1.Cảm biến lưu lượng LPG; 2.ECU; 3.Bộ hóa hơi, giảm áp; 4.Đường LPG phun vào đường nạp; 5.Đồng hồ đo áp suất LPG; 6.Vòi phun LPG; 7.Đường nước vào bộ hóa hơi; 8.Đường nước ra bộ hóa hơi; 9.Đường lấy áp suất khí nạp; 10.Lọc LPG; 11.Van điện từ; 12.Công tắc và đồng hồ báo mức LPG.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -37- MSHV: CA120171 Vòi phun LPG được lắp sau két làm
mát khí tăng áp và ngay cổ góp nạp như (hình 2.8). Vịi phun ở vị trí này đảm bảo được thời gian hịa trộn LPG và khơng khí nạp đủ lớn giúp hỗn hợp đều hơn, cũng như khả năng khoan lỗ lắp vòi phun dễ dàng trên đường nạp động cơ nguyên bản. Đồng thời tại cổ góp được trích một vị trí để lấy tín hiệu áp suất tăng áp cho hệ thống cung cấp LPG. Trong quá trình thử nghiệm, cảm biến đo lưu lượng LPG được lắp trước giclơ. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp cho phép xác định lượng LPG tại các
chếđộ thử nghiệm đểta đánh giá được tỷ lệ LPG/Diesel.
LPG được chứa trong bình ở trạng thái lỏng có áp suất 7 bar, được dẫn theo đường ống chịu áp lực đi qua van điện từ, sau đó LPG được dẫn đến bộhóa hơi.
Bộ hóa hơi được gia nhiệt bằng nước làm mát động cơ, thơng qua việc trích một phần lưu lượng nước từ động cơ ra qua bộ hóa hơi và hồi về đường nước vào động cơ.
Các tín hiệu kích hoạt ECU phải đảm bảo như tín hiệu khi lắp trên xe ôtô. Sau khi lắp đặt động cơ được chạy ổn định ở chế độ không tải 50%tải/1400v/ph, 75%tải/1800v/ph. Thời gian chạy ở mỗi chếđộ là 30 phút. Hình 2.8: Vị trí lắp vịi phun LPG và cảm biến áp suất tăng áp Vị trí lắp vịi phun Vị trí cảm biến áp suất
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -38- MSHV: CA120171
2.2. Điều chỉnh góc phun sớm động cơ D1146TI
2.2.1. Hệ thống nhiên liệu động cơ D1146TI
Nhiên liệu được lấy từ thùng nhiên liệu qua đường ống tới bơm chuyển nhiên liệu, sau đó nhiên liệu được đưa tới bơm cao áp, nhiên liệu từbơm cao áp được đưa tới đường ống cao áp, nhiên liệu tiếp tục qua đường ống cao áp tới vòi phun phun vào xi lanh.
Hình 2.9. Hệ thống nhiên liệu diesel động cơ D1146TI
2.2.2. Vấn đề điều chỉnh góc phun sớm trên động cơ diesel D1146TI
2.2.2.1. Kết cấu bộ phận điều chỉnh góc phun sớm tự động của bơm cao áp nhiên liệu động cơ diesel D1146TI
Khớp nối tự động điều chỉnh góc phun sớm được dùng để thay đổi góc phun sớm của nhiên liệu theo tốc độ góc của trục khuỷu động cơ một cách tự động. Khi sử dụng khớp tựđộng này làm nâng cao tính kinh tế của động cơ ở các chếđộ làm việc khác nhau.Đồng thời cải thiện được điều kiện khởi động của động cơ.Khớp nối
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -39- MSHV: CA120171 tựđộng điều chỉnh góc phun sớm được lắp ở đầu phía trước của trục cam Bơm cao áp. Đó là một loại khớp điều chỉnh dựa vào lực ly tâm của quảvăng.
Hình 2.10.Bộ phận điều chỉnh góc phun sớm tự động kiểu ly tâm a- Cấu tạo b- Sơ đồ hoạt động a- Cấu tạo b- Sơ đồ hoạt động
1-Nửa khớp chủ động; 2-Lò xo; 3-Trục quả văng; 4-Quả văng; 5- Nửa khớp thụ động; 6-Vịng khít; 7,9-Vịng chắn dầu; 8-Thân; 10- Vít chìm; 11-Vịng đệm điều chỉnh; α-Góc quay giữa hai nửa khớp; I-Vị trí ban đầu của quả văng; II-Vị trí quả văng khi tăng số vòng quay động cơ a) Cấu tạo:
Nửa khớp thụđộng 5 được bắt vào bề mặt côn của đầu trước trục cam bơm cao áp nhờ chốt then và đai ốc giữ. Nửa khớp chủ động 1 được đặt trên mayơ của khớp thụđộng và có thểquay trên đó. Răng của nửa khớp chủđộng lọt vào các rãnh của đĩa êchtôlit và khớp nối trục chuyển động bơm, tức là liên kết nửa khớp chủ động qua các bánh răng phân phối với trục khuỷu động cơ.
