Báo cáo khoa học: "điều khiển quá trình cháy trong động cơ phun xăng điện tử"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

101
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo trình bày cơ sở lý thuyết để nghiên cứu sử dụng và điều chỉnh động cơ ô tô đạt hiệu quả cao nhất, lựa chọn nhiên liệu thích hợp cho động cơ ô tô sử dụng ở Việt Nam và giới thiệu kết quả nghiên cứu cải tiến động cơ phun xăng điện tử thế hệ mới của Nhật Bản.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "điều khiển quá trình cháy trong động cơ phun xăng điện tử"

®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ch¸y trong ®éng c¬ phun x¨ng ®iÖn tö TS. NguyÔn Duy tiÕn Bé m«n §éng c¬ ®èt trong - §H GTVT Tãm t¾t: Bμi b¸o tr×nh bμy c¬ së lý thuyÕt ®Ó nghiªn cøu sö dông vμ ®iÒu chØnh ®éng c¬ « t« ®¹t hiÖu qu¶ cao nhÊt, lùa chän nhiªn liÖu thÝch hîp cho ®éng c¬ « t« sö dông ë ViÖt Nam vμ giíi thiÖu kÕt qu¶ nghiªn cøu c¶i tiÕn ®éng c¬ phun x¨ng ®iÖn tö thÕ hÖ míi cña NhËt B¶n. Summary: The electronic fuel injection (EFI), multiple point injection MPI, gasoline direct injection (GDI) engine has been developed by employging stratified charge, ultra lean combustion technology based on unique engine techniques in the field of cylinder motion and combustion control. Not only extreme improvement of fuel economy was achieved by ultra lean combustion, but also high power was attained by preparing homogeneous mixture of high load operation. buång Èm nh©n t¹o cã xÐt tíi ¶nh h−ëng cña khÝ hËu cho phÐp rót ra nh÷ng kÕt luËn cã tÝnh 1. §Æt vÊn ®Ò nguyªn t¾c cho viÖc tiÕn hµnh, nghiªn cøu C¸c chØ tiªu c«ng suÊt vµ kinh tÕ cña kh¶o s¸t c¸c ®éng c¬ ®êi míi ®−îc l¾p r¸p ®éng c¬ ®èt trong thay ®æi theo ¸p suÊt, nhiÖt trªn c¸c lo¹i «t« nhËp vµo ViÖt Nam. §ång ®é vµ ®é Èm cña kh«ng khÝ m«i tr−êng xunh thêi ®−a ra ®−îc c¸c gi¶i ph¸p kü thuËt nh»m quanh. §éng c¬ ®èt trong lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn khai th¸c vµ b¶o d−ìng chóng mét c¸ch hîp m«i tr−êng ViÖt Nam cã ®é Èm cao th× c«ng lý. suÊt gi¶m, suÊt tiªu hao nhiªn liÖu t¨ng vµ C¸c lo¹i «t« ®êi míi khai th¸c ë ViÖt t¨ng thµnh phÇn khÝ x¶ ®éc h¹i. §èi víi ®éng