v. Bố cục của luận án
2.3.5. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của PC2GĐ đến QLCCNL
2.3.5.1. Ảnh hưởng của PC2GĐ đến sự dao động áp suất phun và diễn biến IR lần 2; mối quan hệ giữa DT và RDT
Do có sự dao động áp suất (trong ống rail và áp suất trong đường ống cao áp trước vòi phun) nên áp suất phun khi phun lần hai đã có sự thay đổi so với lần phun 1, sự thay đổi này phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai lần phun (hay khoảng cách giữa hai lần cấp điện). Vì vậy, diễn biến IR lần hai có sự thay đổi và như vậy thời điểm bắt đầu phun, kết thúc phun và lượng phun lần hai cũng có sự thay đổi nhất định. Hình 2.11 cho biết sự thay đổi IR lần 2 theo DT tương ứng ở các áp suất phun khác nhau, với tỉ lệ phun tính toán 50/50 về thể tích.
b) prail =1000 bar; tỉ lệ phun 50/50
c) prail =1400 bar; tỉ lệ phun 50/50
Hình 2.11. Sự thay đổi IR lần 2 theo DT ở prail = 600 bar; 1000 bar và 1400 bar; tỉ lệ phun 50/50
Trong PC2GĐ với hai lần phun, giai đoạn phun đầu tiên có thể được coi như quá trình phun của PC1GĐ, vì vậy diễn biến IR của lần một có thể coi là không thay đổi khi khảo sát trong cùng điều kiện ET1 và prail . Kết quả thực nghiệm trình bày trên Hình 2.11 cũng cho thấy sự ổn định về diễn biến IR của giai đoạn phun đầu tiên
trong các trường hợp khảo sát (sai số lớn nhất của giá trị IR lớn nhất của lần phun 1 là 2,5% với prail = 1400 bar; và nhỏ hơn 1,5% với các dải áp suất còn lại). Trong khi, diễn biến IR lần hai có sự thay đổi khá rõ rệt cả về hình dáng đường cong IR cũng như IR lớn nhất khi DT tăng dần từ 200 µs đến 1800 µs. Bỏ qua các trường hợp xung phun trùng nhau (như đã mô tả trong mục 1.2), sự thay đổi của diễn biến IR lần hai theo DT cũng có quy luật tăng giảm nhất định (đỉnh của đường diễn biến IR lần 2 dao động với biên độ phụ thuộc vào DT và áp suất phun).
Nguyên nhân của hiện tượng này là do xuất hiện dao động áp suất trong đường ống cao áp trước vòi phun gây ra bởi lần phun đầu tiên. Lần phun đầu tiên đã gây ra sụt áp trên đường ống cao áp trước vòi phun cũng như trong ống rail, để ổn định áp suất trong ống rail, van điều chỉnh lưu lượng RPCV trên BCA và van điều chỉnh áp suất PCV trên ống rail đồng thời làm việc, bổ sung thêm nhiên liệu, đồng thời phục hồi áp suất trong ống rail. Do đường kính đường ống cao áp nhỏ, sụt áp xảy ra trong đường ống cao áp ngay trước vòi phun là khá đáng kể (ví dụ Hình 2.12 cho thấy sự suy giảm áp suất trong đường ống cao áp trước vòi phun có thể lên tới hơn 200 bar ở chế độ prail = 1400 bar). Sự suy giảm rồi phục hồi áp suất nhiên liệu trong đường ống cao áp sau khi phun lần 1 đã tạo ra dao động áp suất trong đường ống cao áp trước vòi phun, dao động này làm thay đổi áp suất phun ban đầu đối với lần phun thứ hai, và vì vậy diễn biến IR lần 2 có sự thay đổi tương ứng.
