v. Bố cục của luận án
2.3.4. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của phun một giai đoạn đến QLCCNL
Trong mục này trình bày một số kết quả đặc trưng của QLCCNL khi khảo sát ở chế độ PC1GĐ và kết quả xác định và đánh giá ảnh hưởng của PC2GĐ đến QLCCNL sẽ được trình bày chi tiết ở mục 2.3.5.
2.3.4.1. Mối quan hệ giữa thời điểm bắt đầu phun, thời gian phun với thời điểm cấp điện và thời gian cấp điện khi PC1GĐ
Kết quả thực nghiệm xác định diễn biến dòng điện điều khiển vòi phun và diễn biến IR theo ET ở prail = 600 bar, 1000 bar và 1400 bar khi PC1GĐ được thể hiện trên Hình 2.6. Kết quả trên Hình 2.6 cho thấy QLP ở các chế độ khảo sát là phù hợp với những phân tích đã trình bày trong mục 1.2. Giữa tín hiệu xung điện điều khiển và tín hiệu xung phun luôn có một độ trễ nhất định cả về thời điểm bắt đầu (độ trễ mở-NOD) và thời điểm kết thúc (độ trễ đóng-NCD). Kết quả trên Hình 2.6 cũng cho thấy, tại thời điểm kim phun mở ra, nhiên liệu chưa được phun ra ngay, thậm chí còn bị đẩy ngược trở vào vòi phun do áp suất đối trong xi lanh tại kỳ nén (thể hiện bằng đoạn IR nhỏ hơn không). Do đó thời điểm bắt đầu phun thực tế không đồng nhất với thời điểm bắt đầu nhấc kim phun, mà được xác định là tại thời điểm IR bắt đầu có giá trị bằng 0 sau giai đoạn tốc độ phun âm [30]. Khoảng thời gian ứng với IR âm được tính gộp vào độ trễ mở của vòi phun. Như vậy, để xác định được chính xác thời điểm bắt đầu phun (SOI) cần phải xác định chính xác thời điểm bắt đầu cấp điện (SOE) và NOD tương ứng của vòi phun. Tương tự để xác định IT (phương trình 1.1), ngoài việc xác định ET cần phải xác định đồng thời NOD và NCD trong cùng chế độ khảo sát. Kết quả xác định NOD và NCD theo ET và prail khi PC1GĐ được trình bày trong Bảng 2.11.
prail = 600 bar prail = 1000 bar prail = 1400 bar
a) ET = 0,3 ms a’) ET = 0,3 ms a”) ET = 0,3 ms
b)ET = 0,4 ms b’) ET = 0,4 ms b”) ET = 0,4 ms
c) ET = 0,6 ms c’) ET = 0,6 ms c”) ET = 0,6 ms
e) ET = 1 ms e’) ET = 1 ms e”) ET = 1 ms
f) ET = 1,2 ms f’) ET = 1,2 ms f”) ET = 1,2 ms
Hình 2.6. Sự thay đổi của IT theo ET ở các prail = 600 bar, 1000 bar và 1400 bar khi PC1GĐ
Từ kết quả trên Bảng 2.11, thấy rằng với prail = 600 bar, NOD gần như không thay đổi khi ET thay đổi, giá trị NOD dao động trong phạm vi 275 µs đến 280 µs, trong khi NCD tăng lên rõ rệt từ 380 µs đến 1090 µs khi ET tăng từ 0,3 ms đến 1,2 ms. Khảo sát với các dải áp suất khác (prail = 1000 bar; 1400 bar; 1600 bar), quy luật về NOD, NCD là tương tự. Bên cạnh đó, khi prail tăng thì NOD có xu hướng giảm nhưng không đáng kể (khoảng 10 µs) còn NCD có sự dao động nhỏ ở vùng ET thấp (0,3 ms; 0,4 ms) và tăng lên đáng kể (nhỏ nhất 20 µs và lớn nhất 155 µs) ở vùng ET cao (từ 0,6 ms đến 1,2 ms). Như vậy, có thể kết luận rằng NOD của vòi phun CRI2.2 là không phụ thuộc vào ET và bị ảnh hưởng ít bởi prail. Điều này có thể được giải thích do NOD chỉ phụ thuộc vào độ trễ của các thông số điện và từ của vòi phun cũng như các thông số kết cấu trong khoang điều khiển và bề mặt chịu lực của kim phun (phù hợp với các phân tích đã nêu ở mục 1.2). Đối với NCD, sự tăng của nó theo ET được giải thích theo hành trình nâng của kim phun, ET tăng thì hành trình nâng của kim phun tăng, dẫn đến thời gian trả về (hạ kim phun) tăng khi xung điện điều khiển vòi phun ngắt. Bảng 2.11 cũng cho thấy, NCD đều có giá trị lớn hơn NOD, do đó IT đều lớn hơn ET trong tất cả các chế độ được khảo sát, điều này thể hiện rõ trong Bảng 2.12.