Nam, víi nhiÖt ®é vµ ®é Èm cao sÏ lµm thay c¬ x¨ng nguyªn nh©n chñ yÕu lµm gi¶m l−îng ®æi ®éng lùc häc cña qu¸ tr×nh ch¸y, quy luËt n¹p hçn hîp lµ nhiÖt ®é cao. Ngoµi ra cßn phô to¶ nhiÖt x¶y ra trong ®éng c¬. KÐo theo hµng thuéc vµo hÖ thèng cÊp dÉn nhiªn liÖu (c¸c- lo¹t chØ tiªu tèi −u kh¸c thay ®æi nh−: HÖ sè d− bua-ra-t¬, hÖ thèng phun x¨ng ®iÖn tö) kh«ng khÝ α, gãc ®¸nh löa sím φ, chØ tiªu MÆt kh¸c nhiÖt ®é vµ ®é Èm cao cña ch¸y Vª-be. kh«ng khÝ n¹p còng g©y ¶nh h−ëng rÊt nhiÒu V× vËy c¸c ®éng c¬ «t« ®êi míi sö dông ë tíi chÊt l−îng n¹p hçn hîp vµ qu¸ tr×nh ®èt ViÖt Nam cÇn tho¶ m·n c¸c yªu cÇu sau: ch¸y chóng. 1. Gi¶m møc tiªu hao nhiªn liÖu T¸c gi¶ ®· kh¶o s¸t c¸c ¶nh h−ëng kÓ trªn th«ng qua kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ t¹o hçn 2. §¶m b¶o c«ng suÊt thiÕt kÕ hîp vµ nhiÖt ®éng lùc häc cña qu¸ tr×nh ch¸y 3. Gi¶m « nhiÔm m«i tr−êng do khÝ th¶i trong ®éng c¬ «t« mÉu hót kh«ng khÝ n¹p tõ g©y ra
4. KÐo dµi thêi gian sö dông, h¹n chÕ t×m ra mét ph−¬ng tr×nh gÇn ®óng biÓu thÞ hao mßn chi tiÕt. l−îng nhiªn liÖu ®−îc ®èt ch¸y trong xy-lanh theo gãc quay trôc khuûu. C¸c chuyªn gia ngµnh ®éng c¬ nãi riªng m+1 ⎛ϕ ⎞ vµ ngµnh «t« nãi chung tr−íc m¾t cÇn tËp −6,908.⎜ ⎟ ⎜ϕ ⎟ ⎝z ⎠ trung nghiªn cøu gi¶i quyÕt hai h−íng chÝnh X=1- e (2) sau: ChØ tiªu m ®Æc tr−ng cho sù ph¸t triÓn 1. Nghiªn cøu sö dông vµ ®iÒu chØnh m¸y cña qu¸ tr×nh ch¸y theo thêi gian t hoÆc theo ®¹t hiÖu qu¶ cao nhÊt. gãc quay trôc khuûu ϕ. TrÞ sè m =1,5 øng víi 2. Lùa chän nhiªn liÖu thÝch hîp (sö dông qu¸ tr×nh ch¸y trong ®éng c¬ mét c¸ch cã lîi x¨ng kh«ng ch×, x¨ng cã pha mªtanol, nhÊt. §iÒu nµy cã thÓ ®¹t ®−îc khi phèi hîp autogas…). khÐo lÐo c¸c nh©n tè cÊu tróc nh− gãc ®¸nh löa sím θ, thµnh phÇn hçn hîp α, lo¹i nhiªn D−íi ®©y tr×nh bµy c¬ së lý thuyÕt ®Ó gi¶i liÖu vµ ®Æc tÝnh cña nhiªn liÖu. quyÕt hai h−íng nghiªn cøu kÓ trªn nh»m sö dông ®éng c¬ ®¹t hiÖu qu¶ kinh tÕ vµ kü thuËt Thùc nghiÖm chøng tá r»ng qu¸ tr×nh cao nhÊt. ch¸y x¶y ra cã lîi nhÊt khi pha ch¸y c¬ b¶n (giai ®o¹n 2 cña qu¸ tr×nh ch¸y trong ®éng c¬ x¨ng) ph©n bè ®èi xøng qua ®iÓm chÕt trªn II. §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ch¸y khi sö (§CT). KÕt luËn nµy cho phÐp ®iÒu khiÓn qu¸ dông phun x¨ng ®iÖn tö (Elec- tr×nh ch¸y trë nªn ®¬n gi¶n h¬n b»ng c¸ch tronic fuel injection – EFI) ®iÒu chØnh c¸c-bua-ra-t¬ hoÆc ®Æt l¹i ch−¬ng Sù ch¸y trong ®éng c¬ lµ mét hiÖn t−îng tr×nh phun cho hÖ thèng phun x¨ng ®iÖn tö. hÕt søc phøc t¹p x¶y ra trong kho¶nh kh¾c víi Dùa vµo ®å thÞ khai triÓn (nhê m¸y dao kh«ng gian nhá bÞ x¸o trén d÷ déi vµ thay ®æi ®éng ký ®Æc biÖt trong phßng thÝ nghiÖm ®éng liªn tôc víi hçn hîp cã thµnh phÇn ho¸ häc, c¬). ¸p suÊt, nhiÖt ®é kh¸c nhau. Khi pha c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh ch¸y ph©n C¸c nh©n tè trªn kh«ng ngõng t¸c ®éng bè ®èi xøng qua §CT c¸c yÕu tè lý ho¸, kh¶ tíi qu¸ tr×nh ch¸y. Cô thÓ lµ lµm t¨ng tèc ®é n¨ng to¶ nhiÖt vµ truyÒn nhiÖt trong buång ph©n nh¸nh, bÎ g·y c¸c ph¶n øng d©y chuyÒn, ch¸y ®¶m b¶o cho c¸c ph¶n øng d©y truyÒn c¸c hîp chÊt cac-bua-hy®r« cña nhiªn liÖu víi ®¹t trÞ sè tèc ®é thÝch hîp. «xy trong kh«ng khÝ. §ång thêi hiÖn t−îng ph©n ly vµ t¸i hîp s¶n phÈm ch¸y lu«n x¶y ra. §Ó ®iÒu chØnh thµnh phÇn hçn hîp khÝ- nhiªn liÖu theo ®iÒu kiÖn khÝ hËu m«i tr−êng Nghiªn cøu qu¸ tr×nh ch¸y trong ®éng c¬ ViÖt nam, cÇn x¸c ®Þnh cô thÓ hÖ sè α tèi −u hÕt søc khã kh¨n, ®Õn nay chñ yÕu vÉn lµ cho mçi lo¹i ®éng c¬, trong nh÷ng tr−êng hîp nghiªn cøu thùc nghiÖm. ®Æc biÖt cã thÓ bè trÝ thªm bé phËn tù ®éng Nh− c¸c nghiªn cøu ®· chØ râ qu¸ tr×nh lµm thay ®æi l−îng nhiªn liÖu qua Rich-l¬ ch¸y x¶y ra trong ®éng c¬ ph¶i tho¶ m·n biÓu chÝnh cña c¸c-bua-ra-t¬, hoÆc bé phËn cÊp thøc sau: kh«ng khÝ cña hÖ thèng EFI. §Ó bï ®¾p l−îng 1t kh«ng khÝ n¹p vµo xy-lanh bÞ gi¶m sót khi ¸p k −1 CV k −1dt ∫ = min V0 (1) suÊt m«i tr−êng thÊp vµ nhiÖt ®é t¨ng. HiÖu 0 qu¶ cña qu¸ tr×nh ch¸y trªn ®−îc m« t¶ qua Dùa vµo lý thuyÕt ph¶n øng d©y truyÒn ®å thÞ: vµ kÕt qu¶ nghiªn cøu cña gi¸o s− Vi-be ®·
n e (ml) CO % 80 ne 6 60 4 ge 40 2 20 0 0 2000 4000 t° n e (v/p) a) b) H×nh 1. HiÖu qu¶ cña bé ®iÒu chØnh tù ®éng theo nhiÖt ®é m«i tr−êng: a) §Æc tÝnh ngoμi cña ®éng c¬ khi cã vμ kh«ng cã bé phËn tù ®éng ®iÒu chØnh theo nhiÖt ®é khÝ hËu; b) Thμnh phÇn CO trong khÝ x¶ cña ®éng c¬ khi cã vμ kh«ng cã bé phËn tù ®éng ®iÒu chØnh theo