Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ cng

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, cơng bố theo quy định Kết nghiên cứu luận án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu luận án trung thực phù hợp với thực tiễn Việt Nam chưa cơng bố cơng trình khác TẬP THỂ HƯỚNG DẪN tháng năm 2023 Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS.TS Cao Hùng Phi Hồ Hữu Chấn ận Lu Người hướng dẫn Hà Nội, ngày án n tiế TS Trần Đăng Quốc sĩ ới m ất nh i LỜI CẢM ƠN Lời cho phép gửi lời cảm ơn chân thành đến Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Cơ khí, Phịng đào tạo, Khoa Cơ khí động lực, Nhóm chun mơn Hệ thống động lực ô tô, giúp đỡ hỗ trợ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Đăng Quốc PGS.TS Cao Hùng Phi, hai người thầy hướng dẫn tơi tận tình, chu đáo chun mơn q trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long tạo điều kiện, động viên thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô, cán Khoa Cơ khí động lực, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long hỗ trợ, động viên q trình học tập, nghiên cứu ận Lu Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô phản biện, thầy cô Hội đồng đánh giá luận án đồng ý đọc duyệt đóng góp ý kiến q báu để tơi hồn chỉnh luận án đưa định hướng nghiên cứu tương lai án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp, người động viên khuyến khích tơi suốt thời gian học tập, nghiên cứu thực luận án n tiế sĩ Nghiên cứu sinh ới m ất nh Hồ Hữu Chấn ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ xii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xv MỞ ĐẦU ận Lu án i Lý chọn đề tài ii Mục tiêu luận án iii Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 iv Phương pháp nghiên cứu v Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài vi Các điểm luận án vii Bố cục luận án .3 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN tiế n 1.1 Tổng quan nhiên liệu thay .4 Nhiên liệu sinh học (Biofuel) sĩ Nhiên liệu hydrogen m ới 1.2 Tổng quan nhiên liệu khí thiên nhiên 10 Đặc tính nhiên liệu khí thiên nhiên 10 nh Nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) 13 Nhiên liệu khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) 14 ất 1.3 Các nghiên cứu động đốt sử dụng khí thiên nhiên nén 15 Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG 16 Động sử dụng lưỡng nhiên liệu 19 Động CNG chuyển đổi từ động xăng 21 Động CNG chuyển đổi từ động diesel 22 1.4 Tổng quan nghiên cứu động sử dụng khí thiên nhiên 23 Các nghiên cứu nước 23 Các nghiên cứu nước 24 1.5 Kết luận chương 25 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ 27 2.1 Cơ sở hình thành hỗn hợp 27 2.2 Cơ sở lý thuyết trình cháy 29 iii Các giả thuyết 31 Mơ hình cháy khơng chiều 32 Khối lượng hỗn hợp cháy 33 Mơ hình cháy vùng: Tốc độ giải phóng nhiệt 33 2.3 Khái quát mô 33 Phần mềm AVL Boost 34 Phần mềm Ansys Fluent 34 2.4 Nghiên cứu chuyển đổi động 37 Lựa chọn động 37 Nội dung kế thừa từ nghiên cứu Trần Thanh Tâm 38 Nội dung phát triển chuyển đổi động diesel sang sử dụng nhiên liệu CNG 39 ận Lu 2.5 Xây dựng đặc tính làm việc động sau chuyển đổi 45 Thiết bị thí nghiệm 45 Phương pháp thí nghiệm 51 án Kết thí nghiệm 53 tiế 2.6 Kết