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

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài Nghiên cứu chế tạo hệ thống xác định đặc tí[.]

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo hệ thống xác định đặc tính lưu lượng phun kim phun diesel cao áp Mã số đề tài: 19.1ĐL01 Chủ nhiệm đề tài: TS Võ Tấn Châu Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng Nghệ Động Lực Tp Hồ Chí Minh, 05/2021 LỜI CÁM ƠN Nhóm nghiên cứu trân trọng cảm ơn Trường Đại học Công Nghiệp TP HCM cấp kinh phí thực đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ thống xác định đặc tính lưu lượng phun kim phun diesel cao áp” Chúng cảm ơn khoa Công Nghệ Động Lực, Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM hỗ trợ nhóm q trình thực đề tài nghiên cứu Đồng thời, xin cảm ơn em sinh viên Khoa Công Nghệ Động Lực hỗ trợ hồn thành cơng việc chế tạo thực nghiệm đề tài Nhóm nghiên cứu cảm ơn Phòng Quản lý Khoa học & Hợp tác Quốc tế hỗ trợ, hướng dẫn mặt thủ tục q trình thực đề tài Nhóm nghiên cứu cảm ơn TS Trần Đăng Long-Trường Đại học Bách khoa TPHCM, ThS Huỳnh Bá Vang-Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng góp ý, hỗ trợ nhóm hoàn thành đề tài nghiên cứu MỤC LỤC I Thông tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: 1.2 Mã số: 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài 1.4 Đơn vị chủ trì: 1.5 Thời gian thực hiện: 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: II Kết nghiên cứu 2.1 Đặt vấn đề 2.2 Mục tiêu 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.4 Tổng kết kết nghiên cứu 2.5 Đánh giá kết đạt kết luận 49 2.6 Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) 49 III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo 51 3.1 Kết nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3) 51 3.2 Kết đào tạo 51 IV Tình hình sử dụng kinh phí 52 V Kiến nghị (về phát triển kết nghiên cứu đề tài) 52 VI Phụ lục sản phẩm (liệt kê minh chứng sản phẩm nêu Phần III) 52 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Diesel fuel injection pump tester Hình 2: Sơ đồ hệ thống đo đặc tính lưu lượng phun nhiên liệu [11] 10 Hình 3: Sơ đồ minh hoạt nguyên lý đo lưu lượng 12 Hình 4: High pressure pump test CRD-3000 (Korea) 13 Hình 5: Băng thử Common rail injector tester CRDI-100 (Korea) CRD 2000 (China) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM 14 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 15 Hình 8: High pressure pump test CR318 (Hience-China) 16 Hình 9: Sơ đồ kết nối hệ thống cung cấp nhiên liệu phun áp suất cao 17 Hình 10: Biểu đồ công suất motor bơm cao áp HP3 18 Hình 11: Sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống tạo nhiên liệu áp suất cao 19 Hình 12: Sơ đồ thuật toán điều khiển kim phun diesel điện tử 20 Hình 13: Sơ đồ hệ thống kết nối điều khiển kim phun diesel điện tử 21 Hình 14: Sơ đồ điều khiển EDU 21 Hình 15: Sơ đồ thiết kế mạch tích hợp điều khiển kim phun diesel điện tử solenoid mạch điều khiển tạo nhiên liệu áp suất cao 22 Hình 16: Sơ đồ mạch in (gia cơng) tích hợp điều khiển kim phun diesel điện tử solenoid mạch điều khiển tạo nhiên liệu áp suất cao 22 Hình 17: kim phun diesel điện tử solenoid 23 Hình 18: Sơ đồ tổng quan hệ thống đo lưu lượng kim phun nhiên liệu cao áp common rail 24 Hình 19: Giao diện hiển thị điều khiển hoạt động hệ thống đo lưu lượng 24 Hình 20: Mạch điều khiển nút nhấn kích hoạt kim phun 25 Hình 21: Mạch điều khiển nút nhấn kích hoạt kim phun sau gia công 26 Hình 22: Cảm biến hiển thị áp suất buồng nhiên liệu 26 Hình 23: Cảm biến áp suất động AVL GU12P [35] 27 Hình 24: Thiết bị khuếch đại charge amplifier Kistler 5010B 28 Hình 25: Thiết bị đo dao động tín hiệu Tektronix