Nghiên cứu chế tạo hệ thống xác định đặc tính lưu lượng phun của kim phun diesel cao áp 2

MẪU 14KHCN 7 II Kết quả nghiên cứu 2 1 Đặt vấn đề Động cơ diesel được sử dụng nhiều trên thế giới do hiệu suất nhiệt cao Tuy nhiên, khí thải từ động cơ diesel là một vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng tới môi trường và là một trong các tiêu chí quan trọng nhất trong sản xuất ô tô sử dụng động cơ đốt trong Quá trình cháy trong động cơ diesel là nguyên nhân hình thành khí thải và được chủ yếu điều khiển bởi quá trình phun nhiên liệu Vì vậy, nghiên cứu đặc tính phun nhiên liệu của kim phun để đánh giá.

II Kết nghiên cứu 2.1 Đặt vấn đề Động diesel sử dụng nhiều giới hiệu suất nhiệt cao Tuy nhiên, khí thải từ động diesel vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng tới mơi trường tiêu chí quan trọng sản xuất ô tô sử dụng động đốt Quá trình cháy động diesel ngun nhân hình thành khí thải chủ yếu điều khiển trình phun nhiên liệu Vì vậy, nghiên cứu đặc tính phun nhiên liệu kim phun để đánh giá tác động lượng phun nhiên liệu ban đầu q trình hịa trộn với khơng khí hình thành nên hỗn hợp hịa khí ảnh hưởng liên tiếp tới bùng cháy động cơ, sau nhiệt độ q trình cháy, khí thải động cơ, công suất động cấp thiết Bên cạnh đó, q trình hoạt động điều kiện thực tiễn, với chế độ vận hành thay đổi liên tục, kim phun diesel động cơ, tơ xảy hư hỏng rò rỉ kim phun, cháy cụm điều khiển điện tử, nghẹt kim phun… Xem xét thực tế gara tơ, phịng thí nghiệm-xưởng thực hành tơ, đại lý bảo dưỡng-sửa chữa ô tô… hệ thống kiểm tra kim phun điện tử common rail (Diesel common rail injection pump test bench) sử dụng phổ biến kiểm tra tính hoạt động ổn định kim phun động (tình trạng kỹ thuật kim phun, rò rỉ nhiên liệu kim phun), sử dụng áp suất cao nhiên liệu tạo hệ thống nén áp suất cao (400bar2000bar) để xúc rửa kim phun Tuy nhiên, hệ thống thiết bị nhập hồn tồn với giá tiền lớn Hình thiết bị test kim phun nhập từ Hàn Quốc Hình 1: Diesel fuel injection pump tester Do đó, cơng trình bước đầu nghiên cứu chế tạo hệ thống xác định đặc tính lưu lượng phun nhiên liệu diesel áp suất cao điều kiện mô hoạt động hệ thống phun dầu diesel common-rail Hệ thống thiết kế tạo nhiên liệu áp suất cao, chủ động điều khiển chế độ phun nhiên liệu điện tử, thời gian phun nhiên liệu đo đặc tính phun nhiên liệu dựa nguyên lý chênh lệch áp suất nhiên liệu phun kết hợp sử dụng cảm biến áp suất để xác định độ tăng áp suất hệ thống buồng đo kín nén nhiên liệu Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng cụm hệ thống cung cấp áp suất nhiên liệu cao (lên tới 1600bar), cụm hệ thống điều khiển chủ động chế độ kim phun điện tử (chiến thuật phun nhiên liệu) cụm hệ thống buồng đo kín xác định đặc tính phun nhiên liệu (thời điểm phun nhiên liệu, chiều dài phun nhiên liệu thực tế, tốc độ dòng phun, lượng nhiên liệu phun, hiệu suất kim phun nhiên liệu,…) 2.2 Mục tiêu a Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu chế tạo hệ thống đo đặc tính lưu lượng tia phun nhiên liệu áp suất cao điều kiện hoạt động tương tự hệ thống nhiên liệu common-rail b Mục tiêu cụ thể: - Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển cung cấp ổn định áp suất phun cao áp với dãy áp suất từ 600bar tới 1600bar - Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển kim phun có khả thay đổi đa dạng chiến thuật phun (1 lần, lần, nhiều lần), thời điểm phun khoảng thời gian phun điều khiển xác - Thiết kế chế tạo hệ thống đo lưu lượng phun nhiên liệu áp suất cao 2.3 Phương pháp nghiên cứu TT Các nội dung, công việc chủ yếu Phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận Kết đạt 4.1 Tổng quan ứng dụng Phân tích nghiên cứu đặc tính tia tổng hợp phun động diesel phun dầu điện tử phương pháp đo lưu lượng tia phun Tìm kiếm thu thập Báo cáo phân tài liệu tham khảo tích tổng quan ứng dụng 4.2 Tổng quan thiết bị Phương pháp kiểm tra kim phun diesel khảo sát áp suất cao Tìm kiếm thu thập Báo cáo phân tài liệu tham khảo tích tổng quan thiết bị 4.3 Cơ sở lựa chọn bơm cao Phương pháp áp, motor điện tính tốn, phân tích Tính tốn thơng số đặc tính motor Báo cáo sở lựa chọn thiết bị 4.4 Thiết kế mạch điều khiển Phương pháp bơm cao áp kim phun thiết kế, phân điện tử tích, chế tạo Tham khảo tài liệu thiết kế, chế tạo mạch Nguyên lý điều khiển mạch điều khiển kim phun diesel điện tử Nguyên lý điều khiển mạch điều