1, 2, 3- Đường hỗn hợp không tải; 4- Bướm ga; 5- Xi lanh; 6- Pít tơng; 7- Vị trí lắp van qn tính.
Để có hiệu quả cao trong việc giảm lượng nhiên liệu tiêu tốn vơ ích, nhóm tác giả đã thực hiện nghiên cứu theo giải pháp thứ hai, với giải pháp này đòi hỏi van qn tính của bộ tiết kiệm xăng phải có cấu tạo hợp lý, van mở và đóng đúng thời điểm thích hợp, đây là vấn đề cốt lõi của bài toán cần được nghiên cứu và thử nghiệm thực tế.
2.1.2.3 Bộ tiết kiệm xăng
▪ Kết cấu của bộ tiết kiệm xăng: Gồm 2 phần chính: Van quán tính và mạch điều khiển đóng mở van.
▪ Kết cấu van qn tính:
Để thực hiện nhiệm vụ đóng hoặc mở van cho dịng khí đi qua, nhóm tác giả thiết kế cụm van quán tính gồm nhiều chi tiết lắp ghép lại với nhau. Kết cấu van qn tính, hình 2.12.
Ngun lý làm việc của van quán tính: Khi van được cấp điện với điện áp 12V, cuộn dây 2 sinh ra lực điện từ hút lõi thép 11 làm cho đệm cao su 6 đi lên khơng tì vào màng cao su 13, sự đàn hồi của màng cao su 13 làm cho khoang trước và sau cửa van thơng nhau, vì vậy luồng khơng khí sẽ đi qua cửa van vào xi lanh động cơ. Khi không cấp điện vào cuộn dây 2, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 10 đẩy lõi thép 11 đi xuống tác động vào màng cao su 13 làm cho cửa van đóng kín khơng có dịng khí đi qua van.
Để thực hiện việc đóng mở van quán tính vào đúng thời điểm cần thiết, nhóm nghiên cứu đã thực hiện thiết kế chế tạo một mạch điện tử điều khiển hoạt động của van, việc đóng mở van qn tính được tính tốn theo tốc độ của trục khuỷu động cơ, đảm bảo động cơ làm việc ổn định khi xe chạy trên đường.
Hình 2.13 Kết cấu van qn tính
1- Bệ van; 2- Cuộn dây; 3- Chụp bảo vệ; 4- Đầu cao su; 5- Đế lò xo; 6- Đệm cao su; 7- Đệm thép; 8- Vít chỉnh; 9- Lị xo dưới; 10- Lò xo trên; 11- Lõi thép; 12- Long đen vênh;
13- Màng cao su; 14- Nắp van;15- Ống nối; 16- Thân van; 17- Vít.
•Mạch điều khiển
Mạch điều khiển để đóng hoặc mở van quan tính đúng thời điểm được lập trình trên cơ sở ý tưởng của nhóm tác giả, với sơ đồ thuật tốn điều khiển van qn tính, hình 2.13.
Hình 2.14 Sơ đồ thuật tốn điều khiển van qn tính
Trên cơ sở sơ đồ thuật tốn điều khiển van qn tính, nhóm nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo mạch điện điều khiển van qn tính, hình 2.14.
2.1.2.4 Thử nghiệm
Mục đích: Xác định lượng nhiên liệu tiêu hao khi xe Ơ tơ hoạt động trước và sau khi sử dụng bộ tiết kiệm xăng. So sánh đánh giá hiệu quả sử dụng bộ tiết kiệm xăng.
Đối tượng: Tiến hành thử nghiệm van qn tính trên xe Ơ tơ Mazda 323, với nguồn động lực là động cơ bốn kỳ, hệ thống nhiên liệu xăng sử dụng bộ chế hịa khí, dung tích 1598 cm3, chiều dài cơ sở của xe 2500 mm, chiều rộng 980 mm, chiều cao 1675 mm, tự trọng 1375 kg, số chỗ ngồi 4 người. Trong suốt q trình thử nghiệm xe ln đảm bảo trạng thái hoạt động tốt.
• Kết quả:
Kết quả thử nghiệm bộ tiết kiệm xăng trong xưởng: Thử nghiệm bộ tiết kiệm xăng khi xe Ơ tơ trong xưởng, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử với hai trường hợp: Động cơ của xe hoạt động khơng sử dụng bộ tiết kiệm xăng và có sử dụng bộ tiết kiệm xăng, với điều kiện thử như nhau về tốc độ của động cơ, chế độ tải và lượng xăng thử nghiệm, bằng nhiều lần thử để xác định thời gian chạy được của động cơ.