Hình 2.12. Sự suy giảm áp suất trong đường ống cao áp trước vòi phun của lần phun 2 trong PC2GĐ ở chế độ prail = 1400 bar
Kết quả trên Hình 2.12 cũng cho thấy rằng, khi DT quá nhỏ, quá trình phun lần 1 còn chưa kết thúc (kim phun chưa đóng lại) thì quá trình phun lần 2 đã tiếp tục xảy ra (kim phun đã nâng lên lần 2). Hiện tượng này được gọi là hiện tượng trùng
xung phun (như đã nêu trong mục 1.2). Tùy theo độ lớn của ET1 và prail mà hiện tượng trùng xung phun có thể xảy ra với DT khác nhau. Khi xảy ra hiện tượng trùng xung phun, không tồn tại khoảng cách giữa hai lần phun, do vậy trong trường hợp này RDT là không xác định. Khi hai xung phun tách biệt nhau hoàn toàn nhưng chạm vào nhau, quy ước RDT = 0. Trong các trường hợp còn lại, mối quan hệ giữa DT và RDT được xác định theo công thức (1.2): RDT = DT + NOD2 – NOD1.
Bảng 2.14 cho biết kết quả xác định độ trễ của vòi phun CRI2.2 bằng thực nghiệm khi tiến hành PC2GĐ với nhiên liệu B0 ở áp suất 1400 bar, với các tỉ lệ phun khác nhau (giá trị độ trễ được xác định trục tiếp trên đồ thị liên hệ giữa xung điện điều khiển vòi phun và diễn biến IR với độ chính xác ± 3µs). Từ kết quả trên Bảng 2.14, thấy rằng:
- Độ trễ mở của giai đoạn phun đầu tiên là 270 µs (± 3µs), không đổi trong tất cả chế độ khảo sát (không phụ thuộc vào DT và tỉ lệ phun), độ trễ này tương ứng với độ trễ mở của PC1GĐ;
- Độ trễ đóng của giai đoạn phun đầu tiên là không đổi khi xét cùng tỉ lệ phun và có xu hướng tăng lên (lần lượt là 575 µs; 655 µs và 960 µs) khi tỉ lệ phun lần 1 tăng (tương ứng 30/70; 50/50 và 70/30). Nguyên nhân là với cùng tỉ lệ phun thì ET1 là không đổi, do đó NOD1 và NCD1 đều không đổi. Với tỉ lệ phun tăng dần theo tỉ lệ phun lần 1, ET1 cũng tăng dần nên NOD1 không đổi trong khi NCD1 thì tăng dần.
- Độ trễ mở của giai đoạn phun thứ 2 đã có sự dao động đáng kể, đặc biệt khi DT nhỏ. Chênh lệch giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của NOD2 với tỉ lệ phun 30/70 là 115 µs (khoảng 39,7%); 50/50 là 90 µs (khoảng 29,5%) và 70/30 là 115 µs (khoảng 41,8%). Nguyên nhân của hiện tượng này là do dao động áp suất nhiên liệu từ giai đoạn phun 1 đã tác động đến giai đoạn phun 2, sự tác động này không chỉ làm thay đổi giá trị áp suất nhiên liệu tĩnh (đặt vào cho lần phun 2) mà còn làm thay đổi chiều áp lực tác động vào hệ thống thủy lực của vòi phun ứng với giai đoạn thứ 2 (chiều tăng hoặc giảm của sóng áp suất). Từ đó làm thay đổi thời điểm nhiên liệu bắt đầu phun.
