Bài viết Nghiên cứu hệ thống đo áp suất phun trong động cơ diesel 1 xilanh phun trực tiếp công suất nhỏ trình bày một nghiên cứu hệ thống giám sát và đo áp suất phun nhiên liệu cho động cơ diesel một xy-lanh, phun trực tiếp, buồng cháy thống nhất. Áp suất phun nhiên liệu ảnh hưởng đến đặc tính công suất và khí thải của động cơ diesel phun trực tiếp. Mời các bạn cùng tham khảo!
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐO ÁP SUẤT PHUN TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL XILANH PHUN TRỰC TIẾP CÔNG SUẤT NHỎ Cao Trọng Hùng1 Viện Kỹ thuật Công nghệ, Trường ĐH Thủ Dầu Một TĨM TẮT Bài báo trình bày nghiên cứu hệ thống giám sát đo áp suất phun nhiên liệu cho động diesel xy-lanh, phun trực tiếp, buồng cháy thống Áp suất phun nhiên liệu ảnh hưởng đến đặc tính cơng suất khí thải động diesel phun trực tiếp Tuy nhiên, thực tế việc đo áp suất phun nhiên liệu để đánh giá đặc tính cơng suất khí thái động thực hoàn toàn loại đồng hồ đo áp suất phun thông thường dẫn tới kết đo khơng xác Trong báo này, tác giả trình bày nghiên cứu thiết kế, chế tạo kết khảo nghiệm sơ hệ thống theo thời gian nhằm hỗ trợ đánh giá ảnh hưởng thay đổi áp suất phun đến đặc tính cơng suất khí thải động diesel xy-lanh phun trực tiếp buồng cháy thống Nghiên cứu thực bao gồm bước: (1) sử dụng card analog để đọc tín hiệu điện từ cảm biến áp suất nhiên liệu ống cao áp (2) Sử dụng chương trình giao tiếp card analog PIC16F877A PC (LabVIEW)để hiển thị đường đặc tính phun nhiên liệu thơng qua cổng RS232 Kết nghiên cứu hệ thống giám sát đường đặc tính phun nhiên liêu làm sở cho việc đánh giá ảnh hưởng thay đổi áp suất phun đến đặc tính động Từ khóa: Cảm biến áp suất dầu, PIC16F877A, Hệ thống nhiên động diesel phun trực tiếp GIỚI THIỆU Để đánh giá nghiên cứu ảnh hưởng áp suất phun nhiên liệu tới đặc tính cơng suất phát thải động diesel xy-lanh phun trực tiếp, công suất nhỏ, áp suất phun nhiên liệu thay đổi dãy rộng (K Kannan & M Udayakumar, 2010) Các nghiên cứu giới tập trung vào đánh giá ảnh hưởng áp suất phun nhiên liệu từ 150 bar-250 bar đến đặc tính cơng suất khí thải động mà khơng trình bày phương pháp đo áp suất phun nhiên liệu xác (S Semin, et al., 2009) (K Muralidharan & P Govindarajan, 2011) Ở Việt Nam sử dụng loại đồng hồ kim để đo áp suất phun nhiên liệu cho loại động này, dẫn tới kết đo không chính xác Để nhận biết thay đổi tức thời theo thời gian áp suất phun trình động vận hành, hệ thống giám sát biến đổi áp suất ống cao áp thiết kế chế tạo Hệ thống giám sát áp suất phun bao gồm phần riêng biệt: (1) cảm biến áp suất, (2) card giao tiếp chuyển đổi tín hiệu, (3) phần mềm điều khiển Giao tiếp máy tính có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật bao gồm đo lường, giám sát, điều khiển tự động… RS232 chuẩn giao diện truyền thông nối tiếp thuận tiện cho phép gửi nhận liệu dễ dàng Với giao diện RS232 tác giả thiết lập kết nối vi điều khiển máy tính đọc giá trị tín hiệu điện (tín hiệu