Bộ giao thông vận tải trờng cao đẳng giao thông vận tải Báo cáo tổng kết đề tài cấp nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống tự động bổ sung khí cho động diesel tăng áp tua bin khí xả Chủ nhiệm đề tài: ts vũ ngọc khiêm 6877 14/4/2008 hà nội - 2008 mở đầu Tính thời đề tài Khi thiết kế chế tạo động điezen, chế độ đợc lựa chọn để thiết kế chế độ làm việc định mức ứng với chế độ khai thác thờng xuyên động cơ.Trong trình khai thác thực tế lại nh vậy, chất lợng mặt đờng chế độ khai thác phơng tiện giới vận tải luôn thay đổi làm cho tải động luôn thay đổi động phải làm việc chế độ định mức Nếu chế độ công tác động thay đổi theo tải nằm chế độ định mức chất lợng hoà trộn cháy hỗn hợp xấu làm thay đổi thông số công tác động Mức độ thay đổi thông số công tác phụ thuộc vào trạng thái kỹ thuật động chế độ phụ tải Khi hoạt động chế độ thông số công tác động thay đổi theo chiều hớng xấu làm giảm tiêu kinh tế, giảm tính tin cậy, tuổi thọ động cơ, đồng thời làm cho thành phần độc tố khí xả tăng lên gây ô nhiễm môi trờng Sau xét đến ảnh hởng động đến môi trờng tính kinh tế, tính làm việc ổn định động trình khai thác ảnh hởng trình khai thác động đến môi trờng Tất động đốt nói chung động điezen nói riêng gây tiếng ồn làm bẩn môi trờng, đặc biệt khí xả làm ô nhiễm môi trờng không khí Trong trình hoạt động động thực trao đổi nhiệt không ngừng với môi trờng xung quanh Không khí nạp vào xi lanh động cơ, tham gia trình hoà trộn với nhiên liệu, cháy sau xả khí thải môi trờng Theo công trình nghiên cứu, thành phần khí xả gồm có chất không tham gia vào trình cháy, sản phẩm cháy hoàn toàn không hoàn toàn nhiên liệu ô xít nitơ Hàm lợng theo % thể tích chúng nh sau [4] : Nitơ 76 78 ôxít bon 0,01 0,5 ôxy 2- 15 Anđêhit 0,001 0,05 Hơi nớc 0,5 Cacbuahyđrô 0,009 0,05 Khí cac bonic 14 Muội (g/m3) 0,01 1,1 Khí sunfurơ 0,003 0,1 ôxít nitơ 0,002 0,5 Hidrô 0,1 Độc tố khí thải đợc xác định hàm lợng có khí thải chất ôxit nitơ, ôxit cacbon, anđêhit, hyđrô cacbon mạch hở, hyđrô cacbon mạch vòng, khí sufurơ khói Trong ôxit nitơ ôxit cacbon hai loại độc tố nguy hiểm Ôxit nitơ hình thành nhiệt độ cao phản ứng ôxy nitơ Ôxit cacbon hình thành động điezen cháy điều kiện không đủ ôxy Do tính độc cao ôxit nitơ ôxit cacbon nên hàm lợng chúng khí xả phải hạn chế Tại số nớc phát triển nh Mỹ nớc châu Âu có giới hạn cho phép nồng độ chất thải động môi trờng Tại Việt Nam cần phải có biện pháp kiểm soát chặt chẽ mức độ ô nhiễm tiêu chuẩn hoá chất độc hại xả môi trờng Đối với động thờng xuyên làm việc chế độ không ổn định vùng làm việc hầu nh nằm chế độ định mức Khi làm việc chế độ không ổn định thời gian chuyển tiếp không cân mô men quay mô men cản làm cho tỉ số lợng nhiên liệu lợng không khí cấp vào động không tơng ứng Điều dẫn đến làm xấu chất lợng trình cháy, hiệu suất thị giảm rõ rệt so với chế độ ổn định tơng ứng Điều kiện làm việc khắc nghiệt chế độ đóng tải đột ngột, đặc biệt động có tăng áp tua bin khí xả Khi làm việc chế độ lợng nhiên liệu cấp cho chu trình tăng lên đạt giới hạn trên, lợng không khí cấp tăng lên không nhiều quán tính rô to tua bin máy nén, nên hệ số d lợng không khí giảm nhanh, chất lợng cháy hỗn hợp xấu rõ rệt Phần nhiên liệu phun vào xilanh lớn so với lợng không khí nạp làm cho trình cháy nhiên liệu không hoàn toàn, phần nhiên liệu không kịp cháy xả làm ô nhiễm môi trờng Kết nghiên cứu động điezen 6CH16/22.5 làm việc chế độ tăng tốc (thay đổi tải kết hợp với thay đổi tay ga nhiên liệu) cho thấy độ khói nằm ngỡng cấp nhiên liệu cực đại đạt 900 mg/m3 tức vợt 80% so với giá trị định mức Oxit nitơ chế độ đạt tới giá trị 18g/Kwh, tức vợt 20% so với chế độ định mức Nh vậy, chế độ tăng tốc bên cạnh tăng độ khói tăng tốc xảy tăng ôxit nitơ [17] Nguyên nhân việc tăng thải NOx chỗ thời gian đầu chế độ chuyển tiếp, chu kỳ trì tự bốc lửa lớn, nguyên nhân tăng thải muội áp suất không khí tăng áp số vòng quay động bé giá trị tơng ứng với lợng nhiên liệu đợc phun vào, phần nhiên liệu rơi vào thành buồng cháy tăng lên, trình cháy kéo dài đờng giãn nở Một thí nghiệm khác [17] động điezen 8H25/34 lai máy phát điện PA500/500 phục vụ cần cẩu kiểu ngoạm sức nâng 16 lấy cát từ đáy sông cho thấy chế độ không ổn định độ khói tăng khoảng 10 lần, nồng độ CO tăng khoảng lần, CH tăng khoảng lần so với chế độ định mức ảnh hởng chế độ thay đổi tải đến độ mài mòn chi tiết làm việc động Nguyên nhân làm thay đổi chất lợng trình công tác xi lanh động h hỏng khác động khai thác chế độ thay đổi tải đột ngột không cân mô men quay mô men cản dẫn đến không ổn định vòng quay Sự thay đổi thông số trình cấp nhiên liệu, nạp không khí nhiệt độ chi tiết vợt khỏi giới hạn so với chế độ ổn định làm tăng khói, giảm thời gian khai thác lần sửa chữa tợng không mong muốn khác Các tợng làm xấu chất lợng khai thác Khi đóng tải, chất lợng cháy kém, khói tợng cốc hoá hệ thống nạp thải, cánh tua bin tăng lên giảm công suất động Khi đánh giá chế độ không ổn định động đến mài mòn chi tiết tuổi thọ động thờng phải nghiên cứu toàn vấn đề liên quan đến chế độ làm việc động khởi động trạng thái nguội, sấy nóng chế độ không ổn định khác chế độ tải cấu điều khiển thay đổi Động làm việc chế độ bị tăng độ mài mòn giảm tuổi thọ, tăng tiêu hao nhiên liệu giảm tính kinh tế khai thác động Các nguyên nhân làm gia tăng mài mòn chi tiết động làm việc chế độ thay đổi tải quán tính nhiệt chi tiết, phá vỡ chế độ bôi trơn, tăng lực khí cháy lực quán tính chi tiết cấu biên khuỷu, tăng độ mài mòn ổ đỡ, nhóm piston xilanh, tăng ứng suất nhiệt lên vách nắp xilanh, đỉnh piston Kết thí nghiệm động lai cần cẩu làm việc chế độ tăng phụ tải vòng quay cho thấy độ mài mòn ổ đỡ tăng lên 1,4 lần so với chế độ ổn định [16] Một thí nghiệm khác động 412/14 có công suất định mức 45,5 kW thử bệ cho thấy tải thay đổi độ mài mòn mặt gơng xilanh tăng lên khoảng 2-2,5 lần, đồng thời suất tiêu hao dầu nhờn cháy tăng lên 1,48 đến 1,8 lần so với chế độ định mức, độ mài mòn tăng tỉ lệ thuận với độ tăng biên độ thay đổi vòng quay lợng nhiên liệu cấp cho chu trình Độ mài mòn ứng suất nhiệt chi tiết làm việc động gia tăng chế độ thay đổi tải đột ngột nguyên nhân góp phần làm giảm tính tin cậy, giảm tiêu kinh tế tuổi thọ động cơ, tăng độc tố khí xả thải môi trờng Tình hình khai thác sử dụng động điezen Việt Nam Ngày nay, với phát triển vợt bậc tiến khoa học kỹ thuật, động điezen không ngừng đợc cải tiến hoàn thiện ngày khẳng định vị trí số số thiết bị động lực đợc sử dụng rộng rãi lĩnh vực kinh tế: giao thông vận tải (đờng bộ, đờng sắt, đờng thuỷ ), công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng quốc phòng v.v Cho đến Việt Nam cha có thống kê xác số lợng loại động điezen đợc sử dụng tất lĩnh vực Tuy nhiên trình quét khí thải nạp khí động bốn kỳ tiến hành tơng đối hoàn hảo so với động hai kỳ, đồng thời phơng pháp tăng áp tăng công suất động bốn kỳ cách dễ dàng ứng suất nhiệt xilanh nhỏ hệ thống tăng áp đơn giản so với động hai kỳ, động điezen bốn kỳ tăng áp tua bin khí xả đợc sử dụng rộng rãi tất ngành kinh tế quốc dân [3] Khi khai thác loại động tải động thờng xuyên thay đổi nên động phải thờng xuyên làm việc chế độ nằm chế độ định mức làm cho thông số công tác động thay đổi theo chiều hớng xấu Hậu lớn động làm việc chế độ thay đổi tải đột ngột Chẳng hạn đóng tải, mô men cản tăng lên làm tốc độ động giảm xuống, thông qua điều tốc đẩy tăng nhanh lợng nhiên liệu cấp cho chu trình Trong tính trễ tua bin máy nén nên tua bin máy nén cha kịp