nghiên cứu ứng dụng hệ thống nhiên liệu kiểu common-rail điều khiển điện tử cho động cơ diesel dsc-80

Hệ thống cung cấpnhiên liệu diesel điều khiển điện tử kiểu Common Rail CR được phát minh và ứngdụng cuối thế kỷ 20 làmột trong số đó Hệ thốngcung cấp nhiên liệu Common Rail CR có nhiều ư

CHƯƠNG 3 BỘ ĐIỀU KHIỂN DIESEL ĐIỆN TỬ

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến lượng cấp nhiên liệu của vòi phun HEUI 313.4 Xây dựng mối liên hệ giữa gct với độ rộng xung 33

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CR TRÊN ĐỘNG

CƠ DSC-80

4.1 Mô hình phần tử vòi phun

40

4.3 Kết quả khảo sát động cơ DSC-80 sử dụng hệ thống nhiên liệu CR 45

MỞ ĐẦU

Sau hơn một thế kỷ kể từ khi ra đời, ngành động cơ đốt trong ngày nay đã đạtđược những thành tựu to lớn trong nghiên cứu phát triển, cho ra đời các sản phẩmngày càng hoàn thiện đáp ứng yêu cầu khắt khe của xã hội Một trong những thànhtựu nổi bật đó là ứng dụng cơ - điện tử trong nghiên cứu phát triển động cơ Việc sửdụng các loại hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử được áp dụng rộng rãi trongnhững năm cuối thế kỷ 20 đã tạo ra những thế hệ động cơ hiện đại, đạt được cácchỉ tiêu kinh tế - năng lượng nổi trội, thân thiện với môi trường Hệ thống cung cấpnhiên liệu diesel điều khiển điện tử kiểu Common Rail (CR) được phát minh và ứngdụng cuối thế kỷ 20 làmột trong số đó

Hệ thốngcung cấp nhiên liệu Common Rail (CR) có nhiều ưu điểm nổi bật sovới các hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống như: hiệu suất có ích của động cơcao, giảm độ độc hại khí xả, tăng công suất động cơ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu,giảm ồn, giảm rung động, làm việc có độ tin cậy cao ở tất cả các chế độ công tác;giảm các công đoạn hiệu chỉnh cơ khí, làm việc ổn định tại tốc độ thấp, dễ kết hợpvới các hệ thống khác (xử lý khí thải, …)

Ở Việt nam, các loại động cơ có sử dụng hệ thống nhiên liệu diesel kiểu CRngày càng trở nên phổ biến Trong lĩnh vực máy tàu biển, các động cơ trung tốc vàthấp tốc của các hãng chuyên sản xuất động cơ cho các tàu vận tải như: MAN,Sulzer, Mitsubishi … cũng như các loại động cơ lắp trên các tàu cảnh sát biển vàmột số tàu tuần tra, tàu chiến như MTU đã sử dụng loại động cơ tăng áp với hệthống nhiên liệu CR Trong lĩnh vực giao thông vận tải và máy xây dựng, rất nhiềucác phương tiện hiện đại đã sử dụng loại động cơ này như: động cơ CRDi củaHyundai (SantaFe, xe tải hạng trung ), động cơ NISSAN lắp trên các xe củaTrường Hải – Thaco, động cơ TDCi của hãng Ford, động cơ D-4D của Toyota,ISUZU, Komatsu, Catepilar, … trên một số xe quân sự thế hệ mới cũng đã sử dụng

hệ thống nhiên liệu này

Động cơ DSC-80 là động cơ do Công ty Diesel Sông công sản xuất trên dâychuyền công nghệ của Belarus chuyển giao những năm 60 của thế kỷ trước Trongquá trình sản xuất, động cơ DSC-80 không ngừng được nghiên cứu hoàn thiện đểphù hợp với các yêu cầu sử dụng khác nhau Theo các quy định mới về môi trường,

từ thỏng 7 năm 2007, cỏc động cơ sản xuất, lắp rỏp, nhập khẩu mới đều phải đỏpứng được cỏc tiờu chuẩn khớ thải EURO-II Bờn cạnh cỏc giải phỏp như dựng bộtrung hoà khớ xả, việc nghiờn cứu ứng dụng điện tử hoỏ hệ thống nhiờn liệu cũng làhướng được ưu tiờn nghiờn cứu và phỏt triển Xuất phỏt từ những đặc điểm đú,

nhúm nghiờn cứu được giao nhiệm vụ: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống nhiên liệu

kiểu Common-Rail điều khiển điện tử cho động cơ diesel DSC-80

Mục tiờu nghiờn cứu của đề tài:

