C7 do tieu thu nhien lieu

Một số yêu cầu đối với hệ thống đo tiêu thụ nhiên liệu - Lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ ô tô máy kéo thay đổi trong một vùng khá rộng, từ 0,5  2kg/1 giờ ở chế độ không tải; đến

Chương 7

Đo tiêu thụ nhiên liệu

7.1 KHÁI QUÁT

1 Mục đích ý nghĩa

Lượng tiêu thụ nhiên liệu là một chỉ tiêu quan trọng để xác định tính kinh tế nhiên liệu của động cơ Bên cạnh đó cùng với việc đo lưu lượng không khí, đo tiêu thụ nhiên liệu giúp ta xác định được thành phần hỗn hợp cấp vào động cơ Đơn vị tính thường là: kg/h (đối với nhiên liệu lỏng) hoặc m3/h (đối với nhiên liệu khí) Để đo tiêu thụ nhiên liệu khí có thể sử dụng phép đo lưu lượng khí như ở chương 5

2 Phân loại các phương pháp đo tiêu thụ nhiên liệu

Thực chất của việc đo tiêu thụ nhiên liệu là đo thời gian mà trong đó động cơ tiêu thụ hết một thể tích hay một khối lượng nhiên liệu nhất định Trên cơ sở đó, người

ta phân thành hai phương pháp đo: là đo thể tích hay đo khối lượng Ngoài ra, dựa vào tính liên tục của quá trình đo, người ta chia thành phương pháp đo gián đoạn, nếu sau mỗi lần đo phải nạp nhiên liệu cho các cốc đo và phương pháp đo liên tục, quá trình đo không bị gián đoạn bởi việc cung cấp nhiên liệu cho cốc đo

3 Một số yêu cầu đối với hệ thống đo tiêu thụ nhiên liệu

- Lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ ô tô máy kéo thay đổi trong một vùng khá rộng, từ 0,5  2kg/1 giờ ở chế độ không tải; đến 20 - 50kg/1giờ ở chế độ toàn tải nên phải thiết kế hệ thống chứa và các cốc đo nhiên liệu đảm bảo đo tiêu thụ nhiên liệu

ở mọi chế độ công tác

Thể tích thùng chứa

6 e .10e

k

V N g t



−

Trong đó:

k : Hệ số dự trữ 1,09  1,1

 : Khối lượng riêng nhiên liệu (g/cm3)

Ne : Công suất có ích cho động cơ (Kw)

ge : Suất tiêu thụ nhiên liệu (g/Kw h)

t : thời gian (giờ) Các cốc đo phải đảm bảo đo được ở các chế độ, với thời gian một lần đo từ 30 đến 60 giây

- Vận hành đơn giản và an toàn Bố trí đúng nguyên tắc phòng và chữa cháy Thuận lợi cho cán bộ thí nghiệm quan sát

- Xác định nhanh và chính xác

- Chế tạo đơn giản

7.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU LỎNG

Có hai phương pháp chính dùng đo lượng tiêu thụ nhiên liệu là đo kiểu thể tích (Q) và đo kiểu khối lượng (G)

Việc chuyển đổi hệ đơn vị giữa hai kiểu đo này thông qua khối lượng riêng của nhiên liệu Do khối lượng riêng của nhiên liệu phụ thuộc vào nhiệt độ nên đo kiểu khối lượng cho kết quả chính xác hơn

1 Đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp thể tích

a Đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp thể tích kiểu hở

Thường sử dụng với cốc đo điều khiển bằng tay, khá đơn giản

3, 6 . nl

nl

V G

t



Trong đó:

V : Thể tích nhiên liệu động cơ tiêu thụ (cm3)

nl : Khối lượng riêng nhiên liệu (g/cm3)

t : Thời gian đo (s)

Sơ đồ nguyên lý

Hệ thống đo hở như sơ đồ hình 7.1

Hình 7.1 Sơ đồ đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp thể tích kiểu hở

1_Bình chứa nhiên liệu, 2_van khóa, 3_ống dẫn, 4_van ba ngả, 5_cốc đo bằng thủy

tinh, 6_vạch chia giới hạn thể tích, 7_động cơ

Các vị trí của van ba ngả:

1

2

3

4

5

6

7

(A )

(B )

(C )

