4. Cỏc nội dung chớnh của luận văn
3.2. Sơ đồ và thiết bị thử nghiệm
3.2.1. Sơ đồ băng thử động cơ.
Hỡnh 3.2. Sơ đồ băng thử động cơ
Trờn hệ thống thiết bị thử được trang bị phanh điện APA 100 hoạt động được ở hai chế độ động cơ điện và mỏy phỏt điện. Cỏc thụng số chớnh của phanh điện APA 100 như sau:
- Cụng suất lớn nhất ở chế độ động cơ điện: 200 kW - Mụ men lớn nhất ở chế độ động cơ điện: 849 Nm - Cụng suất lớn nhất ở chế độ mỏy phỏt: 220 kW - Mụ men lớn nhất ở chế độ mỏy phỏt: 934 Nm - Tốc độ lớn nhất: 8000 vũng/phỳt
Ở chế độ động cơ điện, băng thử sẽ kộo động cơ, thực hiện quỏ trỡnh chạy rà nguội hoặc khởi động động cơ. Ở chế độ phanh, băng thử sẽ tạo tải cõn bằng với cụng suất của động cơ phỏt ra, từ đú xỏc định được cỏc thụng số cơ bản của động cơ
như cụng suất, mụ men, suất tiờu hao nhiờn liệu…Ngoài ra, phanh điện cú thể mụ phỏng sự hoạt động của động cơ khi được lắp trờn ụ tụ để kiểm tra cỏc tớnh năng của ụ tụ sau khi được lắp rỏp như quỏ trỡnh tăng tốc, quỏ trỡnh đúng-mở ly hợp, vào số-ra số sao cho phự hợp nhất…mụ phỏng ụ tụ chạy theo cỏc chu trỡnh thử, lấy khớ thải để phõn tớch nồng độ cỏc chất độc hại (CO, CO2, NOx, HC, PM).
Điều kiện nhiệt độ của động cơ (nhiệt độ nước làm mỏt, nhiệt độ dầu bụi trơn, nhiệt độ nhiờn liệu) được điều chỉnh chớnh xỏc bởi cỏc bộ điều chỉnh nhiệt độ nước làm mỏt (Coolant Conditioning System 553, Oil Conditioning System 554, Fuel Conditioning 753). Cỏc tớn hiệu về nhiệt độ (nước, dầu, nhiờn liệu, khớ nạp, khớ xả) và ỏp suất (dầu bụi trơn, nhiờn liệu, mụi trường) được thu nhận từ cỏc cảm biến gắn trờn cỏc đường ống dẫn và đưa về cỏc FEM (Front-End Module) để chuyển đổi sang tớn hiệu số và đưa về mỏy tớnh xử lý. Vị trớ cung cấp nhiờn liệu được điều khiển bởi bộ kộo ga (Throttle Actuator) THA100. Lượng tiờu hao nhiờn liệu được xỏc định theo phương phỏp khối lượng qua cõn nhiờn liệu AVL Fuel Balance 733. Cỏc chế độ làm việc của động cơ và cỏc dữ liệu đo được điều khiển, thu nhận và xử lý bởi cỏc phần mềm EMCON và PUMA.
3.2.2. Cõn nhiờn liệu AVL Fuel Balance 733S.
Fuel Balance 733S cú chức năng đo lượng nhiờn liệu tiờu thụ cung cấp cho động cơ bằng cỏch cõn lượng nhiờn liệu trong bỡnh chứa (đo theo kiểu khối lượng).
Fuel Balance 733S dựng cảm biến đo lưu lượng để xỏc định lượng tiờu thụ nhiờn liệu. Yờu cầu cảm biến phản ứng với tốc độ nhanh và độ nhạy cao. Nguyờn lý hoạt động của cõn nhiờn liệu được trỡnh bày trong hỡnh 3.3.
