Xây dựng ơ sở dữ liệu ho ecu động ơ diesel sử dụng hệ thống nhiên liệu ommon rail

Trang 1 ---***---TRẦN THANH BÌNH XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CHO ECU ĐỘNG CƠ DIESSEL SỬ DỤNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL Trang 2 ---***---TRẦN THANH BÌNH XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CHO ECU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TS PHẠM MINH TUẤN

LỜI CAM ĐOAN

Hà Nội, tháng1 năm 2013

Tác giả

Trần Thanh Bình

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Hình 3.14 Lựa chọn mô hình toán h c 42ọ

DANH M C B NG Ụ Ả

……… 32

B ng 3.1.ả B ng thông s nả ố độ g cơ ……… 34

B ng 4.1.ả Các điểm th nghi m t i tử ệ ạ ốc độ 3000 v/ph 49

B ng 4.2.ả Các giá tr bị j t i tạ ốc độ 3000 v/ph 50

B ng 4.3.ả Các điểm th nghi m t i tử ệ ạ ốc độ 2800 v/ph 52

B ng 4.4.ả Các giá tr bị j t i tạ ốc độ 2800 v/ph 53

B ng 4.5.ả Giá tr bị j ở các tốc độ khác nhau trên đường đặc tính ngoài 55

B ng 4.6.ả Giá tr mô men l n nh t ị ớ ấ ở đường đặc tính ngoài 55

B ng 4.7 ả Các điểm th nghi m 58ử ệ B ng 4.8.ả Các giá tr bị j t i tạ ốc độ 1000 v/ph 58

B ng 4.9.ả Các điểm th nghi m 61ử ệ B ng 4.10.ả Các giá tr bị j ở các tốc độ khác nhau trên đường đặc tính không t i 63ả Bảng 4.11 Các giá trị Gnlmin ở các tốc đ khác nhau trên đường đặc tính không tảộ i 63

B ng 4.12.ả Góc phun s m t i u tớ ố ư ại các điểm cơ ở s 67

B ng 4.13.ả Áp su t phun s m t i u tấ ớ ố ư ại các điểm c s 68ơ ở B ng 4.14.ả Mô men tối ư ại các điểm cơ ởu t s 70

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ iv

DANH MỤC BẢNG vi

MỤC LỤC vii

MỞ ĐẦU x

I Lý do chọn đ tài xề II Các đề tài nghiên cứu liên quan xi

III Mục đích của luận văn, đối tượng và phạm vi nghiên cứu xii

IV Ý nghĩa khoa học và th c tiự ễn xiii

V C c ná ội dung chính trong luận văn xiii

CHƯƠNG I KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LI U COMMON RAIL 1Ệ 1.1 Tình hình sử dụng tại Việt Nam và trên thế giới 1

1.2 Sơ đồ và nguyên lý làm việc 3

1.3 Kết cấu các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu CR 4

1.4 Hệ thống nhiên li u độệ ng c AVL 5402 7ơ 1.5 Ảnh hưởng c a các tham số ềủ đi u chỉnh tới các tính năng kinh tế ỹ k thu t c a ậ ủ động cơ sử dụng h thống nhiên li u CRệ ệ 7

10

CHƯƠNG II CƠ SỞ QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VÀ NG D NG 11Ứ Ụ 2.1 Vai trò của quy hoạch th c nghiự ệm đố ới v i khoa học thực nghiệm 11

2.2 Nh ng khái niữ ệm cơ bản c a quy hoạch thựủ c nghi m 12ệ 2.2.1 Định nghĩa quy hoạch thực nghiệm 12

2.2.2 Đối tượng c a quy hoủ ạch thực nghi m trong các ngành cệ ông nghệ 12

2.3 Các ph ng pháp quy hoươ ạch thực nghiệm 14

2.3.1 Quy hoạch tr c giao cự ấp I 14

2.3.2 Thực nghiệm yếu tố từng phần TYP 2k-p 23

2.3.3 Quy hoạch tr c giao cự ấp 2 25

2.4 Tối ưu hóa quy hoạch thực nghiệm 26

2.4.1 Tối ưu hóa theo phương pháp leo dốc 27

2.4.2 Phương pháp luân phiên từng bi n giế ải bài toán tối ưu phỏng định 28

2.5 Các nghiên cứu áp dụng quy hoạch thực nghi m trong các ngành kệ ỹ thuật 29

CHƯƠNG III THIẾT BỊ VÀ QUY TRÌNH TH NGHIỆM………34 Ử 3.1 Băng thử độ ng c một xylanh 32ơ 3.2 Động c thử nghiệm AVL 5402 32ơ 3.3 Các trang thiết bị của phòng thử 35

