3. Nội dung và phương phỏp nghiờn cứu
3.2.4Thiết bị đo tiờu hao nhiờn liệu
a) Đặc điểm cấu tạo
Hỡnh 3.9 là thiết bị đo tiờu hao nhiờn liệu 733S của hóng AVL. Về đặc điểm kết cấu, thiết bị đo tiờu hao nhiờn liệu gồm cú cỏc bộ phận như bỡnh chứa nhiờn liệu đo (Measuring vessel), cỏc đường ống cấp nhiờn liệu từ thựng chứa vào bỡnh, đường dẫn nhiờn liệu từ bỡnh tới động cơ, đường nhiờn liệu hồi từ động cơ về bỡnh và ống thụng hơi của bỡnh đo. Bỡnh được treo lờn một đầu của thanh cõn (Measuring beam), đầu cũn lại nối với với cơ cấu giảm chấn thủy lực (Hydraulinh damping device) nhằm giảm chấn trong quỏ trỡnh đo. Để đo tiờu hao nhiờn liệu, người ta sử dụng cảm biến điện dung (Capacitive sensor). Cảm biến này dựa trờn nguyờn lý đo sự thay đổi điện thế giữa 2 tấm bản cực do thay đổi diện tớch chung của 2 tấm bản cực khi cú sự thay đổi lực tỳ của thanh cõn lờn cảm biến.
Hỡnh 3.9. Thiết bị đo tiờu hao nhiờn liệu AVL-733S
Hỡnh 3.10. Sơ đồ nguyờn lý đo tiờu hao nhiờn liệu AVL-733S
b) Nguyờn lý đo
Hỡnh 3.10 là sơ đồ nguyờn lý đo tiờu hao nhiờn liệu. Bắt đầu quỏ trỡnh đo, nhiờn liệu được cấp vào thựng đo. Lỳc này lực tỳ lờn cảm biến điện dung là lớn nhất. Van điện từ (Filling solenoid valve) đúng lại khụng cho dũng nhiờn liệu vào
thựng đo trong khi đường cấp vào động cơ vẫn mở. Đồng thời, với quỏ trỡnh đú, bộ phận đếm thời gian hoạt động. Khi nhiờn liệu trong thựng chảy hết đồng nghĩa với việc lực tỳ lờn cảm biến điện dung bằng 0. Tức là quỏ trỡnh đo đó kết thỳc. Dựa vào kết quả thu thập được sẽ tớnh ra lượng nhiờn liệu tiờu thụ của động cơ
3.2.5 Thiết bị đo ỏp suất khớ thể trong xi lanh
Việc đo ỏp suất khớ thể trong xi lanh nhằm thụng qua diến biến ỏp suất chỏy trong xi lanh để phõn tớch ảnh hưởng của biodiesel đến đặc tớnh chỏy của động cơ và do đú ảnh hưởng đến cỏc chỉ tiờu kinh tế, kỹ thuật và phỏt thải của động cơ để từ đú thay đổi thụng số điều chỉnh như gúc phun sớm cho phự hợp. Đầu đo ỏp suất kiểu piezoelectric (đầu cảm biến ỏp suất thạch anh theo nguyờn lý sinh điện) được thực hiện để đo ỏp suất thay đổi trong xi lanh động cơ.
Nguyờn lý làm việc của cảm biến ỏp suất kiểu sinh điện và sơ đồ cấu tạo của đầu đo ỏp suất loại này được chỉ ra trờn sơ đồ (Hỡnh 3.11) khi tấm tinh thể thạch anh (SiO2) bị ộp bởi một lực (do ỏp suất sinh ra) thỡ chỳng biến dạng và sinh ra giữa 2 cực cỏc điện tớch trỏi dấu tỷ lệ với độ lớn của lực tỏc dụng. Bề mặt tinh thể chớnh diện với lực tỏc dụng thỡ mang điện tớch õm, cũn bề mặt đối diện thỡ mang điện tớch dương. Điện tớch này được biến đổi thành tớn hiệu điện ỏp, được khuyếch đại và đo để xỏc định độ lớn của lực tỏc dụng. Đầu cảm trờn sơ đồ (hỡnh 3.11b) cú đường nước lưu thụng làm mỏt tinh thể thạch anh nờn đầu cảm cú thể được dựng để đo ỏp suất trong mụi trường nhiệt
Đường nước làm mỏt Điện cực Đĩa thạch anh Màng kim loại (b)
Hỡnh 3.11. Sơ đồ nguyờn lý cảm biến ỏp suất (a) và sơ đồ cấu tạo đầu đo ỏp suất (b) của hóng AVL (1. Tinh thể thạch anh; 2. Đĩa ộp)
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - p p 2 1 (a)
độ cao mà vẫn duy trỡ được nhiệt độ của tinh thể thạch anh khụng vượt quỏ nhiệt độ cho phộp do vậy mở rộng được phạm vi nhiệt độ của mụi trường đo.
