) Hình 4.12 Đồ thị ảnh hưởng góc phun sớm đến công suất, suất tiêu hao nhiên liệu chế độ tải 50% 65 Trên đồ thị Hình 4.13 thể giá trị cho ta thấy tăng góc phun sớm từ 120 ÷ 240 nồng độ CO, HC tăng không nhiều, nồng độ NOx tăng độ khói lại giảm Góc phun sớm giảm, tức phun muộn đi, nhiệt độ trình cháy giảm, NOx giảm đồng thời cường độ oxy hóa muội than giảm nên PM tăng φs (0TK) Hình 4.13 Đồ thị ảnh hưởng góc phun sớm đến nồng độ phát thải động chế độ tải 50% Sau tiến hành thí nghiệm chế độ 50% tải để xác định góc phun sớm trình bày ta có kết thành phần thể Bảng 4.4 như: khí thải, cơng suất tiêu thụ nhiên liệu Bảng 4.5 Bảng kết thí nghiệm xác định góc phun sớm chế độ tải 50% φs Ne Me ge λ CO CO2 HC NOx Smoke (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (FSN) (kW) (Nm) (g/kW.h) 12 3,25 15,50 258,90 2,28 305 45056 70 431 1,58 14 3,26 15,57 265,97 2,20 285 45337 72 518 1,13 16 3,18 15,20 250,10 2,38 257 46251 67 632 0,75 18 3,19 15,27 259,11 2,30 248 45416 72 756 0,48 20 3,13 14,90 265,34 2,25 275 44820 93 925 0,25 22 2,93 13,97 292,81 2,28 304 45445 123 1096 0,21 24 2,48 1185 275,59 2,83 310 45987 134 1120 0,12 66 4.2.3 Tại chế độ tải 75 % Trên đồ thị Hình 4.14 thể giá trị cho thấy tăng góc phun sớm từ 120 ÷ 180 cơng suất động tăng đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu giảm Tại góc φs = 180 công suất đạt cực đại suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ Nếu tiếp tục tăng góc phun sớm cơng suất động giảm đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên φs (0TK) Hình 4.14 Đồ thị ảnh hưởng góc phun sớm đến cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu chế độ tải 75% Trên đồ thị Hình 4.15 thể giá trị cho thấy tăng góc phun sớm từ 120 ÷ 240 nồng độ CO, HC thay đổi không nhiều, nồng độ NOx tăng độ khói lại giảm Góc phun sớm giảm, tức phun muộn đi, nhiệt độ q trình cháy giảm, NOx giảm đồng thời cường độ oxy hóa muội than giảm nên PM tăng φs (0TK) Hình 4.15 Đồ thị ảnh hưởng góc phun sớm đến nồng độ phát thải chế độ tải 75% 67 Sau tiến hành thí nghiệm chế độ 75% tải để xác định góc phun sớm trình bày ta có kết thành phần thể Bảng 4.4 như: khí thải, cơng suất tiêu thụ nhiên liệu Bảng 4.6 Bảng kết thí nghiệm xác định góc phun sớm chế độ tải 75% φs Ne Me (kW) (Nm) ge (g/kW.h) λ CO CO2 HC NOx Smoke (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (FSN) 12 4,75 22,73 252,80 1,59 697 69445 68 559 4,09 14 4,76 22,73 251,63 1,58 640 69344 65 664 3,69 16 4,76 22,73 252,15 1,59 712 69490 64 797 3,33 18 4,82 23,00 246,33 1,60 760 68200 69 921 2,80 20 4,71 22,50 249,45 1,59 686 69681 88 1158 2,35 22 4,72 22,53 251,35 1,58 644 67970 123 1350 1,73 24 4,66 22,23 246,17 1,65 677 68950 169 1572 1,63 Qua phân tích tổng hợp kết cho ta thấy, ứng với chế độ tải động có góc phun sớm tối ưu tức góc phun động đạt cơng suất lớn nhất, suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ đồng thời giảm độc hại khí xả Khi giảm tải phải giảm góc phun sớm φs ngược lại tăng tải phải tăng góc phun sớm φs Như sau thực nghiệm xác định góc phun chế độ tải ta chọn góc phun sớm từ 160 ÷ 180 hợp lý “ Góc phun sớm tốt phụ thuộc vào loại buồng cháy động cơ, loại buồng cháy phun trực tiếp, φs tốt nằm giới hạn 25 ÷ 350 góc quay trục khuỷu, loại buồng cháy ngăn cách (các buồng cháy dự bị xoáy lốc), φs tốt nhỏ hơn, khoảng 15 ÷ 200 góc quay trục khuỷu” Kết luận chương Thơng qua thí nghiệm động AVL-5402 băng thử SCTB PTN ĐCĐT Viện - CKĐL Trường ĐHBKHN Tuy động phun trực tiếp lại có góc phun sớm tối ưu tương tự loại động có buồng cháy ngăn cách Có thể đánh giá kết tin cậy phù hợp trình vận động hỗn hợp cháy tương tự loại động có buồng cháy dự bị xốy lốc, nhờ hệ 68 thống nhiên liệu Common rail, nhiên liệu phun vào buồng cháy với áp suất cao Kết hợp với việc phân tích tổng hợp thơng số điều khiển áp suất phun, góc phun sớm ảnh hưởng tới công suất động cơ, tiêu hao nhiên liệu phát thải Đã thu kết tương đối khả quan, đạt mục đích nghiên cứu đề tài Tuy kết bước đầu, tiến hành phạm vi nhỏ hẹp PTN ĐCĐT, nên phản ánh phần ảnh hưởng thơng số điều khiển