luận chương 55 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG 56 n 3.1 Mục đích 56 3.2 Xây dựng mơ hình động nghiên cứu 56 Nghiên cứu động mô phần mềm AVL Boost 56 sĩ m Xây dựng mơ hình Ansys Fluent 60 ới 3.3 Hiệu chuẩn điều khiển mơ hình 67 Hiệu chuẩn mơ hình AVL Boost 67 nh Điều khiển mơ hình Ansys Fluent 69 ất 3.4 Ảnh hưởng thông số phun 69 Ảnh hưởng thời điểm bắt đầu phun 69 Ảnh hưởng lambda 75 Ảnh hưởng thời gian phun 76 Ảnh hưởng đường kính ống nạp 80 Ảnh hưởng vị trí đặt vịi phun 85 Ảnh hưởng áp suất phun 87 3.5 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến đặc tính làm việc 89 3.6 Kết luận chương 92 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 94 4.1 Mục đích 94 4.2 Lựa chọn vòi phun điều khiển điện 94 iv 4.3 Ảnh hưởng áp suất phun điều khiển khí đến chất lượng làm việc động 96 Ảnh hưởng đến mô men công suất 96 Ảnh hưởng đến phát thải động 97 4.4 Ảnh hưởng áp suất phun điều khiển điện đến chất lượng làm việc động 99 Ảnh hưởng áp suất phun điều khiển điện đến lượng nhiên liệu cung cấp 99 Ảnh hưởng áp suất phun đến công suất mô men động 101 Ảnh hưởng áp suất phun đến khí thải 102 ận Lu 4.5 So sánh ảnh hưởng giải pháp phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động 104 4.6 So sánh kết thực nghiệm mô 107 4.7 Kết luận chương 110 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 111 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 án n tiế PHỤ LỤC 128 Phụ lục Kết mô Ansys Fluent 128 Phụ lục Kết mô AVL Boost 129 Phụ lục Kết thực nghiệm 136 Phụ lục Quá trình chuyển đổi hệ thống làm mát động thí nghiệm S1100: 138 Phụ lục Hệ thống điều khiển đánh lửa vòi phun 141 sĩ ới m ất nh v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ận Lu STT Kí hiệu Chú thích HC Hydrocacbon CO Carbon monoxit 𝑁𝑂𝑋 Nitric oxide (Nitơ monoxide) 𝑂2 𝐶𝐻4 Metan 𝐻2 𝑆 Hidro sunfua 𝐻𝐸 Heli 𝐶𝑂2 Carbon dioxide 𝑁2 Nito 10 𝑆𝑂2 Lưu huỳnh dioxide 11 𝐶2 𝐻6 Ethan 12 A/F Tỉ lệ khơng khí/ nhiên liệu Oxy án n Tốc độ động (vòng/phút) 15 𝑃𝑓 Áp suất nhiên liệu (bar) 16 𝐷𝑓 Đường kính lỗ (mm) 𝑡𝑓 Thời gian trì phun role điện từ (s)  Tỷ số nén  Hệ số dư lượng khơng khí 20 𝑀𝑒 Mơ men (Nm) 21 𝑁𝑒 22 𝐷𝑥𝑙 23 S Hành trình piston (mm) 24 𝑉𝑡𝑝 Dung tích xylanh (Lít) 25 𝐺𝑒 Lượng nhiên liệu cấp cho động (lít/phút) 26 𝑚𝑑𝑒𝑙𝑖𝑣𝑒𝑟𝑦 27 η𝑣 28 𝜌𝑟𝑒𝑓 Khối lượng riêng khơng khí (kG/m3) 29 𝑉𝑑𝑖𝑠𝑝 Thể tích cơng tác xylanh (m3) 30 (𝐴/𝐹) 𝑒𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒 31 𝑁𝑐𝑦𝑙 Số xylanh động 32 Δ𝛼𝑖𝑛𝑗 Thời gian phun (CAD) 19 nh ới m 18 sĩ 17 n tiế 14 ất Cơng suất (kW) Đường kính xylanh (mm) Lượng nhiên liệu phun (g/s) Hệ số nạp Tỷ lệ A/F nhiên liệu vi Tổng lưu lượng nhiên liệu phun (kg/s) 34 𝑚𝐹,𝑖𝑛𝑗 Lưu lượng nhiên liệu phần tia phun (kg/s) 35 𝑚𝐹,𝑝𝑢𝑑𝑑𝑙𝑒 36 A Lượng khơng khí nạp vào xylanh động (g/s) 37 F Khối lượng nhiên liệu cấp (g/s) 38 (𝐴/𝐹) 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 39 (𝐴/𝐹) 𝑠𝑡𝑜𝑖𝑐ℎ𝑖𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐 40 δQ Lượng lượng thêm vào (J) 41 dU Nội (J) 42 δW Công (J) 43 P Áp suất (Pa) 44 V Thể tích (m3) 45 m Khối lượng khí (kG) 46 R Hằng số khí 47 T Nhiệt độ (K) 48 hc Hệ số truyền nhiệt Aw Diện tích thành vách buồng cháy (m2) 50 Tw Nhiệt độ thành vách buồng cháy (K) 51 𝑑𝑄𝐻 𝑑𝜃 52 𝜃 Góc