Trong kết cấu hỡnh 3.11, phần cảm thạch anh được ộp trong một ống kim loại để gõy một tải ban đầu lờn chỳng để đảm bảo nú làm việc ổn định ngay cả khi ỏp suất thấp. Trong ống cú đĩa kim loại dày để bự trừ gión nở nhiệt của ống khi nhiệt độ thay đổi. Khi nhiệt độ tăng, ống kim loại gión ra cú su hướng làm giảm ỏp lực lờn cỏc tinh thể thạch anh nhưng khi đú cỏc đĩa kim loại cũng gión ra và lại cú su hướng tăng lực ộp lờn cỏc tinh thể thạch anh. Cỏc tỏc dụng này được bự trừ lẫn nhau nờn đầu cảm ớt bị ảnh hưởng do gión nở nhiệt của ống bọc khi nhiệt độ thay đổi. Tớn hiệu ra của cỏc đầu cảm được lấy ra từ cực giữa, cũn cực õm hay cực mỏt chớnh là thõn của đầu cảm.
Bảng 3.2: Thụng số kỹ thuật của một số đầu đo ỏp suất kiểu sinh điện của hóng AVL
Mó hiệu đầu đo Số liệu kỹ thuật
Số liệu kỹ thuật tiờu chuẩn Phạm vi đo (FSO) Qua tải Độ nhạy Độ tuyến tớnh Độ nhạy tăng tốc ỏ 2 trường hợp: - khụng làm mỏt - cú làm mỏt Tần số tự nhiờn Điện dung ỏp suất làm mỏt Mụ men lắp Kớch thước lắp đặt Khối lượng Cỏp Đệm kớn Thụng số nhiệt động Sai lệc do thay đổi nhiệt độ
SS do thay đổi tải dp/dt
Đầu cảm thạch anh dựng để đo ỏp suất khớ thể trong xi lanh động cơ thường cú đường kớnh 5 đến 20 mm, đường kớnh lớn thường dựng cho cỏc đầu cảm dựng nước làm mỏt tinh thể thạch anh.
Sơ đồ lắp đặt hệ thống thiết bị đo ỏp suất khớ thể được mụ tả trờn(hỡnh 3.12). Đầu đo ỏp suất được lắp trờn nắp xi lanh thụng vào buồng chỏy trong khi cảm biến vị trớ gúc quay trục khuỷu được lắp trờn hộp bỏnh đà hướng vào đĩa răng lắp trờn trục khuỷu. Mỏy tớnh dựng để điều khiển quỏ trỡnh đo, hiển thị và xử lý kết quả đo.
Tớn hiệu ỏp suất khớ thể trong buồng chỏy (xi lanh) 1 của động cơ được thu nhận bới cảm biến (đầu đo) ỏp suất thạch anh 2, truyền qua bộ biến đổi và khuyếch đại 3 đến bộ xử lý 5, ở đú nú được hũa đồng bộ với tớn hiệu xung thể hiện vị trớ gúc quay trục khuỷu được thu nhận và truyền đến từ cảm biến vị trớ gúc quay trục khuỷu 4 tạo thành cỏc cặp giỏ trị ỏp suất theo vị trớ gúc quay trục khuỷu. Tiếp theo, cỏc dữ liệu số này được truyền đến mỏy tớnh 6 để hiển thị trờn màn hỡnh và ghi vào bộ nhớ của mỏy. Ở mỏy tớnh 6 cũn cú phần mềm để xử lý kết quả và vẽ đồ thị cụng cũng như tớnh toỏn cỏc thụng số của chu trỡnh cụng tỏc của động cơ. Thụng qua đồ thị diễn biến ỏp suất khớ thể theo gúc quay trục khuỷu cú thể phõn tớch đỏnh giỏ được đặc điểm quỏ trỡnh chỏy của động cơ.