 Tiếp cận và làm chủ hệ thống nhiện liệu hiện đại kiểu CR

 Nghiờn cứu khả năng thay thế hệ thống nhiờn liệu truyền thống bằng hệthống nhiờn liệu cú điều khiển điện tử kiểu CR, trong đú trọng tõm là nghiờncứu quy trỡnh xõy dựng bộ số liệu mụ tả cỏc chế độ làm việc của động cơ(Engine Maps - EMs) và xõy dựng biểu đồ phun nhiờn liệu (Injection Maps -IMs), phục vụ cho việc thiết kế chế tạo bộ điều khiển diesel điện tử EDC(hay ECU) – đõy là khõu quan trọng nhất trong nghiờn cứu thay thế hệ thốngnhiờn liệu vỡ khụng thể cú chung bộ EDC cho cỏc loại động cơ khỏc nhaunhư cỏc chi tiết tiờu chuẩn khỏc (vũi phun, bơm cao ỏp, ống phõn phối haybỡnh tớch ỏp )

 Lựa chọn một loại vũi phun mẫu, đồng bộ hoỏ cỏc đặc tớnh của vũi phun vàbiểu đồ phun đó xõy dựng

Phương phỏp nghiờn cứu:

Nghiờn cứu cỏc tài liệu lý thuyết, xõy dựng mụ hỡnh mụ phỏng động cơ

DSC-80 kết hợp cỏc bộ số liệu thực nghiệm đo được trong phũng thớ nghiệm để hiệuchỉnh mụ hỡnh, qua đú xõy dựng cỏc đặc tớnh tốc độ, điều chỉnh, khụng tải, điều tốclàm bộ EMs Sử dụng cụng cụ tối ưu kết hợp mụ hỡnh mụ phỏng xỏc định biểu đồphun nhiờn liệu IMs

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN1.1 Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail

Hệ thống nhiên liệu kiểu CR đầu tiên do Robert Huber (Thụy Sĩ) phát minhnhững năm cuối của thập niên 60 thế kỷ 20, sau đó được tiến sĩ Marco Ganserthuộc viện công nghệ Liên bang Thụy sĩ và Ganser-Hydromag AG (Thụy sĩ) pháttriển [9] Những năm giữa thập niên 90 (TK20), Tiến sĩ Shohei Itoh và MasahikoMiyaki của Công ty sản xuất phụ tùng Denso (Nhật bản) phát triển ứng dụng trêncác xe tải hạng nặng và được sử dụng trên xe tải Hino Cũng trong những năm đó,hãng Robert Bosh GmbH (Đức), Fiat (Italia) đã ứng dụng hệ thống này lên các xechở khách Kể từ đó, hệ thống nhiên liệu CR được sử dụng rộng rãi trên các động

cơ diesel, từ các xe du lịch loại nhỏ cho đến các loại tàu thuyền cỡ lớn Ngày nay,

hệ thống nhiên liệu CR đã thực sự mang lại cuộc cách mạng trong công nghệ động

cơ diesel, nó đã làm thay đổi hẳn quan điểm của người sử dụng luôn cho rằng động

cơ diesel "bẩn, ồn và chậm chạp" Các nhà cung cấp chính các linh kiện, phụ tùngcủa hệ thống nhiên liệu kiểu CR Robert Bosch GmbH, Delphi Automotive Systems,Denso Corporation và Siemens VDO đã biến hệ thống này trở thành một hệ thốngtiêu chuẩn trên động cơ diesel

Hình 1.1 mô tả sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu Common Rail [9] Hệ

thống nhiên liệu kiểu CR thông thường bao gồm các bộ phận chính: bơm nhiên liệu(thấp áp và cao áp), đường ống cao áp, đường ống thấp áp, các cảm biến, bộ điềukhiển điện tử ECU, bình tích áp hay ống phân phối (accumulator - rail), van điều áp,giảm chấn thuỷ lực, vòi phun điều khiển điện tử Trong hệ thống CR kiểu bình tích