Hỡnh 3.3. Sơ đồ nguyờn lý cõn nhiờn liệu AVL Fuel Balance 733S
3.2.3. Thiết bị phõn tớch thành phần khớ thải CEB II.
Hỡnh 3.5. Hệ thống phõn tớch khớ thải CEB II Khí dùng để Span và n hiên liệu dùng cho các b ộ p hân tí ch Rãnh thoát n-ớc Khí nén vào MAX. 200° C (HEATED SAMPLE LINE) MIN. 190° C DIESEL, 12 0°C GAS OLIN E Khí thả i vào bộ phân tích SEE DR AWING No.: 109-99A 3 230 VAC ; 5 0/60 H z
Nguồn điện vào
Truyền tín hiệu nhiệt độ đến bộ PLC
MAX. 200° C (HEATED SAMPLE LINE) Khí thả i vào bộ phân tích SEE DR AWING No.: 109-99A 3 MIN. 190° C DIESEL, 12 0°C GAS OLIN E 230 VAC ; 5 0/60 H z Van đóng mở Khí thả i từ CVS cộng pha l oãn g Đ-ờng làm nóng khí thả i ống thông hơi Khí thả i từ CVS Đ-ờng khí thải có bộ làm nóng Truyền tín hiệu nhiệt độ đến bộ PLC
Bộ lọc và làm nóng Bộ lọc và làm nóng
Điện áp vào 400VAC-50HZ
Đ-ờng làm nóng khí thải
ỉ6mm ốngTEFLON (Hoặc ống thép không rỉ) Đ-ờng khí thải có bộ làm nóng
Hỡnh 3.6. Hệ thống phõn tớch khớ thải CEB II Khí dùng để Span và nhiên liệu dù ng cho các bộ phân t ích ống thông hơi Bộ lọc và làm nóng
Điện áp vào 400VAC-50Hz
ống TEFLON (hoặc ống thép không rỉ) Đ-ờng khí thải có bộ làm nóng
Rãnh thoát n-ớc
Đ-ờng khí thải có làm nóng Nguồn khí nén vào
MAX. 200°
C (HEATED SAMPLE LIN
E) MIN. 190° C DIESEL, 120° C GASO LI NE Khí thải vo à bộ phân t ích
SEE DRAWING No.: 109-99A3
230VAC; 50/60 H
z
Nguồn điện vào
Truyền tín hiệu nhiệt độ đến bộ PLC
Đ-ờng khí cần phân tích từ hệ thống CVS đến Van đóng mở khí
Cỏc thành phần CO, CO2, NO, NOx, HC cú trong khớ thải động cơ được xỏc định thụng qua thiết bị đo khớ thải CEB II như chỉ ra ở hỡnh 3.4. Mỗi bộ phõn tớch được chia thành nhiều dải đo, tuỳ vào hàm lượng thực tế cỏc chất cú trong khớ thải mà bộ phõn tớch sẽ tự chọn dải đo phự hợp. Để đảm bảo độ chớnh xỏc của phộp đo, cỏc bộ phõn tớch được hiệu chuẩn trước khi đo bởi chất khớ hiệu chuẩn ứng với từng dải đo.
3.2.3.1. Bộ phõn tớch CO, CO2.
Hỡnh 3.7. thể hiện nguyờn lý làm việc của bộ phõn tớch CO, CO2.
Hỡnh 3.7. Sơ đồ cấu tạo của bộ phõn tớch CO, CO2.
Dụng cụ để phõn tớch là một thiết bị đo bằng tia hồng ngoại, bao gồm: 1. Một 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 chắn bằng một màng cao su. 6. Thiết bị đo độ vừng của màn.
