Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU. Lý do chọn đề tài. Mục tiêu nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Cấu trúc đề tài. LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ PHÒNG THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ .Tổng quan phòng thử nghiệm động cơ .Phân loại thử nghiệm.Cách bố trí phòng thử nghiệm động cơ và một vài lưu ý .Đo công suất động cơ .Công suất và các đường đặc tính của động cơ.Các thiết bị đo công suất động cơ .Đo lượng khí thải .Đo lường khí nạp và tiêu hao nhiên liệu .Đo lường tiêu hao nhiên liệu .Đo lượng không khí nạp.
ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK MÔ PHỎNG THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ .Mô phỏng tổng quan hoạt động của động cơ.Thuật toán điều khiển của bộ điều khiển Dyno (Dynamometer Control) .Mô phỏng các Đặc tính động cơ .Các tính toán ban đầu.Các thông số ảnh hưởng mô men động cơ .Tính toán Momen và Công suất động cơ .Tính toán Tiêu hao nhiên liệu .Tính toán khí xả. 91 Chương 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.Thiết lập mô phỏng .Mô phỏng thử nghiệm đặc tính động cơ .Kết quả mô phỏng thử nghiệm đặc tính hiệu quả động cơ .Kết quả mô phỏng thử nghiệm đặc tính kinh tế động cơ .Mô phỏng thử nghiệm khí thải động cơ .Mô phỏng thử nghiệm hỗn hợp hòa khí động cơ. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. 117 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.
118 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt hoặc thuật ngữ Giải thích 𝜆 Hệ số dư lượng không khí 𝜆𝑐𝑚𝑑 Hệ số dư lượng không khí yêu cầu ω Tốc độ quay của trục (tuabin/động cơ), rad/s ω0 Tốc độ quay trục truyền động ban đầu, rad/s ωmin Tốc độ quay trục truyền động tối thiểu, rad/s ωmax Tốc độ quay trục truyền động tối đa, rad/s Góc điều chỉnh cam nạp và lệnh điều chỉnh góc cam nạp, 𝜑𝐼𝐶𝑃 , 𝜑𝐼𝐶𝑃𝐶𝑀𝐷 tương ứng Góc điều chỉnh cam xả và lệnh điều chỉnh góc cam xả, 𝜑𝐸𝐶𝑃 , 𝜑𝐸𝐶𝑃𝐶𝑀𝐷 tương ứng 𝛥𝑃𝐸𝐺𝑅 Chênh lệch áp suất tại đầu vào và đầu ra van EGR ηmax Hiệu suất cơ học tối đa của tuabin τcomp Mô men xoắn máy nén τturb Mô men xoắn tuabin τext Mô men xoắn tác dụng bên ngoài 𝜏𝐸𝐺𝑅 Hằng số thời gian của EGR 𝜌𝑛𝑜𝑟𝑚 Mật độ chuẩn hóa AFR Tỷ lệ không khí - nhiên liệu 𝐴𝐹𝑅𝑐𝑚𝑑 Tỷ lệ không khí-nhiên liệu yêu cầu AFRstoich/AFRs Tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý tưởng v TDC Điểm chết trên 𝑐𝑝 Nhiệt dung riêng đẳng áp 𝑐𝑣 Nhiệt dung riêng đẳng tích 𝐶𝑝𝑒𝑥ℎ Nhiệt dung riêng của khí thải Số vòng quay của trục khuỷu trên mỗi hành trình công Cps suất (số vòng/hành trình) CutOffFuel Ngắt nhiên liệu Tỷ lệ diện tích van EGR và lệnh tỷ lệ diện tích van EGR, EGRap,EGRapcmd tương ứng. EGRpct Phần trăm van EGR 