tăng tốc cấp thêm không khí cho động Kết hoà khí đậm làm giảm chất lợng chu trình công tác, giảm tính tin cậy, giảm tiêu kinh tế tuổi thọ động cơ, tăng độc tố khí xả thải môi trờng Các nhà chế tạo khai thác mong muốn cải thiện thông số công tác động khai thác chế độ Hiện nhờ phát triển vợt bậc tiến khoa học kỹ thuật mà động điezen hệ phần khắc phục đợc nhợc điểm nói [23] Tuy nhiên với loại động Việt Nam nh số nớc phát triển khác, nguồn kinh phí có hạn nên nhiều doanh nghiệp mạnh dạn đầu t Trong hệ động đời thấp, cũ tính hoạt động nhng giá rẻ phù hợp với điều kiện nhiều doanh nghiệp nên đợc dùng nhiều, chiếm tỉ trọng lớn Khi khai thác loại động biện pháp cải thiện làm giảm tiêu kinh tế kỹ thuật tính tin cậy làm việc động cơ, đồng thời làm tăng độc tố khí xả, gây ô nhiễm môi trờng Tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài nớc vấn đề đợc nghiên cứu viện, trung tâm nghiên cứu khoa học, nhà máy chế tạo động thành lập trung tâm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm Nh vậy, vấn đề đề tài đặt đợc nghiên cứu đa vào ứng dụng, nhiên với tài liệu xuất trình bày sở lý luận phơng pháp chung nớc, vấn đề cha đợc quan tâm đầy đủ Vì nghiên cứu khai thác chế độ chuyển tiếp nói chung chế tạo hệ thống tự động cấp khí bổ sung cho động để cải thiện chế độ chuyển tiếp động cần thiết có ý nghĩa khoa học thực tế Mục tiêu nghiên cứu Cải thiện thông số công tác động điezel tăng áp tua bin khí xả phơng pháp tự động cấp khí bổ sung Phơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Chơng Các phơng pháp tăng công suất cho động điezen chế độ công tác động điezen tăng áp lai phụ tải 1.1 Các phơng pháp tăng công suất cho động điezen Trong tính toán nhiệt động lực học động đốt trong, ngời ta sử dụng biểu thức tính toán thông số có ích động để phân tích phơng pháp chủ yếu tăng công suất động Có thể sử dụng công thức sau: N e = Vh v k QH n i mi M 30 N e = 26,18D S N e = 785,4 D n pi m i cm pe i Trong đó: Ne- công suất có ích động cơ; kW QH- nhiệt trị thấp nhiên liệu; MJ/kg Vh- thể tích công tác xilanh; lít M0- lợng không khí lý thuyết cần thiết đốt cháy kg nhiên liệu; kmolkhông khí/kg nhiên liệu i, v, m- hiệu suất thị, hệ số nạp , hiệu suất giới; D - đờng kính xilanh, m S - Hành trình piston, m Pe, Pi- áp suất có ích trung bình, áp suất thị trung bình; MN/m2 - số kỳ k- khối lợng riêng không khí đa vào động cơ; kg/m3 - hệ số d lợng không khí Cm= S.n/30- tốc độ trung bình piston; m/s Qua biểu thức xác định công ssuất động ta thấy muốn tăng công suất động ta dùng biện pháp nh thay đổi thông số kết cấu động (, D, S, i), tăng số vòng quay nhoặc tăng tốc độ trung bình piston, tăng áp suất có ích trung bình pe Khi phân tích biện pháp tăng công suất cho động ta thấy rằng: - Nếu dùng động kỳ thay cho động kỳ ( giảm hai lần), lý thuyết làm cho công suất động tăng lên lần Chính hầu hết loại động điezen cỡ lớn dùng động kỳ - Tăng số xilanh i làm tăng công suất động Tuy nhiên tăng nhiều làm số chi tiết động tăng lên nhiều làm giảm độ cứng vững hệ trục khuỷu, giảm độ tin cậy độ an toàn trình làm việc động - Kích thớc xilanh D S đạt tới trị số lớn Kích thớc xilanh lớn kích thớc bên độngcơ lớn Đờng kính xilanh đạt tới 1,1 mét, hành trình piston đạt tới mét chiều cao động ngày đạt tới 12 mét, chiều cao xu pap tới 1,5 mét Nếu tiếp tục tăng D s gây nhiều khó khăn công nghệ vật liệu chế tạo chi tiết - Tăng số vòng quay n tốc độ trung bình piston cm hạn chế phạm vi nhỏ Hiện cm đạt tới 12-18m/s n tới 3000 vg/ph với động điezen, 8000 vg/ph với động xăng Vợt phạm vi tăng độ mài mòn, tăng phụ tải nhiệt, phụ tải rút ngắn tuổi thọ chi tiết - Dùng biện pháp cải tiết thiết kế điều chỉnh xác thông số cấu tạo thông số điều chỉnh động nhằm giảm hệ số