Bảng 2.14. Độ trễ của vòi phun CRI2.2 ở prail =1400 bar với nhiên liệu B0
DT 30/70 50/50 70/30
NOD1 NCD1 NOD2 NCD2 NOD1 NCD1 NOD2 NCD2 NOD1 NCD1 NOD2 NCD2
[µs] [µs] [µs] [µs] [µs] [µs] [µs] [µs] [µs] [µs] [µs] [µs] [µs]
200 x x x x x x x x x x x x
400 270 575 175 1110 x x x x x x x x
800 270 575 205 960 270 655 225 675 270 960 160 680 1000 270 575 235 970 270 655 265 665 270 960 270 600 1200 270 575 290 900 270 655 305 615 270 960 250 575 1400 270 575 285 905 270 655 265 630 270 960 215 580 1600 270 575 290 915 270 655 280 660 270 960 265 580 1800 270 575 280 945 270 655 295 640 270 960 275 565
x – ứng với các trường hợp 2 xung phun chưa tách rời nhau
Hình 2.13. Sự phụ thuộc của RDT theo DT ở các tỉ lệ phun khác nhau, tại prail = 1400 bar, nhiên liệu B0
Từ các giá trị NCD1 và NOD2 đã xác định được (như trong Bảng 2.14), tính được giá trị RDT theo DT và mối liên hệ giữa DT và RDT ở các tỉ lệ phun khác nhau với áp suất phun 1400 bar, nhiên liệu B0 được thể hiện trên Hình 2.13. Theo Hình 2.13, RDT luôn có giá trị nhỏ hơn DT (do độ trễ mở lần 2 luôn nhỏ hơn độ trễ đóng lần 1). Ở vùng DT càng nhỏ, hiện tượng trùng xung phun càng dễ xảy ra và phụ thuộc trực tiếp vào tỉ lệ phun. Kết quả trên Hình 2.13 cho thấy, với tỉ lệ phun 30/70 và 50/50, hiện tượng hai xung phun trùng nhau xảy ra với DT từ 0,2 ms đến 0,4 ms; với tỉ lệ phun 70/30, hiện tượng trùng xung phun xảy ra trong phạm vi DT rộng hơn từ 0,2 ms đến 0,8 ms. Ở vùng DT lớn ứng với RDT > 0 (hai xung phun đã tách nhau), DT càng lớn thì RDT càng lớn, mối quan hệ giữa DT và RDT khi này có thể coi là tuyến tính (Hình 2.13). 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 RD T , [ µ s] DT, [µs] RDT_30/70 RDT_50/50 RDT_70/30
2.3.5.2. Ảnh hưởng của PC2GĐ đến tổng lượng phun
Sự thay đổi diễn biến IR của lần 2 theo DT do tác động của lần phun 1 đã được trình bày ở phần trên. Do diễn biến IR bị thay đổi đã làm thay đổi lượng nhiên liệu phun lần 2, từ đó làm thay đổi tổng lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình. Khi thực hiện PC2GĐ (các xung phun tách biệt nhau), diễn biến IR lần 1 không thay đổi (như mô tả ở trên) nên lượng phun lần 1 không đổi, do đó, sự thay đổi lượng phun lần hai sẽ được đánh giá thông qua sự thay đổi của tổng lượng phun cấp cho một chu trình. Bên cạnh đó, do lượng phun lần 2 thay đổi dẫn đến sự thay đổi nhất định về tỉ lệ phun thực tế so với tỉ lệ phun tính toán (dùng để điều khiển quy luật cấp điện trong PCNGĐ), vì vậy nó ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả nghiên cứu về PC2GĐ. Đặc biệt ở vùng DT nhỏ, khi các xung phun có xu hướng tiến gần sát nhau và chồng lên nhau. Hình 2.14 cho biết diễn biến lượng phun theo thời gian khi khảo sát ở các tỉ lệ phun tính toán (30/70; 50/50; 70/30) tại áp suất 1400 bar. Hình 2.14 cho thấy, lượng phun của giai đoạn 1 gần như không thay đổi, trong khi lượng phun lần hai thay đổi theo DT, dẫn đến tổng lượng phun thay đổi và tỉ lệ phun thực tế có sự dao động nhất định xung quanh giá trị tỉ lệ phun tính toán. Lượng phun tăng rõ rệt khi DT nhỏ (ứng với hiện tượng xung phun trùng nhau), khi DT tăng lên, lượng phun có xu hướng ổn định quanh giá trị lượng phun tính toán. Điều này thể hiện trên Hình 2.15.