áp, bơm cao áp cung cấp nhiên liệu vơi áp suất cao vào bình tích áp - áp suất trongbình tích áp có thể lên tới 200 MPa trên các hệ thống CR thế hệ thứ tư (được xácđịnh bởi áp suất phun thiết lập trong ECU) không phụ thuộc vào tốc độ động cơ vàlượng nhiên liệu được cấp vào Lượng nhiên liệu được phun vào buồng cháy phùhợp phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ, chất lượng của quá trình tạo hỗnhợp tốt hơn do nhiên liệu được phun tơi Bộ điều khiển diesel điện tử sẽ điều khiểnchính xác tất cả các tham số phun như áp suất, thời gian và hành trình nâng kimphun và các tham số khác

Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu CR điển hình được giới thiệu trên hình 1 [9].Vòi phun điện từ cho phép điều khiển dễ dàng thời điểm và lượng nhiên liệu phunvào xi lanh Áp suất phun rất cao sẽ xé nhỏ các hạt nhiên liệu (nguyên tử hoá các

hạt phun) tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bay hơi và hoà trộn nhiên liệu vớikhông khí, làm tăng chất lượng tạo hỗn hợp và cháy Để làm giảm tiếng ồn (mộtnhược điểm của động cơ diesel), bộ điều khiển trung tâm (ECU) điều khiển phunmồi một lượng nhỏ nhiên liệu diesel trước khi điều khiển phun chính, do vậy làmgiảm tốc độ tăng áp suất bên trong xylanh và mức độ rung động của động cơ, đồngthời cũng tạo điều kiện rất tốt để động cơ dễ dàng khởi động nguội Một vài hệthống nhiên liệu CR hiện đại đã sử dụng phương pháp phun năm giai đoạn cho mộtchu trình [9], công nghệ này cho phép cải thiện rất đáng kể các tính năng của động

cơ cũng như giảm thiểu các chất độc hại trong khí thải

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu Common Rail [9]

Hệ thống nhiên liệu CR không chi phí thời gian nhiều cho việc sấy nóng động

cơ, thân thiện với môi trường hơn so với các thế hệ động cơ cũ Áp suất phun khôngphụ thuộc vào chế độ tốc độ và chế độ tải trọng của động cơ, các chất thải nhưNOx, PM được giảm thiểu đáp ứng tốt các yêu cầu về ô nhiễm khí thải, đồng thờitối ưu hoá được các đường đặc tính động cơ Do bình tích áp đặt giữa bơm nhiênliệu cao áp và các vòi phun nên có thể giảm đáng kể ảnh hưởng của các dao động ápsuất do bơm gây ra, đồng thời ảnh hưởng nhiễu từ các vòi phun với nhau cũng bịhạn chế Một ưu điểm nổi bật nữa của hệ thống CR là khi lắp lên động cơ, nó khônglàm thay đổi về mặt kích thước, bố trí chung của động cơ, thậm chí còn thuận tiệnhơn so với việc sử dụng hệ thống nhiên liệu cũ [9]

Nguyên lý làm viêc: Nhiên liệu từ thùng nhiên liệu được bơm nhiên liệu cấpvào bơm cao áp bơm vào bình tích áp (rail hay accumulator) với áp suất rất lớn từ

136 đến trên 200 MPa và được duy trì ổn định nhờ van điều áp, van hạn chế áp suất

và bộ dập tắt dao động Áp suất ổn định đó được đưa tới các vòi phun (injector)theo thứ tự công tác của các xylanh và được điều khiển bởi ECU (EDC) Áp suấttrong bình tích áp được kiểm soát bởi một cảm biến áp suất Van điện từ của vòiphun được kích hoạt bởi xung điện do ECU cung cấp, xác định thời điểm bắt đầu vàkhoảng thời gian phun Lượng nhiên liệu phun vào xi lanh được xác định bởi ápsuất nhiên liệu trong bình tích áp và khoảng thời gian kim phun mở, việc phun mồi,phun hai (hoặc ba) giai đoạn có thể đạt được bằng cách kiểm soát sự đóng mở củakim phun bằng các xung điện từ tác dụng lên cuộn dây điện từ trên vòi phun Vòiphun được sử dụng có thể là vòi phun kiểu van điện từ (solenoid) hoặc kiểu áp điện(piezo)

1.2 Động cơ diesel DSC - 80

Động cơ DSC – 80 là dòng động cơ diesel máy kéo do Công ty Diesel Sôngcông chế tạo từng phần theo dây chuyền công nghệ của Cộng hoà Belarut và độcquyền phân phối tại Việt Nam Từ năm 1994 phòng thí nghiệm Bộ môn động cơ -Khoa động lực - Học viện kỹ thuật quân sự được trang bị loại động cơ này dùng đểxây dựng và khảo sát các đặc tính phục vụ công tác đào tạo, nghiên cứu