d lợng không khí, tăng hiệu suất thị hịu suất giới hệ số nạp làm cho công suất động tăng lên thực tế lắp ráp điều chỉnh động cơ, ngời ta cố gắng điều chỉnh để thông số đạt tới giá trị tốt - Tăng áp cho động tức làm tăng áp suất pk khối lợng riêng k không khí nạp nhằm làm tăng khối lợng không khí nạp vào động chu trình biện pháp tốt làm tăng công suất động Biện pháp không gây ảnh hởng xấu mà số trờng hợp làm cho thông số biểu thức Ne đợc cải thiện tốt Nếu thông số khác biểu thức tính Ne giữ nguyên không đổi công suất Ne động tỉ lệ thuận với áp suất pk khối lợng riêng k không khí nạp Muốn tăng áp cho động cần phải có máy nén dùng để nén không khí từ áp suất khí trời tới áp suất tăng áp pk đa vào động Dựa vào phơng pháp dẫn động máy nén động tăng áp ngời ta chia phơng pháp tăng áp chủ yếu làm nhóm: tăng áp truyền động giới, tăng áp tua bin khí tăng áp hỗn hợp pth pk Đ T p0 Hình 1.1 Sơ đồ động tăng áp TBKX Trên hình vẽ giới thiệu sơ đồ động tăng áp tua bin khí có liên hệ khí thể động Đ vơí máy nén N tua bin khí T Tua bin khí thải T máy nén khí N đợc lắp trục liên hệ truyền động giới với động Khí thải động vào tua bin khí sinh công quay máy nén đợc thải trời, thời gian máy nén Nhút không khí trời nén từ áp suất p0 lên pk đa vào động Sô lợng không khí nén cung cấp cho động đợc biến đổi tự động theo công suất động Công suất động cao lợng chứa khí thải lớn, đảm bảo quay máy nén cung cấp cho động nhiều không klhí nén Đây u điểm lớn làm cho phơng pháp tăng áp tua bin khí xả trở thành biện pháp tốt để làm tăng công suất nâng cao tiêu kinh tế kỹ thuật động Vì biện pháp đợc sử dụng rộng rãi loại động điezen đại 1.2 Phân tích chế độ công tác động điezen tăng áp lai phụ tải Sự khác động diezen không tăng áp tăng áp thông số nh tỉ số nén, lợng cấp nhiên liệu, pha phối khí, áp suất nhiệt độ chu trình công tác mà phải lu tâm đến lợng khí xả phải đủ đảm bảo cho tua bin làm việc để quay máy nén cung cấp không khí nạp cho động điezen có tăng áp [4, 9, 32, 34] Thí dụ, để đảm bảo tăng suất tiêu hao không khí khí xả qua xu páp nạp, xả động tăng áp cần phải tăng góc mở sớm đóng muộn xu páp, tăng góc trùng điệp (Trong góc trùng điệp động không tăng áp khoảng 25-500 góc quay trục khuỷu động có tăng áp tua bin khí xả góc trùng điệp lên tới 100-1600 góc quay trục khuỷu để đảm bảo quét khí) Mặt khác, trình làm việc động điezen tăng áp TBKX động làm việc chế độ định mức TBMN thờng xuyên đảm bảo cân công suất TB sinh công suất tiêu dùng cho MN (Nt = Nk) TBMN có rô to không liên hệ học với trục khuỷu, tất chế độ làm việc động tua bin máy nén tự điều chỉnh công suất Công suất máy nén tính toán dựa vào suất tiêu hao không khí áp suất tăng áp Tuy nhiên vấn đề phức tạp tăng áp cho động điezen phải đảm bảo làm việc ổn định đồng thời TBMN với động khoảng tải vòng quay rộng Thật vậy, đặc tính lu động khí TB-MN động đốt khác nên để có làm việc hài hoà cụm phải có phối hợp chặt chẽ đặc tính chúng, tức phải phối hợp đặc tính TB với đặc tính MN, phối hợp đặc tính cụm TB-MN với động đốt Bởi vậy, động kỳ tăng áp tua bin khí xả có đặc tính khác với động không tăng áp Để giải đợc vấn đề này, đặc tính khí động học máy nén li tâm cần phải phù hợp hoàn toàn với đặc tính tiêu thụ không khí động điezen Đặc tính động học hệ thống máy nén tăng áp tua bin khí xả đặc tính khí động học học máy nén li tâm, xây dựng đờng chế độ làm việc máy nén động điezen làm việc theo đặc tính ngoài, đặc tính tải đặc tính chân vịt Chúng đợc gọi đặc tính chế độ làm việc TBMN Đặc tính chế độ làm việc TBMN thu đợc từ thực nghiệm [4, 9, 21, 32 ] Nh để có sở tính toán thông số công tác động hay tính toán hoạt động phối hợp hệ thống động - tua bin máy nén - tải thay đổi 87 đợc nó, vùng tốc độ chết