VÀ CHỌN LƢỢNG KHÍ HHO BỔ SUNG
4.2.2 Quy tri ̀nh thực nghiê ̣m
Cố định vị trí tay ga ở các vi ̣ trí tương ứng với 30%, 50% và 70% vị trí tay ga cƣ̣c đại, thay đổi tốc độ quay động cơ bằng cách thay đổi tải của phanh, kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật nhƣ công suất, mômen, suất tiêu hao nhiên liệu và phát thải theo dải tốc độ quay của động cơ Bảng 4.1. Nhiên liệu sử dụng lần lƣợt là đơn nhiên liệu xăng RON92 (đô ̣ng cơ nguyên bản ), hỗn hợp nhiên liệu xăng RON92 với khí HHO và hỗn hợp nhiên liệu xăng RON92 với khí HHO có bổ sung không khí, áp suất trên đường ống khí HHO được giảm áp và luôn luôn giữ ổn định.
Ở mỗi chế độ thực nghiệm , khi bổ sung khí HHO hay khí HHO +không khí, tốc đô ̣ vòng quay của đô ̣ng cơ tăng lên (do bổ sung thêm năng lượng cho đô ̣ng cơ ), cần thiết phải điều chỉnh tăng tải ngoài để đƣa tốc đô ̣ vòng quay về giá tri ̣ chỉnh đă ̣t ban đầu. Với thao tác tăng t ải ngoài để giữ nguyên tốc độ vòng quay , công suất của đô ̣ng cơ tăng lên khi bổ sung khí HHO.
Bảng 4.1 Chế độ thực nghiê ̣m Tốc độ động cơ
(vg/ph) Bướm ga mở 30% Bướm ga mở 50% Bướm ga mở 70%
3200
3600
4000
4400
4800
5200 5600
6000
6400
6800
7200
7600
Động cơ có góc đánh lửa sớm ban đầu f = 150 (điều chỉnh DC-CDI) có khả năng tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo tốc độ quay của động cơ. Vì vậy, trong thực nghiệm không can thiệp vào góc đánh lửa sớm. Ngoài ra quá trình thực nghiệm, động cơ đƣợc làm mát bằng quạt công nghiệp , công suất 160W, nhiệt độ trong phòng thực nghiệm đươ ̣c duy trì trong khoảng 250C -290C.
Quy hoạch và xử lý số liệu thực nghiệm
Động cơ đƣợc vận hành ở chế độ hoạt động ổn định theo dải tốc độ trong bảng 4.1, thực hiện quá trình đo và ghi lại kết quả trung bình của phép đo trong thời gian của phép đo, do người thực nghiệm đặt trên giao diện từ máy tính: Đối với thiết bị đo suất tiêu hao nhiên liệu AVL-733S có sai số của thiết bị là 0,1%, cứ sau 10 giây thiết bị tự đo một lần; đối với băng thử phanh thủy lực (Didacta T101D) có sai số thiết bị băng thử 1%, cứ sau 20 giây thiết bị tự đo một lần; đối với tủ phân tích khí xả CEBII có sai số của thiết bị là 0,3% giá trị cực đại của dải đo, cứ sau 10 giây thiết bị tự đo một lần.
Tất cả các thiết bị đo đƣợc trình bày ở trên đều thực hiện trong thời gian bắt đầu đo và kết thức đo là 2 phút, số lần thực nghiệm đo tại mỗi điểm (tốc độ quay của động cơ) là 3 lần, kết quả đánh giá là kết quả trung bình của 3 lần thực với độ tin cậy > 95% [10]. Nếu có những điểm kỳ dị tiến hành thực nghiệm lại ngay lần đo sau.
4.2.3 Chọn lưu lượng khí HHO và không khí cung cấp cho ca ́ c chế đô ̣ làm viê ̣c của đô ̣ng cơ.
4.2.3.1 Lưu lượng khí HHO cung cấp cho các chế độ làm viê ̣c của động cơ.
Lươ ̣ng khí HHO cung cấp cho đô ̣ng cơ theo các chế đô ̣ thực nghiê ̣m lấy từ số
liê ̣u tính toán ở bảng 3.7 của chương 3. Theo tính toán dựa trên số liê ̣u của bảng này, áp suất dƣ của khí HHO tại vòi phun luôn luôn ổn định và giữ nguyên ở các vị trí độ mở bướm ga 30%, 50% và 70% tương ứng là 0,3 bar, 0,5 bar và 0,5 bar.
Chọn độ chân không ban đầu ở họng là 10 kPa, do đó áp suất tuyệt đối trong họng là 90 kPa.
- Trường hợp 1: Khi p0=1,3 bar = 130 kPa
Đặt p* là áp suất phía sau vòi phun trong trường hợp hệ số Mạch của dòng khí bằng 1 (Ma=1).
Áp dụng công thức 9:
/ 1
*
0
2 1 p k k
p k
(4.1)
Với k là hệ số đoạn nhiệt của chất khí, với khí HHO là chất khí mà phân tử có hai nguyên tử nên k=1,4.
Thay k =1,4 vào (4.1) ta có:
1,4/1,4 1
*
0
2 0,5283
1, 4 1 p
p
→ p*= 0,5283.130 = 68,68 kPa
Như vậy ph = 90 kPa> p* nên dòng khí chảy qua vòi phun là dòng dưới âm, hệ số Mạch của dòng khí đƣợc tính theo công thức sau :
Ma2=5. p0 ph ổ ốỗỗ ử
ứữữ
2/7
-1 ổ
è ỗỗ
ử ứ
÷÷ =5. 130 90 ổ ốỗ ử
ứữ
2/7
ổ -1 è ỗỗ
ử ứ
÷÷ =0,552
→ Ma 0, 744
Công thức tính lưu lượng khối lượng của dòng khí chuyển động qua vòi phun với vận tốc dưới âm [9]:
2/ ( 1)/
0
0 0 0
. 2.
