Nghiên cứu thiết kế hệ thống tăng áp trên động cơ xăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUỐC TOÀN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC- 60520116 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2019 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt 60 50 40 Nhiên liệu (Gr) 30 20 10 NLTT 47,3 49,5 48,7 48 47,5 NLTT-Ta 42,3 40,7 41 40,3 41,5 Hình 4.4 Đồ thị so sánh mức tiêu thụ nhiên liệu dải tốc độ động 2.900±100 vòng/phút động hữu (NLTT) động tăng áp(NLTT-Ta) Từ đồ thị hình 4.4 so sánh mức tiêu thụ nhiên liệu dải tốc độ động 2.900±100 vòng/phút động hữu (NLTT) động tăng áp (NLTT-Ta), ta thấy độ chênh lệch mức tiêu thụ nhiên liệu lần thực nghiệm giảm xuống so với lần thực nghiệm dải tốc độ động 800±100 vòng/phút, 1.400±100 vòng/phút 2.900±100 vòng/phút, dần ổn định hơn, cụ thể độ chênh lệch nhƣ sau: 4,44% động hữu 4,72% với động tăng áp Và dải tốc độ này, suất tiêu hao nhiên liệu động tăng áp giảm 14.6% so với động hữu 4.2 So sánh khí thải động cải tiến (tăng áp) với động hữu a Tại dải tốc độ 800± 100 (vịng/phút) Bảng 4.9 Thơng số nồng độ khí xả động Không tăng áp dải tốc độ 800 ± 100 (vòng/phút) Lần thử Tốc độ động (vòng / phút) 870 850 860 880 860 HVTH: Nguyễn Quốc Toàn Thời gian (s) 300 300 300 300 300 63 Nhiệt độ động (oC) 115 111.8 117 114 113 Nồng độ khí xả CO HC (%) (ppm) 0.28 449 0.24 401 0.28 438 0.26 447 0.25 484 Luận văn thạc sĩ 10 TB GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt 840 860 880 850 860 861 300 300 300 300 300 300 118 120 122 122 124 117.68 0.27 0.30 0.25 0.29 0.24 0.266 408 436 499 481 491 453.4 Bảng 4.10 Thơng số nồng độ khí xả động tăng áp dải tốc độ 800 ± 100 (vòng/phút) Lần thử Tốc độ động (vòng / phút) 10 TB 870 860 830 840 850 860 850 870 830 820 848 Thời gian (s) 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 Nhiệt độ động (oC) 127 136 136 140 138 133 137 140 142 143 137.2 Nồng độ khí xả CO HC (%) (ppm) 0.18 621 0.14 727 0.15 595 0.12 570 0.13 554 0.14 611 0.10 532 0.13 609 0.13 539 0.18 513 0.14 587.1 Thơng qua giá trị nồng độ khí CO HC có khí xả bảng 4.9 bảng 4.10 cho thấy động tăng áp nồng độ khí CO giảm HC tăng so với động hữu, cụ thể: + Động hữu: Nồng độ khí CO trung bình: 0.266 %– Bảng 4.9 + Động tăng áp: Nồng độ khí CO trung bình: 0.14% – Bảng 4.10 Nhƣ trung bình lƣợng khí CO khí xả động tăng áp giảm 43.6% so với động hữu dải tốc độ động 800 ± 100 (vòng/phút) HVTH: Nguyễn Quốc Toàn 64 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt Nồng độ CO khí xả 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 10 0,28 0,24 0,28 0,26 0,25 0,27 0,3 0,25 0,29 0,24 CO-Ta (%) 0,18 0,14 0,15 0,12 0,13 0,14 0,1 0,13 0,13 0,18 CO (%) Hình 4.5 Đồ thị so sánh nồng độ % khí CO khí xả dải tốc độ động 800±100 vòng/phút động hữu (CO) động tăng áp(CO-Ta) + Động hữu: Nồng độ HC trung bình: 453.4 ppm – Bảng 4.9 + Động tăng áp: Nồng độ HC trung bình: 587.1 ppm– Bảng 4.10 Trung bình lƣợng khí HC khí xả động tăng áp tăng 22.77% so với động hữu dải tốc độ động 800 ± 100 (vịng/phút) 800 Nồng độ HC khí xả 700 600 500 400 300 200 100 HC (ppm) 10 449 401 438 447 484 408 436 499 481 491 HC-Ta (ppm) 