Giám sát tải trọng động cơ diesel thông qua tín hiệu nhiệt độ khí thải

Bài báo giới thiệu phương pháp nhận biết trạng thái tải trọng và xác định điểm làm việc tức thời của động cơ diesel nhờ đo trực tuyến nhiệt độ khí thải khi động cơ đang làm việc. Đặc tính tốc độ của động cơ diesel, quan hệ giữa nhiệt độ khí thải với các chế độ tải trọng được xác định dựa trên một mô hình động cơ tĩnh học, bán thực nghiệm. Việc tính toán định lượng được thực hiện trên thí dụ động cơ diesel 1 xy lanh, D12A.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giám sát tải trọng động cơ diesel thông qua tín hiệu nhiệt độ khí thải THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Giám sát tải trọng động cơ diesel thông qua tín hiệu nhiệt độ khí thải Supervision of engine load through signal of exhaust temperature Bùi Hải Triều, Bùi Việt Đức Học viện Nông nghiệp Việt Nam, haitrieukydol@vnua.edu.vn Tóm tắt Bài báo giới thiệu phương pháp nhận biết trạng thái tải trọng và xác định điểm làm việc tức thời của động cơ diesel nhờ đo trực tuyến nhiệt độ khí thải khi động cơ đang làm việc. Đặc tính tốc độ của động cơ diesel, quan hệ giữa nhiệt độ khí thải với các chế độ tải trọng được xác định dựa trên một mô hình động cơ tĩnh học, bán thực nghiệm. Việc tính toán định lượng được thực hiện trên thí dụ động cơ diesel 1 xy lanh, D12A. Điểm làm việc trên đặc tính động cơ diesel có thể được giám sát bằng một hệ thống đo và xử lý tín hiệu đơn giản với cảm biến số vòng quay động cơ và cảm biến nhiệt độ khí thải. Từ khóa: Động cơ Diesel, đặc tính động cơ, tải trọng động cơ. Abstract The paper presents the methods of identifying the load status and determining the instantaneous operating point of the diesel engine by online measuring exhaust temperature during engine operation. Speed characteristics of the diesel engine, relations between the exhaust temperature with the load mode is determined based on a static model of the engine, semi - empirical. The quantitative calculation is performed in 1-cylinder diesel engine D12A. Working point on diesel characteristics can be monitored by a simple system of measurement and signal processing with rpm engine and exhaust temperature sensor. Keywords: Diesel engine, engine characteristics, engine load. 1. Đặt vấn đề Trong hoạt động thực tế của động cơ đốt trong, nhiệt độ khí thải được sử dụng là một đại lượng đo để giám sát quá trình cháy, để đánh giá tải trọng nhiệt độ của nhóm piston- xy lanh, để nhận biết sai lệch trong quá trình biến đổi năng lượng giữa các xy lanh riêng lẻ và hư hỏng của xu páp xả. Trong các hệ thống giám sát và điều khiển điện tử hiện đại, nhiệt độ khí xả thường dùng làm số đo trạng thái tải trọng của động cơ cùng với các thông số khác là thông số điều khiển hệ thống hồi lưu khí thải và hệ thống lọc muội than [1]. Trong bài báo này tác giả xây dựng một phương pháp xác định điểm làm việc và giám sát tải trọng của động cơ diesel trên cơ sở đo liên tục (online) nhiệt độ khí thải khi động cơ đang làm việc với chi phí đầu tư nhỏ. Thông tin về trạng thái làm việc của động cơ có thể sử dụng làm cơ sở dữ liệu để chẩn đoán, đánh giá trạng thái kỹ thuật của động cơ hoặc làm thông số điều khiển để tối ưu hóa máy kéo hoặc liên hợp máy nông nghiệp trong quá trình sản xuất. 2. Mô hình tính toán nhiệt độ khí thải theo điều kiện làm việc của động cơ Diesel Để nhận biết điểm làm việc và trạng thái tải trọng của động cơ diesel cần biết quan hệ giữa nhiệt độ khí thải với tải trọng ứng với mỗi chế độ làm việc. Quan hệ định lượng giữa nhiệt độ khí thải với tải trọng có thể xác định nhờ các mô hình động cơ mô phỏng trên các phần mềm chuyên dụng như AVL- BOOTS, GT - POWER,… Với độ chính xác chấp nhận được, tác giả sử dụng mô hình động cơ tĩnh, phi tuyến, hàm thực nghiệm được phát triển tại đại học Rostock CHLB Đức [2, 3]. Lược bỏ các mô hình thành phần không liên quan đến mục đích nghiên cứu, mô hình động cơ chỉ còn lại 3 thành phần chính sau đây. Mô hình biến đổi năng lượng trong xy lanh mô tả các quan hệ cơ bản cần xác định. Nhiệt độ khí trong xy lanh được tính theo công thức: HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 197 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 TZ= 0,833Ta +313 (1) Với Ta là nhiệt độ dòng khí vào xy lanh. Lưu khối dòng khí trong xy lanh tại thời điểm bất kỳ được tính theo chế độ danh nghĩa: . . . pz .e .Tz 0 mz  mz0 ( ) (2) pz 0 .e 0 .Tz . Trong đó: e0, m z 0 , pz0, Tz0 là vận tốc góc động cơ, lưu khối. áp suất, nhiệt độ khí trong xy lanh ở chế độ danh nghĩa. Lưu khối dòng khí nạp: . . e . m zL  m z  m (3) e 0 r 0 . Trong đó: m r 0 là lưu khối còn lại trong xy lanh. Lưu khối dòng khí thải có thể tính theo công thức: . . . m zG  m z  mB (4) . . Với m B là lưu khối dòng nhiên liệu vào động cơ. Hệ số dư không khí: . m zL  . (5) . m B .Lmin ...