làm việc của động cơ
3.2.1 Hệ thống thực nghiệm
1. Máy tính điều khiển trung tâm 2. Trung tâm xử lý dữ liệu Puma. 3. Bộ điều khiển tay ga THA-100. 4. Bộ đo lưu lượng khí nạp.
5. Hộp thu nhận các tín hiệu nhiệt độ và áp suất từ động cơ thí nghiệm. 6. Bộ đo độ lọt khí Cacter.
7. Các cảm biến gắn trên động cơ.
8. Bộ cấp và đo tiêu hao nhiên liệu. 9. Băng thử APA 204/8.
10. Bộ cấp và điều hoà nhiệt độ nước làm mát động cơ.
11. Thiết bị đo ơ nhiễm khí thải KME500
12. Bộ giảm chấn khí nén. 13. Bệ thử nghiệm
3.2.2 Đối tượng thực nghiệm
Đối tượng thí nghiệm là động cơ Daewoo A16DMS, là động cơ ô tô được lắp trên dòng xe Nubira, loại xe này được dùng rất rộng rải trên thị trường, hoạt động ổn định, độ tin cậy cao và có cơng suất phù hợp với băng thử APA.
Hình 3.20 Mặt cắt dọc động cơ Daewoo Nubira
1. Bánh đà 2. Hốc nước làm mát 3. Thanh truyền 4. Piston 5. Nắp máy 6. Bobin đôi 7. Dây cao áp 8. Trục cam
9. Con đội thủy lực 10.Xupap
11.Bugi
12.Ống hút dầu bôi trơn 13.Cácte
Bảng 3.2 Thông số động cơ Daewoo Nubira
Nhiên liệu sử dụng Xăng Mômen cực đại 145 Nm, 3800 vòng/phút Kiểu động cơ E-TECII Cơng suất cực đại 77kW, 5800 vịng/phút
Số xilanh 4 Tỉ số nén 9,5:1
Dung tích 1598 cm3 Đường kính xilanh 79 mm
Hệ thống phân phối khí
16 valve,
DOHC Hành trình piston 81,5mm
3.2.3 Trang thiết bị thực nghiệm
3.2.3.1 Băng thử công suất động cơ APA
Băng thử có khả năng làm việc ở 2 chế độ: Chế độ động cơ điện (Khi kéo động cơ hay khởi động động cơ) và chế độ máy phát điện (Khi tạo tải cho động cơ thí nghiệm). Tự động đo đạc được các thơng số của động cơ nhƣ mơmen, tốc độ quay của trục khuỷu...với độ chính xác cao.
- Công suất cực đại Nemax: 220 [Kw] - Mômen quay cực đại Memax: 934 [N.m] - Số vòng quay cực đại nemax: 8000 [vg/ph]
3.2.3.2 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu
Hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733 là hệ thống phổ biến nhất trên thế giới để đo lượng tiêu hao nhiên liệu không liên tục. Hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733 chủ yếu được dùng để đo trọng lực với độ chính xác cao theo yêu cầu. Việc xây dựng các thiết bị hiệu chuẩn cho phép hiệu chuẩn các hệ thống trong thực tế theo những điều kiện sàn.
Hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733 cho phép đo lượng tiêu thụ nhiên liệu với độ chính xác cao ngay ở mức tiêu thụ thấp, thời gian đo ngắn. Việc giảm tiêu thu nhiên liệu của động cơ,làm cho yêu cầu đo ngày càng nhỏ về sự khác biệt trong dòng chảy của nhiên liệu. Hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733 cho phép đo những khác biệt nhỏ đó với độ tin cậy lớn nhất.
Hình 3.22 Thiết bị cấp và đo tiêu hao nhiên liệu 733 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.2.5 Các thiết bị cảm biến
• Cảm biến lưu lượng khí nạp
Hình 3.23 Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng
Đối với các loại động cơ thực nghiệm, tùy vào công suất của mỗi loại động cơ mà ta sử dụng đúng loại có thang đo phù hợp nhất. Phịng thí nghiệm động cơ và ơ tơ đượcc trang bị loại DN-80 có thang đo từ 0(20) đến 720 kg/h.
• Cảm biến đo áp suất
Tấm silicon (hay còn gọi là màng ngăn) dày ở hai mép bên ngoài và mỏng hơn ở giữa. Một mặt của tấm silicon tiếp xúc với buồng chân khơng, mặt cịn lại nối với đường ống nạp. Bằng cách so sánh áp suất trong buồng chân không với áp suất trong đường ống nạp, chip silic sẽ thay đổi điện trở của nó khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi. Sự dao động của tín hiệu điện trở này được chuyển hóa thành một tín hiệu điện áp gửi đến ECM động cơ ở cực PIM.
