HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU
4.6. Giới thiệu hệ thống thực nghiệm
4.6.1. Tổng quan về băng thử công suất động cơ
Nghiên cứu thực nghiệm tính năng động cơ biogas-xăng được thực hiện tại phòng thí nghiệm động cơ đốt trong AVL của trường Đại học Bách Khoa-Đại học Đà Nẵng. Sơ đồ bố trí thí nghiệm được giới thiệu trên hình 4.7.
Đây là phòng thí nghiệm được trang bị thiết bị đồng bộ của Hãng AVL. Băng thử APA 204 được điều khiển và thu nhận dữ liệu qua hệ thống Puma. Lưu lượng không khí được đo bằng lưu lượng kế ABB vận hành theo nguyên lý sợi nóng. Thiết bị Indiset 620 gắn kết với các cảm biến đo các thông số trong buồng cháy động cơ: áp suất buồng cháy, tín hiệu kích nổ, góc đánh lửa, xác định vị trí TDC. Encoder 364C được sử dụng để chuyển đổi tốc độ góc của trục khuỷu động cơ sang tín hiệu số.
Nguồn dữ liệu trong thực nghiệm được phân tích đánh giá và kết xuất bằng phần mềm chuyên dụng Concerto. Áp suất trong buồng cháy được ghi nhận nhờ cảm biến áp suất GU12P được lắp trực tiếp trong buồng cháy động cơ. Tín hiệu của cảm biến được khuếch đại bởi bộ khuếch đại tín hiệu điện áp 3067A01 Piezo Amplifier. Dữ liệu thí nghiệm được ghi nhận, xử lý và truy suất nhờ phần mềm IndiWin Software.
Tín hiệu của các cảm biến được chuyển vào máy tính thông qua bộ chuyển đổi AVL 620 Indiset.
100
Hình 4.7: Bố trí hệ thống thí nghiệm động cơ
1: Máy tính điều khiển trung tâm; 2: Trung tâm xử lý dữ liệu Puma; 3: Bộ điều khiển tay ga THA-100; 4: Bộ đo lưu lượng khí nạp; 5: Bộ đo độ lọt khí Cácter 6: Bộ cấp và đo tiêu hao nhiên liệu; 7: Hộp thu nhận các tín hiệu nhiệt độ và áp suất; 8: Các cảm biến gắn trên động cơ ; 9: Bộ cấp và điều hoà nhiệt độ nước làm mát động cơ;
10: Bộ cấp và điều hoà nhiệt độ dầu bôi trơn; 11: Băng thử APA 204/8; 12: Động cơ thí nghiệm; 13: Bệ thử nghiệm; 14: Bộ giản chấn khí nén; 15: Hệ thống cẩu Pa-lăng điện; 16: Tủ điện điều khiển của hệ thống; 17: Hệ thống quạt hút khí trong phòng thí nghiệm ra ngoài;18: Hệ thống quạt thổi khí sạch vào phòng thí nghiệm; 19: Hệ thống quạt làm sạch phòng thí nghiệm; 20: Hệ thống quạt hút khí xả động cơ thí nghiệm.
Suất tiêu hao nhiên liệu lỏng được đo bởi thiết bị AVL Fuel Balance 733S theo nguyên lý cân khối lượng. Điều khiển tay ga động cơ được thực hiện nhờ hệ thống AVL THA 100-Throttle Actuator. Các vị trí tay ga được xác định theo góc mở bướm ga và được cài đặt ban đầu khi lắp đặt động cơ lên băng thử.
4.6.2. Băng thử công suất APA 204/08
Trong thí nghiệm này chúng tôi không đo áp suất trong buồng cháy, chỉ đo mô men đầu ra trục khuỷu và tốc độ động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau.
101
Băng thử công suất động cơ APA 204/E/0943 do hãng AVL; Cộng hòa Áo sản xuất; có công suất cực đại 220 kW; mô men quay cực đại 934 Nm và số vòng quay cực đại 8000 vòng/phút. Đường đặc tính của băng thử công suất động cơ được trình bày trên hình 4.8.
Mô men, công suất của động cơ được xác định thông qua lực và tốc độ. Lực được xác định nhờ cảm biến lực (load cell) gắn trên stator. Tủ điều khiển Puma đưa tín hiệu điện để điều khiển APA và thu nhận các tín hiệu để xử lý và tính toán ra các thông số về mô men, công suất của động cơ APA.