Động cơ DSC – 80 là động cơ 4 kỳ, 4 xilanh bố trí một hàng thẳng đứng, làmmát bằng nước Ở Việt Nam, động cơ DSC – 80 cũng đã được chuyển đổi dùng chotàu thuyền cỡ nhỏ phục vụ vận tải ven bờ và đánh bắt thuỷ hải sản Trong quân đội

động cơ DSC-80 cũng đã được nghiên cứu thay thế động cơ xăng lắp trên xe

ZIL-130 Hiện nay Công ty Diesel Sông Công vẫn tiếp tục sản xuất và phân phối ở thịtrường Việt nam cho các ngành vận tải đường sông, ven biển và đánh bắt hải sản,đồng thời liên tục nghiên cứu cường hoá, ghép nối động cơ nhằm tăng công suấtphục vụ đánh bắt xa bờ Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel của động cơ là loạibơm cao áp kiểu bơm dãy, 4 phân bơm làm nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cao ápcho 4 xylanh của động cơ theo thứ tự công tác 1-3-4-2 Các thông số kỹ thuật củađộng cơ DSC-80 được trình bày trong bảng 1.1:

Bảng 1.1: Các thông số cơ bản của động cơ DSC-80

Nhiều tác giả đã sử dụng phương pháp thay thế hệ thống nhiên liệu CR lên cácđộng cơ hiện có để nghiên cứu hệ thống CR [12] Việc thay thế hệ thống cung cấpnhiên liệu truyền thống trên động cơ DSC-80 bằng hệ thông nhiên liệu kiểuCommon Rail là có thể thực hiện được Các bước cần tiến hành khi nghiên cứu thaythế hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm:

- Xây dựng bộ số liệu mẫu cho bộ điều khiển diesel EDC (Engine Maps: EMs,Injection Maps: IMs);

- Hiệu chỉnh đặc tính động cơ theo yêu cầu của máy công tác;

- Lựa chọn sơ đồ hệ thống Common Rail và kiểu vòi phun áp dụng;

- Đồng bộ hoá đặc tính vòi phun và IMs

- Thiết kế và lập trình cho bộ điều khiển diesel điện tử EDC (ECU);

- Khảo sát động cơ DSC-80 sử dụng hệ thống nhiên liệu kiểu CR

- Nghiên cứu thực nghiệm động cơ mẫu, hiệu chỉnh các thông số của bộ EMs, IMscho phù hợp với hệ thống CR mới

Trong khuôn khổ đề tài, nhóm nghiên cứu tiến hành thực hiện các bước từ

1-6, việc nghiên cứu thực nghiệm động cơ mẫu sử dụng hệ thống nhiên liệu CR khôngđược thực hiện

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CÁC BỘ SỐ LIỆU 2.1 Vấn đề chung và kỹ thuật sử dụng

Việc xây dựng bộ số liệu là một khâu cần thiết nhằm thiết lập dữ liệu đầu vàocho bộ điều khiển trung tâm ECU, ở đó ECU nhận tín hiệu lấy được từ các cảm biếnnhư tốc độ động động cơ, vị trí trục khuỷu, vị trí chân ga , sau đó sẽ so sánh với bộ

số liệu mẫu (Engine Maps) để quyết định đưa ra các tín hiệu điều khiển cho cơ cấuchấp hành là vòi phun, bao gồm thời điểm và lượng nhiên liệu cung cấp cho mộtchu trình (gct) Bộ số liệu được xây dựng bằng mô hình mô phỏng động cơ DSC-80kết hợp các số liệu thực nghiệm đo được trên bệ thử động cơ tại phòng thí nghiệmAVL Đại học Bách khoa Hà nội và Công ty Diesel Sông công Trên cơ sở bộ sốliệu, tiến hành hiệu chỉnh đặc tính động cơ theo yêu cầu

Số liệu về bơm cao áp YTH-5 đo trên bệ thử bơm cao áp được trình bày trênbảng 2.1 [3]

FMEP = C1 + C2 * pxlmax + C3 * Cm + C4 * C2 m) (2.1)trong đó: FMEP - áp suất tổn hao cơ giới trung bình (bar);

