Luận văn: Nghiên cứu động cơ diesel trên hệ thống băng thử AVL một xilanh

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu khai thác băng thử AVL để phát triển động cơ diesel cỡ nhỏ, phân tích ảnh hưởng của góc phun sớm đến quá trình cháy.

• Tác giả: Lê Danh Quang
• Người hướng dẫn: TS. Võ Tấn Đông
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Động cơ đốt trong
• Đề tài: Khai thác băng thử AVL nghiên cứu động cơ diesel cỡ nhỏ
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2004
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Hệ Thống Băng Thử AVL và Động Cơ Diesel Cỡ Nhỏ

Hệ thống băng thử AVL là một giải pháp tiên tiến trong lĩnh vực nghiên cứu động cơ diesel. Được phát triển bởi hãng AVL từ Áo, hệ thống này cung cấp công cụ hiệu quả để khai thác và phát triển động cơ đốt trong cỡ nhỏ. Tại Trường ĐHBK Hà Nội, phòng thí nghiệm hiện đại với hệ thống băng thử một xilanh đã được trang bị nhằm hỗ trợ nghiên cứu và đào tạo về công nghệ động cơ. Việc khai thác hiệu quả hệ thống này không chỉ giúp nâng cao chất lượng nghiên cứu mà còn đóng góp vào sự phát triển công nghiệp ô tô Việt Nam. Với các thiết bị đo lường hiện đại và phần mềm điều khiển chuyên dụng, băng thử AVL 5402 trở thành công cụ không thể thiếu trong phát triển động cơ diesel hiệu quả.

1.1. Vai Trò của Động Cơ Mẫu trong Nghiên Cứu

Động cơ mẫu một xilanh đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu các quá trình cơ bản của động cơ diesel. Sử dụng động cơ thí nghiệm, các nhà khoa học có thể kiểm soát chính xác các thông số và quan sát chi tiết quá trình cháy nhiên liệu. Điều này cho phép tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm khí thải độc hại. Hệ thống nẻ thử AVL cung cấp dữ liệu chính xác về áp suất, nhiệt độ và tính chất khí xả.

1.2. Ứng Dụng Thực Tiễn trong Phát Triển Công Nghệ

Hệ thống băng thử động cơ được ứng dụng rộng rãi để nghiên cứu ảnh hưởng thời điểm phun nhiên liệu. Các phần mềm PUMA, Indicating và VisioScope hỗ trợ phân tích chi tiết quá trình đốt cháy. Thông qua nghiên cứu động cơ diesel cỡ nhỏ, các kỹ sư có thể tối ưu hóa tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất công suất. Ứng dụng này đặc biệt quan trọng cho phát triển công nghệ ô tô và sản xuất động cơ hiệu quả tại các quốc gia như Việt Nam.

II. Cấu Tạo và Thành Phần Chính của Hệ Thống Băng Thử AVL

Hệ thống băng thử AVL 5402 bao gồm nhiều thành phần quan trọng để đảm bảo độ chính xác của các phép đo. Động cơ một xilanh là trái tim của hệ thống, cung cấp dữ liệu về quá trình cháy và phát triển lực đẩy. Phanh điện DYNO AMK giúp kiểm soát tải động cơ và đo công suất chính xác. Cân nhiên liệu theo dõi tiêu hao xăng dầu trong từng chu kỳ hoạt động. Hệ thống lấy mẫu khí xả và thiết bị đo mô khí OPACIMETER cung cấp thông tin về chất lượng khí thải. Tổng hợp các thành phần này tạo thành một hệ thống nghiên cứu động cơ toàn diện cho phát triển công nghệ diesel tiên tiến.

2.1. Các Thiết Bị Đo Lường Chính

Thiết bị Throttle Actuator (THAIOO) điều khiển lượng không khí cấp vào động cơ. Hệ thống VisioScope AVL cung cấp hình ảnh chi tiết quá trình cháy bên trong xi lanh. Thiết bị OPACIMETER đo độ đục khí xả để đánh giá hiệu quả cháy nhiên liệu. Tủ CEB-II điều khiển các hệ thống cảm biến và ghi dữ liệu tự động. Những thiết bị này cùng nhau tạo nên một giải pháp đo lường toàn diện để phân tích hiệu suất động cơ diesel một cách chi tiết nhất.

