Một số kết quả nghiên cứu trên động cơ Transparent phun nhiên liệu LPG lỏng sử dụng bộ điều khiển của hệ thống Sodemo

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRÊN ĐỘNG CƠ<br /> TRANSPARENT PHUN NHIÊN LIỆU LPG LỎNG SỬ DỤNG<br /> BỘ ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG SODEMO<br /> SOME RESEACH RESULTS OF A TRANSPARENT ENGINE USING LIQUID<br /> FUEL INJECTION WITH SODEMO SYSTEM CONTROLLERS<br /> <br /> <br /> NGUYỄN HỮU HUỆ<br /> Trường Trung học Thủy sản Thanh Hoá<br /> HỒ TẤN QUYỀN<br /> Sở Khoa học và Công nghệ Quảng Nam<br /> ĐẶNG BẢO LÂM<br /> Trung tâm Đăng kiểm Thủy bộ Quảng Nam<br /> <br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Trên các động cơ ô tô sử dụng hệ thống phun nhiên liệu lỏng điều khiển điện tử có thể tiết<br /> kiệm tới 11 % nhiên liệu so với động cơ dùng bộ chế hoà khí cổ điển [1].<br /> Tuy nhiên những nghiên cứu mới nhất cho thấy: Dùng hệ thống sodemo cho phép can thiệp<br /> đồng thời vào hệ thống đánh lửa và khống chế thời gian phun, do vậy đã tối ưu hoá quá trình<br /> hoà trộn hỗn hợp điều này làm tăng công suất, hiệu suất động cơ, giảm thiểu khí thải gây ô<br /> nhiễm môi trường [4].<br /> ABSTRACT<br /> Engines using liquid fuel injection system with Electronic controls can save 11 % fuel<br /> compared with the engines using classical carburator. However, recently research has shown<br /> that using SODEMO system allows us to intervene spark system and control the injection time<br /> at the same time. This will help to optimize the mixing process, increasing the power,<br /> performance and efficiency of motors and to reduce environmental pollution caused by<br /> Exhaust Gas.<br /> <br /> <br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Hiện nay trên thế giới đã áp dụng những nghiên cứu nhằm hoàn thiện động cơ theo<br /> hướng tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu thay thế nhiên liệu truyền<br /> thống (xăng, diesel), điện tử hoá quá trình điều khiển đồng thời dùng các biện pháp, các thành<br /> tựu khoa học để giảm đến mức tối thiểu các chất độc hại có trong khí xả động cơ như: cacbua<br /> hydrro (HC), monoxyt cacbon (CO), oxyt nitơ (NOx), các hạt các bon tự do (C).v.v... Trong<br /> đó việc sử dụng nhiên liệu thay thế kết hợp với điện tử hoá quá trình điều khiển rất được quan<br /> tâm sử dụng.<br /> Hệ thống điện tử SODEMO EV9 là đại diện cho hệ thống mới của các hệ thống điều<br /> khiển quá trình phun nhiên liệu cho động cơ ở thế hệ mới góp phần đáng kể trong việc nghiên<br /> cứu và phát triển động cơ đốt trong.<br /> <br /> 2. Giới thiệu hệ thống điều khiển phun điện tử-Sodemo EV9<br /> Hệ thống điện tử SODEMO EV9 gồm các thiết bị ngoại vi và bộ vi xử lý trung tâm<br /> Siemens C167 CR cho phép quản lý tất cả các đặc tính, các thông số cơ bản của động cơ bằng<br /> phần mềm SODEMO.<br /> 2.1. Bộ xử lý và điều khiển trung tâm SIEMENS C167CR<br /> Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và tính năng kỹ thuật được nêu trong [4]:<br />  Bộ điều khiển trung tâm tiếp nhận các tín hiệu dưới dạng tín hiệu điện do các cảm biến<br /> truyền đến, những tín hiệu này được chuyển thành tín hiệu số sau đó được xử lý theo một<br /> chương trình đã định sẵn trong phần mềm EV9. Những số liệu cần cho việc tính toán thời<br /> gian phun tp, góc đánh lửa sớm φ và độ đậm đặc của hỗn hợp Φ, đã được ghi trong bộ nhớ<br /> của máy tính dưới dạng số hoặc dạng đồ thị (cartographie).