vùng mà đo đợc suất điện động Vùng rộng khoảng cách cuộn dây vấu sắt lớn 3.3.5 Cảm biến vị trí nhiên liệu Đây thông tin phản ánh mức tải động Có hai loại cảm biến loại tiếp điểm (a) loại biến trở (b) hình 3.8 Trong hệ thống sử dụng cảm biến kiểu biến trở Cảm biến chân ga đa hai thông tin quan trọng báo ECU thông tin vị trí không tải hay thông tin vị trí toàn tải, thông tin thời điểm tăng tốc Loại cảm biến kiểu biến trở cho biết vị trí vị trí nào, việc xác định tăng tốc loại cảm biến việc tăng đột ngột điện áp chân cảm biến Đặc điểm cảm biến công tắc hai đầu tiếp điểm cố định luôn chờ sẵn mức điện áp cố định đợc coi mức 1, công tắc chuyển sang đóng vị trí vị trí điện áp tụt xuống đợc coi mức chân cảm biến nối mát Còn cảm biến kiểu biến trở mức điện áp chân thay đổi, không cố định mức để tín hiệu sử dụng để điều khiển phun tín hiệu phải qua chuyển đổi A/D để trở thành tín hiệu số ga trí ID L PS W (a) Hình3.8 +B 5V V C VT A ID L E2 E1 mở +B 5V (b) Cảm biến bớm ga kiểu công tắc (a) kiểu biến trở (b) 5V + B 88 Điện áp (V) tín hiệu không tải tín hiệu vị trí thanh.răng 100 % độ mở th.răng Hình 3.9: Đặc tính cảm biến bớm ga kiểu biến trở 3.3.6 Cảm biến lu lợng không khí nạp Cảm biến lu lợng không khí nạp đợc dùng hệ thống tự động cấp khí bổ sung cảm biến dòng xoáy Kacman Nguyên tắc chung loại thiết bị đo tạo vòng xoáy lốc không khí đờng nạp khu vực đo Tần số chuyển động xoáy lốc tỷ lệ với lu lợng không khí đợc xác định thiết bị dùng quang dùng sóng siêu âm dùng cảm biến áp suất Nguyên lý chung thiết bị không khí nạp trớc vào khu vực đo đợc đa qua dẫn dòng có dạng tổ ong, có tác dụng làm đồng dòng chảy tránh chuyển động rối xoáy lốc ban đầu làm ảnh hởng đến độ xác phép đo Tiếp theo, dòng khí nạp đợc chia thành hai luồng nhờ phận phân dòng có tiết diện tam giác đặt giã ống nạp Dới tác dụng phân dòng này, vòng xoáy cacman đợc luân phiên tạo hai bên với chiều xoáy ngợc Số lợng vòng xoáy đợc tạo tỷ lệ thuận với tốc độ dòng khí qua khu vực đo Trong hệ thống sử dụng cảm biến Cacman kiểu siêu âm với biện pháp cảm nhận đợc số lợng vòng xoáy nh sau: Một máy phát thành đờng ống nạp phát sóng siêu âm có tần số xác định theo hớng vuông góc với dòng khí (hớng kính ống) Một thiết bị lắp thành ống đối diện tiếp nhận sóng truyền tới gửi tín hiệu đo đến xử lý điều 89 khiển trung tâm Khi cha có dòng chảy không khí, tức khí cha có chuyển động xoáy cacman, thời gian lan truyền sóng siêu âm qua ỗng không đổi Ngợc lại có mặt của vòng xoáy không khí làm tăng giảm tốc độ lan truyền sóng qua ống tuỳ theo chiều xoáy Nh thời gian lan truyền sóng từ máy phát đến máy thu có dạng hình sin Sau xung hình sin qua sửa dạng xung, xung trở thành xung vuông đợc gửi tới hệ thống tự động cấp khí bổ sung tần số xung vuông tỷ lệ với lu lợng khí nạp máy phát siêu âm xung từ máy thu siêu âm xung sau sửa dạng xung Máy thu siêu âm ECU Hình 3.10 Cảm biến lu lợng không khí kiểu Kacman 3.3.7 Cảm biến áp suất đờng ống nạp Trong hệ thống ta dùng cảm biến áp suất đờng ống nạp MAP (Manifold Absolute Pressure) để xác định áp suất đờng ống nạp Tín hiệu đợc sử dụng nh đầu vào cho điều khiển phun khí Đặc tính cảm biến MAP hình 3.11 90 điện áp VC PIM IC E2 (V) 101.3 81.3 41.3 1.3 mmHg áp suất đờng ống nạp Sillic on chip tới đờng ống nạp Hình 3.11: Đặc tính cảm biến áp suất đờng ống nạp (MAP) Dải sai số cảm biến áp suất MAP 1% dải nhiệt độ làm việc động Sai số tăng lên nhiệt độ vợt giá trị tới hạn đợc mô tả đờng đặc tính hình 3.12 [8] Sai số cảm biến áp suất tăng giá trị áp suất nằm khoảng cho Cấp sai số 3.0 giới hạn sai số áp suất 2.0 áp suất đờng ống nạp 1.0 0.0 - 1.0 20 40 60 80100120 - 2.0 - 3.0 Hình 313 Giới hạn sai số áp suất phép đợc mô tả đờng đặc tính hình 2.13 kPa 91 cấp