III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.2 Ảnh hưởng của góc đánh lửa đên tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ xăng
3.2.1 Góc đánh lửa sớm
Người ta sử dụng góc đánh lửa sớm làm căn cứ để đo thời điểm đánh lửa. Góc đánh lửa sớm θ (độ hoặc góc quay trục khuỷu) được tính từ thời điểm bắt đầu bật tia lửa điện đến điểm chết trên. Trong động cơ xăng, hổn hợp hòa khí được đánh lửa để đốt cháy và áp lực sinh ra từ sự bốc cháy sẽ đẩy piston xuống, năng lượng nhiệt được biến thành động lực có hiệu quả cao nhất khi áp lực nổ cực đại được phát sinh vào thời điểm trục khuỷu ở trước điểm chết trên. Động cơ không tạo ra được áp lực cực đại vào thời điểm đánh lửa, nó phát ra áp suất cực đại chậm một chút sau khi
đánh lửa. Vì vậy phải đánh lửa sớm sao cho áp suất cực đại được tạo ra khi piston lên đến điểm chết trên.
Thời điểm đánh lửa để tạo ra áp suất cực đại thích hợp phải thường xuyên thay đổi phụ thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ.
+ Tốc độ của động cơ. + Tải trọng của động cơ.
Vì thế, hệ thống đánh lửa phải có khả năng thay đổi góc đánh lửa sớm để động cơ tạo ra áp lực nổ một cách hiệu quả nhất, phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ.
3.2.2 Ảnh hưởng của góc đánh lửa đến tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ
Hình 3.1 trình bày 3 đồ thị công 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. Đường 2 là quá trình cháy khi góc đánh lửa sớm hợp lí. Để thu được công chu trình lớn nhất cần phải đánh lửa đốt cháy hoà khí trước khi piston tới
ĐCT. Làm như vậy để quá trình cháy diễn ra
Hình 3.1 Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến sự thay đổi áp suất trong xylanh động cơ
nhanh hơn và kết thúc sớm hơn, áp suất cháy cực
đại xuất hiện ở gần ĐCT, diện tích đồ thị công sẽ lớn hơn. Tuy nhiên nếu góc đánh lửa quá lớn thì hậu quả của nó sẽ giống như trường 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 không có cháy kích nổ ngay cả khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào các thông số như: tỷ số nén, thành phần hỗn hợpcháy, 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 quá 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 quá trình cháy được thể hiện trên hình 3-2.
Hình 3-2. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm tới quá trình cháy.
Đồ thị công d, được xác định khi θ = 39˚, do bật tia lửa điện sớm quá nên phần hòa 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 công tiêu hao cho quá trình nén và làm giảm diện tích đồ thị công. Đồng
trình màng lửa tăng cao, qua đó làm tăng khuynh hướng kích nổ của thành phần hòa 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 công 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 công và giảm công 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 công lớn nhất, công suất và hiệu suất động cơ cao nhất. Lúc ấy tốc độ tăng áp suất cũng như áp suất cực đại đều không quá lớn. Góc đánh lửa tương ứng với công 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 bằng cách điều chỉnh đặc tính góc đánh lửa sớm θ. Đặc tính góc đánh lửa sớm thể hiện sự biến thiên của công suất Ne và suất tiêu hao nhiên liệu ge theo góc đánh lửa sớm θ khi cho động cơ hoạt động ở một tốc độ và một vị trí mở của bướm ga. Khi thực hiện để lấy đặct tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm, người 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 đường cong: Ne = f(θ) và ge = f(θ). 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 công.
Hình 3-2. Đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm. a) Bướm ga mở 100%; b) Số vòng quay n = 1600(v/ph).
IV. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 4.1 Phương pháp đánh giá.
