iv Các nội dung chính trong đề tài
3.3. Thực hiện tối ưu tham số điều chỉnh động cơ
3.3.1. Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ sử dụng hệ thống CR thuật của động cơ sử dụng hệ thống CR
Động cơ diesel nĩi chung cũng như động cơ diesel sử dụng HTNL CR nĩi riêng cĩ
nhiều tham số điều chỉnh như pf, s, l, Tlm, Tbt, Tkn...
3.3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát
Hệ thống làm mát cĩ tác dụng tản nhiệt khỏi các chi tiết, giữ cho nhiệt độ của các chi tiết khơng vượt quá giá trị cho phép và do đĩ bảo đảm điều kiện làm việc bình thường của động cơ.
Nhiệt độ nước làm mát được xác định thơng qua cân bằng nhiệt của động cơ. Việc nâng cao nhiệt độ trong hệ thống làm mát sẽ giúp giảm lượng nhiệt truyền cho nước làm mát do đĩ gĩp phần nâng cao hiệu suất cĩ ích của động cơ. Tuy nhiên việc nâng cao nhiệt độ trong hệ thống làm mát chỉ tới một giới hạn nào đĩ đảm bảo sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ các chi tiết và khơng để xẩy ra kích nổ trong động cơ xăng. Theo nhiều nghiên cứu cho thấy cứ tăng nhiệt độ nước làm mát lên 100C sẽ làm giảm nhiệt lượng truyền cho nước làm mát 4÷5% tuy nhiên khi tăng nhiệt độ nước làm mát cũng sẽ làm tăng nhiệt lượng do khí thải mang đi [3].
Việc tăng nhiệt độ nước làm mát cũng làm tăng nhiệt độ thành xilanh và nhiệt độ trung bình của màng dầu giữa piston và xilanh. Tăng nhiệt độ thành xilanh sẽ làm giảm hệ số nạp, theo [64] nếu tăng nhiệt độ nước làm mát từ 60 lên 900C thì hệ số nạp sẽ giảm 2÷3%. Ngồi ra, khi đĩ tăng nhiệt độ lớp dầu giữa piston và xilanh tăng sẽ làm giảm cơng ma sát do giảm độ nhớt của dầu. Cứ tăng nhiệt độ nước làm mát 100C thì cơng ma sát sẽ giảm 3,5÷10% [64].
66
Do tác động qua lại của những yếu tố kể trên dẫn tới để động cơ làm việc tốt, phát huy được các tính năng kinh tế kỹ thuật thì mỗi động cơ sẽ cĩ vùng nhiệt độ làm việc của nước làm mát tối ưu. Đối với các động cơ làm mát bằng nước nhiệt độ này khoảng 75÷850C [3].
3.3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ dầu bơi trơn và nhiệt độ khí nạp
Khi nhiệt độ dầu bơi trơn thấp, độ nhớt cao dẫn đến lực cản ma sát lớn làm tăng cơng tổn hao cơ giới trong động cơ. Tuy nhiên, nhiệt độ dầu bơi trơn quá cao sẽ làm giảm độ nhớt của dầu dẫn tới cĩ thể phá vỡ màng dầu bơi trơn làm tăng mài mịn các chi tiết.
Nhiệt độ khí nạp cũng là một thơng số ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ. Khi nhiệt độ khí nạp tăng sẽ làm cho mật độ khơng khí bị giảm. Hình 3.11 cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp lớn tới suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ…
Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp lớn tới suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ [64]
a. Tại tốc độ 1500v/ph và mơ mem khác nhau b. Tại mơ mem (50 N.m) và tốc độ khác nhau
a)
67
Hình 3.12. Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ [65]
3.3.1.3. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng khơng khí
Trên các xe đời mới áp dụng cơng nghệ phun nhiên liệu CR, để đáp ứng được các qui định ngày càng nghiêm ngặt về lượng khí độc hại phát ra, người ta bố trí thêm cảm biến ơ xy trên đường xả để xác định nồng độ ơ xy trong khí xả, từ đĩ quyết định đến lượng phun liệu. Như vậy hệ số dư lượng khơng khí ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu, sự phát thải của động cơ.
