tìm hiểu, phân tích quy luật cung cấp nhiên liệu thực nghiệm và ảnh hưởng của quy luật cung cấp nhiên liệu đến một số chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và hàm lượng độc hại khí xả của động cơ

Việc trang bị dây chuyền thiết bị đồng bộ, hiện đại cùng với những qui trình công nghệ tiên tiến luôn được các cấp lãnh đạo Nhà máy quan tâm nhằm sản xuất thêm nhiều chủng loại động cơ D

LỜI NÓI ĐẦU

Công ty Sông Công có nhà máy chế tạo động cơ Diesel lớn và duy nhất ở Việt Nam Nhà máy đã phát huy nội lực phục vụ đắc lực cho tiến trình phát triển và công nghiệp hóa đất nước Việc trang bị dây chuyền thiết bị đồng bộ, hiện đại cùng với những qui trình công nghệ tiên tiến luôn được các cấp lãnh đạo Nhà máy quan tâm nhằm sản xuất thêm nhiều chủng loại động cơ Diesel có chất lượng cao phục vụ nhu cầu trong nước và tiến tới xuất khẩu

Để không ngừng mở rộng việc ứng dụng và nâng cao khả năng, hiệu quả sử dụng động cơ do nhà máy Diesel Sông Công sản xuất, nhóm các nhà khoa học - Viện Kỹ Thuật Quân Sự - Trường Đại Học Bách Khoa – Hà Nội đã tập trung nghiên cứu QLCCNL - trên động cơ D243, nhằm lựa chọn một số thông số điều chỉnh để động cơ làm việc cho công suất cao, chi phí nhiên liệu thấp và đảm bảo hàm lượng độc hại khí xả thải ra môi trường trong giới hạn cho phép

Rất may mắn cho em được tiếp cận, tìm hiểu các thiết bị hiện đại phục vụ khảo sát thí nghiệm cùng với số ít kết quả của tập thể các bộ phận nghiên cứu Với nhiều cố gắng, khắc phục khó khăn em đã vận dụng vốn kiến thức ít ỏi của mình phân tích, lý giải một số kết quả nêu trên Từ việc làm này đã giúp em hiểu sâu sắc thêm về động cơ và bổ khuyết những thiếu sót chuyên môn trong quá trình học tập

Sau thời gian 3 tháng chuyên cần thực hiện, nhờ sự giúp đỡ tận tình của Quí Thầy Khoa cơ khí Trường Đại học Thuỷ Sản, Bộ môn Động lực, thầy giáo hướng dẫn : T.S Lê Bá Khang, Bộ môn Động cơ đốt trong, Phòng thí nghiệm “ Nghiên cứu và phát triển động cơ - AVL” - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đến nay nội dung cơ bản đề tài tốt nghiệp “tìm hiểu, phân tích quy luật cung cấp nhiên liệu thực nghiệm và ảnh hưởng của quy luật cung cấp nhiên liệu đến một

số chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và hàm lượng độc hại khí xả của động cơ do nhà máy Diesel Sông Công sản xuất “ của em đã cơ bản hoàn thành

Mặc dù đã rất cố gắng, làm việc nghiêm túc và nhận được nhiều sự giúp đỡ

của thầy hướng dẫn T.S Lê Bá Khang, song với điều kiện thực tế và kiến thức hạn

chế nên đề tài không tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của Quý Thầy và bạn đồng nghiệp để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Quí Thầy, bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này

Nha trang, ngày 17 tháng 6 năm 2006

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Quỳnh

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ DO NHÀ MÁY DIESEL

SÔNG CÔNG SẢN XUẤT.

1.1.TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY DIESEL SÔNG CÔNG

Công ty Diesel Sông Công là công ty TNHH Nhà nước một thành viện Diesel Sông Công Tên tiếng việt: Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Diesel Sông Công

Tên tiếng Anh : Song Cong Diesel Limited Company

Tên giao dịch : DISOCO

Địa chỉ : Thị xã Sông Công, tỉnh Thái Nguyên

Điện thoại : (280) – 862261, 862262, 862262, 862263, 862458

Fax : (280) – 862265

Email : Disoco@hn.vnn.vn Internet : Default.htm

Giám đốc : Ông Ngô Văn Tuyển Văn phòng đại diện:

E1B Kim Liên, Hà Nội

65 Huỳnh Thúc Kháng, Q1,Tp.Hồ Chí Minh

Công ty Diesel Sông Công được thành lập ngày 25 - 4 – 1980, là thành viên của Tổng công ty máy Động lực và máy Nông Nghiệp (VEAM) -Bộ Công Nghiệp DISOCO được trang bị dây chuyền thiết bị đồng bộ, đây là nhà máy sản xuất động cơ Diesel lớn duy nhất ở Việt Nam (công suất 55, 60, 80 mã lực) DISOCO còn được cấp bản quyền sản xuất động cơ xăng loại 8 mã lực theo thiết kế

và công nghệ của ITALIA Hiện nay với năng lực to lớn đó nhà máy đã đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường, DISOCO đã sản xuất các động cơ Diesel cỡ nhỏ 6 đến 20 mã lực phục vụ thị trường trong nước và xuất khẩu, máy thủy phục vụ cho vận tải thủy và ngành đánh cá

DISOCO cũng là nhà cung cấp phụ tùng cho sản xuất các loại động cơ khác trong các đơn vị thành viên của VEAM DISOCO có nhiều thiết bị và công nghệ đặc biệt hiện đại như máy búa 2 tấn, 10 tấn máy dập 1600 tấn, máy đúc áp lực 400 tấn , 1100 tấn, các dây chuyền đúc liên tục, gia công xéc măng từ phôi rời từng chiếc, gia công các loại tay biên, trục khuỷu, trục cam, công đoạn sản xuất bơm cao