621 727 595 570 554 611 532 609 539 513 Hình 4.6 Đồ thị so sánh nồng độ khí HC khí xả dải tốc độ động 800±100 vòng/phút động hữu (HC) động tăng áp(HC-Ta) b Tại dải tốc độ 1.400± 100 (vịng/phút) Bảng 4.11 Thơng số nồng độ khí xả động Không tăng áp dải tốc độ 1.400 ± 100 (vịng/phút) HVTH: Nguyễn Quốc Tồn 65 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt Lần thử Tốc độ động (vòng / phút) 10 TB 1430 1450 1480 1460 1450 1450 1460 1430 1450 1430 1449 Thời gian (s) 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 Nhiệt độ động (oC) 131 134 138 144 146 148 151 153 155 153 145.3 Nồng độ khí xả CO HC (%) (ppm) 1.07 120 1.0 112 1.03 121 1.04 112 0.9 120 1.03 115 0.92 87 1.06 91 0.95 88 1.05 90 1.005 105.6 Bảng 4.12 Thơng số nồng độ khí xả động tăng áp dải tốc độ 1.400 ± 100 (vòng/phút) Lần thử Tốc độ động (vòng / phút) 10 TB 1440 1460 1440 1450 1460 1420 1450 1460 1450 1430 1446 Thời gian (s) 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 Nhiệt độ động (oC) 167 161 164 165 168 171 160 166 173 174 166.9 Nồng độ khí xả CO HC (%) (ppm) 0.84 264 0.67 263 0.66 232 0.60 141 0.58 212 0.70 183 0.76 192 0.68 124 0.66 137 0.60 102 0.68 185 Qua bảng 4.11 bảng 4.12 cho thấy động tăng áp nồng độ khí CO giảm HC tăng so với động hữu, cụ thể: + Động hữu: Nồng độ CO trung bình 1.005% – Bảng 4.11 + Động tăng áp: Nồng độ CO trung bình 0.68% – Bảng 4.12 HVTH: Nguyễn Quốc Toàn 66 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt Trung bình lƣợng khí CO khí xả động tăng áp giảm 32% so với động Nồng độ CO khí xả hữu dải tốc độ động 1.400 ± 100 (vòng/phút) 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 CO (%) 1,07 10 1,03 1,04 0,9 1,03 0,92 1,06 0,95 1,05 CO-Ta (%) 0,84 0,67 0,66 0,60 0,58 0,70 0,76 0,68 0,66 0,60 Hình 4.7.Đồ thị so sánh nồng độ % khí CO khí xả dải tốc độ động 1.400±100 vòng/phút động hữu (CO) động tăng áp(CO-Ta) + Động hữu: Nồng độ HC trung bình 105.6 ppm – Bảng 4.11 + Động tăng áp: Nồng độ HC trung bình 185 ppm – Bảng 4.12 Trung bình lƣợng khí HC khí xả động tăng áp tăng 42.8% so với động hữu dải tốc độ động 1.400 ± 100 (vịng/phút) Nồng độ HC khí xả 300 250 200 150 100 50 HC (ppm) 120 112 121 112 120 115 10 87 91 88 90 HC-Ta (ppm) 264 263 232 141 212 183 192 124 137 102 Hình 4.8 Đồ thị so sánh nồng độ khí HC khí xả dải tốc độ động 1.400±100 vòng/phút động hữu (HC) động tăng áp(HC-Ta) c Tại dải tốc độ 2.200± 100 (vịng/phút) Bảng 4.13 Thơng số nồng độ khí xả động Không tăng áp dải tốc độ 2.200 ± 100 (vòng/phút) Lần Tốc độ động HVTH: Nguyễn Quốc Tồn Thời 67 Nhiệt Nồng độ khí xả Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt thử (vòng / phút) 10 TB 2240 2230 2300 2270 2280 2250 2220 2250 2240 2250 2253 gian (s) 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 độ động (oC) 137 141 145 147 149 149 140 142 144 147 144.1 CO (%) 2.68 2.72 2.04 2.53 2.16 1.87 1.84 2.43 2.2 2.97 2.344 HC (ppm) 79 85 78 71 79 74 71 89 78 83 78.7 Bảng 4.14 Thơng số nồng độ khí xả động tăng áp dải tốc độ 2.200 ± 100 (vòng/phút) Lần thử Tốc độ động (vòng / phút) 10 TB 2250 2230 2270 2220 2290 2240 2250 2240 2260 2270 2252 Thời gian (s) 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 