Đánh giá hiệu quả của việc chuyển đổi hệ thống cung cấp nhiên liệu VE thành VE-EDC trên xe tải Hyundai H100

Nội dung text: Đánh giá hiệu quả của việc chuyển đổi hệ thống cung cấp nhiên liệu VE thành VE-EDC trên xe tải Hyundai H100

1. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA VIỆC CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU VE THÀNH VE-EDC TRÊN XE TẢI HYUNDAI H100 RATING EFFICIENCY OF CONVERSION OF THE FUEL SUPPLY SYSTEM FROM VE TO THE VE-EDC ON HYUNDAI H100 TRUCK KS. Trần Anh Tuấn1, TS. Lý Vĩnh Đạt2. 1 Học viên cao học, Trường Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM 2Trường ĐạihọcSư PhạmKỹThuậtThành phố Hồ ChíMinh TÓMTẮT Khí thải và tiếng ồn trong động cơ diesel là những yếu tố chính gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường. Để khắc phục những khó khăn trên, hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel VE-EDC điều khiển điện tử đã được ứng dụng nhiều trên các động cơ diesel hiện đại. Bài viết đề cập đến nội dung nghiên cứu, cải tiến động cơ diesel sử dụng hệ thống VE kiểu cơ khí thành hệ thống VE-EDC kiểu điều khiển điện tử trên động cơ Hyundai H100 1T25. Những ưu điểm của VE-EDC lắp trên các động cơ diesel truyền thống đã mang lại một số cải thiện về hiệu suất, khí thải và lượng tiêu thụ nhiên liệu do có sự kiểm soát chính xác về thời điểm phun và lưu lượng phun. Kết quả cho thấy, hiệu suất động cơ tăng lên đáng kể ( mô-men xoắn tăng từ 5% đến 10%, công suất tăng từ 10% đến 15%), lượng tiêu thụ nhiên liệu cũng giảm khoảng 10% đến 30% khi sử dụng VE-EDC trên các động cơ diesel thông thường. Thêm vào đó, sự cải thiện của khí thải trong động cơ cũng thể hiện rõ rệt: khí CO giảm từ 40% đến 50% và HC giảm từ 5% đến 20%. ABSTRACT The emission and noise in Diesel engines are the main factors that cause theenviromental pollution. To overcome the disadvantages, the Electronic Diesel Control system (EDC) has been equipted in modern Diesel engines. The paper study the installing and converting the conventional VE fuel system to VE - EDC in Hyundai H100 1T25. The applying of VE - EDC in traditional Diesel engine brings some advantages about performance, efficiency, emission and fuel consumption due to the controlling exactly of fuel flow and injection timing which are controlled by spill control and timing control valves, respectively. The results show that the engine performanceis significantly increased (about 5 ÷10 % for torque and 10 ÷15 % for power), the fuel consumption is also reduced about 10 ÷30 % when using VE - EDC for the conventional Diesel engine. In additional, the improving of emission in engine also achieve: the reducing of CO about 40 ÷50 % and HC about 5÷20 % Từ khóa: Cảm biến vị trí bàn đạp ga (APP); Van điều khiển lưu lượng phun (SCV); van điều khiển thời điểm phun (TCV); Hệ thống điều khiển động cơ diesel bằng điện tử (EDC).