nhiÖt ®é khÝ hËu. §é Èm cña kh«ng khÝ n¹p vµo mïa xu©n P 2 lµm kÐo dµi thêi kú ch¸y trÔ ϕ1,τi vµ thêi gian 1 ch¸y nãi chung. Cïng víi sù t¨ng ®é Èm th× ®å thÞ chØ thÞ cña ®éng c¬ bÞ dÞch chuyÓn vµ biÕn ®æi, pha c¬ b¶n ϕ2 bÞ lÖch khái vÞ trÝ ®èi xøng qua §CT, trÞ sè ¸p suÊt cao nhÊt Pzmax vµ nhiÖt ®é Tzmax cña chu tr×nh gi¶m, ®ång thêi vÞ trÝ cña chóng cµng rêi xa §CT. Qu¸ tr×nh ch¸y kÐo dµi trªn ®−êng d·n në, nång ®é CO ϕ vµ CnHm trong khÝ x¶ t¨ng nhanh. Nh÷ng thay 0 -20 -10 0 10 20 ®æi nh− thÕ lµm qu¸ tr×nh ch¸y rêi khái vÞ trÝ tèi H×nh 2. T¸c ®éng cña gãc θ tíi qu¸ tr×nh ch¸y. −u tøc lµ c«ng thøc (1) bÞ sai lÖch kh«ng ®óng n÷a, trÞ sè m lín, lóc nµy cÇn t¨ng gãc ®¸nh löa sím θ. ⎡ ⎛ T2 ⎞⎤ V2 − V ⎢λ ⎜ ⎜ T − 1⎟⎥ (3) Uch = Ux ⎟ ⎢⎝ 1 ⎠⎥ V ⎣ ⎦ Thùc nghiÖm cña t¸c gi¶ ®· chøng minh r»ng: Khi t¨ng 10% ®é Èm, θ t¨ng 1o gãc quay U th trôc khuûu. §å thÞ P - ϕ trªn h×nh 2 chøng Ux = (4) ⎡ 1⎤ minh ®iÒu ®ã. Vz − V ⎢ ⎛ T2 ⎞ k −1 ⎥ λ⎜ ⎟ ⎥ +1 V ⎢ ⎜ T1 ⎟ - Khi ϕ = 100%, t = 400C ®éng c¬ lµm ⎢⎝ ⎠ ⎥ ⎣ ⎦ viÖc toµn t¶i víi sè vßng quay ne = 2000 v/p. Uch - tèc ®é di chuyÓn mµng löa vÒ phÝa - Khi sè vßng quay ®éng c¬ thÊp, ®é Èm tr−íc; lµm gi¶m tèc ®é lan trµn mµng löa.
Ux - tèc ®é xo¸y lèc cña mµng löa; x¨ng tû lÖ thuËn víi ®é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ m«i tr−êng: C = Cmaxϕ%. Uth = Uch + Ux - tèc ®é lan trµn cña mµng löa cã thÓ thÊy ®−îc; - NÕu nhiÖt ®é cña nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ kh«ng kh¸c nhau mÊy th× l−îng n−íc cã (C¸c ph−¬ng ¸n trªn x¸c ®Þnh b»ng trong x¨ng b»ng l−îng n−íc cã trong kh«ng ph−¬ng ph¸p chôp ¶nh qu¸ tr×nh ch¸y hoÆc khÝ. b»ng ph−¬ng ph¸p Ion ho¸). - Trong ®iÒu kiÖn ®é Èm cao cã thÓ dïng Vz - thÓ tÝch tøc thêi buång ch¸y; nhiªn liÖu cã chøa oxy nh− hçn hîp x¨ng víi V - thÓ tÝch phÇn ®· ch¸y; ªtanol, mªtanol sÏ cã t¸c dông t¨ng c«ng suÊt ®éng c¬. T1 - nhiÖt ®é phÇn tr−íc mµng löa; GÇn ®©y, ë Mü ®· dïng thiÕt bÞ ph©n tÝch T2 - nhiÖt ®é trung b×nh cña vïng ch¸y. hy®r« tõ n−íc ®Ó trén thªm vµo kh«ng khÝ. λ - hÖ sè kÓ ®Õn sù truyÒn nhiÖt trong Nhiªn liÖu ch¸y tèt lµm t¨ng c«ng suÊt, gi¶m buång ch¸y (λ
