2.1 Thông số kỹ thuật động cơ và phương tiện thí nghiệm
Hình 2 cho thấy sơ đồ của thiết lập thử nghiệm trong công việc này, bao gồm một động cơ xi-lanh đơn, băng thử động cơ, một hệ thống tăng áp, cũng như các thiết bị đo lường và một hệ thống thu thập dữ liệu. Để hấp thụ công việc đầu vào từ động cơ, một lực kế dòng điện Froude-Hofmann AG150 Eddy có cơng suất định mức 150 kW và mơ-men xoắn cực đại 500 Nm đã được triển khai.
Bảng 1. Thơng số kỹ thuật của động cơ thử nghiệm.
Thể tích xi-lanh 2026 cm3
Khoảng chạy piston 155 mm
Đường kính xi-lanh 129 mm
Chiều dài thanh truyền 256 mm
Tỷ số nén hình học 16.8
Số lượng van 4
Loại piston Bát piston có bậc ở mép (Stepped-lip bowl) Hệ thống phun dầu diesel Đường dẫn chung Bosch (Bosch common rail)
Thiết kế vòi phun 8 lỗ, đường kính lỗ 0,176 mm, bao gồm góc phun 150 ° Áp suất phun nhiên liệu tối
đa
2200 bar Áp suất trong xi-lanh tối đa 180 bar
Động cơ thử nghiệm thường được phát triển cho một chiếc xe tải hiện đại. Các thông số kỹ thuật chính của động cơ được liệt kê trong Bảng 1. Về cấu tạo của động cơ, thiết kế của đầu xi-lanh với 4 van và bát pít-tơng có bậc dựa trên động cơ sáu xi-lanh Yuchai YC6K, trong khi phần đáy khối cuối / khối ngắn được AVL thiết kế với hai trục cân bằng quay ngược chiều.
Khí nén được cung cấp bởi bộ siêu tăng áp cánh trượt AVL 515 với điều khiển vịng kín. Hai bể tăng áp đã được lắp đặt để giảm bớt sự dao động áp suất mạnh trong ống nạp và ống xả tương ứng. Áp suất đường ống nạp được kiểm soát một cách tinh vi bằng một van tiết lưu nằm ở phía thượng lưu của bình tăng áp nạp. Tốc độ dịng khối lượng đầu vào được đo bằng đồng hồ đo dòng khối lượng nhiệt. Một van bướm điều khiển điện tử nằm ở hạ lưu của bể tăng xả được sử dụng để kiểm sốt độc lập áp suất ngược của khí thải. EGR bên ngồi làm mát bằng vịng áp suất cao được đưa vào đường ống nạp động cơ nằm giữa bình tăng áp nạp và van tiết lưu bằng cách sử dụng van EGR điều khiển độ rộng xung và chênh lệch áp suất giữa đường ống nạp và ống xả. Bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng nước được sử dụng để kiểm sốt nhiệt độ của khí nạp tăng cường và EGR bên ngồi cũng như dầu bơi trơn và nước làm mát động cơ. Nhiệt độ nước làm mát và dầu được giữ trong khoảng 356 ± 2 K. Áp suất dầu được duy trì trong khoảng 4,0 ± 0,1 bar trong suốt các thí nghiệm.
Trong các thí nghiệm, nhiên liệu diesel được bơm vào động cơ bằng một kim phun điện từ áp suất cao thông qua một bơm cao áp và một đường dẫn chung với áp suất nhiên liệu tối đa là
2200 bar. Một bộ điều khiển điện tử chuyên dụng (ECU) được sử dụng để kiểm sốt các thơng số phun nhiên liệu như áp suất phun, bắt đầu phun (SOI) và số lần phun mỗi chu kỳ. Mức tiêu thụ nhiên liệu được xác định bằng cách đo tổng lượng nhiên liệu được cung cấp đến và đi từ bơm cao áp và kim phun diesel thông qua hai đồng hồ đo lưu lượng Coriolis. Các thơng số kỹ thuật của thiết bị đo có thể tham khảo trong Phụ lục A.
2.2 Hệ thống truyền động van biến thiên
Động cơ được trang bị hệ thống VVA mất chuyển động, kết hợp bộ điều chỉnh đóng mở thủy lực ở phía van nạp của cánh tay địn. Hệ thống này cho phép hoạt động chu trình Miller thơng qua LIVC. Thời gian mở van nạp (IVO) và IVC của hộp cơ sở lần lượt được đặt ở 367 và -174 độ góc tay quay (CAD) sau tâm chết trên (ATDC). Tất cả các sự kiện van được xem xét ở độ nâng van 1 mm và sự kiện độ nâng van nạp tối đa được đặt ở mức 14 mm.
