Đo hệ số tương đương

Phương pháp đo hệ số tương đương fi
của động cơ dual fuel biogas diesel

An Equivalence Ratio f Measurement Method
for Biogas Diesel Dual Fuel Engine

Bùi Văn Ga, Nguyễn Văn Anh, Nguyễn Việt Hải, Võ Anh Vũ, Bùi Văn Hùng
GATEC

Tóm tắt

          Hệ thống đo hệ số tương đương fi của động cơ dual fuel biogas diesel được lắp đặt với 2 cảm biến lưu lượng kiểu sợi nóng của động cơ ô tô. Mối quan hệ giữa hệ số fi thực tế nhận được nhờ phân tích khí sau bộ tạo hỗn hợp và tỉ số điện áp đầu ra của hai cảm biến cho phép ta xác định được hệ số chuẩn của hệ thống đo fi. Hệ số tương đương fi phụ thuộc nhiều vào độ mở bướm ga và thành phần CH₄ trong biogas nhưng ít phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Công suất có ích cực đại của động cơ đạt được ứng với thành phần hỗn hợp hơi giàu. Giá trị fứng với công suất có ích cực đại dịch chuyển dần về phía fi=1 khi hàm lượng CH₄ trong biogas tăng. Phương pháp đo fi của công trình này có thể được áp dụng để thiết kế hệ thống điều khiển tự động động cơ dual fuel biogas diesel.

Abstract

          A system of measuring equivalence ratio fof biogas diesel dual fuel engine is established by 2 hot wire sensors of automobile. The relationship between real fi given by gas analysis in downstream of mixer and ratio of output voltage of the two sensors allows us to determine calibrated coefficient of the system. Equivalence ratio fi strongly depends of opening level of throttle valve and on CH₄ composition in biogas but it slightly depends on engine speed. Maximum brake power of the engine is obtained with a slightly rich mixture. As CH₄ composition in biogas increases, fcorresponding to maximum brake power moves gradually toward fi=1. The results of this work can be applied to design an automatic control system for biogas diesel dual fuel engine.

          Nếu xem biogas chỉ chứa hai thành phần chính là CH₄ và CO₂ thì hệ số tương đương fi được xác định theo biểu thức sau:
                                                           (1)         
          Trong đó Q_bio là lưu lượng biogas (kg/s), Q_air là lưu lượng không khí (kg/s), x là thành phần CH₄ trong biogas tính theo thể tích.
          Do lưu lượng lưu chất đi qua cảm biến là hàm số theo điện áp đầu ra và hệ số tương đương của hỗn hợp phụ thuộc vào tỉ số Q_bio/Q_air nên ta không cần chuẩn chính xác lưu lượng của cảm biến mà chỉ cần chuẩn hệ số tương đương theo tỉ số E_bio/E_air của điện áp đầu ra các cảm biến. Biểu thức (1) có thể viết lại như sau:
                         fi=k. j(x).E_bio/E_air                                                             (2)         
          Trong đó k là hệ số chuẩn, j(x) là hệ số phụ thuộc hàm lượng x% CH₄ trong biogas:

                                                         (3)

  Kết quả nghiên cứu trên đây cho phép chúng ta rút ra được những kết luận sau:

–      Có thể chế tạo được hệ thống đo hệ số tương đương fi của động cơ dual fuel biogas diesel bằng 2 cảm biến lưu lượng kiểu sợi nóng của ô tô.
–      Hệ số chuẩn k của hệ thống đo fi  dao động trong phạm vi hẹp theo hàm lượng CH₄ trong biogas và có thể biểu diễn bằng hàm số bậc 1 theo độ mở bướm ga.
–      Hệ số tương đương f biến thiên mạnh theo độ mở bướm ga và theo hàm lượng CH₄ trong biogas nhưng ít bị ảnh hưởng bởi tốc độ động cơ.
–      Công suất có ích của động cơ đạt giá trị cực đại ứng với hỗn hợp hơi giàu. Khi hàm lượng CH₄ trong biogas càng lớn thì vị trí fứng với công suất có ích cực đại càng dịch về phía fi=1
–      Có thể áp dụng hệ thống xác định fkiểu sợi nóng để điều khiển tự động động cơ động cơ dul fuel biogas diesel.