quay trục khuỷu 53 𝛾 Hệ số đoạn nhiệt 54 𝐶𝑉 Nhiệt dung riêng đẳng tích (J/kmol.K) 55 𝐶𝑝 Nhiệt dung riêng đẳng áp (J/kmol.K) 56 𝑀𝐹𝐵𝜃 57 Δ𝑝𝑐,𝑖 58 i 59 ign án 𝑚𝐹,𝑒𝑓𝑓 sĩ ận Lu 33 n tiế (kg/s) Tỷ số khơng khí nhiên liệu thực tế nạp vào xylanh ới m 49 Lưu lượng nhiên liệu bám đọng thành ống Tỷ số khơng khí nhiên liệu tính theo lý thuyết nh ất Nhiệt truyền cho thành vách buồng cháy khí xylanh Phần khối lượng đốt cháy góc quay trục khuỷu Mức tăng áp suất hiệu chỉnh q trình đốt cháy Số ngun góc quay Góc đánh lửa (CA) vii ận Lu 𝑉𝑑 61 𝜃𝑠 , 𝜃𝑒 62 n Chỉ số nén đa biến trung bình 63 t Thời gian phun nhiên liệu (s) 64 D Đường kính ống nạp (mm) 65 𝜌𝑛 Tỷ trọng hỗn hợp (kG/m3) 66 𝑣𝑚 ⃗⃗⃗⃗⃗ Vận tốc hỗn hợp (m/s) 67 𝐹 Nội lực thể tích tính tốn (N) 68 𝜇𝑚 Độ nhớt hỗn hợp (m2/s) 69 𝛼𝑘 Tỷ lệ khối lượng pha K hỗn hợp 70 𝛼𝑗,𝑘 Enthalpy chất j pha k 71 𝐽⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑗,𝑘 Thông lượng khuếch tán chất j pha k 72 𝑘𝑒𝑓𝑓 Hệ số dẫn nhiệt 73 𝐺𝑘 Động rối tạo gradient vận tốc 𝐺𝑏 Động rối tạo ảnh hưởng buoyancy 𝑌𝑚 Ảnh hưởng độ giãn nở dao động dòng chảy rối nén đến hệ số phân tán rối án 60 74 𝐶1 , 𝐶2 , 𝐶3 Hằng số mơ hình m 𝑆𝑟 Swirl ratio 𝑇𝑟 Tumble ratio 79 𝐶𝑇𝑟 80 𝑤𝑥 , 𝑤𝑦 , 𝑤𝑧 81 𝐿𝑥 , 𝐿𝑦 , 𝐿𝑧 82 𝐼𝑥 , 𝐼𝑦 , 𝐼𝑧 83 k Động rối (m2/s2) 84  Tốc độ tiêu tán 85 h Vị trí đặt vịi phun so với cửa nạp (mm) 86 𝐶𝑂𝑉𝑖𝑚𝑒𝑝 87 l Chiều dài đường ống nạp (mm) 88 𝛼 Góc đặt vịi phun (độ) nh 78 ới 77 Góc quay bắt đầu kết thúc trình đốt cháy sĩ 76 n tiế 75 Dung tích xylanh (Lít) Cross tumble ratio ất Vận tốc góc tức thời dịng khí nạp với trục x, y, z tương ứng (rad/s) Mô men động lượng dịng khí nạp ứng với trục x, y, z (kg.m2/s) Mơ men qn tính tương ứng với trục x y z (kg.m2) Hệ số đánh giá thay đổi áp suất có ích trung bình viii 89 𝑚𝑓_𝑜 90 pro_k 91 𝑆𝑝𝑡𝑏 Lưu lượng nhiên liệu tính tốn vị trí cửa ống nạp (g/s) Production of k (kG/ms3) Tốc độ trung bình piston (m/s) ận Lu án n tiế sĩ ới m ất nh ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Diễn tả A/F Air/ Fuel AFCs Alkaline Fuel Cells AFR Air Fuel Ratio ATDC After Top Dead Center BDC Bottom Dead Center BTE Brake Thermal Efficiency BTDC Before Top Dead Center CNG Compressed Natural Gas CA Crank Angle 10 C Cylinder 11 CL Air Cleaner 12 DI Direct Injection 13 ĐTC Điểm Chết Trên 14 ĐCD Điểm Chết Dưới 15 FCVs Fuel Cell Vehicles 16 E Engine IT Ignition Timing 18 m Injection 19 ICEVs Internal Combustion Engine Vehicles 20 LPG 21 LNG 22 MAF 23 MFC Mass Flow Controller 24 MBT Max Brake Torque 25 MCFCs Molten Carbonate Fuel Cells 26 MP Measuring Point 27 NG Natural Gas 28 NDIR Non-Dispersive Infra-Red 29 PL Plenum 30 PEMFCs Protons Exchange Membrane Fuel Cells 31 PAFCs Phosphoric Acid Fuel Cells 32 P Pipe án Ký hiệu tiế ận Lu STT n sĩ 17 I ới nh Liquified Petroleum Gas ất Liquefied Natural Gas Mass Air Flow x Bảng PL2.5 Số liệu mơ Hình 3.30 Tốc độ động Thời điểm phun 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 -160 55.65 56.95 56.44 52.31 48.34 40.92 40.62 -140 55.65 56.9 56.47 52.32 48.26 40.95 40.66 -120 55.66 56.9 56.36 52.27 48.33 40.91 40.65 -100 55.65 56.92 56.41 52.34 48.31 40.92 40.71 -80 55.65 56.87 56.44 52.26 48.29 40.87 40.67 -60 55.66 56.89 56.42 52.24 48.25 40.94 40.68 -40 55.6 -20 55.74 56.96 