CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN HÀM LƯỢNG PHÁT THẢI TỪ SỐ LIỆU ĐO LIÊN TỤC
2.1. Hệ thống thử nghiệm đo phát thải liên tục với xe máy
2.1.1. Cấu tạo hệ thống
a. Sơ đồ chung của hệ thống Gồm các khối chính sau đây:
-Băng thử Chassis dynamometer 20’’ (CD 20’’) - Khối lấy mẫu khí thải với thể tích không đổi CVS - Tủ phân tích khí thải CEBII.
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống thử nghiệm khí thải xe máy
Hệ thống CVS Máy tính điều
khiển toàn hệ thống
Màn hình hỗ trợ người lái
Thiết bị xác định lưu lượng Tủ chứa túi khí
Tủ phân tích khí
Lọc khí pha loãng
Bơm hút
Bơm hút
Băng thử xe máy 20”
Quạt gió
Hình 2.2. Sơ đồ thiết bị kiểm tra khí thải xe máy b. Kết cấu băng thử CD 20’’
Băng thử động học gồm một động cơ điện công suất 23,9kW dẫn động con lăn thông qua hộp số làm liền động cơ. Con lăn của băng thử có đường kính 20’’(508mm), bề mặt con lăn được phủ một lớp tạo ma sát để dễ dàng dẫn động bánh xe máy, trên trục con lăn có gắn cảm biến đo tốc độ động cơ. Vì trục con lăn chính là trục động cơ điện cho nên từ tốc độ con lăn ta có thể xác định được tốc độ xe. Bánh đà và đĩa phanh (phanh hơi) được gắn trên trục động cơ và con lăn có nhiệm vụ tích lũy năng lượng. Qua đó ổn định quá trình chạy của xe, giúp người lái theo chu trình thử được dễ dàng giảm tối thiểu các lỗi vượt ra ngoài miền dung sai cho phép của đường thử. Trên động cơ chính còn có cơ cấu đo lực dùng nguyên lý phanh điện xoay chiều.
Xe được giữ trên băng thử bằng cơ cấu kẹp bánh xe sử dụng khí nén, với áp suất nén 4,5→10 bar. Nó có tác dụng giữ chặt xe trong suốt chu trình thử để đảm bảo cho người vận hành.
Quạt gió được gắn liền với băng thử nên có khả năng tạo ra vận tốc gió thay đổi theo vận tốc con lăn trên băng thử có tác dụng làm mát động cơ trong quá trình thử nghiệm.
- Các thông số cơ bản của quạt:
+ Lưu lượng quạt 32000m3/h.
+ Áp suất tĩnh: 600Pa, tổng áp suất: 837Pa, áp suất hút ở 200C là 101kPa, công suất : 12,29kW
+ Thời gian khới động chuẩn: 5,2s + Kích thước cửa quạt: 800*600mm.
Thông số của băng thử
Băng thử chassis dyno 20’’ được thiết kế để mô phỏng lại khối lượng của xe trong phạm vi 80kg đến 350kg.
Quán tính cơ sở của con lăn tương đương với khối lượng của xe khoảng 170kg.
Lực kéo lớn nhất của động cơ ở chế độ động cơ là 1512N ở 90 km/h. Lực kéo lớn nhất ở chế độ máy phát là 1680N ở 90 km/h.
Lực kéo lớn nhất của động cơ ở chế độ khi sử dụng nhiều là 945N ở 90 km/h. Ở chế độ máy phát sử dụng nhiều là 1040N ở 90 km/h.
c. Giới thiệu hệ thống lấy mẫu khí xả CVS (Constant Volume Sampling)
Hệ thống lấy mẫu khí xả CVS của hãng AVL cung cấp các phương pháp để thực hiện việc xem xét và đánh giá hoặc tự động điều chỉnh, với các phép đo chính xác thành phần các chất có trong khí thải. Hệ thống này hiện nay cho ta các kết quả phù hợp với các tiêu chuẩn thử của châu Âu và Mỹ. Hệ thống lấy mẫu không đổi AVL CEC CFC kết hợp với các bộ xử lý thích hợp sẽ cung cấp chính xác kết quả đo và các thành phần phát ra trong khí xả của động cơ trên một thiết bị vận tải, nhờ Dynamometer giả lập quá trình chuyển động của xe trên đường thật.
Trong mỗi pha của quá trình thử, dòng khí xả sẽ được làm loãng với không khí đã qua lọc tạo thành khí xả loãng, các mẫu khí xả loãng và không khí lọc được đưa vào các túi khí (Tedlar), và chỉ cần tính toán lưu lượng của khí xả loãng.
Các ống Venturi với lưu lượng tới hạn được sử dụng cho phép đo lưu lượng của khí xả loãng, thông qua tốc độ âm thanh ở cổ ống. Thể tích của khí qua ống không phụ thuộc vào sự tăng áp suất và nhiệt độ.
d. Kết cấu của tủ CEBII.
