Toàn bộ hệ thống sau khi được lắp đặt sẽ tiến hành kiểm tra tính năng hoạt động theo yêu cầu đặt ra của đề tài. Các điều kiện thử nghiệm cho các cụm và toàn bộ hệ thống được cụ thể như sau:
Cụm hệ thống tạo áp suất nhiên liệu cao
Tương tự điều kiện của hệ thống nén nhiên liệu Common rail với áp suất nén nhiên liệu từ 400bar tới 1600bar. Nghiên cứu này lần lượt thử nghiệm với dãy áp suất thay đổi từ 400bar tới 1600bar. Thí nghiệm được ghi nhận giá trị thực tế của nhiên liệu được nén trong 15 phút và so sánh với giá trị áp suất điều khiển mong muốn. Bảng 9 minh hoạ cụ thể điều kiện thí nghiệm của hệ thống bơm cao áp tạo nhiên liệu áp suất cao. Kết quả được ghi nhận, tính toán độ sai số điều khiển như trên hình 37. Nhìn chung, hệ thống tạo áp suất nhiên liệu ổn định trong dãy áp suất từ 400bar tới 1600bar với sai số lớn nhất 7.62% tại khoảng áp suất cao.
Bảng 9: Bảng điều kiện thử nghiệm hệ thống nén nhiên liệu áp suất cao
Thông số Giá trị
Áp suất nén 400bar, 600bar, 800bar, 1000bar, 1200bar, 1400bar, 1600bar
Thời gian đo 15 phút
Độ lệch chuẩn tương ứng 15.3; 17.8; 15.3; 10.1; 18.8; 17.1; 29.7
Áp suất trung bình ghi nhận 405bar, 599bar, 794bar, 983bar, 1197bar, 1397bar, 1589bar
39
Cụm hệ thống buồng đo lưu lượng kim phun điện tử
Yêu cầu của cụm hệ thống này là đảm bảo giữ ổn định áp suất nền của buồng đo trước khi kim phun được kích hoạt để phun nhiên liệu vào cũng như ghi nhận kịp thời độ tăng áp suất sau khi phun nhiên liệu. Do đó, kiểm tra rò rỉ hệ thống trước khi thử nghiệm là cần thiết. Buồng đo được thiết kế nhằm mô phỏng điều kiện của động cơ diesel trong kỳ nén với tỷ số nén từ 14 tới 23. Áp suất cuối kỳ nén theo lý thuyết tính toán tương ứng từ 36 bar tới 70bar. Thời gian phun nhiên liệu được tính ở đơn vị mili giây (ms). Do đó, tốc độ giảm áp suất phải đảm bảo ổn định trong buồng đo trước khi phun nhiên liệu. Bảng 10 trình bày điều kiện thử nghiệm tốc độ rò rỉ của buồng đo và kết quả sau thử nghiệm.
Bảng 10: Bảng điều kiện thử nghiệm rò rỉ của hệ thống buồng đo nhiên liệu
Thông số Áp suất
kiểm tra
Thời gian đo Số lần lặp lại
Tốc độ rò rỉ trung bình (bar/s) 100bar 10 phút 10 lần 0.0411 80bar 0.0151
Khi tốc độ rò rỉ rất thấp (tương đương giảm 1 bar trong 66s tại áp suất nén của buồng đo là 80bar) so với thời gian phun của kim phun ở đơn vị mili giây, thí nghiệm được tiến hành với lượng phun thay đổi tuỳ theo chiến thuật phun 1 lần, 2 lần, hoặc phun 3 lần. Sau khi phun, áp suất trong buồng đo tăng lên và được ghi nhận bằng cảm biến áp suất động piezoelectric transducer sensor, và hiển thị bằng oscilloscope với thời gian thực của kim phun.
Hình 38 minh họa độ tăng áp suất trong buồng đo sau khi kim phun được kích hoạt để phun nhiên liệu tại điều kiện áp suất kim phun 1000bar, thời gian phun 2.5ms và áp suất nền của buồng đo là 45bar. Các độ nhiễu trong kết quả sẽ được lọc nhiễu trên dữ liệu trong quá trình xử lý số liệu. Từ độ chênh lệch áp suất trong buồng đo trước và sau khi phun nhiên liệu sẽ được sử dụng để tính toán lưu lượng phun nhiên liệu của kim phun (injection rate) theo phương trình (2).
40
Cụm hệ thống điều khiển và hiển thị
Chức năng của cụm hệ thống này là điều khiển, hiển thị và ghi nhận các giá trị đo trong quá trình vận hành. Hình 39 là giao diện theo dõi quá trình nén áp suất trên hệ thống cao áp nhằm xác định độ hoạt động ổn định của hệ thống có đạt giá trị áp suất nén mong muốn. Khi đảm bảo giá trị áp suất nén trên thanh tích áp đạt giá trị điều khiển mong muốn theo tính toán và quan sát giá trị áp suất của buồng đo Zuech, người điều khiển sẽ kích hoạt nút nhấn để kim phun nhiên liệu vào buồng đo.
Phụ thuộc vào yêu cầu của người sử dụng mà chiến thuật phun nhiên liệu lựa chọn là phun 1 lần, phun nhiều lần, hay chế độ xúc rửa-vệ sinh kim phun. Khi nút nhấn được kích
Hình 39: Màn hình quan sát hoạt động của hệ thống nén áp suất cao
Hình 40: Tín hiệu thời gian mở kim phun (chế độ phun 1 lần), điện áp kích kim và độ tăng áp suất trong buồng đo tại 800bar rail, 2.5ms.