sai số 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 130 - 4020 20 40 60 80 100120 140150 - nhiệt độ C Hình 312 Dải sai số cảm biến áp suất theo T0 Ngoài sai số nhiệt độ hay áp suất nằm khoảng kết đo giá trị áp suất ECU luôn tồn sai số, bao gồm sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên Trong trờng hợp này, sai số hệ thống đợc bỏ qua kết đo đợc thông báo cho ngời sử dụng mà phục vụ cho việc tính toán ECU Việc tính toán đợc lập trình thí nghiệm phần cứng ECU với loại cảm biến có tồn sai số hệ thống giá trị tính trình thí nghiệm theo sai số giá trị tính trình chạy ổn định đợc tính theo sai số Điều dẫn tới sai số không ảnh hởng tới kết tính toán ECU Sai số gây ảnh hởng nh ta dùng phần tính toán cho ECU có phần cứng khác với phần cứng ECU thí nghiệm Sai số ngẫu nhiên sai số mà xuất nh dấu biên độ chúng mang tính không xác định Đối với cảm biến áp suất việc xuất sai số ngẫu nhiên kết qua đo ECU không tránh khỏi nh ta biện pháp khắc phục, sai số gây ảnh hởng lớn đến trình tính toán lợng phun nhiên liệu Để hiểu rõ sai số ngẫu nhiên cảm biến áp suất ta xét đờng đặc tính làm việc cảm biến áp suất hình 2.14 Hình 3.15 biểu diễn biến thiên điện áp cảm biến áp suất đờng ống nạp thời kỳ giảm tốc Sự biến thiên tín hiệu thay đổi áp suất đờng ống nạp xu páp nạp xy lanh mở Đặc điểm mạch 92 tín hiệu áp suất 5 10 12 15 17 20 22 25 5 Thời gian (ms) Hình 3.15 Biến thiên tín hiệu áp suất đờng ống nạp chuyển đổi A/D (Analog to Digital converter) thờng đợc lấy mẫu thời điểm Đối với cảm biến áp suất lấy mẫu thời điểm gây sai số mạch chuyển đổi xác định đợc thời điểm thời điểm vào giá trị trung bình tín hiệu Ví dụ chu kỳ lấy mẫu thứ vào giá trị max chu kỳ lấy mẫu rơi vào giá trị điều gây cho ECU tính toán lợng không khí xác không khí phun không Đây nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên giá trị áp suất Nếu nh biện pháp loại trừ sai số ECU làm việc ổn định đợc 3.3.8 Van điện từ phun khí bổ sung Nh đề cập, hệ thống tự động cấp khí bổ sung sử dụng van điện từ đóng mở theo xung Chúng ta sử dụng van không tải hệ thống động phun xăng điện tử Van không tải thờng có hai loại chính, loại thứ loại van điện từ hoạt động giống nh vòi phun, có xung điện điều khiển, lõi thép bị hút lên theo xung mở cho không khí qua Lợng gió vào nhiều hay phụ thuộc vào tần số xung độ rộng xung dơng âm Loại van thứ hai loại van không tải kiểu motor bớc : 93 1: Giắc cắm điện 2: Vỏ 3: Lò xo hồi vị 4: Cuộn dây 5: Lõi quay 6: Đờng khí vào 7: Phiến quay 8: Thanh chốt vị trí quay Hình 3.16 Van điện từ phun khí bổ sung Nguyên lý hoạt động : tín hiệu xung đa vào cuộn dây tạo từ trờng quay làm quay rotor 5, rotor quay đến lực xung lực cân với lực lò xo hồi vị rotor đứng yên Độ rộng cửa gió phụ thuộc vào tần số xung độ rộng xung dơng âm 3.4 Thử nghiệm đo thông số công tác động bệ thử công suất 3.4.1 Thử nghiệm động bệ thử * Thực nghiệm để tìm mối quan hệ lu lợng không khí cần thiết Gct theo tốc độ động nđc lợng nhiên liệu Gnl chế độ ổn định * Thực nghiệm để xác định độ dịch chuyển nhằm xác định thời điểm chuyển tiếp động * Thực nghiệm thay đổi tải động cách đóng mở cầu dao phanh điện theo mức tải đợc đặt sẵn bệ thử công suất * Thực nghiệm tiến hành nhiều lần với trờng hợp: không bổ sung không khí có bổ sung không khí Kết cho trờng hợp đợc lập bảng để so sánh với 94 3.4.2 Các tiêu đánh giá chất lợng trình thay đổi tải Nghiên cứu cải thiện thông số công tác động điezen tăng áp tua bin khí xả nh đợc thực sở tính toán lý thuyết vận hành động cụ thể bệ thử Bài toán đặt điều kiện thực nghiệm tiêu đánh giá chất lợng cải thiện phơng án đợc áp dụng tiêu Các tiêu vừa phải phản ánh đợc chất chất lợng trình chuyển tiếp, vừa phải có tính khả thi điều kiện thí