khiển bơm nhiên liệu nén áp suất cao 4.5 Xây dựng hệ thống thu Tìm hiểu thập tín hiệu hiển thị thiết kế hệ thống thu hoạt động thập tín hiệu Tham khảo tài liệu hướng dẫn thiết kế hệ thống thu thập tín hiệu Phần mềm điều khiển hiển thị hoạt động 4.6 Thiết kế 3D gia công Phương pháp chế tạo, lắp ráp buồng đo thiết kế, gia áp suất nhiên liệu công chế tạo Tham khảo tài liệu, thiết kế 3D chi tiết, xuất vẽ kỹ thuật Tập vẽ tiêu chuẩn kỹ thuật Thử nghiệm phân tích Lắp ráp cụm, kết nối hệ thống lập bảng điều kiện thử nghiệm Số liệu thử nghiệm phân tích đánh giá hoạt động hệ thống 4.7 Thử nghiệm phân tích số liệu Buồng đo chế tạo 2.4 Tổng kết kết nghiên cứu 2.4.1 Tổng quan nghiên cứu đặc tính tia phun động diesel phun dầu điện tử phương pháp đo lưu lượng tia phun a) Tình hình nghiên cứu quốc tế Ngày với phát triển cơng nghiệp, nhu cầu vận chuyển hàng hóa phương tiện giao thông ngày tăng Đặc biệt động Diesel sử dụng rộng rãi động xăng có hiệu suất nhiệt cao Tuy nhiên khí thải tạo từ động diesel (NOx, CO, SOOT, HC, …) vấn đề quan tâm liệt, tác động trực tiếp đến ô nhiễm môi trường sức khỏe người Vì tiêu chuẩn khí thải ngày cao đưa quốc gia giới áp dụng Việc quy định áp dụng tiêu chuẩn khí thải thúc đẩy nhà khoa học công ty sản xuất ô tô cải tiến công nghệ phun nhiên liệu giúp làm giảm lượng khí thải tạo Tác giả D Wang ctg (2017) [1], F Mallamo ctg (2014) [2], M Badami ctg (2001) [3] nghiên cứu việc thay đổi chiến lược phun (phun lần, phun lần, phun lần) đồng thời kết hợp chiến thuật phun với cơng nghệ hồi lưu khí thải EGR (Exhaust Gas Recirculation) động diesel kết luận viêc thay đổi chiến thuật phun nhiều lần giúp làm giảm lượng khí thải NOx (0.1g/kWh), PM giảm tiếng ồn động gây Đồng quan điểm với nghiên cứu ảnh hưởng chiến thuật phun nhiên liệu nhiều lần đến hàm lượng khí thải động diesel, nghiên cứu tác dụng chiến thuật phun nhiều lần động diesel hệ thứ xe du lịch tác giả G M Bianchi & P Pelloni (2004) [4] cho thấy chiến thuật phun nhiều lần có hiệu việc giảm hình thành NOx, SOOT Nghiên cứu điều kiện sử dụng chiến thuật phun (phun mồi – phun phun mồi lần – phun mồi lần – phun chính) để đánh giá tác động chiến thuật phun đến khí thải tác giả Jinwoo Lee ctg (2009) [5] đưa nhận định lượng NO khí thải tạo chiến thuật phun mồi lần thấp từ 73% tới 84% so với chiến thuật phun mồi lần lượng phát thải HC tạo giảm 50% Một nghiên cứu thử nghiệm bổ sung thực tác giả Yi Liu Rolf D Reitz (2005) [6] để tối ưu hóa q trình đốt cháy phát thải sử dụng chiến thuật phun nhiều lần Kết việc tách trình phun thành lần giải pháp để tối ưu hóa động cơ, lần phun mồi giúp giảm lượng tiêu hao nhiên liệu (BSFC) cải thiện hiệu suất, khí thải, khoảng thời gian chờ lần phun mồi phun ảnh hưởng đến trình đốt cháy động Hiệu suất, khí thải, đặc tính q trình cháy động không bị ảnh hưởng chiến thuật phun mà chiều dài thời gian phun tác động nhiều đến yếu tố đó, nghiên cứu tác giả Sakthivel Gnanasekaran ctg (2016) [7] ảnh hưởng thời gian phun đến hiệu suất khí thải, đặc tính đốt cháy động DI sử dụng nhiên liệu diesel sinh học chứng minh tăng thời gian phun hiệu suất nhiệt động tăng, lượng khí thải NOx thấp 2% tới 4% so với dầu diesel đồng thời lượng HC, CO giảm tăng thời gian phun Đặc tính tốc độ phun nhiên liệu không tác động đến tốc độ tỏa nhiệt q trình cháy động mà cịn tác động đến độ ồn hoạt động động mối tương quan hình thành khí thải NOx –Soot trình bày qua nghiên cứu tác giả Payri ctg (2016) [8], tác giả Yu ctg (2012) [9] Trong nỗ lực giảm hình thành PM NOx việc điều khiển xác tốc độ lưu lượng phun nhiên liệu theo điều kiện hoạt động động (tốc độ, tải, …), tác giả Hwang ctg (1999) [10] nghiên cứu ảnh hưởng lưu lượng phun nhiên liệu tới khí thải động diesel kết luận có kết đặc tính tối ưu lưu lượng phun theo điều kiện hoạt động động Hình sơ đồ tổng quan hệ thống nghiên cứu đặc tính phun nhiên liệu áp suất cao mà số nghiên cứu giới dùng để thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng tính chất vật lý/hố học loại nhiên liệu tới đặc tính tia phun, từ xác định ảnh hưởng tới cơng suất, khí thải động R Munsin ctg (2015) [11], Lucio Postrioti ctg (2014) [12], Prathan Srichai ctg (2018) [13] Hình 2: Sơ đồ hệ thống đo đặc tính lưu lượng phun nhiên liệu [11] 10 Hệ thống phun dầu điện thử common-rail hệ thứ ứng dụng phổ biến dựa yêu cầu đạt tiêu chuẩn khí thải Euro IV tiêu chuẩn cao mà