Bảng 2.11. NOD và NCD của vòi phun theo ET và prail khi PC1GĐ (với B0)
ET prail = 600 bar prail = 1000 bar prail = 1400 bar
NOD NCD NOD NCD NOD NCD
[ms] [µs] [µs] [µs] [µs] [µs] [µs] 0,3 275 380 270 370 270 360 0,4 280 385 275 380 270 405 0,6 280 530 275 560 270 580 0,8 280 650 270 805 270 815 1,0 280 865 270 940 270 1065 1,2 280 1090 270 1180 270 1245
Bảng 2.12. Mối quan hệ giữa IT và ET theo ET và prail
ET [ms]
IT, [ms]
prail = 600 bar prail =1000 bar prail =1400 bar
0,3 0,405 0,4 0,39 0,4 0,505 0,505 0,535 0,6 0,85 0,885 0,91 0,8 1,17 1,335 1,345 1,0 1,585 1,67 1,795 1,2 2,01 2,11 2,175
2.3.4.2. Sự phụ thuộc của lượng phun theo ET và prail khi phun một giai đoạn
Với HTPNL ĐKĐT kiểu CR, lượng phun được xác định là hàm của ET và prail [11, 29]. Thiết bị phân tích vòi phun UniPg STS cho phép xác định lượng phun theo độ tăng áp suất trong buồng đo và lưu lượng trung bình của dòng nhiên liệu thoát ra khỏi buồng đo. Kết quả xác định lượng phun theo ET và prail với nhiên liệu B0 được thể hiện trên Hình 2.7.
Hình 2.7 cho thấy sự thay đổi lượng phun của vòi phun CRI2.2 khi PC1GĐ theo ET ở các dải áp suất khác nhau có đặc điểm tương đồng với những công trình đã công bố trước đó [11, 29]. Lượng phun tăng theo ET và prail, và biên độ tăng của lượng phun càng tăng khi ET và prail càng lớn (đồ thị có xu hướng dốc lên theo ET và prail) trừ chế độ prail = 1600 bar và ET = 1,2 ms. Nguyên nhân, khi ET tăng thì IT cũng tăng đồng thời tốc độ tăng IT có xu hướng lớn hơn tốc độ tăng ET (Bảng
140 120 100
Lượng phun_B0_600 bar Lượng phun_B0_1000 bar Lượng phun_B0_1400 bar
Lượng phun_B0_1600 bar
80 60 40 20 0 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 ET, [ms]
2.12), bên cạnh đó IT cũng tăng rõ rệt theo sự tăng lên của prail.
Hình 2.7. Sự phụ thuộc của lượng phun theo ET và prail khi PC1GĐ với nhiên liệu B0
2.3.4.3. Ảnh hưởng của áp suất phun đến diễn biến IR khi phun một giai đoạn
Áp suất phun là một thông số rất quan trọng trong quá trình vận hành của vòi phun. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến IR của dòng nhiên liệu ở lỗ vòi phun và sự phân rã của chùm tia phun. Bên cạnh đó, sự thay đổi của áp suất phun làm thay đổi các quá trình động học bên trong vòi phun, thay đổi lực tác động lên bề mặt chịu lực của kim phun và bề mặt của pít tông điều khiển, từ đó thay đổi tốc độ nâng hạ của kim phun. Kết quả đo thực nghiệm trên bệ thử cũng cho thấy rõ ảnh hưởng của áp suất phun đến diễn biến IR của vòi phun CRI2.2 như thể hiện trên Hình 2.8.
