4. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ 1 Lựa chọn động cơ
5.2 Nhiệt độ khí thả
Hình 4. Bản đồ nhiệt độ khí thải cho từng loại nhiên liệu.
Như được mơ tả trong Hình 4, để bảo vệ các thành phần của hệ thống xả, đặc điểm nhiệt độ khí xả của hoạt động động cơ trên mỗi nhiên liệu được kiểm soát phần lớn tương tự nhau, chủ yếu sai lệch ở các điểm tải và tốc độ cao hơn, nơi nhiên liệu RON thấp hơn dẫn đến cao hơn nhiệt độ khí thải được phát ra trên một phân đoạn lớn hơn trong phạm vi hoạt động. Trong các điều kiện này, để bù đắp cho sự gia tăng nhiệt độ do quá trình đánh lửa chậm được sử dụng để tránh kích nổ đốt cháy, người ta sử dụng phương pháp để tránh tràn nhiên liệu, điểm này được minh họa thêm trong Hình 5 dưới đây, nơi có thể thấy rõ mức độ ngập quá mức cần thiết cho mỗi nhiên liệu.
Hình 5. Mơ tả lambda khí thải cho mỗi loại nhiên liệu. 5.3 Mô phỏng phương tiện
Một mô phỏng phương tiện được thực hiện bằng phần mềm GT-Drive, mơ hình mơ hình động (hướng về phía trước) này là phiên bản cập nhật của mơ hình được sử dụng trong một nghiên cứu trước đây của Bisordi và cộng sự [11].
Dựa trên thư viện các yếu tố đa vật lý, phần mềm này cho phép chế tạo và thử nghiệm các phương tiện và đường trượt qua các chu kỳ truyền động về mức tiêu thụ nhiên liệu và phát thải chất ô nhiễm.
Một "trình điều khiển ảo" đã được xây dựng và sử dụng để tạo ra các đầu vào hệ thống cần thiết như tín hiệu chọn ga, phanh, ly hợp và hộp số, để tuân theo các cấu hình tốc độ thời gian của các chu kỳ truyền động khác nhau được khảo sát. “Người lái xe ảo” này nhìn trước một bước thời gian và tính tốn mơ-men xoắn cần thiết để đạt được gia tốc xe cần thiết để phù hợp với tốc độ xe yêu cầu trong tương lai.
u cầu mơ-men xoắn được tính tốn được thơng báo tới các hạng mục động cơ hoặc phanh. Nếu mơ hình nhận được u cầu mơ-men xoắn đối với đối tượng động cơ lớn hơn ngưỡng cắt nhiên liệu, nó sẽ sử dụng bảng tra cứu 3 chiều để tính tốn dịng nhiên liệu tức thời theo phương thức bán tĩnh.
Để tính đến các đặc tính nạp nhiên liệu khởi động quá độ và nguội của động cơ thực, một số bảng và phương trình hiệu chỉnh được đưa vào mơ hình.
Phương pháp trên dựa vào bước thời gian đủ nhỏ để gần như tĩnh, thường theo thứ tự 0,25s cho kết quả là tốc độ dòng nhiên liệu tức thời đủ chính xác.
Vì động cơ được nạp turbo nên thời gian chuyển tiếp đến mô-men xoắn đầy đủ ở bất kỳ tốc độ động cơ nhất định nào khơng phải là tức thời, do đó hành vi q độ của turbo cũng được mơ hình hóa thơng qua các phương trình và tra cứu bảng dựa trên dữ liệu thử nghiệm. Trong các chu kỳ truyền động năng động cao, nơi động cơ được vận hành thoáng qua hầu hết thời gian, các hiệu chỉnh trên phải được kết hợp vào mơ hình để đảm bảo đủ mối tương quan để kiểm tra dữ liệu.
Các đầu vào cần thiết để tạo mơ hình kết hợp các thơng số liên quan đến thơng số kỹ thuật của xe được sử dụng để biểu diễn lực cản lái xe và dữ liệu hệ thống truyền lực cho hiệu suất, mơ-men xoắn và dịng năng lượng trong khi cung cấp công suất theo yêu cầu.
Thông số kỹ thuật của xe được thu thập từ thông tin nhà sản xuất hoặc bằng các phép đo trực tiếp và được sửa đổi chính xác để mơ tả phù hợp tải trọng của đường như lực cản khí động học và lực cản lăn của lốp.
Để nắm bắt các tổn thất thực tế đối với chiếc xe đang được đánh giá, một bài kiểm tra coastdown của xe theo hướng dẫn 70/220/EEC đã được thực hiện và đường cong lực cản lái xe đo được sử dụng sau này trong mơ hình tương quan cho cơng nghệ và đánh giá nhiên liệu qua các chu kỳ truyền động đã chọn.