analog) từ cảm biến áp suất để hiển thị đường đặc tính phun nhiên liệu tức thời cho động diesel phun trực thời gian Cảm biến áp suất dầu có thông số đặc tính Bảng 118 Bảng Bảng thơng số vịi phun Sensys Dải áp suất ~ 250 bar Ngõ 1-5V Nhiệt độ hoạt động 40~125℃ Chịu rung 20G, 20~200Hz Môi chất Nước, dầu, khí Xuất xứ Hàn Quốc PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG Trong bước thử nghiệm, hệ thống giám sát thực động Vikyno 12,5 HP băng thử động công suất Đầu bơm cao áp ống dẫn dầu cao áp cải tiến để lắp cảm biến áp suất để lấy tín hiệu biến thiên áp suất Hình (Nguyễn Tất Tiến, 2000) Hình 1: Vị trí đặt cảm biến áp suất nhiên liệu động diesel xy-lanh phun trực tiếp Thiết kế phần cứng bao gồm: Khối nguồn đầu vào cảm biến, chuẩn giao tiếp RS232, khối chuyển đổi ADC, khối vi điều khiển PIC16F877A Khối nguồn thiết kế riêng biệt để chống nhiễu nguồn cảm biến nguồn vi điều khiển PIC16F877A (Cory L Clark, 2005) (PIC16F87A DATA SHEET, 2003) Hình 2: Khối nguồn đầu vào cảm biến Khối chuẩn giao tiếp RS232 Chuẩn RS232 nối giắc cắm (gọi cổng COM) Khi sử dụng có thể sử dụng hay tòan chân (pin) cổng Chỉ truyền nhận tín hiệu nên sử dụng dây truyền tín hiệu (chân Transmit Data TxD), nhận tín hiệu (chân Receive Data RxD) dây nối đất (GND - ground, hay mass) 119 Hình 3: Chuẩn giao tiếp RS232 Khối chuyển đổi ADC sử dụng microchip 12 bit MCP3202 Chuyển đổi tín hiệu Analog từ cảm biến áp suất phun nhiên liệu 1- 5V thành tín hiệu Digital 819- 4095 giao tiếp với vi điều khiển PIC16F877A thơng qua giao thức SPI Hình 4: Khối chuyển đổi ADC Khối vi điều khiển Pic 16F877A Hình 5: Khối vi xử lý PIC16F877A 120 THIẾT KẾ PHẦN MỀM THU NHẬN TÍN HIỆU Thiết lập lưu đồ giải thuật đọc hiển thị tín hiệu áp suất Hình Thuật tốn sơ đồ hóa giải thuật phần mềm LabVIEW trình bày Hình Hình (Nguyễn Bá Hải, 2012) Hình 6: Thiết lập lưu đồ giải thuật Dữ liệu thu nhận truyền qua cổng nối tiếp RS232 thực không đồng Do nên thời điểm có bit truyền (1 kí tự) Bộ truyền gửi bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho nhận biết kí tự gửi đến lần truyền bit Bit bắt đầu mức 0…Tiếp theo đó bit liệu (bits data) gửi dạng mã ASCII (có thể 5,6,7 hay bit liệu) Sau đó Parity bit (Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) cuối bit dừng - bit stop 1, 1,5 hay bit dừng Hình 7: Thiết lập chuẩn giao tiếp cổng RS232 Labview 121 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Một số kết thiết kế, chế tạo khảo nghiệm hệ thống đo áp suất phun thu nhận trình bày từ Hình đến Hình 3.6 Hình 8: Thuật tốn hiển thị labVIEW Hình 9: Phần cứng hồn chỉnh Phần cứng hồn chỉnh (mạch chuyển đổi tín hiệu) trình bày Hình 3.1 Trong đó bao gồm: nguồn cấp, cổng kết nối tín hiệu từ cảm biến áp suất, vi điều khiển PIC16F877A, cổng chuyển tín hiệu chuyển đổi PC thơng qua kết nối RS232 Hình 10: Bảng điều khiển hiển thị LabVIEW Hình 11: Kiểm tra cổng kết nối COM Khi có phần mềm phần cứng cần thiết tiến hành kết nối với PC thơng qua giao diện