Cụ thể: Đã tiến hành thử nghiệm nhiều lần không sử dụng bộ tiết kiệm xăng, mỗi lần 100 ml xăng để xác định thời gian chạy được của động cơ là bao nhiêu giây, sau đó thử tiếp nhiều lần có sử dụng bộ tiết kiệm xăng, mỗi lần cũng là 100 ml xăng để xác định thời gian chạy được của động cơ là bao nhiêu. Sau đó so sánh mức độ tiết kiệm xăng khi có sử dụng bộ tiết kiệm xăng. Kết quả thử nghiệm bộ tiết kiệm xăng trong xưởng, bảng 2.1.
Bảng 2.1 Kết quả thử nghiệm bộ tiết kiệm xăng trong xưởng
Số thứ tự Lần thử
Lượng xăng thử
(ml)
Thời gian chạy thử (giây) Không sử dụng bộ
tiết kiệm xăng
Có sử dụng bộ tiết kiệm xăng
1 1 100 135 213
3 3 100 133 208 ….. ….. ….. ….. ….. 49 49 100 135 208 50 50 100 134 210 Tổng cộng 50 5000 6696 10483 Trung bình 100 133,92 209,66
•Kết quả thử nghiệm bộ tiết kiệm xăng khi xe chạy thực tế trên đường (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi thử nghiệm bộ tiết kiệm xăng trong trường hợp xe chạy trên đường, tiến hành cho xe chạy trên tuyến quốc lộ Hà Nội - Nghệ An - Hà Nội. Kết quả thử nghiệm bộ tiết kiệm xăng khi xe chạy trên đường, bảng 2.2.
Bảng 2.2 Kết quả thử nghiệm bộ tiết kiệm xăng khi xe chạy trên đường
Lần thử
Xe chạy không sử dụng bộ tiết kiệm
nhiên liệu Xe chạy có sử dụng bộ tiết kiệm nhiên liệu
Quãng đường (km)
Lượng nhiên liệu
sử dụng (lít) Quãng đường (km) Lượng nhiên liệu sử dụng (lít)
1 643,2 60,2 645,4 55,6 2 641,4 59,7 643,2 55,3 3 648,6 62,3 646,6 56,7 4 643,3 60,9 645,6 58,4 5 646,7 61,6 647,2 58,2 6 645,6 60,1 646,4 55,6 7 644,2 59,7 648,6 58,2 Tổng cộng 4513,0 424,5 4523,0 398,0 Trung bình 100,0 9,406 100,0 8,799
•Nhận xét kết quả thử nghiệm bộ tiết kiệm xăng:
Khi thử nghiệm bộ tiết kiệm xăng khi xe Ơ tơ trong xưởng (xe hoạt động tại chỗ trong xưởng thử nghiệm), trường hợp sử dụng bộ tiết kiệm xăng lượng nhiên liệu tiêu hao giảm được khoảng 36,12% so với xe chạy không sử dụng bộ tiết kiệm xăng;
Khi xe chạy thực tế trên đường có sử dụng bộ tiết kiệm xăng lượng nhiên liệu tiêu hao giảm được khoảng 6,45% so với xe chạy không sử dụng bộ tiết kiệm xăng. Khi có sử dụng bộ tiết kiệm xăng thử nghiệm trong xưởng lượng nhiên liệu tiêu hao giảm nhiều hơn so với lượng nhiên liệu tiêu hao khi xe chạy thực tế trên
đường, vì thử nghiệm trong xưởng van qn tính của bộ tiết kiệm xăng đóng mở liên tục trong thời gian thử nghiệm, còn thử nghiệm thực tế xe chạy trên đường van quán tính của bộ tiết kiệm xăng chỉ mở khi người điều khiển phanh xe (xe chạy theo qn tính), lúc đó bộ tiết kiệm xăng mới phát huy tác dụng.
2.1.2.5 Kết luận
Qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, với những Ơ tơ lắp động cơ xăng sử dụng bộ chế hịa khí, lắp van quán tính của bộ tiết kiệm xăng trên đường ống nạp hỗn hợp của động cơ sẽ giảm lượng tiêu hao nhiên liệu vơ ích khi xe chạy theo qn tính. Với lượng xe Ơ tơ tại Việt Nam như hiện nay đang lắp động cơ xăng sử dụng chế hịa khí, nếu được sử dụng bộ tiết kiệm xăng hàng năm sẽ giảm được
lượng tiêu hao nhiên liệu khơng nhỏ, đặc biệt là những xe Ơ tơ thường xun hoạt động trên địa hình vùng cao có nhiều đèo dốc dài. Đồng thời kết quả thu được là cơ sở giúp các nhà thiết kế chế tạo xe Ơ tơ ngày một hồn thiện hơn trong việc nghiên cứu tiết kiệm nhiên liệu cho xe Ơ tơ.
2.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm
Hình 2.16. [29] trình bày 3 đồ thị cơng của một động cơ ứng với ba vị trí góc đánh lửa khác nhau.
