vậy thành phần hỗn hợp luôn đạt giá trị tối ưu và động cơ có thể phát công suất tương đương với khi chạy bằng xăng, khi làm việc trên đường đặc tính ngoài.
4.5. Kết cấu tổ hợp van chân không cung cấp biogas
Van chân không cung cấp biogas được chế tạo theo mô đun để có thể lắp ghép song song các van đảm bảo cung cấp đủ biogas theo công suất động cơ. Để đơn giản cho việc chế tạo, chúng tôi nghiên cứu sử dụng những vật tư, phụ kiện có sẵn trên thị trường để cải tạo, lắp ráp thành tổ hợp van chân không theo yêu cầu. Phụ lục 4 giới thiệu mô đun van chân không được chế tạo từ các đầu nối ống nước. Các chi tiết được gia công, lắp ráp theo nguyên lý của van cấp ga liên tục và van cấp ga gián đoạn.
4.6. Giới thiệu hệ thống thực nghiệm
4.6.1. Tổng quan về băng thử công suất động cơ
Nghiên cứu thực nghiệm tính năng động cơ biogas-xăng được thực hiện tại phòng thí nghiệm động cơ đốt trong AVL của trường Đại học Bách Khoa-Đại học Đà Nẵng. Sơ đồ bố trí thí nghiệm được giới thiệu trên hình 4.7.
Đây là phòng thí nghiệm được trang bị thiết bị đồng bộ của Hãng AVL. Băng thử APA 204 được điều khiển và thu nhận dữ liệu qua hệ thống Puma. Lưu lượng không khí được đo bằng lưu lượng kế ABB vận hành theo nguyên lý sợi nóng. Thiết bị Indiset 620 gắn kết với các cảm biến đo các thông số trong buồng cháy động cơ: áp suất buồng cháy, tín hiệu kích nổ, góc đánh lửa, xác định vị trí TDC. Encoder 364C được sử dụng để chuyển đổi tốc độ góc của trục khuỷu động cơ sang tín hiệu số. Nguồn dữ liệu trong thực nghiệm được phân tích đánh giá và kết xuất bằng phần mềm chuyên dụng Concerto. Áp suất trong buồng cháy được ghi nhận nhờ cảm biến áp suất GU12P được lắp trực tiếp trong buồng cháy động cơ. Tín hiệu của cảm biến được khuếch đại bởi bộ khuếch đại tín hiệu điện áp 3067A01 Piezo Amplifier. Dữ liệu thí nghiệm được ghi nhận, xử lý và truy suất nhờ phần mềm IndiWin Software. Tín hiệu của các cảm biến được chuyển vào máy tính thông qua bộ chuyển đổi AVL 620 Indiset.
Hình 4.7: Bố trí hệ thống thí nghiệm động cơ
1: Máy tính điều khiển trung tâm; 2: Trung tâm xử lý dữ liệu Puma; 3: Bộ điều khiển tay ga THA-100; 4: Bộ đo lưu lượng khí nạp; 5: Bộ đo độ lọt khí Cácter 6: Bộ cấp và đo tiêu hao nhiên liệu; 7: Hộp thu nhận các tín hiệu nhiệt độ và áp suất; 8: Các cảm biến gắn trên động cơ ; 9: Bộ cấp và điều hoà nhiệt độ nước làm mát động cơ; 10: Bộ cấp và điều hoà nhiệt độ dầu bôi trơn; 11: Băng thử APA 204/8; 12: Động cơ thí nghiệm; 13: Bệ thử nghiệm; 14: Bộ giản chấn khí nén; 15: Hệ thống cẩu Pa-lăng điện; 16: Tủ điện điều khiển của hệ thống; 17: Hệ thống quạt hút khí trong phòng thí nghiệm ra ngoài;18: Hệ thống quạt thổi khí sạch vào phòng thí nghiệm; 19: Hệ thống quạt làm sạch phòng thí nghiệm; 20: Hệ thống quạt hút khí xả động cơ thí nghiệm.