2.2. Phần Mềm Điều Khiển và Xử Lý Dữ Liệu

Phần mềm PUMA là nền tảng điều khiển tổng thể hệ thống băng thử. Phần mềm Indicating chuyên phân tích quá trình cháy chi tiết trong từng chu kỳ. VisioScope cung cấp trực quan hóa quá trình hình thành hỗn hợp khí và cháy. Các phần mềm này hỗ trợ xử lý dữ liệu nhanh chóng và tạo báo cáo phân tích chuyên sâu cho nghiên cứu động cơ diesel.

III. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng của Thời Điểm Phun Nhiên Liệu

Thời điểm phun nhiên liệu là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến quá trình cháy động cơ diesel. Góc phun sớm (injection timing) quyết định mức độ hình thành hỗn hợp và áp suất cháy nội động cơ. Thông qua hệ thống băng thử AVL, các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát chính xác thời điểm phun và quan sát tác động thông qua các cảm biến áp suất và phân tích khí xả. Nghiên cứu ảnh hưởng thời điểm phun giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và hạn chế khí thải có hại. Kết quả nghiên cứu này có giá trị thực tiễn lớn cho phát triển công nghệ động cơ diesel hiệu quả tại Việt Nam và các nước Đông Nam Á.

3.1. Cơ Sở Lý Thuyết của Quá Trình Cháy Diesel

Quá trình cháy trong động cơ diesel diễn ra theo ba giai đoạn chính: cháy tiền hỗn hợp, cháy khuếch tán và cháy sau cùng. Góc phun sớm ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian chuẩn bị hỗn hợp (ignition delay) và tốc độ phát triển áp suất. Khi phun sớm hơn, áp suất cháy tăng nhưng đồng thời tăng áp suất cơ học lên động cơ. Phun trễ hơn giảm áp suất cảo nhất nhưng kém hiệu quả. Tối ưu hóa thời điểm phun đạt được kỳ vọng tốt nhất giữa công suất và tiêu thụ nhiên liệu.

3.2. Phương Pháp Thực Hiện Thí Nghiệm

Việc thực hiện thí nghiệm bắt đầu bằng chuẩn bị động cơ mẫu và hiệu chuẩn các cảm biến. Chạy động cơ ở các điểm tải khác nhau với thay đổi thời điểm phun nhiên liệu theo từng bước nhỏ. Ghi dữ liệu tự động thông qua hệ thống CEB-II và phần mềm PUMA. Phân tích kết quả sử dụng phần mềm Indicating để xác định ảnh hưởng và tìm ra góc phun tối ưu nhất.

IV. Kết Quả Phân Tích và Hướng Phát Triển

Nghiên cứu khai thác hệ thống băng thử AVL đã tạo ra những kết quả có giá trị khoa học cao. Xác định góc phun tối ưu cho động cơ diesel cỡ nhỏ dựa trên dữ liệu thí nghiệm chi tiết. Phân tích so sánh kết quả với các tài liệu nghiên cứu quốc tế cho thấy độ tin cậy cao của hệ thống đo lường AVL. Hướng phát triển tiếp theo bao gồm ứng dụng kết quả vào sản xuất động cơ diesel tại các nhà máy Việt Nam, đào tạo kỹ sư có chuyên môn cao về công nghệ động cơ hiệu quả, và nghiên cứu thêm các yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất như áp suất nạp khí, hình dạng buồng cháy. Hệ thống này sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong phát triển công nghệ động cơ tương lai.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Chính

Kết quả thí nghiệm cho thấy góc phun sớm tối ưu nằm trong khoảng 15-20 độ trước TDC (điểm chết trên) đối với động cơ diesel cỡ nhỏ. Tăng áp suất cảo nhất đạt được cao nhất ở góc phun 18 độ. Tiêu hao nhiên liệu cụ thể (specific fuel consumption) giảm tối đa khi phun ở 17 độ. Khí thải (NOx) tăng đáng kể khi phun sớm do nhiệt độ cháy cao hơn. Tối ưu hóa cần cân bằng giữa hiệu suất năng lượng và bảo vệ môi trường.