7. Buồng chứa khớ mẫu
8. Buồng chứa khớ CO được ngăn chắn bằng một màng cao su.
* Nguyờn lý hoạt động: CO hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở bước súng khoảng 4,7àm vỡ thế sự cú mặt và nồng độ 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, khớ mẫu được đưa vào buồng (4), sau đú cho đốt đốn hồng ngoại (1). Tia hồng ngoại đi qua buồng (4) và buồng (7), do buồng (4) cú CO nờn một phần tia hồng ngoại bị hấp thụ, cũn buồng (7) chỉ cú chứa N2 vỡ vậy tia hồng ngoại đi qua hoàn toàn. Để lượng hồng ngoại đi qua hai buồng là như nhau đĩa (3) được điều khiển quay, trờn đĩa (3) cú xẻ cỏc rónh sao cho thời gian cho tia hồng ngoại qua rónh trong và rónh ngoài là bằng nhau. Sau khi đi qua hai buồng (4) và (7) , tia hồng ngoại tới buồng (5) và buồng (8). Trong hai buồng này cú chứa toàn CO, lỳc này tia hồng ngoại sẽ bị hấp thụ hoàn toàn bởi CO và làm tăng nhiệt độ của khối khớ trong buồng (5) và buồng (8) , tương ứng vơi sự tăng nhiệt độ là sự tăng ỏp suất. Hai buụng (5) và (8) được ngăn cỏch với nhau bằng một màng cao su. Trong hai chựm tia hồng ngoại thỡ 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 bồng (8) do đú cú sự chờnh lệch ỏp suất giữa hai buồng. Sự chờnh lệch ỏp suất này làm cho màng cao su bị cong, tiến hành đo độ cong cú thể tớnh được độ chờnh lệch ỏp suất. Qua tớnh toỏn chờnh ỏp suất sẽ biết được lượng CO đó hấp thu tia hồng ngoại. Lượng CO chớnh là lượng CO cú trong khớ xả.
3.2.3.2. Bộ phõn tớch HC.
Hệ thống đo thành phần HC dựa trờn hiện tượng khớ hudrocacbon (CnHm) chỏy trong mụi trường đặc biệt sẽ tạo ra cỏc ion. Đo lượng ion qua đú cú thể xỏc định được lượng HC.
Hệ thống đo HC cú sơ đồ nguyờn lý như hỡnh 3.8. Bao gồm cỏc thành phần sau:
Hệ thống cú ba đường dẫn khớ vào: Khớ mẫu, khớ chỏy (hỗn hợp H/He), khớ tạo mụi trường chỏy.Một buồng phản ứng cú gắn cảm biến nhiệt độ, một bộ đỏnh lửa để sinh ra tia lửa mồi, một cặp cực điện được nối với một bộ khuếch đại và một bộ đo điện ỏp, một bộ cảm biến nhiệt độ PT100, một bộ bơm khớ nộn tạo độ chõn khụng để hỳt khớ chỏy ra.
Hỡnh 3.8. Sơ đồ nguyờn lý hệ thống đo HC.
* Nguyờn lý làm việc: Khi mẫu cần đo được đưa vào hệ thống với ỏp suất 580mbar và lưu lượng 1500 l/h. Được hũa trộn với khớ chỏy (hỗn hợp H2/He) được đưa vào ở đường ống thứ hai. Khớ chỏy cú ỏp suất là 1050mbar, cú lưu lượng 30 l/h. Khớ mẫu và khớ chỏy được trộn với nhau và đưa vào buồng chỏy với ỏp suất 680mbar. Trong buồng phản ứng hỗn hợp khớ (20%O2, 80%N2) được bơm 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 bẻ góy thành cỏc ion.
Cỏc ion sinh ra trong mụi trường cú từ trường của cặp điện cực, sẽ bị hỳt về hai bản cực và tạo thành dũng điện trong mạch. Dũng điện được khuếch đại khi đi qua bộ khuếch đại và được đưa tới bộ đo điện ỏp.
Nhiên liệu dùng để đốt cháy H /He ( p 1050 mbar)
Khí mẫu chứa HC áp suất vào 680 mbar
Bộ khuếch đại
Khí tạo môi truờng cháy (Symthetic Air) 190 Khí nén áp suất ra chính xác 580 mbar Đo điện áp Cảm biến nhiệt độ PT-100
Khớ chỏy được hỳt ra nhờ độ chõn khụng ở đầu ra. Độ chõn khụng này được sinh ra do luồng khớ nộn thổi qua tại miệng hỳt.
Dựa vào cường độ dũng điện sinh ra cú thể đỏnh giỏ được lượng HC cú trong khớ mẫu.