Chuyển động quay từ nửa khớp chủ động truyền đến nửa khớp thụ động qua hai quảvăng 4, các quả văng này quay trên hai trục 3, các trục này được ép vào nửa khớp thụ động 5 trong mặt phẳng thẳng góc với trục quay của bộ phận tự động. Chốt của nửa khớp chủ động tỳ vào các phần lồi trên quả văng và bị ép vào quả
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -40- MSHV: CA120171 văng nhờ lực ép của hai lò xo 2.Mỗi lò xo được đặt giữa trục và chốt và tì vào bề mặt trên trục và chốt.Lực lị xo có xu hướng giữ các quả văng tựa vào bạc của nửa khớp chủđộng 1. Tất cảcác cơ cấu của bộ phận tựđộng được đóng kín bằng thân 8, thân này được vặn vào bề mặt ngồi có ren của nửa khớp thụđộng.
b) Nguyên lý làm việc:
Khi bộ phận tựđộng quay dưới tác dụng của lực ly tâm, các quảvăng 4 văng ra làm cho nửa khớp thụ động quay đối với khớp chủ động theo chiều chuyển động của trục cam bơm, do đó làm tăng góc phun sớm nhiên liệu.
Khi giảm số vòng quay trục khuỷu, các quảvăng cụp lại.Lò xo quay nửa khớp thụ động cùng với trục bơm về phía chiều quay ngược lại so với nửa khớp chủ động. Do đó làm giảm góc phun sớm của nhiên liệu.
2.2.2.2. Kết cấu của bộ phận điều chỉnh góc phun sớm và cách thực hiện điều chỉnh góc phun sớm ban đầu của động cơ diesel D1146TI
a) Kết cấu của bộđiều chỉnh góc phun sớm ban đầu của bơm cao áp.
Hình 2.11.Kết cấu bộ phận điều chỉnh góc phun sớm
1-Bộ phận điều chỉnh góc phun sớm tự động kiểu ly tâm; 2-Bu lơng khóa khớp nối cơ cấu điều chỉnh góc phun sớm; 3-Đĩa trung gian;
I-Khớp chủ động; II-Khớp bị động 1 2 3 II I
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -41- MSHV: CA120171 Khi nới hai bu lơng khóa khớp điều chỉnh góc phun sớm (2), khớp chủđộng (I) sẽxoay tương đối với khớp bịđộng (II) trên đĩa trung gian có hai lỗ hình bầu dục để điều chỉnh góc phun sớm hình 2.12.
Hình 2.12. Đĩa trung gian
b) Điều chỉnh góc phun sớm ban đầu của bơm cao áp.
Việc phun nhiên liệu diesel vào buồng đốt được điều khiển bơm cao áp (BCA) và vòi phun.Mỗi loại động cơ cụ thểđều có một góc phun sớm nhất định mà tại đó nhiên liệu phun vào xi lanh có thểcháy hồn tồn.Các động cơ thấp tốc có góc phun sớm nằm trong dải 8-12 độ.Động cơ cao tốc có góc này tới 30 độ.Động cơ trung tốc có góc phun sớm nằm trong khoảng giữa.Nhiên liệu được phun sớm quá (góc phun sớm lớn) dễgây gõ động cơ, tức là động cơ làm việc không êm ái. Nếu phhun muộn q (có góc phun sớm nhỏ) thì dễgây khói đen do dầu cháy khơng hết. Khi máy đã có tuổi góc phun sớm thường bị sai lệch theo chiều hướng tăng lên, tức là dầu thường được phun sớm hơn.
Nhằm lựa chọn góc phun sớm hợp lý khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel, góc phun sớm 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 2200vịng/phút) hình 2.13
Khởi động cho động cơ làm việc và quan sát khí xả, nghe tiếng nổ của động cơ. Nếu động cơ khó nổ, khi nổ có nhiều khói đen thì chứng tỏ góc cung cấp nhiên liệu muộn.Nếu động cơ có tiếng gõ đanh khi làm việc thì góc cung cấp nhiên liệu sớm
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -42- MSHV: CA120171 quá.Dùng súng điện tửđể kiểm tra góc phun sớm của động cơ hình 2.14. Trong cả hai trường hợp đều phải điều chỉnh lại bằng cách: Nới lỏng hai bu lơng khóa khớp nối bắt trục dẫn động BCA va xoay khớp bị động (II) trên trục BCA theo chiều cần chỉnh một góc nhỏ sau đó siết lại hai bu lơng khóa khớp nối chặt lại, nổ máy và kiểm tra lại. Khi nào động cơ làm việc bình thường và kiểm tra được góc phun sớm.