3.3.1.4. Ảnh hưởng của áp suất phun và gĩc phun sớm
Hình 3.12 cho thấy ảnh hưởng của một số tham số điều chỉnh cơ bản tới tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ trong đĩ việc tăng áp suất phun cĩ thể cải thiện cơng suất, giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải độc hại [65]. Trong khi tối ưu gĩc phun sớm khơng chỉ cải thiện các tính năng này mà nĩ cịn cĩ khả năng giúp giảm ồn cho động cơ. Ngồi ra bằng cách thay đổi quy luật cung cấp nhiên liệu như tăng số lần phun trong một chu trình cĩ thể giúp giảm phát thải độc hại và ồn.
Cùng với sự phát triển của cơng nghệ điện – điện tử và cơng nghệ chế tạo, áp suất phun cũng như số lần phun trong một chu trình ngày một tăng, áp suất phun cao sẽ làm tăng chiều dài tia phun và tốc độ nhiên liệu giúp cho nhiên liệu phun tơi hơn như thể hiện trên Hình 3.13 [65] và được phân bố khắp khơng gian buồng cháy đảm bảo nhiên liệu bay hơi nhanh và hịa trộn đồng đều do đĩ sẽ giúp quá trình cháy được cải thiện. Tuy nhiên áp suất cao cũng làm tăng tốc độ cháy của hỗn hợp, làm tăng rung động và ồn của động cơ. Ngồi ra để tăng áp suất phun thì cơng dẫn động bơm cao áp cũng tăng nên sẽ làm tăng tổn hao cơ giới của động cơ.
Qua phân tích và khảo sát như trên thì hai tham số điều chỉnh φs, pf là hai tham số cơ
bản quan trọng nhất của động cơ bởi nĩ quyết định tới cả cơng suất, tiêu hao nhiên liệu, sự phát thải và độ ồn của động cơ. Cịn các thơng số khác cĩ ảnh hưởng nhưng khơng nhiều.
Vì vậy chọn hai tham số φs, pf được điều chỉnh để khảo sát được xem như là tham số tiêu biểu. Hơn nữa, nếu khảo sát tất các tham số, sẽ phải mất rất nhiều thời gian cũng như số
68
lượng mẫu thí nghiệm tăng lên nhiều lần nằm ngồi khả năng của nghiên cứu sinh. Do đĩ trong quá trình thí nghiệm các tham số như l, Tlm, Tbt, Tkn được giữ ổn định ở chế độ hợp lý đối với từng loại động cơ (cụ thể theo số liệu khuyến cáo của nhà sản xuất).
3.3.2. Quy trình tối ưu các tham số điều chỉnh
Động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu CR cĩ nhiều tham số điều chỉnh như áp suất phun, gĩc phun sớm, số lần phun trong một chu trình, hệ số dư lượng khơng khí λ... Việc điều chỉnh chính xác các tham số này sẽ nâng cao tính năng kinh tế và kỹ thuật của động cơ.
Cơng việc tối ưu các tham số điều chỉnh được thực hiện trên các băng thử hiện đại ở các chế độ làm việc và các hàm mục tiêu khác nhau thơng qua thực hiện nhiều ma trận thử nghiệm, trong đĩ mỗi ma trận thử nghiệm tương ứng với một chế độ làm việc của động cơ.
Việc xác định bộ tham số (φs, pf) tối ưu được tiến hành bằng thực nghiệm. Ứng với
mỗi chế độ làm việc, giá trị (φs, pf) tối ưu được lựa chọn theo mục tiêu tính kinh tế hoặc tính hiệu quả cao nhất. Do hai thơng số φs và pf ảnh hưởng đồng thời đến đặc tính làm việc
của động cơ [65]. Cho nên việc xác định hai thơng số này cần phải được tiến hành đồng thời.