Theo Hình 2.8, ở tất cả chế độ ET khảo sát, khi áp suất phun tăng thì IR lớn nhất tăng, biên độ tăng của các IR lớn nhất tương ứng với biên độ tăng của áp suất phun (ví dụ: ở dải ET = 0,4 ms khi áp suất phun tăng 400 bar thì IR lớn nhất tăng thêm 15 mm3/ms). Do tăng IR nên lượng phun tương ứng của các chế độ khảo sát cũng tăng lên (như trên Hình 2.8). Hình 2.8 cũng cho thấy, khi áp suất phun tăng thời điểm bắt đầu phun trên các đường cong của IR ứng với cùng ET là trùng nhau, chứng tỏ NOD không phụ thuộc vào áp suất. Thời điểm kết thúc phun của các trường hợp khảo sát (cùng ET) thay đổi không nhiều (trừ trường hợp ở chế độ 1400 bar và ET = 1,2 ms), do đó có thể nói NCD cũng không phụ thuộc vào áp suất.
L ƣ ợn g ph un , [m
a) ET = 0,4 ms
c) ET = 1,2 ms
Hình 2.8. Ảnh hưởng của áp suất phun đến diễn biến IR của vòi phun CRI2.2 ở các mức ET khác nhau
2.3.4.4. Ảnh hưởng của loại nhiên liệu sử dụng đến QLCCNL khi PC1GĐ
Như đã phân tích, do có sự khác nhau về đặc tính hóa lý giữa diesel khoáng và diesel sinh học gốc nên tùy theo tỉ lệ pha trộn, nhiên liệu biodiesel có những sự thay đổi nhất định về thuộc tính hóa lý so với diesel khoáng. Sự thay đổi các thuộc tính hóa lý của nhiên liệu biodiesel, đã được một số nghiên cứu chỉ ra là có ảnh hưởng đến QLP (IR, lượng phun, thời điểm bắt đầu phun và kết thúc phun…) của vòi phun kiểu điện từ. Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng còn tùy thuộc vào nguồn gốc của diesel sinh học gốc, tỉ lệ pha trộn cũng như chế độ khảo sát (prail, ET…). Trong luận án này, nghiên cứu sinh đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, xác định sự ảnh hưởng của loại nhiên liệu sử dụng (B0, B40 và B100) đến QLP của vòi phun CRI2.2 cho trường hợp PC1GĐ và PC2GĐ ở các dải áp suất phun khác nhau và thời gian phun khác nhau. Hình 2.9 so sánh diễn biến IR trong trường hợp PC1GĐ với nhiên liệu B0, B40 và B100.
Kết quả cho thấy, trong phạm vi khảo sát với prail từ 600 bar đến 1600 bar, ET từ 0,3 ms đến 1,2 ms, đường diễn biến IR của B0, B40 và B100 có sự phân biệt khá rõ ràng. Đường diễn biến IR của B0 cao hơn B100, trong khi đường diễn biến IR của B40 trong phần lớn trường hợp là nằm trong khoảng giữa của B0 và B100. Khi prail thấp, đường cong IR của B40 có xu hướng tiệm cận với đường cong IR của B100 (thậm chí thấp hơn B100 như các trường hợp ở prail = 600 bar), còn ở dải áp suất cao đường cong IR B40 lại có xu hướng tiệm cận đến đường cong IR của B0.
ET = 0,4 ms
ET = 0,6 ms
Tuy nhiên, chênh lệch IR lớn nhất của B40, B100 so với B0 không lớn, nhỏ hơn 3 mm3/ms (tương ứng với sai số nhỏ hơn 6%). Thời điểm bắt đầu phun của B0 thường sớm hơn của B40 và B100, trong khi thời điểm kết thúc phun tương ứng muộn hơn, tuy vậy sự chênh lệch này khá nhỏ (dưới 10 µs), nên thực tế có thể coi thời điểm bắt đầu phun và kết thúc phun của nhiên liệu B0, B40 và B100 là như nhau.