C1 - hệ số liên quan đến tổn hao cơ giới trung bình, chọn: C1 = 0,3 - 0,5 bar;

C2 - hệ số kể đến ảnh hưởng của áp suất lớn nhất trong xylanh, C2 = 0,004 - 0,006;C3 - hệ số kế đến ảnh hưởng của vận tốc trung bình piston, C3 = 0,08 - 0,1 bar/(s/m);

Cm - vận tốc trung bình của piston (m/s);

C4 - hệ số kể đến ảnh hưởng của bỡnh phương Cm; C4 = 0,0006 - 0,0012 bar/(m/s)2;Cụng suất tổn hao cơ giới được xỏc đinh trờn bệ thử đo tại phũng thớ nghiệmAVL- ĐHBKHN, kết hợp với cụng thức chọn cỏc hệ số cho phự hợp với cỏc chế độcụng tỏc của động cơ, bảo đảm độ chớnh xỏc của mụ hỡnh mụ phỏng Tổn hao cơgiới của động cơ DSC-80 theo đặc tớnh ngoài được trỡnh bày trờn bảng 2.2.

Bảng 2.2 Tổn hao cơ giới của động cơ DSC-80 xác định trên băng thử [3]

Diễn biến ỏp suất bờn trong xylanh động cơ đo trong phũng thớ nghiệm AVL

-ĐH BK HN với cỏc số vũng quay khỏc nhau từ 1000 đến 2200 vg/ph được trỡnh bàytrờn hỡnh 2.1 và được sử dụng để hiệu chỉnh mụ hỡnh mụ phỏng động cơ DSC-80 từ

số vũng quay 1000-2200 vg/ph ứng với đường đặc tớnh ngoài của động cơ

0 10 20 30 40 50 60 70 80

p (bar)

GQTK (do)

Hình 2.1 a- Diễn biến áp suất trong xylanh ứng với n=1000vg/ph; AP = 100% (đo

thực nghiệm trên băng thử tại phòng thí nghiệm AVL- ĐHBK Hà nội)

0 10 20 30 40 50 60 70 80

p (bar)

GQTK (do)

Hình 2.1 b- Diễn biến áp suất trong xylanh ứng với n=2200vg/ph; AP = 100% (đo

thực nghiệm trên băng thử tại phòng thí nghiệm AVL- ĐHBK Hà nội)

Ngoài ra bộ số liệu thực nghiệm ở các chế độ tốc độ khác nhau cũng đã được

đo cụ thể Các bộ số liệu thực nghiệm về tổn hao cơ giới, diễn biến áp suất trongxylanh động cơ và lượng cung cấp nhiên liệu của bơm cao áp được sử dụng để làm

số liệu đầu vào và hiệu chỉnh mô hình mô phỏng động cơ DSC-80 bằng phần mềmGT-Power, cho phép nâng cao độ chính xác khi mô phỏng kết hợp số liệu thựcnghiệm Mô hình mô phỏng động cơ DSC-80 được xây dựng bằng phần mềm GT-Power và được trình bày trên hình 2.2

Hình 2.2 Mô hình mô phỏng động cơ DSC-80 để xác định EMs

Các thông số về kết cấu của động cơ DSC-80 và nhập dữ liệu cho các phần tửcủa mô hình được tra cứu trong tài liệu [3];

2.2 Xây dựng số liệu đặc tính tốc độ

Đặc tính tốc độ là hàm của các chỉ tiêu công tác chính theo số vòng quay động

cơ khi vị trí thanh răng bơm cao áp không đổi

Ne; Me; ge; Gnl = f(n) khi AP = const; (AP - vị trí chân ga hoặc thanh răng BCA);Trong mô hình mô phỏng, các kết quả đặc tính ngoài động cơ được xác định

và so sánh kết quả với số liệu thực nghiệm Các kết quả tính toán và hiệu chỉnh

trỡnh bày trong [3] đó khẳng định độ chớnh xỏc của mụ hỡnh mụ phỏng.

Từ mụ hỡnh xỏc định được bảng số liệu về đặc tớnh tốc độ động cơ DSC-80bao gồm đặc tớnh ngoài và cỏc đường đặc tớnh bộ phận Cỏc số liệu về đường đặctớnh ngoài động cơ DSC-80 được trỡnh bày trong bảng 2.3 và hỡnh 2.3

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu công tác của động cơ DSC-80.