với LabVIEW (Hình 3.2) Chọn cổng COM theo đường dẫn Hình 3.3 Tiến hành kết nối trực tiếp Chạy rà động trước tiến hành tiến hành thử nghiệm Chạy chương trình giao diện LabVIEW xuất trực tiếp đồ thị đường đặc tính phun nhiên liệu theo thời gian Hình 3.4 122 Hình 12: Biến thiên áp suất phun nhiên liệu theo thời gian tốc độ 1200 vòng/phút Hình 13: Biến thiên tín hiệu áp suất phun nhiên liệu theo thời gian tốc độ 2400 vòng/phút Kết thực nghiệm (Hình 3.4 Hình 3.5) nhiều tốc độ động cho thấy ổn định giá trị đo hiển thị thay đổi áp suất phun theo thời gian (góc quay trục khuỷu) a) Kết từ hệ thống b Kết đo dao động ký FLKUE Hình 14: So sánh kết đo hệ thống nghiên cứu (a) dao động ký FLUKE (b) Kết thu từ mạch thu nhận tín hiệu so sách với kết đo thiết bị dao động ký từ Hãng FLUKE (Mỹ) trình bày trình Hình 3.6 So sánh Hình cho thấy thống kết thực nghiệm hai thiết bị Vì vậy, kết thu nhận từ hệ thống đo có độ tin cậy cao 123 KẾT LUẬN Hệ thống giám sát biến đổi áp suất phun nhiên liệu thiết kế, chế tạo thử nghiệm băng thử công suất động Kết ban đầu cho thấy ổn định kết đo dãy tốc độ khác độ tin cậy kết đo so sách với thiết bị cân chuẩn Đây sở để ứng dụng thiết bị trình giám sát thay đổi áp suất phun nhiên liệu trình vận hành đánh giá tính kỹ thuật động TÀI LIỆU THAM KHẢO K Kannan and M Udayakumar (2010) Experimental study of the effect of fuel injection pressure on diesel engine performance and emission ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences 5(5) S Semin, R Abu Bakar, A.R Ismail and I Ali (April 2009 – 91) An experimental investigation of diesel engines fuel injection pressure effect on power performance and fuel consumption Archive of SID, 22(1) Kandasamy Muralidharan and Palanisamy Govindarajan (2011).The Effect of Bio-Fuel Blends and Fuel Injection Pressure on Diesel Engine Emission for Sustainable Environment, American Journal of Environmental Sciences 7(4): 377-382 Cory L Clark, 2005, “LabVIEW Digital Signal Processing and Digital Communications”,c opyright © 2005 by the McGraw-Hill Companies, Inc Nguyễn Bá Hải, 2012 "Lập Trình LabVIEW", Hồ Chí Minh, NXB Đại học Quốc gia TPHCM Nguyễn Tất Tiến, 2000 "Nguyên lý động đốt trong", Hà Nội, NXB Giáo dục PIC16F87A DATA SHEET, 2003 “Microchip Technology Inc”, DS39582B-page MCP3202 DATA SHEET, 2006 “Microchip Technology Inc”, Ds21034d-page 124 ... độ động cho thấy ổn định giá trị đo hiển thị thay đổi áp suất phun theo thời gian (góc quay trục khuỷu) a) Kết từ hệ thống b Kết đo dao động ký FLKUE Hình 14 : So sánh kết đo hệ thống nghiên cứu. .. nhận từ hệ thống đo có độ tin cậy cao 12 3 KẾT LUẬN Hệ thống giám sát biến đổi áp suất phun nhiên liệu thiết kế, chế tạo thử nghiệm băng thử công suất động Kết ban đầu cho thấy ổn định kết đo dãy... thử nghiệm, hệ thống giám sát thực động Vikyno 12 ,5 HP băng thử động công suất Đầu bơm cao áp ống dẫn dầu cao áp cải tiến để lắp cảm biến áp suất để lấy tín hiệu biến thiên áp suất Hình (Nguyễn