a) 30/70 b) 50/50 c) 70/30
Hình 2.14. Diễn biến lượng phun theo DT ở các tỉ lệ phun tính toán khác nhau với prail = 1400 bar, nhiên liệu B0
Theo Hình 2.15, khi tách PC1GĐ thành PC2GĐ, với các tỉ lệ phun khác nhau thì tổng lượng phun của PC2GĐ đã có sự thay đổi rõ rệt so với lượng phun khi PC1GĐ, sự thay đổi này tùy thuộc vào DT và tỉ lệ phun tính toán. Tuy nhiên, xu hướng chung có thể khẳng định rằng, ở vùng DT nhỏ, do xuất hiện hiện tượng trùng xung phun nên tổng lượng phun của PC2GĐ lớn hơn lượng phun của PC1GĐ trong cả tất cả trường hợp khảo sát. Thí dụ: Ở prail = 600 bar, tổng lượng phun của
PC2GĐ có thể cao hơn PC1GĐ là 15,92 mm3 (tương ứng 38,4%) tại DT = 200 µs, ứng với tỉ lệ phun 30/70, còn với tỉ lệ 50/50 là 22,76 mm3 (tương ứng 54,9%) và tỉ lệ 70/30 là 24,64 mm3 (tương ứng 59,4%).
a) prail = 600 bar
c) prail = 1400 bar
Hình 2.15. Sự thay đổi tổng lượng phun theo DT ở các dải áp suất phun khác nhau và tỉ lệ phun khác nhau
Ở vùng DT lớn, tổng lượng phun của PC2GĐ có giá trị dao động xung quanh lượng phun của PC1GĐ và sự dao động này có xu hướng giảm dần (Hình 2.15), do ảnh hưởng sóng áp suất lần phun 1 giảm đi khi giãn cách giữa hai lần phun tăng. Hình 2.15 cũng cho thấy, tại DT từ 0,8 ms trở đi, PC2GĐ đạt được sự ổn định rõ rệt về tổng lượng phun (so với lượng phun của PC1GĐ), điều này cũng phù hợp với khuyến cáo của nhà sản xuất là giãn cách tối thiểu giữa 2 lần phun với vòi phun CRI2.2 là 0,8 ms (Bảng 2.1). Tuy nhiên, nếu lượng phun nhỏ thì thời điểm đạt được sự ổn định có thể sớm hơn (Hình 2.15a đạt được tại DT = 0,6 ms).
Khi tổng lượng phun thay đổi (do lượng phun lần 2 thay đổi), tỉ lệ phun thực tế sẽ có sự sai khác so với tỉ lệ phun tính toán. Tổng lượng phun càng ổn định tới giá trị của phun một giai đoạn thì tỉ lệ phun thực tế càng đạt tới tỉ lệ phun tính toán. Kết quả đánh giá sự ảnh hưởng của DT đến tỉ lệ phun thực tế cho các dải áp suất từ 600 bar đến 1600 bar ứng với tổng lượng phun khác nhau và tỉ lệ phun khác nhau được trình bày trong Hình 2.16. Hình 2.16 cho thấy sự thay đổi rõ rệt tỉ lệ phun thực tế so với tỉ lệ phun tính toán theo DT, DT càng nhỏ sự thay đổi càng lớn. Mặt khác, sự thay đổi này còn phụ thuộc vào lượng phun ban đầu (tức là phụ thuộc vào tỉ lệ phun lần 1), lượng phun giai đoạn 1 càng nhỏ thì sự sai khác của tỉ lệ phun thực tế càng nhỏ.
Hình 2.16. Sự thay đổi tỉ lệ phun thực tế theo DT so với tỉ lệ phun tính toán
2.3.5.3. Ảnh hưởng của biodiesel đến quy luật phun khi PC2GĐ
Để đánh giá sự ảnh hưởng của thuộc tính nhiên liệu biodiesel đến quy luật phun khi sử dụng PC2GĐ. Thực nghiệm đã được tiến hành với 3 loại nhiên liệu B0, B40 và B100 với chế độ thực nghiệm như nhau. Chế độ thực nghiệm với B0, B40, B100 được tiến hành trong cùng điều kiện, dựa trên chế độ thử nghiệm đã xác định cho B0 như trong Bảng 2.10, các thông số điều khiển (ET1, ET2, prail,…) của B0 được sử dụng để điều khiển chế độ phun của B40 và B100.