nhiều quốc gia áp dụng phổ biến hệ thống dòng xe ô tô tải, ô tô khách động diesel (VM MOTORI 2516 Turbocharged Valve D.I diesel engine cho xe khách, Toyota Corolla 1.4 D-4D,…) [14] Với mục tiêu đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro ngày cao, việc sử dụng kết hợp công nghệ xử lý khí thải DE-NOx dùng xúc tác, tối ưu hố buồng đốt-họng nạp, kết hợp với hệ thống phun dầu common-rail cần thiết [4] Từ nghiên cứu cho thấy việc áp dụng công nghệ phun nhiên liệu điện tử áp suất cao common rail kết hợp với chiến thuật phun nhiều lần với thay đổi đặc tính tốc độ phun (thời điểm phun, chiều dài thời gian phun, …) giúp làm giảm lượng khí thải hình thành q trình đốt cháy nhiên liệu động tăng hiệu suất động b) Tình hình nghiên cứu nước Hiện có nghiên cứu đặc tính chùm tia phun nhiên liệu diesel dự đoán ảnh hưởng phát triển chùm tia phun tới trình cháy động Việt Nam Tác giả Tuấn Hoàng ctg (2018) [11] công bố nghiên cứu ảnh hưởng đặc tính nhiên liệu sinh học sản xuất từ dừa (coconut straight bio-oils) khía cạnh nghiên cứu chùm tia phun (chiều dài chùm tia phun, đường kính tia) với kết luận kết từ đặc tính tia phun hỗ trợ giải thích chế bẻ gãy chùm tia phun hồn tồn giải thích từ đặc tính nhiên liệu (độ nhớt, mật độ phân tử, sức căng bề mặt) Tuy nhiên, nội dung nghiên cứu kết từ việc sử dụng phương trình tốn học mơ chưa có thực nghiệm chứng minh kết nghiên cứu đặc tính chùm tia phun sau khỏi kim phun Nghiên cứu khác tác giả Tuấn Hoàng ctg (2018) [15], [16] hình thành soot kim phun động diesel sử dụng dầu biodiesel có xét đến yếu tố kết cấu kim phun (nozzle hole, injector tip) nói tăng muội than (soot) bám kim phun bị ảnh hưởng áp suất phun nhiên liệu, vận tốc tia nhiên liệu, lưu lượng nhiên liệu phun với dầu biodiesel ảnh hưởng đến hiệu suất phun nhiên liệu ảnh hưởng cơng suất khí thải động Tác giả Phạm Văn Việt (2019) [17] nghiên cứu vận tốc tia phun khỏi kim phun sử dụng phần mềm mô Diesel-RK cho nhiên liệu biodiesel sản xuất từ dầu cọ (Palm biodiesel), kết từ thí nghiệm mơ hỗ trợ cung cấp liệu hữu ích hình thành NOx soot sử dụng tỉ lệ hòa trộn khác biodiesel với diesel Khảo sát sơ nghiên cứu thực nước cho thấy việc đánh giá tác động yếu tố ảnh hưởng tới chùm tia phun chưa đầy đủ, kết chủ yếu từ thí nghiệm mơ chưa có kết thực nghiệm thí nghiệm để nghiệm chứng, chưa có nhiều nghiên cứu ứng dụng loại nhiên liệu sinh học khác tác động đặc tính nhiên liệu tới phun, hịa trộn khí thải động Bên cạnh đó, việc kế thừa kết từ đánh giá ảnh hưởng đặc tính tia phun (với thông số điều khiển gồm áp suất phun nhiên liệu, thời gian phun, số lần phun, kết cấu kim phun) tới nghiên cứu thực nghiệm cơng suất, khí thải động diesel chưa thực 11 c) Phương pháp đo lưu lượng tia phun nhiên liệu diesel- Phương pháp Zuech Hình 3: Sơ đồ minh hoạt nguyên lý đo lưu lượng Nghiên cứu đo lưu lượng nhiên liệu phun từ kim phun diesel hệ thống phun nhiên liệu điện tử áp suất cao tham khảo từ phương pháp Zuech [18] Hình minh họa nguyên lý đo lưu lượng tia phun phương pháp Zuech Phương pháp thể buồng kín chứa nhiên liệu diesel nén áp suất ban đầu (áp suất P) kim phun diesel phun nhiên liệu áp suất cao vào buồng chứa làm tăng áp suất buồng chứa lên giá trị ΔP Quá trình tăng chênh lệch áp suất tỉ lệ với lượng nhiên liệu phun vào buồng chứa kín tính cơng thức dựa định luật bảo tồn khối lượng, lưu lượng lý thuyết tính dựa vào phương trình Bernoulli phương trình liên tục [19] K=V ΔP ΔV m measured = (1) dm V dP = f dt K dt (2) m theory =n orifice A 2ΔP.ρ f (3) Trong đó: K hệ số hiệu chỉnh độ nén nhiên liệu bulk modulus (MPa) V thể tích buồng chứa nhiên liệu (m3) ΔV độ chênh lệch thể tích buồng chứa nhiên liệu (m3) ΔP độ chênh lệch áp suất trước sau phun nhiên liệu (MPa) f density nhiên liệu (kg/m3) dm/dt lưu lượng nhiên liệu phun (mg/ms) dp/dt tốc độ tăng áp suất buồng chứa (MPa/ms) 2.4.2 Tổng quan thiết bị kiểm tra kim phun diesel áp suất cao 12 Trên thị trường có nhiều loại hệ thống kiểm tra kim phun diesel điện tử nhập từ nước Một số hệ thống phổ biến dễ dàng tìm thấy hệ thống kiểm tra kim phun hãng KOENG hình nhập từ hàn quốc Loại cung cấp áp suất nén nhiên liệu lên tới 1350bar, kiểm tra đa dạng kim phun hãng Bosch, Delphi, Denso, Piezo, Siemens [20] Ngoài ra, hãng sản xuất cung cấp nhiều dòng sản phẩm khác CRDI-100, CRDI-400, CRD-2000, CRD-3000, HPT1000…với mức nén áp suất nhiên liệu