. . 1
1
k k k
b b
R T p p
G k
F p k p p
(4.2) Trong đó:
G – Lưu lượng khối lượng của khí HHO qua vòi phun F – Tiết diện vòi phun (F=1,12.10-3)
R=cp-cv = 287 m2/(s2.K)
Áp dụng công thức (4.2) tính lưu lượng khối lượng của dòng khí chuyển động qua vòi phun với vận tốc dưới âm ta có:
2/1,4 (1,4 1)/1,4
0 0
. 2.1, 4 90 90
. . . 1 0, 643
1, 4 1 130 130
G R T
F p
→ 0, 643.1,3.105 3,14. 1,12.10 32 3
. 0, 281.10 /
287.298 4
G kg s
Theo điều kiện tiêu chuẩn khối lƣợng riêng của HHO là HHO 0,54kg m/ 3 vậy lưu lượng thể tích là:
3 3
0, 281
.10 0,521.10
Q 0,54 (m3/s) = 0,521 (lít/s)
Nhƣ vậy nếu phun liên tục khí HHO với áp suất dƣ 0,3 bar trong 1s thì thể tích khí HHO phun ra là 0,521 lít. Do thời gian phun ở mỗi chu trình chỉ là 2 ms, vì vậy lƣợng khí HHO phun ra ứng với mỗi chu trình là:
- Trường hợp 2: Khi p0=1,5 bar = 150 kPa
1,4/1,4 1
*
0
2 0,5283
1, 4 1 p
p
→ p*= 0,5283.150 = 79,245 kPa
Như vậy ph = 90 kPa> p* nên dòng khí qua vòi phun là dòng dưới âm, hệ số Mach của dòng khí đƣợc tính theo công thức sau:
q = Q.2
1000=0,521.2
1000 =1,042.10-3(lít /cycle)
Ma2=5. p0 ph ổ ốỗỗ ử
ứữữ
2/7
-1 ổ
è ỗỗ
ử ứ
÷÷ =5. 150 90 ổ ốỗ ử
ứữ
2/7
ổ -1 è ỗỗ
ử ứ
÷÷ =0,786
→ Ma 0,886
Áp dụng công thức (4.2) tính lưu lượng khối lượng của dòng khí chuyển động qua vòi phun với vận tốc dưới âm ta có:
2/1,4 (1,4 1)/1,4
0 0
. 2.1, 4 90 90
. . . 1 0, 677
1, 4 1 150 150
G R T
F p
→ 0, 677.1,5.105 3,14. 1,12.10 32 3
. 0,342.10 /
287.298 4
G kg s
Lưu lượng thể tích là:
3 3
0,342
.10 0, 633.10
Q 0,54 (m3/s) = 0,633 (lít/s)
Tương tự khi phun liên tục khí HHO với áp suất dư 0,5 bar trong 1s thì thể tích khí HHO phun ra là 0,633 lít. Do thời gian phun ở mỗi chu trình chỉ là 2 ms, vì vậy lƣợng khí HHO phun ra ứng với mỗi chu trình là:
q = Q.2
1000=0,633.2
1000 =1,266.10-3(lít /cycle)
Với tốc độ động cơ là n(vg/ph) thì số lần phun trong một phút là n/2 do đó lưu lượng HHO (lít/phút) được tính theo công thức (4.3) và được thể hiện trong bảng 4.2.
* .
2
Q q n (4.3)
Bảng 4.2 Lưu lượng khí HHO cung cấp theo vi ̣ trí bướm ga và tốc độ động cơ (lít/phút)
Tốc độ động cơ (vg/ph)
Bướm ga mở 30%, áp suất phun khí HHO là
0,3 bar
Bướm ga mở 50%, áp suất phun khí
HHO là 0,5 bar
Bướm ga mở 70%, áp suất phun khí
HHO là 0,5 bar
3200 1,667
3600 1,876 2,279
4000 2,084 2,532
4400 2,292 2,785
4800 2,501 3,038
Tốc độ động cơ (vg/ph)
Bướm ga mở 30%, áp suất phun khí HHO là
0,3 bar
Bướm ga mở 50%, áp suất phun khí
HHO là 0,5 bar
Bướm ga mở 70%, áp suất phun khí
HHO là 0,5 bar
5200 2,709 3,292 3,292
5600 2,918 3,545 3,545
6000 3,798 3,798
6400 4,051 4,051
6800 4,304 4,304
7200 4,558
7600 4,811
4.2.3.2 Không khí cung cấp cho cá c chế độ làm viê ̣c của động cơ.
Theo phân tích tính toán ở mục 2.3 và mục 3.2.5 thì không khí bổ sung vào động cơ nhờ sự chênh lệch áp suất giữa áp suất khí quyển và áp suất trên đường ố ng nạp tại vị trí lắp van bổ sung không khí . Lưu lươ ̣ng không khí bổ sung được kiểm soát bởi tiết diện của van điều chỉnh lưu lượng và độ chênh áp . Trong phạm vi nghiên cứu này, tiết diê ̣n của van được giữ cố đi ̣nh nên lưu lượn g của không khí bổ
sung hoàn toàn phu ̣ thuô ̣c vào đô ̣ chênh áp và được đánh giá bằng thiết bị đo vận tốc gió (Extech HP 350). Hê ̣ số dư lượng không khí tính toán đươ ̣c hiển thi ̣ bởi hê ̣ thống thiết bi ̣ phân tích khí xả AVL CEBII.