nghiên cứu ứng dụng hệ thống nhiên liệu kiểu common-rail điều khiển điện tử cho động cơ diesel dsc-80

MỤC LỤC Chương, mục Mở đầu Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail 1.2 Động diesel DSC – 80 CHƯƠNG XÂY DỰNG CÁC BỘ SỐ LIỆU 2.1 Vấn đề chung kỹ thuật sử dụng 2.2 Xây dựng số liệu đặc tính tốc độ 11 2.3 Xây dựng số liệu đặc tính điều chỉnh 13 2.4 Xác định gct số vòng quay ổn định nhỏ 16 2.5 Đặc tính điều tốc 18 2.6 Hiệu chỉnh đường cong đặc tính 21 CHƯƠNG BỘ ĐIỀU KHIỂN DIESEL ĐIỆN TỬ 3.1 Giới thiệu 26 3.2 Lựa chọn vòi phun hệ thống nhiên liệu CR 27 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến lượng cấp nhiên liệu vòi phun HEUI 31 3.4 Xây dựng mối liên hệ gct với độ rộng xung 33 3.5 Lập trình cho điều khiển diesel điện tử 34 CHƯƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CR TRÊN ĐỘNG CƠ DSC-80 4.1 Mơ hình phần tử vịi phun 4.2 Mơ hình hệ thống nhiên liệu CR 42 4.3 Kết khảo sát động DSC-80 sử dụng hệ thống nhiên liệu CR 45 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 MỞ ĐẦU Sau kỷ kể từ đời, ngành động đốt ngày đạt thành tựu to lớn nghiên cứu phát triển, cho đời sản phẩm ngày hoàn thiện đáp ứng yêu cầu khắt khe xã hội Một thành tựu bật ứng dụng - điện tử nghiên cứu phát triển động Việc sử dụng loại hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử áp dụng rộng rãi năm cuối kỷ 20 tạo hệ động đại, đạt tiêu kinh tế - lượng trội, thân thiện với môi trường Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel điều khiển điện tử kiểu Common Rail (CR) phát minh ứng dụng cuối kỷ 20 số Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail (CR) có nhiều ưu điểm bật so với hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống như: hiệu suất có ích động cao, giảm độ độc hại khí xả, tăng cơng suất động cơ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, giảm ồn, giảm rung động, làm việc có độ tin cậy cao tất chế độ công tác; giảm công đoạn hiệu chỉnh khí, làm việc ổn định tốc độ thấp, dễ kết hợp với hệ thống khác (xử lý khí thải, …) Ở Việt nam, loại động có sử dụng hệ thống nhiên liệu diesel kiểu CR ngày trở nên phổ biến Trong lĩnh vực máy tàu biển, động trung tốc thấp tốc hãng chuyên sản xuất động cho tàu vận tải như: MAN, Sulzer, Mitsubishi … loại động lắp tàu cảnh sát biển số tàu tuần tra, tàu chiến MTU sử dụng loại động tăng áp với hệ thống nhiên liệu CR Trong lĩnh vực giao thông vận tải máy xây dựng, nhiều phương tiện đại sử dụng loại động như: động CRDi Hyundai (SantaFe, xe tải hạng trung ), động NISSAN lắp xe Trường Hải – Thaco, động TDCi hãng Ford, động D-4D Toyota, ISUZU, Komatsu, Catepilar, … số xe quân hệ sử dụng hệ thống nhiên liệu Động DSC-80 động Công ty Diesel Sông công sản xuất dây chuyền công nghệ Belarus chuyển giao năm 60 kỷ trước Trong q trình sản xuất, động DSC-80 khơng ngừng nghiên cứu hoàn thiện để phù hợp với yêu cầu sử dụng khác Theo quy định môi trường, từ tháng năm 2007, động sản