diesel đa dạng từ 0bar lên 2500bar, kiểm tra nhiều kim phun lúc minh hoạ hình Hình 4: High pressure pump test CRD-3000 (Korea) Một số sở giáo dục đại học sử dụng hệ thống kiểm tra kim phun loại common rail injector tester CRDI-100 (Koeng-Korea) , loại CR-NT815 (Nantai-China) hình 5, loại CRD 2000 (Koeng-Korea) hình 6, loại TST-C75 (China) hình 13 Hình 5: Băng thử Common rail injector tester CRDI-100 (Korea) CRD 2000 (China) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Hình 6: Băng thử Common rail injector tester CRD 2000 (Korea) Trường Đại học Trần Đại Nghĩa TPHCM 14 Hình 7: Băng thử injector tester TST-C75 (China) Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Các bảng giới thiệu tổng quan thông số kỹ thuật số hệ thống kiểm tra kim phun diesel áp suất cao Bảng 1: Thông số kỹ thuật Common rail injector tester CRDI-100 CR-NT815 Thông số\Hệ thống Áp suất nén nhiên liệu Loại kim phun Số lượng kim phun/1 lần test Khối lượng Chế độ kiểm tra Nguồn điện CRDI-100 [25] 100bar÷1350bar, up to 1600bar Bosch, Denso, Delphi, Siemens (Piezo type) CR-NT815 Bosch, Denso, Delphi, Siemens (Piezo type) kim kim 0bar÷1800bar 150kg 1000kg Áp suất phun thấp, trung Theo Bosch common rail bình, cao chế độ phun system (CP3) mồi pha, 220V/50~60Hz, 1kW pha, 380V/50~60Hz 15 Bảng 2: Thông số kỹ thuật Common rail injector tester CRD-2000 TST-C45 Thông số\Hệ thống Áp suất nén nhiên liệu Loại kim phun Số lượng kim phun/1 lần test Khối lượng Chế độ kiểm tra Nguồn điện CRD-2000 TST-C45 [26] 0bar ÷ 2000bar 0bar ÷ 60bar Bosch, Denso, Delphi, Bosch, Denso, Delphi, Siemens (Piezo type) Siemens kim 12 kim 150kg 950kg Xúc rửa kim phun với áp Xúc rửa kim phun với áp suất phun thấp, trung suất phun thấp, trung bình bình, cao 380V/220V/50~60Hz, 220V/50~60Hz, 10HP Cùng chức với dòng thiết bị khác phận tạo áp suất nhiên liệu (bơm cao áp dạng nén nhiên liệu lỏng, bơm cao áp dạng bơm khí tác động lên piston nén nhiên liệu lỏng…), chế hiển thị chế độ vận hành, số lượng kim phun hãng sản xuất kim phun kiểm tra, số hãng sản xuất hệ thống khảo sát Cardiv-Korea [21], Hience (CR318)-China [22], Dieselland (Cruis)-Estonia [23], Dieselevante (Unitec)-Italy [24],… Hình 8: High pressure pump test CR318 (Hience-China) 16  Cụm hệ thống điều khiển hiển thị Chức cụm hệ thống điều khiển, hiển thị ghi nhận giá trị đo trình vận hành Hình 39 giao diện theo dõi trình nén áp suất hệ thống cao áp nhằm xác định độ hoạt động ổn định hệ thống có đạt giá trị áp suất nén mong muốn Khi đảm bảo giá trị áp suất nén tích áp đạt giá trị điều khiển mong muốn theo tính tốn quan sát giá trị áp suất buồng đo Zuech, người điều khiển kích hoạt nút nhấn để kim phun nhiên liệu vào buồng đo Hình 39: Màn hình quan sát hoạt động hệ thống nén áp suất cao Phụ thuộc vào yêu cầu người sử dụng mà chiến thuật phun nhiên liệu lựa chọn phun lần, phun nhiều lần, hay chế độ xúc rửa-vệ sinh kim phun Khi nút nhấn kích Điện áp kim phun Xung tín hiệu thời gian phun Áp suất buồng đo Hình 40: Tín hiệu thời gian mở kim phun (chế độ phun lần), điện áp kích kim độ tăng áp suất buồng đo 800bar rail, 2.5ms 40 hoạt, kim phun nhận tín hiệu từ EDU truyền tới kích kim Tín hiệu điều khiển thời gian phun nhiên liệu buồng đo điện áp kích kim ghi nhận oscilloscope hình 40 Hình 41: Sơ đồ minh hoạ chiến thuật phun nhiên liệu [39] Hình 41 sơ đồ minh hoạ chiến thuật phun chế độ phun lần, lần, lần từ nghiên cứu tác giả How H.G ctg [39] nhằm đánh giá ảnh hưởng thời điểm phun chiến thuật phun tới cơng suất, khí thải trình cháy động diesel sử dụng nhiên liệu biodiesel Trong đề tài nghiên cứu phát triển cụm hệ thống điều khiển kim phun này, nhóm kiểm tra khả điều khiển linh hoạt kim phun hệ thống tín hiệu chế độ phun 2.5ms chiều dài phun, số lần phun lần, lần, lần minh hoạ hình 42 Kết điều khiển hệ thống thu nhận tín hiệu ghi nhận trình bày hình 43 Hình 42: Sơ đồ minh hoạ chiến thuật phun nhiên liệu chế độ 2.5ms 41 a b c Hình 43: Tín hiệu thời gian mở kim phun: a Chế độ phun lần, b Chế độ phun lần, c Chế độ phun lần 42 Hình 44 minh hoạ tín hiệu chế độ phun 1000 lần áp suất phun 800bar nhằm xúc rửa vệ sinh kim phun Ở chế độ với mục đích xúc rửa kim phun, hệ thống không phun nhiên liệu vào buồng đo áp suất Zuech mà phun nhiên liệu vào ống chứa với mức chia theo thể tích (a) Tín hiệu điều khiển mở kim phun (b) Tín hiệu điện áp mở kim phun Hình 44: Tín hiệu mở kim