nghiệm với giá thành chấp nhận đợc Các tiêu sau để đánh giá trình chuyển tiếp mà hợp lý chúng đợc khẳng định nghiên cứu thực nghiệm đợc tiến hành [1, 3, 4, 9, 11, 12, 13, 14]: Độ dài trình chuyển tiếp động Ta : thời gian (đợc tính giây) từ lúc bắt đầu trình chuyển tiếp đến thời điểm mà số vòng quay động đợc thiết lập chế độ ổn định Đây tiêu quan trọng đánh giá chất lợng trình chuyển tiếp động Nó khả thích ứng tổ hợp tua bin - máy nén làm việc ổn định điều tốc với thay đổi tải động Tiêu chuẩn Ta xác định dao động ký (Oscilloscope), nhận đợc thử nghiệm kết mô vi xử lý vẽ hệ thống tự động cấp khí bổ sung đợc kết nối với máy tính Với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin ngày nay, việc lựa chọn sử dụng vi xử lý thích hợp lắp mạch điện tử thay cho Oscilloscope cho kết đo xác mà thuận tiện cho tính toán xử lý số liệu máy tính điện tử PC (Xem thêm phần Chế tạo ECU) Độ thay đổi vòng quay tơng đối đợc tính theo vòng quay chế độ tức thời hệ so với vòng quay định mức: = dm dm 95 Đây tiêu quan trọng đánh giá mức độ làm việc ổn định động Ngoài hai thông số công tác kể thông số khác gián tiếp đánh giá chất lợng làm việc chuyển tiếp động Tuy nhiên, chế độ làm việc chuyển tiếp động cần phải đo đợc thông số cách tức thời (thời gian lần đo liên tiếp 1/1000 giây) điều kiện công nghệ Việt Nam cha đáp ứng Việc thông số đợc đánh giá cách gián tiếp thông qua biến thiên vòng quay động 3.4.3 Kết mô thực nghiệm trình chuyển tiếp 65 % tải 55 % tải 96 50 % tải 40 % tải 35 % tải 97 Kết so sánh cải thiện thực nghiệm cấp khí bổ sung cho động nmax nmin nođ nmax-nmin t (vg/ph) Mức tải (vg/ph) (vg/ph) (vg/ph) (giây) (%) 65 (BT) 65 (CT) 1418 2502 1327 2342 1348 2379 160 1418 2502 1336 2358 1348 2379 144 16500-19500 = 3000 77000-79000 = 2000 Thời gian rút từ giây xuống giây, cải thiện đợc 33,33% n rút từ 160 xuống 144 vg/ph, cải thiện 10% 55 (BT) 55 (CT) 1412 2492 1330 2347 1350 2382 145 1412 2492 1339 2363 1350 2382 110 2950032500= 3000 95500-98000 = 2500 Thời gian rút từ giây xuống 2.5 giây, cải thiện 16,66% n rút từ 145 xuống 110 vg/ph, cải thiện 24,13% 50 (BT) 50 (CT) 1356 2393 1285 2268 1320 2329 125 1356 2393 1294 2283 1320 2329 110 24000-26500 = 2500 79000-80500 = 1500 Thời gian rút từ 2,5 giây xuống 1.5 giây cải thiện 40% n rút từ 125 xuống 110 vg/ph, cải thiện 12% 40 (BT) 40 (CT) 1360 2400 1287 2271 1320 2329 129 1360 2400 1293 2282 1320 2329 118 52000-54000 = 2000 100500102000=1500 Thời gian rút từ giây xuống 1.5 giây, cải thiện 25% n rút từ 129 xuống 118 vg/ph, cải thiện 8,5% 35 (BT) 35 (CT) 1365 2409 1303 2300 1325 2338 38 1365 2409 1304 2301 1325 2338 37 Không cải thiện 6500-8000 = 1500 56000-57500 = 1500 98 3.3 Kết luận: - Dựa vào mô hình tính toán đợc xây dựng với việc ứng dụng ngôn ngữ lập trình máy tính, đề tài mô đợc biến thiên thông số công tác động điezen tăng áp tua bin khí xả tải thay đổi Theo nhu cầu, hoàn toàn mô thay đổi thông số công tác động máy tính điện tử - Do điều kiện thiết bị đo, thiết bị thử nghiệm đáp ứng yêu cầu khoảng thời gian hai lần đo ngắn (thời gian hai lần đo 1/1000 giây gần nh tức thời) loạt thông số công tác động xác định đợc cách tức thời thực nghiệm Phần thực nghiệm đề tài tập trung nghiên cứu mô biến thiên thông số: vòng quay động hành trình Đây thông số quan trọng mô trình chuyển tiếp động cơ, đồng thời thông số mà điều kiện công nghệ Việt Nam đo đợc cách xác - Trong điều kiện thử nghiệm, để bảo đảm an toàn nên nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm mức đóng tải vừa nhỏ Kết mô thực nghiệm với nhiều lần đo mức tải khác máy tính điện tử đo đợc cho thấy: thay đổi thông số công tác hoàn toàn qui luật phù hợp với kết luận nghiên cứu tính toán lý thuyết nh phù hợp với kết nghiên