áp và vòi phun, dây chuyền lắp ráp động cơ với hệ thống kiểm tra hiện đại Với năng lực có thể đạt 4.500 tấn sản phẩm vật rèn, 10.000 tấn vật đúc và hàng ngàn tấn phụ tùng trên một năm, DISOCO đã đáp ứng các sản phẩm phục vụ nông nghiệp, ngư nghiệp, các loại phụ tùng cho các ngành Dầu khí, Xi măng, Điện, Giao thông vận tải và chương trình nội địa hoá các sản phẩm ôtô, xe máy

1.2 GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL D243 DO NHÀ MÁY SÔNG CÔNG SẢN XUẤT [ 11 ]

1.2.1 KẾT CẤU ĐỘNG CƠ

Hình 1.1: Hình cắt động cơ D243

1- Trục đòn gánh; 2- Xupáp hút; 3- Xupáp xả; 4- Lò xupáp; 5-Bạc dẫn hướng; 6- Trụ đòn gánh; 7- Đòn gánh xupáp; 8- Mũ chụp hộp nắp xilanh; 9- Hộp nắp xilanh; 10- Ống góp khí xả (động cơ D243); 11- Cần đẩy; 12- Nắp xilanh; 13- Khối xilanh; 14- Cánh quạt; 15- Bơm nước; 16- Nắp các bánh răng phân phối; 17- Đệm giảm chấn giá đỡ trước động cơ; 18- Tâm các bánh răng phân phối; 19- Giá đỡ trước động cơ; 20- Puli trục khuỷu; 21- Bánh răng phân phối trung gian; 22- Vòng chắn dầu phía trước trục khuỷu; 25- Bánh răng chủ động; 26- Vòng chắn dầu cao su phía trước của đáy cacte; 27- Đáy cacte; 28- Bánh răng truyền động dẫn dầu; 29- Bơm

dầu; 30- Nắp gối đỡ chính phía trước; 31- Lưới thu dầu; 32- Trục khuỷu; 33- Nắp gối đỡ chính thứ hai; 34- Con đội; 35- Biên; 36- Đối trọng trục khuỷu; 37- Xilanh của khối động cơ; 38- Chốt pittông; 39- Píttông với các vòng găng; 40- Vòng khít cao su của xilanh; 41- Vòng chắn dầu cao su phía sau đáy cácte; 42- Tấm phía sau; 43- Bánh đà và vành răng; 44- Vòng chắn dầu phía sau của trục khuỷu; 45- Vòng tựa bán nguyệt của gối đỡ chính phía sau; 46- Nắp gối đỡ chính phía sau (thứ năm) của trục khuỷu; 47- Trục phân phối; 48- Bầu thông hơi; 49- Trụ phía sau của trục đòn gánh; 50- Ống dẫn dầu đến trụ đòn gánh

Động cơ D243 là động cơ Diesel 4 kỳ, có buồng cháy thống nhất, không tăng

áp , 4 xi lanh bố trí một hàng thẳng đứng, làm mát bằng nước kiểu kín tuần hoàn cưỡng bức, sử dụng phương pháp tạo hỗn hợp cháy kiểu hỗn hợp thể tích với hình dạng buồng cháy (do viện Công nghệ – Liên Xô cũ thiết kế) Một số thông số cơ bản của động cơ D243 được trình bày trong bảng 1

1.2.2.THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ D243

Bảng 1.1: Một số thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ D243

TT Thông số / Ký hiệu Giá trị Đơn vị

1.2.3 HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ

Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ được giới thiệu trên hình 1.2 bao gồm thùng nhiên liệu 1, khoá lưu lượng 2, ống dẫn thấp áp 3, bình lọc thô 4, bơm thấp áp

5, ống dầu hồi của bơm cao áp 6, bơm cao áp 7 (dạng phân phối), bộ điều tốc 8, ống

cao áp 9, vòi phun 15, bình lọc tinh 10

Nguyên lý hoạt động: nhiên liệu từ thùng 1 được bơm thấp áp 5 hút về qua

bộ lọc thô 4 Sau đó nhiện liệu được đẩy lên bình lọc tinh 10 và đưa đến bơm cao áp

7, và được đưa đến vòi phun 15 thông qua đường ống cao áp 9 Nhiên liệu còn dư trong hành trình phun được đưa về thùng nhiên liệu 1 qua đường dầu hồi 13 Nhiên liệu còn dư trong hành trình bơm của bơm cao áp được đưa về ống hút của bơm thấp áp qua ống dẫn 6

Lượng nhiên liệu do bơm cao áp cung cấp cho mối chu kỳ, được điều chỉnh

tự động với bộ điều tốc 8 trong hệ thống cung cấp nhiên liệu còn có bộ hâm nóng khí quyển bằng điện 12 làm nóng khí nạp khi động cơ hoạt động ở vùng nhiệt độ lạnh, cơ cấu để cho người lái máy gài cung cấp nhiên liệu và đặt chế độ tốc độ làm việc cần thiết của động cơ, các ống dẫn thấp áp 3 và cao áp 9

1.2.4 HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ D243

Hệ thống bôi trơn động cơ D243 có cấu tạo trình bày trên hình 1.3

Hình 1.3: Hệ thống bôi trơn

1- Cácte; 4;12;13;16;25;26- Ống dẫn; 5- lưới lọc dầu; 6- Bơm bánh răng; 7- rãnh nghiêng; 8- rãnh khoan ngang trong cổ chính; 9- rãnh khoan má khuỷu; 10- rãnh đưa dầu đi bôi trơn; 11- các hốc cổ biên; 15- khoang trục đòn gánh; 17- rãnh nắp xilanh; 18- rãnh khối động cơ; 20- rãnh khoan trong con đội; 21- lỗ khoan trên bạc; 24- két làm mát; 27- rãnh trong đòn gánh; 28- rãnh bôi trơn bánh răng bơm cao áp; 30- áp kế; 31- rãnh thẳng đứng; 37- bầu lọc li tâm;