3.2.6. Thiết bị phõn tớch khớ thải
Đõy là thiết bị đo và hiển thị nồng độ khớ xả. Nú bao gồm hệ thống lấy mẫu CVS và hệ thống phõn tớch thành phần khớ xả. Nồng độ cỏc chất độc hại trong khi đo gồm CO, HC, NOx, … sẽ được hiển thị trực tiếp trờn màn hỡnh của tủ phõn tớch khớ thải CEB-II (Hỡnh 3.13).
Hỡnh 3.12. Sơ đồ khối thiết bị đo ỏp suất khớ thể trong xi lanh động cơ
1. Buồng chỏy động cơ; 2. Cảm biến ỏp suất; 3. Bộ xử lý tớn hiệu và khuyếch đại; 4. Cảm biến vị trớ gúc quay trục khuỷu (shaft encoder); 5. Card biến đổi tớn hiệu tương tự (analogue) thành tớn hiệu số (digital); 6. mỏy vi tớnh.
2 3 4 1 6 5 A/D
a) Hệ thống đo CO
Thiết bị phõn tớch khớ CO (hỡnh 3.14) là một thiết bị đo bằng tia hồng ngoại, nú bao gồm: 1. Buồng phỏt tia hồng ngoại; 2. Màn chắn; 3. Đĩa khoột cỏc rónh; 4. Buồng chứa khớ mẫu; 5. Buồng chứa khớ CO được ngăn cỏch bằng một tấm màng cao su; 6. Thiết bị đo độ vừng của màng; 7. Buồng chứa khớ CO được ngăn cỏch bằng một tấm màng cao su; 8. Buồng chứa khớ mẫu.
Displayed results
Hỡnh 3.13. Tủ phõn tớch khớ và màn hỡnh hiển thị kết quả phõn tớch (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CO hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở bước súng cỡ 4,7 m vỡ thế sự cú mặt và số lượng của CO cú thể xỏc định bởi sự gión nở của CO tại buồng đo khi cú tia hồng ngoại đi qua.
Khi cần đo lượng CO cú trong khớ mẫu người ta cho khớ mẫu đi vào buồng (4). Sau đú cho đốt đốn hồng ngoại (1). Tia hồng ngoại đi qua buồng (4) và buồng (8), buồng (4) cú CO nờn một phần tia hồng ngoại bị hấp thụ, cũn buồng (8) chỉ cú khớ N2 vỡ vậy tia hồng ngoại đi qua hoàn toàn. Để lượng hồng ngoại qua hai buồng là như nhau người ta cho đĩa (3) quay, trờn đĩa (3) cú xẻ cỏc rónh sao cho thời gian cho tia hồng ngoại qua rónh trong và ngoài là bằng nhau. Sau khi đi qua hai buồng (4) và (8), tia hồng ngoại tới buồng (5) và buồng (7). Trong hai buồng này chứa toàn CO, lỳc này tia hồng ngoại sẽ bị CO hấp thụ hoàn toàn làm tăng nhiệt độ của khối khớ trong buồng (5) và buồng (7), tương ứng với sự tăng nhiệt độ là sự tăng ỏp suất. Hai buồng (5) và (7) được ngăn cỏch với nhau bằng một màng cao su. Trong hai chựm tia hồng ngoại, chựm tia hồng ngoại đi qua buồng (4) đó bị hấp thụ một phần tại đú vỡ vậy sự hấp thụ tia hồng ngoại tại buồng (5) ớt hơn buồng (7) do đú cú sự chờnh lệch ỏp suất giữa hai buồng. Sự chờnh lệch ỏp suất này làm cho màng cao su bị cong, đo độ cong người ta cú thể tớnh được độ chờnh lệch ỏp suất. Qua tớnh toỏn độ chờnh ỏp suất người sẽ biết được lượng CO đó hấp thụ tia hồng ngoại. Lượng CO đú chớnh là lượng CO cú trong khớ xả.
b) Hệ thống đo NOx và NO
Thiết bị đo NOx và NO trong tủ phõn tớch khớ của phũng thớ nghiệm này là thiết bị hoạt động theo nguyờn lý quang húa. Sơ đồ nguyờn lý được thể hiện trờn Hỡnh 3.15.