2. 1. Đặt vấn đề: liệucũ. Nhiều công trình khoa học liên quan -Chếtạomô hình hệ thống đến việc nghiên cứu cải tiến, chế tạo đối cungcấpnhiênliệuđộng cơ Diesel VE- với động cơ diesel đã được đề cập đến. EDC. Đốivới một số công trình nghiên cứu - Thử nghiệm động cơ trên băng thử trong nước đã công bố, tác giảchú trọng công suất,đánhgiámộtsố kếtquả đến các nội dung về nguyên lý, cấu tạo và thựcnghiệm như: đường đặc tính ngoài, hoạt động của hệ thống nhiên liệu động suất tiêu hao nhiên liệu và thành phần khí cơ diesel; chế tạo bộ điều tốc điện tử cho xả của động cơ sau cải tiến. động cơ diesel sử dụng bơm cao áp VE 2. Cơ sở lý thuyết: và các cải tiến về sử dụng nhiên liệu kép 2.1.Các vấn đề chung về đường đặc tính trên động cơ diesel. [1-3] ngoài và thành phần khí xả của động cơ Đối với các công trình nghiên cứu thực nghiệm Hyundai H100: quốc tế, đề tài thường tập trung đến nội Hoạtđộnghệthống dung đánh giá lượng phát thải khí xả trên cungcấpnhiênliệuDiesel VE-EDC trên động cơ diesel, các phân tích đánh giá về độngcơthựcnghiệm dựatrêncác hiệu suất động cơ khi sử dụng hệ thống tínhiệucảm biếnđầuvào:vị trí trục khuỷu cung cấp nhiên liệu VE-EDC. [8] (Ne),vị trí bàn đạp ga (APP),nhiệt độ Do vậy, chưa có công trình nào đề cập nước (THW), áp suất đường ống nạp đến vấn đề chuyển đổi hệ thống cung cấp (MAP) nhiên liệu VE kiểu cơ khí thành hệ thống VE-EDC kiểu điều khiển điện tử, đề đánh giá tính hiệu quả trong việc cải tiến động cơ diesel. Đềtàinghiên cứuthaythếhệthống cungcấpnhiên liệuVE kiểucơkhíbằnghệ thốngcungcấpnhiênliệu VE - EDCtrên Hình1: Sơđồ độngcơHyundai H100 nhằm khốiđiềukhiểnvanSCV,van TCV và kim mụcđíchnghiên cứucải thiện công suất và phun dieseltrênđộng mô-men xoắn của động cơ. Bên cạnh đó, cơthựcnghiệmHyundai H100. xác định lượng nhiên liệu tiêu thụ và cải ECUđượcthiết kếđể tổng thiện vấn đề ô nhiễm môi trường trên hợpcáctínhiệu động cơ Diesel. đầuvào,tínhtoán,xuấtcáctínhiệuđầura Cácnộidung nghiêncứubaogồm: điềukhiển van lưu lượng phun nhiên -Nghiêncứu,cảitiếnvàlắpđặthệthống liệuSCV (suctioncontrol valve), van điều cungcấp nhiênliệu DieselVE-EDC với các khiển thời điểm phun TCV (timing cảm biếnlàtínhiệuđầuvào,bộphậncung control valve) thíchhợpvớitừngchếđộ cấpnhiên liệuphundiesel điện hoạtđộng củađộng cơ [6]. tửgồmbơmcao áp VE-EDC,van điều Công suất có ích động cơ Ne: khiển lượng phun (SCV), van điều khiển . 푛. . 𝑖 = 푒 ℎ , 푊 (1) thời điểm phun (TCV), bộ xử lý trung tâm 푒 30. 휏 (ECU), cảm biếnđầuvào Trong đó: đượclắptrênđộngcơHyundai pe: áp suất có ích trung bình(MPa); H100,thaychohệthốngcung cấpnhiên n: số vòng quay trục khuỷu(vg/ph);
3. Vh: thể tích công tác của xi lanh(lít) i: số xi lanh τ: số kỳ công tác 1 mã lực ≈ 1hp≈ 0,7355 kW. 1kG.m ≈ 9,80665 N.m ≈ 10N.m.