Nguyên lý hoạt động: Dầu bôi trơn từ đáy các te 1 được bơm bánh răng 6

hút đưa đến bình lọc ly tâm 37 Dầu sạch từ bình lọc ly tâm đưa đến bình làm mát

24, rồi từ đây dầu sẽ được đưa tới các đường ống dẫn đi bôi trơn trục khuỷu, ổ đỡ, tay biên, trục đòn gánh, pít tông xy lanh Rồi dầu sẽ được trở về cácte

1.2.5 HỆ THỐNG LÀM MÁT

Hệ thống làm mát động cơ D243 trình bày trên hình 1.4 Khi động cơ Diesel làm việc cũng như khi được quay bằng tay khởi động trong hệ thống sảy ra sự lưu thông cưỡng bức nước Bơm nước 13 đẩy nước qua rãnh phân phối 14 vào các lỗ 22

làm mát động cơ Diesel Từ nắp của khối động cơ nước đi vào van điều nhiệt Nếu nhiệt độ nước dưới 70oC thì nước không qua két làm mát mà theo ống 12 vào khoang hút của bơm nước đẩy vào áo nước và động cơ sẽ nóng nhanh Nếu nhiệt độ cao hơn 70oC, một phần nước sẽ qua ống 32 đến két làm mát rồi từ đây nước được làm mát và theo ống hút 20 của bơm nước tiếp tục đi làm mát động cơ Ở nhiệt độ

83oC trở lên toàn bộ nước đều qua két làm mát

Hinh 1.4: Hệ thống làm mát

11- Cánh quạt; 12- Ông dẫn nước đi làm mát;13- Bơm nước; 14- Rãnh phân phối; 16- Đai truyền hình thang; 20- Ống hút của bơm nước; 22- Các lỗ làm mát; 24- Các rãnh đi vào áo nước động cơ; 26- Ống dẫn; 27- Áo nước; 29- Ống dẫn về áo nước xilanh; 32- Ống dẫn về két làm mát

1.2.6 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ

Hệ thống phân phối khí bao gồm xupáp, đòn bẩy, đũa đẩy, con đội, cam Cả hai xupáp nạp và thải đều chế tạo bằng thép cromniken, đường kính đĩa xupáp nạp lớn hơn xupáp xả để đảm bảo nạp đầy, mặt vát xupáp được phủ một lớp hợp kim cứng Đầu trục cam bắt bánh răng ăn khớp và dẫn động từ bánh răng trục khuỷu Để con đội mòn đều thì điểm lăn giữa cam và con đội không trùng với trục tâm con đội

vì đáy con đội có độ lồi nhỏ, cam có độ côn nhỏ nên con đội có thể xoay quanh trụ của nó

2.1 QUY LUẬT CUNG CẤP NHIÊN LIỆU Ở ĐỘNG CƠ DIESEL[1], [2], [3] 2.1.1 KHÁI NIỆM QUY LUẬT CUNG CẤP NHIÊN LIỆU

Quy luật phun nhiên liệu là khái niệm bao hàm thời gian phun và đặc điểm phân bố tốc độ phun Có thể biểu diễn quy luật phun dưới dạng vi phân hoặc dạng tích phân ( thể hiện trên hình 2.1 và 2.2 )

Quy luật cung cấp nhiên liệu là hàm số biểu diễn sự phụ thuộc của lượng nhiên liệu phun qua lỗ vòi phun theo góc quay trục bơm cao áp ( hoặc trục khuỷu )

j – góc quay trục khuỷu Cf - thời điểm bắt đầu phun.

Cfe - thời điểm kết thúc phun dgct/ dj - tốc độ phun nhiên liệu

gct.x - lượng nhiên liệu đã được phun vào buồng đốt tình từ thời điểm

bắt đầu phun đến thời điểm Cx Quy luật phun dưới dạng vi phân: là hàm số thể hiện đặc điểm thay đổi tốc

độ phun tức thời theo góc quay trục khuỷu trong quá trình phun

Quy luật phun dưới dạng tích phân: là hàm số thể hiện đặc điểm thay đổi theo góc quay trục khuỷu của lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt tính từ thời điểm bắt đầu phun

Biến thiên của lượng nhiên liệu phun vào xilanh động cơ theo góc quay trục khuỷu được gọi là quy luật phun Các thông số cơ bản của QLCCNL động cơ Diesel đó là: Thời điểm bắt đầu phun(js), khoảng thời gian phun, sư thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp 1 chu trình, tốc độ phun, thời điểm kết thúc phun…phụ thuộc góc quay truc khuỷu hay góc quay trục bơm cao áp

Hình 2.3: Quy luật phun nhiên liệu và ảnh hưởng của QLCCNL tới quá trình

cháy động cơ Diesel

+ Qui luật phun nhiên liệu 1 tương ứng với lượng nhiên liệu cung cấp trong thời kỳ cháy trễ g1 khá ít dẫn đến ∆p/∆j nhỏ Động cơ chạy êm nhưng công suất, hiệu suất thấp

+ Với lượng nhiên liệu cấp cho xi lanh ∆gct như nhau, nếu rút ngắn thời gian cung cấp ( theo quy luật 2) sẽ làm tăng lượng nhiên liệu phun vào xi lanh trong thời

kỳ cháy trễ g2, làm cho tốc độ tăng áp suất của thời kỳ cháy nhanh tăng cao, rút ngắn thời gian cháy làm tăng công suất và hiệu suất động cơ, hoạt động cơ tương đối “cứng”