Thiết bị bao gồm cỏc bộ phận chớnh theo chỳ thớch trờn sơ đồ như sau: 1. Khớ ụzụn được sinh ra nhờ một thiết bị tạo ụzụn.
2. Bộ phận chuyển đổi NO2 thành NO.
3. Buồng phản ứng đo NOx cú cỏc đường dẫn khớ ụzụn và khớ mẫu 4. Buồng phản ứng đo NO cú cỏc đường dẫn khớ ụzụn và khớ mẫu. 5. Bộ hủy ụzụn trước khi thải ra mụi trường
6. Bộ đo cường độ ỏnh sỏng.
Thiết bị hoạt động dựa vào hiện tượng khớ quang hoỏ để xỏc định hàm lượng NO, NOx . Trước tiờn, khụng khớ được đưa vào lũ tạo ụzụn. Trong lũ O2 của khụng khớ nạp vào được chuyển thành O3 nhờ tia lửa điện và sau đú được đưa đến buồng phản ứng.
Tại buồng phản ứng, NO2* hoạt tớnh được tạo ra qua phản ứng sau: NO + O3 = NO2* + O2
Sau đú NO2* hoạt tớnh nhanh chúng trở lại trạng thỏi ổn định NO2 và phỏt ra anh sỏng hv:
NO2* NO2 + hν
Như vậy, cường độ ỏnh sang phỏt ra tỷ lệ với lượng NO2*, tức là phụ thuộc và hàm lượng NO trong khớ mẫu đưa vào buồng phản ứng với O3. Do đú, để đo lượng NO cú trong khớ xả, người ta đưa trực tiếp khớ xả vào buồng phản ứng. Trong buồng phản ứng cú O3 vỡ vậy một phần NO cú trong khớ xả mẫu sẽ phản ứng với O3 và tạo ra NO2*, NO2 hoạt tớnh tồn tại khụng lõu trong điều kiện bỡnh thường vỡ vậy nú sẽ tự động về NO2 khụng hoạt tớnh bằng cỏch phúng đi một phần năng lượng dưới dạng tia sỏng. Người ta đo cường độ tia sỏng thu được và dựa vào đú để xỏc định lượng NO phản ứng. Từ lượng NO phản ứng người ta cú thể tớnh ra lượng NO cú trong khớ xả mẫu.
Để đo lượng NOx (gồm NO và NO2) cú trong mẫu khớ xả, người ta cho tất cả mẫu khớ xả phải đi qua một bộ chuyển đổi từ NO2 thành NO. Phần lớn NO2 được chuyển đổi thành NO, sau đú tất cả khớ xả đó qua chuyển đổi được đưa tới buồng phản ứng. Tương tự như là với NO, trong buồng phản ứng một lượng NO cú trong khớ xả sẽ phản ứng với O3 và tạo thành NO2 hoạt tớnh. NO2 hoạt tớnh (NO2 năng lượng cao) sẽ lại tự nhảy về mức năng lượng thấp và phỏt ra ỏnh sỏng, từ đú người ta tớnh ra lượng NOx cú trong khớ xả.
Trong tất cả cỏc phản ứng của bộ phõn tớch NO và NOx đều xảy ra với hiệu suất nhất định. Vỡ vậy để biết được chớnh xỏc lượng chất cú trong khớ xả, người ta phải xỏc định được hiệu suất phản ứng. Để xỏc định được hiệu suất phản ứng người ta phải biết được lượng chất tham gia phản ứng. Vỡ vậy trong hệ thống CEBII cú một bộ phận đo hiệu suất phản ứng tạo O3 và hiệu suất phản ứng sinh ra NO.
c) Hệ thống đo HC
Hệ thống đo HC dựa vào hiện tượng khớ CnHm chỏy trong mụi trường đặc biệt sẽ tạo ra cỏc Ion. Đo lượng Ion người ta cú thể xỏc định được lượng HC.
Cấu tạo của hệ thống đo CnHm
Hệ thống đo HC cú sơ đồ nguyờn lý như hỡnh (3.16), bao gồm cỏc thành phần sau:
- Hệ thống cú ba đường dẫn khớ vào. Một là đường dẫn khớ mẫu vào. Hai là đường dẫn khớ chỏy (hỗn hợp H2/He). Ba là đường khớ tạo mụi trường chỏy.
- Buồng phản ứng cú gắn cảm biến nhiệt độ. - Bộ đỏnh lửa để sinh tia lửa mồi.