xuất, lắp ráp, nhập phải đáp ứng tiêu chuẩn khí thải EURO-II Bên cạnh giải pháp dùng trung hoà khí xả, việc nghiên cứu ứng dụng điện tử hố hệ thống nhiên liệu hướng ưu tiên nghiên cứu phát triển Xuất phát từ đặc điểm đó, nhóm nghiên cứu giao nhiệm vụ: Nghiªn cứu ứng dụng hệ thống nhiên liệu kiểu Common-Rail điều khiển điện tử cho động diesel DSC-80 Mc tiờu nghiên cứu đề tài:  Tiếp cận làm chủ hệ thống nhiện liệu đại kiểu CR  Nghiên cứu khả thay hệ thống nhiên liệu truyền thống hệ thống nhiên liệu có điều khiển điện tử kiểu CR, trọng tâm nghiên cứu quy trình xây dựng số liệu mơ tả chế độ làm việc động (Engine Maps - EMs) xây dựng biểu đồ phun nhiên liệu (Injection Maps IMs), phục vụ cho việc thiết kế chế tạo điều khiển diesel điện tử EDC (hay ECU) – khâu quan trọng nghiên cứu thay hệ thống nhiên liệu khơng thể có chung EDC cho loại động khác chi tiết tiêu chuẩn khác (vòi phun, bơm cao áp, ống phân phối hay bình tích áp )  Lựa chọn loại vòi phun mẫu, đồng hố đặc tính vịi phun biểu đồ phun xây dựng Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu tài liệu lý thuyết, xây dựng mơ hình mơ động DSC80 kết hợp số liệu thực nghiệm đo phịng thí nghiệm để hiệu chỉnh mơ hình, qua xây dựng đặc tính tốc độ, điều chỉnh, không tải, điều tốc làm EMs Sử dụng công cụ tối ưu kết hợp mô hình mơ xác định biểu đồ phun nhiên liệu IMs CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail Hệ thống nhiên liệu kiểu CR Robert Huber (Thụy Sĩ) phát minh năm cuối thập niên 60 kỷ 20, sau tiến sĩ Marco Ganser thuộc viện công nghệ Liên bang Thụy sĩ Ganser-Hydromag AG (Thụy sĩ) phát triển [9] Những năm thập niên 90 (TK20), Tiến sĩ Shohei Itoh Masahiko Miyaki Công ty sản xuất phụ tùng Denso (Nhật bản) phát triển ứng dụng xe tải hạng nặng sử dụng xe tải Hino Cũng năm đó, hãng Robert Bosh GmbH (Đức), Fiat (Italia) ứng dụng hệ thống lên xe chở khách Kể từ đó, hệ thống nhiên liệu CR sử dụng rộng rãi động diesel, từ xe du lịch loại nhỏ loại tàu thuyền cỡ lớn Ngày nay, hệ thống nhiên liệu CR thực mang lại cách mạng cơng nghệ động diesel, làm thay đổi hẳn quan điểm người sử dụng cho động diesel "bẩn, ồn chậm chạp" Các nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng hệ thống nhiên liệu kiểu CR Robert Bosch GmbH, Delphi Automotive Systems, Denso Corporation Siemens VDO biến hệ thống trở thành hệ thống tiêu chuẩn động diesel Hình 1.1 mơ tả sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu Common Rail [9] Hệ thống nhiên liệu kiểu CR thông thường bao gồm phận chính: bơm nhiên liệu (thấp áp cao áp), đường ống cao áp, đường ống thấp áp, cảm biến, điều khiển điện tử ECU, bình tích áp hay ống phân phối (accumulator - rail), van điều áp, giảm chấn thuỷ lực, vòi phun điều khiển điện tử Trong hệ thống CR kiểu bình tích áp, bơm cao áp cung cấp nhiên liệu vơi áp suất cao vào bình tích áp - áp suất bình tích áp lên tới 200 MPa hệ thống CR hệ thứ tư (được xác định áp suất phun thiết lập ECU) không