Oscilloscope [37] 28 Hình 26: Thiết kế 3D cụm buồng đo áp suất nhiên liệu 30 Hình 27: Mặt cắt cụm buồng đo áp suất nhiên liệu 30 Hình 28: Chia lưới buồng đo tính bền Solidworks 32 Hình 29: Ứng suất buồng chứa nhiên liệu áp suất nén 250bar 32 Hình 30: Buồng đo chi tiết gia công CNC 33 Hình 31: Lắp đặt buồng đo nhiên liệu 34 Hình 32: Thiết kế lắp đặt 3D cụm hệ thống tạo áp suất cao 35 Hình 33: Lắp đặt cụm bơm cao áp sau gia công 36 Hình 34: Thiết kế lắp đặt 3D cụm hệ thống buồng đo lưu lượng 36 Hình 35: Lắp đặt thực tế cụm buồng đo lưu lượng 37 Hình 36: Bố trí chung hệ thống hiển thị tín hiệu áp suất 37 Hình 37: Đồ thị áp suất nén hệ thống 38 Hình 38: Kết độ tăng áp suất buồng đo sau phun nhiên liệu (2.5ms) 39 Hình 39: Màn hình quan sát hoạt động hệ thống nén áp suất cao 40 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 Hình 41: Sơ đồ minh hoạ chiến thuật phun nhiên liệu [40] 41 Hình 42: Sơ đồ minh hoạ chiến thuật phun nhiên liệu chế độ 2.5ms 41 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: 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 Hình 45: Tín hiệu đồng liệu xử lý excel 44 Hình 46: Xử lý tín hiệu nhiễu áp suất kim phun buồng đo Zuech 44 Hình 47: Xử lý tín hiệu nhiễu tốc độ phun nhiên liệu (Injection rate) 45 Hình 48: Đồ thị đặc tính phun nhiên liệu (Injection rate) 46 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Thông số kỹ thuật Common rail injector tester CRDI-100 CR-NT815 15 Bảng 2: Thông số kỹ thuật Common rail injector tester CRD-2000 TST-C45 16 Bảng 3: Thông số kỹ thuật bơm cao áp Denso HP3 [27] 17 Bảng 4: Thông số kỹ thuật truyến đai, puly 18 Bảng 5: Thông số kỹ thuật cảm biến áp suất tĩnh Daho EDS 305 hiển thị 26 Bảng 6: Thông số kỹ thuật cảm biến áp suất AVL GU12P 27 Bảng 7: Thông số kỹ thuật mạch khuếch đại Kistler charge amplifier 5010B [35] 29 Bảng 8: Bảng điều kiện tính tốn bền buồng chứa 31 Bảng 9: Bảng điều kiện thử nghiệm hệ thống nén nhiên liệu áp suất cao 38 Bảng 10: Bảng điều kiện thử nghiệm rò rỉ hệ thống buồng đo nhiên liệu 39 I Thông tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo hệ thống xác định đặc tính lưu lượng phun kim phun diesel cao áp 1.2 Mã số: 19.1ĐL01 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị cơng tác Vai trị thực đề tài Khoa Công Nghệ Động Lực, Trường Đại học Công nghiệp TPHCM Chủ nhiệm đề tài TS Võ Tấn Châu Khoa Công Nghệ Động Lực, ThS Nguyễn Quốc Sỹ Trường Đại học Công nghiệp TPHCM Thành viên Khoa Cơ Khí Động Lực, ThS Trần Văn Nguyện Trường Cao đẳng Công thương TPHCM Thành viên 1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa Cơng Nghệ Động Lực, Trường Đại học Công nghiệp TPHCM 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 10 năm 2019 đến tháng 10 năm 2020 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng 04 năm 2021 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 10 năm 2019 đến tháng 04 năm 2021 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): (Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết nghiên cứu tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến Cơ quan quản lý) 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 96.019 triệu đồng 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, ô tô 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 mơi 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 ... CÁM ƠN Nhóm nghiên cứu trân trọng cảm ơn Trường Đại học Công Nghiệp TP HCM cấp kinh phí thực đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo hệ thống xác định đặc tính lưu lượng phun kim phun diesel cao áp? ?? Chúng cảm... 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. .. 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