Để biểu diễn động cơ, mơ hình GT-Drive sử dụng bản đồ lưu lượng nhiên liệu đo được dựa trên tốc độ và tải của động cơ. Bản đồ này thu được từ các phép đo lực kế được thực hiện trong quá trình vận hành ở trạng thái ổn định, trong điều kiện động cơ hoàn toàn đang khởi động. Các đường cong đầy tải và động cơ cũng được đo và thực hiện như chức năng của vị trí chân ga.
Có thể ước tính chính xác các tác động nhất thời như tăng nhiên liệu trong quá trình khởi động do tính chất lặp đi lặp lại của NEDC. Đường xu hướng của hệ số nhân nhiên liệu được trang bị cho một phương trình Arrhenius đã sửa đổi, trong đó thời gian chu kỳ đã trơi qua là biến chính. Phương pháp này được áp dụng cho tất cả các phép đo được thực hiện trên các
loại nhiên liệu đã chọn được thử nghiệm trên phương tiện cơ sở. Khơng có sự khác biệt đáng kể nào được tìm thấy giữa các loại nhiên liệu được điều tra. Do đó, một mơ hình hiệu chỉnh khởi động duy nhất cho tất cả các loại nhiên liệu được sử dụng. Tương quan khởi động tương tự cũng được sử dụng cho cả mô phỏng chu trình WLTC và RDE.
Hình 6. Bản đồ lưu lượng nhiên liệu có trọng số cho mỗi chu kỳ truyền động, hiển thị giới hạn kích nổ 95RON.
Đồ thị thời gian cư trú của tải trọng tốc độ có trọng số nhiên liệu trong Hình 6 cho thấy lợi ích có thể đạt được khi sử dụng nhiên liệu có trị số octan cao hơn. Đường màu vàng được vẽ trên mỗi biểu đồ mơ tả giới hạn kích nổ của động cơ, kích thước và số lượng các vịng trịn màu xanh lam được vẽ phía trên đường đó cho biết mức độ nghiêm trọng tương đối của mỗi chu kỳ, từ góc độ kích nổ của động cơ và do đó lợi ích tiềm năng cao hơn nhiên liệu RON. Những lợi ích này chuyển thành hiệu suất nhiên liệu của chu trình truyền động đối với mỗi sự kết hợp nhiên liệu và chu trình được trình bày trong Bảng 3 dưới đây.
Bảng 3. Mức tiêu thụ nhiên liệu mơ phỏng. 95 RON 98 RON 100 RON 102 RON 95 RON 98 RON 100 RON 102 RON Chu trình
lái L/100km % cải thiện so với 95 RON
NEDC 7.078 7.062 7.019 6.954 - 0.22 0.83 1.75
WLTC 7.663 7.640 7.552 7.486 - 0.29 1.44 2.3
RDE 8.129 8.022 7.927 7.827 - 1.32 2.48 3.72
Artemis 8.34 8.245 8.168 8.075 - 1.14 2.06 3.17
Lợi ích tiết kiệm nhiên liệu liên quan đến việc tăng RON từ 95 lên 102 trong khoảng từ 1,75% đến 3,72% đã được mơ phỏng, với lợi ích thấp nhất được nhìn thấy trong chu trình truyền động NEDC và lớn nhất trong chu trình RDE đã chọn. Đối với chu trình NEDC, động
cơ hoạt động ở mức BMEP dưới ngưỡng giới hạn kích nổ trong hầu hết chu trình và ở đó, ảnh hưởng của nhiên liệu RON cao hơn là tương đối nhỏ. Chu trình WLTP được vận hành ở tải cao hơn một chút mặc dù phần lớn của chu trình vẫn dưới giới hạn kích nổ 95 RON. Ngồi ra, cả chu trình RDE và chu trình Artemis đều hoạt động ở mức tải cao hơn đáng kể so với chu trình NEDC hoặc WLTC và do đó, cho thấy sự cải thiện về khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi sử dụng nhiên liệu RON cao hơn do lượng nhiên liệu RON thấp hơn cần thiết ít hơn. Đối với các chu trình NEDC, WLTC và Artemis, kết quả cũng được mơ hình hóa có và khơng có điểm dừng. Kết quả với dừng khởi động được thể hiện với lợi ích từ việc sử dụng dừng khởi động nằm trong khoảng từ 1% đối với Artemis đến khoảng 4,7% đối với NEDC do hàm lượng nhàn rỗi cao của chu trình sau. Kết quả RDE được hiển thị cho một phương pháp thay đổi cách chạy trong chế độ dịch chuyển ECO. Ngoài ra, chế độ chuyển số SPORT(thể thao) cũng được chạy và đối với chu trình đã chọn, mức phạt khoảng 3% cho tất cả các loại nhiên liệu.