1.Mặt bên 2.Stator 3.Rotor 4.Nắp
5.Quạt thơng gió 6.Giảm chấn 7.Mặt bích để lắp thiết bị Calib 8.Đế
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -47- MSHV: CA120171 * Khi làm việc ở chế độphanh: Đặc tính và cơng suất được biểu thị dưới sơ đồ sau (hình 3.3):
Hình 3.3.Đường đặc tính và cơng suất khi phanh thử làm việc ở chế độ phanh
* Khi làm việc ở chế độđộng cơ: Đặc tính và cơng suất được biểu thị dưới sơ đồ sau (hình 3.4):
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -48- MSHV: CA120171
3.1.2.2. Thiết bị điều chỉnh tay ga THA 100 (Throttle Actuator)
THA100 được sử dụng để điều chỉnh vị trí tay ga của động cơtừ 0 ÷ 100% tải. Thiết bị này bao gồm cơ cấu chấp hành là một động cơ biến bước được điều khiển bằng phần mềm PUMA, các vị trí của động cơ biến bước tương ứng với chế độ tải mà người điều khiển cần đạt được. Quá trình điều khiển này sẽ đưa tín hiệu phản hồi về máy tính của PUMA, đồng thời đưa tín hiệu vào hộp điều khiển hệ thống nhiên liệu diesel của động cơ.
Hình 3.5.Thiết bị điều chỉnh tay ga THA100 và hộp tín hiệu 3.1.2.3. Cân nhiên liệu (Fuel Balance) AVL 733S 3.1.2.3. Cân nhiên liệu (Fuel Balance) AVL 733S
Cân nhiên liệu AVL733S đo lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ bằng cách cân lượng nhiên liệu trong bình chứa. AVL733S có thểđo liên tục lượng nhiên liệu trong một khoảng thời gian từ khi đầy bình đến khi nhiêu liệu trong bình giảm tới mức 0.
Bắt đầu quá trình đo nhiên liệu được cấp đầy vào thùng đo. Lúc này lực tỳ lên cảm biến lưu lượng là lớn nhất. Van điện từ đóng lại ngăn khơng cho dịng nhiên liệu vào thùng đo trong khi đường cấp vào động cơ vẫn mở. Đồng thời với quá trình đó thì bộ phận đếm thời gian hoạt động. Khi nhiên liệu trong thùng chảy hết đồng nghĩa với lực tỳ lên cảm biến lưu lượng bằng 0 tức là quá trình đo kết thúc. Dựa vào
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -49- MSHV: CA120171 các kết quả thu thập được sẽ được bộ vi xử lý tính tốn lưu lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụtheo đơn vị thời gian.
Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý đo của AVL Fuel balance 733s 3.1.2.4. Tủ phân tích khí CEB-II 3.1.2.4. Tủ phân tích khí CEB-II
Tủ phân tích khí xả CEB-II (Combustion Emission Bench) là hệ thống bao gồm toàn bộ các mơđun thực hiện q trình phân tích các thành phần khí thải (các bộ phân tích) và các thiết bị đảm bảo điều kiện làm việc chính xác của hệ thống như: Khối làm nóng (HSU), khối chuẩn đốn, khối điều khiển…. Ngồi ra, tủ phân tích cịn được lắp đặt một máy tính cơng nghiệp với phần mềm điều khiển GEM110. Việc kết nối máy tính điều khiển với các bộphân tích được thực hiện thơng qua các tín hiệu số, tùy thuộc vào bộ phân tích mà có thể kết nối với máy tính qua mạng CAN, LON hay qua cáp nối tiếp RS232. Các bộ phân tích lắp đặt trong tủ được sử dụng để đo các thành phần có trong khí thải như: carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), oxygen (O2), nitrogen oxides (NO và NOx), carbon hydrides (HC), đồng thời còn đo được hệ sốdư lượng khơng khí λ.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -50- MSHV: CA120171
Hình 3.7. Mơ hình tủ CEBII
Bộ phân tích CO và CO2 làm việc theo nguyên lý hấp thu tia hồng ngoại không tán sắc (Non Dispersive Infrared Detector - IDIR). Bộ phân tích HC làm việc theo nguyên lý ion hóa ngọn lửa (Flame Ionization Detector – FID). Bộ phân tích NOx làm việc theo ngun lý quang hóa (Chemiluminescence Detector- CLD).
