b) Hệ thống dẫn động phun
4.1 Kết quả thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng các thông số điều khiển tới tính năng
tính năng công suất,tiêu thụ nhiên liệu và phát thải động cơ tại tốc độ 2000 v/ph
4.1.1. Ảnh hưởng áp suất phun tới tính năng công suất, tiêu thụ nhiên liệu và phát thải của động cơ tại tốc độ 2000 v/p
• Chế độ tải 25%
Sau khi tiến hành thí nghiệm với từng chế độ ta có bảng kết quả thí nghiệm của các thành phần khí thải, công suất và tiêu thụ nhiên liệu
Bảng 4.1 Bảng kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của áp suất phun tại chế độ tải 25%
Áp
suất P
Momen ge CO CO2 HC Nox Smoke
bar kW Nm g/kW.h ppm ppm ppm ppm FSN 400 1.04 4.93 420.57 349 24565 77 423 0.09 500 1.50 7.17 345.77 374 26578 83 593 0.09 600 2.08 9.90 318.15 320 35127 79 784 0.09 700 2.73 13.03 277.13 291 40390 82 948 0.10 800 3.18 15.17 259.62 262 48400 85 1157 0.10 Từ bảng 4.1 ta có đồ thị sau
Hình 4.1 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tại chế độ tải 25%
Trên đồ thị hình 4.1 ta thấy khi tăng áp suất phun từ 400 (bar) - 800 (bar) thì công suất động cơ tăng, đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu giảm. Điều này phù hợp với lý
thuyết khi tăng áp suất phun chất lượng phun nhiên liệu được cải thiện, nhiên liệu phun vào buống cháy rất tơi, nhiên liệu được phân bố đều trong không gian buồng cháy làm tăng nhanh tốc độ hình thành hòa khí, rút ngắn quá trình cháy làm cho nhiên liệu được đốt kiệt và cháy kịp thời nên tăng công suất và suất tiêu hao nhiên liệu giảm
Hình 4.2 Đố thị ảnh hưởng áp suất phun tới CO,HC,CO2 tại chế độ tải 25%
Hình 4.3 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun tới Nox, Smoke tại chế độ tải 25%
Trên đồ thị hình 4.2 ta thấy khi tăng áp suất phun từ 400 (bar) – 800 ( bar) thì nồng độ CO2 tăng, CO giảm, đồng thời lượng HC thay đổi không nhiều
Trên đồ thị hình 4.3 ta thấy khi tăng áp suất phun từ 400 (bar) - 800 (bar) thì độ khói động cơ thay đổi không nhiều trong khí đó NOx tăng do khi tăng áp suất phun quá trình cháy được cải thiện nên nhiệt độ tăng dẫn tới NOx tăng
• Chế độ tải 50%
Bảng 4.2.Bảng kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của áp suất phun tại chế độ tải 50%
Áp suất P
Momen ge CO CO2 HC Nox Smoke
bar kW Nm g/kW.h ppm ppm ppm ppm FSN 400 3.20 15.30 258.46 288 35500 80 603 0.34 500 3.88 18.53 250.06 260 45810 77 753 0.51 600 4.68 22.37 245.60 279 54388 78 900 0.68 700 5.33 25.43 243.64 414 65978 85 1122 1.23 800 5.47 26.10 244.84 856 74794 88 1244 2.12 Từ bảng trên ta có các đồ thị sau
Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tại chế độ tải 50%
Trên đồ thị hình 4.4 ta thấy khi tăng áp suất phun từ 400 (bar) – 800 ( bar) thì công suất của động cơ tăng. Khi áp suất phun tới 700 (Bar) suất tiêu hao nhiên liệu đạt giá trị nhỏ nhất, nếu tiếp tục tăng áp suất phun thì ge sẽ tăng