3.4 Phần mềm quy hoạch th c nghiự ệm DX6 38

3.5 Quy trình xây dựng bộ dữ liệu các tham số điều chỉnh của đ ng c AVL 5402 44ộ ơ 3.5.1 Giới hạn nghiên cứu 44

3.5.2 Quy trình thực hi n 45ệ CHƯƠNG IV KẾT QUẢ THÍ NGHI M VÀ THỆ ẢO LUẬN 47

4.1 Xây dựng đ ng đặc tính ngoài 47ườ 4.1.1 Xây dựng thử ngh ệm t i ti ạ ốc độ 3000 v/ph 50

4.2.2 Xây dựng thử nghiệm tại điểm nmax – Δn 52

4.2.3 Xây dựng thử nghiệm tại điểm nmax – k.Δn 54

4.3 Xây dựng đ ng đặc tính không tải 56ườ 4.3.1 Xây dựng thử nghiệm t i tạ ốc độ nmin 57

4.3.2 Xây dựng thử nghiệm t i tạ ốc độ nmin+Δn 60

4.3.3 Thực hiệ ạn t i điểm nmin+ k.Δn 63

4.4 Xây dựng các đ ng đặc tính tải 64ườ 4.4.1 Bộ thông số tố ưi u tại các điểm c s ơ ở 66

4.4.2 Bộ thông số tố ưi u sau khi đã nội suy tuyến tính 69

KẾT LUẬN 74

KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC I 77

M Ở ĐẦ U

IICác đề tài nghiên cứu liên quan

gi i:

khí λ ≈ 1)

-Khổng Văn Nguyên ] đưa ra các nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các [8

h th

Đối tượng:

IV Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Rail

- Đóng góp vào giảng dạy, nghiên cứu phát triển và cải tiến động cơ CR nói

CR

1

CHƯƠNG I KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL

gi i, t i Vi

Một số hãng ô tô trong nước cũng đang bắ nghiên cứ đưa hệt u th ng nhiên ố

Alfa Romeo và Mercedes-Benz

2001

2002

1800bar

MAN

2003

ra,tăng 5% công suất và giảm 3%

3

Hình 1.1.Sơ đồ ệ ố h th ng nhiên li u tích ápệ

chính như bơm cao áp, vòi phun, bình tích áp

Hình 1.2.Các bộ ph n chính c a h thố ậ ủ ệ ng nhiên li u tích áp ệ

1.3 Kết cấu các chi tiết trong hệ thống nhiên liệu CR

1.3.1 Bình tích áp

Hình 1.3.Bình tích áp

Hình 1.4 Bơm thấp áp

5

Hình 1.5 Bơm cao áp hướng kính dùng trong h ệ thống nhiên li u tích áp ệ

Vòi phun điện từ (hình 1.6 được sử ụng phổ ến trong hệ thống nhiên liệ

của nhiên liệu lên piston 2 Khi vòi phun không làm việc, tổng lực ép lớn hơn lực

1 trục bơm, 2 vòng đệm, 3 piston, 4 van hút, 5 van xả, 6 đường cấp

nâng nên kim phun đóng các lỗ phun 12 Khi có dòng điện điều khi n t ECU vào ể ừ

4 3 2

1

5 6

piston, 3 tiết lưu, 4

van điều khi n, 5 ể

cửa về đường hồi, 6 thanh đẩy, 7 đầu

nối điện, 8 nam

Hình 1.6 Vòi phun điện từ dùng trong h ệ thống nhiên li u tích áp ệ

m

7

Hình 1.7 Vòi phun th nh anhạ

phun sau

1.5 Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu CR

Hình 1.8 Ảnh hưởng c a các tham s ủ ố điều chỉnh tới các tính năng kinh tế ỹ k thu t của ậ