- Cặp cực điện được nối với một bộ khuyếch đại và một bộ đo điện ỏp. - Bộ cảm biến nhiệt độ PT100.
- Bộ bơm khớ nộn tạo độ chõn khụng để hỳt khớ chỏy ra.
Nguyờn tắc hoạt động:
Khớ mẫu cần đo được đưa vào hệ thống với ỏp suất 580mbar và lưu lượng 1500 l/h. Nú được hoà trộn với khớ chỏy (hỗn hợp H/He) được đưa vào ở đường ống thứ hai. Khớ chỏy cú ỏp suất là 1050 mbar, cú lưu lượng là 30 l/h. Khớ mẫu và khớ chỏy được trộn với nhau và đưa vào buồng chỏy với ỏp suất là 680 mbar.
Trong buồng phản ứng người ta bơm hỗn hợp khớ (20% O2, 80%N2) vào làm mụi trường chỏy. Khi khớ mẫu và khớ chỏy được đưa vào, bộ đỏnh lửa bật tia lửa đốt chỏy. Trong điều kiện như vậy khớ HC khụng chỏy mà bị bẻ góy thành cỏc Ion. Cỏc Ion sinh ra trong mụi trường cú từ trường của cặp điện cực, nú sẽ bị hỳt về hai bản cực và tạo thành dũng điện ở trong mạch. Dũng điện được khuyếch đại khi đi qua bộ khuyếch đại và được đưa tới bộ đo điện ỏp. Dựa vào cường độ dũng điện người ta sẽ đỏnh giỏ được lượng HC cú trong khớ mẫu. Khi đo lượng HC cú trong khớ xả của động cơ, cỏc điều kiện đo rất được chỳ ý. ỏp suất đầu vào phải đảm bảo chớnh xỏc, lưu lượng phải đầy đủ. Cú như vậy thỡ quỏ trỡnh đo với đỳng.
d) Hiệu chuẩn thiết bị đo.
Thiết bị phõn tớch khớ được hiệu chuẩn trước mỗi ca thớ nghiệm đảm bảo điểm 0 và thang đo theo yờu cầu thớ nghiệm. Để hiệu chuẩn mỗi dụng cụ đo, cần cú khớ mẫu 0% (thường là khớ trơ N2) và khớ mẫu thể hiện giỏ trị thang đo (khớ mẫu này thường cú thành phần khớ cần đo trong khớ trơ. Qui trỡnh hiệu chuẩn được tuõn thủ đỳng theo tài liệu hướng dẫn của nhà chế tạo thiết bị đo.
3.3 Quy trỡnh thử nghiệm
a) Phõn tớch cỏc mẫu nhiờn liệu thử (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.3: Kết quả phõn tớch cỏc mẫu nhiờn liệu
Cỏc mẫu nhiờn liệu thử gồm diesel, biodiesel B5 và B10. Trước khi thử với động cơ, cỏc mẫu nhiờn liệu này được đưa đi phõn tớch xỏc định cỏc thành phần chớnh như trị số cetane, nhiệt trị... Kết quả phõn tớch được chỉ ra ở bảng 3.3. Cú thể
TT Mẫu nhiờn liệu Thụng số S (ppm) Nhiệt trị (kJ/kg) Độ nhớt tại 400C (cSt) Khối lượng riờng (g/cm3) Thành phần chưng cất Số xờ tan T0 T10 T50 T90 1 B0 <200 45073 3.515 0.8477 164 222 296 350 51.0 2 B5 <200 44672 3.554 0.8490 170 226 294 350 51.3 6 B10 <200 44601 3.585 0.8498 166 226 298 346 51.5 Khớ mẫu chứa HC (Symthetic Air) Hỗn hợp H/He (1050 mbar)
ỏp suất vào 680 mbar Bộ khuyếch đại Đo điện ỏp ỏp suất chớnh xỏc 580 mbar 190 độ C Hỡnh 3.16. Thiết bị đo HC
thấy khi tăng hàm lượng biodiesel trong hỗn hợp nhiờn liệu thỡ nhiệt trị giảm một chỳt, độ nhớt và số xờ tan tăng một chỳt.
b) Chuẩn bị thớ nghiệm:
Bước1: Kiểm tra động cơ ở phũng chuẩn bị, cú đầy đủ cỏc thiết bị.