KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu thực nghiệm
4.5. Thử nghiệm xe gắn máy chạy bằng nhiên liệu LPG-ethanol trên bộ tạo tải động cơ
4.5.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm
+
+
11
12
13 14
15 16
Hình 4.17: Sơ đồ bố trí thí nghiệm
1. Động cơ Honda RSX xăng/ ethanol- LPG; 2. Phanh điện; 3. Cell load;
4.Encoder; 5. Điện trở; 6. Accu; 7. Mạch điều chỉnh dòng điện kích thích; 8. Vi
114
điều khiển Arduino; 9. Máy tính; 10. ECU động cơ RSX; 11. Vòi phun LPG; 12. Vòi phun xăng/ethanol; 13. Bình chứa ethanol; 14. Bình chứa LPG; 15. Cân điện tử;
16. Cân điện tử
Hình 4.17 giới thiệu sơ đồ bố trí thí nghiệm, hệ thống gồm động cơ LPG- ethanol thử nghiệm được kết nối với phanh điện 2 nhờ khớp nối mềm. Trên trục khớp nối bố trí hệ thống encoder 4 để đo tốc độ. Nhiên liệu ethanol 13 và LPG 14 được cung cấp vào đường nạp động cơ thử nghiệm thông qua các vòi phun 12 và 11. Mức độ tiêu hao nhiên liệu và tỷ lệ nhiên liệu thực tế được xác định bằng cân điện tử 15 và 16.
Tín hiệu vòi phun xăng từ ECU 10 được dẫn đến vi điều khiển 8 để tách thành 2 xung có tỷ lệ độ rộng xung được điều chỉnh nhờ máy tính 9. Dòng điện kích thích máy phát điện (phanh điện) do accu 6 cung cấp và được điều chỉnh nhờ mạch điện 7 thông qua vi điều khiển 8. Tải cố định 5 được điều chỉnh nhờ điều chỉnh điện áp đầu ra máy phát thông qua điều chỉnh dòng điện kích thích.
Stator của phanh điện được quay tự do quanh trục của nó, lực cản cân bằng với lực điện từ được xác định nhờ Loadcell 3.
Hệ thống được điều khiển tự động bằng máy tính 9. Ứng với một chế độ tải của động cơ (thể hiện qua vị trí bướm ga) và một giá trị tốc độ động cơ được cài đặt trước, máy tính sẽ điều chỉnh dòng điện kích thích máy phát để giữ cân bằng. Nhờ vậy việc thực hiện thí nghiệm đơn giản, đảm bảo độ tin cậy và an toàn.
4.5.2. Lắp đặt động cơ xe gắn máy lên bộ tạo tải động cơ
Hình 4.18: Ống dẫn dầu bôi trơn động cơ
Ống dẫn dầu bôi trơn
Trục khuỷu Nắp máy
cải tạo
Ống báo mức dầu
115
Động cơ J52C đã được tháo bỏ phần hộp số để kết nối trực tiếp trục khuỷu động cơ đến bộ tạo tải động cơ. Do động cơ thử nghiệm đã bị tháo bỏ phần nắp máy và được thay thế bằng một nắp máy mới sát thân động cơ làm ảnh hưởng đến đường dầu nhớt bôi trơn trục khuỷu và thành xy lanh nên động cơ đã được lắp một đường dầu bên ngoài trực tiếp từ bơm nhớt phun vào trục khuỷu động cơ, đảm bảo động cơ được bôi trơn đầy đủ trong quá trình thử nghiệm (hình 4.18).
Hệ thống làm mát của động cơ có vai trò quan trọng làm giảm bớt lượng nhiệt lượng truyền từ buồng cháy động cơ đến các chi tiết lân cận như piston, xéc măng, xylanh… Đảm bảo duy trì nhiệt độ động cơ ở một giới hạn nhất định để các chi tiết hoạt động tốt và lâu dài. Trong quá trình thử nghiệm, động cơ được quạt làm mát của cơ cấu bộ tạo tải làm mát liên tục.
Hình 4.19: Gá đặt động cơ lên bộ tạo tải không cần tháo rời động cơ
Hình 4.20: Gá đặt động cơ lên bộ tạo tải thông qua khớp nối mềm
116
Động cơ sau khi được cải tạo được lắp đặt lên giá của cơ cấu bộ tạo tải động cơ; để đơn giản việc gá đặt, giá của bộ tạo tải động cơ được bắt chặt vào khung sườn xe gắn máy thử nghiệm (hình 4.19). Động cơ giữ nguyên vị trí trên khung sườn xe (hình 4.19), trục động cơ được kết nối với trục phanh điện thông qua khớp nối mềm như hình 4.20. Nhiên liệu LPG được cung cấp qua vòi phun nhiên liệu khí, bướm ga được điều khiển bằng servo motor (hình 4.21).
Hình 4.21: Vòi phun nhiên liệu khí LPG và servo motor điều khiển bướm ga
Hình 4.22: Board mạch vi điều khiển Arduino, điều khiển tải động cơ và vòi phun Hệ thống sử dụng 02 board mạch vi điều khiển Arduino (hình 4.22). Board mạch thứ nhất để điều khiển tải động cơ và board mạch thứ hai để điều khiển các vòi phun. Điện trở tải cố định (hình 4.23) được đấu vào đầu ra của phanh điện.
117
Hình 4.23: Điện trở tải cố định được đấu vào đầu ra của phanh điện
Hình 4.24 giới thiệu toàn bộ hệ thống thí nghiệm sau khi đã lắp đặt đầy đủ các bộ phận.