Nhiệt độ động (oC) 169 152 157 166 169 171 134 140 153 165 157.6 Nồng độ khí xả CO HC (%) (ppm) 1.62 112 1.44 115 1.89 118 2.17 120 2.16 118 2.05 115 1.87 117 2.02 118 2.23 124 2.17 118 1.962 117.5 Qua bảng 4.13 bảng 4.14 cho thấy động tăng áp nồng độ khí CO giảm HC tăng so với động hữu, cụ thể: + Động hữu: Nồng độ CO trung bình 2.344 %– Bảng 4.13 + Động tăng áp: Nồng độ CO trung bình 1.962% – Bảng 4.14 HVTH: Nguyễn Quốc Toàn 68 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt Trung bình lƣợng khí CO khí xả động tăng áp giảm 16.3% so với động hữu dải tốc độ động 2.200 ± 100 (vịng/phút) 3,5 Nồng độ CO khí xả 2,5 1,5 0,5 CO (%) 10 2,68 2,72 2,04 2,53 2,16 1,87 1,84 2,43 2,2 2,97 CO-Ta (%) 1,62 1,44 1,89 2,17 2,16 2,05 1,87 2,02 2,23 2,17 Hình 4.9 Đồ thị so sánh nồng độ % khí CO khí xả dải tốc độ động 2.200±100 vòng/phút động hữu (CO) động tăng áp(CO-Ta) + Động hữu: Nồng độ HC trung bình 78.7 ppm – Bảng 4.13 + Động tăng áp: Nồng độ HC trung bình 117.5 ppm – Bảng 4.14 Trung bình lƣợng khí HC khí xả động tăng áp tăng 33.02% so với động hữu dải tốc độ động 2.200 ± 100 (vịng/phút) Nồng độ HC khí xả 140 120 100 80 60 40 20 HC (ppm) 10 79 85 78 71 79 74 71 89 78 83 HC-Ta (ppm) 112 115 118 120 118 115 117 118 124 118 Hình 4.10 Đồ thị so sánh nồng độ khí HC khí xả dải tốc độ động 2.200±100 vòng/phút động hữu (HC) động tăng áp(HC-Ta) d Tại dải tốc độ 2.900± 100 (vịng/phút) HVTH: Nguyễn Quốc Tồn 69 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt Bảng 4.15 Thông số nồng độ khí xả động Khơng tăng áp dải tốc độ 2.900 ± 100 (vòng/phút) Lần thử Tốc độ động (vòng / phút) TB 2960 3000 2950 2940 2960 29.62 Thời gian (s) 300 300 300 300 300 300 Nhiệt độ động (oC) 132 128 122 125 130 127.4 Nồng độ khí xả CO HC (%) (ppm) 2.11 66 2.14 70 3.37 145 3.17 122 2.89 95 2.736 99.6 Bảng 4.16 Thơng số nồng độ khí xả động tăng áp dải tốc độ 2.900 ± 100 (vòng/phút) Lần thử Tốc độ động (vòng / phút) TB 2970 2990 2960 2980 2970 2974 Thời gian (s) 300 300 300 300 300 300 Nhiệt độ động (oC) 135 137 129 130 134 133 Nồng độ khí xả CO HC (%) (ppm) 2.44 111 2.45 113 1.98 138 1.85 124 2.23 135 2.19 124.2 Qua bảng 4.15 bảng 4.16 cho thấy động tăng áp nồng độ khí CO giảm HC tăng so với động hữu, cụ thể: + Động hữu: Nồng độ CO trung bình 2.736%– Bảng 4.15 + Động tăng áp: Nồng độ CO trung bình 2.19 %– Bảng 4.16 Trung bình lƣợng khí CO khí xả động tăng áp giảm 19.95% so với động hữu dải tốc độ động 2.900 ± 100 (vòng/phút) HVTH: Nguyễn Quốc Toàn 70 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt Nồng độ CO khí xả 3,5 2,5 1,5 0,5 CO (%) 2,11 2,14 3,37 3,17 2,89 CO-Ta (%) 2,44 2,45 1,98 1,85 2,23 Hình 4.11 Đồ thị so sánh nồng độ % khí CO khí xả dải tốc độ động 2.900±100 vòng/phút động hữu (CO) động tăng áp(CO-Ta) + Động hữu: Nồng độ HC trung bình 99.6 ppm – Bảng 4.15 + Động tăng áp: Nồng độ HC trung bình 124.2 ppm – Bảng 4.16 Trung bình lƣợng khí HC khí xả động tăng áp tăng 19.8% so với Nồng độ HC khí xả động hữu dải tốc độ động 2.900 ± 100 (vòng/phút) 160 140 120 100 80 60 40 20 HC (ppm) 66 70 145 122 95 HC-Ta (ppm) 111 113 138 124 135 Hình 4.12 Đồ thị so sánh nồng độ khí HC khí xả