V1

V2

Vị trí A: cấp nhiên liệu cho cốc và động cơ (chuẩn bị đo);

Vị trí B: đang đo (nhiên liệu từ cốc đến động cơ);

Vị trí C: không đo (nhiên liệu từ bình chứa cung cấp cho động cơ)

Nguyên lý đo

Chuẩn bị đo:

Quay van ba ngả 4 về vị trí A khi đó nhiên liệu từ bình chứa nhiên liệu 1 sẽ đến cấp cho động cơ và cốc đo 6 Để cho động cơ làm việc ổn định ở chế độ cần đo và nhiên liệu đầy các bình đo 6 theo kinh nghiệm nên chọn V1= 25cm3, V2 = 50cm3,

V3 = 75cm3 Độ chính xác thể tích đến 0,1 [cm3]

Đo:

Quay van ba ngả đến vị trí B đồng thời bấm đồng hồ Khi đó nhiên liệu từ cốc

đo sẽ cấp cho động cơ, còn đường nhiên liệu từ bình chứa đến động cơ bị cắt Sau khi tiêu thụ hết một lượng thể tích nhất định V1 hoặc V2 hoặc V3 ta bấm đồng hồ dừng, quay van 4 về vị trí C Yêu cầu thời gian đo phải đạt được 30  60 giây Do đó, phải chọn Vi phù hợp với chế độ đo không để thời gian đo nhỏ quá hay lớn quá, nếu nhỏ quá sẽ không chính xác, nếu lớn quá sẽ gây lãng phí

Để tính toán và chuẩn bị cho bước đo tiếp theo van ba ngả ở vị trí C

Nhận xét:

Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo;

Áp suất nhiên liệu trong quá trình đo thay đổi;

Việc điều chỉnh van ba ngả và đồng hồ bằng tay khó có thể kịp thời và chính xác;

Động cơ dễ bị tắt máy nếu không xử lý nhanh hay quên quay van ba ngả về vị trí C khi nhiên liệu trong cốc hết;

Có một lượng nhiên liệu bốc hơi dễ gây hỏa hoạn, vỏ bình bằng thủy tinh dễ vỡ; Sau khi đo cần phải tính toán kết quả

b Đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp thể tích kiểu kín

Nguyên lý cấu tạo cơ bản giống như hệ thống đo nhiên liệu bằng phương pháp thể tích kiểu hở nhưng có thêm một bình không khí trung gian 6 đặt trên cốc đo 4, thông với bình chứa bằng ống 8 Van không khí 7 để giữ cho áp suất bình đo không đổi

Tác dụng của van ba ngả trong trường hợp này giống trường hợp đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp thể tích kiểu hở

Sơ đồ của phương pháp:

Vị trí A: cấp nhiên liệu cho cốc và động cơ (chuẩn bị đo);

Vị trí B: đang đo (nhiên liệu từ cốc đến động cơ);

Vị trí C: không đo (nhiên liệu từ bình chứa cung cấp cho động cơ)

Hình 7.2 Sơ đồ đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp thể tích kiểu kín

1_Bình nhiên liệu, 2_Van khóa nhiên liệu từ thùng chứa, 3_Van ba ngả, 4_Bình đo, 5_Vạch chia thể tích, 6_Bình không khí trung gian, 7_Van không khí, 8_ống nối, 9_Động cơ

Nguyên lý đo:

Khi đo van 7 đóng, nhiên liệu trong bình đo 4 giảm dần tạo nên độ chân không trong bình 6 và hút nhiên liệu từ bình 1 theo ống 8 vào bình trung gian 6, nén không khí trong bình để giữ áp suất không đổi Nếu áp suất trong bình 6 lớn quá do mực nhiên liệu dâng cao thì van 7 mở để thải bớt không khí ra ngoài giữ áp suất trong bình

6 không đổi

Các bước tiến hành đo:

Chuẩn bị đo, đo và tính toán như của hệ thống đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp thể tích kiểu hở

Trong trường hợp quay không kịp van ba ngả về vị trí C thì khi nhiên liệu trong bình 4 giảm đến mức áp suất thấp, tạo nên độ chân không lớn trong bình 6 làm hút nhiên liệu qua ống 8 vào bình 6 và tràn vào miệng của cốc đo 4, tiếp tục cung cấp nhiên liệu cho động cơ nên động cơ không bị tắt máy