𝐸𝐺𝑅𝑝𝑐𝑡,𝑐𝑚𝑑 Phần trăm van EGR yêu cầu EngCtrl Khối điều khiển động cơ EngPnt Khối các chi tiết cơ bản của động cơ Env Thông số môi trường EngCtrlOutput Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển động cơ ECT Nhiệt độ nước làm mát EngSpd Tốc độ động cơ EngSpdBpts Điểm tốc độ động cơ EngSpdIndex Chỉ số số phần tử của tốc độ động cơ EngTrq Mô men động cơ Dyno Bộ thử nghiệm động cơ DynoResults Kết quả của khối bộ thử nghiệm động cơ vi DynoCtrl Khối điều khiển bộ thử nghiệm động cơ DynoPlnt Khối các chi tiết cơ bản của bộ thử nghiệm động cơ DecreaseCtrlStep Giảm bước điều khiển DecreaseCtrl Giảm điều khiển 𝑓𝑉𝑖𝑣𝑐 Bảng thể tích xy lanh tại thời điểm đóng van nạp (IVC) 𝑓𝑇𝑀𝑐𝑜𝑟𝑟 Bảng hiệu chỉnh khối lượng khí giữ lại 𝑓𝑎𝑖𝑟𝑐𝑜𝑟𝑟 Bảng hiệu chỉnh lưu lượng khí nạp 𝑓𝑎𝑖𝑟𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 Bảng lưu lượng khí nạp Bảng tra cứu hiệu suất đánh lửa để bù trừ mất mô-men 𝑓𝑀𝑠𝑎 xoắn do chậm đánh lửa từ mức tối ưu Bảng tra cứu hiệu suất Lambda để bù trừ mất mô-men 𝑓𝑀𝜆 xoắn do thay đổi lambda từ mức tối ưu Bảng tra cứu mô-men xoắn do ma sát để bù trừ mất mô- 𝑓𝑇𝑓𝑟𝑖𝑐 men xoắn do ma sát Bảng tra cứu mô-men xoắn nội, cho tiềm năng mô-men 𝑓𝑇𝑞𝑖𝑛𝑟 xoắn tối đa của động cơ tại một tốc độ và tải trọng nhất định 𝑓𝑆𝐴 Bảng tra cứu đánh lửa sớm Bảng tra cứu đánh lửa tối ưu, cho mô-men xoắn nội tối đa 𝑓𝑆𝐴𝑜𝑝𝑡 theo chức năng của tốc độ động cơ và tải trọng 𝑓𝑎𝑖𝑟𝑐𝑜𝑟𝑟 Hàm của tải lý tưởng và tốc độ động cơ 𝑓𝜆𝑐𝑚𝑑 Bảng tra cứu tỉ lệ hòa khí yêu cầu Fraccomplete Hệ số hoàn thành ℎ𝑖𝑛𝑡𝑘 Entanpy riêng tại ống nạp vii ℎ𝑒𝑥ℎ Enthalpy riêng tại ống xả ℎ𝑣𝑜𝑙 Entanpy riêng theo thể tích Kp,idle Hệ số tỷ lệ của bộ điều khiển tốc độ không tải Ki,idle Hệ số tích phân của bộ điều khiển tốc độ không tải IAT Nhiệt độ không khí nạp IVC Xu páp nạp đóng InjPw Độ rộng xung kim phun nhiên liệu IncreaseCtrl Tăng điều khiển IncreaseCtrlStep Tăng bước điều khiển 𝐺𝑛𝑙 Lượng tiêu thụ nhiên liệu trên giờ 𝑔𝑒 Suất tiêu hao nhiên liệu Jshaft Quán tính trục Tải động cơ (khối lượng không khí xy lanh chuẩn hóa) tại L các góc điều chỉnh cam tùy ý, được hiệu chỉnh cho các góc cam điều chỉnh trạng thái ổn định cuối cùng Lcmd Tải động cơ yêu cầu 𝐿𝑒𝑠𝑡 Tải động cơ được tính toán Tải động cơ (khối lượng không khí xy lanh chuẩn hóa) tại 𝐿𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 các góc điều chỉnh cam tùy ý, chưa được hiệu chỉnh cho các góc cam điều chỉnh trạng thái ổn định cuối cùng Giá trị nhiệt lượng thấp của nhiên liệu (Fuel Lower LHV Heating Value) LogCtrlValues(Inx) Gán giá trị điều khiển viii LoadLoggedCtrlValues(Inx) Lấy giá trị điều khiển LoggedTPP Gán giá trị cho phần trăm vị trí bướm ga LoggedWAP Gán giá trị cho van xả LogDataTrigger Kích hoạt dữ liệu Logic Hiệu chỉnh cuối cùng của lưu lượng khí nạp động cơ tại 𝑚̇𝑎𝑖𝑟 các góc cam điều chỉnh trạng thái ổn định 𝑚̇𝑎𝑖𝑟,𝑒𝑠𝑡 Lưu lượng khí nạp động cơ được tính toán 𝑚̇𝑎𝑖𝑟,𝑠𝑡𝑑 Lưu lượng khí nạp động cơ tiêu chuẩn 𝑚̇𝑒𝑥ℎ Lưu lượng dòng khí thải Lưu lượng khí thải cho i = CO2, CO, HC, NOx, không 𝑚̇𝑒𝑥ℎ.