Suất tiêu hao nhiên liệu lỏng được đo bởi thiết bị AVL Fuel Balance 733S theo nguyên lý cân khối lượng. Điều khiển tay ga động cơ được thực hiện nhờ hệ thống AVL THA 100-Throttle Actuator. Các vị trí tay ga được xác định theo góc mở bướm ga và được cài đặt ban đầu khi lắp đặt động cơ lên băng thử.
4.6.2. Băng thử công suất APA 204/08
Trong thí nghiệm này chúng tôi không đo áp suất trong buồng cháy, chỉ đo mô men đầu ra trục khuỷu và tốc độ động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau.
Băng thử công suất động cơ APA 204/E/0943 do hãng AVL; Cộng hòa Áo sản xuất; có công suất cực đại 220 kW; mô men quay cực đại 934 Nm và số vòng quay cực đại 8000 vòng/phút. Đường đặc tính của băng thử công suất động cơ được trình bày trên hình 4.8.
Mô men, công suất của động cơ được xác định thông qua lực và tốc độ. Lực được xác định nhờ cảm biến lực (load cell) gắn trên stator. Tủ điều khiển Puma đưa tín hiệu điện để điều khiển APA và thu nhận các tín hiệu để xử lý và tính toán ra các thông số về mô men, công suất của động cơ APA.
Hình 4.8: Đường đặc tính của băng thử công suất động cơ APA204/E/0943
4.6.3. Thiết bị cấp và đo tiêu hao nhiên liệu 733S
Hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S cho phép đo lượng tiêu thụ nhiên liệu với phạm vi đo từ 0 đến 150 kg/h.
AVL Fuel Balance kết hợp với hệ thống AVL Fuel Temperature Control (Hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiên liệu) và AVL Fuel Conditioning System (Hệ thống điều hòa nhiên liệu) giảm sai số đo không quá 0,12% ngay ở tốc độ dòng chảy thấp.
4.6.4. Thiết bị AVL 553
Thiết bị 553 có vai trò cấp và điều hòa nhiệt độ nước làm mát cho động cơ thí nghiệm. Tự động điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát động cơ trong quá trình thí
nghiệm và được điều khiển nhờ hệ thống Puma. Nguyên lý làm việc được thể hiện trên hình 4.9.
|
Có thể bạn quan tâm!
-
So Sánh Phát Thải Ô Nhiễm Khi Động Cơ Chạy Bằng Các Loại Nhiên Liệu Khác Nhau Ở Tốc Độ 3000 V/ph, Hệ Số Tương Đương =1, Góc Đánh Lửa Sớm -
Ảnh Hưởng Của Tốc Độ Động Cơ Đến Công Suất Và Công Chỉ Thị Chu Trình -
Nghiên Cứu Thực Nghiệm Và Đánh Giá Kết Quả Mô Phỏng Động Cơ Sử Dụng Nhiên Liệu -
Quy Trình Chuẩn Bị Biogas Và Cung Cấp Nhiên Liệu Cho Động Cơ -
So Sánh Đường Đặc Tính Ngoài Mô Men Và Công Suất Cho Bởi Mô Hình Và Thực Nghiệm Khi Động Cơ Chạy Bằng Xăng (A), Biogas M7C3 (B) Và Nhiên Liệu M7C3- -
Nghiên cứu quá trình cháy và phát thải ô nhiễm động cơ hybrid biogas-xăng - 18
Xem toàn bộ 178 trang tài liệu này.
Hình 4.9: Thiết bị AVL 533
Vòng làm mát sơ cấp có nhiệm vụ cung cấp dung dịch làm mát cho động cơ. Từ AVL 553 dung dịch làm mát đi theo ống dẫn A (đường cấp) vào động cơ để làm mát động cơ, sau khi làm mát động cơ, dung dịch làm mát trở về lại AVL 553 theo đường B (đường hồi). Trên đường cấp A và đường hồi B lắp cảm biến nhiệt độ nước vào và cảm biến nhiệt độ nước ra.
Vòng làm mát thứ cấp có nhiệm vụ làm mát cho dung dịch trong vòng làm mát sơ cấp nhờ bể nước áp lực bố trí bên ngoài phòng thí nghiệm. Nước từ bể áp lực vào AVL 553 theo đường C và ra ở đường D.