áp suất phun, góc phun sớm tới tính cơng suất, tiêu hao nhiên liệu phát thải động 69 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận chung Qua kết nghiên cứu xác định tối ưu áp suất phun thời điểm phun hệ thống nhiên liệu Common rail, đưa kết luận sau: Thông qua việc nghiên cứu sở lý thuyết để xác định áp suất phun thời điểm phun hệ thống nhiên liệu Common rail, trình phun điều khiển phun Đã xác định, đánh giá ảnh hưởng áp suất phun, góc phun sớm tới khả làm việc động cơ, từ đưa áp suất phun, góc phun sớm phù hợp với chế độ làm việc động Xây dựng kết thực nghiệm thông số áp suất phun, góc phun sớm với mục đích cải thiện tính kinh tế, kỹ thuật giảm phát thải động chế độ 25%, 50% 75% tải với tốc độ 2000(v/phút) Việc nâng cao công suất động cơ, giảm tiêu thụ nhiên liệu giảm phát thải mà không ảnh hưởng đến kết cấu động AVL-5402 Thay đổi áp suất phun phù hợp với chế độ làm việc, thay đổi góc phun sớm tối ưu với chế độ làm việc cải thiện tính kinh tế, kỹ thuật động cơ, giảm phát thải môi trường Với hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử Common rail, phun mồi làm giảm độ ồn, giảm độ rung giật động đồng thời giảm nồng độ CO, HC, NOx, PM giảm hiệu ứng nhà kính, cần đầu tư nghiên cứu nhiều tương lai Hướng phát triển Đề tài đưa phương pháp xác định tham số áp suất phun thời điểm phun cho hệ thống nhiên liệu Common rail lắp động AVL-5402 Tuy nhiên, thử nghiệm xác định tối ưu áp suất phun thời điểm phun cho hệ thống nhiên liệu Common rail dừng lại phịng thí nghiệm Muốn đưa nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn, cần thiết phải bổ sung nghiên cứu sau: - Hoàn thiện việc xây dựng thông số điều khiển cho ECU để cải thiện đường đặc tính 25%, 50% 75% tải động nhiều chế độ vòng quay - Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng thơng số khác tính chất nhiên 70 liệu, tỷ số nén, hệ số dư lượng khơng khí, tốc độ, tải trọng.Tới tính cơng suất, tiêu thụ nhiên liệu giảm phát thải động - Xây dựng thông số tối ưu để nạp vào ECU - Thương mại hóa hệ thống điều khiển nhiên liệu Common rail 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Khổng Văn Nguyên (2011), Nghiên cứu ảnh hưởng thông số điều khiển hệ thống nhiên liệu Common rail đến tính cơng suất, tiêu thụ nhiên liệu phát thải động cơ, Luận văn thạc sĩ khí động lực [2] Nguyễn Oanh, Phun xăng điện tử EFI, NXB Thành phố Hồ Chí Minh 2005 [3] Lê Danh Quang (2004), Nghiên cứu khai thác hệ thống băng thử động thí nghiệm xy lanh hãng AVL để nghiên cứu phát triển động diesel cỡ nhỏ, Luận văn thạc sĩ khí động lực [4] Vũ Khắc Thiện (2012), Nghiên cứu đặc tính động xy lanh AVL-5402 sử dụng nhiên liệu sinh học Biodiesel- nhiên liệu truyền thống [5] Nguyễn Duy Tiến (2012), Thiết lập đặc tính động AVL-5402, Luận văn thạc sĩ khí động lực [6] Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động đốt trong, NXB giáo dục, năm 1994 [7] Phạm Minh Tuấn (2008), Lý thuyết động đốt trong, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [8] AVL GmbH (2001), Singer cylinder research engine 5402, Austria [9] Lino Guzzulla, Christopher H.Onder (2004), Introduction to Modeling and Control of Internal Combustion Engine Systems, Springer, Germany [10] Beatrice, C., Di Iorio, S., Guido, C., Mancaruso, E., Vaglieco, B.M., and Vassallo, A., “The Influence of Alternative Diesel Fuels on the Combustion and Emissions of a Euro4 Automotive Diesel Engine”, SAE Paper offer 09ICE-0187 72 ... biệt hệ thống nhiên liệu Common rail Để đưa phương án tối ưu cho hệ thống nhiên liệu Common rail lắp động AVL5 402 cách tốt cần phải xác định áp suất phun góc phun sớm hệ thống nhiên liệu Common rail, ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG QUANG TUỆ TỐI ƯU ÁP SUẤT PHUN VÀ THỜI ĐIỂM PHUN CỦA HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ AVL- 5402 Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ... đời hệ thống nhiên liệu Common rail vào năm 1997 ứng dụng xe khách, hệ thống có áp suất lớn 1350bar [1] Hệ thống đời cải thiện nhược điểm hệ thống nhiên liệu cũ Lý hệ thống việc tạo áp suất phun