động cơ CR [8]

Hình 1.9 Các bước phát tri n c a h ể ủ ệ thống nhiên li u ệ CR [9 ]

9

Hình 1.10 Ảnh hưởng c a áp su t phun tủ ấ ới chiều dài tia phun [9]

Hình 1.11 Ảnh hưởng c a áp su t phun tủ ấ ới kích thước h t nhiên liạ ệu [9]

11

CHƯƠNG II CƠ SỞ QUY HO CH THỰ Ạ C NGHI M VÀ NG D NG Ệ Ứ Ụ

Vai trò của thực nghiệm càng lớn thì mục tiêu đề ra cho chúng càng cao, vì

Có th nói, lý thuyể ết quy hoạch thực nghiệm từ khi ra đời đã thu hút sự quan

13

Hình 2.1.Sơ đồ đố i tư ng nghiên c u có và không có nhi u ợ ứ ễ

thống kê thực nghiệm.Các mô hình này nhận được khi có cộng tính nhiễu ngẫu

Trong đó β = (β1, β2, βk) là vectơ tham số ủ c a mô hình Dạng hàm φ đượ ực l a

Hình 2.2.Mô hình đố i tư ng công ngh MIMO (nhi u vào, nhi u ra) ợ ệ ề ề

Sau khi đã mã hóa:

j )

17

j

như sau:

Phương sai các hệ ố s b ( 2

bj

th

dựng mô hình thống kê cho nhiều đối tượng nghiên cứu thuộc các lĩnh vực khác nhau

2 1

N

u u u

Có th viể ết dướ ại d ng sau:

4

0 0 1 1 2 2 12 1 2 0 1

0

4

0 0 1 1 2 2 12 1 2 1 1

1

4

0 0 1 1 2 2 12 1 2 2 1

2

4

0 0 1 1 2 2 12 1 2 1 2 1

u u u

u u u

u u u u

b x b x b x b x x u Y xb

b x b x b x b x x u Y xb

b x b x b x b x x u Y xb

b x b x b x b x x u Y x xb

4

1 4

1 4

1 4

u u u

u u u

u u u u

21

4

1 4

1 4

1 4

a. Phương án thực nghiệm tại tâm

s ự tương thích của PTHQ với thực nghiệ Do vậy sẽ gây tốn kém ề ời gian vàm v th

0

1

u ou u

25

Bước 2:

27

Bước 4:

Bước 5:

Bước 6:

-Tối ưu hóa nhám bề mặt khi tiện tinh lỗ nhỏ trên thép X210CR13 đã tôi

CHƯƠNG III THIẾT B VÀ QUY TRÌNH TH Ị Ử NGHIỆM

Máy tính INCA

Băng thử

Hình 3.1.Sơ đồ băng thử động cơ một xylanh

33

B ng 3.1.ả B ng thông s k thuả ố ỹ ật của động cơ

TT Thông s k ố ỹ thuật Giá trị

1 Kiểu động Diesel 4 kỳ không tăng áp,

9 Chi u dài thanh truy n ề ề Ltt = 148 (mm)

Hình 3.2 Mặt c t d ắ ọ c đ ộng cơ AVL 5402

Hình 3.3.Mặt cắt ngang động cơ AVL 5402

35

men dẫn động từ roto (roto của cụm phanh được nối với trục dẫn động từ động cơ)

mô men cản trên trục dẫn động từ động cơ Khả năng thay đổi mô men phanh thích hợp cho việc điều kiển tự động ở các chế độ thử của động cơ

Cụm phanh có chức năng là làm việc ở chế độ máy phát (phanh đối với động cơ) và chế độ động cơ (kéo động cơ quay)

Ngoài ra công suất động cơ được hấp thụ và biến đổi thành năng lượng điện trong thiết bị (phanh).Dòng điện này qua bộ biến tần và được đưa ra ngoài