Hình 3.24 Cảm biến đo áp suất
• Cảm biến đo nhiệt độ khí nạp
Cảm biến nhiệt độ khí nạp lắp bên trong cảm biến lưu lượng khí nạp và giám sát nhiệt độ khí nạp. Cảm biến nhiệt độ khí nạp sử dụng một nhiệt điện trở - điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ khí nạp, có đặc điểm là điện trở của nó giảm khi nhiệt độ khí nạp tăng. Sự thay đổi của điện trở được thông tin gửi đến ECU dưới sự thay đổi của điện áp. Từ điện áp này ta xác định nhiệt độ.
Hình 3.25 Cảm biến đo nhiệt độ
1: Điện trở, 2: Thân cảm biến, 3: Lớp cách điện, 4: Giắc cắm dây.
• Cảm biến xác định vị trí trục khuỷu và số vịng quay
Trên trục khuỷu gắn một vành có dạng như chi tiết số 1. Cảm biến gồm cuộn dây số 2 quấn trên lõi thép từ số 3, cuộn dây được gắn vào 2 chốt cắm số 4. Tất cả được đặt trong vỏ số 5. Trên vỏ có đoạn ren số 6 để bắt vào chi tiết định vị.
Hình 3.26 Cấu tọa cảm biến vị trí và số vịng quay trục khuỷu
3.2.2.6 Thiết bị điểu chỉnh góc đánh lửa
Thiết bị này sẽ thay đổi vị trí cảm biến vị trí piston (làm đánh lửa sớm hoặc muộn).
Hình 3.18 thể hiện thiết bị điều chỉnh góc đánh lửa cơ khí và hình 3.19 thể hiện vị trí lắp đặt cảm biến trên thiết bị thay đổi góc đánh lửa. Theo nhƣ chiều quay động cơ (chiều mũi tên Hình 3. 18). Nếu muốn đánh lửa sớm thì ta vặn vít (4) sau đó xoay càng (1) ngược chiều mũi tên, ta sẽ xoay (1) theo nấc thang đo (2) để xác định góc xoay. Càng (1) xoay sẽ kéo théo vị trí cảm biến G gắn trên nó xoay theo, làm lệch góc đánh lửa. Ngược lại, muốn đánh lửa muộn thì xoay càng (1) theo chiều mũi tên.
Hình 3.27 Thiết bị điều chỉnh góc đánh lửa cơ khí
1. Càng xoay thay đổi vị trí cảm biến tốc độ; 2. Thang điều chỉnh góc đánh lửa; 3. Kim chỉ góc đánh lửa; 4. Vít cố định càng xoay.
Hình 3.28 Vị trí lắp đặt cảm biến trên thiết bị thay đổi góc đánh lửa
1. Cảm biến vị trí trục khuỷu
3.2.3 Quy Trình Thực nghiệm
Lắp đặt động cơ cần tiến hành thí nghiệm lên băng thử, lắp đặt các thiết bị phụ trợ như các cảm biến trên động cơ, hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống cung cấp nước, hệ thống khí nén, hệ thống quạt hút và thổi, hệ thống làm mát, hệ thống đo, đầu nối các thiết bị, khai báo lập trình…
• Bước 2: Thực nghiệm
- Vận hành các thiết bị chính trong phịng thí nghiệm động cơ - Vận hành các thiết bị phụ trợ
- Vận hành các trang thiết bị xác lập điều kiện thí nghiệm ( Độ ẩm, nhiệt độ phịng, nhiệt độ nhiên liệu…)
- Vận hành hệ thống làm mát nhiên liệu - Vận hành hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu
- Vận hành hệ thống điều hòa nhiệt độ nước làm mát cấp cho động cơ - Vận hành hệ thống điều hịa nhiệt độ dầu bơi trơn động cơ (554) - Vận hành thiết bị điều chỉnh góc đánh lửa sớm cơ khí
- Vận hành thiết bị điều chỉnh góc đánh lửa sớm cơ khí - Vận hành hệ thống đo bồ hóng, khí xả động cơ
- Vận hành hệ thống đo bồ hóng, khí xả động cơ - Chuẩn bị cơng tác PCCC và an tồn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Vận hành PUMA
• Bước 3: Kích hoạt chế độ bằng tay
Hình 3.29 Bảng điều khiển Emcon
- Lập chương trình chạy với các chế độ theo yêu cầu gồm các bước chạy và thao tác trên hệ thống.
- Lập trình và khai báo các chương trình chạy theo u cầu thí nghiệm
Hình 3.30 Các nút phím trên Emcon
Yêu cầu của hệ thống là phải chạy hâm nóng trước khi tiến hành đo để đạt kết quả chính xác. Ta tiến hành chạy hâm nóng hệ thống như sau:
- Khởi động màn hình máy tính.