Nhận xét:

So với hệ thống đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp thể tích kiểu hở, hệ thống đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp thể tích kiểu kín có các ưu điểm sau:

An toàn vì hệ thống nhiên liệu kín;

Hạn chế được sai số do sự bay hơi của nhiên liệu

Động cơ không bị tắt máy nếu thao tác không kịp quay van ba ngả sang vị trí C, hoặc quên quay van ba ngả

1

2

8

3

6

5

4

9

7

Nhận xét chung về phương pháp đo tiêu thụ nhiên liệu kiểu thể tích :

Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Khả năng của cán bộ thí nghiệm trong việc theo dõi quan sát kết quả thí nghiệm;

Do có sự mao dẫn của nhiên liệu, sự dính ướt trên thành ống nên kết quả đo có

sự sai lệch Do đó không chính xác;

Do khối lượng riêng của nhiên liệu là một hàm theo nhiệt độ, nên khi thí nghiệm phải xác định cụ thể và hiệu chỉnh kết quả đo phức tạp dẫn đến sai số;

Sai số V của cốc đo do sự giãn nở nhiệt của cốc đo

Phương pháp này sử dụng tốt với nhiên liệu xăng, do xăng có độ nhớt nhỏ, dễ lưu động, tổn thất qua lỗ tiết lưu nhỏ và ít dính ướt Hạn chế sai số do bay hơi nhiên liệu bằng cách sử dụng hệ thống đo kiểu kín

Để nâng cao độ chính xác của phép đo, ta dùng tế bào quang điện làm rơ le ngắt

tự động, bố trí ở các vạch đo trên bình đo và liên động điều khiển cơ cấu đo thời gian, cũng như điều khiển việc đóng mở van ba ngả

2 Đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp khối lượng

Các vị trí van ba ngả làm việc giống như vị trí của van ba ngả trong phương pháp đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp thể tích

a Sơ đồ đo :

Hình 7.3 Sơ đồ đo tiêu thụ nhiên liệu bằng phương pháp khối lượng

1_cân, 2_động cơ, 3_cốc đo, 4_ống dẫn, 5_van ba ngả, 6_van khóa nhiên liệu, 7_bình

nhiên liệu, 8_kim chỉ thi, 9_quả cân

1

2

9

4

3 1

5

1

6

8

b Nguyên lý đo:

Nhiên liệu đi từ thùng nhiên liệu 7 qua van ba ngả ở vị trí A sau đó ở vị trí B một khoảng thời gian định trước ta đo được một lượng nhiên liệu nhất định m, m

thay đổi theo tải và từng loại động cơ

Nhận xét:

Ưu điểm:

Đơn giản dễ chế tạo, dễ tìm kiếm dụng cụ như: cân, cốc đo

Không quan tâm đến khối lượng riêng của nhiên liệu và đọc được kết quả đo trên cân;

Áp dụng được cho tất cả các loại nhiên liệu (xăng, diesel và khí)

Nhược điểm:

Có một lượng nhiên liệu bốc hơi, khắc phục bằng cách thu hẹp tiết diện bốc hơi,

xử lý bằng cách thiết kế cốc đo hình cổ chai

7.3 QUI ĐỔI ĐIỀU KIỆN TIÊU CHUẨN

Lượng tiêu thụ của động cơ còn phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh như áp suất, nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí Để so sánh các phép

đo ở các điều kiện môi trường khác nhau, cần quy đổi các kết quả về điều kiện tiêu chuẩn theo DIN6270

m

g g

k 

Trong đó:

geo: Suất tiêu thụ nhiên liệu quy đổi về điều kiện tiêu chuẩn

ge: Suất tiêu thụ nhiên liệu xác định khi đo

k: Hệ số quy đổi

m: Hiệu suất cơ giới của động cơ

Hệ số k đối với động cơ xăng:

0,75

Do

k





−

=    − Động cơ Diesel không tăng áp:

0 0

do

T p k

T p

=

To: Nhiệt độ tiêu chuẩn (K) T: Nhiệt độ môi trường khi thí nghiệm

Po: Áp suất tiêu chuẩn (bar)