3.1.2.5. Thiết bị đo độ mờ khói
Khi cho một lượng khí thải nhất định đi qua màng giấy lọc chuẩn, P-M sẽ bị giữ lại làm giấy lọc bị đen đi. Độ đen của giấy lọc xác định được sẽ phản ánh độ khói của khí thải. Thiết bị Smoke Meter AVL 415 có dải đo từ 0 đến 9,99 FSN (Filter Smoke Number) hoặc từ0 đến 3199 mg/m3 với độ chính xác 0,1%.
Hình 3.8. Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415 1. Máy tính 1. Máy tính
2. Khối SCU 2a. khối làm nóng 2b. khối làm lạnh 2c. khối điều khiển SCU 2d. vùng dành cho ERG 3. Vùng đặt các bộ phân tích 4. Bảng đồng hồ khí
5. Cơng tắc hệ thống 6. Khối chẩn đốn
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -51- MSHV: CA120171
3.1.2.6. Bộ lấy mẫu chất thải dạng hạt (Smart Sampler)
Khí thải động cơ được trích một phần nhỏ pha lỗng với khơng khí sạch trong ống pha lỗng. Khí pha lỗng sau đó đi qua các giấy lọc và các chất thải dạng hạt được giữ lại. Hàm lượng hạt được xác định bằng độ tăng khối lượng của giấy lọc trước và sau khi đo.
Hình 3.9.Hệ thống lấy mẫu chất thải dạng hạt Smart Sampler
3.2. Kết quả thử nghiệm tính năng và phát thải động cơ D1146TI khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel lưỡng nhiên liệu LPG/diesel
3.2.1. Các kết quả thử nghiệm tính năng động cơ khi sử dụng LPG/diesel ở chế độ động cơ làm việc 75% tải và 100% tải
Các chếđộ thử nghiệm được thiết lập theo tốc độ động cơ thay đổi từ 1000 đến 2200 vịng/phút, ởcác đặc tính 75% tải và 100% tải:
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu về tỷ lệ cung cấp LPG hợp lý thực hiện trước đây [9], hệ thống cung cấp LPG được điều chỉnh để lượng LPG cung cấp thay thế trung bình khoảng 20% năng lượng, 80% cịn lại do nhiên liệu diesel tạo ta.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -52- MSHV: CA120171 Hình 3.10 biểu diễn đường đặc tính cơng suất động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel ở chếđộđộng cơ làm việc 75% tải và 100% tải.
Hình 3.10.Kết quả đo công suất động cơ ở 100% và 75 % tải
Bảng 3.1.Kết quả công suất động cơ D1146TI ở 100% và 75% tải
TT n Ne ở 100% tải Ne ở 75% tải (vg/ph) (kW) (kW) 1 1000 71,74 52,04 2 1200 89,67 66,81 3 1400 103,93 76,66 4 1600 118,92 89,67 5 1800 130,68 96,73 6 2000 140,53 105,69 7 2200 144,80 110,10
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -53- MSHV: CA120171
3.2.2. Các kết quả thử nghiệm phát thải động cơ khi sử dụng LPG/diesel ở chế độ động cơ làm việc 100% tải
Kết quả thử nghiệm hàm lượng phát thải CO, HC, NOx, CO2 và độđen (Smoke) của động cơ khi sử dụng LPG/diesel làm việc ở chế độ 100% tải được thể hiện ở các hình 3.11 đến 3.15.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -54- MSHV: CA120171
Hình 3.12. Kết quả đo phát thải NOxcủa khí thải tại 100% tải
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -55- MSHV: CA120171
Hình 3.14. Kết quả đo phát thải CO của khí thải tại 100% tải
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -56- MSHV: CA120171
3.2.3. Các kết quả thử nghiệm phát thải động cơ khi sử dụng LPG/diesel ở chế độ động cơ làm việc 75% tải
Kết quả thử nghiệm hàm lượng phát thải CO, HC, NOx, CO2 và độđen (Smoke) của động cơ khi sử dụng LPG/diesel làm việc ở chếđộ 75% tải được thể hiện ở các hình 3.16 đến 3.20.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -57- MSHV: CA120171
Hình 3.17. Kết quả đo phát thải NOxcủa khí thải tại 75% tải
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -58- MSHV: CA120171
Hình 3.19. Kết quả đo phát thải COcủa khí thải tại 75% tải
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -59- MSHV: CA120171
3.3. Ảnh hưởng góc phun sớm nhiên liệu diesel tới đặc tính kỹ thuật động cơ
D1146TI.