- Nhấp vào “PUMA Aplication Manager”. - Nhấp vào “StartPUMA”.
- Chờ cho hệ thống tự chạy.
- Sau khi hệ thống tự chạy xong thì hệ thống đang ở trạng thái Monitor. Ta tiến hành cài đặt tên nhóm, tên bài thí nghiệm.
- Trên Pano bàn điều khiển nhấp vào phím “Manual”.
- Các chương trình sẽ tự chạy và Check các lỗi đồng thời sẽ thông báo các chương trình chạy.
- Sau khi hệ thống đã ổn định, ta cần Reset liên tục bằng phím Reset trên Pano bàn điều khiển. Lúc này đèn vàng trên hệ thống 553, 554 sẽ nhấp nháy và tắt
đi, đồng thời đèn xanh trên hệ thống 733 sẽ sáng liên tục. Như vậy thì hệ thống đã ổn định và sẵn sàng chạy.
- Dấu hiệu hệ thống đã khởi động xong chế độ Manual thì trên thanh cơng cụ phần màn hình Manual khơng cịn dấu 3 chấm và khi nhấp Reset trên Pano xuất hiện dịng chữ “System OK”
• Bước 4: Khởi động động cơ
- Trước khi nổ động cơ, ta cần cung cấp nhiên liệu cho động cơ bằng cách nhấn phím “IGNITION ON/OFF”. Nhấn phím “START” để tiến hành cho nổ động cơ, giữ khoảng 5s để đảm bảo động cơ đã nổ mới nhả ra.
- Lúc này động cơ sẽ chạy ở chế độ “IDLE” nếu đèn ở phím “IDLE” sáng thì ta phải chuyển sang chế độ “IDLE CONTROL ON”. Vì ở chế độ này ta mới chuyển sang chế độ điều khiển bằng tay.
- Nhấn phím “S” trên Pano để chuyển sang chế độ điều khiển bằng tay.Lúc này, ta sử dụng núm xoay trên Pano để điều chình tốc độ động cơ và anpha hợp lý và động cơ làm việc ổn định nhất
• Bước 5: Chọn bài thí nghiệm
Mở bảng Stationary Step: Demand Values để làm các công việc sau:
- Tìm chương trình để chạy thí nghiệm: chương trình được chọn tùy thuộc vàomục đích thí nghiệm
- Chỉnh sửa khai báo các thông số sau: Tốc độ (Speed), thời gian tăng tốc của băng thử (Ramptime Dyno), thời gian tăng tốc của động cơ (Ramptime Engine), thời gian đo (Steptime)
- Sau khi khai báo xong ta nhấp vào phím “Active Demvals F7” trong bảng này, lúc này hệ thống sẽ tự động chạy lên đúng giá trị mà chúng ta cài đặt.
• Bước 6: Ghi và lưu kết quả đo
Sau khi thực hiện xong bước 5, ta mở bảng : Step: Measurement chọn lại các bước đúng như lần trước và nhấp vào F8 để thực hiện quá trình đo.
- Để theo dõi q trình thí nghiệm, ta quan sát bằng các bảng:
+ Bảng Extended: theo dõi hoạt động của động cơ gồm các đường momen
tốc độ và công suất động cơ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Bảng Limits: bảng báo hiệu nguy hiểm của động cơ, khi thấy các thông số
vượt quá giới hạn khai báo ta phải báo ngay cho người quản lý để kịp thời xử lý. Sau khi đo cho một giá trị, ta tiến hành đo cho giá trị khác bằng cách vào bảng Stationary Step: Demand Values để khai báo lại giá trị đo và các thông số khác theo yêu cầu tương tự như trên.
Khi đã thực hiện đo cho các giá trị, ta cần mở bảng Message để nhận kết quả đo.
• Bước 7: Kết thúc
Trước khi cho động cơ dừng, ta phải tiến hành giảm ga và giảm tải bằng cách vặn hai núm điều khiển tốc độ và vị trí bướm ga trên Pano đưa anpha về 10%, tốc độ về 1000 v/ph, bấm phím “IGNITION ON/OFF” sang chế độ Off để cắt nhiên liệu cấp cho động cơ và bấm phím Stop để dừng động cơ.
3.2.4 Kết quả và kết luận
Thời điểm đánh lửa quyết định thời điểm cháy của hỗn hợp và tính kịp thời của q trình cháy, thường thì thời điểm đánh lửa trước điểm chết trên và được tính theo góc quay trục khuỷu nên gọi là góc đánh lửa sớm. Góc đánh lửa sớm quá lớn dẫn đến hiện tượng vừa cháy vừa nén làm tốn công nén khiến động cơ bị nóng, ngược lại nếu góc đánh lửa sớm quá nhỏ dẫn đến quá trình cháy kéo sáng quá trình giản nở làm hiệu suất sinh cơng kém, nhiệt độ khí thải cao, động cơ nóng. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào chế độ làm việc và nhiên liệu sử dụng. Góc đánh lửa tối ưu thường được xác định khi công suất hoặc mơ men có ích đạt cực đại đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu thấp nhất.