Hình 3.4.Cụm phanh điện AMK

3.3.2Fuel balance 733S

Hình 3.5.Thiết bị đo tiêu thụ nhiên li u Fuel balance 733S ệ

Hình 3.6.Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415

37

tương tự

Hình 3.7 THA100 và h p tín hi u ộ ệ

3.4Phần mềm quy hoạch thực nghiệm DX6

Hình 3.8 Màn hình giao di n chính c a ph n mệ ủ ầ ềm DX6

39

Hình 3.9 Đặt tên và thứ nguyên c ủa các yế ố đầu t u vào

Hình 3.10 Khai báo các biến đầu ra

Tiếp theo kích chuột vào Design tool chọ Augment Design(hình 3.11), chọn n

Hình 3.11 Lựa chọn phương pháp thiết kế thí nghi m ệ

41

Hình 3.12 Lựa chọ các n thông s quy hoố ạch

Hình 3.13 Các điểm thử nghi m ệ

Hình 3.14 Lựa chọn mô hình toán h cọ

Hình 3.15 Kiểm tra sự phù h p c a mô hình theo chu n Fisherợ ủ ẩ

43

Hình 3.16 Khảo sát giá trị ủ c a y u t u ra ph thuế ố đầ ụ ộc các yế ố đầu t u vào

0 0 0

0 5 0

1

-1 0 0 -0 5 0

Hình 3.18 K t qu gi i bài toán tế ả ả ối ưu

3.5 Quy trình xây dựng bộ dữ liệu các tham số điều chỉnh của động cơ AVL

5402

động cơ

45

Bước 1: Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ xuất phát từ điểm số 1 (nmax)

trong chương 4

47

CHƯƠNG IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN

,

s p f

Thực hiện bài toán quy hoạch thực nghiệm

Bắt đầu

Xác định được (φs,pf) tối ưu tại điểm

n max – k n Δ với hàm mục tiêu là Memax

(φs,pf) tối ưu tại điểm nmax – (k-1) n Δ được

chọn là tại điểm n( 0 , 0 ) max – k nΔ

Hình 4.1.Thu t toán ậ xác định b s ộ ố liệu φs và pf tại đặc tính ngoài

B ng 4.1.ả Các điểm thử nghiệm ại tốt c đ ộ 3000 v/ph

B ng 4.2.ả Các giá tr bị j t i tạ ốc độ 3000 v/ph

51

Hình 4.2.Giá trị mômen th hiể ện theo các đường đồ ng m c t i t c đ 3000 ứ ạ ố ộ v/ph

Hình 4.3.Giá trị mômen th hi n theo không gian ba chi u tể ệ ề ại tố c đ 3000 ộ v/ph

Kết quả khảo sát cho thấy giá trị mômen lớn nhất là Memax 28,97 Nm t= ại

2800 v/ph

Me = 29,46 – 0,072*X1 – 0,071*X2 – 0,55*X1 -0,22*X2 – 0,05*X1*X2

Hình 4.5 Giá trị mômen th hi n theo không gian ba chi u tể ệ ề ại tố c đ 2800 ộ v/ph

4.1)

0 0 0

0 5 0

1 0 0

-1 0 0 -0 5 0

Hình 4.6 B thông s tộ ố ối ưu ở đường đặc tính ngoài

520 540 560 580 600 620 640 660

57

Thực hiện bài toán quy hoạch thực nghiệm Bắt đầu

Xác định được (φs,pf) tối ưu tại điểm

n min + k n Δ với hàm mục tiêu là Gnlmin

(φs,pf) tối ưu tại điểm nmin + (k-1) n Δ được

chọn là tại điểm n( 0 , 0 ) min + k nΔ

f

s p

ϕ

Hình 4.7 Thu t toán ậ xác định b s ộ ố liệu φs và pf tại đặc tính không t i ả

sau:

Như vậy tâm quy ho ch là (ạ ϕs0 , p 0f) = (80; 300 bar) Tiếp theo c ọn dạh ng phương trình hồi quy sau khi đã mã hóa:

B ng 4.8.ả Các giá tr bị j tại tố c đ ộ 1000 v/ph

như công thức sau:

