Nghiên cứu tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm động cơ sử dụng năng lượng tái tạo hybrid sinh khối năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH GÓC ĐÁNH LỬA SỚM ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO HYBRID: SINH KHỐI-NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Mã số: T2022-06-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS Bùi Văn Hùng Đà Nẵng, 2023 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH GÓC ĐÁNH LỬA SỚM ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO HYBRID: SINH KHỐI-NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Mã số: T2022-06-18 Xác nhận quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài KT HIỆU TRƯỞNG PHÓ HIỆU TRƯỞNG (ký, họ tên) PGS TS Võ Trung Hùng Bùi Văn Hùng MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO HYBRID 1.2 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO HYBRID ĐIỆN MẶT TRỜI-SINH KHỐI 2.1 LÝ THUYẾT CHÁY CỦA HỖN HỢP KHƠNG HỊA TRỘN TRƯỚC .11 2.2 LÝ THUYẾT Q TRÌNH CHÁY HỖN HỢP HỊA TRỘN TRƯỚC 22 2.3 LÝ THUYẾT Q TRÌNH CHÁY HỊA TRỘN TRƯỚC CỤC BỘ 29 2.4 TỐC ĐỘ MÀNG LỬA CHẢY TẦNG 30 3.1 ĐỘNG CƠ HONDA GX160 32 3.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN 33 3.2.1 Lựa chọn linh kiện điều khiển 34 3.2.2 Lắp đặt hệ thống điều khiển điện tử cho động 43 3.3 TÍN HIỆU ĐẦU VÀO (CẢM BIẾN HALL ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ) 44 3.4 CƠ CẤU CHẤP HÀNH 45 4.1 ĐIỀU CHỈNH GÓC ĐÁNH LỬA SỚM ĐỘNG CƠ CHẠY BẰNG HỖN HỢP BIOGAS-HYDROGEN 51 4.1.1 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến tính động 51 4.1.2 Mơ hình vật lý điều chỉnh góc đánh lửa sớm 54 4.2 TÍCH HỢP MƠ HÌNH VẬT LÝ PHUN-ĐÁNH LỬA 59 4.3 CẢI TẠO ĐỘNG CƠ 62 4.3.1 Sơ đồ hệ thống cải tạo động .62 4.3.2 Lắp đặt phận lên động cải tạo .64 4.4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 67 4.4.1 Chuẩn bị nhiên liệu .67 i 4.4.2 Bố trí hệ thống thí nghiệm 69 4.4.3 Trình tự thí nghiệm .70 4.4.4 Kết thí nghiệm 71 4.5 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 THUYẾT MINH ĐỀ TÀI HỢP ĐỒNG TRIỂN KHAI THỰC HIỆN PHỤ LỤC HỢP ĐỒNG BẢNG DANH MỤC MINH CHỨNG CỦA CÁC SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI CÁC MINH CHỨNG SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI ii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các dạng hệ thống lượng tái tạo Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống lượng tái tạo hybrid lượng mặt trời-năng lượng sinh khối Hình 2.1 Quan hệ ffuel, fsec fox 12 Hình 2.2: Quan hệ ffuel, fsec psec 13 Hình 2.3 Biểu diễn đồ thị hàm mật độ xác suất p(f) .17 Hình 2.4 Ví dụ hàm pdf delta kép 19 Hình 2.5 Sự phụ thuộc logic đại lượng trung i vào f , f '2 mơ hình hóa bình học (hệ thống đoạn nhiệt, thành phần hỗn hợp) .20 Hình 2.6 Sự phụ thuộc logic đại lượng trung bình i vào f , f '2 H, mơ hình hóa học (hệ thống khơng đoạn nhiệt, thành phần hỗn hợp) 22 Hình 3.1 Động Honda GX160 32 Hình 3.2 Sơ đồ mạch điện hộp điều khiển .33 Hình 3.3 Arduino Mega 2560 35 Hình 3.4 Cấu tạo Arduino Mega 2560 .36 Hình 3.5 Module công suất HW532B-LR7843 38 Hình 3.6 Màn hình LCD 39 Hình 3.7 Module hạ áp 12V/5V/3,3V 40 Hình 3.8 Module hạ áp DC-DC 3A LM2596 - B3H13 40 Hình 3.9 Opto PC817 .41 Hình 3.10 Module cách ly nguồn B1212LS-1WR2 .41 Hình 3.11 Động Servo 9G SG90 .42 Hình 3.12 Hộp điều khiển thực tế 43 Hình 3.13 Sơ đồ bố trí hệ thống phun hỗn hợp khí đường ống nạp điều khiển điện tử 44 Hình 3.14 Cảm biến Hall NJK-5002CNPN 44 Hình 3.15 Hiệu ứng Hall 45 Hình 3.16 Hệ thống đánh lửa động HONDA GX 160 .46 Hình 3.17 Hệ thống đánh lửa điện tử 47 iii Hình 3.18 (a) IC tích hợp bobbin, (b) đầu chụp bugi đánh lửa 47 Hình 3.19 Cấu tạo bugi 48 Hình 3.20 Hệ thống đánh lửa thực tế 49 Hình 3.21 Kiểm tra vị trí ĐCT 50 Hình 3.22 Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa .50 Hình 4.1 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến biến thiên áp suất (a), nhiệt độ cháy (b) nồng độ NOx (c) động chạy hỗn hợp nhiên liệu HH1 100% tải, n=3000 vòng/phút, hệ số tương đương =1 51 Hình 4.2 Ảnh hưởng hàm lượng hydrogen pha vào biogas M7C3 đến biến thiên tốc độ tỏa nhiệt áp