phụ thuộc vào tốc độ động lượng nhiên liệu cấp vào Lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy phù hợp phù hợp với chế độ làm việc động cơ, chất lượng trình tạo hỗn hợp tốt nhiên liệu phun tơi Bộ điều khiển diesel điện tử điều khiển xác tất tham số phun áp suất, thời gian hành trình nâng kim phun tham số khác Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu CR điển hình giới thiệu hình [9] Vịi phun điện từ cho phép điều khiển dễ dàng thời điểm lượng nhiên liệu phun vào xi lanh Áp suất phun cao xé nhỏ hạt nhiên liệu (nguyên tử hoá hạt phun) tạo điều kiện thuận lợi cho q trình bay hồ trộn nhiên liệu với khơng khí, làm tăng chất lượng tạo hỗn hợp cháy Để làm giảm tiếng ồn (một nhược điểm động diesel), điều khiển trung tâm (ECU) điều khiển phun mồi lượng nhỏ nhiên liệu diesel trước điều khiển phun chính, làm giảm tốc độ tăng áp suất bên xylanh mức độ rung động động cơ, đồng thời tạo điều kiện tốt để động dễ dàng khởi động nguội Một vài hệ thống nhiên liệu CR đại sử dụng phương pháp phun năm giai đoạn cho chu trình [9], cơng nghệ cho phép cải thiện đáng kể tính động giảm thiểu chất độc hại khí thải Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu Common Rail [9] Hệ thống nhiên liệu CR khơng chi phí thời gian nhiều cho việc sấy nóng động cơ, thân thiện với môi trường so với hệ động cũ Áp suất phun không phụ thuộc vào chế độ tốc độ chế độ tải trọng động cơ, chất thải NOx, PM giảm thiểu đáp ứng tốt u cầu nhiễm khí thải, đồng thời tối ưu hố đường đặc tính động Do bình tích áp đặt bơm nhiên liệu cao áp vịi phun nên giảm đáng kể ảnh hưởng dao động áp suất bơm gây ra, đồng thời ảnh hưởng nhiễu từ vòi phun với bị hạn chế Một ưu điểm bật hệ thống CR lắp lên động cơ, khơng làm thay đổi mặt kích thước, bố trí chung động cơ, chí cịn thuận tiện so với việc sử dụng hệ thống nhiên liệu cũ [9] Nguyên lý làm viêc: Nhiên liệu từ thùng nhiên liệu bơm nhiên liệu cấp vào bơm cao áp bơm vào bình tích áp (rail hay accumulator) với áp suất lớn từ 136 đến 200 MPa trì ổn định nhờ van điều áp, van hạn chế áp suất dập tắt dao động Áp suất ổn định đưa tới vịi phun (injector) theo thứ tự công tác xylanh điều khiển ECU (EDC) Áp suất bình tích áp kiểm soát cảm biến áp suất Van điện từ vịi phun kích hoạt xung điện ECU cung cấp, xác định thời điểm bắt đầu khoảng thời gian phun Lượng nhiên liệu phun vào xi lanh xác định áp suất nhiên liệu bình tích áp khoảng thời gian kim phun mở, việc phun mồi, phun hai (hoặc ba) giai đoạn đạt cách kiểm sốt đóng mở kim phun xung điện từ tác dụng lên cuộn dây điện từ vòi phun Vịi phun sử dụng vịi phun kiểu van điện từ (solenoid) kiểu áp điện (piezo) 1.2 Động diesel DSC - 80 Động DSC – 80 dòng động diesel máy kéo Công ty Diesel Sông công chế tạo phần theo dây chuyền cơng nghệ Cộng hồ Belarut độc quyền phân phối Việt Nam Từ năm 1994 phòng thí nghiệm Bộ mơn động Khoa động lực - Học viện kỹ thuật quân trang bị loại động dùng để xây dựng khảo sát