phun (a) tín hiệu điện áp mở kim phun (b) chế độ vệ sinh kim phun (1000 lần phun, 2.5s) 43  Phân tích đặc tính lưu lượng tia phun nhiên liệu Sau kim phun kích hoạt phun nhiên liệu vào buồng đo Zuech (đã nén nhiên liệu với áp suất tương tự áp suất cuối kỳ nén động diesel theo mục đích nghiên cứu), hệ thống thu thập tín hiệu ghi nhận độ tăng áp suất nhiên liệu buồng đo oscilloscope đồng tín hiệu theo thời gian thực (cùng trigger) minh hoạ hình 40 Dữ liệu ghi nhận với tốc độ 200.000 điểm đo/test Dữ liệu lưu file excel dùng để phân tích số liệu hình 45 Hình 45 liệu ghi nhận từ Hình 45: Tín hiệu đồng liệu xử lý excel Hình 46: Xử lý tín hiệu nhiễu áp suất kim phun buồng đo Zuech 44 oscilloscope xuất đồ thị excel điều kiện đo áp suất phun nhiên liệu 800bar, tín hiệu thời gian phun 2.5ms, áp suất buồng đo Zuech 45bar Tín hiệu điện áp áp suất nhiên liệu từ kim phun vào buồng đo Zuech đo cảm biến piezo-electric transducer sensor AVL GU12P có tín hiệu nhiễu Vì vậy, tín hiệu lọc nhiễu thuật toán Bessel lowpass filter hình 46 Hình 47 đồ thị tốc độ phun nhiên liệu (injection rate) trình xử lý tín hiệu nhiễu thuật tốn lọc nhiễu Bessel lowpass filter Hình 48 đồ thị đặc tính tốc độ phun (injection rate) với đặc tính tia phun nhiên liệu kim phun [13], [40] gồm: • Độ trễ kim phun (Hydraulic injection delay): Được tính từ thời điểm truyền tín hiệu kích hoạt điện áp cao phun nhiên liệu tới nhiên liệu phun vào buồng đo (thời điểm đường cong injection rate từ giá trị âm trở giá trị 0) • Khoảng thời gian phun nhiên liệu (Effective injection duration): khoảng thời gian từ lúc nhiên liệu thực tế phun vào buồng đo (SOI) tới lúc kim phun đóng (EOI) ghi nhận đường cong injection rate • Injection quantity: Sử dụng phương pháp Simson 1/3 numerical method để tính diện tích tổng đồ thị injection rate [40] • Tốc độ phun trung bình (Average injection rate): định nghĩa tỉ số diện tích bên đồ thị khoảng thời gian phun thực tế • Vùng chuyển đổi (transitional zone) mở đóng kim phun (Opening slope, closing slope): định nghĩa khoảng thời gian từ lúc mở kim tới lúc tia phun đạt giá trị ổn định (fully needle opening) Hình 47: Xử lý tín hiệu nhiễu tốc độ phun nhiên liệu (Injection rate) 45 • Discharge coefficient: tỉ số lượng phun thực tế đồ thị injection rate (injection quantity) lượng phun lý thuyết (phương trình (3)) Hình 48: Đồ thị đặc tính phun nhiên liệu (Injection rate) (SOE: Start of energizing; SOI: Start of injection; EOI: End of injection) Nhìn chung, đồ thị tốc độ tia phun (injection rate) thu từ hệ thống thiết bị có xu hướng tương tự kết nghiên cứu khoa học khác [7], [10], [11], [12], [13], [19], [40] Từ đồ thị đặc tính này, nghiên cứu liên quan đến ảnh hưởng đặc tính loại nhiên liệu khác nhau, loại kết cấu kim phun khác nhau, thơng số vận hành q trình phun nhiên liệu khác nghiên cứu đánh giá TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Denso_Common_rail_system_for_Toyota_Avensis [2] F Mallamo, M Badami, Millo, “Application of the Design of Experiments and Objective Functions for the Optimization of Multiple Injection Strategies for Low Emissions in CR Diesel Engines”, SAE Technical, paper 2004 [3] M Badami, F Millo, D D D’Amato, “Experimental Investigation on Soot and NOx Formation in a DI Common Rail Diesel Engine with Pilot Injection”, JOURNAL OF ENGINES,Vol 110, Section 3, pp 663-674, 2001 [4] G M Bianchi, P Pelloni, “Numerical Analysis of Passenger Car HSDI Diesel Engines with the 2nd Generation of Common Rail Injection Systems: The Effect of Multiple Injections on Emissions”, Gas Turbines Power, pp 874-885, 2004 [5] Jinwoo Lee, Jinwoog Jeon, Jungseo Park and Choongsik Bae, “Effect of Multiple Injection Strategies on Emission and Combustion Characteristics in a Single Cylinder Direct-Injection Optical Engine”, SAE Technical, 2009 46 [6] Yi Liu and Rolf D Reitz, “Optimizing HSDI Diesel Combustion and Emissions Using Multiple Injection Strategies”, SAE Technical, 2005 [7] Sakthivel Gnanasekaran, N Saravanan, M Ilangkumaran, “Influence of injection timing on performance, emission and combustion characteristics of a DI diesel engine running on fish oil biodiesel”, Energy, Elsevier, vol 116(P1), pp 1218-1229, 2016 [8] R Payri, J Gimeno, R Novella, G Bracho, “On the rate of injection modeling applied to direct injection compression ignition engines”, International