cứu công trình đợc công bố trớc - mức tải 65% cho thấy so sánh kết nghiên cứu lý thuyết kết nghiên cứu thực nghiệm hoàn toàn giống hai phơng án: không cấp khí bổ sung tự động cấp khí bổ sung cho động 99 Lý thuyết Thực nghiệm Cha cấp khí bổ sung Cha cấp khí bổ sung Vòng quay ban đầu : nmax = 2502 Vòng quay nhỏ nhất: nmin = 2342 Độ thay đổi vòng quay tơng đối: = 6,3% Thời gian chuyển tiếp CT =3 giây Vòng quay ban đầu : nmax = 2500 Vòng quay nhỏ nhất: nmin = 2343 Độ thay đổi vòng quay tơng đối: = 6,2% Thời gian chuyển tiếp CT =3 giây Có cấp khí bổ sung Có cấp khí bổ sung Vòng quay ban đầu : nmax = 2502 Vòng quay nhỏ nhất: nmin = 2358 Độ thay đổi vòng quay tơng đối: = 5,75% Thời gian chuyển tiếp CT =2 giây Vòng quay ban đầu : nmax = 2500 Vòng quay nhỏ nhất: nmin = 2360 Độ thay đổi vòng quay tơng đối: =5,6% Thời gian chuyển tiếp CT = 2giây Kết luận - Sai số độ thay đổi vòng quay tơng đối 1,58% - Thời gian trình chuyển tiếp đo đợc thực nghiệm phù hợp với giá trị tính theo lý thuyết - Sai số độ thay đổi vòng quay 2,6% - Thời gian trình chuyển tiếp đo đợc thực nghiệm phù hợp với giá trị tính theo lý thuyết - Dựa vào kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm kết luận hệ thống tự động cấp khí bổ sung mẫu đợc chế tạo hoàn toàn đáp ứng đợc yêu cầu đặt nhằm cải thiện làm việc động diezen tăng áp tua bin khí xả 100 phần kết luận kiến nghị khả ứng dụng vào sản xuất Những kết nhận đợc từ trình nghiên cứu tính toán, chế tạo thử nghiệm hệ thống tự động cấp khí bổ sung cho động điezen tăng áp tua bin khí xả rút số kết luận sau: Trong thực tế khai thác, trình thay đổi tải trình làm việc thờng xuyên động Vì động luôn phải làm việc chế độ chế độ định mức Khi hoạt động chế độ thông số công tác động thay đổi theo chiều hớng xấu làm giảm tiêu kinh tế, giảm tính tin cậy tuổi thọ động cơ, đồng thời làm cho thành phần độc tố khí xả tăng lên gây ô nhiễm môi trờng Tác hại lớn khai thác loại động hệ cũ (động sử dụng điều tốc khí bơm nhiên liệu kiểu Bosh) Đây hệ động đợc dùng phổ biến Việt Nam nớc phát triển Do cần nghiên cứu giảm thiểu tác hại khai thác loại động Đề tài xây dựng đợc mô hình tính toán kỹ thuật cho phép tính toán mô biến thiên thông số công tác động điezen tăng áp tua bin khí xả tải thay đổi Đây sở để nhà nghiên cứu chế tạo, nhà quản lý khai thác động đề giải pháp hoàn thiện động cơ, bao gồm cải tiến động cũ thiết kế chế tạo động Chế tạo hệ thống tự động cấp khí bổ sung cho động điezen tăng áp tua bin khí xả giải pháp nhằm tăng tính tin cậy, tính kinh tế giảm thiểu độc tố khí xả thải môi trờng khai thác động điezen tăng áp hệ cũ hệ động đợc sử dụng nhiều Việt Nam Những kết nghiên cứu nói đợc nhóm nghiên cứu thể ECU mẫu linh kiện điện tử IC thông dụng Việt Nam với 101 giá hoàn toàn chấp nhận đợc Điều khẳng định lần giải pháp công nghệ cho hớng hoàn thiện động điezen Việt Nam hoàn toàn thực nhờ vào tiến khoa học công nghệ thông tin tự động hoá Các nội dung nghiên cứu đề tài giúp ích nhiều cho công tác giảng dạy, hoạc tập nghiên cứu môn lý thuyết động đốt cho trờng đại học, cao đẳng có liên quan Việt Nam Kiến nghị khả ứng dụng vào sản xuất Dựa kết tính toán lý thuyết nh kiểm chứng thực nghiệm hệ thống tự động cấp khí bổ sung mẫu đợc chế tạo thấy rõ: chế độ thay đổi tải chế độ làm việc thờng xuyên hầu hết loại động điezen tăng áp tua bin khí xả lắp phơng tiện giới phơng tiện vận tải Tại chế độ làm việc động đợc lắp thêm hệ thống tự động cấp khí bổ sung cải thiện đợc chế độ công tác động cơ, nâng cao tính kinh tế, tính tin cậy làm việc động giảm thiểu ô nhiễm khí xả thải môi trờng Việc chế tạo hàng loạt ECU cho hệ thống tự động cấp khí bổ sung dựa theo ECU mẫu hoàn toàn thuận tiện, nhanh chóng với giá hoàn toàn chấp nhận đợc