Ngoài ra, hệ thống này cho phép xảy ra sự kiện 2IVO trong q trình xả nhằm mục đích để tránh iEGR tăng phần khí dư. Thời điểm mở van sớm nhất và thời điểm đóng van chậm nhất của phương pháp 2IVO lần lượt được đặt ở 130 CAD ATDC và 230 CAD ATDC. Độ nâng van tối đa của cấu hình này là 2 mm. Hình 2 cho thấy cấu hình van nạp và van xả cho hoạt động cơ bản của động cơ cũng như các phương pháp LIVC và 2IVO. Tỷ lệ nén hiệu quả, ECR, được tính tốn như
ECR=Vivceff
Vtdc (1)
trong đó Vtdc là thể tích xi lanh tại vị trí tâm điểm chết trên (TDC) và Vivc_eff là thể tích xi lanh hiệu dụng tại đó áp suất khí nén trong xi lanh được ngoại suy giống với áp suất đường ống nạp [28].
Hình 2. Lực nâng cố định và van nạp thay đổi khi nâng lên. 2.3 Đo lượng khí thải
Máy phân tích khí thải Horiba MEXA-7170 DEGR được sử dụng để đo khí thải (NOx, HC, CO và CO2). Trong hệ thống máy phân tích này, các khí bao gồm CO và CO2 được đo bằng máy phân tích hấp thụ hồng ngoại khơng phân tán (NDIR), HC được đo bằng máy dị ion hóa ngọn lửa (FID) và NOx được đo bằng máy dị phát quang hóa học (CLD). Để cho phép lấy mẫu áp suất cao và tránh ngưng tụ, một mô-đun lấy mẫu áp suất cao và một đường được gia nhiệt đã được sử dụng giữa điểm lấy mẫu khí thải và thiết bị phân tích khí thải. Số khói được đo ở phía hạ lưu của van áp suất ngược xả bằng Máy đo khói AVL 415SE. Phép đo được thực hiện trên cơ sở số khói bộ lọc (FSN) và sau đó được chuyển đổi thành mg / m3 [29]. Tất cả các thành phần khí thải được chuyển đổi thành lượng khí thải cụ thể được chỉ định rịng (tính bằng g / kWh) theo [30]. Trong nghiên cứu này, tỷ lệ eEGR được định nghĩa là tỷ lệ giữa nồng độ CO2 đo được trong bể tăng lượng khí nạp ((CO2%)nạp vào) với nồng độ CO2 trong ống xả ((CO2%)thải ra) như
Tỉlệe ECR=(CO2%)n pạ vào
(CO2%)th iảra∗100 % (2)
2.4 Thu thập và phân tích dữ liệu
Áp suất tức thời trong xi lanh được đo bằng đầu dò áp điện Kistler 6125C với vòng quay lấy mẫu là 0,25 CAD. Dữ liệu thu được từ thẻ thu thập dữ liệu National Instruments (DAQ) tốc độ cao và tốc độ thấp cũng như các thông số động cơ thu được được hiển thị trong thời gian thực bởi một phần mềm phân tích q trình đốt cháy tạm thời được phát triển trong nhà. Dấu vết áp suất trong xi lanh dựa trên góc quay được ghi lại thơng qua bộ khuếch đại điện tích AVL FI Piezo và được tính trung bình trong 200 chu kỳ động cơ liên tiếp và được sử dụng để tính tốn IMEP và tốc độ tỏa nhiệt biểu kiến (HRR). Theo [1], HRR biểu kiến được tính là HRR= γ (γ−1) p dV dθ+ 1 (γ−1)V dp dθ (3)
trong đó γ được định nghĩa là tỷ số giữa các nhiệt cụ thể và được giả định là hằng số 1,33 trong suốt chu trình động cơ [31]; V và p lần lượt là thể tích và áp suất trong xilanh; θ là độ góc tay quay.
Trong nghiên cứu này, CA10, CA50 (giai đoạn đốt cháy) và CA90 được xác định là góc quay khi phần khối lượng nhiên liệu bị đốt cháy (MFB) lần lượt đạt 10%, 50% và 90%. Thời gian cháy được biểu thị bằng khoảng thời gian giữa các góc quay của CA10 và CA90. Độ trễ đánh lửa được định nghĩa là khoảng thời gian từ SOI đến khi bắt đầu đốt cháy (SOC), được biểu thị bằng 0,3% điểm MFB của chu kỳ trung bình. Độ ổn định đốt cháy trong xi lanh được theo dõi bằng hệ số biến thiên của IMEP (COV_IMEP) qua các chu kỳ thử nghiệm.