Hình 4.8: Đường đặc tính của băng thử công suất động cơ APA204/E/0943 4.6.3. Thiết bị cấp và đo tiêu hao nhiên liệu 733S
Hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S cho phép đo lượng tiêu thụ nhiên liệu với phạm vi đo từ 0 đến 150 kg/h.
AVL Fuel Balance kết hợp với hệ thống AVL Fuel Temperature Control (Hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiên liệu) và AVL Fuel Conditioning System (Hệ thống điều hòa nhiên liệu) giảm sai số đo không quá 0,12% ngay ở tốc độ dòng chảy thấp.
4.6.4. Thiết bị AVL 553
Thiết bị 553 có vai trò cấp và điều hòa nhiệt độ nước làm mát cho động cơ thí nghiệm. Tự động điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát động cơ trong quá trình thí
102
nghiệm và được điều khiển nhờ hệ thống Puma. Nguyên lý làm việc được thể hiện trên hình 4.9.
Hình 4.9: Thiết bị AVL 533
Vòng làm mát sơ cấp có nhiệm vụ cung cấp dung dịch làm mát cho động cơ.
Từ AVL 553 dung dịch làm mát đi theo ống dẫn A (đường cấp) vào động cơ để làm mát động cơ, sau khi làm mát động cơ, dung dịch làm mát trở về lại AVL 553 theo đường B (đường hồi). Trên đường cấp A và đường hồi B lắp cảm biến nhiệt độ nước vào và cảm biến nhiệt độ nước ra.
Vòng làm mát thứ cấp có nhiệm vụ làm mát cho dung dịch trong vòng làm mát sơ cấp nhờ bể nước áp lực bố trí bên ngoài phòng thí nghiệm. Nước từ bể áp lực vào AVL 553 theo đường C và ra ở đường D.
AVL 553 có chức năng điều chỉnh nhiệt độ động cơ khi động cơ làm việc ở điều kiện tốc độ và tải lớn. Với hai vòng tuần hoàn sơ cấp và thứ cấp thì việc điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát của động cơ thông qua bộ van hằng nhiệt của thiết bị được điều khiển tự động qua hệ điều khiển PUMA. Nhiệt độ dung dịch làm mát được điều chỉnh ổn định trong phạm vị 50-1200C.
4.6.5. Thiết bị đo lưu lượng khí nạp
Thiết bị đo lưu lượng khí nạp DN-80 sử dụng nguyên lý sợi nóng (hình 4.10).
Thiết bị cho phép đo lưu lượng không khí trong phạm vi 0-720 kg/h.
103
Hình 4.10: Thiết bị đo lưu lượng khí nạp DN-80 4.6.6. Máy tính điều khiển
Tất cả thông số đo từ PUMA được kết nối với máy tính điều khiển. Giao diện trên màn hình máy tính như hình 4.11.
Hình 4.11: Màng hình máy tính sau khi hệ thống sẵn sàng hoạt động 4.6.7. Thiết bị phân tích khí thải MGT 5
MGT 5 là thiết bị phân tích khí xả động cơ đánh lửa cưỡng bức do Đức sản xuất. Máy được chấp thuận chính thức ở Việt Nam theo quyết định số 245/2005ĐK của Cục ĐKVN.
Đặc tính kỹ thuật của MGT 5
Các loại khí đo được: CO, CO2, HC, O2, NOx
104
Dãy đo Độ chính xác đo đạc Phương pháp đo các loại khí
CO 0 - 15,00 Vol % 0,06 Vol % Hồng ngoại
CO2 0 - 20,0 Vol % 0,5 Vol % Hồng ngoại
HC 0 - 4000 ppm Vol 12 ppm Vol Hồng ngoại
O2 0 - 25,00 Vol % 0,1 Vol % Điện hóa
NOx 0 - 5000 ppm Vol 32 - 120 ppm Vol Điện hóa
Thiết bị kèm theo cần thiết: Ống mềm lấy khí xả, Ống mềm lấy khí xả và kẹp giữ đi kèm, lọc sơ bộ và 8m ống mềm.
Kết nối với thiết bị: Gắn đầu cuối của ống mềm với cổng vào để đo khí xả ở mặt trước của MGT 5.