AVL 553 có chức năng điều chỉnh nhiệt độ động cơ khi động cơ làm việc ở điều kiện tốc độ và tải lớn. Với hai vòng tuần hoàn sơ cấp và thứ cấp thì việc điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát của động cơ thông qua bộ van hằng nhiệt của thiết bị được điều khiển tự động qua hệ điều khiển PUMA. Nhiệt độ dung dịch làm mát được điều chỉnh ổn định trong phạm vị 50-1200C.
4.6.5. Thiết bị đo lưu lượng khí nạp
Thiết bị đo lưu lượng khí nạp DN-80 sử dụng nguyên lý sợi nóng (hình 4.10).
Thiết bị cho phép đo lưu lượng không khí trong phạm vi 0-720 kg/h.
|
Hình 4.10: Thiết bị đo lưu lượng khí nạp DN-80
4.6.6. Máy tính điều khiển
Tất cả thông số đo từ PUMA được kết nối với máy tính điều khiển. Giao diện trên màn hình máy tính như hình 4.11.
Hình 4.11: Màng hình máy tính sau khi hệ thống sẵn sàng hoạt động
4.6.7. Thiết bị phân tích khí thải MGT 5
MGT 5 là thiết bị phân tích khí xả động cơ đánh lửa cưỡng bức do Đức sản xuất. Máy được chấp thuận chính thức ở Việt Nam theo quyết định số 245/2005ĐK của Cục ĐKVN.
Đặc tính kỹ thuật của MGT 5
Các loại khí đo được: CO, CO2, HC, O2, NOx
Dãy đo | Độ chính xác đo đạc | Phương pháp đo các loại khí | |
CO | 0 - 15,00 Vol % | 0,06 Vol % | Hồng ngoại |
CO2 | 0 - 20,0 Vol % | 0,5 Vol % | Hồng ngoại |
HC | 0 - 4000 ppm Vol | 12 ppm Vol | Hồng ngoại |
O2 | 0 - 25,00 Vol % | 0,1 Vol % | Điện hóa |
NOx | 0 - 5000 ppm Vol | 32 - 120 ppm Vol | Điện hóa |
Thiết bị kèm theo cần thiết: Ống mềm lấy khí xả, Ống mềm lấy khí xả và kẹp giữ đi kèm, lọc sơ bộ và 8m ống mềm.
Kết nối với thiết bị: Gắn đầu cuối của ống mềm với cổng vào để đo khí xả ở mặt trước của MGT 5.
4.7. Nghiên cứu thực nghiệm động cơ chạy nhiên liệu hybrid biogas-xăng
4.7.1. Bố trí hệ thống thí nghiệm
Hình 4.12: Bố trí hệ thống thí nghiệm động cơ chạy bằng nhiên liệu hybrid biogas- xăng
Hình 4.12 giới thiệu sơ đồ bố trí hệ thống thí nghiệm động cơ DA465QE chạy bằng nhiên liệu hybrid biogas-xăng. Động cơ thử nghiệm sau khi đã cải tạo đường nạp và hệ thống cung cấp nhiên liệu như đã mô tả ở phần trên được lắp lên băng thử
công suất AVL. Việc gá đặt động cơ thử nghiệm được thực hiện đúng quy trình kỹ thuật theo hướng dẫn của phòng thí nghiệm động cơ.
Toàn bộ hệ thống điều khiển băng thử động cơ không thay đổi. Trong thí nghiệm này chúng tôi bổ sung hệ thống cung cấp biogas và cơ cấu điều khiển các bướm ga để đảm bảo tỉ lệ nhiên liệu mong muốn.
Tiêu thụ biogas được đo theo thể tích túi chứa khí. Tiêu thụ xăng được đo theo khối lượng bằng thiết bị đo lưu lượng 733S. Lưu lượng không khí qua đường nạp xăng được đo bằng thiết bị DN-80. Lượng xăng phun vào đường nạp động cơ được ECU điều chỉnh theo lượng không khí cung cấp vào xi lanh thông qua thông tin từ cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến áp suất khí nạp. Mặt khác lượng xăng cung cấp cũng được tự động điều chỉnh dựa vào thông tin do cảm biến oxygen cung cấp.