suất xi lanh động chạy tốc độ 2100 v/ph (a) 3600 v/ph (b) .53 Hình 4.3 Ảnh hưởng thành phần hydrogen đến biến thiên cơng thị chu trình theo góc đánh lửa sớm trường hợp động chạy Biogas M7C3 (a), Biogas M6C4 (b) tốc độ 3000 vòng/phút, =1, 100% tải 53 Hình 4.4 Sơ đồ bố trí hệ thống thí nghiệm thay đổi góc đánh lửa sớm động tĩnh 55 Hình 4.5 Ảnh chụp mơ hình thí nghiệm điều chỉnh góc đánh lửa sớm (a) hộp điều khiển, hộp công suất (b) 55 Hình 4.6 Tín hiệu cảm biến Hall tín hiệu đánh lửa chưa xử lý nhiễu (a), tín hiệu xử lý nhiễu cổng kết nối tụ điện (b) tín hiệu sau xử lý nguồn cách ly quang học (c) 56 Hình 4.7 Lược đồ chương trình cài đặt vào vi điều khiển để điều chỉnh góc đánh lửa sớm (a) độ lệch xung tín hiệu Hall xung đánh lửa (b) 57 Hình 4.8 Mơ thay đổi góc đánh lửa sớm theo hàm lượng hydrogen pha vào hỗn hợp biogas 58 Hình 4.9 Sơ đồ bố trí hệ thống thí nghiệm thay đổi góc đánh lửa sớm, thời gian phun động tĩnh 60 Hình 4.10 Tín hiệu TDC, tín hiệu điều khiển vịi phun đánh lửa 61 Hình 4.11 Tín hiệu cảm biến Hall, tín hiệu đánh lửa tín hiệu phun xử lý nhiễu mô theo nhiên liệu biogas M7C3 (a), hỗn hợp 80% biogas M7C3+20% hydrogen 62 iv Hình 4.12 Sơ đồ cải tạo động tĩnh đánh lửa cưỡng truyền thống thành động tĩnh phun nhiên liệu khí điều khiển điện tử 63 Hình 4.13 Tín hiệu phun nhiên liệu (a) tín hiệu đánh lửa (b) tương đối so với tín hiệu cảm biến Hall 64 Hình 4.14 Lắp đặt phận cải tạo động 65 Hình 4.15 Sơ đồ đấu dây hộp điều khiển động 66 Hình 4.16 Ảnh chụp mặt trước (a), mặt sau (b) hộp điều khiển động .67 Hình 4.17 Sơ đồ pha trộn hỗn hợp nhiên liệu biogas-hydrogen .68 Hình 4.18 Sơ đồ bố trí hệ thống thí nghiệm 69 Hình 4.19 Ảnh chụp hệ thống thí nghiệm .70 Hình 4.20 Điều chỉnh mức tải động 71 Hình 4.21 Sơ đồ điều chỉnh góc đánh lửa sớm .71 Hình 4.22 Biến thiên tdl góc đánh lửa sớm theo tốc độ động 72 Hình 4.23 Biến thiên góc đánh lửa sớm tối ưu φs theo tỉ số H2/CH4 73 v DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật động máy phát điện GX160 32 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 35 Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật hình LCD 39 Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật module hạ áp 12/5/3,3V LM2596-B3H13 .40 Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật Opto PC817 41 Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật module B1212LS-1WR2 42 Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật động Servo .42 Bảng 4.1: Thành phần mol nhiên liệu .67 Bảng 4.2: Áp suất riêng phần chất nhiên liệu 68 vi CÁC CHỮ VIẾT TẮT CO Carbon monoxide ĐCT Điểm chết ECU Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit) H2 Hydrogen HC Hydrocarbon HRES Hệ thống lượng tái tạo hybrid (Hybrid Renewable Energy Systems) PV Mô-đun quang điện mặt đất RES Hệ thống lượng tái tạo (Renewable Energy Systems) MxCy [%mol] Biogas chứa 10x (%) CH4 10y (%) CO2 theo thể tích MxCy-zH [%mol] Biogas chứa 10x (%) CH4 10y (%) CO2 z (%) H2 theo thể tích TK [] Độ theo góc quay trục khuỷu vii Mẫu Thông tin kết nghiên cứu đề tài KH&CN cấp Trường ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm động sử dụng lượng tái tạo hybrid: sinh khối-năng lượng mặt trời - Mã số: T2022-06-18 - Chủ nhiệm: ThS Bùi Văn Hùng - Thành viên tham gia: - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật- Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: 3/2023 -11/2023 Mục tiêu: Cải tạo động tĩnh truyền thống cung cấp xăng chế hịa khí thành động tĩnh điều khiển điện tử góc đánh lửa sớm theo thành phần nhiên liệu chế độ vận hành hệ thống lượng tái tạo hybrid sinh khối-năng lượng mặt trời Tính sáng tạo: Cải tạo động tĩnh truyền thống cung cấp xăng chế hịa khí thành động tĩnh điều khiển điện tử góc đánh lửa sớm Tóm tắt kết nghiên cứu: - Cải tạo động tĩnh đánh lửa cưỡng truyền thống thành động tĩnh điều khiển điện tử góc đánh lửa sớm nhờ điều khiển điện tử ECU đặc thù gồm vi điều khiển cài đặt chương trình kiểm sốt hoạt động hệ thống đánh lửa; cảm biến từ Hall để kích hoạt chương trình trình tính tốn thơng số chu trình; cảm biến xác định vị trí bướm ga; vịi phun nhiên liệu khí; cụm viii