Khi nhiên liệu được phun theo đường 2 thì quá trình tạo hỗn hợp cháy tốt hơn Nhiên liệu bốc cháy mãnh liệt hơn, giảm đáng kể lượng nhiên liệu không cháy, giảm cháy trễ, giảm sự quá tải nhiệt cho động cơ, giảm tổn thất cho nước làm mát + Quy luật phun nhiên liệu của động cơ Diesel dùng buồng cháy phun trực tiếp (buồng cháy thống nhất) có tiến trình như sau:

Toàn bộ quá trình phun nhiên liệu được phun với tốc độ rất lớn, nhờ đó nhiên liệu được xé tơi tốt Quy luật phun hợp lý nhất là lúc đầu bắt đầu phun, cần có tốc

độ phun nhỏ, áp suất phun thấp, để giảm lượng nhiên liệu phun vào xi lanh trong thời kỳ cháy trễ Giai đoạn giữa và cuối quá trình phun cần tăng tốc độ và áp suất phun làm cho lượng nhiên liệu phun vào xi lanh tăng nhanh Để giảm lượng nhiên liệu phun vào xi lanh trong thời kỳ cháy trễ, giảm tình trạng hoạt động quá tải của động cơ, người ta còn sử dụng quy luật phun hai lần, tức là lần thứ nhất phun nhiên liệu mồi vào xi lanh động cơ trước điểm chết trên , với góc phun sớm lớn, do số nhiên liệu này không nhiều nên không thể làm cho áp suất tăng đột ngột, sau khi nhiên liệu mồi phát hoả thì bắt đầu phun lần hai, như vậy có thể rút ngắn thời gian cháy trễ của đa phần nhiên liệu được phun vào xi lanh, động cơ hoạt động rất êm Tuy nhiên số nhiên liệu phun lần thứ hai phải được phun với tốc độ lớn, nếu không

sẽ kéo dài thời gian cháy, giảm hiệu suất động cơ Do đó rất ít động cơ Diesel cao tốc sử dụng quy luật phun nhiên liệu hai lần, nó thường sử dụng rộng rãi trong động

cơ trung và thấp tốc

2.1.2 SỰ HÌNH THÀNH VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA THÀNH PHẦN ĐỘC HẠI KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ DIESEL [1], [2], [13]

Ta có phương trình phản ứng cháy trong động cơ đối với nhiên liệu hyđrôcácbon trong trường hợp tổng quát có thể viết dưới dạng

å

=

®+

+-

+

i

Xi Ar

N O

r n m

a CmHnOr a

1 2

21

121

78)(

24()(

f

Trong đó:

q : là tổng số các thành phần sản vật cháy

Xi: là thành phần mol của chất i trong sản vật cháy

f: là tỷ lệ tương đương (nghịch đảo của hệ số dư lượng không khí α )

Ta thấy để tạo ra một mol sản vật cháy cần a mol nhiên liệu tham gia phản ứng với 1/f lần lượng không khí lý thuyết Trong trường hợp đầy đủ có thể coi sản vật cháy gồm 12 chất cơ bản với quy ước với các chỉ số như sau

N2(X5) NO(X6) N(X7) CO2(X8) CO(X9) O2(X10) O(X11) Ar(X12)

Trạng thái cân bằng nhiệt động của các chất kể trên được biểu diễn bởi 8 phương trình phản ứng sau:

H2 ®H

2

2 1

N2 ®N

2 1

NO + O2 ®NO2

Ghi chú: nước ở đây dạng hơi, hình thành do phản ứng cháy hoặc có thể có

trong không khí, trong nhiên liệu đưa vào động cơ hoặc có thể do ngưng tụ trên thành vách xi lanh

Đặc điểm của động cơ diesel là hỗn hợp cháy được hình thành bên trong buồng cháy, hệ số dư lượng không khí α so với động cơ xăng nằm trong một giới hạn rất rộng, cụ thể từ (8 ÷ 10) đến gần sát 1 tương ứng chế độ không tải, toàn tải Chính vì giới hạn α rộng và khác với động cơ xăng, nên quá trình cháy và việc hình thành các chất độc hại ở động cơ Diesel rất khác nhau

Trên hình 2.4 trình bày định tính của các thành phần độc hại trong động cơ diesel phun trực tiếp theo hệ số dư lượng không khí α, dưới đây có những thành phần gây độc hại chính trong khí thải động cơ diesel như sau:

+ CO: Trong quá trình cháy của động cơ diesel, tuy α > 1 và khá lớn (thừa

ô-xy) nhưng vẫn có thành phần CO mặc dù khá nhỏ là do vẫn có những vùng với α <

1 (thiếu ô-xy) bên cạnh những vùng α > 1 Khi α tăng, ban đầu CO giảm do nồng độ ô-xy tăng và đạt cực tiểu tại α ≈ 2 Tiếp tục tăng α, CO tăng do tỷ lệ tái hợp của CO với ô-xy trong quá trình giãn nở giảm đi nên lượng CO còn lại trong khí thải tăng

0,15

+ C m H n(nhiên liệu cháy không hết):

Do α lớn nên CmHn trong động cơ diesel so với ở động cơ xăng cũng nhỏ hơn Khi α tăng, nhiệt độ cháy giảm nên phần nhiên liệu không cháy được CmHn sẽ tăng lên Đối với phương pháp hỗn hợp màng, động cơ xăng do hiệu ứng sát vách ảnh hưởng mạnh nên CmHn lớn hơn so với trường hợp hỗn hợp thể tích động cơ Diesel Nếu tổ chức xoáy lốc và hoà trộn tốt trong quá trình hình thành hỗn hợp, thành phần CmHn sẽ giảm

+ NO x :