4. Mô men xoắn động cơ Me: . 60 9,55. = 푒 = 푒 = 푒 , . (2) 푒 휔 2. . 푛 푛 Trong khí xả, ta kiểm tra nồng độ của oxit-cacbn (CO), các loại hydro-cacbon (HC) và các loại oxit-nito (NOX). NOX được tạo ra trong các điều kiện tăng công Hình 2:Hệ thống cung cấp nhiên liệu suất tiêu thụ, cụ thể là khi tăng tốc ô tô. VE-EDC lắp trên động cơ Hyundai. Sự tạo ra CO liên quan chính tới sự làm Cảm biếnđiệntừxácđịnhvịtrívàtốc việc của hệ thống cung cấp nhiên liệu. độtrụckhuỷuđượcgắntrênthân độngcơlấy Khi tăng tốc và khởi động nguội sẽ làm tín hiệu thông quabánhrăngcủa bánh đà. cho lượng thải CO tăng lên. Thành phần Cụm ống nạp được thiết kế và gia công HC được tạo ra do có sự cháy không kiệt lại để phù hợp với việc lắp các cảm của nhiên liệu. Điều này xảy ra khi động biếnnhư: APP, THA,MAP, cơ làm việc ở chế độ không tải, khi phanh THF kimphun trongbuồng đốtđược giữ động cơ [5]. nguyên giốngnhư vị trícủa kim phuncũ. 2.2. Nghiên cứu, lắp đặt hệ thống cung Cách bốtrímộtsốcảm cấp nhiênliệuDiesel VE-EDC biếnchínhtrênmôhìnhđộng trênđộngcơ xe Hyundai H100 1T25. cơthựcnghiệm. ĐộngcơHyundai H100là độngcơ dieselvới4 kỳ,4xy lanh thẳng hàng, cỡ nhỏ,cócác thôngsố kỹthuậtcơbản [4]: Bảng1: Đặctínhkỹthuậtcủađộngcơ Hyundai H100 Loại động cơ D4AL Tăng áp Đường kính x hành trình 91,1 x 100 píttông (mm) Hình3:Thiếtkế, lắp đặt các cảm 3 Thểtíchxy lanh(cm ) 2,476 biếntrênđộngcơHyundai. Côngsuấttối đa (kW) 58/4000 3.Thử nghiệm và đánh giá: Mômencựcđại 17/2200 3.1. Thửnghiệmvà đánh giá hiệu suất (kG.m/vg/ph) Tỉsốnén 22:1 của động cơ: Suấttiêuthụnhiênliệu Độngcơthửnghiệmhoạtđộngkéobằngth 285 (gam/mãlực.giờ) iết bị tạo tải thủy lực(hình 5), được lắp Ápsuất mởvòiphun đặt tại nhà máy Z751-BQP. Vớigiátrị 320 (kG/cm2) momentcảnđặtvàođộngcơlà35N.m. Trong đó: 1 PS≈0,7355 kW ≈ 0,98632 hp. 1 kG/cm2 = 98066,5 Pa ≈ 0,1 Mpa. Giữnguyên kếtcấuđộngcơ,saukhitháo bỏhệthốngcungcấpnhiên liệucũ(bơmcao áp,bộđiềutốccơkhí),hệ thốngcungcấpnhiên liệuVE- Hình4: Môhìnhtổngthểlắpđặthệthống EDCđượcthiếtkếvàlắp đặtmớitrên động cungcấpnhiênliệuDiesel VE-EDC trên cơ của hãng Hyundai(hình2). động cơthựcnghiệm.
5. Lần lượtchocác động cơ và công suất động cơ phát ra ổn độngcơhoạtđộngởcácdãytốcđộ từ 1200 định hơn trước khi cải tiến. vòng/phútđến 4000 vòng/phút,ta thu thập Trong đó: kết quả thử nghiệm như sau: Me1, Me2:Mômen xoắn động cơ trước Bảng 2: Thông số thực nghiệm công và sau khi cải tiến (kG.m/vg/ph) suất động cơ trước và sau khi cải tiến Ne1, Ne2:Công suất động cơ trước và Lượng thể sau khi cải tiến (hp) n tích dầu 𝑔1, 𝑔2:Lượng thể tích dầu diesel phun e N N Ghi (vg/ e1 e2 Diesel phun trước và sau cải tiến (ml/phút) (hp) (hp) chú ph) (ml/phút) Bảng 3: Thông số thực nghiệm mômen 𝑔1 𝑔2 xoắn động cơ trước và sau khi cải tiến Lượng thể 1200 10 10 52 47 Me1 Me2 Thời tích dầu 1400 14 14 60 49 ne (kG. (kG. gian Diesel Ghi 1600 18 20 68 52 (vg/ m/v m/v lấy phun chú 1800 23 25 80 68 ph) g/ph g/ph mẫu: (ml/phút) ) ) 2000 28 30 95 85 1 𝑔1 𝑔2 2200 32 35 112 99 phút 1200 10,5 11.2 58 47 Thời 2500 37 40 135 120 1400 10,8 11.5 71 43 gian 2800 40 45 1600 11 11.7 88 52 lấy 3000 42 49 1800 11,2 11.9 99 68 mẫu: 3400 48 54 Không lấy mẫu thử 2000 11,1 11.9 125 85 1 ở các dãy tốc độ 2200 10,9 11.8 142 99 phút 3600 51 57 cao. 3800 51 59 Kếtquả thửnghiệmđượcbàytrênbảng 2. 