1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
2.3.4. Đặc tính tiêu hao nhiên liệu củađộng cơ Diesel
Đặc tính tiêu hao nhiên liệu biểu thị sự phụ thuộc của chi phí nhiên liệu GT và chi phí nhiên liệu riêng ge vào tần số quay của động cơ. Thông th−ờng các đ−ờng đặc tính của động cơ đ−ợc xây
dựng bằng thực nghiệm trên băng thử. Các đ−ờng đặc tính tiêu hao nhiên liệu đ−ợc biểu diễn chung với đặc tính công suất Ne và đặc tính mô men quay của động cơ Me (hình 2.17)
Hình 2.17. Các đ−ờng đặc tính tốc độ ngoài của độ Diesel.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….51
Đặc tính GT và ge để đánh giá tính tiết kiệm của động cơ khi làm việc ở các chế độ tốc độ khác nhau.
Chi phí nhiên liệu GT khi tay th−ớc nhiên liệu không đổi phụ thuộc chủ yếu vào tần số quay cũng nh− hệ số nạp. Do đó tăng n, GT tăng gần nh− đ−ờng thẳng lúc đầu và sau đó có ảnh h−ởng của hệ số nạp mức độ tăng GT giảm đi. Chi phí nhiên liệu riêng ge đ−ợc xác định trên cơ sở tính toán nhiệt ở các chế độ tốc độ khác nhau, chúng ta tính theo công thức thực nghiệm.
Đối với động cơ diesel
- một buồng đốt: ge = geN + − 2 55 , 1 55 , 1 N N n n n n - buồng đốt tr−ớc: ge = geN + − 2 2 , 1 2 , 1 N N n n n n - buồng xoáy: ge = geN + − 2 35 , 1 35 , 1 N N n n n n
Sự phụ thuộc của chi phí nhiên liệu giờ vào tần số quay khi động cơ không có tải đ−ợc gọi là đặc tính chạy không, dùng để phân tích tính tiết kiệm khi chạy không. Điểm ban đầu của đặc tính đ−ợc lấy khi tay th−ớc nhiên liệu ở vị trí đảm bảo tần số quay ổn định nhỏ nhất khi chạy không, sau đó dịch chuyển thanh răng, tăng tần số quay không có tải và đo chi phí nhiên liệu. 2.3.4. Xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu theo ph−ơng pháp gia tốc.
Để xây dựng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ nh− đặc tính trên hình 2.17, thì một công việc hết sức cần thiết là chúng ta phải tháo động cơ ra để đ−a lên băng thử tại các trạm sửa chữa, bảo d−ỡng cố định. Điều này không phù hợp với công tác chẩn đoán, nhất là chẩn đoán d1 ngoại. Trong phần này chúng tôi đ−a ra ph−ơng pháp xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu trong quá
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….52
trình tăng tốc tự do của động cơ theo ph−ơng pháp thử gia tốc. Đây là ph−ơng pháp thử rất thuận lợi trong việc chẩn đoán cho các động cơ d1 ngoại.
* Tr−ờng hợp có thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu (GT).
Để xây dựng đ−ờng đặc tính tiêu hao nhiên liệu theo ph−ơng pháp gia tốc ta phải đo đồng thời và trực tiếp hai thông số chi phí nhiên liệu GT và tần số quay của động cơ n khi thực hiện tăng tốc động cơ. Sau khi đ1 thu đ−ợc kết quả của GT = f(t) và n = f(t), ta có thể sử dụng các thuật toán tích hợp trong phần mềm DASYLAB để chuyển đồ thị về biểu diễn d−ới dạng GT = f(n).
* Tr−ờng hợp không có thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu (GT).
Trong tr−ờng hợp không có thiết bị để đo suất tiêu hao nhiên liệu GT thì chúng ta có thể xây dựng đ−ờng đặc tính bằng cách: Xác định đặc tính tiêu hao nhiên liệu từ đ−ờng đặc tính bơm nhiên liệu và đo hành trình của tay th−ớc nhiên liệu trong quá trình gia tốc h = f(t). Từ đ−ờng đặc tính ∆g=f(n),
g
∆ =f(h) và h = f(t) ta có thể tính đ−ợc GT = f(t) kết hợp với n = f(t) rồi chuyển đồ thị sang biểu diễn d−ới dạng GT = f(n) t−ơng tự nh− tr−ờng hợp trên.
2.4. ảnh h−ởng của khe hở lắp ghép cặp piston - xylanh bơm đến quá trình cung cấp nhiên liệu [12]. bơm đến quá trình cung cấp nhiên liệu [12].