Điện áp kim phun
Xung tín hiệu thời gian phun
Áp suất buồng đo
41 hoạt, kim phun nhận tín hiệu từ EDU truyền tới kích kim. Tín hiệu điều khiển thời gian phun nhiên liệu trong buồng đo và điện áp kích kim được ghi nhận bằng oscilloscope như hình 40.
Hình 41 là sơ đồ minh hoạ các chiến thuật phun ở các chế độ phun 1 lần, 2 lần, 3 lần từ nghiên cứu của tác giả How. H.G. và ctg. [39] nhằm đánh giá ảnh hưởng của thời điểm phun và chiến thuật phun tới công suất, khí thải và quá trình cháy của động cơ diesel sử dụng nhiên liệu biodiesel. Trong đề tài nghiên cứu phát triển cụm hệ thống điều khiển kim phun này, nhóm kiểm tra khả năng điều khiển linh hoạt của kim phun và hệ thống tín hiệu ở chế độ phun của 2.5ms chiều dài phun, số lần phun là 1 lần, 2 lần, 3 lần như minh hoạ trên hình 42. Kết quả điều khiển được hệ thống thu nhận tín hiệu ghi nhận và trình bày trên hình 43. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 41: Sơ đồ minh hoạ các chiến thuật phun nhiên liệu [39]
42 Hình 43: Tín hiệu thời gian mở kim phun: a. Chế độ phun 1 lần, b. Chế độ phun 2 lần,
c. Chế độ phun 3 lần. a.
b.
43 Hình 44 minh hoạ tín hiệu của chế độ phun 1000 lần ở áp suất phun 800bar nhằm xúc rửa vệ sinh kim phun. Ở chế độ với mục đích xúc rửa kim phun, hệ thống không phun nhiên liệu vào buồng đo áp suất Zuech mà phun nhiên liệu vào ống chứa với các mức chia theo thể tích.
(a)Tín hiệu điều khiển mở kim phun
(b)Tín hiệu điện áp mở kim phun
Hình 44: Tín hiệu mở kim phun (a) và tín hiệu điện áp mở kim phun (b) ở chế độ vệ sinh kim phun (1000 lần phun, 2.5s)
44
Phân tích đặc tính lưu lượng tia phun nhiên liệu
Sau khi kim phun được kích hoạt và phun nhiên liệu vào buồng đo Zuech (đã được nén nhiên liệu với áp suất nền tương tự áp suất cuối kỳ nén trong động cơ diesel theo mục đích nghiên cứu), hệ thống thu thập tín hiệu và ghi nhận độ tăng áp suất nhiên liệu trong buồng đo bằng oscilloscope được đồng bộ các tín hiệu theo thời gian thực (cùng trigger) như minh hoạ trên hình 40. Dữ liệu được ghi nhận với tốc độ 200.000 điểm đo/test. Dữ liệu được lưu trên file excel sẽ được dùng để phân tích số liệu như trên hình 45. Hình 45 là dữ liệu ghi nhận từ
Hình 45: Tín hiệu đồng bộ của các dữ liệu được xử lý trên excel
45 oscilloscope được xuất đồ thị trên excel tại điều kiện đo của áp suất phun nhiên liệu là 800bar, tín hiệu thời gian phun là 2.5ms, áp suất nền trong buồng đo Zuech là 45bar. Tín hiệu điện áp của áp suất nhiên liệu từ kim phun vào buồng đo Zuech được đo bởi cảm biến piezo-electric transducer sensor AVL GU12P có tín hiệu nhiễu. Vì vậy, tín hiệu sẽ được lọc nhiễu bằng thuật toán Bessel lowpass filter như trên hình 46.
Hình 47 là đồ thị tốc độ phun nhiên liệu (injection rate) trong quá trình xử lý tín hiệu nhiễu bằng thuật toán lọc nhiễu Bessel lowpass filter. Hình 48 là đồ thị đặc tính tốc độ phun (injection rate) với các đặc tính tia phun nhiên liệu trong kim phun [13], [40] gồm:
• Độ trễ kim phun (Hydraulic injection delay): Được tính từ thời điểm truyền tín hiệu kích hoạt điện áp cao phun nhiên liệu tới khi nhiên liệu được phun vào buồng đo (thời điểm đường cong injection rate từ giá trị âm trở về giá trị 0).
• Khoảng thời gian phun nhiên liệu (Effective injection duration): là khoảng thời gian từ lúc nhiên liệu thực tế phun vào buồng đo (SOI) tới lúc kim phun đóng (EOI) được ghi nhận trên đường cong injection rate.
• Injection quantity: Sử dụng phương pháp Simson 1/3 numerical method để tính diện tích tổng dưới đồ thị injection rate [40].
• Tốc độ phun trung bình (Average injection rate): được định nghĩa là tỉ số của diện tích bên dưới đồ thị và khoảng thời gian phun thực tế.
• Vùng chuyển đổi (transitional zone) mở và đóng kim phun (Opening slope, closing slope): được định nghĩa là khoảng thời gian từ lúc mở kim tới lúc tia phun đạt giá trị ổn định (fully needle opening)
46 • Discharge coefficient: là tỉ số của lượng phun thực tế trên đồ thị injection rate
(injection quantity) và lượng phun lý thuyết (phương trình (3)).
Nhìn chung, đồ thị tốc độ tia phun (injection rate) thu được từ hệ thống thiết bị này có xu hướng tương tự các kết quả trong các nghiên cứu khoa học khác [7], [10], [11], [12], [13], [19], [40]. Từ đồ thị đặc tính này, các nghiên cứu liên quan đến ảnh hưởng của đặc tính các loại nhiên liệu khác nhau, các loại kết cấu kim phun khác nhau, các thông số vận hành của quá trình phun nhiên liệu khác nhau sẽ được nghiên cứu và đánh giá.