56.35 52.24 48.23 40.98 40.65 56.99 56.38 52.19 48.27 41.01 40.74 ận Lu án 55.8 56.87 56.39 52.17 48.16 40.95 40.56 20 55.66 56.81 56.37 52.13 48.25 40.86 40.62 40 55.48 56.94 56.36 52.22 48.15 40.97 40.56 60 55.53 56.87 56.28 52.23 48.26 40.97 80 55.58 56.88 56.22 52.21 48.24 40.92 40.59 40.6 tiế Bảng PL2.6 Số liệu mơ Hình 3.31 n sĩ Tốc độ động 1000 Thời điểm phun m 1800 191.19 227.7 226.99 210.63 191.18 2000 2200 184.7 161.29 193.38 226.51 232.32 214.73 187.81 184.07 161.66 187.67 226.19 231.39 210.33 187.65 ất -80 1600 nh -100 ới -120 1400 189.35 225.06 230.31 209.94 188.66 185.44 162.99 -160 -140 1200 181.1 162.97 188.38 226.61 233.82 210.52 184.67 183.61 167.59 -60 192.75 232.35 230.38 206.73 180.29 188.79 166.97 -40 186.02 231.38 225.88 202.05 187.31 186.33 165.63 -20 194.13 227.58 219.89 203.1 187.66 190.98 224.25 216.02 207.1 189.25 188.35 169.36 20 189.78 222.48 221.88 210.1 187.32 190.27 168.11 40 179.48 213.48 207.15 189.22 186.48 60 190.3 80 191.18 213.56 222.76 202.95 184.04 187.27 167.47 225.3 187.2 167.37 169.5 224.37 227.27 203.45 182.11 186.13 168.31 131 Bảng PL2.7 Số liệu mơ Hình 3.32 Tốc độ động Thời điểm phun 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 -160 349.64 320.02 313.98 365.12 417.47 405.05 515.06 -140 344.77 314.62 322.1 362.79 405.71 457.48 642.85 -120 338.26 317.94 308.7 347.87 419.55 455.08 537.94 -100 355.13 319.07 309.54 363.2 420.83 390.74 445.73 -80 352.59 317.67 304.25 362.37 433.32 379.17 389.73 -60 340.88 305.59 311.73 375.79 -40 359.55 307.81 324.32 390.37 424.79 377.61 404.47 337 -20 317.23 342.8 456 360.91 394.12 387.78 421.54 380.29 393.5 ận Lu án 344.38 323.01 354.61 375.49 415.3 365.29 380.64 20 346.58 326.63 336.02 363.73 424.6 354.21 40 376.76 347.26 325.99 374.23 413.31 384.44 378.77 60 347.03 322.96 320.48 387.91 448.88 374.16 387.64 80 345.63 353.69 334.36 391.48 440.94 370.44 388.3 392.5 tiế Bảng PL2.8 Số liệu mơ Hình 3.33 n sĩ Tốc độ động Thời điểm phun m -160 -80 1400 1600 1800 2000 2200 124.47 123.23 110.2 96.72 84.09 68.94 59.32 124.3 124.7 123.05 110.36 96.69 82.67 124.3 70.1 59.44 110.09 96.32 84.12 68.99 59.4 125.53 124.46 110.08 ất -100 1200 nh -120 ới -140 1000 96.7 84.15 69.15 59.34 125.48 124.39 110.01 96.68 84.41 69.03 58.07 -60 124.11 122.87 108.85 84.75 68.81 59.2 -40 125.82 122.95 110.44 97.11 84.23 70.12 59.3 -20 124.83 123.18 110.86 98.38 84.16 70.08 59.18 123.34 112.43 96.9 124.3 20 124.35 123.38 110.71 96.68 84.27 68.72 58.04 40 125.59 60 125.11 124.44 80 125.23 125.38 110.66 98.47 84.35 70.06 59.12 123.8 132 96.9 84.09 70 57.92 110.41 96.87 82.76 70.07 57.92 110.3 98.38 84.53 70.11 59.11 Bảng PL2.9 Số liệu mơ Hình 3.34 Tốc độ động lambda = 0.9 lambda = lambda = 1.1 1000 55.40 54.98 49.13 1200 58.35 57.35 51.39 1400 58.48 57.31 50.93 1600 57.98 56.42 48.56 1800 55.21 53.98 44.12 2000 53.76 50.85 35.88 2200 52.96 50.49 35.97 Bảng PL2.10 Số liệu mô Hình 3.42 D = 30 D = 35 D = 40 D = 45 D = 50 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 1000 54.35 54.59 54.84 54.9 54.98 1200 56.61 56.76 57.08 57.28 57.35 1400 56.45 57.2 57.33 57.35 57.31 1600 53.94 55.88 56.34 56.42 56.45 1800 49.12 52.44 53.56 53.98 54.04 n 43.67 48.03 49.97 50.85 51.23 41.34 46.43 