Một trong những h− hỏng th−ờng gặp nhất trong hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ Diesel là hao mòn cặp lắp ghép piston - xilanh bơm cao áp, dẫn đến tăng khe hở h−ớng kính và tăng lọt nhiên liệu qua khe hở này. Quá trình lọt nhiên liệu có thể xảy ra rất mạnh ngay trong quá trình tăng áp suất tr−ớc khi mở van áp suất. Tuỳ thuộc vào chế độ tốc độ và tải trọng của động cơ cũng nh− trị số của khe hở mà quá trình tăng áp suất có thể kéo dài, làm trễ pha cung cấp, giảm l−ợng cung cấp, thậm trí có thể không đủ áp suất để mở van áp suất, khi khởi động động cơ.
Để nhận biết tính chất lọt nhiên liệu, tính chất tăng áp suất phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống và chế độ làm việc của động cơ, tác giả [12] đ1 tiến hành phân tích quá trình dựa trên một mô hình mô phỏng hoạt động của hệ
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….53
thống cung cấp nhiên liệu trong giai đoạn nén nhiên liệu tr−ớc khi mở van áp suất (Hình 2.18).
Hình 2.18. Mô hình mô phỏng quá trình nén và lọt nhiên liệu tr−ớc khi mở van áp suất.
Trong đó: Q - L−u l−ợng; A – Tiết diện; S – Hành trình; s’ – Vận tốc; d - Đ−ờng kính piston; δ - Khe hở; *Các thông số: p - áp suất; p’ – Quá trình thay đổi áp suất; V – Thể tích; β – Hệ số nén của chất lỏng; η - Độ nhớt động lực học; *Các chỉ số: p - Đối với bơm; o – Giá trị ban đầu; s – Tích luỹ; L – Khi có lọt
* Khảo sát các quá trình nén và lọt nhiên liệu thông qua mô hình.
Qua việc khảo sát quá trình nén và lọt nhiên liệu với số liệu kỹ thuật của bơm YTH-5 trên động cơ D240 ta thu đ−ợc một số kết quả nh− sau.
- Khi giá trị khe hở của cặp piston - xilanh δ không thay đổi. Với tần số quay động cơ càng nhỏ thì l−ợng nhiên liệu lọt càng tăng và thời gian đạt đến áp suất mở vòi phun càng kéo dài.
- Với một giá trị tần số quay không thay đổi khi tăng khe hở δ làm tăng thời gian đạt đến áp suất mở vòi phun do đó có thể dẫn đến tăng mạnh quá trình lọt nhiên liệu và giảm góc phun sớm (Hình 2.19).
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….54 Hình 2.19. ảnh h−ởng của khe hở cặp piston - xylanh bơm đến quá
trình tăng áp suất
- Hành trình hữu ích của piston bơm (phụ thuộc vào hành trình tay th−ớc h) càng nhỏ thì l−ợng nhiên liệu bị lọt càng tăng và thời gian đạt đến áp suất mở vòi phun càng kéo dài. Đồng thời còn có thể dẫn đến nguy cơ không mở đ−ợc vòi phun trong quá trình khởi động với tần số quay nhỏ nếu khe hở
δ đạt đến một giá trị nào đó (Hình 2.20)
Hình 2.20. ảnh h−ởng của vận tốc góc trục bơm đến quá trình nén và lọt dòng nhiên liệu.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….55
Kết quả khảo sát có thể dùng để làm cơ sở phân tích chẩn đoán hao mòn cặp piston – xylanh bơm thông qua đặc tính tiêu hao nhiên liệu. Khi khe hở δ tăng làm giảm l−ợng cung cấp trong một chu trình do đó làm giảm chi phí nhiên liệu giờ GT ở mọi chế độ tần số quay, tuy nhiên ở tần số quay động cơ càng nhỏ càng tăng lọt nhiên liệu nên chi phí nhiên liệu giờ GT sẽ giảm mạnh ở vùng tần số quay thấp. Ngoài ra khi tăng khe hở δ còn làm giảm góc phun sớm do phải tăng thời gian nén để đạt áp suất mở vòi phun, điều này có thể dẫn đến làm xấu quá trình cháy, giảm công suất động cơ.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….56 3. Nghiên cứu thực nghiệm.
3.1. Xây dựng các đ−ờng đặc tính của bơm nhiên liệu động cơ D240. động cơ D240.
3.1.1. Mục đích.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về bơm cao áp YTH-5 trên động cơ D240: cấu trúc, hoạt động, đặc tính cung cấp nhiên liệu và điều chỉnh tự động trên động cơ. Nhằm mục đích làm cơ sở cho việc xây dựng và phân tích đ−ờng đặc tính cung cấp nhiên liệu của bơm cao áp nói chung.
- Đo thực nghiệm để kiểm tra l−ợng cấp nhiên liệu của loại bơm này trên băng thử của Bosch, vẽ đ−ợc các đ−ờng đặc tính cung cấp nhiên liệu ở các vị trí tay th−ớc và tần số quay trục cam khác nhau từ đó đánh giá đ−ợc khái quát các đ−ờng đặc tính xây dựng đ−ợc so với cơ sở lý thuyết.