Buồng đo

Thanh đo

Cảm biến điện dung

Thép lá

1- Đường cấp nhiên liệu cho bộ đo 2- Đường cấp nhiên liệu đến động cơ 3- Đường nhiên liệu hồi từ động cơ 4- Đường thông hơi với khí trời Van điện từ bảo vệ

Đối trọng

pđo: Áp suất khí quyển khi thí nghiệm

0: Độ ẩm tiêu chuẩn

: Độ ẩm tương đối của môi trường khi thí nghiệm

PDo: Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ tiêu chuẩn

PD: Áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ thí nghiệm

7.4 THIẾT BỊ ĐO TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG (AVL 733S)

1 Giới thiệu chung thiết bị cấp và đo tiêu thụ nhiên liệu AVL 733S

Hình 7.4 Sơ đồ nguyên lý bộ đo tiêu thụ nhiên liệu

+ Phạm vi ứng dụng: AVL733S có một số chức năng như sau

- Cấp và đo tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ thí nghiệm

- Có thể kết hợp với bộ điều hòa nhiệt độ nhiên liệu

- Có thể sử dụng hai loại nhiên liệu là xăng và Diesel

- Tạo áp suất ban đầu cho nhiên liệu trước khi cấp cho động cơ

+ Các thông số làm việc của hệ thống

- Áp suất nhiên liệu cung cấp có thể đạt đến 0.8 bar

- Phạm vi ứng dụng cho phép: 0…80 (kg/h)

- Phạm vi hiệu chỉnh nhiệt độ nhiên liệu: -10… +700C

- Có thể sử dụng cho loại nhiên liệu xăng pha Methanol và Ethanol 20%, hoặc

sử dụng 100% là Methanol và Ethanol

- Mức cấp nhiên liệu nhỏ nhất: +25 (kg/h)

- Mức cấp nhiên liệu bình thường: 150 (kg/h)

- Mức cấp nhiên liệu lớn nhất có thể: 400 (kg/h)

- Độ sai lệch cho phép của kết quả đo: 0.1%

- Dòng điện điều khiển: 24 ±0.5 V DC (1.6A)

- Kích thước hệ thống: 640 x 510 x 280 (mm)

- Có hai phương pháp đo:

+ Đo theo Measurement mode (Normand)

+ Đo theo Stand by – mode

Hình 7.5 Các chế độ đo

2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

a Bộ phận cấp và đo tiêu thụ nhiên liệu (Avl Fuel Balance)

Thiết bị 733 làm việc theo nguyên lý cân trọng lượng nhiên liệu, theo nguyên lý này nhiên liệu cung cấp cho động cơ từ một bình đo lường (cốc đo) và đo liên tục nếu chọn chế độ đo là Stand by – mode (hình 7.4, hình 7.5)

Đầu tiên nhiên liệu từ bốn chứa được rót vào cốc đo, được cấp theo đường số1

và khi đã đầy cốc thì van điền đầy sẽ đóng nhiên liệu lại Từ cốc đo nhiên liệu sẽ được cung cấp cho động cơ qua đường số 2

Phần nhiên liệu hồi từ động cơ sẽ theo đường số 3 trở về cốc đo Hệ thống cốc

đo được đặt trên một cân, có quả cân là đối trọng có trọng lượng là 900g

Khi động cơ hoạt động, nhiên liệu trong cốc đo sẽ giảm xuống làm cho cán cân nghiên dần về đối trọng Nhờ cảm biến điện dung, sẽ ghi nhận được sự dịch chuyển cơ học của cán cân, sự dịch chuyển này làm thay đổi giá trị điện dung của cảm biến Tín hiệu được đưa về bộ xử lý để tính toán lượng nhiên liệu đã tiêu thụ cho động cơ

Trong quá trình cung cấp nhiên liệu cho động cơ, hệ thống cốc đo và đối trọng

bị dao động liên tục Do vậy nhờ bộ phận giảm chấn sẽ làm triệt tiêu dao động này và tăng độ chính xác của phép đo Phương pháp đo lưu lượng khối lượng không nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ

Yêu cầu đối với hệ thống:

+ Mạch nhiên liệu phải được hoàn toàn rút khí (không có bọt khí)