4.2. Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Tiếp tục khai thác hệ thống băng thử để nghiên cứu các yếu tố khác như tốc độ động cơ, áp suất nạp khí, nhiệt độ trước nạp. Phát triển động cơ diesel nhỏ gon, tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện môi trường cho thị trường Việt Nam. Ứng dụng kết quả vào giáo dục đại học và đào tạo chuyên nghiệp. Hợp tác quốc tế để nâng cao chất lượng nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1ï: TIệ thing thí nghiệm nghiên cứu phát triển động cơ đốt trong 21 Giới thiệu chung 18 2. 1lé thống băng thử và động cơ mẫu AVL 5402.1 Động cơ một xylanh 21 > 2.2 Phanh dién - DYNO AMK 2.3 Cân nhiên liệu 25 224 Thiết bị Throttle actuator ( THAIOO ) 27 2.5 Hệ thống lam mắt 28 2.7 Hệ thông thiết bị AVI, VisioScope 29 3.8 Thiết bị do dộ mờ khói: AVI, OPACIMETER 34 2.9 Tủ CEB - II 34 23 Các phần mềm diều khiển 36 2.31 Phần mém PUMA 36 2. Phần mềm Indicating 40 2.34 Phần mềm VISIOSCOPE 42 Chương 11!: Nghiên cửu ảnh hưởng của thửi điểm phưn nhiên liệu đến Hạc viên : Lê Danh Quang — Cao học 2002 Bộ môn Động cơ dốt trong — khoa Cơ khí— tring ĐHBK Hà Nội Trung lâm Sau Đại học — tring ĐHBK Hà Nội. quá trình cháy của ĐCĐT 44 3.

Khai quát về quá trỉnh chay của động co DIESEL 44 3⁄2. Cơ sở lý thuyết của quá trình chấy trong động cơ Diesel 45 33. Các yếu +6 vật lý ảnh Hưởng tới quá trình chảy 49 3. Thực hiện nghiên cửu ảnh hưởng của thời điếm phun nhiên liêu đến quá trình cháy của động cơ.

$4 341 Một số yếu tổ ảnh hưởng dến kết quả nghiên cửu 34 342 Đấi tượng nghiên cửu 55 3.43 Phuong pháp thực hiện 55 3.4 Chạy thí nghiệm _ 56 3.5 Ghi va hién thi két qua thi nghiém 56 Chueng IVR qua nghién cứu s 4.1, Kết quả nghiên cửu 59 4. Phân tích kết quả 64 4.1 Phân tích chung.2 Xác dịnh góc phun sớm tối ưu. 66 Chương V-Kết luận và hướng phát triển của đề tài 72 3.1 Kết luận 4 72 52 Hướng phat triển của đề tải 73 Tài liệu tham khảo 74 Phụ lục 1 Một số kết quả chạy thử nghiệm hệ thông băng thử và động cơ mẫu 1 xilanh 75 Phụ lục 2 Một sô hình. ảnh của quá trình hình thảnh hoà khí và cháy bên.

trong động cơ mẫu av] 5402.029 96 Hạc viên : Lê Danh Quang — Cao học 2002 Bộ môn Động cơ dốt trong — khoa Cơ khí— tring ĐHBK Hà Nội Trung tảm Sau Đại học L tr- ng ĐHBK Hà Nội. Hãng AVL, có trụ sở tại thành phố GRAZ — n- ức cộng hoà Áo, là một hãng hàng đầu thế giới về nghiên cứu chuyên sâu kỹ thuật động cơ đốt trong. Từ khi thành lập (năm ¡948), đến nay hãng đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công trên 500 mẫu động cơ các loại từ 0.000 mã lực cho tất cả các hãng động cơ và ô tô nổi tiếng trên thế giới. Trong khuôn khổ của dự án nổi tiên, vừa qua lộ môn động cơ đốt trong - Ir-ờng ĐHIK Hà Nội đã đ- ợc trang bị một phòng thí nghiệm hiện đại chuyên dùng để nghiên cứu phát triển động cơ đốt trong (vào loại hiện đại nhất ở Đông Nam Á).

Với các hệ thống thiết bị nh- sau: -_ llệ thống phân tích khí xả xe máy. -_ lệ thếng phản tích khí xá ô tô. -_ Băng thử và động cơ mẫu thí nghiệm xuột xilamii - Tlé théng bang thứ thí nghiệm động cơ nhiều xilanh - _ Các phần mềm mô phỏng nâng cao + Phần mềm BOOST tính taán các quá trình nhiệt động trong động cơ. + Phan mém TYCON tinh todn co cau phối khí.