* Đánh giá ảnh hưởng của góc đánh lửa đến tính năng kỹ thuật của động cơ:
+ Công suất và momen:
Ở đây ta giữ tốc độ động cơ và tải ở một mức nhất định, sau đó thay đổi góc đánh lửa θs. đo các giá trị Momen và công suất ứng với góc đánh lửa nhất định. Từ đó xây dựng biểu đồ momen, công suất theo θs. dựa vào biểu đồ ta sẽ thấy được góc đánh lửa tối ưu nhất để cho Ne và Me lớn nhất.
Lần lượt thiết lập tốc độ và tải mới cho động cơ, sau đó thay đổi θs ta cũng xây dựng được biểu đồ như trên đưa ra được đánh giá tương tự về góc đánh lửa thích hợp ứng với chế độ tải và tốc độ đó.
* Đánh giá ảnh hưởng của góc đánh lửa đến tính năng kinh tế của động cơ:
+ Suất tiêu hao nhiên liệu ge:
Ứng với mỗi cấp tốc độ và tải ( n= const, α = const) thì tat hay đổi góc đánh lửa θs. Xây dựng được biểu đồ ảnh hưởng của θs đến suất tiêu hao nhiên liệu, từ đó xác định được lượng nhiên liệu tiêu hao nhỏ nhất phù hợp với công suất và momen đã xây dựng ở phần trên.
4.2. Qui trình thực nghiệm
Quá trình thí nghiệm được thục hiện qua các bước sau.
- Bước 1: Chuẩn bị thí 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: Thí nghiệm
Vận hành các thiết bị chính trong phòng thí nghiệm động cơ
1. Vận hành các thiết bị phụ trợ
- Bật các công tắc khởi động các quạt hút, thổi, quạt làm sạch và quạt hút khí xả động cơ.
- Bật công tắc vận hành bơm nước lên tháp, bơm bổ sung, quạt tháp làm mát nước.
- Lưu ý kiểm tra thường xuyên sự làm việc ổn định của quạt tháp và các máy bơm, đồng thời kiểm tra các lọc nước theo định kỳ.
2. Vận hành các trang thiết bị xác lập điều kiện thí nghiệm ( Độ ẩm, nhiệt độ phòng, nhiệt độ nhiên liệu…)
- Khởi động thiết bị đo độ ẩm (Numidity Mesurement)
- Khởi động các thiết bị đo nhiệt độ, áp suất khí quyển, ghi nhận thời gian thí nghiệm.
3. Vận hành hệ thống làm mát nhiên liệu
- Bật công tắc cầu dao nguồn.
- Bật công tắc khởi động trên hệ thống và ấn liên tục trong 5s.
- Cài đặt nhiệt độ nước vào và ra theo tiêu chuẩn qui định (Nhiệt độ nước vào: 30oC, nhiệt độ nước ra: 100C).
- Lưu ý thường xuyên kiểm tra mức nước trong bồn dự trữ. Nếu thấy thiếu phải châm ngay vào hệ thông qua phễu trên bình nước dự trữ.
- Kiểm tra tình trạng làm việc của đầu lạnh và quạt gió.
4. Vận hành hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu
- Kiểm tra mức nhiên liệu trên bồn chứa và các van được mở. Bật công tắc khởi động nguồn điện cấp cho hệ thống.
- Kiểm tra độ mở của cụm van điều chỉnh áp suất nhiên liệu cung cấp cho động cơ. Kiểm tra tình trạng rò rỉ nhiên liệu trên hệ thống đo và động cơ trên băng thử.
- Kiểm tra tình trạng của hệ thống đo nhiên liệu, khi bật công tắc nguồn thì đèn xanh ở khu vực dưới sẽ nhấp nháy liên tục. Nếu thấy đèn xanh ở trên nhấp nháy liên tục thì hệ thống đã bị lỗi. Lúc này cần phải tìm lỗi.
- Nếu bị air thì có thể RESET trực tiếp trên hệ thống này.
5.Vận hành hệ thống điều hòa nhiệt độ nước làm mát cấp cho động cơ
- Bật công tắc nguồn trên hệ thống và kiểm tra tình trạng của hệ thống. - Lúc này đèn vàng và đèn xanh sẽ sáng.