journal of engine research, 2016, doi: 10.1177/1468087416636281 [9] G Yu, L Li, J Deng, Z Zhang, L Yu, “Research on the Effect of the Parameters of CommonRail System on the Injection Rate”, SAE-China, FISITA (eds) Proceedings of the FISITA 2012 World Automotive Congress, doi: 10.1007/978-3-642-33841-0_30 [10] J Hwang, H Kal, M Kim, J Park, et al., “Effect of Fuel Injection Rate on Pollutant Emissions in DI Diesel Engine”, SAE Technical Paper 1999-01-0195, 1999, doi:10.4271/1999-01-0195 [11] R Munsin, Y Laoonual, S Jugjai, et al., “Effect of glycerol ethoxylate as an ignition improver on injection and combustion characteristics of hydrous ethanol under CI engine condition”, Energy Conversion and Management, Elsevier, Vol 98, 2015 [12] Lucio Postrioti, Giacomo Bu[12][11]itoni, Francesco C Pesce, Claudio Ciaravino., “Zeuch method-Based injection rate analysis of a common-rail system operated with advanced injection strategies”, Fuel 128, p 188-198, 2014 [13] Prathan Srichai, Pop-Pail Ewphun, Chinda Charoenphonphanich, et al., “Injection characteristics of palm methyl ester blended with diesel using zuech’s chamber”, International journal of automotive technology, vol.19, No.3, pp 535-545, 2018 [14] Bosch common rail fuel injection system, Service and support, Nosch Limited, 2019 [15] A Tuan Hoang, M Tuan Pham., “Influences of heating temperatures on physical properties, spray characteristics of bio-oils and fuel supply system of a conventional diesel engine”, international journal on advanced science engineering information technology, Vol 8, 2018 [16] A Tuan Hoang, A Tuan Le., “A review on deposit formation in the injector of diesel engines running on biodiesel”, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, DOI: 10.1080/15567036.2018.1520342, 2018 [17] P Van Viet, “Research on the application of diesel-RK in the calculation and evaluation of technical and economic criteria of marine diesel engines using the unified ULSD and biodiesel blended fuel”, Journal of Mechanical Engineering Research and Development (JMERD), doi: 10.26480/jmerd.02.2019.87.97, 2019 [18] Arcoumanis, C., Baniasad, M Analysis of consecutive fuel injection rate signal obtained by the Zuech and Bosch method SAE-Journal of Engines 102, 3, 93021, 1993 [19] Dernotte J, Hespel C, Foucher F, Mounaim-Rousselle C Influence of physical fuel properties on the injection rate in a diesel injector Fuel 96, 153–160, 2012, doi: 10.1016/j.fuel.2011.11.073 [20] http://thietbisun.vn/thiet-bi-dung-cu-sua-chua-dong-co-dau/thiet-bi-kiem-tra-kim-phun common-rail-diesel-crdi-100-nvitt313k2791.htm; Ngày kiểm tra 15/05/2021 [21] https://thietbietek.com/thiet-bi-kiem-tra-kim-va-bom-common-rail; Ngày kiểm tra 15/05/2021 [22] https://www.tahience.com/product/High-pressure-common-rail-test-Bench-CR318-92.html; Ngày kiểm tra 15/05/2021 [23] http://dieselland.eu/cruis-test-bench-for-testing-cr-injectors/; Ngày kiểm tra 15/05/2021 [24] http://dieselevante.biz/common_rail_injector_testing.html; Ngày kiểm tra 15/05/2021 [25] Instruction manual of Common rail injector tester CRDI-100, Koeng Co., Ltd, Korea [26] https://www.worldtst.com/show-1.html; Ngày kiểm tra 15/05/2021 47 [27] Denzo, “Common rail system (CRS) service manual: Generation edition”, Denzo Cooperation, 2008 [28] Tony Kitchen, “Common rail diesel fuel systems”, Technical Overview of AK Training [29] Timothy J Okkema, “Design and implementation of a mobile test cell”, Master's Thesis, Michigan Technological University, (2015) [30] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, “Thiết kế chi tiết máy”, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2005 [31] ISUZU N-Series 4HK1 Engine, Common Rail System (CRS) Service Manual, Denzo, 2011 [32] http://www.daho.co.kr/en/product/list.php?code=5020; Ngày kiểm tra 15/05/2021 [33] https://www.industrialindia.com/catalogs/Digital_Process_Indicator/Digital-Process-IndicatorSelectron-PIC152.pdf; Ngày kiểm tra 15/05/2021 [34] https://www.avl.com/pressure-sensors-for-combustion-analysis1?; Ngày kiểm tra 15/05/2021 [35] https://testequipment.center/Product_Documents/Kistler-5010-Specifications-8B480.pdf; Ngày kiểm tra 15/05/2021 [36] Tektronic TBS2000 Series Oscilloscope, User manual, no 077-1147-01 [37] Glenn R Bower, David E Fosster, “A Comparison of the Bosch and Zuech Rate of Injection