Hình 4.5 Đố thị ảnh hưởng áp suất phun tới CO,HC,CO2 tại chế độ tải 50%
Trên đồ thị hình 4.5 ta thấy khi tăng áp suất phun từ 400-800 (Bar) thì nồng độ CO2, CO tăng, đồng thời HC thay đổi không nhiều
Hình 4.6. Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun tới Nox, Smoke tại chế độ tải 50%
Trên đồ thị hình 4.6 ta thấy khi tăng áp suất phun từ 400-800 (Bar) thì độ khói động cơ thay đổi nhiều trong khi đó NOx tăng do khi tăng áp suất phun quá trình cháy được cải thiện nên nhiệt độ tăng dẫn tới NOx tăng
• Chế độ tải 75%
Bảng 4.3.Bảng kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của áp suất phun tại chế độ tải 75%
Áp
suất P Momen ge CO CO2 HC Nox Smoke
b ar kW Nm g/kW.h ppm ppm ppm ppm FSN 400 3.51 16.77 260.19 250 52903 80 801 1.33 500 4.60 22.00 251.92 642 67565 75 962 2.53 600 5.31 25.37 253.66 2182 78125 80 1045 4.56 700 5.88 28.07 264.87 3957 88291 90 1046 6.00 800 6.28 29.97 272.51 7663 95940 134 1028 7.26 Từ bảng trên ta có các đồ thị sau:
Hình 4.7. Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun tới công suất, suất tiêu hao nhiên liệu tại chế độ tải 75%
Trên đồ thị hình 4.7 ta thấy khi tăng áp suất từ 400-800 (bar) thì công suất động cơ tăng. Khi áp suất phun tới 500 (bar) suất tiêu hao nhiên liệu đạt giá trị nhỏ nhất, nếu tiếp tục tăng áp suất phun thì suất tiêu hao nhiên liệu ge sẽ tăng
Hình 4.8 Đố thị ảnh hưởng áp suất phun tới CO,HC,CO2 tại chế độ tải 75%
Trên đồ thị hình 4.8 ta thấy khi tăng áp suất phun từ 400 (Bar) tới 800 (Bar) thì nồng độ CO2,CO tăng, đồng thời lượng HC thay đổi không nhiều
Hình 4.9 Đồ thị ảnh hưởng áp suất phun tới Nox, Smoke tại chế độ tải 75%
Trên đồ thị hình 4.9 ta thấy khi tăng áp suất phun từ 400 (Bar) tới 800 (Bar) thì độ khói động cơ tăng trong khi đó NOx tăng không nhiều
4.1.2. Ảnh hưởng góc phun sớm tới tính năng công suất, tiêu thụ nhiên liệu và phát thải của động cơ tại tốc độ 2000 v/ph
• Chế độ tải 25%
Sau khi tiến hành thí nghiệm với từng chế độ ta có bảng kết quả thí nghiệm của các thành phần khí thải,công suất và tiêu thụ nhiên liệu.
Bảng 4.1 . Bảng kết quả đo ảnh hưởng góc phun sớm tại tốc độ 2000(v/ph), 25% tải
φs P ge CO HC Nox Smoke Kw g/Kw.h ppm ppm ppm ppm 12 1.41 344.54 360 66 322 0.40 14 1.42 353.77 350 67 406 0.26 16 1.49 349.10 361 75 510 0.17 18 1.46 350.85 391 83 607 0.11 20 1.45 357.28 423 99 730 0.07 22 1.37 392.48 466 118 824 0.10 24 1.22 422.67 511 143 876 0.09 Từ bảng trên ta có các đồ thị sau
Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ tại 2000(v/p),25% tải, góc phun sớm thay đổi
Trên đồ thị hình 4.10 ta thấy khi tăng góc phun sớm từ 120 ÷ 160TK công suất động cơ tăng, đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu giảm. Tại góc φs = 160 công suất đạt cực đại và suất tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất. Nếu tiếp tục tăng góc phun sớm công suất của động cơ sẽ giảm đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng lên.