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Hệ thống phun xăng điều khiển điện tử<br /> <br /> Bộ điều khiển trung tâm cho phép chúng ta xây dựng các đồ thị (cartographies) có thể<br /> chứa đến 32 điểm chế độ và 33 điểm tải trọng. Những điểm bản lề (points charnières) của các<br /> đồ thị đều là cấu hình trong việc điều khiển thời gian phun tp, góc đánh lửa sớm φ và độ đậm<br /> đặc của hỗn hợp Φ.<br /> 2.2. Mô tả những cửa số của Chương trình EV9<br /> 2.2.1. Cửa sổ chính<br /> Cửa sổ chính cho phép truy cập vào tất cả các lựa chọn của phần mềm. Sau khi mở<br /> cửa sổ này, toàn bộ thiết bị kết nối với chương trình EV9 đã tự động chạy.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Lựa chọn phương thức hoạt động<br /> Hình 2. Cửa sổ chính của chương trình EV9 của động cơ<br /> 2.2.2. Mô tả những sự lựa chọn của menu<br />  Hình 4. Các giá trị thực tế hoạt động Hình 5. Cửa sổ hiển thị cartographie<br /> của động cơ<br /> <br /> 3. Nghiên cứu thực nghiệm<br /> 3.1. Trang thiết bị thí nghiệm<br /> Quá trình nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm Máy Nhiệt,<br /> Đại học Trung tâm Lyon, Cộng hoà Pháp.<br /> a. Động cơ thí nghiệm có các thông số như sau<br /> Động cơ thí nghiệm hiệu Lombardini Transparent<br /> - Số xy lanh: 1; - Số mô bin: 1; - Góc điểm chết trên (ĐCT): 1050; - Ngưỡng chế độ để<br /> dừng đọc sự đồng bộ: 0; - Ngưỡng phát hiện sự đồng bộ: 0; - Chế độ lớn nhất để theo dõi sự<br /> đồng bộ: 0; - Chu kỳ góc để đo tốc độ vòng (0 thực tế): 120; - Lựa chọn số răng của bánh đà<br /> thí nghiệm: 28 răng.<br /> b. Hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG/xăng cho động cơ thí nghiệm<br /> Hệ thống cung cấp nhiên liệu này cho phép cung cấp 2 loại nhiên liệu LPG/ xăng và<br /> cho phép ta định lượng chính xác lưu lượng nhiên liệu cung cấp vào động cơ trong mỗi chu<br /> trình làm việc để ta có thể thay đổi độ đậm đặc theo yêu cầu thí nghiệm.<br /> Lưu lượng khí nạp được đo theo nguyên lý Colsonique, lưu lượng khí khi đi qua ống<br /> colsonique được tính theo biểu thức sau đây:<br /> P <br /> Qkn  K * S acol acol pA  2   1<br /> Tacol , (g/s) khi  1 -   (4.1)<br /> pB    1<br /> : Trọng lượng riêng của LPG (=0,7168 kg/N.m3.<br /> 3.2. Kết quả thí nghiệm<br /> Thí nghiệm nhằm xác định các quan hệ bằng thực nghiệm như sau: Các quan hệ về<br /> khối lượng nhiên liệu, độ mở bướm ga và thời gian phun.<br /> Điều kiện thí nghiệm:<br /> - Ổn định nhiệt độ khí nạp Ta = 200C; - Nhiệt độ nước làm mát là 500C; - Điều chỉnh<br /> áp suất khí nạp pa = p0; - Thay đổi tốc độ động cơ 1.000 vòng/phút và 2.000 vòng/phút;<br /> - Hệ thống tạo tải động cơ không đồng bộ với công suất 3 KW;<br />  - Ổn định áp suất nhiên liệu LPG trước vòi phun là 12 bars và áp suất nhiên liệu xăng<br /> là 3 bars, thông qua việc điều chỉnh nhiên liệu LPG lỏng và xăng bằng ắc quy thuỷ lực.