Theo đặc tính điều chỉnh, mơ men cĩ ích (Me) theo pf và φs luơn cĩ xu hướng đạt cực trị ở một giá trị nhất định [2]. Xét về bài tốn QHTN, khi sử dụng QHTG cấp I thì giảm lần thử nghiệm mà vẫn tìm ra hàm hồi quy (quan hệ biến vào và ra). Nếu khơng đạt được tiêu chuẩn của bài tốn QHTN thì phải thực hiện tiếp bài tốn QHTG cấp II và như vậy số thử nghiệm sẽ tăng lên. Nhưng nếu so sánh hàm hồi quy thì QHTG cấp II nĩ thể hiện quan hệ chính xác hơn. Ngồi ra do giới hạn nghiên cứu của luận án, với hai thơng số đầu vào nên việc thực hiện số điểm thử nghiệm theo lý thuyết QHTN là khơng nhiều, cùng với theo nhiều tài liệu của nghiên cứu khác thì cĩ thể bỏ qua bài tốn QHTG cấp I. Do đĩ nghiên cứu này đã lựa chọn phương pháp QHTG cấp II mà bỏ qua tuần tự đi từ phương pháp QHTG cấp I.
69
3.3.3. Tiến hành bài tốn quy hoạch trực giao cấp II
Các bước thực hiện bài tốn QHTN được thể hiện theo lưu đồ thuật tốn được thể hiện trên hình 3.14, với 2 thơng số đầu vào là thời điểm phun và áp suất phun và một thơng số đầu ra là mơ men.
Hình 3.14. Lưu đồ thuật tốn các bước thực hiện bài tốn QHTN TG cấp II
Phương trình hồi quy sẽ cĩ dạng như sau:
y = b0 + b1x1 + b2x2 + b12 x1x2 + b11x12 + b22x22 (3.33) Ma trận thử nghiệm được xây dựng theo phương án thực nghiệm bậc 2 của Box – Wilson. Số thử nghiệm được tính theo cơng thức.
N = 2k + 2k +N0 (3.34)
Trong đĩ:
Bắt đầu
- Xác định miền biến thiên, tâm qui hoạch - Mã hĩa
Chọn dạng phương trình hồi quy
Thực hiện N thí nghiệm
Tính tốn các hệ số bj
Giả bài tốn tối ưu cực trị
Kết thúc Đúng Loại bỏ hệ số bj Sai KT cĩ nghĩa của các hệ số bj ti >0,05(N0 - 1) KT cĩ nghĩa của PTHQ F > Ftt Đúng Sai
70
- 2k là số thí nghiệm của QHTG cấp I với các Zj = Zjmin hoặc Zj = Zjmax. - 2k là số thí nghiệm tại các điểm “sao”: xj = +TG hoặc xj = -TG. - N0 là thí nghiệm tại tâm Zj = 0
j
Z
Sau khi tính tốn các hệ số bj, sự cĩ nghĩa của các hệ số hồi quy bj được kiểm tra bằng cách áp dụng tiêu chuẩn Student [32], thực hiện các thí nghiệm tại tâm quy hoạch hoặc sử dụng các thí nghiệm song song. Mục đích của bước này là loại bỏ các hệ số bj nhỏ ít ảnh hưởng tới yếu tố đầu ra nhằm đơn giản hĩa phương trình hồi quy. Sau khi kiểm tra sự cĩ nghĩa của các hệ số bj, bước tiếp theo tiến hành kiểm tra sự cĩ nghĩa của phương trình hồi quy theo tiêu chuẩn Fisher (F), các bước kiểm tra được trình bày trong [29].
Để giải bài tốn tối ưu tìm điểm cực trị cĩ thể lựa chọn phương pháp giải bài tốn tối ưu theo phương pháp leo dốc hoặc luân phiên từng biến giải bài tốn phỏng định [29]. Trong đề tài luận án này kết quả giải tối ưu được thực hiện theo phương pháp leo dốc thơng qua phần mềm DX6.