Tủ phân tích khí xả CEBII với kết cấu là hệ thống đo lường thực hiện bởi các môđun, cho phép đo đối với các thành phần NO, NOx, CO, CO2, O2, HC có trong khí xả.
Hình 2.3. Tủ CEBII
1: Máy tính tích hợp trong tủ; 2: Khối SCU; 2a: HCU khối làm nóng; 2b: Khối làm lạnh; 2c: Khối điều khiển SCU; 2d: Vùng dành cho ERG; 3: Các bộ phân tích.; 4:
Bảng đồng hồ khí; 5: Công tắc hệ thống; 6: Khối chuẩn đoán; 7: Các đường khí và nguồn điện.
Vị trí các môđun trong tủ phân tích.
Ngăn thứ nhất: Thường được dùng để lắp bộ tuyến tính hóa và đo hiệu suất chuyển đổi NO2 thành NO (Diagnostic Unit). Do hệ thống này không cần thường xuyên sử dụng vì thế để tiết kiệm chi phí, bộ tuyến tính hóa và đo hiệu suất chuyển đổi NO2 thành NO được lắp trên một giá đỡ di động, do đó ngăn này có khi là ngăn trống.
Ngăn thứ hai: được đặt một máy tính tích hợp là bộ điều khiển trung tâm trong hệ thống đo lường của tủ CEBII. Máy tính công nghiệp này hoạt động trên nền Windows NT với phần mền được cài đặt sẵn là phần mền GEM 110. Hai đồng hồ phía dưới chỉ áp suất khí nén compr air, và khí làm sạch blackflush, áp suất chỉ định là 6 bar. Phía dưới các đồng hồ đo áp suất là các đầu nối khí vào được sử dụng trong quá trình tuyến tính hóa bộ phân tích.
Tiếp theo phía dưới của máy tính (ngăn thứ ba) là bộ phân tích O2 có dải đo từ 1% đến 25%. Tùy theo hàm lượng O2 như thế nào mà hệ thống sẽ chọn dải đo phù hợp.
Dưới bộ phân tích O2 là hai bộ phân tích CO và CO2 (ngăn thứ 4). Bộ phân tích CO được chia làm hai loại CO low với khoảng đo là 30ppm tới 2500ppm và CO hight có khoảng đo là 0,5% đến 10%. Bộ phân tích CO2 thì có chung một khoảng đo đó là 0,5% đến 20%. Bên cạnh bộ phân tích CO và CO2 có hệ thống các van kim để điều chỉnh lưu lượng khí vào các bộ phân tích, lưu lượng này được thể hiện thông qua các ống chỉ lưu lượng đặt ở phía dưới các van kim.
Ngăn thứ năm: có bộ phân tích HC cùng có khả năng đo lượng HC trong khoảng 9ppm đến 30%. Tuy nhiên để tăng độ chính xác, các bộ phân tích lại được chia ra để đo lượng HC cao và thấp.
Ngăn thứ sáu: được để một bộ phân tích NO và NOx, bộ phân tích này có khoảng đo 50ppm đến 10000ppm. Bên cạnh ngăn thứ sáu tượng tự như ngăn thứ năm có các đồng hồ chỉ áp suất khí H2/He, khí cháy và đồng hồ chỉ áp suất khí nền. Ngoài ra còn có một van kim điều chỉnh lượng O2 vào bộ phân tích và có một ống chỉ lưu lượng khí nhưng tất cả đều dùng để đo cho bộ phân tích HC còn lại.
Ngăn thứ bẩy: là khối SCU. Bộ sấy nóng khí mẫu SCU (Sample Conditioning Unit) bao gồm tất cả các thành phần thực hiện và điều chỉnh sấy mẫu khí.
Với bộ phân tích HC và bộ phân tích NOx hơi nước không làm sai lệch kết quả đo, nhiệt độ đo yêu cầu phải cao để tránh sai số khi đo vì vậy cần phải sấy nóng khí mẫu. Khối làm nóng khí mẫu (heat sample unit): kết hợp đường làm nóng và một bơm khí làm nóng với một bộ lọc sơ cấp và một bộ lọc thứ cấp tại đường vào. Bơm
có thể có hai đường vào một đường dùng để đo trực tiếp khí xả không pha loãng lấy trực tiếp từ ống xả động cơ qua bộ lọc frefilter vào tủ, một đường lấy khí xả đã pha loãng lấy từ hệ thống CVS. Các van điều khiển đường đi của khí qua bộ ion hóa ngọn lửa FID và bộ phân tích quang hóa CLD cũng được tích hợp vào trong khối này.
Đối với các bộ phân tích CO, CO2, O2 thì ngược lại, để đo chính xác lại phải làm lạnh mẫu khí để loại bỏ đi hơi nước bởi vì hơi nước trong trường hợp này có ảnh hưởng lớn tới kết quả đo. Nó là nguyên nhân sinh ra sai số trong trường hợp này. Vì vậy cần tính toán nhiệt độ của khí để loại bỏ nước trong khí xả mẫu. Yêu cầu này được áp dụng cho tất cả các bộ phân tích không làm nóng như CO, CO2, O2.