dải tốc độ động 2.900±100 vòng/phút động hữu (HC) động tăng áp(HC-Ta) 4.3 Kết đạt đƣợc a Suất tiêu hao nhiên liệu - Tại dải tốc độ 800 ± 100 (vòng/phút), suất tiêu hao nhiên liệu động tăng áp giảm trung bình 8.41 % so với động hữu HVTH: Nguyễn Quốc Toàn 71 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt - Tại dải tốc độ 1.400 ± 100 (vòng/phút), suất tiêu hao nhiên liệu động tăng áp giảm trung bình5.7% so với động hữu - Tại dải tốc độ 2.200± 100 (vòng/phút), suất tiêu hao nhiên liệu động tăng áp giảm trung bình14.16% so với động hữu - Tại dải tốc độ 2.900 ± 100 (vòng/phút), suất tiêu hao nhiên liệu động tăng áp giảm trung bình14.60% so với động hữu b Nồng độ CO HC khí xả: - Tại dải tốc độ động 800 ± 100 (vịng/phút), trung bình lƣợng khí CO khí xả động tăng áp giảm 43.6% lƣợng khí HC tăng 22.77% so với động hữu - Tại dải tốc độ động 1.400 ± 100 (vịng/phút), trung bình lƣợng khí CO khí xả động tăng áp giảm 32% lƣợng khí HC tăng 42.8% so với động hữu - Tại dải tốc độ động 2.200 ± 100 (vòng/phút), trung bình lƣợng khí CO khí xả động tăng áp giảm 16.3% lƣợng khí HC tăng 33.02% so với động hữu - Tại dải tốc độ động 2.900 ± 100 (vịng/phút), trung bình lƣợng khí CO khí xả động tăng áp giảm 19.95% so với động hữu Trung bình lƣợng khí HC khí xả động tăng áp tăng 19.8% so với động hữu Bên cạnh đó, dải tốc độ động thử nghiệm có tăng áp, nhiệt độ động tăng cao, có khả gây hƣ hỏng chi tiết động cơ, trƣờng hợp thử dải tốc độ 2.900 ± 100 (vòng/phút) phải dùng nƣớc để làm mát thân máy Từ nhƣng tổng quan sở lý thuyết có tổn thất trình hút, đặc biệt chế độ tải nhỏ, Khối lƣợng nạp trình nạp, điền đầy khí nạp vào xy lanh phụ thuộc vào yếu tố sau: - Tổn thất khí động học hệ thống nạp làm giảm áp suất nạp pa lƣợng a Δp - Sự tồn đọng xy lanh lƣợng khí sót, chúng chiếm phần thể tích xy lanh - Sự sấy nóng khí nạp bề mặt thành vách hệ thống nạp không gian xy lanh tạo nên nhiệt độ tăng thêm ΔT, làm giảm mật độ khí nạp vào HVTH: Nguyễn Quốc Tồn 72 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt Từ (2.16) ta thấy để nâng cao hiệu suất nạp, ta thay đổi thơng số cách: [1] - Tăng áp suất pa - Giảm áp suất pk - Giảm hệ số khí sót γr - Tăng nhiệt độ Tk So với kết thử nghiệm sau đƣợc tăng áp, việc hòa trộn hòa nhiên liệu đƣợc cải thiện, dẫn đến nồng độ CO khí xả giảm, nồng độ HC tăng lên lƣợng tiêu hao niên liệu giảm HVTH: Nguyễn Quốc Toàn 73 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Nghiên cứu thành công việc thiết kế, chế tạo hệ thống tăng áp động xăng sở vận dụng số thiết bị đo kiểm có sẵn sở giúp thu đƣợc kết nhanh chóng, tiết kiệm chi phí, kết thực nghiệm cho thấy tốc độ động thấp (khoảng dƣới 2900 vòng/phút) hệ thống tăng áp giúp cải thiện việc hịa trộn nhiên liệu độ mở bƣớm ga nhỏ, qua cải thiện chất lƣợng khí xả, giảm đáng kể thành phần khí CO từ 16.3% đến 43.6% HC tăng từ 19.8 ppm đến 42.8 ppm có khí xả giảm đáng kể lƣợng tiêu hao nhiên liệu từ 5.7% đến 14.6% tƣơng ứng với chế độ thử khác 5.2 Kiến nghị Thông qua trình thực nghiệm, phân tích nhận xét ảnh hƣởng tăng áp đến thông số quan trọng nhƣ suất tiêu hao nhiên liệu chất lƣợng khí xả, ta nhận thấy số liệu thay đổi