49.16 50.49 50.99 D = 40 (mm) D = 45 (mm) D = 50 (mm) 5.72 5.74 5.75 5.76 Tốc độ động ận Lu án tiế 2000 sĩ 2200 m ới Bảng PL2.11 Số liệu mơ Hình 3.44 D = 30 (mm) 1000 5.69 1200 7.11 7.13 7.17 7.2 7.21 1400 8.28 8.39 8.4 8.41 8.4 1600 9.04 9.36 9.44 9.45 9.46 1800 9.26 9.88 10.1 10.18 10.19 2000 9.15 10.06 10.47 10.65 10.73 2200 9.52 10.7 11.32 11.63 11.75 D = 35 (mm) ất nh Tốc độ động 133 Bảng PL2.12 Số liệu mô Hình 3.45 D = 30 D = 35 D = 40 D = 45 D = 50 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 1000 271.36 272.04 259.72 265.92 262.91 1200 265.51 281.5 263.23 235.41 250.24 1400 254.82 252.84 247.71 249.26 254.78 1600 249.87 246.52 247.87 238.41 240.34 1800 243.24 249.09 240.21 239.06 237.32 2000 231.77 235.79 239.58 233.05 229.58 2200 209.64 215.68 220.26 221.38 216.63 Tốc độ động Bảng PL2.13 Số liệu mơ Hình 3.46 D = 35 D = 40 D = 45 D = 50 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 1000 293.79 281.77 302.81 288.98 297 1200 332.8 296.83 322.05 386.68 345.96 1400 380.87 373.78 377.39 377.74 360.64 1600 425.34 417.07 412.97 423.78 415.29 n Lu D = 30 476.92 439.33 444.29 444.34 439.63 508.39 540.62 531.07 558.72 600.11 505.02 483.55 582.12 477.96 Tốc độ động ận án tiế 1800 sĩ 2000 m 2200 544.62 ới Bảng PL2.14 Số liệu mơ Hình 3.47 nh ất Ảnh hưởng đường kính ống nạp đến phát thải HC D =30 D = 35 D = 40 Tốc độ động (mm) (mm) (mm) 1000 151.25 148.18 149.11 1200 141.05 140.49 138.07 1400 134.85 131.4 130.13 1600 85.00 85.27 86.36 1800 51.58 53.56 48.62 2000 46.08 47.21 43.99 2200 38.54 39.47 38.95 134 D = 45 (mm) 147.56 142.52 133.03 82.94 50.43 45.00 40.59 D = 50 (mm) 148.73 138.85 131.08 82.83 46.88 43.28 36.81 Bảng PL2.15 Số liệu mơ Hình 0.1 Góc đánh lửa sớm Tốc độ động 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 IT=14 IT=16 IT=18 IT=20 103.3 101.95 89.36 61.83 25.88 22.28 15.81 106.3 104.95 92.36 64.83 28.88 25.28 18.81 114.3 112.95 100.36 72.83 36.88 33.28 26.81 124.3 122.95 110.36 82.83 46.88 43.28 36.81 ận Lu án n tiế sĩ ới m ất nh 135 Phụ lục Kết thực nghiệm Bảng PL3.1 Số liệu thực nghiệm Hình 4.3 Áp suất phun Tốc độ động 1000 1200 1400 1600 1800 2000 bar bar bar 58.5 59.02 57.84 54.63 52.94 52 59.84 59.63 58.24 55 53.82 52.63 60 60.4 58.73 56.24 55.44 54.3 bar bar bar 5.8 7.53 8.01 9.02 10.76 10.93 6.01 7.54 8.445 9.515 11.36 11.515 6.15 7.63 8.88 10.01 11.96 12.1 bar bar bar 1.2 0.8 0.4 0.3 0.09 1.35 1.2 0.9 0.5 0.3 0.02 1.54 1.4 0.9 0.4 0.05 bar bar bar 90 100 95 75 45 30 115 105 100 95 70 35 150 140 125 115 75 42 bar bar bar 640 560 475 Bảng PL3.2 Số liệu thực nghiệm Hình 4.4 ận Lu án Áp suất phun Tốc độ động 1000 1200 1400 1600 1800 2000 tiế Bảng PL3.3 Số liệu thực nghiệm Hình 4.5 n Áp suất phun sĩ Tốc độ động 1000 1200 1400 1600 1800 2000 ới m ất nh Bảng PL3.4 Số liệu thực nghiệm Hình 4.6 Áp suất phun Tốc độ động 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Bảng PL3.5 Số liệu thực nghiệm Hình 4.7 Áp suất phun Tốc độ động 1000 136 1200 1400 1600 1800 2000 750 646 580 465 395 ận Lu án n tiế sĩ ới m ất nh 137 630 625 565 390 205 587 550 482 319 180 Phụ lục Quá trình chuyển đổi hệ thống làm mát động thí nghiệm S1100: Động ngun có hệ thống làm mát nước kiểu bốc hơi, chuyển đổi sang động chạy