𝑖 khí, khí cháy và PM 𝑚̇𝐸𝐺𝑅𝑠𝑡𝑑,𝑐𝑚𝑑 Lưu lượng không khí qua van EGR tiêu chuẩn yêu cầu 𝑚̇𝐸𝐺𝑅𝑠𝑡𝑑,𝑚𝑎𝑥 Lưu lượng không khí qua van EGR tiêu chuẩn tối đa 𝑚̇𝐸𝐺𝑅,𝑐𝑚𝑑 Lưu lượng không khí qua van EGR yêu cầu Lưu lượng không khí qua van EGR áp suất thấp được tính 𝑚̇𝐸𝐺𝑅,𝑒𝑠𝑡 toán 𝑚̇𝐸𝐺𝑅 Lưu lượng không khí qua van EGR 𝑚̇𝑓𝑢𝑒𝑙 Lưu lượng nhiên liệu, g/s 𝑚̇𝑓𝑢𝑒𝑙.,𝑐𝑚𝑑 Lưu lượng nhiên liệu yêu cầu, g/s Lưu lượng tại cổng (cho i = O2, N2, nhiên liệu chưa cháy, 𝑚̇𝑖 CO2, H2O, CO, NO, NO2, PM, không khí và khí cháy) Lưu lượng tại cổng nạp động cơ tại các góc cam điều 𝑚̇𝑖𝑛𝑡𝑘 chỉnh trạng thái ổn định ix 𝑚̇𝑖𝑛𝑡𝑘,𝑏 Lưu lượng khí cháy tuần hoàn 𝑚̇𝑖𝑛𝑡𝑘,𝑒𝑠𝑡 Lưu lượng tại cổng nạp được tính toán Lưu lượng tại cổng nạp động cơ tại các góc cam điều 𝑚̇𝑖𝑛𝑡𝑘𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 chỉnh tùy ý 𝑚̇𝑜𝑟𝑓 Dòng chảy khối lượng Hệ số nhân Lambda trên mô men xoắn để tính đến ảnh 𝑀𝜆 hưởng của tỷ lệ không khí/nhiên liệu (AFR) 𝑀𝑓𝑟𝑖𝑐 Bộ điều chỉnh mô-men xoắn ma sát Khối lượng khí nạp xy lanh động cơ danh định tại nhiệt độ 𝑀𝑁𝑜𝑚 và áp suất tiêu chuẩn, piston ở vị trí điểm chết dưới (BDC) với thể tích tối đa 𝑀𝑆𝐴 Hệ số nhân hiệu suất đánh lửa trễ 𝑀𝑡𝑟𝑎𝑝𝑝𝑒𝑑 Khối lượng khí giữ lại lý tưởng được tính toán MAP Áp suất trung bình tại cổ nạp qua mỗi chu kỳ 𝑀𝐴𝑃𝐼𝑉𝐶 Áp suất cổ nạp tại thời điểm đóng xupap nạp (IVC) Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của khí trong cổ nạp qua MAT mỗi chu kỳ 𝑀𝐴𝑇𝐼𝑉𝐶 Nhiệt độ trong cổ nạp tại thời điểm đóng xupap nạp (IVC) MinTrqCmd Mô men yêu cầu tối thiểu MinTrqStep Khoảng mô men tối thiểu khi thay đổi MaxTrqStep Khoảng mô men tối đa khi thay đổi MaxTurboSpd Tốc độ tối đa của trục Turbo MinCtrlStepSizeReached Đạt được giá trị điều khiển tối thiểu x MaxCtrlStepSizeReached Đạt được giá trị điều khiển tối đa MaxTrqReached Đạt điều khiển môn men tối đa MinCtrlStepSize Khoảng cách tối thiểu của bước điều khiển N Tốc độ động cơ, vòng/phút Nidle Tốc độ không tải cơ bản. Ncyl Số lượng xi lanh động cơ PAmb Áp suất môi trường. 𝑃𝑜𝑢𝑡,𝐸𝐺𝑅 , 𝑃𝑖𝑛,𝐸𝐺𝑅 Áp suất tại đầu vào và đầu ra của van EGR, tương ứng Pr Tỉ lệ áp suất Pstd Áp suất tiêu chuẩn Pvol Áp suất tuyệt đối trong buồng đốt 𝑃𝑤𝑖𝑛𝑗 Độ rộng xung của kim phun nhiên liệu, ms 𝑞𝑖 Lưu lượng dòng nhiệt tại cổng Qfuel Lưu lượng nhiên liệu theo thể tích 𝑄𝑤𝑎𝑙𝑙 Tỷ lệ truyền nhiệt qua tường R Hằng số khí lý tưởng Rair Hằng số khí lý tưởng cho hỗn hợp không khí và khí cháy.