- Căn cứ vào các đ−ờng đặc tính xây dựng đ−ợc, phân tích tổng hợp và đánh giá các trạng thái thông số kỹ thuật để phục vụ cho mục đích chẩn đoán. 3.1.2. Ph−ơng pháp tiến hành thực nghiệm.
Tháo rời bơm cao áp YTH-5 ra khỏi động cơ và lắp bơm trên băng thử của Bosch (hình 3.1) để đo l−ợng nhiên liệu t−ơng ứng với các chế độ khác nhau. L−ợng nhiên liệu đ−ợc đo ở 100 lần phun. Sau khi đ1 xác định đ−ợc l−ợng nhiên liệu ta sẽ xây dựng đ−ợc các đ−ờng đặc tính nhờ phần mềm Excel.
Đặc tính tốc độ ∆g= f(n) của bơm cao áp YTH-5 đ−ợc lấy khi cố định tay th−ớc nhiên liệu ở các vị trí hmax, h70%, h50%, h30% và hmin mà không có sự tác động của bộ điều tốc. L−ợng nhiên liệu đo đ−ợc khi thay đổi tần số quay của trục bơm tại các vị trí tay th−ớc cố định này cho ta một họ các đ−ờng đặc tính. Giá trị l−ợng cung cấp khi tay th−ớc ở hmax t−ơng ứng với l−ợng cung cấp cực đại tại mỗi giá trị tần số quay. Các giá trị còn lại của đ−ờng đặc tính cho
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….57
biết thêm thông tin về l−ợng cung cấp nhiên liệu phụ thuộc tần số quay ở các vị trí tay th−ớc khác nhau.
Hình 3.1. Kết nối bơm cao áp với thiết bị thí nghiệm.
Đặc tính ∆g= f(h) của bơm cao áp YTH-5 đ−ợc lấy khi giữ tần số quay trục bơm ở một số giá trị không đổi và thay đổi các vị trí của tay th−ớc nhiên liệu. L−ợng nhiên liệu đo đ−ợc sẽ cho ta các đ−ờng đặc tính. Đặc tính này cho biết thông tin về quan hệ giữa l−ợng cung cấp ở vị trí tay th−ớc có nghĩa là t−ơng ứng với góc xoay của piston bơm.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….58
Đặc tính tự điều chỉnh (đặc tính điều tốc) của bơm YTH-5 đ−ợc xây dựng khi kết nối tác động của bộ điều tốc. L−ợng nhiên liệu đo đ−ợc khi cố định tay th−ớc nhiên liệu và thay đổi tần số quay của trục cam. Đ−ờng đặc tính thể hiện đầy đủ l−ợng cung cấp tại các chế độ điều chỉnh, theo đặc tính ngoài đặc tính trung gian và các vùng điều chỉnh của bộ điều tốc, hai chế độ chạy không cực đại và cực tiểu, chế độ kết thúc điều chỉnh, chế độ hiệu chỉnh quá tải và chế độ khởi động.
3.1.3. Kết quả quá trình thực nghiệm.
Sau khi tiến hành kết nối bơm với thiết bị thí nghiệm ta tiến hành đo l−ợng nhiên liệu cung cấp để xây dựng các đ−ờng đặc tính. Ph−ơng pháp tiến hành xây dựng đ1 đ−ợc trình bày cụ thể ở phần trên.
* Xây dựng đ−ờng đặc tính ∆g= f(n) khi tay th−ớc ở các vị trí khác nhau.
Kết quả thí nghiệm đ−ợc trình bày trong bảng 1.
Bảng 1. L−ợng nhiên liệu t−ơng ứng với số vòng quay khi tay th−ớc ở vị trí max, 70%, 50%, 30%, min đo ở 100 lần phun.
nb (v/p) ∆g(cm3) hmax ) (cm3 g ∆ h70% ) (cm3 g ∆ h50% ) (cm3 g ∆ h30% ) (cm3 g ∆ hmin 100 22.1 17 11.7 6.4 1.8 200 22.5 17.7 12.1 7 2.2 300 22.8 18.2 12.6 7.4 2.7 400 23.1 18.7 13.1 7.9 3.2 500 23.4 19 13.4 8.1 3.5 600 23.6 19.3 13.6 8.3 3.9 700 23.9 19.6 13.8 8.5 4.2 800 24.2 19.8 13.8 8.7 4.4 900 24.4 19.9 13.8 8.8 4.6 1000 24.6 19.8 13.8 8.9 4.6 1100 24.5 19.6 13.7 8.8 4.5
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….59 ∆g(cm3)
Đồ thị đ−ờng đặc tính tốc độ của bơm nghiên cứu đ−ợc trình bày trên hình 3.2
Hình 3.2. Đồ thị đặc tính tốc độ ∆g= f(n) khi tay th−ớc ở các vị trí khác nhau.