- Sö dông b¬m x¨ng cã ¸p suÊt cao ®Ó 10% so víi c«ng suÊt vµ m« men cña ®éng c¬ MPI víi ε =10,5. cung cÊp x¨ng qua vßi phun vµo buång ch¸y. - Sö dông vßi phun cã kim phun h×nh chèt kiÓu xo¸y vµ phun víi ¸p suÊt cao. 1 gdi Ne (ml) 10% V× vËy dßng kh«ng khÝ vµo xi-lanh sÏ chuyÓn ®éng th¼ng ®øng tõ xup¸p n¹p ®Õn 2 mpi phÇn lâm trªn ®Ønh pitt«ng, kÐo chïm tr¶ nhiªn liÖu vËn ®éng xo¸y lèc khi ra khái vßi phun chuyÓn ®éng kh¾p trong buång m¸y cña 1 ®éng c¬. MÆt kh¸c ®éng c¬ phun x¨ng trùc 10% m (kg.m) e 2 tiÕp GDI cßn cã thÓ ®iÒu khiÓn ®−îc thêi ®iÓm phun nhiªn liÖu ë hai chÕ ®é m« men vµ c«ng suÊt. 0 8000 v/p 4000 6000 2000 ë chÕ ®é m« men (cã tÝnh kinh tÕ cao) H×nh 4. So s¸nh c«ng suÊt vμ m« men gi÷a nhiªn liÖu ®−îc phun ë cuèi k× nÐn víi θ = 400 ®éng c¬ MPI vμ GDI tr−íc §CT víi mét l−îng Ýt nhiªn liÖu cã tû lÖ 3. VÒ « nhiÔm m«i tr−êng A/F = 14,7. Do kÕt hîp hai yÕu tè lµ n©ng cao hiÖu KÕt qu¶ ®¹t ®−îc qu¶ ch¸y ë nh÷ng chÕ ®é hçn hîp nh¹t víi tû 1. VÒ tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu: sè A/F cao vµ ®éng c¬ ®−îc trang bÞ thªm bé läc 3 líp ®Ó hÊp thô NOx th¶i ra m«i tr−êng Do phun nhiªn liÖu ®−îc ®iÒu khiÓn vµo gi¶m ®¸ng kÓ kho¶ng 9,7%. cuèi k× nÐn nªn tÝnh kinh tÕ rÊt cao so víi c¸c ®éng c¬ cïng lo¹i sö dông phun x¨ng ®iÖn tö (MPI) th× l−îng nhiªn liÖu gi¶m 35%. V. KÕt luËn ge, g/mlgiê §éng c¬ phun x¨ng ®iÖn tö EFI gåm MPI vµ GDI sö dông rÊt nhiÒu c¸c thµnh tùu kü 15 15 thuËt ®iÖn tö, vi ®iÖn tö vµ ®iÒu khiÓn ®iÖn tö lµ xu h−íng tÊt yÕu cña nghµnh chÕ t¹o «t« thÕ giíi v× chóng cã thÓ ®iÒu khiÓn ®−îc tèi −u ho¸ c¸c qu¸ tr×nh ch¸y phï hîp víi c¸c chÕ 35% ®é lµm viÖc cña ®éng c¬ do ®ã ®¸p øng ®−îc tÝnh kinh tÕ cao vµ kh«ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng. α 0 10 15 20 25 30 35 40 Tµi liÖu tham kh¶o H×nh 3. So s¸nh tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu [1]. Internal Combustion Engine – Khovak 1990 cña ®éng c¬ GDI vμ MPI [2]. Contruction and Dising of Motor Vehicle Engines. 2. VÒ ®Æc tÝnh c«ng suÊt vμ m« men [3]. Mixture Formation in spark – Ignition Engines. Development of Gasoline Infictine (GDI) ë mäi chÕ ®é tèc ®é, gi¸ trÞ c«ng suÊt vµ Engine. Okazaki – Aichi – Tokyo 1998 m« men cña ®éng c¬ GDI víi ε = 12 lín h¬n