<br /> a/ Quan hệ khối lượng nhiên liệu (kg/h) với độ mở bướm ga (% C):<br /> Tính toán lưu lượng không khí nạp thông qua công thức (4.1) theo từng độ mở bướm<br /> ga, sau đó tính toán khối lượng nhiên liệu ta chọn tỷ lệ không khí/nhiên liệu ở điều kiện độ<br /> đậm đặc là 1 (LPG = 15,5 và xăng = 15,1)<br /> Đồ thị quan hệ độ mở bướm ga với khối lượng nhiên liệu cung cấp thể hiện ở hình 6.<br /> <br /> Q (kg/h)<br /> 1.6<br /> <br /> 1.4<br /> <br /> 1.2<br /> <br /> 1 LPG-1000 vg/ph<br /> X¨n<br /> Xang-1000 vg/ph<br /> 0.8<br /> LPG-2000 vg/ph<br /> 0.6 X¨n<br /> Xang-2000 vg/ph<br /> g<br /> 0.4<br /> <br /> 0.2<br /> <br /> 0 %C<br /> 0<br /> 5<br /> 10<br /> 15<br /> 20<br /> 25<br /> 30<br /> 35<br /> 40<br /> 45<br /> 50<br /> 60<br /> 70<br /> 80<br /> 90<br /> 100<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Quan hệ giữa độ mở bướm ga với khối lượng nhiên liệu với Φ =1<br /> <br /> <br /> b/ Quan hệ giữa khối lượng nhiên liệu (kg/h) với thời gian phun (Tp):<br /> Thời gian điều chỉnh thực tế được ghi nhận trên máy tính quản lý hệ thống SODEMO,<br /> giá trị QLPG được ghi nhận trên đồng hồ đo lưu lượng của hệ thống đo nhiên liệu.<br /> Kết quả thí nghiệm như bảng sau:<br /> Tp (ms) 2,5 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12<br /> QLPG (kg/h) 0,225 0,315 0,62 0,89 1,08 1,32 1,59 1,84 2,12 2,35 2,65<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa góc Hình 8. Đồ thị biểu diễn quan hệ<br /> đánh lửa sớm và chế độ của động cơ giữa thời gian phun và chế độ của động cơ<br /> 4. Kết luận<br />  Các kết quả thí nghiệm được thực hiện trên hệ thống thiết bị thực nghiệm cho các<br /> trường hợp phun LPG lỏng và phun xăng. Dựa vào kết quả thí nghiệm chúng ta giải quyết các<br /> vấn đề sau:<br /> 1. Xác định các hệ số hiệu chỉnh và các giá trị hiệu chỉnh ảnh hưởng trực tiếp đến quá<br /> trình cung cấp nhiên liệu nhằm hoàn thiện quá trình cháy của động cơ đốt trong.<br /> 2. Xác định được đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa thời gian mở kim phun và lưu<br /> lượng phun ở áp suất LPG lỏng 12 bars. Từ đó cho phép ta tính toán chính xác thời gian phun<br /> nhiên liệu LPG lỏng khi chúng ta đo đạc được lưu lượng không khí nạp ứng với mỗi chế độ<br /> vận hành của động cơ.<br /> 3. Việc sử dụng hệ thống SODEMO cho phép ta tối ưu hoá về thời gian phun, góc<br /> đánh lửa sớm và giá trị Lambda theo tốc độ vòng quay và tải trọng. Kết quả cho phép ta xây<br /> dựng chính xác các đồ thị động cơ (cartographies) trên cơ sở của động cơ thí nghiệm.<br /> 4. Bộ điều khiển trung tâm cho phép quản lý các đặc tính của động cơ như: Chế độ<br /> phun nhiên liệu LPG lỏng (phun liên tục hay phun theo kỳ), thích ứng trong việc vận hành<br /> động cơ tăng tốc hay giảm tốc.<br /> <br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> [1] Bùi Văn Ga, “Nghiên cứu sử dụng động cơ nhiên liệu khí ở Việt Nam”, đề tài trọng<br /> điểm cấp Bộ, Mã số B97-III-01TĐ, nghiệm thu tháng 11 năm 1999.<br /> [2] TOYOTA, EFI (Hệ thống phun xăng điện tử), Pub. No. TTM205VN.<br /> [3] Nguyễn Hữu Huệ, "Xe gắn máy 2 bánh chạy bằng khí dầu mỏ hoá lỏng LPG", Luận<br /> văn Thạc sỹ Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng, 2000.<br /> [4] Hồ Tấn Quyền, “Ứng dụng hệ thống SODEMO để xây dựng các đồ thị động cơ<br /> (Cartographies) phun nhiên liệu LPG lỏng”, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học lần thứ 3, Đại<br /> học Đà Nẵng, 11-2004.<br />