Khi đo lượng HC cú trong khớ xả động cơ, cỏc điều kiện đo rất được chỳ ý. Áp suất đầu vào phải đảm bảo chớnh xỏc, lưu lượng phải vừa đủ cú như vậy thỡ quỏ trỡnh đo mới đỳng. Hệ thống sẽ đỏnh lửa 10 lần, trong 10 lần đú mà cỏc điều kiện khụng đảm bảo thỡ hệ thống sẽ khụng đo được. Sau 10 lần đỏnh lửa mà khụng đo được thỡ hệ thống sẽ dừng lại và yờu cầu cú sự kiểm tra sửa chữa.
3.2.3.3. Bộ phõn tớch NOx.
* Cấu tạo của hệ thống đo NOx
Dụng cụ đo là thiết bị xỏc định cường độ ỏnh sỏng, bao gồm: Khớ ụ zụn được sinh ra nhờ một thiết bị tạo ụ zụn trong khụng khớ. Bộ phận chuyển đổi NO2 thành NO.
Buồng phản ứng đo NOx cú cỏc đường dẫn khớ ụ zụn và khớ mẫu. Buồng phản ứng đo NO cú cỏc đường dẫn khớ ụ zụn và khớ mẫu. Bộ phõn hủy ụ zụn trước khi đưa ra ngoài mụi trường.
Hỡnh 3.9. Sơ đồ cấu tạo của bộ phõn tớch NOx.
* Nguyờn lý hoạt động: Thiết bị hoạt động dựa và hiện tượng khớ quang húa để xỏc định hàm lượng NO và NOx. Thực chất phương phỏp này là đo cường độ ỏnh sỏng do cỏc phần tử NO2 hoạt tớnh sinh ra. NO2 hoạt tớnh được tạo ra trong buồng phản ứng qua phản ứng sau.
NO + O3 = NO2* + O2
Khụng khớ được đưa vào một đường và được chia qua bộ tạo ụ zụn, O2 trong khụng khớ được tạo thành O3 nhờ tia lửa điện và được đưa đến buồng phản ứng.
Để đo lượng NO cú trong khớ xả, khớ xả được đưa trực tiếp vào buồng phản ứng. Trong buồng phản ứng cú O2 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 chuyển về NO2 khụng hoạt tớnh bằng cỏch phúng đi một phần năng lượng dưới dạng tia sỏng. Đo cường độ tia sỏng thu được và dựa vào đú để xỏc định lượng NO phản ứng. Từ lượng NO phản ứng cú thể tớnh ra lượng NO cú trong khớ xả mẫu.
Để NOx cú trong khớ xả mẫu, cho tất cả khớ xả mẫu đi qua một bộ chuyển đổi từ NO2 thành NO. Phần lớn NO2 chuyển đổi thành NO, sau đú tất cả khớ xả đó qua chuyển đổi được đưa tới buồng phản ứng. Tương tự như 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 cú năng lượng cao sẽ chuyển về mước năng lượng thấp và phỏt ra ỏnh sỏng, căn cứ vào cường độ ỏnh sỏng thu được ta tớnh ra được lượng NOx cú trong khớ xả. Trong tất cả cỏc phản ứng bộ phõn tớch NO và NOx đều xẩy ra với hiệu suất nhất định. Do đú để biết được chớnh xỏc lượng chất NO và NOx cú trong khớ xả ta phải xỏc định được hiệu suất của phản ứng. Muốn vậy ta phải biết được lượng chất tham gia phản ứng. Chớnh vỡ vậy trong hệ thống CEB II cú một bộ phận đo hiệu suất phản ứng tạo O3 và hiệu suất phản ứng tạo NO.
3.2.3.4. Hệ thống đo O2.
Hỡnh 3.10. thể hiện sơ đồ cấu tạo của hệ thống đo O2. Dụng cụ đo bao gồm cỏc chi tiết.