khí thiên nhiên phun đường nạp NCS chuyển đổi sang hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng để bảo đảm giữ ổn định nhiệt độ động trình chạy thử nghiệm Sơ đồ hệ thống làm mát ận Lu án tiế n Hình PL4.1 Sơ đồ hệ thống làm mát động sau chuyển đổi Két làm mát nước, Cảm biến nhiệt độ nước làm mát, Động điện quạt làm mát, Ống dẫn nước từ động két làm mát, Thùng nước, Động đốt trong, 7, Ống dẫn nước làm mát từ két đến bơm động cơ, Động điện dẫn động bơm nước sĩ ới m Quá trình chuyển đổi ất nh − Lắp thêm két làm mát nước có kích thước 42x4x32 cm (DxRxC) − Các ống dẫn nước có đường kính 30 cm từ két nước vào động − Lắp quạt làm mát dẫn động động điện 12V DC, đường kính quạt 28 cm − Lắp bơm nước dẫn động động điện 12V DC có lưu lượng lít/phút để bơm chuyển nước tuần hoàn liên tục hệ thống − Lắp cảm biến nhiệt độ nước đường nước từ động đến két làm mát để xác định nhiệt độ nước làm mát gửi tín hiệu điện mơ đun điều khiển − Mơ đun điều khiển: • Đóng ngắt rơ le (rơ le 12V-20A) cấp điện đến mô tơ quạt làm mát để giữ ổn định nhiệt độ nước làm mát theo yêu cầu • Hiển thị nhiệt độ nước làm mát ngõ từ động đèn LED Ngồi mơ đun cịn có nút: SET, nút giảm (-), nút tăng (+) để cài đặt thời điểm cấp nguồn cho mô tơ quạt theo nhiệt độ nước làm mát • Mơ đun liên tục nhận tín hiệu điện áp từ cảm biến nhiệt độ nước (tại ngõ nước làm mát) để điều khiển đóng ngắt rơ le cấp nguồn cho mô tơ quạt Sơ đồ mạch điện điều khiển 138 ận Lu Hình PL4.2 Sơ đồ mạch điện điều khiển quạt làm mát án Khi xoay khóa điện vị trí IG có dịng điện 12V từ ắc quy cung cấp bơm nước điện để bơm nước tuần hoàn hệ thống, đồng thời cấp điện 12V đến mô đun điều khiển Cài đặt nhiệt độ nước làm mát giảm xuống 900C mơ đun ngắt điện qua cuộn dây rơ le 20A, rơ le mở khơng có dịng điện qua mơ tơ quạt, mơ tơ ngừng hoạt động Khi nhiệt độ nước làm mát tăng đến 910C, mô đun điều khiển cấp nguồn qua cuộn dây rơ le, rơ le đóng, có dịng điện qua mô tơ quạt, mô tơ quay dẫn động quạt quay để làm mát nước Chu kỳ hoạt động liên tục để giữ ổn định nhiệt độ nước làm mát khoảng 900C  910C Mô đun điều khiển nhiệt độ Mô đun điều khiển nhiệt độ điều khiển đóng ngắt rơ le cấp điện cho quạt điện, thiết kế điều chỉnh nhiệt độ nút nhấn hiển thị trực quan LED đoạn n tiế sĩ ới m ất nh Hình PL4.3 Mô đun điều khiển cảm biến nhiệt độ nhiệt độ Thông số kỹ thuật mô đun: 139 − − − − − − − − − − Phạm vi hoạt động: -50  1100C Sai số điều khiển: 0.10C Cảm biến đo nhiệt: nhiệt điện trở NTC10K chống nước, chiều dài 0.5m Cảnh báo nhiệt độ cao: - 49  1100C Điện áp sử dụng: DC 12V Loại ngõ ra:relay 10A (max) Nhiệt độ sai khác: 0.1 300C Khởi động trễ: 10 phút Nhiệt độ hiệu chỉnh:-10~100C Kích thước: 60x43x16mm Cài đặt cho quạt làm mát nhiệt độ hạ xuống 90 độ quạt ngừng quay, tăng đến 91 độ quạt tiếp tục quay ận Lu − Bấm giữ nút SET vào chế độ cài đặt, thiết lập P0 thành giá trị C − Bấm giữ nút SET để chế độ bình thường, nhấn nút SET để đèn xanh nhấp nháy, điều chỉnh tăng giảm thành 90 độ C − Bấm giữ nút SET để vào chế độ cài đặt, thiết lập P1 thành để thiết lập độ trễ nhiệt độ thành độ C Sau bấm giữ nút SET để chế độ bình thường án Các chế độ cài đặt mô đun: P0: Cài đặt chế độ làm lạnh, sưởi nóng Thơng số cần cài đặt bắt đầu sử