Kết quả phân tích trên phù hợp với lý thuyết “Tăng góc phun sớm,do nhiên liệu được phun vào khối khống khí có áp suất và nhiệt độ không lớn, điều kiện chuẩn bị vật lý hóa học tương đối kém, đã kéo dài thời kì cháy trễ làm cho tốc độ tăng áp suất ∆p/∆
φ và áp suất Pz tăng cao, động cơ làm việc rung giật. Nhưng nếu phun nhiên liệu muộn quá, quá trình cháy sẽ kéo dài sang thời kí giãn nở, do đó làm giảm ∆p/∆ φ và áp suất Pz, tăng nhiệt độ khí xả “
Hình 4.10. Đồ thị ảnh hưởng góc phun sớm đến nồng độ phát thải của động cơ tại 2000 v/p, mức tải 25%
Trên đồ thị hình 4.11 ta thấy khi tăng góc phun sớm từ 120 ÷ 240TK thì nồng độ CO, HC tăng không nhiều, nồng độ NOx tăng, trong khi đó độ khói lại giảm. Góc phun sớm càng giảm -tức là phun càng muộn đi- thì nhiệt độ quá trình cháy càng giảm, do đó NOx giảm và đồng thời cường độ oxi hóa muội than giảm nên P-M tăng
• Chế độ tải 50%
Bảng 4.2. Bảng kết quả đo ảnh hưởng góc phun sớm tại tốc độ 2000(v/ph), 50% tải
φs P ge CO HC Nox Smoke Kw g/Kw.h ppm ppm ppm ppm 12 3.25 258.90 305 70 431 1.58 14 3.26 265.97 285 72 518 1.13 16 3.18 250.10 257 67 632 0.75 18 3.19 259.11 248 72 756 0.48 20 3.13 265.34 275 93 925 0.25 22 2.93 292.81 304 123 1096 0.21 24 2.48 275.59 310 134 1120 0.12 Từ bảng trên ta có các đồ thị sau:
Hình 4.11. Đồ thị biểu diễn công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ tại 2000(v/p),50% tải, góc phun sớm thay đổi
Trên đồ thị hình 4.12 ta thấy khi tăng góc phun sớm từ 120 ÷ 160TK thì công suất động cơ tăng, đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu giảm. Tại góc φs = 160 công suất động cơ là lớn nhất đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất. Nếu tiếp tục tăng góc phun sớm thì công suất sẽ giảm và suất tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng lên.
Hình 4.12. Đồ thị ảnh hưởng góc phun sớm đến nồng độ phát thải của động cơ tại tốc độ 2000 v/ph, mức tải 50%
Trên đồ thị hình 4.13 ta thấy khi tăng góc phun sớm từ 120 ÷ 240TK thì nồng độ CO, HC tăng không nhiều, nồng độ Nox tăng trong khi đó độ khói lại giảm . Góc phun sớm càng giảm (tức là phun muộn đi) thì nhiệt độ quá trình cháy càng giảm, do đố Nox giảm và đồng thời cường độ oxi hóa, muội than giảm nên P-M tăng
• Chế độ tải 75%
Bảng4.3. Bảng kết quả đo ảnh hưởng góc phun sớm tại tốc độ 2000(v/ph), 75% tải
φs P ge CO HC Nox Smoke Kw g/Kw.h ppm ppm ppm FSN 12 4.75 252.80 697 68 559 4.09 14 4.76 251.63 640 65 664 3.69 16 4.76 252.15 712 64 797 3.33 18 4.82 246.33 760 69 921 2.80 20 4.71 249.45 686 88 1158 2.35 22 4.72 251.35 644 123 1350 1.73 24 4.66 246.17 677 169 1572 1.63
Hình 4.13. Đồ thị biểu diễn công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ tại 2000(v/p),75% tải, góc phun sớm thay đổi
Hình 4.14. Đồ thị ảnh hưởng góc phun sớm đến nồng độ phát thải của động cơ tại 2000 v/p, mức tải 75%
Trên đồ thị hình 4.14 ta thấy khi tăng góc phun sớm từ 120 – 180 thì công suất động cơ tăng, đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu giảm. Tại góc φs = 180 công suất đạt cực đại và suất tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất. Nếu tiếp tục tăng góc phun sớm công suất của động cơ sẽ giảm đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng lên.
Trên đồ thị hình 4.15 ta thấy khi tăng góc phun sớm từ 120 ÷ 240TK thì nồng độ CO, HC thay đổi không nhiều, nồng độ NOx tăng, trong khi đó độ khói lại giảm . Góc phun sớm càng giảm (tức là phun càng muộn đi) thì nhiệt độ quá trình cháy càng giảm, do đó Nox giảm và đồng thời cường độ oxi hóa muội than giảm nên P-M tăng.