+ Phin mém BRICKS tính toán dộng lực học và dao động của hệ trục khuÿỷu động cơ. Xuất phát từ những lý do trên cùng với sự gợi ý của Bộ môn động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ðng ĐIIBK Hà nội và T§ Võ Tấn Đông tôi đã quyết dinh chon dé tai: "Nghiên cứu khai thắc hệ thống băng thử và động co thi nghiém mét xilanh của hãng AVL để nghiên c- ú và phát triển đông cơ DIESEL cỡ nhỉ”. Với dễ tài này tôi hy vọng sẽ đóng pốp một phần vào việc khai thác có hiệu quả hệ thống băng thử và động cơ thí nghiệm một xilanh của hãng AVL. Để tài này nhằm mục đích khai thác và đánh giá tin cậy của hệ thống băng thử động cơ mẫu một xilanh dựa trên sự so sánh kết uả nghiên cứu ảnh h- ống của góc phun sớm đến quá trình cháy của động cơ với các tài liệu của lác giả khác mà đã d- ợc thừa nhận.

Để từ đó ứng dụng vào nghiên cứn va dao tao cũng nh- sản xuất động cơ diesel cố nhỏ ở n- ớc ta. Dé dat đợc mục đích trên, đề tài đã đ- ợc thực hiện qua năm phần chính nh- sau: 1- Tổng quan. 2- Mô tả hệ thống thiết bị của băng thử và động cơ nghiên cứu một xilanh. 3- Nghiên cứu ảnh của thời điểm phun nhiên liệu tới quá trình cháy của động cơ.

4 Phan tích kết quả, xử lý số liệu và đánh giá. 5- Kết luận và h- ớng phát triển của để tài Hạc viên : Lê Danh Quang 3 Cao học 2002 Bộ môn Động cơ đốt trong [1 khoa Cơ khí L tr-ờng ĐHBK Hà Nội ww Trung tam Sau Dai hoc 0 tr- ởng ĐHBK Hà Nội. Động cơ cỡ nhỏ Động cơ cỡ trung Hình! 1a Một số loại động cơ nghiên cứu một xilanh của hãng AVL Hạc viên : Lê Danh Quang [1 Cao học 2002 Bộ môn Động cơ đối trong L1 khoa Cơ khí LŨ tr- ðng ĐHBK Hà Nội 1 Trung tảm Sau Đại học L tr- ng ĐHBK Hà Nội. Hãng AVL, có trụ sở tại thành phố GRAZ — n- ức cộng hoà Áo, là một hãng hàng đầu thế giới về nghiên cứu chuyên sâu kỹ thuật động cơ đốt trong.

Từ khi thành lập (năm ¡948), đến nay hãng đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công trên 500 mẫu động cơ các loại từ 0.000 mã lực cho tất cả các hãng động cơ và ô tô nổi tiếng trên thế giới. Trong khuôn khổ của dự án nổi tiên, vừa qua lộ môn động cơ đốt trong - Ir-ờng ĐHIK Hà Nội đã đ- ợc trang bị một phòng thí nghiệm hiện đại chuyên dùng để nghiên cứu phát triển động cơ đốt trong (vào loại hiện đại nhất ở Đông Nam Á). Với các hệ thống thiết bị nh- sau: -_ llệ thống phân tích khí xả xe máy. -_ lệ thếng phản tích khí xá ô tô.

-_ Băng thử và động cơ mẫu thí nghiệm xuột xilamii - Tlé théng bang thứ thí nghiệm động cơ nhiều xilanh - _ Các phần mềm mô phỏng nâng cao + Phần mềm BOOST tính taán các quá trình nhiệt động trong động cơ. + Phan mém TYCON tinh todn co cau phối khí. + Phin mém BRICKS tính toán dộng lực học và dao động của hệ trục khuÿỷu động cơ. Xuất phát từ những lý do trên cùng với sự gợi ý của Bộ môn động cơ đốt trong - Khoa cơ khí - Tr-ðng ĐIIBK Hà nội và T§ Võ Tấn Đông tôi đã quyết dinh chon dé tai: "Nghiên cứu khai thắc hệ thống băng thử và động co thi nghiém mét xilanh của hãng AVL để nghiên c- ú và phát triển đông cơ DIESEL cỡ nhỉ”.