dụng: giá trị “H” cho chế độ sưởi nóng, “C” cho chế độ làm lạnh P1: Cài đặt giá trị trễ nhiệt Trễ nhiệt giá trị cần thiết để hệ thống hoạt động hiệu hơn, bền bỉ Tại phải có thơng số này? Tưởng tượng bạn cần đặt nhiệt độ 30 độ C, giá trị nhiệt độ dao động lân cận 30 độ C relay mạch nhảy nhảy lại, làm lạnh làm nóng liên tục bật tắt làm tiếp điểm nhanh hư hỏng, nguồn điện khơng ổn định, chí lốc lạnh cịn hay bị “sốc” – nóng máy hỏng Giá trị trễ nhiệt giúp cài đặt cho hệ thống hoạt động theo yêu cầu P2: Chỉnh lại sai số nhiệt độ Nếu ta đo nhiệt độ 30.4 độ ( đo thiết bị chuyên dụng) mà hình hiển thị 30.1 độ, nghĩa sai số 0.3 độ Ta phải nhập số vào thông số P2 để từ sau hệ thống hoạt động xác so với yêu cầu P3: Cài đặt chế độ trễ khởi động Thông số sử dụng hoạt động chế độ làm lạnh nguồn lạnh máy nén Nếu hoạt động mà điện, máy nén khí làm lạnh thường khơng hoạt động tắc ga (sốc) Khi động máy khơng chạy mà bị bó cứng làm nóng máy (các rơle bảo vệ cắt điện động nóng), tiêu tốn điện gây hư hỏng Chế độ làm trễ lại theo thời gian cài đặt cấp điện cho máy lạnh hệ thống có điện trở lại.( máy lạnh thông thường từ đến phút) P4: Cài đặt nhiệt độ cảnh báo Khi nhiệt độ tăng mức cài đặt chế độ này, hình nhấp nháy để báo hiệu n tiế sĩ ới m ất nh 140 Phụ lục Hệ thống điều khiển đánh lửa vòi phun Kế thừa từ nghiên cứu Trần Thanh Tâm, ĐHBK Hà Nội kết cấu buồng cháy, hình dạng đỉnh piston vị trí lắp bugi nắp máy, vị trí lắp rơ to cảm biến đánh lửa; Nghiên cứu góc đánh lửa ban đầu (15 độ trước ĐCT) động sau chuyển đổi sử dụng vòi phun điều khiển khí; Hình PL5.1 Vị trí lắp bugi Lu Nội dung NCS phát triển ận án Cảm biến vị trí trục cam CMP (Camshaft Position Sensor) Luận án Trần Thanh Tâm vị trí lắp rô to cảm biến đánh lửa trục chia điện dẫn động từ trục bánh khởi động trì đảm bảo đánh lửa lần chu trình làm việc động cơ, vị trí NCS lắp cảm biến vị trí trục cam (CMP) Bộ điều khiển dựa vào tín hiệu từ cảm biến để xác định vị trí ĐCT piston vào kỳ nén n tiế sĩ ới m ất nh Hình PL5.2 Vị trí lắp cảm biến CMP cảm biến CKP Cảm biến vị trí trục khủyu CKP (Crankshaft Position Sensor) Cảm biến có chức chuyển tốc độ động thành tín hiệu điện gửi điều khiển Gia công lắp 24 vào mặt phẳng bánh đà lắp cảm biến (CKP) vào vị trí tương ứng Hình PL5.3 Bơ bin đánh lửa tích hợp IC, bugi 141 Từ yêu cầu đặt bugi hệ thống đánh lửa động sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên, bugi sử dụng loại có điện cực trung tâm platin ký hiệu NGK CR8EGP, loại ren M14x1,0, chiều dài ren 19 mm, mức độ nhiệt 8, khe hở điện cực mm Bộ thu thập liệu điều khiển ận Lu án tiế Hình PL5.4 Sơ đồ thu thập liệu điều khiển n Bộ điều khiển sĩ IG Vòi phun 21 Cảm biến số vịng quay trục khuỷu ới m Khóa điện 20 22 CKP 37 INJ (+) INJ (-) nh Cảm biến vị trí trục cam CMP 36 ất IGT Cảm biến lượng khí nạp (ECU) MAF VC Cảm biến vị trí bướm ga IC 10 5V VTA E Bơ bin - IC đánh lửa Bugi Hình PL5.5 Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển đánh lửa điều khiển vòi phun điện 3.1 Nhiệm vụ − Đo thông số vận hành động tốc độ, độ mở bướm ga lưu lượng 142 ận Lu án khơng khí nạp − Điều khiển góc đánh lửa sớm trình cung cấp nhiên liệu (góc phun sớm thời gian phun) − Kết nối với máy tính giao tiếp người dùng (MMI – Man Machine Interface) để hiển thị điều khiển theo thời gian thực 3.2 Cấu tạo − Sử dụng nguồn điện 12 VDC − Tạo nguồn điện VDC − Sử dụng vi điều khiển Microchip dsPIC30F4013, hoạt động với thạch anh tần số 22.118.400 Hz − ngõ vào đọc tín hiệu xung vị trí trục khuỷu (CKP) trục cam (CMP) Trong đó, cảm biến CKP phát 24 xung/vòng trục khuỷu, với cạnh xuống xung số vị trí ĐCT khoảng cách cạnh xuống liên tiếp tương đương 15 độ trục khuỷu Cảm biến CMP phát xung/vòng trục cam, với cạnh lên xung xuất trước ĐCT cuối nén 5-10 độ trục khuỷu − ngõ vào analog đọc tín hiệu độ mở bướm ga (TPS) lưu lượng khơng khí nạp (MAF) Từ điện áp cảm biến đo được, giá trị độ mở bướm ga lưu lượng khơng khí nạp tính tốn dựa vào đường đặc tính cảm biến tương ứng − ngõ digital dùng cho điều khiển góc đánh lửa sớm (IGT) điều khiển cung cấp nhiên liệu (INJ) − Giao tiếp nối tiếp không đồng (UART) với máy tính qua cổng COM Máy tính khơng có cổng COM dùng chuyển đổi USB-to-RS232 để tạo cổng COM ảo 3.3 Giải thuật đo tốc độ động − Một định thời (timer) VĐK với xung đếm MHz sử dụng để đo chu kì Tne (s) cạnh lên xung CMP, tương đương thời gian vòng quay trục khuỷu − Tính tốc độ động ne (vịng/phút) theo cơng thức: 106 120.106 𝑛𝑒 (𝑟𝑝𝑚) = 60 = 𝑇𝐶𝑀𝑃 (𝜇𝑠)⁄ 𝑇𝐶𝑀𝑃 (𝜇𝑠) 3.4 Điều khiển góc đánh lửa sớm − Góc đánh lửa sớm mong muốn: IGN − Thời gian tích lũy lượng đánh lửa: Tdwell = 2000 s (hay ms) − Khi bắt đầu chu kì đánh lửa, xung IGT điều khiển mức thấp − Từ ĐCT cuối kì thải (cạnh xuống xung CKP thứ 25 chu kì làm việc động cơ, xung thứ vòng quay trục khuỷu), bắt đầu chờ khoảng thời gian Tign-delay (s) theo công thức: 360 − 𝜃𝐼𝐺𝑁 𝑇𝑖𝑔𝑛−𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦 (𝜇𝑠) = 𝑇𝐶𝑀𝑃 (𝜇𝑠) − 𝑇𝑑𝑤𝑒𝑙𝑙 720 − Khi hết thời gian chờ Tign_delay, xung IGT điều khiển chuyển sang mức cao IC đánh lửa (igniter) bắt đầu tích lũy lượng đánh lửa − Khi hết thời gian tích lũy lượng đánh lửa (2000 s hay 2ms), xung IGT điều khiển chuyển sang mức thấp để IC đánh lửa điều khiển tạo tia lửa n tiế sĩ ới m ất nh 143 điện bugi − Một định thời vi điều khiển với xung đếm MHz sử dụng để đếm thời gian Tign-delay Tdwell, qua đó, điều khiển góc đánh lửa sớm động ận Lu Hình PL5.6 Tín hiệu cảm biến CKP CMP án 3.5 Điều khiển phun nhiên liệu n tiế sĩ ới m ất nh − − − − − Hình PL5.7 Tín hiệu điều khiển đánh lửa (IGT) tín hiệu điều khiển vịi phun (INJ) Góc phun nhiên liệu sớm mong muốn: INJ Thời gian phun nhiên liệu mong muốn: Tinj Khi bắt đầu chu kì phun nhiên liệu, xung INJ điều khiển mức thấp, vòi phun trạng thái đóng Từ ĐCT cuối kì nén (cạnh xuống xung CKP sau có cạnh lên xung CMP), bắt đầu chờ khoảng thời gian Tinj-delay (s) theo công thức: 360 − 𝜃𝐼𝑁𝐽 𝑇𝑖𝑛𝑗−𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦 (𝜇𝑠) = 𝑇𝐶𝑀𝑃 (𝜇𝑠) 720 Khi hết thời gian chờ Tinj-delay, xung INJ điều khiển chuyển sang mức cao 144 vòi phun cấp điện để nhấc kim, phun nhiên liệu − Khi hết thời gian phun Tinj, xung INJ điều khiển chuyển sang mức thấp (0 V) để ngắt điện cung cấp vòi phun, vòi phun đóng lại, kết thúc phun − Một định thời VĐK với xung đếm MHz sử dụng để đếm thời gian Tinj-delay Tinj, qua đó, điều khiển góc phun sớm thời gian phun nhiên liệu ận Lu án tiế Hình PL5.8 Màn hình hiển thị máy tính n sĩ ới m ất nh 145