Nếu bugi đánh lửa quá muộn thì quá trình cháy sẽ kéo dài trên hành trình giãn nở vì nhiên liệu bốc cháy trong điều kiện không gian công tác của xylanh tăng và tác dụng của vận động rối yếu dần (đường 3). Tốc độ tăng áp suất trung bình wtbvà áp suất cháy cực đại pz có trị số nhỏ. Bugi đánh lửa quá sớm (đường 1) làm cho quá trình cháy diễn ra khi piston đang đi lên ĐCT làm tốn công nén, đồng thời áp suất lớn nhất cũng nhỏ. Đ ường 2 là q trình cháy khi góc đánh lửa sớm hợp lí. Để thu đ ược cơng chu trình lớn nhất cần phải đánh lửa đốt cháy hồ khí tr ước khi piston tới ĐCT. Làm nh ư vậy để quá trình cháy diễn ra nhanh hơn và kết thúc sớm hơn, áp suất cháy cực đại xuất hiện ở gần ĐCT, diện tích đồ thị cơng sẽ lớn hơn. Tuy nhiên nếu góc đánh lửa q lớn thì hậu quả của nó sẽ giống nh ư tr ường hợp có cháy sớm và sẽ làm tăng khả năng cháy kích nổ do áp suất và nhiệt độ trong xylanh tăng. Góc đánh lửa sớm có trị số tối ưu khi ở đó một số chỉ ti êu kinh tế kỹ
thuật quan trọng của động cơ đạt giá trị cao nhất đồng thời đảm bảo khơng có cháy kích nổ ngay cả khi động cơ làm việc ở chế độ tồn tải. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào các thông số như: tỷ số nén, thành phần hỗn hợp cháy, nhiệt độ khí nạp... Nó được xác định bằng thực nghiệm.
Góc đánh lửa sớm θ có ảnh hưởng rất lớn tới tính kịp thời của q trình cháy. Giá trị tốt nhất của θ phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu, tốc độ và phụ tải của động cơ, ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm θ đến tính kịp thời của q trình cháy được thể hiện trên Hình 2.16[29].
Đồ thị cơng d, được xác định khi θ = 39˚, do bật tia lửa điện sớm quá nên phần hịa khí được bốc cháy ở trước điểm chết trên, không những làm cho áp suất trong xilanh tăng lên quá sớm, mà còn làm tăng áp suất lớn nhất khi cháy, như vậy đã làm tăng phần cơng tiêu hao cho q trình nén và làm giảm diện tích đồ thị cơng.
Hình 2.17 Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm tới q trình cháy
Đồng thời do đánh lửa q sớm làm cho nhiệt độ của số hịa khí ở khu vực cuối của hành trình màng lửa tăng cao, qua đó làm tăng khuynh hướng kích nổ của thành phần hịa khí.
Trong thời gian sử dụng động cơ, nếu xảy ra kích nổ có thể điều chỉnh góc đánh lửa muộn một chút để loại trừ kích nổ. Đồ thị cơng a, được xác định khi góc θ = 0˚, do đánh lửa quá muộn nên quá trình cháy kéo dài sang quá trình giản nở. Áp suất và nhiệt độ cao nhất khi cháy đều giảm nên đã làm giảm diện tích đồ thị cơng và giảm cơng suất động cơ. Đồng thời do kéo dài thời gian cháy, đã làm tăng tổn thất nhiệt truyền qua thành xilanh, tăng nhiệt độ khí xả và nhiệt độ khí xã mang theo, do đó giảm hiệu suất động cơ. Đồ thị công c, được xác định khi góc θ = 26˚, đó là góc đánh lửa sớm hợp lý, áp suất và nhiệt độ cháy cao nhất sau điểm chết trên khoảng 10˚÷15˚, quá trình cháy tương đối kịp thời nhiệt lượng được lợi dụng tốt nên diện tích của đồ thị cơng lớn nhất, cơng suất và hiệu suất động cơ cao nhất. Lúc ấy tốc độ tăng áp suất cũng như áp suất cực đại đều khơng q lớn. Góc đánh lửa tương ứng với cơng suất và hiệu suất cao nhất được gọi là góc đánh lửa tối ưu. Góc đánh lửa tối ưu được xác định qua thực nghiệm Hình 2.16. [29] bằng cách điều chỉnh đặc tính góc đánh lửa sớm θ. Khi thực hiện để lấy đặc tính điều chỉnh góc
đánh lửa sớm, ngưới ta cho động cơ chạy ở một vị trí bướm ga và một tốc độ động cơ, thay đổi góc đánh lửa sớm θ; với mỗi góc θ xác định công suất Ne và suất tiêu hao nhiên liệu ge , xây dựng các đướng cong: Ne = f(θ) và ge = f(θ).