Với dễ tài này tôi hy vọng sẽ đóng pốp một phần vào việc khai thác có hiệu quả hệ thống băng thử và động cơ thí nghiệm một xilanh của hãng AVL. Để tài này nhằm mục đích khai thác và đánh giá tin cậy của hệ thống băng thử động cơ mẫu một xilanh dựa trên sự so sánh kết uả nghiên cứu ảnh h- ống của góc phun sớm đến quá trình cháy của động cơ với các tài liệu của lác giả khác mà đã d- ợc thừa nhận. Để từ đó ứng dụng vào nghiên cứn va dao tao cũng nh- sản xuất động cơ diesel cố nhỏ ở n- ớc ta. Dé dat đợc mục đích trên, đề tài đã đ- ợc thực hiện qua năm phần chính nh- sau: 1- Tổng quan.

2- Mô tả hệ thống thiết bị của băng thử và động cơ nghiên cứu một xilanh. 3- Nghiên cứu ảnh của thời điểm phun nhiên liệu tới quá trình cháy của động cơ. 4 Phan tích kết quả, xử lý số liệu và đánh giá. 5- Kết luận và h- ớng phát triển của để tài Hạc viên : Lê Danh Quang 3 Cao học 2002 Bộ môn Động cơ đốt trong [1 khoa Cơ khí L tr-ờng ĐHBK Hà Nội ww Trung tảm Sau Đại học L tr- ng ĐHBK Hà Nội.

- Môi chất công tác sử dụng cho động cơ dốt trong (đánh giá chỉ số ốc tan, xế tan của các hỗn hợp nhiên liệu) - Nghiên cứu các thông số chỉ thị và có ích cỗa chu trình. - Cúc ph- ơng ấn tăng công suất của động cơ. - Cải thiện quá trình hoà trộn và cháy trong xilanh. -Trao đổi nhiệt và ứng suất nhiệt của động cơ.

Hệ thống băng thử và động cơ thí nghiệm một xilanh đ- ợc kết nối các phần êm, nhờ vậy điều khiển các quá Iình, chế độ hoạt động và hiển thị kết quả d- ợc thuận lợi và chính xác. * Trong đào tạo, giúp cho học viên, sinh viên cố đ- ợc hình ảnh thực tế, có thể quan sát các hiện t-ơng xảy ra bên trong, c6 thể chụp ảnh, ghi hình bằng kỹ thuật số đ- ợc quá trình cấp nhiên liệu và chấy,. l-n vào máy tính từ đó hiểu đ- ợc bản chất động cơ * "Trong sẵn xuất, rút ngắn thời gian thiết kế, giảm chỉ phí vã số I- gng sẵn phẩm miu trong quá trình thiết kế, tối - u hoá đ- ợc qua trình công tác cũng nh- kết cấu để động cơ có các tính năng cao. Các động cơ thí nghiệm th- ờng dùng là các động cơ năng diễn chỉnh tối - u một cách dễ đàng trong thí nghiệm.

Các động cơ mẫu một xilanh này đặc biệt rút ngắn đ- gc thời gian nghiên cứu và giẩm các chi phí nghiên cứu. Các động cơ thí nghiệm nhiều xilanh chỉ đ- ợc sử dụng khi cần nghiên cứu các vấn để liên quan đến mối liên hệ giữa các xilanh và sự ảnh h- ởng qua lại giữa chúng nh- : ma sát mài mồn: sự phân bố nhiên liệu và không khí piữa các xilanh; các vấn dễ liên quan đến d- ờng ống nạp , ống thải. Vì vậy, trên thế giới đã có nhiều hãng chuyên sản xuất, cung cấp động cơ thí nghiệm cho nhiều hãng ô tô nổi tiếng và các cơ sở đặc biệt dùng để nghiên c- ú nh- : quốc phòng, cơ sở nghiên cứu về môi tr- ờng,. D-ới đây tác giả xin giới thiệu một số loại động cơ nghiên cứu cũng nh- các cơ sở sử dụng động cơ nghiên cứu để khai thác mà tác giả đ- ợc biết: 1.3 Một số cơ sở sản xuất động cơ mẫu và ứng dụng dể nghiền cứu phát triển động cơ đốt trong, a) Mội số kiểu động cơ thí nghiệm.

Đông cơ nghiên cứu kiểu một xilanh của hing AVL (Ao AVL, là tội trong số ít!