Hình 4.24: Hệ thống thí nghiệm sau khi đã lắp đặt đầy đủ các bộ phận 4.5.3. Quy trình thử nghiệm xe gắn máy trên bộ tạo tải động cơ
Các bước tiến hành thử nghiệm:
Bước 1: Nhập lệnh xác định tốc độ ban đầu: n=… (vg/ph). Trong thí nghiệm này tốc độ động cơ được chọn ở các giá trị: 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500 và 5000 vg/ph. Để đảm bảo độ an toàn của hệ thống đo, tốc độ động cơ được giới hạn ở 5000 vg/ph.
Bước 2: Nhập lệnh điều khiển vị trí bướm ga: BG=… (% bướm ga). Trong thí nghiệm này chúng ta đo các thông số của động cơ trên đường đặc tính ngoài nên bướm ga giữa ở vị trí mở hoàn toàn. Hệ thống sẽ tự động điều chỉnh tải cản để đảm
118 bảo động cơ chạy ở tốc độ cho trước ở bước 1.
Bước 3: Điều chỉnh tỷ lệ phun ethanol và LPG. Quan sát lượng tiêu thụ LPG và ethanol cho bởi các cân nhiên liệu để điều chỉnh chính xác giá trị ExL. Trong thí nghiệm này chúng ta điều chỉnh giá trị từ ExL=0% đến ExL=40%.
Bước 4: Sau khi tốc độ động cơ và các thông số được ổn định, ghi lại các giá trị hiển thị trên màn hình bao gồm: mômen xoắn M [Nm], tốc độ động cơ n [vg/ph], chỉ số tiêu thụ LPG, chỉ số tiêu thụ ethanol.
Bước 5: Phân tích khí thải để xác định nồng độ HC, CO và NOx. Phép đo được lặp lại 4 lần ứng với một giá trị tốc độ động cơ n.
4.5.4. Các biểu thức quan hệ giữa các đại lượng đo khi thực nghiệm
Trong thực nghiệm, do LPG và ethanol ở trạng thái khác nhau trong điều kiện môi trường nên lượng nhiên liệu tiêu hao được xác định theo khối lượng (bằng cân điện tử như sơ đồ bố trí thí nghiệm hình 4.13). Việc chuyển đổi thành phần mol sang thành phần khối lượng hay ngược lại được thực hiện dễ dàng bằng cách lựa chọn thành phần nhiên liệu trong Fluent.
Cụ thể, mỗi seri thí nghiệm LPG và ethanol được cân trước và sau khi thí nghiệm. Từ đó xác định được lượng LPG và ethanol tiêu thụ. Thành phần ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu được ký hiệu ExL. Tỷ lệ “x” của nhiên liệu ethanol trong tổng nhiên liệu phun vào xilanh động cơ được tính bằng công thức sau:
(%) 100 mLPG
Ethanol m
Ethanol
x m
(4.1)
Trong đó: mEthanol là khối lượng nhiên liệu ethanol tiêu thụ.
mLPG là khối lượng nhiên liệu LPG tiêu thụ.
Quan hệ giữa lực cho bởi cảm biến loadcell, tốc độ động cơ với mô men, công suất động cơ được thể hiện trên sơ đồ thí nghiệm. Công chỉ thị chu trình được xác định theo biểu thức:
(4.2) Công có ích được xác định ở đầu ra trục khuỷu động cơ thông qua hiệu suất cơ giới m:
119
We = Wi. m (4.3)
Trong đó: m là hiệu suất cơ giới được đo thông qua công cơ giới khi chuyển phanh điện thành động cơ điện kéo động cơ không đánh lửa và không cung cấp nhiên liệu. Do hiệu suất cơ giới thay đổi theo nhiệt độ động cơ, điều kiện bôi trơn, tốc độ vận hành… nên trong nghiên cứu này, nghiên cứu sinh chọn một giá trị trung bình m=0,85 để tính toán. Giá trị này đã được các công trình nghiên cứu khác xác định trên cơ sở đo trực tiếp áp suất chỉ thị trong xi lanh và công có ích trên trục khuỷu động cơ trên băng thử AVL.
Bảng 4.3: Bảng thống kê kết quả thực nghiệm trên bộ tạo tải và thiết bị phân tích khí xả động cơ xăng MGT5
Lần đo thứ
Điểm đo
Tốc độ (vg/ph)
Thông số kỹ thuật M (N.m)
Nồng độ khí thải CO
[%Vol]
HC [ppm Vol]
NOx
[ppm Vol]
01
01 2000 x x x x
02 2500 x x x x
…. …. x x x x
07 5000 x x x x
… … … …
04
01 2000 x x x x
02 2500 x x x x
…. …. x x x x
07 5000 x x x x
Các đại lượng thực nghiệm trong luận án này gồm lực (cho bởi loadcell), tốc độ động cơ (cho bởi encoder), khối lượng nhiên liệu tiêu thụ (cho bởi cân điện tử chính xác) và thành phần khí thải (cho bởi máy phân tích khí thải đã chuẩn hóa bởi Cục Đăng kiểm Việt Nam, đang được sử dụng tại Trung tâm Đăng kiểm). Trước khi thí nghiệm, loadcell được chuẩn bằng các quả cân thực tế để đảm bảo độ chính xác.
Các thiết bị đo khác đã được chuẩn bởi nhà chế tạo. Sai số của các phép đo khối lượng và thành phần khí thải của các dụng cụ trong phạm vi cho phép.
120