đặc tính phục vụ cơng tác đào tạo, nghiên cứu Động DSC – 80 động kỳ, xilanh bố trí hàng thẳng đứng, làm mát nước Ở Việt Nam, động DSC – 80 chuyển đổi dùng cho tàu thuyền cỡ nhỏ phục vụ vận tải ven bờ đánh bắt thuỷ hải sản Trong quân đội động DSC-80 nghiên cứu thay động xăng lắp xe ZIL130 Hiện Công ty Diesel Sông Công tiếp tục sản xuất phân phối thị trường Việt nam cho ngành vận tải đường sông, ven biển đánh bắt hải sản, đồng thời liên tục nghiên cứu cường hoá, ghép nối động nhằm tăng công suất phục vụ đánh bắt xa bờ Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel động loại bơm cao áp kiểu bơm dãy, phân bơm làm nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cao áp cho xylanh động theo thứ tự công tác 1-3-4-2 Các thông số kỹ thuật động DSC-80 trình bày bảng 1.1: Bảng 1.1: Các thông số động DSC-80 STT 10 11 12 13 Thông số Công suất định mức Hành trình piston Đường kính xi lanh Chiều dài truyền Số vịng quay định mức Góc mở sớm xupap nạp Góc đóng muộn xupap nạp Góc mở sớm supáp thải Góc đóng muộn supáp thải Góc phun sớm Thứ tự công tác Tỷ số nén Suất tiêu hao nhiên liệu Giá trị 80 125 110 230 2200 10 46 46 10 24 1-3-4-2 16,5 180 Đơn vị tính mã lực mm mm mm vg/ph độ GQTK độ GQTK g/mãlực.h Nhiều tác giả sử dụng phương pháp thay hệ thống nhiên liệu CR lên động có để nghiên cứu hệ thống CR [12] Việc thay hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống động DSC-80 hệ thông nhiên liệu kiểu Common Rail thực Các bước cần tiến hành nghiên cứu thay hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm: - Xây dựng số liệu mẫu cho điều khiển diesel EDC (Engine Maps: EMs, Injection Maps: IMs); - Hiệu chỉnh đặc tính động theo yêu cầu máy công tác; - Lựa chọn sơ đồ hệ thống Common Rail kiểu vòi phun áp dụng; - Đồng hố đặc tính vịi phun IMs - Thiết kế lập trình cho điều khiển diesel điện tử EDC (ECU); - Khảo sát động DSC-80 sử dụng hệ thống nhiên liệu kiểu CR - Nghiên cứu thực nghiệm động mẫu, hiệu chỉnh thông số EMs, IMs cho phù hợp với hệ thống CR Trong khuôn khổ đề tài, nhóm nghiên cứu tiến hành thực bước từ 16, việc nghiên cứu thực nghiệm động mẫu sử dụng hệ thống nhiên liệu CR không thực CHƯƠNG XÂY DỰNG CÁC BỘ SỐ LIỆU 2.1 Vấn đề chung kỹ thuật sử dụng Việc xây dựng số liệu khâu cần thiết nhằm thiết lập liệu đầu vào cho điều khiển trung tâm ECU, ECU nhận tín hiệu lấy từ cảm biến tốc độ động động cơ, vị trí trục khuỷu, vị trí chân ga , sau so sánh với số liệu mẫu (Engine Maps) để định đưa tín hiệu điều khiển cho cấu chấp hành vòi phun, bao gồm thời điểm lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình (gct) Bộ số liệu xây dựng mơ hình mơ động DSC-80 kết hợp số liệu thực nghiệm đo bệ thử động phịng thí nghiệm AVL Đại học Bách khoa Hà nội Công ty Diesel Sông công Trên sở số liệu, tiến hành hiệu chỉnh đặc tính động theo yêu cầu Số liệu bơm cao áp YTH-5 đo bệ thử bơm cao áp trình bày bảng 2.1 [3] STT 10 11 12 13 Tốc độ trục BCA (vg/ph) 