Nhằm lựa chọn góc phun sớm tối ưu khi chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel, góc phun sớm (GPS) được thay đổi theo cả hai chiều tăng và giảm góc phun sớm. Góc phun sớm nguyên thủy của động cơ D1146TI là 90 trước điểm chết trên (tại tốc độ 2200vòng/phút). Dựa trên kết quả mơ phỏng, góc phun sớm được thay đổi so với giá trị nguyên thủy lần lượt như sau: giảm 5 độ (GPS = 40), giảm 3 độ (GPS = 60), tăng 2 độ (GPS = 110), tăng 5 độ (góc GPS = 140).
Quá trình điều chỉnh được thực hiện thơng qua thay đổi vị trí giữa trục cam của bơm cao áp và bánh răng dẫn động bơm cao áp và được kiểm tra bằng thiết bị đo góc phun sớm. Ứng với từng giá trị góc phun sớm nhiên liệu diesel, các thông số công suất, mômen, suất tiêu thụ nhiên liệu, lọt khí cácte và phát thải của động cơ được đo và so sánh.
3.3.1. Chế độ thử nghiệm:
Thử nghiệm theo đường đặc tính ngồi, tốc độ thay đổi từ 1000 đến 2200 vịng/phút, đo các thơng số cơng suất, mơmen, tiêu hao nhiên liệu, lọt khí cácte. Các thành phần phát thải CO, HC, CO2, NOx, và PM theo chu trình thử 13 mode ECE R49 (tiêu chuẩn Euro II) khi động cơ sử dụng đơn nhiên liệu diesel và động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -60- MSHV: CA120171
3.3.2. Kết quả đánh giá công suất, mơ men, tiêu hao nhiên liệu và lọt khí cácte theo đường đặc tính tốc độ
Hình 3.21. Cơng suất động cơ tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -61- MSHV: CA120171
Hình 3.23.Tiêu hao nhiên liệu tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -62- MSHV: CA120171 Kết quả thử nghiệm trên hình 3.21 đến 3.24 cho thấy khi thay đổi góc phun sớm, cơng suất và mơmen động cơ thay đổi ít theo cả hai chiều tăng và giảm nhưng đều nhỏ hơn 1,5%. Lượng khí lọt cácte hầu như khơng bị ảnh hưởng bởi góc phun sớm. Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ thay đổi nhỏ, mức giảm lớn nhất tính trung bình trên tồn dải tốc độ với giá trị 6,09% khi giảm góc phun sớm 30. Tiếp tục giảm góc phun sớm đi 50 thì suất tiêu thụ nhiên liệu giảm ít hơn, giá trị lúc này chỉ là 5,32%. Đối với trường hợp tăng góc phun sớm thì suất tiêu thụ nhiên liệu vẫn giảm, tuy nhiên giá trị trung bình trên tồn dải tốc độ lúc này chỉ giảm tương ứng là 4,40% khi tăng góc phun sớm lên 2 độ và giảm 3,69% khi tăng góc phun sớm lên 50.
Như vậy khi động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel có thể giảm suất tiêu thụ nhiên liệu trung trên theo đường đặc tính ngồi đến 6,09% khi thay giảm góc phun sớm 30.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -63- MSHV: CA120171
3.4. Ảnh hưởng góc phun sớm nhiên liệu diesel tới phát thải động cơ D1146TI.