Khi α tăng, nhiệt độ cháy giảm nên thành phần NOx giảm (hình 2.4) So với

ở động cơ xăng thì thành phần NO2 trong NOx cao hơn, cụ thể chiếm 5 đến 15% Phương pháp hình thành khí hỗn hợp có ảnh hưởng lớn đến hình thành NOx Đối với buồng cháy ngăn cách, quá trình cháy diễn ra ở buồng cháy phụ (hạn chế không khí) rất thiếu ô-xy nên mặc dù nhiệt độ lớn nhưng NOx vẫn nhỏ Khi cháy ở buồng cháy chính, mặc dù α rất lớn, ô-xy nhiều nhưng nhiệt độ quá trình cháy không lớn nên NOx cũng nhỏ Tổng hợp lại, NOx của động cơ trong buồng cháy ngăn cách chỉ bằng khoảng ½ so với ở động cơ có buồng cháy thống nhất

+ Chất thải dạng hạt (P-M):

Theo định nghĩa của tổ chức bảo vệ môi trường bang Ca-li-phooc-lia thì P-M

là những thực thể (trừ nước) của khí thải sau khi được hoà trộn với không khí (làm loãng) đạt nhiệt độ nhỏ hơn 51,70 và được tách ra bằng một bộ lọc qui định

Với định nghĩa như vậy, P-M gồm các hạt rắn và các chất lỏng bám theo Các hạt rắn gồm: Các-bon tự do và tro còn gọi là bồ hóng (soot), các chất phụ gia dầu bôi trơn, các hạt và vảy tróc do mài mòn…Chất lỏng bám theo gồm có các thành phần trong nhiên liệu và dầu bôi trơn

Các hạt (P-M) có kích thước từ 0,01 đến 1 µm Phần lớn hạt có kích thước nhỏ 0,3 µm nên rất dễ bị hít vào gây tổn thương cho đường hô hấp và phổi

Thành phần của P-M phụ thuộc rất nhiều vào chế độ làm việc của động cơ và phương pháp hình thành khí hỗn hợp Thông thường, trong P-M chứa:

- 40% dầu bôi trơn

- 31% bồ hóng

- 14% các muối sun-phát ngậm nước

- 7% nhiên liệu diesel

- 8% các loại khác còn lại

+ Hợp chất chứa lưu huỳnh:

Trong khí thải có các hợp chất chứa lưu huỳnh là do trong nhiên liệu có một lượng tạp chất lưu huỳnh còn lại khi chưng cất dầu mỏ Trước năm 1996, ở châu âu qui định giới hạn hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu tính theo khối lượng (S) nhỏ 0,2% Sau năm 1996, giới hạn này càng ngặt nghèo hơn, (S) < 0,05% Do nhiên liệu chứa lưu huỳnh nên trong khí thải có SO2, khi kết hợp với hơi nước sẽ tạo thành a-xít và tạo ra P-M thông qua các muối có gốc sun-phát (hiện nay nhiên liệu dùng cho động cơ Diesel có loại đến 3% lưu huỳnh)

2.2 QUY LUẬT CUNG CẤP NHIÊN LIỆU THỰC NGHIỆM TRÊN ĐỘNG

CƠ D243 DO NHÀ MÁY DIESEL SÔNG CÔNG SẢN XUẤT [9], [12]

Trong phạm vi đề tài của em được giao và qua thời gian đi thực tế tại cơ sở Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, em xin phép mô tả lại trang thiết bị, qui trình và kết quả thực nghiệm Dựa trên kết quả được trình bày trong chương này

và chương 3, điều quan trọng đối với em đó là vận dụng tổng hợp kiến thức đã tiếp thu được để phân tích, lý giải các kết quả đó đồng thời rút ra những nhận xét đánh giá bổ ích cho bản thân qua quá trình thực hiện đề tài này Sau đây em xin trình bày từng nội dung cụ thể:

2.2.1 GIỚI THIỆU TRANG THIẾT BỊ VÀ NỘI DUNG LIÊN QUAN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM [12]

2.2.1.1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG

Quá trình nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại băng thử động cơ nhiều

xi lanh, thuộc phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển động cơ AVL Bộ môn

Động cơ đốt trong Trường Đại học Bỏch khoa Hà Nội Sơ đồ bố trớ chung phũng thớ nghiệm AVL được trỡnh bày trờn hỡnh 2.5

Cỏc thụng số về tớnh kinh tế - năng lượng của động cơ D243 được ghi nhận trực tiếp bằng cỏc hệ thống thiết bị của băng thử động cơ nhiều xi lanh Diễn biến

ỏp suất trờn đường ống cao ỏp được đo bằng thiết bị AVL Indiset 620 và đầu đo ỏp suất AVL QL61D Gúc phun sớm được xỏc định bằng thiết bị phun Timing Light của hóng Technotest (í) Áp suất bắt đầu nõng kim phun được hiệu chỉnh bằng thiết

bị PGE7/1S ABC của hóng Spring Field – OHIO (Mỹ) Hàm lượng cỏc chất ụ nhiễm dạng khớ trong khớ thải được đo bằng thiết bị AVLDIGAS – 4000

Hỡnh 2.5: Sơ đồ bố trớ chung phũng thớ nghiệm AVL

Phòng THí

nghiệm PHÂN TíCH KHí thải

động cơ

Phòng THí nghiệm

động cơ

NHIềU xy lanh Phòng THí

Phòng THí nghiệm

động cơ một

xy lanh

Hình 2.6: Ảnh một góc phòng điều khiển chung (Control Room )

2.2.1.2 PHƯƠNG PHÁP, MỤC ĐÍCH THỰC NGHIỆM

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mô hình trên động cơ D243 Mục đích xây dựng QLCCNL của động cơ do Việt Nam sản xuất Trên cơ sở đó so sánh với QLCCNL lý thuyết đã có của động cơ diesel, đồng thời lựa chọn 1 số thông số điều chỉnh hợp lý có lợi nhất

Công việc nghiên cứu thực nghiệm bao gồm:

+ Đo các thông số phục vụ việc đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - năng lượng của động cơ, bao gồm: công suất có ích (Ne), suất tiêu hao nhiên liệu có ích (ge) …