- Kiểm tra lượng nước làm mát trong hệ thống bằng ống thủy bên ngoài hệ thống.
- Thường xuyên súc hệ thống theo định kỳ đã qui định, đặc biệt là các lọc nước trong hệ thống.
6. Vận hành hệ thống điều hòa nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ (554)
- Kiểm tra mức dầu bôi trơn trong động cơ và đường nước vào trong hệ thống.
- Bật công tắc nguồn điện trên hệ thống, lúc này đèn vàng sáng. - Kiểm tra tình trạng rò rỉ dầu bôi trơn trên hệ thống và động cơ.
- Kiểm tra áp suất dầu và nhiệt độ dầu bằng đồng hồ báo trên hệ thống. - Có thể kiểm tra lỗi hệ thống trên taplo của hệ thống.
7. Vận hành thiết bị điều chỉnh góc đánh lửa sớm cơ khí
Nguyên lý vận hành đã trình bày ở mục 2.3.2.2 ta tiến hành thay đổi góc đánh lửa ứng với từng cấp tải và tốc độ (n = const, α = const ).
8. Vận hành hệ thống đo bồ hóng, khí xả động cơ
- Bật công tắc điện trên bộ đo AVL DIGAS 4000 trong phòng thí nghiệm. - Cắm hai đầu đo vào trong đường ống xả đã định sẵn.
9.Kiểm tra động cơ và nối kết điện acqui cho hệ thống điều khiển động cơ
- Kiểm tra tình trạng động cơ trước khi vận hành cho chạy. - Kiểm tra các cảm biến trên động cơ.
- Kiểm tra trục nối động cơ và APA.
- Kiểm tra cầu chì trên hộp kết nối điện điều khiển đánh lửa cho hệ thống. - Bật công tắc khởi động hệ thống bơm nước làm mát cảm biến áp suất trên đường nạp và thải của động cơ, kiểm tra lượng nước làm mát trong bình chứa.
10. Chuẩn bị công tác PCCC và an toàn
- Chuẩn bị sẵn các bình cứu hỏa khi cần thiết có thể xử lý kịp thời và nhanh chóng khi mà trung tâm chưa trang bị hệ thống chữa cháy tự động bằng khí CO2.
- Khi vận hành hệ thống, người vô phận sự cấm không vào trong khu vực Phòng thí nghiệm, chỉ có các chuyên viên mới vào trong khu vực Phòng thí nghiệm.
11. Vận hành PUMA
- Bật công tắc điện nguồn cấp cho hệ thống tủ điều khiển.
- Bật công tắc nguồn cung cấp điện cho PUMA (xoay núm đỏ trên tủ điện theo chiều kim đồng hồ ở vạch ứng với dấu “I”)
- Vận hành hệ thống máy tính trên bàn điều khiển, ấn vào nút khởi động máy tính trên tủ điện (vị trí dưới cùng của tủ điện có dấu “I”).
- Bật công tắc khởi động hệ thống INDICATING. - Khởi động hệ thống máy tinh.
- Khởi động máy tính phần Indicating trước, sau đó khởi động máy tính chính trên bàn điều khiển để tránh lỗi thao tác vận hành hệ thống.
- Vận hành hệ thống PUMA.
Hình 4.1: Bảng điều khiển Emcon 300
Chuẩn bị chương trình chạy thí nghiệm:
- Lập nhật ký chạy theo giờ chạy để kiểm soát hệ thống.
- 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 yêu cầu thí nghiệm.
Hình 4.2: Các núm phim trên Emcon
- 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 công cụ phần màn hình Manual không còn dấu 3 chấm và khi nhấp Reset trên Pano xuất hiện dòng 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 .
Hình 4.3: Các num xoay trên Pano 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 vào mục đích thí nghiệm
Hình 4.4: Giao diện Stationary Step: Demand Values
- 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