liên tục ứng với dải tốc độ động khác nhau, để nâng cao suất tiêu hao nhiên liệu giảm lƣợng khí phát thải ta cần thiết kế tự động điều chỉnh tốc độ quạt tăng áp tƣơng ứng với chế độ tải nhƣ tốc độ động nhằm đảm bảo thông số động tối ƣu HVTH: Nguyễn Quốc Toàn 74 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lƣơng huỳnh giang, “THIẾT KẾ CẢI TIẾN ĐƢỜNG NẠP ĐỘNG CƠ DIESEL MỘT XY LANH, PHUN TRỰC TIẾP 16,5 MÃ LỰC”, Luận văn thạc sĩ trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM [2] Lê Thanh Quang, NGHIÊN CỨU, ĐỂ XUẤT BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ XE MÁY THÔNG QUA MÔ PHỎNG, Luận văn thạc sĩ trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2017 [3] Xin Zhou, Xun Gong, Yunfeng Hu, Hong Chen MODELING AND CONTROL OF THE AIR PATH SYSTEM INTURBOCHARGED GASOLINE ENGINE, Published in: Control and Decision Conference (CCDC), Pages: 3469 – 3474, 2015 [4] Jason Meyer, Stephen Yurkovich, Fellow, IEEE, and Shawn Midlam-Mohler AIR-TO-FUEL RATIO SWITCHING FREQUENCY CONTROL FOR GASOLINE ENGINES, IEEE, Pages: 636 – 648,Vol 21, 2013 [5] Fu Jianqin cộng sự, EXPERIMENTAL STUDY ON THE ENERGY FLOW OF GASOLINE ENGINE TURBOCHARGING SYSTEM, IEEE, Pages: 548 – 551, 2013 [6] Wang Shuqing cộng sự, EFFECT OF TURBOCHARGING SYSTEM ON THE PERFORMANCE OF A GASOLINE ENGINE, IEEE, Pages: 5882 – 5885, 2011 [7] Wu Na cộng sự, THE RESEARCH ON EURO TURBOCHARGED TECHNOLOGY FOR GASOLINE ENGINE, IEEE, Pages: – 4, 2012 [8] Woongkul Lee cộng sự, ELECTRIFICATION OF TURBOCHARGER AND SUPERCHARGER FOR DOWNSIZED INTERNAL COMBUSTION ENGINES AND HYBRID ELECTRIC VEHICLES – BENEFITS AND CHALLENGES, IEEE, Pages: – 6, 2016 [9] Yanxu Zhang cộng sự,WITH THE ELECTRICAL PROPERTIES OF A NEW TURBOCHARGER, IEEE, Pages: 3465 – 3468, 2010 [10] U Lezius, M Schultalbers, W Drewelow†, B Lampe, IMPROVEMENTS IN KNOCK CONTROL, IEEE, Pages: 2464 – 2466, Vol.3, 2004 HVTH: Nguyễn Quốc Toàn 75 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt [11] Xin Zhou , You Li , Yunfeng Hu , Hong Chen, TORQUE TRACKING CONTROL OF TURBOCHARGED GASOLINE ENGINE USING NONLINEAR MPC, IEEE, Pages: 2958 - 2963, 2015 [12] Osman Akin Kutlar cộng sự, METHODS TO IMPROVE EFFICIENCY OF FOUR STROKE SPARK, IGNITION ENGINES AT PART LOAD [13] John B Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, Mc Graw-Hill Inc, 1988 [14] Lê Viết Lƣợng, Lý thuyết động Diesel, Nhà xuất Giáo Dục, 2000 Website [15] https://www.indiamart.com/ [16] http://www.vibra.com.vn/ [17] http://tanminhgiang.com HVTH: Nguyễn Quốc Toàn 76 S K L 0 ... ? ?Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tăng áp động xăng. ’’ 1.2.Tình hình nghiên cứu nƣớc 1.2.1 Nghiên cứu nƣớc Với nghiên cứu theo hƣớng mô tiết kiệm chi phí nhƣ cho kết chuẩn xác đối tƣợng nghiên cứu, ... chất nhƣ thiết bị nghiên cứu mơ động cịn nhiều thiếu thốn Do đó, thực nghiên cứu động thực tế cần nghiên cứu ứng dụng nƣớc để làm sở lý thuyết cho việc nghiên cứu, thiết kế Có thể kể đến số cơng... báo turbo tăng áp đƣợc áp dụng rộng rãi động tăng áp Nó có khả tăng công suất đầu tiêu thụ lƣợng nhiên liệu thấp nhƣng bất lợi độ trễ tăng áp Nghiên cứu cải thiện sở tăng áp truyền thống làm