Meters”, SAE technical paper, 1991 [38] Anthony Phan, “Development of a rate of injection bench and constant volume combustion chamber for diesel spray diagnostics”, graduate thesis and dissertation, Iowa state University, 2009 [39] H.G How, H.H Masjuki, M.A Kalam, Y.H Teoh, “Influence of injection timing and split injection strategies on performance, emissions, and combustion characteristics of diesel engine fueled with biodiesel blended fuels”, Fuel, Vol 213, 2018 [40] H Dong, D Yaozong, W Chunhai, L He, Zhen Huang, Experimental study on injection characteristics of fatty acid esters on a diesel engine common rail, Fuel 123, 19-25, 2014 [41] https://atozmath.com/example/CONM/NumeInte.aspx?he=e&q=S13; Ngày kiểm tra 15/05/2021 48 2.5 Đánh giá kết đạt kết luận - 01 báo Tạp chí Khoa học Công nghệ Trường ĐH Công Nghiệp TPHCM (pp.5969, Vol 40, 2019, ISSN:2525-2267) - 01 hệ thống cung cấp điều khiển độc lập lập áp suất phun nhiên liệu - 01 hệ thống điều khiển kim phun diesel điện tử - 01 hệ thống xác định đặc tính lưu lượng nhiên liệu kim phun điện tử áp suất cao thu thập tín hiệu - 01 tập vẽ thiết kế hệ thống cung cấp áp suất nhiên liệu hệ thống chế tạo buồng đo áp suất nhiên liệu Như vậy, kết đáp ứng đầy đủ yêu cầu kết nghiên cứu công bố theo nhiệm vụ nghiên cứu khoa học đặt đề tài 2.6 Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) Động diesel sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu có áp suất phun nhiên liệu thấp (120bar÷250bar) thường tạo nhiều khí thải độc hại (CO, HC, NOx), đặc biệt muội than (soot) Do việc tạo áp suất phun nhiên liệu cao thay đổi thời điểm phun nhiên liệu, số lần phun nhiên liệu góp phần giúp tia phun diesel dễ hồ trộn với khơng khí nóng xilanh để q trình cháy hiệu giảm ô nhiễm môi trường Đề tài nghiên cứu nhằm xây dựng hệ thống xác định đặc tính lưu lượng phun nhiên liệu diesel áp suất cao điều kiện mô hoạt động hệ thống phun dầu điện tử diesel common-rail Hệ thống thiết kế tạo nhiên liệu áp suất cao từ 400bar tới 1600bar với sai số giới hạn 7.62%, chủ động điều khiển chế độ phun nhiên liệu điện tử, điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu xác đo đặc tính tốc độ phun nhiên liệu dựa nguyên lý chênh lệch áp suất Zuech method nhiên liệu phun kết hợp sử dụng cảm biến áp suất để xác định độ tăng áp suất hệ thống buồng đo kín nén nhiên liệu Hệ thống chế tạo tiền đề phát triển cho nghiên cứu chuyên sâu liên quan đến ứng dụng nhiên liệu sinh học (biodiesel) để so sánh đánh giá đặc tính phun nhiên liệu với dầu diesel khía cạnh ảnh hướng tới cơng suất khí thải động Đồng thời, hệ thống chế tạo từ nghiên cứu mở hướng ứng dụng thực tiễn cho sở sửa chữa, đào tạo tơ để sử dụng hệ thống vệ sinh xúc rửa kim phun The diesel engines using the fuel supply system with low fuel injection pressure (120bar ÷ 250bar) often release a lot of harmful emissions such as CO, HC, NOx, especially soot Therefore, the development of high fuel injection pressure system along with adjusting fuel injection timings, injection strategies will help the diesel spray to easily mix into the compressed air in the cylinder in order to stimulate combustion process more effectively and reduce toxic exhaust gas emissions This work aims to design and fabricate the measurement system of high-pressure fuel injection flow rate under simulated conditions of the commonrail diesel injection system The system is able to generate high fuel pressure ranging from 400bar to 1600bar within ± 7.62% in error, actively controls injection modes, adjust injection timing, injection duration, and measures injection rate based on Zuech’s differential pressure measurement method in combination with using piezo-electric transducer sensor to determine 49 the level of pressure rising in the compressed hydraulic fuel chamber The fabricated system is the preliminary development for in-depth researches related to the application of biodiesel compared with diesel fuel in the investigation on the fuel injection characteristics in terms of engine performance and exhaust emissions At the same time, the system from this research also reveals practical application directions for automobile repair and training centers that they can utilize the system in injector cleaning 50 III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo 3.1 Kết nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3) Tên