Kết quả thực nghiệm biểu diễn đồ thị đặc tính tốc độ ∆g= f(n) khi ch−a có sự can thiệp của bộ điều tốc:
- Vị trí tay th−ớc cực đại:
Khi nb = 100 vòng/phút t−ơng ứng với l−ợng nhiên liệu là 22.1 cm3. Khi nb = 600 vòng/phút t−ơng ứng với l−ợng nhiên liệu là 23.6 cm3. Khi nb = 1100 vòng/phút t−ơng ứng với l−ợng nhiên liệu là 24.5 cm3. - Vị trí tay th−ớc cực tiểu:
Khi nb = 100 vòng/phút t−ơng ứng với l−ợng nhiên liệu là 1.8 cm3. Khi nb = 600 vòng/phút t−ơng ứng với l−ợng nhiên liệu là 3.9 cm3. Khi nb = 1100 vòng/phút t−ơng ứng với l−ợng nhiên liệu là 4.5 cm3. - Vị trí tay th−ớc 70%: nb(v/p) 0 5 10 15 20 25 30 200 400 600 800 1000 1200 0 50% Max 70% 30% Min
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….60
Khi nb = 600 vòng/phút t−ơng ứng với l−ợng nhiên liệu là 19.3 cm3. - Vị trí tay th−ớc 50%:
Khi nb = 600 vòng/phút t−ơng ứng với l−ợng nhiên liệu là 13.6 cm3. - Vị trí tay th−ớc 30%:
Khi nb = 600 vòng/phút t−ơng ứng với l−ợng nhiên liệu là 8.3 cm3. Nh− vậy khi hành trình tay th−ớc thay đổi nó sẽ làm xoay t−ơng đối piston trong xylanh bơm do đó làm thay đổi hành trình hữu ích của piston dẫn đến thay đổi l−ợng cung cấp nhiên liệu trong một chu trình (∆g)
Trong tất cả các vị trí hành trình tay th−ớc, l−ợng cung cấp nhiên liệu trong một chu trình ∆g giảm khi tần số quay trục bơm giảm. Điều này đ−ợc giải thích rằng khi tần số quay trục bơm giảm, vận tốc piston cũng giảm theo làm tăng thời gian thực hiện một hành trình hữu ích do đó làm tăng l−ợng nhiên liệu lọt qua khe hở lắp ghép giữa piston và xylanh bơm.
* Xây dựng đ−ờng đặc tính ∆g= f(h) tại các tần số quay khác nhau.
Kết quả thí nghiệm đ−ợc trình bày trong bảng 2.
Bảng 2. L−ợng nhiên liệu t−ơng ứng với vị trí tay th−ớc ở các số vòng quay nb = 400, 600, 800,1000 v/p ở 100 lần phun vị trí tay th−ớc (mm) ) (cm3 g ∆ (nb = 400 v/p) ) (cm3 g ∆ (nb = 600 v/p) ) (cm3 g ∆ (nb = 800 v/p) ) (cm3 g ∆ (nb = 1000 v/p) 14 0 0 0 0 16 3.5 4 4.3 4.7 18 7.0 7.5 8.05 8.5 20 10.5 11.1 11.6 12.1 22 13.7 14.4 15 15.5 24 17.3 18.2 18.7 19.3 26 20.8 21.6 22.3 22.8 28 24.2 25 25.8 26.4
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….61 0 4 8 12 16 20 24 28 32 14 16 18 20 22 24 26 28 30 ∆g(cm3)
Đồ thị đặc tính vị trí tay th−ớc nhiên liệu của bơm nghiên cứu đ−ợc trình bày trên hình 3.3
Hình 3.3. Đồ thị đặc tính ∆g= f(h) tại các tần số quay khác nhau.
nb1: Vòng quay của bơm ở 400 vòng/phút. nb2: Vòng quay của bơm ở 600 vòng/phút. nb3: Vòng quay của bơm ở 800 vòng/phút. nb4: Vòng quay của bơm ở 1000 vòng/phút.
Kết quả thực nghiệm xây dựng đồ thị đặc tính ∆g= f(h) tại các tần số quay khác nhau khi ch−a có sự can thiệp của bộ điều tốc:
- Tốc độ vòng quay 400 vòng/phút của trục cam bơm:
Hành trình tay th−ớc là 16 mm t−ơng ứng với l−ợng nhiên liệu cung cấp là 3.5 cm3.
Hành trình tay th−ớc là 22 mm t−ơng ứng với l−ợng nhiên liệu cung cấp