Qua phân tích trên ta thấy ứng với từng chế độ tải của động cơ sẽ có một góc phun sớm tối ưu, tức là tại góc phun đó động cơ sẽ đạt công suất lớn nhất, suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất đồng thời giảm độc hại khí xả. Khi giảm tải phải giảm góc phun sớm và ngược lại khi tăng tải phải tăng góc phun sớm.
Góc phun sớm tốt nhất phụ thuộc vào loại buồng cháy của động cơ, loại buồng cháy phun trực tiếp, φs tốt nhất nằm trong giới hạn 250 - 350 góc quay trục khuỷu, các loại buồng cháy ngăn cách ( các buồng cháy dự bị và xoáy lốc ) φs tốt nhất nhỏ hơn, khoảng 140 – 200 góc quay trục khuỷu
Qua thí nghiệm trên động cơ mấu diesel cỡ nhỏ kí hiệu AVL 5402 của trung tâm thí nghiệm động cơ đốt trong Trường ĐHBK Hà Nội tuy là động cơ phun trực tiếp nhưng lại có góc phun tối ưu tương tự các loại động cơ có buồng cháy ngăn cách
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Qua kết quả nghiên cứu ảnh hưởng quy luật phun tới đặc tính động cơ và phát thải của động cơ trên động cơ diesel sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail, em đã làm được các công việc sau:
Đánh giá được ảnh hưởng của áp suất phun, góc phun sớm tới khả năng làm việc của động cơ, từ đó đưa ra được áp suất phun phù hợp, góc phun sớm phù hợp với mỗi chế độ tải của động cơ
Xây dựng được bộ thông số áp suất phun, góc phun sớm với mục đích cải thiện tính năng kinh tế, kĩ thuật và giảm phát thải ra môi trường ở các chế độ 25%, 50% và 75% tải ở tốc độc 2000 v/ph
Việc nâng cao công suất động cơ, giảm tiêu thụ nhiên liệu cũng như giảm phát thải của động cơ không yêu cầu phải cải tiến động cơ.Thay đổi áp suất phun phù hợp với từng chế độ làm việc, thay đổi góc phun sớm tối ưu với mỗi chế độ làm việc sẽ cải thiện được đặc tính của động cơ, giảm phát thải ra môi trường. Với hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử Common Rail phun mồi sẽ làm giảm độ ồn, giảm độ rung giật của động cơ đồng thời sẽ giảm được nồng độ CO, HC, NOx, P-M và giảm hiệu ứng nhà kính
Do trình độ năng lực bản thân có hạn và thời gian không dài nên đề tài còn nhiều thiếu xót, em rất mong được sự thông cảm.
Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ quý báu của thầy giáo Ths. Khổng Văn Nguyên. Thầy đã có những định hướng cho đồ án và tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này, đồng thời em cũng nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm kĩ thuật Hưng Yên. Xin cảm ơn tập thể lớp ĐLK7 đã cùng chia sẻ với tôi trong suốt quá trình học tập.Tôi xin chân thành cảm ơn tới những người thân và bạn bè đã chia sẻ những khó khăn ,động viên và tạo đều kiện cho tôi hoàn thành đồ án .
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
+ Để quá trình nghiên cứu thu được kết quả tốt hơn, em xin đề nghị hướng phát triển tiếp theo của đề tài như sau:
- Nghiên cứu ảnh hưởng ở nhiều chế độ khác như không tải, toàn tải, tính chất nhiên liệu, tỷ số nén, hệ số dư lượng không khí … tới tính năng công suất, tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải động cơ
- Nghiên cứu ảnh hưởng góc phun sớm tới thời điểm phun, thời gian phun - Xây dựng được bộ thông số tối ưu để nạp vào động cơ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. GS.TS NGUYỄN TẤT TIẾN (2000) Nguyên lý động cơ đốt trong, nhà xuất bản giáo dục
2. LÊ VIẾT LƯỢNG (2000) Lý thuyết động cơ Diesel , nhà xuất bản giáo dục 3. Lê Đình Vũ và nhóm nghiên cứu, Nghiên cứu ứng dụng hệ thống nhiên liệu
kiểu Common Rail điều khiển điện tử cho động cơ diesel DSC-80, HVKTQS - 2008.
4. Tài liệu về hệ thống nhiên liệu Common Rail 5. Handbook of Diesel Engines
6. Tài liệu về phần mềm INCA
7. http://www.oto-hui.com