3.4.1.Kết quả đánh giá phát thải
Hình 3.25. Phát thải CO tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -64- MSHV: CA120171
Hình 3.27.Phát thải HC tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -65- MSHV: CA120171
Hình 3.29.Phát thải NOx tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -66- MSHV: CA120171
Hình 3.31.Độ đen trong khí thải tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -67- MSHV: CA120171 Qua kết quả thực nghiệm trên hàm lượng phát thải ứng với thay đổi góc phun sớm theo hai chiều tăng và giảm lần lượt là: Giảm 50 (GPS=40), giảm 30 (GPS=60) và tăng 20 (GPS=110), tăng 50(GPS=140) so với góc phun sớm nguyên thủy (90) ở chế độ 100% tải thể hiện trên các hình 3.25 đến 3.32. Phát thải CO đạt giá trị thấp nhất khi giảm góc phun sớm 30 so với nguyên thủy, khi này CO của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu giảm trung bình trên tồn dải tốc độ là 6,90% so với động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu với góc phun sớm ngun thủy. Đối với các góc phun sớm cịn lại thì phát thải CO trung bình khi sử dụng lưỡng nhiên liệu luôn cao hơn. Phát thải HC tăng khi tăng góc phun sớm và giảm khi giảm góc phun sớm. Với góc phun sớm giảm 30, hàm lượng phát thải HC giảm nhiều nhất khoảng 9% so với góc nguyên thủy. Tương tự, phát thải NOx có xu hướng tăng khi tăng góc phun sớm và giảm khi giảm góc phun sớm, mức giảm NOx lớn nhất với giá trị 13,76% trong trường hợp giảm góc phun sớm 30. Khi giảm góc phun sớm 30 thì phát thải HC trung bình giảm 9,29%. Ngược lại, độ đen trong khí xả có xu hướng tăng khi giảm góc phun sớm và giảm khi tăng góc phun sớm, mức độtăng lớn nhất khi giảm góc phun sớm 50 là 13,68% và mức độ giảm lớn nhất khi tăng góc phun sớm 50 là 14,93%.
Qua kết quả thử nghiệm đánh giá ở trên, có thể thấy góc phun sớm hợp lý là giảm 30 độ so với nguyên thủy, tương ứng với góc phun sớm 60 trước điểm chết trên.Với giá trị góc phun sớm này có thể giảm hầu hết các thành phần độc hại trong khí thải động cơ.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -68- MSHV: CA120171
3.4.2 . Kết quả đánh giá phát thải động cơ theo chu trình thử ECE R49 với góc phun sớm diesel là 60 trước điểm chết trên
Hình 3.33. Chu trình thử ECE R49
Các chếđộđo và trọng số của từng chếđộ trong chu trình được cho trong bảng 3.2
Bảng 3.2.Chế độ đo trong chu trình thử ECE R49
Chếđộ Tốc độ Tải trọng, % Trọng số 1 Không tải 0 0,25/3 2 Tốc độtương ứng với mômen lớn nhất 10 0,08 3 25 0,08 4 50 0,08 5 75 0,08 6 100 0,25 7 Không tải 0 0,25/3 8 Tốc độtương ứng với công suất định mức 100 0,10 9 75 0,02 10 50 0,02 11 25 0,02 12 10 0,02 13 Không tải 0 0,25/3
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -69- MSHV: CA120171
Bảng 3.3.Kết quả đo phát thải theo chu trình Châu Âu ECE R49 của động cơ
D1146TI với góc phun sớm 60TK
Thành phần Đơn vị Diesel Diesel+LPG với góc phun sớm nguyên thủy Diesel+LPG với góc phun sớm 60 Thay đổi so với diesel (%) HC g/kW.h 1,637 1,804 1,440 -12,0% NOx g/kW.h 5,877 5,703 4,659 -20,7% CO g/kW.h 3,384 3,779 3,301 -2,5% PM g/kW.h 0,175 0,142 0,162 -7,7% CO2 g/kW.h 459,966 433,064 427,1 -7,1%
Hình 3.34. Hàm lượng phát thải theo chu trình thử ECE R49