Trên cơ sở phương pháp thay đổi góc đánh lửa của động cơ Daewoo A16DMS bằng bộ xoay cơ học vị trí đặt cảm biến vị trí trục khuỷu đã trình bày trong chương 3, dữ liệu thực nghiệm đã được đồ thị hóa thành đặc tính tốc độ và đặc tính hiệu chỉnh góc đánh lửa theo các góc đánh lửa cơ bản (0deg), làm muộn 3 độ (+3deg), là sớm 3 độ (-3deg) và làm muộn 5 độ (-5deg) ứng với hai mức tải 30%BG và 50%BG. Các đồ thị sẽ được phân tích để thấy được ảnh hưởng của góc đánh lửa đến tính kinh tế, kỹ thuật và ơ nhiễm của động cơ. Sau đó bằng lập luận mang tính chủ quan của cá nhân để nhận định khoảng hiệu chỉnh góc đánh lửa của động cơ Daewoo A16DMS nhằm cải thiện công suất, giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm ơ nhiễm của khí thải động cơ.
Hình 3.33 Đồ thị phát thải HC
Hình 3.34 Đồ thị phát thải khí Nox
Suất tiêu hao nhiên liệu là một chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật rất quan trọng đối với động cơ đốt trong, phản ảnh hiệu suất có ích (là tỷ số giữa nhiệt lượng chuyển thành cơng có ích chia cho nhiệt lương cung cấp cho động cơ). Suất tiêu hao nhiên liệu có ích nhỏ thì hiệu suất có ích càng lớn.
Trên hình 3.34 thể hiện diễn biến suất tiêu hao nhiên liệu và năng lượng có ích của động cơ khi thay đổi góc đánh lửa -5deg, -3deg, 0deg, +3deg ứng với nhiên liệu E20 và 0deg ứng với nhiên liệu A92 ở tốc độ động cơ từ 1250-3500 vòng/phút ứng với mức tải 30%BG và 50%BG. Nhìn chung động cơ có tính kinh tế kỹ thuật tốt hơn khi góc đánh lửa được hiệu chỉnh sớm lên và ngược lại khi hiệu chỉnh muộn góc đánh lửa. Cụ thể:
+ Ở mức tải 30% BG: góc đánh lửa sớm (-5deg) có suất tiêu hao hiên liệu và suất tiêu hao năng lượng có ích là tốt nhất, kế đến là (-3deg), ở chế độ đánh lửa muộn (+3deg) có suất tiêu hao nhiên liệu có ích tăng lên so với góc đánh lửa ban đầu (0deg) và cao hơn sơ với góc đánh lửa sớm (-3deg, -5 deg);
+ Ở mức tải 50% BG: góc đánh lửa sớm (-5deg) có suất tiêu hao hiên liệu và suất tiêu hao năng lượng có ích là tốt nhất khi ở chế độ tốc độ động cơ đến 2000v/ph, tuy nhiên ở chế độ trên 2000v/ph thì có mức tiêu hao nhiên liệu và cơng suất có ích cao hơn so với góc đánh lửa sớm (-3deg), ở chế độ đánh lửa muộn (+3deg) có suất tiêu hao nhiên liệu có ích vẫn cao hơn so với góc đánh lửa ban đầu (0deg) và cao hơn nhiều so với góc đánh lửa sớm (-3 deg, -5 deg).
3.2.5 Kết luận ảnh hưởng của góc đánh lửa đối với sức tiêu hao nhiên liệu
Động cơ Daewoo A16DMS sử dụng E20 trong điều kiện góc đánh lửa ban đầu (0 deg), điều chỉnh muộn (+3 deg), làm sớm (-3 deg) và làm sớm (-5 deg) bằng cách thay đổi tương ứng góc đặt cảm biến vị trí trục khuỷu. Kết quả sự thay đổi góc đánh lửa cho thấy:
- Khi hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm thêm 1÷3 deg theo góc quay trục khuỷu, cơng suất có ích được cải thiện, suất tiêu hao nhiên liệu có ích giảm, phát thải CO và HC giảm và đặc biệt NOx giảm đáng kể.
- Giá trị hiệu chỉnh sớm khoảng 1÷2 deg phù hợp với tiêu chí giảm ơ nhiễm và sớm khoảng 2÷3 deg phù hợp với phát huy đƣợc cơng suất và giảm tiêu hao nhiên liệu
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1 Kết luận chung
4.1.1 Kết luận về tỷ số nén
Tỷ số nén là một thông số quan trọng để quyết định được công suất của một