Kết quả so sánh diễn biến IR theo DT cho nhiên liệu B0, B40 và B100 ở dải áp suất 1000 bar được trình bày trên Hình 2.17. Tương tự như kết quả so sánh B0, B40 và B100 khi PC1GĐ, trong trường hợp PC2GĐ, nhìn chung đường diễn biến IR ứng với B0, B40 và B100 cũng có sự phân biệt khá rõ ràng, đường diễn biến IR của B0 có xu hướng ở trên (cao hơn), còn B100 ở dưới và B40 ở giữa. Tuy nhiên sự khác nhau là khá nhỏ, các đường diễn biến IR bám rất sát nhau, cả về thời điểm bắt đầu phun, thời điểm kết thúc phun của hai giai đoạn phun, cũng như biên dạng đường diễn biến IR. Chênh lệch về thời điểm bắt đầu phun và thời điểm kết thúc phun với B0, B40 và B100 ở cả hai giai đoạn phun đều khá nhỏ, tuy nhiên biên độ chênh lệch của lần phun thứ 2 cao hơn so với lần phun 1 (chênh lệch thời điểm bắt đầu phun và thời điểm kết thúc phun lần phun 2 nhỏ hơn 15 µs, trong khi lần phun 1 là nhỏ hơn 10 µs). Mặt khác, qua sát trên Hình 2.17, đường diễn biến IR lần 2 với
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 V1 /(V 1 +V 2 ) DT, [µs] 600bar-800_30 / 70 600bar-800_50 / 50 600bar-800_70 / 30 600bar-1000_30 / 70 600bar-1000_50 / 50 600bar-1000_70 / 30 600bar-1200_30 / 70 600bar-1200_50 / 50 600bar-1200_70 / 30 1000bar-800_30 / 70 1000bar-800_50 / 50 1000bar-800_70 / 30 1000bar_1000_30 / 70 1000bar_1000_50 / 50 1000bar_1000_70 / 30 1000bar_1200_30 / 70 1000bar_1200_50 / 50 1000bar_1200_70 / 30 1400bar_800_30 / 70 1400bar_800_50 / 50 1400bar_800_70 / 30 1400bar_1000_30 / 70 1400bar_1000_50 / 50 1400bar_1000_70 / 30 1400bar_1200_30 / 70 1400bar_1200_50 / 50 1400bar_1200_70 / 30
nhiên liệu B0, B40 và B100 dao động nhiều hơn so với của lần 1, điều này chứng tỏ sự tác động của sóng áp suất của lần phun 1 đến lần phun 2 cũng bị ảnh hưởng bởi loại nhiên liệu sử dụng.
Bảng 2.15 trình bày kết quả xác định tổng lượng phun khi PC2GĐ với nhiên liệu B0, B40 và B100 ở chế độ prail = 1000 bar, ứng với tỉ lệ phun 30/70; 50/5 và 70/30. Bảng 2.15 cho thấy rằng, khi sử dụng loại nhiên liệu khác nhau thì lượng phun thu được trong cùng một chế độ (cùng quy luật điều khiển) là có sự khác nhau và lượng phun của B0 cao hơn so với B40 và cao hơn B100. Chênh lệch giữa lượng phun của B40 so với B0 cao nhất là 6,6%, trong khi chênh lệch của B100 với B0 cao nhất là 7%. Sự chênh lệch này có tác động nhất định đến mức tiêu thụ nhiên liệu cũng như công suất động cơ, tuy nhiên sự tác động này là không lớn. Vì vậy có thể kết luận, loại nhiên liệu sử dụng làm thay đổi không đáng kể QLCCNL (thời điểm bắt đầu phun, thời gian phun, diễn biến tốc độ phun, lượng phun) của vòi phun CRI2.2 trong cả hai trường hợp PC1GĐ và PC2GĐ.