+ Đo hàm lượng các chất ô nhiễm dạng khí ( NOx, CO, HC ) trong khí thải

2.2.1.3 CHẾ ĐỘ THỰC NGHIỆM

Các thông số cần đo kể trên được xác định khi động cơ D-243 vận hành

ổn định theo đặc tính ngoài, tương ứng với:

- Thay đổi tốc độ động cơ (1000, 1400, 1800, 2200 vg/ph) lần lượt điều chỉnh thay đổi 4 góc phun sớm 8,60 ; 14,40 ; 16,30 ; 20,10

- Thay đổi 4 giá trị áp suất nâng kim phun Pnkp khác nhau, lần lượt là : 16,5; 17,5; 20 và 21 MN/m2, với mỗi chế độ đo kể trên, bộ dữ liệu thực nghiệm được ghi nhận lần lượt tại 13 điểm đo, ứng với tốc độ trục khuỷu động cơ thay đổi từ 1000 đến 2200 vòng/phút (giãn cách giữa 2 điểm đo liên tiếp là 100 vòng/phút)

2.2.1.4 CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHÍNH CỦA BĂNG THỬ ĐỘNG CƠ NHIỀU XI LANH

Sơ đồ nguyên lý và bố trí thiết bị trong băng thử động cơ nhiều xi lanh được trình bày trên (hình 2.7 là băng thử động cơ nhiều xi lanh thuộc phòng thí nghiệm AVL- Đại học Bách khoa Hà Nội) Các thiết bị chính của hệ thống trình bày tại mục (2.2.1.5 đến 2.2.1.12)

2.2.1.5 HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ THIẾT BỊ ĐO VÀ BỆ THỬ -PUMA

PUMA (Pryfstands – und Meotechnik – Automatisierung) là hệ thống tự động hoá thiết bị đo và bệ thử do hãng AVL LIST GmbH (Áo) sản xuất AVL PUMA version 5.6 bao gồm hệ thống máy tính, các thiết bị bổ trợ, phần mềm, các ứng dụng trên nền Windows ( PAM, POI và PUC ); các cơ sở dữ liệu Oracle theo chuẩn ASAM/ODS Trong đó: PAM ( Parameter Manager ) được sử dụng để xác định các tham số cho việc chuẩn bị và thi hành quá trình thử nghiệm; POI ( PUMA Operator Interface ) là hệ thống giao diện đồ hoạ thân thiện của PUMA với người

sử dụng; phần mềm PUC ( PUMA CONCERTO ) được dùng cho công việc tiền xử

lý kết quả thử nghiệm

2.2.1.6 PHANH ĐIỆN APA 204/E/0934

APA 204/E/0934 là máy điện không đồng bộ 3 pha, được làm mát cưỡng bức bằng không khí APA 204/E/0934 có ưu điểm là mô men xoắn cao, quán tính nhỏ Tốc độ trục phanh được đo bằng Encoder quang Mô men xoắn được đo bằng load cell Công suất do động cơ thử nghiệm phát ra được hấp thụ và biến đổi thành năng lượng điện (dòng điện này qua bộ biến tần và được đưa ra ngoài, hoà vào mạng điện nguồn) Các thông số kỹ thuật và đặc tính của phanh điện APA 204/E/0934 được trình bày chi tiết trong phần dưới

Hình 2.8: Ảnh chụp của phanh điện APA 204/E/0934

Hình 2.9: Sơ đồ mặt cắt ngang của phanh

1.Mặt bên ; 2.Stator ; 3.Rotor ; 4.Nắp ; 5.Quạt thông gió 6.Giảm chấm ; 7.Mặt bích đế lắp thiết bị Calib ; 8.Đế

+ Thông kỹ thuật và đặc tính của phanh điện APA 204/E/0934

APA 204/E/0934 được điều khiển tự động qua hệ thống máy tính của bệ thử và có khả năng giữ tốc độ ( hoặc mô men xoắn ) rất ổn định tuỳ theo yêu cầu của quá trình thử nghiệm Ngoài ra, một chức năng nổi bật của phanh APA 204/E/0934 là khả năng mô phỏng cản tác động lên động cơ như khi đang lắp trên

xe, thông qua phần mềm ISAC của hãng AVL, các thông số cơ bản của phanh APA 204/E/0934 được liệt kê trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Các thông số cơ bản của phanh điện APA 204/E/0934

TT Thông số Giá trị

Hình 2.10: Đặc tính mô men và công suất của phanh điện APA 204/E/0934

khi làm việc ở chế độ phanh

2.2.1.7 HỆ THỐNG ĐO LƯỢNG TIÊU HAO NHIÊN LIỆU –AVL FUEL

BALANCE 733S

AVL Fuel Balance 733S sử dụng nguyên lý đo trọng lượng, do vậy khắc phục được sai số khi nhiệt độ của nhiên liệu thay đổi trong quá trình đo (thường gặp với thiết bị đo theo nguyên lý thể tích) Dải đo thông dụng của AVL Fuel Balance 733S từ 0÷150 kg /h, khối lượng nhiên liệu trong bình đo lớn nhất là 1800g, độ chính xác 0,1%

+ Đặc tính kỹ thuật của hệ thống đo lượng tiêu hao nhiên liệu

(AVL FUEL BALANCE 733S)

AVL Fuel Balance 733S được thiết kế để đáp ứng công việc thử nghiệm động cơ hiện đại (sử dụng nhiều bộ phận điều khiển và định lượng thông minh) Sơ