59

Gnl = 88,75 + 6,98*X1 + 12,59*X2 +50,00*X1 +40,00*X2 + 2,5*X1*X2

Hình 4.9.Giá trị G nlthể ệ hi n theo không gian ba chi u t c đ 1000 ề ở ố ộ v/ph

0 0 0

0 5 0

1 0 0

-1 0 0 -0 5 0

Gnl = 150 – 5,3*X1 – 13,84*X2 + 12,5*X1 +12,5*X2 - 5*X1*X2

Hình 4 10 Giá trị Gnl thể ện theo các đường đồ hi ng m c t c đ 1200 ứ ở ố ộ v/ph

Hình 4.11 Giá trị Gnl thể ệ hi n theo không gian ba chi u tề ở ố c đ ộ 1200 v/ph

0 0 0

0 5 0

1 0 0

-1 0 0 -0 5 0

63

k.Δn

cơ ở đường đặc tính không tải được tổng hợp theo bảng 4.10 và 4.11 và hình 4.12

B ng 4.10.ả Các giá tr bị j ở các tố c đ khác nhau trên đường đặ ộ c tính không t i ả

1.000 88,75 6,98 12,59 50 40 2,5 1.200 150 -5,3 -13,84 12,5 12,5 -5 1.400 171,87 -15,2 -10,2 17,5 17,5 3,75 1.800 214,38 -10,41 -3,68 25 12,5 -1,25 2.200 272,5 -29,96 0,52 40 7,5 7,5 2.600 277,5 -26 -2,59 80 27,5 7,5 3.000 381,25 -75,96 -8,66 97,5 25 25

B ng 4.11.ả Các giá tr Gị nlmin ở các tố c đ khác nhau trên đường đặ ộ c tính không t i ả

Hình 4.12 B thông s tộ ố ối ưu ở đường đặc tính không t i ả

(Δn =200 v/ph) Chia dải tải trọng động cơ (theo lượng nhiên liệu tiêu thụ/chu trình)

6 8 10 12 14 16 18 20

65

Hình 4.13.Các điể m cơ s trong bài toán quy ho ch ở ạ

B ng 4.13.ả Áp suất phun s m tớ ối ưu tại các điểm cơ sở

a) a)b)

Hình 4.14 Mô hình n i suy tuy n tính ộ ế

Hình 4.14 th hiể ện hai mô hình nội suy Giả ử s chúng ta đã biết được bộ thông

71

Hình 4.15 Đồ th ị góc phun s m tối ưu theo tố ớ c đ và t ộ ải trọng động cơ

B ng 4.14.ả Áp suất phun s m tớ ối ưu sau khi nội suy

Hình 4.16 Áp suất phun tối ưu theo tố c đ và tải trọng động cơ ộ

B ng 4.15.ả Mô men tối ưu sau khi nội suy

73

Hình 4.17 Mô men tối ưu theo tố c đ và tải trọng động cơ ộ

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN

KIẾN NGHỊ

75

TÀI LIỆU THAM KHẢO

cứu hoàn thiện thiết kế và chế ạo hệ thống phun xăng điện tử thay thế cho hệ ố t th ng

trên thép X210CR13 đã tôi, tạp chí cơ khí Việt Nam s tháng 04/2011 ố

[10] SP Edwards, DM Grove, and H P Wynn Statistics for Engine Optimization

Engineering

[12] Hitoshi Tomishima, Takeo Matsumoto, Mamoru Oki, Kohji Nagata The

Economy, Licensed from the SAE Digital Library Copyright 2009 SAE International

[13] Essam M EL Hannouny, Taewon W Lee, Patrick V Farrell and Rolf D Reitz.An Experimental and Numerical Study of Injector Behavior for HSDI Diesel

[14] S Haines, C Dicken, A Gallacher The application of an automatic

PHỤ LỤC II: Tiêu chuẩn Student

111

B ng tiêu chu n Fisher ả ẩ fα( , ) n n 1 2 (tiếp)

113

B ng tiêu chu n Fisher ả ẩ fα( , ) n n 1 2 (tiếp)