sản phẩm TT Yêu cầu khoa học hoặc/và tiêu kinh tế - kỹ thuật Đăng ký Đạt Hệ thống cung cấp điều Cung cấp áp suất Cung cấp áp suất khiển độc lập áp suất phun dãy 600bar tới dãy từ 400bar tới nhiên liệu 1600bar 1600bar Hệ thống điều khiển kim phun diesel điện tử Điều khiển linh hoạt Chủ động điều khiển kim phun điện tử chế độ phun chế độ phun phun lần, lần, lần, chế độ vệ sinh xúc rửa kim phun Hệ thống xác định đặc tính lưu lượng nhiên liệu kim phun điện tử áp suất cao thu thập tín hiệu Thu nhận tín hiệu cảm biến trình phun nhiên liệu từ buồng đo Có thể ghi nhận tín hiệu cảm biến trình phun nhiên liệu vào buồng đo Bản vẽ hệ thống cung cấp áp suất nhiên liệu độc lập tốc độ động Đúng yêu cầu kỹ thuật vẽ có khả chế tạo sản xuất Đầy đủ kích thước thực tế Bản vẽ hệ thống chế tạo buồng đo áp suất phun nhiên liệu Đúng yêu cầu kỹ thuật vẽ có khả chế tạo sản xuất Đầy đủ kích thước thực tế Bài báo tạp chí IUH Tạp chí khoa học cơng nghệ IUH Đã xuất Ghi chú: - Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chấp nhận có ghi nhận địa cảm ơn trường ĐH Công Nghiệp Tp HCM cấp kính phí thực nghiên cứu theo quy định - Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm phần phụ lục minh chứng cuối báo cáo (đối với ấn phẩm sách, giáo trình cần có photo trang bìa, trang trang cuối kèm thơng tin định số hiệu xuất bản) 3.2 Kết đào tạo Thời gian Tên đề tài TT Họ tên thực đề tài Tên chuyên đề NCS Đã bảo vệ Tên luận văn Cao học Nghiên cứu sinh Học viên cao học Sinh viên Đại học 51 Ghi chú: - Kèm photo trang bìa chun đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận bằng/giấy chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ học viên bảo vệ thành công luận án/ luận văn;( thể phần cuối báo cáo khoa học) IV Tình hình sử dụng kinh phí T T A B Nội dung chi Chi phí trực tiếp Thuê khốn chun mơn Ngun, nhiên vật liệu, Thiết bị, dụng cụ Cơng tác phí Dịch vụ th ngồi Hội nghị, hội thảo, thù lao nghiệm thu kỳ In ấn, Văn phịng phẩm Chi phí khác Chi phí gián tiếp Quản lý phí Chi phí điện, nước Tổng số Kinh phí duyệt (triệu đồng) Kinh phí thực (triệu đồng) 24.5 24.5 67.519 67.507 0.5 3.5 0.5 3.5 96.019 96.007 Ghi V Kiến nghị (về phát triển kết nghiên cứu đề tài) Đề xuất khoa Công Nghệ Động Lực cho phép sử dụng hệ thống cho nghiên cứu phát triển VI Phụ lục sản phẩm (liệt kê minh chứng sản phẩm nêu Phần III) Tập vẽ kỹ thuật 2D hệ thống, code lập trình điều khiển hệ thống (Đính kèm Phụ Lục A) Giấy chấp nhận đăng tạp chí Khoa học Cơng nghệ IUH (Đính kèm phụ lục B) Tp HCM, ngày tháng năm Chủ nhiệm đề tài Phịng QLKH&HTQT KHOA CƠNG NGHỆ ĐỘNG LỰC Trưởng Khoa (Họ tên, chữ ký) 52 PHẦN II BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (báo cáo tổng kết sau nghiệm thu, bao gồm nội dung góp ý hội đồng nghiệm thu) Hồn thiện chỉnh sửa thuyết minh với góp ý từ hội đồng nghiệm thu, cụ thể nội dung: Bổ sung mục lục, danh mục bảng biểu, danh mục hình ảnh Điều chỉnh thống địng dạng bảng biểu, font size, góp ý từ phản biện trình bày thuyết minh Lọc TLTK bổ sung thời gian kiểm tra cho danh mục tài liệu tham khảo dạng Web Bổ sung sở lựa chọn hệ hệ thống phun dầu điện tử common-rail Cơ sở kiểm tra tín hiệu điều khiển kim phun từ phần mềm mạch điều khiển Bổ sung phụ lục với tập vẽ kỹ thuật 2D, báo khoa học theo kết thuyết minh đăng ký đề tài 53 PHẦN III PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM Phụ lục 1: Hợp đồng thực đề tài nghiên cứu khoa học Phụ lục 2: Quyết định nghiệm thu Phụ lục 3: Hồ sơ nghiệm thu (biên họp, phiếu đánh giá, bảng tổng hợp điểm, giải trình, phiếu phản biện) Phụ Lục 4: • Tập vẽ kỹ thuật 2D hệ thống, • Code lập trình điều khiển hệ thống Phụ lục 5: Giấy chấp nhận đăng tạp chí Khoa học Cơng nghệ IUH báo đăng 54 ... Trên hệ 23 HỆ THỐNG CUNG CẤP ÁP SUẤT CAO ÁP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KIM PHUN HỆ THỐNG ĐO LƯU LƯỢNG KIM PHUN Hình 18: Sơ đồ tổng quan hệ thống đo lưu lượng kim phun nhiên liệu cao áp common rail thống. .. đầu nghiên cứu chế tạo hệ thống xác định đặc tính lưu lượng phun nhiên liệu diesel áp suất cao điều kiện mô hoạt động hệ thống phun dầu diesel common-rail Hệ thống thiết kế tạo nhiên liệu áp suất... quan hệ thống đo lưu lượng kim phun nhiên liệu áp suất cao common-rail Toàn hệ thống gồm hệ thống cung cấp áp suất cao nhiên liệu, hệ thống điều khiển kim phun diesel điện tử, hệ thống đo lưu lượng