đồ nguyên lý của AVL 733S được trình bày trên Hình 2.6 Sự dịch chuyển thẳng đứng của bình đo sẽ được ghi nhận bởi cảm biến kiểu tụ điện có tốc độ phản ứng nhanh và độ nhạy cao Dữ liệu đo được ghi nhận trên máy tính của bệ thử với sự trợ

giúp của hệ thống tự động hoá thiết bị đo và bệ thử - PUMA

Với AVL 733S, dải đo thông dụng từ 0 ÷ 150 kg /h Tuy nhiên, có thể tăng

độ phân giải của cảm biến để đảm bảo độ chính xác khi làm việc với khối lượng đo nhỏ hơn ( hoặc tốc độ tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn )

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý của AVL Fuel Balance 733S

2.2.1.8 HỆ THỐNG KIỂM SOÁT NHIỆT ĐỘ NHIÊN LIỆU – FUEL TEMPERATURE CONTROL 753

Theo bố trí của mạch đo, đường nhiên liệu hồi về từ động cơ được nối với AVL 733S, do vậy sẽ làm cho nhiệt độ nhiên liệu (cấp cho động cơ) tăng dần trong quá trình thử Khi nhiệt độ của nhiên liệu thay đổi , các thông số lý - hoá của nhiên liệu (tỷ trọng , độ nhớt…) cũng thay đổi theo Do vậy, AVL 753 được thiết kế với mục đích giữ ổn định nhiệt độ nhiên liệu (trong một dải nhất định )

+ Đặc tính kỹ thuật của hệ thống kiểm soát nhiệt độ nhiên liệu

(AVL FUEL TEMPERATURE CONTROL 753 )

Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm, khi nhiên liệu truyền từ BCA đến VP,

đặt cùng với AVL 753, nó sử dụng nước tuần hoàn vòng ngoài để giữ ổn định nhiệt

độ của lượng nhiên liệu đã được định sẵn trong AVL 753 Sơ đồ nguyên lý, bố trí chung của AVL 753 và AVL 753 được trình bày ở hình 2.12

Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý và bố trí chung giữa AVL 753 và AVL 733S

Chú thích:

1,4,8,11 – van 2 – áp kế đo áp suất nước làm mát ra (0 ÷6 bar)

3 – áp suất nước làm mát vào (0÷6 bar) 5 – áp kế đo áp suất nhiên liệu hồi

6 – AVL Fuel Temperature control 753 7 – AVL Fuel Balance 733S

9 - bầu lọc thô 10 - bầu lọc tinh

12 – thùng chứa nhiên liệu 13 - lọc nhiên liệu

14 - động cơ thử nghiệm – D243 A – nhiên liệu đến AVL 753

B – nhiên liệu hồi về AVL 753 C – nhiên liệu hồi từ động cơ

D – nhiên liệu đến động cơ E - nước làm mát vào

F - nước làm mát ra G - đường cấp nhiên liệu từ thùng chứa H,J – nhiên liệu thừa a – nhiên liệu hồi từ động cơ

b – nhiên liệu đến động cơ c - ống thông hơi

d- đường nhiên liệu cấp đến AVL 733S e – nhiên liệu thừa

Hình 2.13: Ảnh chụp hệ thống đo lượng tiêu hao nhiên liệu và hệ thống kiểm soát

nhiệt độ nhiên liệu

2.2.1.9 HỆ THỐNG KIỂM SOÁT NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT –AVL

COOLANT CONDITIONING SYSTEM 553

Hệ thống kiểm soát nhiệt độ nước làm mát – AVL Coolant Conditioning System 553 được thiết kế nhằm đảm bảo giữ nhiệt độ nước làm mát dao động quanh giá trị định trước với sự thay đổi rất nhỏ

+ Đặc tính kỹ thuật và sơ đồ nguyên lý hệ thống kiểm soát nhiệt độ nước

làm mát (AVL COOLANT CONDITIONING SYSTEM 553)

AVL 533 sử dụng các van điện – khí nén để thay đổi lượng nước tuần hoàn qua ống ngoài để đảm bảo nhiệt độ nước làm mát của động cơ theo đúng yêu cầu AVL 553 được vận hành dưới sự điều khiển của PUMA Sơ đồ nguyên lý của AVL

553 được thể hiện hình dưới

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý hệ thống kiểm soát nhiệt độ nước làm mát AVL 553

Chú thích: A - đường nước làm mát đến động cơ

B - đường nước làm mát ra từ động cơ

C - đường nước cấp cho vòng làm mát ngoài

D - đường nước vòng ngoài ra khỏi AVL – 553

K – van xả (điện – khí nén), L – van xả tay, J – van nạp (điện – khí nén)

G - nguồn cấp khí nén

H – thermoshock Feed, I – thermoshock Return

Hình 2.15: Ảnh chụp hệ thống kiểm soát nhiệt độ nước làm mát

2.2.1.10 HỆ THỐNG LÀM MÁT DẦU BÔI TRƠN – AVL OIL CONDITIONING 554

AVL 554 được thiết kế để dữ ổn định nhiệt độ của dầu bôi trơn trong quá trình thử Ngoài ra, hệ thống này còn có khả năng hâm nóng dầu bôi trơn đến nhiệt

độ vận hành khi khởi động động cơ nguội AVL 554 cũng được điều khiển bởi

Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý kiểm soát nhiệt độ dầu bôi trơn

2.2.1.11 BỘ KÉO GA TỰ ĐỘNG THA – 100

Bộ kéo ga tự động (Throttle Actuator) THA – 100 được sử dụng để điều khiển tự động thanh răng bơm cao áp (động cơ Diesel) hoặc bướm ga (động cơ xăng)

+ Đặc tính kỹ thuật của bộ kéo ga tự động (THA -100)

Bộ phận chính của THA – 100 là động cơ biến bước, nó làm thay đổi chiều dài của đoạn dây kéo để thay đổi vị trí của thanh răng bơm cao áp (hoặc vị trí của bướm ga) tuỳ theo từng chế độ thử THA – 100 cho phép tự động hoá việc vận hành