1. Một bộ nam chõm vĩnh cửu.
2. Một con lắc cú thể quay trong mặt phẳng nằm ngang được đặt trong từ trường của nam chõm. Giữa con lắc cú gắn một tấm gương phản chiếu tia sỏng
3. Một màn hứng tia sỏng từ màn. 4. Một đốn photodiot.
5. Một bộ nhận lệnh từ bộ xử lý và điều khiển gương. 6. Một bộ xử lý tớn hiệu.
7. Một bộ chuyển đổi tớn hiệu điện thành tớn hiệu số. 8. Một bộ đỏnh giỏ so sỏnh sự sai lệch của hai màn chắn.
Bộ phận đo O2 dựa trờn nguyờn tắc: Khi cho một luồng khớ O2 đi vào trong từ trường của một nam chõm thỡ cỏc phần tử O2 và cỏc hạt bụi sắt sẽ bị hỳt vào trong cũn cỏc phõn tử nước sẽ bị đẩy ra ngoài.
Ban đầu cho một luồng khớ cú chứa O2 đi vào dọc theo chiều của nam chõm. Cỏc phõn tử O2 sẽ bị hỳt vào giữa từ trường, sự di chuyển đú tạo ra một dũng khớ. Tại giữa của từ trường cú một con lắc, dưới tỏc dụng của dũng O2, con lắc chịu một lực tỏc dụng làm cho lệch đi một gúc nào đú.
Khi cú dũng khớ đi vào từ trường, thỡ đốn photodiot cũng được phỏt động, nú tạo ra một tia sỏng chiếu đến tõm gương gắn trờn con lắc, tia sỏng sẽ bị phản chiếu lại thành hai tia và bị chắn bởi màn chắn. Màn chắn cũng là một photodiot, nú cho dũng điện đi qua nhiều hay ớt tựy thuộc vào cường độ ỏnh sỏng chiếu đến. Do tấm gương bị lệch vỡ thế hai tia sỏng tới màn chắn là khỏc nhau, từ đú dũng điện đi qua cũng khỏc nhau.
Dũng điện đi qua hai màn chắn được đưa đến bộ so sỏnh. Bộ so sỏnh đỏnh giỏ hai dũng điện và đưa ra một giỏ trị điện gửi tới bộ chuyển đổi. Tại bộ chuyển đổi này giỏ trị điện sẽ chuyển thành tớn hiệu số và đưa tới bộ phõn tớch.
Bộ phõn tớch nhận tớn hiệu và phõn tớch đỏnh giỏ, đưa ra cỏc chỉ thị gửi tới bộ phận chấp hành tỏc dụng một lực điều khiển tấm gương.
Tấm gương được điều khiển cho tới khi hai tia sỏng cú cường độ như nhau, thỡ khi đú cỏc bộ phận mới thụi khụng điều chỉnh, bộ phận chấp hành giữ nguyờn lực tỏc dụng. Đo lực tỏc dụng, qua đú cú thể phõn tớch đỏnh giỏ ra giỏ trị của lượng O2 cú trong luồng khớ thổi vào.
Hỡnh 3.10. Sơ đồ cấu tạo hệ thống đo O2.
3.2.4. Bộ lấy mẫu chất thải dạng hạt (Smart Sampler).
Hỡnh 3.11. Hệ thống lấy mẫu chất thải dạng hạt Smart Sampler
Bộ lấy mẫu chất thải dạng hạt được chỉ ra như ở hỡnh 3.11. Đõy là hệ thống lấy mẫu chất thải dạng hạt theo tiờu chuẩn Chõu Âu. Khớ thải động cơ được trớch một phần nhỏ pha loóng với khụng khớ sạch trong ống pha loóng. Khớ pha loóng sau
đú đi qua cỏc giấy lọc và cỏc chất thải dạng hạt được giữ lại. Hàm lượng hạt được xỏc định bằng độ tăng khối lượng của giấy lọc trước và sau khi đo.
3.3. Nhiờn liệu thử nghiệm.
Thử nghiệm nhiờn liệu ED5 khụng cú phụ gia và cú phụ gia VPI-D. Trờn động cơ diesel với băng thử động lực cao ETB nhằm mục đớch đỏnh giỏ ảnh hưởng của việc sử dụng phụ gia cho nhiờn liệu ED5 đến tớnh năng cụng suất, suất tiờu hao nhiờn liệu, dầu bụi trơn, và mức phỏt thải của động cơ diesel theo phương phỏp đối chứng và trờn cơ sở quỏ trỡnh chạy ổn định 100h động cơ trờn băng thử.