Trong thí nghiệm này chúng tôi chỉ đo mô men đầu ra trục khuỷu và tốc độ động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau của động cơ.
4.7.2. Chuẩn bị nhiên liệu
Do phòng thí nghiệm cách xa nơi sản xuất biogas nên biogas được nén vào bình áp lực để vận chuyển. Biogas được lọc H2S bằng bentonite. Thành phần trung bình của biogas sau khi lọc là 60% CH4 và 40% CO2 khi không loại bỏ CO2. Để làm giàu biogas chúng tôi tiến hành lọc CO2 bằng NaOH. Trong trường hợp này, biogas đạt thành phần trung bình 70% CH4 và 30% CO2.
Biogas sau khi lọc kỹ các tạp chất sẽ có tính chất tương đương khí thiên nhiên do đó các giải pháp lưu trữ khí thiên nhiên hiện nay đều có thể áp dụng cho biogas. Các giải pháp thông thường là nén biogas vào bình chứa áp lực lên đến áp suất 200 bar, hóa lỏng biogas hoặc lưu trữ dưới dạng hydrate. Các giải pháp này đòi hỏi đầu tư cơ sở hạ tầng và các giải pháp an toàn khi sử dụng.
Đối tượng nghiên cứu trong luận án này là ô tô tải nhẹ, hoạt động vùng nông thôn, gần nơi cung cấp biogas. Vả lại, với công nghệ cung cấp nhiên liệu hybrid, ô tô ưu tiên sử dụng biogas, khi hết biogas thì ô tô chạy bằng xăng như trước khi cải tạo. Điều này sẽ giúp khắc phục được khó khăn về mặt lưu trữ biogas trên ô tô để có thể sử dụng biogas trong điều kiện cơ sở hạ tầng cung cấp nhiên liệu này chưa được phát
triển. Vì vậy phương pháp lưu trữ biogas trên ô tô trong trường hợp này là nén ở áp suất thấp, dưới 75 bar, để giảm yêu cầu kỹ thuật về máy nén cũng như bình chứa.
Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng máy nén XF-3 để nén biogas (Hình 4.13). Đây là máy nén khí thiên nhiên áp suất cao nhưng lưu lượng bé. Máy nén có kích thước nhỏ, trọng lượng bé, hiệu suất cao, an toàn, đáng tin cậy trong hoạt động.
Máy nén có 4 cấp. Đầu tiên khí đi qua đường ống nạp của cấp thứ nhất. Sau khi qua cấp nén này, khí nén được làm mát và đi vào cấp nén thứ hai. Tương tự như vậy, khí nén được làm mát và đi vào các cấp tiếp theo. Đến cấp nén thứ 4, áp suất của khí nén được nâng lên 20MPa-25MPa. Cuối cùng khí nén được chuyển vào bình áp lực cao, sau khi qua bình lọc dầu. Máy nén có gắn động cơ khởi động và van an toàn áp suất trên đường thải. Nếu khí được nén đến giá trị giới hạn (điều chỉnh rơ le ngắt nguồn điện cung cấp theo áp suất), máy nén sẽ tự động ngừng quá trình nén. Ngoài ra, có một van an toàn để ngăn hiện tượng quá áp. Đồng hồ áp suất được lắp đặt ở mỗi cấp của máy nén. Nhằm mục đích kiểm tra sự cố trong mỗi cấp máy nén theo từng giá trị hiển thị ở mỗi cấp hoặc không hiển thị giá trị nào trên mỗi cấp của máy nén.
Máy nén biogas 4 cấp Bình chứa biogas áp lực cao
Hình 4.13: Máy nén biogas 4 cấp (a) và bình chứa biogas áp lực cao (b)
Trước khi thí nghiệm, biogas nén được xả vào túi chứa khí bằng ni lông có đường kính 1,2m và chiều dài 4m ở áp suất xấp xỉ áp suất khí trời và được cấp vào đường nạp phụ qua van chân không. Nguyên lý làm việc của van chân không đã được mô tả trên đây. Quy trình chuẩn bị nhiên liệu và cung cấp biogas cho động cơ thí nghiệm được giới thiệu trên hình 4.14.