Đường vào của nước làm mát

Nguồn điện

động cơ thử nghiệm theo chương trình hoặc các chu trình thử ô nhiễm khác nhau ECE, FTP…) Các thông số kỹ thuật cơ bản của THA – 100 được trình bày trong bảng dưới đây

Bảng 2.2: Các thông số cơ bản của THA – 100

Hình 2.17: Ảnh chụp bộ kéo tay ga tự động THA – 100

(không có hơi nước ngưng tụ )

2.2.1.12 CABLE BOOM

Cable Boom được sử dụng để làm giá đỡ cho hộp nối cáp tín hiệu (Connec tion Box) từ các cảm biến, nó có khả năng quay tròn nhằm tìm được vị trí thích hợp nhất của connection Box so với các bộ phận phía dưới (động cơ, cảm biến, các hệ thống phụ trợ…) Tín hiệu từ các cảm biến (thường là tín hiệu tương tự) được chuyển thành tín hiệu số và đưa đến hệ thống tự động kiểm soát bệ thử - PUMA

Hình 2.18: Ảnh chụp CABLE BOOM

2.2.2 TRANG THIẾT BỊ CHỦ YẾU PHỤC VỤ VIỆC XÂY DỰNG QUY LUẬT CUNG CẤP NHIÊN LIỆU THỰC NGHIỆM

2.2.2.1 CẢM BIẾN ÁP SUẤT – AVL QL61D

QL61D là cảm biến áp suất kiểu Thạch anh, khoảng đo từ 0 ÷ 2000 bar, có

thể sử dụng với tất cả các loại hệ thống phun nhiên liệu diesel hiện đại Với tần số lấy mẫu 220 KHz, rất thích hợp cho việc đo đạc chính xác áp suất dư thuỷ động trên đường ống cao áp và các hệ thống thuỷ lực

Để đảm bảo sự lưu thông của nhiên liệu và giảm thiểu thể tích chết khi tiến hành đo diễn biến áp suất, đường ống cao áp (xi lanh số 1) của động cơ D243 đã thiết kế thêm đầu nối như hình 2.19

Hình 2.19: Cảm biến áp suất AVL – QL61D và đường ống, đầu nối

+Các thông số kỹ thuật trình bày trong bảng 2.3

Cảm biến QL61D MEX14

Đầu nối

ĐÔCA của động cơ D243

Bảng 2.3: Các thông số cơ bản của cảm biến áp suất AVL – QL61D

TT Thông số Giá trị/Đơn vị

2.2.2.2 THIẾT BỊ GHI NHẬN TÍN HIỆU CHUYÊN DỤNG –AVL INDISET 620

AVL Indiset 620 là thiết bị được thiết kế chuyên dụng để ghi nhận dữ liệu

khi đo một số thông số có tần số biến đổi nhanh theo góc quay trục khuỷu như áp suất trong xi lanh, áp suất trên đường ống cao áp của hệ thống nhiên liệu, độ nâng kim phun, điểm cháy, tín hiệu điều khiển quá trình phun Dữ liệu được ghi nhận với tốc độ lấy mẫu có thể lên đến 1 MHz

Phần cứng của Indiset 620 bao gồm hai khối Data acquisition và Docking

Staion, hai khối này được nối với máy tính qua cổng song song Phần mềm của

Indiset 620 bao gồm chương trình cho bộ xử lý tín hiệu trên card thu tín hiệu, một

chương trình điều khiển thiết bị có giao diện thân thiện với người sử dụng (Indiwin) Các phần mềm này có thể vận hành trên MS Windows 98 hoặc MS Windows NT 4.0

Sơ đồ bố trí Indiset 620 và cảm biến QL61D phục vụ việc đo diễn biến áp suất cuối đường ống cao áp được trình bày trên hình 2.20

Hình 2.20: Sơ đồ bố trí Indiset 620, cảm biến QL61D và Encoder 364X

phục vụ việc đo diễn biến áp suất cuối đường ống cao áp của động cơ D243

2.2.2.3 THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH GÓC PHUN SỚM

Trong quá trình thực nghiệm, góc phun sớm của động cơ D243 được xác

định bằng thiết bị Timing Light (model 231 – E) do hãng TechnoTest (Ý) chế tạo

+ Nguyên lý hoạt động của thiết bị xác định góc phun sớm

(TIMING LIGHT CỦA HÃNG TECHNOTEST)

Ảnh chụp thiết bị xác định góc phun sớm Timing Light của hãng

TechnoTest được trình bày trên hình 2.21

Cáp nối

mặt sau

mặt trước

Hình 2.21: Ảnh chụp thiết bị Timing Light của hãng TECHNOTEST

Để xác định góc phun sớm, một đầu cảm biến điện dung được lắp trên đường ống cao áp của động cơ D243, cảm biến này sẽ ghi nhận thông tin về thời điểm

phun của xi lanh số 1 Tín hiệu này được chuyển thành xung điều khiển Timing

Light được trang bị một đèn Flash Khi động cơ hoạt động, đèn Flash sẽ thay tín

hiệu từ vòi phun Bằng cách soi đèn lên dấu ĐCT ở trên bánh đà và thân máy sẽ xác

định được góc phun sớm

Tuy nhiên, việc đo chính xác góc lệch giữa hai dấu trên trong khi động cơ

đang hoạt động rất khó khăn và nguy hiểm Do vậy,Timing Light cho phép xác

định góc phun sớm chính xác bằng cách kéo trễ thời điểm nháy của đèn Flash bằng một công tắc điều chỉnh đặt tại vị trí tay cầm của đèn Tín hiệu xung điều khiển được đưa qua bộ giữ trễ xung sau đó mới đưa tới đèn Flash Khi khởi động thiết bị, thời gian giữ trễ bằng 0 Bằng cách điều chỉnh công tắc sao cho dấu ĐCT trên bánh