4000 53 62 Ta có đồ thị thông số như sau: Kếtquả thửnghiệmđượctrình bàytrênbảng 2. Ta có đồ thị thông số như sau: Hình 7: Đồ thị mô tả mômen của động cơ trước và sau khi cải tiến. Đối với đường đặc tính mômen ta Hình 6: Đồ thị mô tả công suất của nhận thấy sự tăng lên so với trước khi cải động cơ trước và sau khi cải tiến. tiến từ 5% đến hơn 10%. Đường đặc tính Ở các dãy tốc độ vòng quay thấp thì ổn định hơn so với trước khi cải tiến. không có sự chênh lệch đáng kể về công 3.2. Thửnghiệm và đánh giá lượng tiêu suất động cơ, nhưng khi tiến hành thử tải thụ nhiên liệu và mức độ phát thải nồng ở các dãy tốc độ cao thì đường công suất độ HC và CO: của động cơ sử dụng VE-EDC tăng cao Dựa vào quá trình lấy mẫu thử đường hơn với so với động cơ sử dụng VE thông đặc tính ngoài của động cơ trước và sau thường. Công suất sau khi cải tiến tăng khi cải tiến, ta tiến hành đo lượng phun lên từ 10% cho đến 15% tùy theo tốc độ dầu Diesel bằng cân loại ViBRA, kết quả đo được như sau:
6. Hình 8: Đồ thị biểu thị lượng dầu Diesel Hình 9: Đồ thị biểu thị nồng độ HC của phun của động cơ trước và sau khi cải động cơ trước và sau khi cải tiến. tiến. Với đồ thị biểu thị lượng dầu Diesel phun vào động cơ sử dụng VE-EDC, ta nhận thấy rõ sự giảm rất lớn lượng tiêu thụ nhiên liệu từ 10% đến 30% so với động cơ sử dụng VE thông thường. Nhờ việc thông qua các cảm biếncho tín hiệu Hình 10: Đồ thị biểu thị nồng độ CO của đầu vào và xử lý của ECU, việc tính toán động cơ trước và sau khi cải tiến. thời điểm phun và lượng phun nhiên liệu Nồng độ HC và nồng độ CO trong thử được chính xác hơn. nghiệm ở động cơ sau cải tiến luôn thấp Lắp thiết bị đo khí xả NHT-6, cho hơn so với động cơ ban đầu.Điều này cho động cơ hoạt động, thay đổi lần lượt tốc thấy rõ tính hiệu quả cao khi thay thế hệ độ động cơ từ 1200 vòng/phút đến 2200 thống cung cấp nhiên liệu VE thông vòng/phút, thu thập các số liệu về nồng thường bằng hệ thống cung cấp nhiên liệu độ HC và CO trong thử nghiệm. Thời VE-EDC. gian lấy số liệu từng trường hợp là 1 4. Kếtluận: phút. Nghiên cứu đã thực hiện việc thay thế Bảng 4: Thông số thực nghiệm đo HC, hệ thống nhiên liệu VE cơ khí bằng hệ CO của động cơ trước và sau khi cải tiến thống nhiên liệu điều khiển bằng điện tử VE-EDC trên động cơ Hyundai H100. n HC HC e t s CO COs Ghi Việc ứng dụng VE-EC đã đem lại một số (vg/ph (pp (pp t (vol) (vol) chú ưu điểm trong việc cải tiến hiệu suất, suất ) m) m) tiêu hao nhiên liệu và khí xả trên động cơ Diesel. Nghiên cứu đã rút ra một số kết 1200 21 18 0.18 0.13 Thời luận như sau: 1400 21 20 0.19 0.13 gian Qua thực nghiệm đã cho thấy công 1600 18.5 17.5 0.22 0.14 lấy suất và mômen đã có sự tăng rõ rệt. Đối 1800 20 16.5 0.25 0.18 mẫu: với hệ thống VE-EDC, quá trình phun và 2000 18.8 17.5 0.6 0.4 1 thời điểm phun được tính toán một cách 2200 17 15 0.7 0.48 phút tối ưu thông qua các cảm biến đầu vào để Kếtquả thửnghiệmđượcbàytrênbảng 4. điều khiển van TCV và SCV. Bên cạnh Ta có đồ thị thông số như sau: đó, nồng độ trong khí xả cho thấy quá trình cháy trên động cơ VE-EDC được đốt cháy kiệt hơn, giúp công suất động cơ và mômen xoắn được tăng lên. ( mô-men xoắn động cơ tăng lên 5% đến 10% và
7. công suất tăng khoảng 10% đến 15%). tienphong.com.vn Qua thực nghiệm cho thấy: nồng độ [5] TS. Lại Văn Định– Học viện kỹ thuật HC và CO giảm thiểu đáng kể. Cụ thể: quân sự. Phun nhiên liệu điều khiển điện lượng phát thải CO giảm từ 40% cho đến tử trên động cơ đốt trong và tính kinh tế 55% và HC giảm từ 5% cho đến 20% so nhiên liệu của ô tô.NXB Quân đội nhân với trước khi cải tiến. Điều kiện đo lượng dân – Hà Nội (2010). trong điều kiện không tải, ở cùng các dãy [6] GS.TS. Nguyễn Tất Tiến. Nguyên lý tốc độ đo [7]. động cơ đốt trong. NXB Giáo dục – Hà Đâylàbướcđầutrong việcnghiên cứu Nội (2000). cải tiến và thay thế dần các động cơ [7] GS.TS. Lê Viết Lượng, Th.S Nguyễn Diesel sử dụng hệ thốngVE kiểu cơ khí Văn Hoàn. “ Giảm lượng khí xả động cơ bằng hệ thốngVE-EDC điều khiển điện khi hoạt động ở chế độ nhỏ tải và không tử. Cáckếtquảthực nghiệm tải”. Tạp chí khoa học Công nghệ hàng chothấyhướngnghiêncứu sửdụnghệthống hải, Trường ĐHGTVT Hà Nội số 29 – cung cấpnhiênliệuVE-EDC trên 1/2012. độngcơDiesel làcótính 2. Quốc tế: khảthi,cầnđượcđầutưnghiên cứuvàhoàn [8] Modeling of Diesel Combustion, Soot thiện,đặcbiệtlàkỹthuậtđiềukhiểnnhằm and NO Emissions Based on a Modified giảiquyếtbàitoán vềnănglượngvàgiảm Eddy Dissipation Concept by Sangjin thiểuô nhiễmmôitrường. Hong, Margaret TÀI LIỆU THAMKHẢO S.Wooldridge,UniversityofMichigan,Mech 1. Trong nước: anical Engineering Department, Ann [1]PGS.TS. ĐỗVăn Dũng, ThS. Huỳnh Arbor, MI 8109-2125, USA. Submitted to Phước Sơn, KS. Thái Huy Phát. “Nghiên Combustion Science and Technology, cứu – chế tạo hệ thống điều khiển cung December 6. cấp nhiên liệu trên động cơ Common – rail sử dụng nhiên liệu kép CNG – THÔNG TIN LIÊN HỆ TÁC GIẢ Diesel”. Tạp chí khoa học công nghệ- Họ tên: KS. GV. Trần Anh Tuấn Trường ĐHSPKT Tp.HCM (2014), bài Đơn vị: Khoa Ô tô – Trường Đại học báo mã số 14-063. Trần Đại Nghĩa [2] TS. Huỳnh Thanh Công – PTN Trọng Điện Thoại: 093.343.6767 điểm ĐHQG-HCM Động cơ đốt trong, Email: trananhtuanvhp@gmail.com Trường ĐH Bách khoa TPHCM. “Mô phỏng xác định thông số phun tối ưu động cơ diesel một xy-lanh tĩnh tại”. Tạp chí Giao thông vận tải (2013) – Trường XÁC NHẬN CỦA GVHD ĐHGTVT Tp.HCM , bài số 9. [3] Th.S Phan Nguyễn Quí Tâm. “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo bộ điều tốc điện tử cho động cơ Diesel sử dụng bơm cao áp VE”. Đề tài luận văn thạc sỹ năm 2005- GV. TS Lý Vĩnh Đạt 2007. Trường ĐHSPKT Tp.HCM. [4]Công tyTNHHHyundai Tiền Phong
8. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.