Resetctrl Thiết lập lại điều khiển Sinj Độ dốc kim phun nhiên liệu, mg/ms SA Thời điểm đánh lửa sớm xi Thời điểm đánh lửa sớm tối ưu cho mô-men xoắn nội tối SAopt đa tại tỷ lệ không khí/nhiên liệu (AFR) lý tưởng. Khoảng thời gian chậm đánh lửa từ thời điểm đánh lửa 𝛥𝑆𝐴 sớm tối ưu Sgfuel Trọng lượng riêng của nhiên liệu Stateflow Khối điều khiển trạng thái SiDynoSSSpdCmd Số liệu mô phỏng tốc độ động cơ yêu cầu của xe ảo SiDynoSSTrqCmd Số liệu mô phỏng mô men yêu cầu của xe ảo SiDynoMaxTurboSpd Tốc độ tối đa của trục turbo trong xe ảo SteadyStateFlag Tín hiệu trạng thái ổn định StopCmd Tín hiệu yêu cầu dừng động cơ 𝑇𝑎𝑚𝑏 Nhiệt độ môi trường Mô men xoắn phanh động cơ sau khi tính đến hiệu ứng 𝑇𝑏𝑟𝑎𝑘𝑒 của đánh lửa sớm, tỷ lệ không khí/nhiên liệu (AFR), và ma sát 𝑇𝑐𝑜𝑜𝑙𝑎𝑛𝑡 Nhiệt độ nước làm mát Tcmd Mô men xoắn động cơ yêu cầu 𝑇𝑒𝑥ℎ Nhiệt độ khí thải động cơ Texh,est Nhiệt độ khí thải động cơ được tính toán 𝑇𝑓𝑟𝑖𝑐 Mô men xoắn ma sát bù trừ vào mô-men xoắn nội 𝑇𝑖𝑛,𝐸𝐺𝑅 ,𝑇𝑜𝑢𝑡,𝐸𝐺𝑅 Nhiệt độ tại đầu vào và đầu ra van EGR tương ứng 𝑇𝑝𝑢𝑚𝑝 Mô men xoắn bơm Tstd Nhiệt độ tiêu chuẩn xii Tupstr Nhiệt độ bên trên 𝑇𝑣𝑜𝑙 Nhiệt độ tuyệt đối của khí Mô men xoắn dựa trên áp suất trung bình hiệu dụng được 𝑇𝑞𝑖𝑛𝑟 chỉ thị Tout Nhiệt độ đầu ra Tvol,out Nhiệt độ đầu ra của buồng đốt TAPcmd Phần trăm diện tích bướm ga yêu cầu TPP Phần trăm vị trí bướm ga 𝑇𝑀𝑐𝑜𝑟𝑟 Hệ số nhân hiệu chỉnh khối lượng khí giữ lại Tốc độ dòng tương đương với khối lượng khí giữ lại đã 𝑇𝑀𝑓𝑙𝑜𝑤 hiệu chỉnh tại tốc độ động cơ hiện tại TPPcmd Phần trăm vị trí bướm ga yêu cầu Trqcmd Mô men động cơ yêu cầu Trqcmd,input Mô men xoắn động cơ đầu vào yêu cầu Trqest Mô men xoắn động cơ được tính toán Trqidlecmd,enable Ngưỡng kích hoạt bộ điều khiển tốc độ không tải.