Hình 2.18 Đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm
a) Bướm ga mở 100%; b) Số vòng quay n = 1600(v/ph).
Khi thực nghiệm cần khóa chết cơ cấu tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm θ trên bộ chia điện và điều chỉnh góc đánh lửa sớm θ bằng thủ cơng.
2.1.4 Hệ thống thu hồi nhiệt khí thải (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tổn thất nhiệt thải phát sinh cả do sự kém hiệu quả của thiết bị và do những hạn chế về nhiệt động lực học trên thiết bị và quy trình. Ví dụ, nhu cầu về nhiều hệ thống loại bỏ nhiệt như một sản phẩm phụ của hoạt động của chúng là cơ bản của các định luật nhiệt động lực học. Hình 2.19 cho thấy sự cân bằng năng lượng của động cơ vi mạch. Tuy nhiên, thay vì bị "lãng phí" do thải ra mơi trường xung quanh, đơi khi nhiệt thải (hoặc lạnh) có thể được sử dụng bởi một quá trình khác (chẳng hạn như sử dụng chất làm mát động cơ nóng để làm nóng xe), hoặc một phần nhiệt khác sẽ có thể được tái sử dụng trong cùng một quá trình nếu nhiệt bù được bổ sung vào hệ thống. Hiện nay, có tới 65% nhiệt năng sinh ra trong động cơ đốt trong (ICE), dù là xăng hay dầu diesel đều bị lãng phí. Nhiệt thải là nguồn năng lượng thải lớn nhất trong các ICE [30].
Hình 2.19 Sơ đồ khối để cân bằng năng lượng động cơ vi mạch
Tuy nhiên, thiếu thông tin nghiêm trọng về nguồn gây thất thoát nhiệt thải lớn nhất trong các lĩnh vực và quy trình khác nhau và bản chất của các nguồn nhiệt thải khác nhau (ví dụ, chất lượng nhiệt thải và thành phần hóa học) - kiến thức về các yếu tố này là rất quan trọng trong xác định tính khả thi và mức độ cơ hội thu hồi nhiệt thải. Nghiên cứu này tóm tắt các chủ đề chính cùng với những tiến bộ và phát triển gần đây về các loại hệ thống thu hồi nhiệt thải trực tiếp và gián tiếp, chất lượng thu hồi năng lượng của chúng và lĩnh vực ứng dụng cho động cơ đốt trong. Nghiên cứu này có thể được sử dụng sâu hơn bởi các nhà nghiên cứu làm việc trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển lĩnh vực thu hồi nhiệt thải của động cơ đốt trong.
2.1.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính khả thi của việc thu hồi nhiệt thải
Đánh giá tính khả thi của yêu cầu thu hồi nhiệt thải đặc trưng cho nguồn nhiệt thải và dịng mà nhiệt sẽ được truyền. Các thơng số dòng thải quan trọng mà phải được xác định bao gồm:
• Số lượng nhiệt
• Nhiệt độ
• chất lượng nhiệt
• Thành phần
• Nhiệt độ tối thiểu cho phép
Lịch trình hoạt động, tính khả dụng và các hoạt động hậu cần khác. Các thơng số này cho phép phân tích chất lượng và số lượng của luồng và cũng cung cấp thông tin chi tiết về các vật liệu thiết kế có thể có những hạn chế.
2.1.4.2 Công nghệ thu hồi nhiệt thải cho động cơ
• Bộ chuyển đổi nhiệt thành điện năng
Một TEG thường bao gồm các cặp loại n và p được pha tạp chất bán dẫn mắc song song nhiệt điện và mắc điện trong hàng loạt. Khi một trong các điểm nối ở nhiệt độ khác khác, dòng điện một chiều chạy trong mạch. Các độ lớn của dòng điện phụ thuộc vào nhiệt điện riêng tính chất của hai vật liệu và sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai điểm nối. Phạm vi nhiệt độ hoạt động của một TEG phụ thuộc vào vật liệu được sử dụng.
Ví dụ, một Hệ thống bismuth-tellurium phù hợp với mức tương đối thấp nhiệt độ hoạt động (nhiệt độ phòng đến 200° C), trong khi hợp kim silicon-germani hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ cao ứng dụng (> 800° C). Đối với nhiệt độ vừa phải (T = 500 đến 800° C), các nguồn nhiệt như khí thải của xe và cơng nghiệp nhiệt thải, loại nửa Heusler là vật liệu được lựa chọn. Vào năm 2015, một cuộc trình diễn về khả năng chuyển đổi nhiệt thải của xe thành điện của TEG đã được thực hiện cho Army's TARDEC (Nghiên cứu, phát triển Ô tô xe tăng và Trung tâm Kỹ thuật). Đối với chương trình đó, GMZ Năng lượng thành cơng đã chứng minh một TEG 1.000