Khi thay đổi loại nhiên liệu sử dụng (B0, B40 và B100), đường cong IR có sự thay đổi, dẫn đến lượng phun cũng có sự thay đổi nhất định. Hình 2.10 cho biết sự khác nhau về lượng phun với 3 nhiên liệu B0, B40, B100 theo ET và prail khi PC1GĐ. Theo đó, giá trị lượng phun của 3 loại nhiên liệu bám khá sát nhau. Lượng phun của B0 lớn hơn trong các trường hợp khảo sát (đường cong lượng phun của B0 cao hơn), lượng phun của B40 thường nằm trong phạm vi giữa B0, B100 (trừ trường hợp ở prail = 600 bar và prail = 1000 bar khi ET tăng từ 0,9 ms trở lên).
ET = 0,8 ms
ET = 1 ms
ET = 1,2 ms
Hình 2.9. Ảnh hưởng của loại nhiên liệu (B0, B40 và B100) đến diễn biến IR theo prail và ET
Hình 2.10. So sánh lượng phun theo ET và prail của nhiên liệu B0, B40 và B100
Sự khác nhau về lượng phun giữa B100 và B40 so với B0 và sai số tương đối của nó được trình bày trong Bảng 2.13.
Bảng 2.13. Chênh lệch về lượng phun của nhiên liệu B40 và B100 so với B0
Nhiên
liệu [ms]ET,
prail = 600 bar prail = 1000 bar prail = 1400 bar prail = 1600 bar
Chênh lệch
so với B0 Chênh lệchso với B0 Chênh lệchso với B0 Chênh lệchso với B0 [mm3] [%] [mm3] [%] [mm3] [%] [mm3] [%] B40 0,3 0,35 13,57 0,32 6,67 0,05 0,86 1,71 24,57 0,4 1,13 22,87 -0,04 -0,46 0,90 6,56 0,28 1,72 0,6 1,74 12,15 0,80 3,14 1,41 3,88 0,70 1,70 0,8 1,84 6,87 2,38 5,12 0,94 1,50 1,51 2,14 1,0 3,26 7,87 5,96 8,78 1,10 1,22 1,64 1,61 1,2 4,73 8,31 6,52 7,16 1,39 1,17 0,34 0,27 B100 0,3 0,51 19,77 0,59 12,29 0,32 5,50 0,54 7,76 0,4 0,31 6,28 0,90 10,37 0,88 6,41 0,94 5,79 0,6 1,01 7,05 1,48 5,81 1,43 3,94 1,92 4,67 0,8 1,65 6,16 3,57 7,68 2,25 3,60 3,07 4,36 1,0 2,51 6,06 3,55 5,23 3,18 3,52 4,31 4,23 1,2 3,46 6,08 4,02 4,42 2,14 1,81 1,26 1,01
Căn cứ kết quả tính toán trong Bảng 2.13, thấy rằng chênh lệch lượng phun giữa B40, B100 so với B0 không nhiều. Đối với B40, ở áp suất 600 bar, chênh lệch lớn nhất về lượng phun là 4,73 mm3 còn ở prail = 1000 bar; 1400 bar; 1600 bar giá trị này lần lượt là 6,52 mm3; 1,41 mm3 và 1,71 mm3. Đối với B100 chênh lệch lớn nhất về lượng phun ở prail = 600 bar; 1000 bar; 1400 bar lần lượt là 3,46 mm3; 4,02mm3; 3,18 mm3; 4,31 mm3. Theo Hình 2.10, chênh lệch về lượng phun khá rõ rệt trong vùng có ET lớn, tuy nhiên sai số tương đối lớn nhất về lượng phun lại xảy ra ở vùng có ET nhỏ (với B40 sai số tương đối lớn nhất có thể lên tới 24,57% ở prail
= 1600 bar, ET = 0,3 ms, còn đối với B100 lên tới 19,77% ở prail 600 bar và ET = 0,3 ms). Điều này là do ở vùng có ET nhỏ, lượng phun thường rất nhỏ, do đó chỉ cần chênh lệch một lượng nhỏ về lượng phun cũng gây ra sai số tương đối rất lớn ở chế độ khảo sát tương ứng.