Hình 2.13. Điều chỉnh góc phun sớm
Hình 2.14.Thiết bị đo góc phun sớm Tecnotest-Mod.948
Vịtrí điều chỉnh
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -43- MSHV: CA120171
2.3. Kết luậnchương 2
Để ứng dụng nhiên liệu LPG trên động cơ diesel một cách hiệu quả, đảm bảo cải thiện các vấn đề tồn tại đặt ra trong các nghiên cứu trước đây, thì vấn đề lắp đặt và điều chỉnh góc phun sớm hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ là cần thiết.
Động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel cần giảm góc phun sớm so với động cơ dùng nhiên liệu truyền thống.
Với yêu cầu để tìm ra được cách lắp đặt hệ thống cung cấp LPG cho động cơ diesel D1146TI, một sơ đồ hệ thống cung cấp phù hợp với điều kiện hiện tại ở Việt Nam đã được xây dựng. Đồng thời, xác định được góc phun sớm nhiên liệu diesel tối ưu khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel nhằm đáp ứng mục đích nghiên cứu. Hệ thống này là cơ sở quan trọng cho việc thực hiện các nghiên cứu sâu về sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG cho động cơ nghiên cứu.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -44- MSHV: CA120171
CHƯƠNG 3.NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG GÓC PHUN SỚM NHIÊN LIỆU DIESEL TỚI ĐẶC TÍNH VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ
DIESEL D1146TI KHI SỬ DỤNG LƯỠNG NHIÊN LIỆU LPG/DIESEL
3.1. Thiết bị thử nghiệm động cơ
3.1.1. Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm
Q trình thử nghiệm động cơ diesel chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel trên băng thử nhằm đánh giá tínhnăng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel. Nhiên liệu thử gồm nhiên liệu diesel thường dùng có hàm lượng lưu huỳnh <500ppm và LPG được chứa trong bình chứa có tỷ lệ về thể tích của propan/butan là 50/50
Động cơ được thử nghiệm tại phịng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Phòng thử được trang bị phanh thử tạo tải cân bằng với công suất của động cơ phát ra, từđó xác định được các thơng sốcơ bản của động cơ như công suất, mômen, tốc độ. Suất tiêu hao nhiên liệu được xác định bằng cân nhiên liệu. Khí thải động cơ được lấy mẫu và hàm lượng các chất thải độc hại (CO, CO2, NOX, HC, PM) được đo bằng các thiết bị lấy mẫu và phân tích khí thải.
Các tín hiệu về nhiệt độ (nước, dầu, nhiên liệu, khí nạp, khí xả) và áp suất (dầu bơi trơn, nhiên liệu, môi trường) được thu nhận từ các cảm biến gắn trên các đường ống dẫn và đưa về bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và đưa về hiển thị trên màn hình máy tính.
Vị trí cung cấp nhiên liệu được điều khiển bởi bộ kéo ga Throttle Actuator THA100. Lượng tiêu hao nhiên liệu được xác định theo phương pháp khối lượng qua cân nhiên liệu Fuel Balance 733. Băng thử được trang bị các hệ thống điều khiển, xử lý số liệu tựđộng và hiện thị kết quả. Các chếđộ làm việc của động cơ và các dữ liệu đo đạc được điều khiển, thu nhận và xử lý bởi các phần EMCON và PUMA.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -45- MSHV: CA120171
Hình 3.1.Sơ đồ băng thử động cơ nhiều xi lanh D1146TI
3.1.2. Các hệ thống đo và phụ trợ của băng thử
3.1.2.1. Phanh thử động cơ
Phanh thử động cơ APA 100 tạo tải cân bằng với công suất của động cơ phát ra, từđó xác định được mơ men và công suất động cơ của động cơ. Phanh APA 100 có thể hoạt động ở chế độ phanh điện và động cơ điện.Tác dụng tương hỗ giữa lực từ của stator và rotor sẽ tạo ra tải trọng cho động cơ hoặc lực kéo động cơ đốt trong quay. Lực này được đo bởi một cảm biến lực trên băng thử để xác định mô men. Thay đổi giá trị của lực này bằng cách thay đổi cường độ dòng điện vào băng thử. Tốc độ quay của băng thửđược xác định bằng cảm biến tốc độ kiểu đĩa quang.
* Thông số của phanh thửđộng cơ:
Công suất lớn nhất đo được: 220 kW
Mô men lớn nhất đo được: 934 Nm
Tốc độ lớn nhất: 8000 v/ph
Điện thế : 3 x 500 V
Tần số : 0.5-75/150/267 Hz Dòng điện : 290 A
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Trần Thanh Tuấn -46- MSHV: CA120171 Công suất tiêu thụ : 8900 W Phạm vi vòng quay : 0-8000 min-1 Số vòng quay tới hạn :10927 min-1 Mô men cực đại : 934 Nm Mơ men qn tính : 1.6 kgm2
Khối lượng Rotor : 190 kg
Tổng khối lượng phanh chưa kể thiết bị hiệu chỉnh : 1225 kg Nhiệt độmôi trường trong quá trình làm việc: +5 đến +45 0C
Hình 3.2.Sơ đồ mặt cắt ngang của phanh thử động cơ
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 q 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