+ Nhiệt độ trong mạch đo phải không thay đổi

+ Thể tích mạch đo không thay đổi

Trong điều kiện bình thường thì thiết bị AVL733 có thể làm việc với mức lưu lượng là 0…150 (kg/h) Trong những trường hợp đặc biệt có thể cấp tới mức 400 (kg/h)

b Bộ phận điều hòa nhiệt độ nhiên liệu (AVL Fuel Temprature Control):

Như đã trình bày ở trên, để đảm bảo chính xác cho phép đo của thiết bị thì nhiệt

độ trong mạch nhiên liệu phải không đổi Do vậy trước khi cấp nhiên liệu cho động cơ, nhiên liệu được đưa qua bộ phận điều khiển nhiệt độ, nhằm ổn định nhiệt độ nhiên liệu

Hệ thống này được lắp ngay phía dưới bộ cấp và đo tiêu thụ như hình 7.7 dưới đây

Hình 7.7 Sơ đồ nối kết của bộ đo và bộ ổn định nhiệt độ nhiên liệu

a Đường hồi nhiên nhiên liệu từ bộ điều hòa nhiệt độ

b Đường nhiên liệu đến bộ điều hòa nhiệt độ

c Đường thông với khí trời

d Đường cấp nhiên liệu cho hệ thống từ bồn chứa

A Đường nhiên liệu đến từ bộ đo

B Đường nhiên liệu hồi về từ bộ điều hòa nhiệt độ

C Đường hồi nhiên liệu từ động cơ về bộ điều hòa nhiệt độ

D Đường cấp nhiên liệu đến động cơ

E Đường cấp nước vào

F Đường nước ra

- Các lọc nhiên liệu: 57, 58, 60

- Động cơ thí nghiệm: 49

- Các van: 43, 44, 50, 51

- Áp kế đo áp suất nhiên liệu và nước vào ra: 54, 52, 53

Ở sơ đồ trên, nhiên liệu từ bộ đo qua bộ điều hòa nhiệt độ theo đường A vào bộ điều khiển nhiệt độ Tại đây, bộ phận trao đổi nhiệt dùng mạch nước làm mát được cấp bên ngoài ở khoảng 100oC, qua hệ thống đường ống E và F vào trong bộ trao đổi nhiệt Nhờ cảm biến nhiệt độ được gắn bên trong nên ta có thể biết được nhiệt độ nhiên liệu,

qua đó để cài đặt giá trị cho hợp lý Nhiên liệu sau khi làm mát xong được cấp cho động cơ qua đường D Tại vị trí cấp nhiên liệu cho động cơ có cụm van Bypass 48, mục đích điều chỉnh áp suất nhiên liệu cấp cho phù hợp

Đường nhiên liệu trở về từ động cơ có nhiệt độ khá lớn, do vậy hệ thống sẽ tự kiểm soát nhiệt độ để đảm bảo không thay đổi

Như vậy, việc cấp và đo tiêu thụ nhiên liệu động cơ thí nghiệm bằng thiết bị AVL 733 cho phép ta xác định giá trị tiêu thụ chính xác nhất Đồng thời cho phép ta khống chế và hiệu chỉnh nhiệt độ nhiên liệu cung cấp cho động cơ với nhiều chế độ khác nhau Điều này rất quan trọng trong các bài thí nghiệm xét ảnh hưởng của nhiệt

độ nhiên liệu đối với động cơ thí nghiệm Hệ thống điều khiển từ Puma cho phép ta tìm lỗi của thiết bị trong quá trình vận hành và xử lý kịp thời Các tín hiệu và giá trị đo được đều hiển thị trên máy tính, nhờ các số liệu này mà ta có thể xây dựng được các đường đặc tính tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ thí nghiệm

Mục lục

Chương 7 1

Đo tiêu thụ nhiên liệu 1

7.1 KHÁI QUÁT 1

7.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU LỎNG 2

7.3 QUI ĐỔI ĐIỀU KIỆN TIÊU CHUẨN 6

7.4 THIẾT BỊ ĐO TIÊU THỤ NHIÊN LIỆU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG (AVL 733S) 7

Câu hỏi chương 7:

1 Mục đích ý nghĩa, phân loại các phương pháp đo tiêu thụ nhiên liệu

2 Trình bày nguyên lý đo tiêu thụ nhiên liệu kiểu thể tích kín

3 Trình bày nguyên lý đo tiêu thụ nhiên liệu kiểu khối lượng