STT Tốc độ

(vg/ph)

Ne(kW)

Me(Nm)

ge(g/kW,h)

Gnl(kg/h)

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

ge_thucnghiem ge_GTpower Gnl_thuc nghiem

đường đặc tính bộ phận của động cơ DSC-80 bằng mô phỏng.

2.3 Xây dựng bộ số liệu về đặc tính điều chỉnh

Việc xây dưng đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm nhiên liệu nhằm xácđịnh góc phun sớm tối ưu theo các chỉ tiêu công tác của động cơ như Ne, ge, qua đóxác định được thời điểm phun hợp lý cho bộ điều khiển ECU khi chế độ tốc độ vàtải không thay đổi

Mô hình xác định đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm nhiên liệu được xâydựng trên cơ sở mô hình động cơ DSC-80 được trình bày ở trên, trong đó ở từngchế độ tốc độ của động cơ khảo sát các chỉ tiêu công tác theo góc phun sớm nhiênnhiên liệu, tức là góc phun sớm sẽ là biến thay đổi

Trên hình 2.4a - 2.4g biểu diễn kết quả khảo sát ảnh hưởng của góc phun sớmđến công suất và suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ở các chế độ tốc độkhác nhau (từ 1000 - 2200 vg/ph)

Hình 2.4: a- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 1000 vg/ph

Hình 2.4: b- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 1200 vg/ph

Hình 2.4: c- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 1400 vg/ph

Hình 2.4: d- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 1600 vg/ph

Hình 2.4: e- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 1800 vg/ph

Hình 2.4: f- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 2000 vg/ph

Hình 2.4: g- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 2200 vg/ph

Từ các kết quả minh hoạ trên các đồ thị 2.4, rút ra bảng xác định góc phunsớm tối ưu theo sự thay đổi chế độ tốc độ động cơ phục vụ cho việc lập trình ECU,các giá trị cụ thể được trình bày trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Góc phun sớm tối ưu theo chế độ tốc độ động cơ.

STT Tốc độ động cơ (vg/ph) Góc phun sớm tối ưu (độ GQTK)

Ở số vòng quay ổn định nhỏ nhất (garranti), công suất của động cơ sinh ra chỉ

để khắc phục các tổn hao cơ giới Việc xác định gctmin được thực hiện bằng cách tối

ưu hoá các tham số cần thiết, ở đây tham số được tối ưu là công suất có ích củađộng cơ bằng không (Ne=0) Việc xác định gctmin được thực hiện bằng công cụ

"

Optimizer" - tối ưu hoá của phần mềm GT-Power Màn hình thiết lập các tham số để

tối ưu hoá được trình bày trên hình 2.5

Hình 2.5: Thông số để xác định g ctmin tại tốc độ 600vg/ph

Trong đó dạng tối ưu được chọn là hàm mục tiêu, biến cần tối ưu là công suất

có ích (RLT Variable be Optimized), và được đặt mục tiêu là bằng 0 Kết quả tối

ưu hoá được trình bày trên hình 2.6, trong đó xác định được gct nhỏ nhất để động cơchạy ổn định ở chế độ không tải

Hình 2.6 : Kết quả tối ưu hoá để xác định g ctmin ở tốc độ 600vg/ph

Từ kết quả tính toán xác định được gctmin = 7,18 mg/ct, như vậy để động cơlàm việc ổn định ở số vòng quay không tải nhỏ nhất thì yêu cầu gct không được nhỏhơn 7,18 mg/ct.

Tưng tự như vậy, xác định được gct ở tất cả các chế độ tốc độ khi không có tải.Hình 2.7 biểu diễn sự thay đổi gct = f(n) ở chế độ không tải tương ứng với các vị tríkhác nhau của bàn đạp ga (0 đến 100%)

Hình 2.7 Quan hệ của g ct với số vòng quay không tải từ 800 - 2200vg/ph

Từ các kết quả tính toán, lập bảng số liệu về gct = f(n) khi Ne=0, bảng 2.5 liệt

kê các giá trị gct ở các giá trị số vòng quay không tải khác nhau

Bảng 2.5: các giá trị g ct các giá tr s vòng quay không t i khác nhau.ở các giá trị số vòng quay không tải khác nhau ị số vòng quay không tải khác nhau ố vòng quay không tải khác nhau ải khác nhau

Khi tải trọng thay đổi Nc, tốc độ động cơ thay đổi một lượng n = n1- n2.

4

1

1 1

o o

v e o H h

p Q n iV

trong đó: QH - nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kJ/kg); Gnl - lượng tiêu thụ nhiên liệutrong một giờ (kg/h); i - số xylanh; n -số vòng quay động cơ (vg/ph); po- áp suất khínạp (MPa); To - nhiệt độ khí nạp (K); - hệ số dư lượng không khí; e - hiệu suất cóích; v - hệ số nạp;  - số kỳ; Lo- lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháyhoàn toàn một 1kg nhiên liệu (kg); M0 - lượng không khí tính theo kmol lý thuyết

để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu (kmol/kg)

4

2

2 2

o o

v e o H h

p Q n iV

Sự thay đổi công suất tải được xác định:

Nc = Ne = QH.e.(Gnl1 - Gnl2) = QH.e Gnl (2.5)

4

1

1

o o

v e o H h

T L

p Q n iV

4

2

2

o o

v e o H h

T L

p Q n iV

(2.6)

Từ biểu thức (2.5) và (2.6) xác định được quan hệ Gnl = f(n)

Ta có : Lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình của một xylanh được xác định theo công thức:

Hình 2.8: Sơ đồ tự động điều chỉnh số vòng quay động cơ DSC-80

Việc tính toán được áp dụng cho động cơ DSC-80 khi vị trí bàn đạp ga ở vị trícung cấp 80% nhiên liệu, tốc độ động cơ là 2200vg/ph Khi tải thay đổi (thay hướngtăng) làm số vòng quay động cơ giảm, bước giảm số vòng quay để khảo sát là 20vg/ph, qua đó xác định được công suất tải ứng với mỗi ước và lượng nhiên liệucung cấp cho một chu trình gct cần bổ sung thêm để khắc phục sự tăng tải tươngứng và duy trì tốc độ ổn định của động cơ nôđ = 2200vg/ph Bảng 2.6 trình bày kếtquả tính toán khi tốc độ động cơ giảm từ 2200 vg/ph xuống 1800vg/ph, vị trí bànđạp ga AP=80%.

Bảng2.6 : g ct ứng với tải tăng, AP= 80%, n ổn đ nh = 2200 vg/ph.ị số vòng quay không tải khác nhau

Tỉ số Lo/Mo

N_cản

Gnl(kg/h)

gct (mg/ct)

2.6 Hiệu chỉnh các đường cong đặc tính

Như đã trình bày, quy luật cung cấp nhiên liệu trong động cơ diesel có hệthống nhiên liệu kiểu CR không phụ thuộc vào chế tốc độ và chế độ tải của động cơ.Tức là hình dạng của các đường đặc tính không phụ thuộc vào đặc tính cung cấpnhiên liệu của bơm cao áp như các động cơ thông thường mà phụ thuộc vào thờiđiểm cấp xung điều khiển vòi phun của ECU (hoặc EDC), do vậy có thể điều khiển

được hình dạng của các đường đặc tính này theo mục tiêu xác định Tuỳ theo yêucầu của máy công tác có thể hiệu chỉnh đặc tính mô men Hình 2.9a mô tả đặc tínhngoài động cơ theo quy luật cung cấp nhiên liệu của bơm cáp truyền thống và hình2.9b là đặc tính ngoài mong muốn, tức là đường đặc tính mô men có dạng tương đốiphẳng sau khi đạt cực đại, động cơ làm việc ổn định với mô men lớn ở dải thay đổitốc độ khá rộng, đặc tính này rất phù hợp với các loại động cơ phải làm việc nặngnhọc trong điều kiện tải lớn và thay đổi độ ngột như các loại xe tăng, thiết giáp, máyxây dựng Hình 2.9 trình bày đặc tính động cơ theo lượng cung cấp nhiện liệu củabơm cao áp (a) và hiệu chỉnh theo mục tiêu cho trước sử dụng CR (b) Bảng số vềcác đường đặc tính này cũng được liệt kê trong bảng số liệu 1.7.

60 Ne(kW)

Me (Nm)

Ne (kW)

70.0 105.0 140.0 175.0 210.0 245.0 280.0 315.0 350.0

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

n (vg/ph)

Me(Nm)

20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0 Ne(kW)

Hình 2.10 Màn hình mô phỏng tối ưu xác định g ct

Kết quả xác định gct theo đặc tính hiệu chỉnh được trình bày trên hình 2.11