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 Gnl (kg/h) 6.97 7.92 8.76 9.71 10.49 11.20 11.84 12.50 12.90 13.31 13.77 14.26 15.00 gct (mg/ct) 58.1 60.0 60.8 62.2 62.4 62.2 61.7 61.3 59.7 58.4 57.4 56.6 56.8 Tổn hao giới xác định hàm số phụ thuộc yếu tố như: áp suất lớn xylanh động cơ, tốc độ trung bình piston xác định theo công thức: FMEP = C1 + C2 * pxlmax + C3 * Cm + C4 * C2m) (2.1) đó: FMEP - áp suất tổn hao giới trung bình (bar); C1 - hệ số liên quan đến tổn hao giới trung bình, chọn: C1 = 0,3 - 0,5 bar; C2 - hệ số kể đến ảnh hưởng áp suất lớn xylanh, C2 = 0,004 - 0,006; C3 - hệ số ảnh hưởng vận tốc trung bình piston, C3 = 0,08 - 0,1 bar/(s/m); Cm - vận tốc trung bình piston (m/s); 10 C4 - hệ số kể đến ảnh hưởng bình phương Cm; C4 = 0,0006 - 0,0012 bar/(m/s)2; Cơng suất tổn hao giới xác đinh bệ thử đo phịng thí nghiệm AVL- ĐHBKHN, kết hợp với công thức chọn hệ số cho phù hợp với chế độ công tác động cơ, bảo đảm độ xác mơ hình mơ Tổn hao giới động DSC-80 theo đặc tính ngồi trình bày bảng 2.2 B¶ng 2.2 Tỉn hao giới động DSC-80 xác định băng thử [3] STT 10 11 12 13 Sè vßng quay Công suất tổn hao giới trục khuỷu (vg/ph) (kW) 1000 -5.71 1100 -7.06 1200 -8.09 1300 -8.78 1400 -9.6 1500 -10.49 1600 -11.54 1700 -12.64 1800 -13.89 1900 -15.1 2000 -16.77 2100 -18.16 2200 -20.09 M«men tỉn hao c¬ giíi (N.m) -54.5 -61.2 -64.4 -64.5 -65.5 -66.8 -68.9 -71 -73.7 -75.9 -80.1 -82.6 -87.2 Diễn biến áp suất bên xylanh động đo phịng thí nghiệm AVL ĐH BK HN với số vòng quay khác từ 1000 đến 2200 vg/ph trình bày hình 2.1 sử dụng để hiệu chỉnh mơ hình mơ động DSC-80 từ số vịng quay 1000-2200 vg/ph ứng với đường đặc tính ngồi động 35 Bảng 3.1 Quan hệ độ rộng xung (R) với gct R (ms) 1.3 1.8 2.4 3.2 h (mm^3/ms) 17 17.5 19 18 l (ms) 2.2 3.1 3.8 L (ms) 2.5 3.3 4.2 4.6 gct_chÝnh (mm^3) 38.25 48.125 69.35 75.6 phun moi (mm^3) 2.18 2.12 2.77 2.76 g_ct (mg/ct) 33.96 42.20 60.58 65.82 Hình 3.8 Quan hệ độ rộng xung gct Từ hình 3.5 nhận thấy thời điểm vòi phun bắt đầu hoạt động (phun nhiên liệu vào xylanh) thường chậm thời điểm bắt đầu cấp xung khoảng thời gian từ 1,3 đến 1,7ms không tuân theo quy luật cố định nào, để xác định xác trễ cần phải tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, để thuận tiện nghiên cứu lập trình cho điều khiển ECU, chọn thời gian trễ cố định 1,5ms 3.5 Lập trình cho điều khiển diesel điện tử Như trình bày, EMs IMs xây dựng theo vị trí chân ga chế độ tốc độ, ECU xây dựng với hai cảm biến đầu vào vị trí chân ga (Ap) tốc độ động (n) Tín hiệu giả lập từ cảm biến thực nhờ chiết áp mạch tạo tín hiệu cảm biếnTrên sở lựa chọn vòi phun xây dựng biểu đồ phun nhiên liệu (injection maps - IMs) tiến hành lập trình điều khiển cho ECU Sơ đồ khối ECU trình bày hình 3.9 Trong ECU nhận tín hiệu đo từ cảm biến (tốc độ, vị trí chân ga ) nạp vào nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dạng số (được biến đổi nhờ AC/DC), so sánh số liệu nạp cố định ROM (bao gồm EMs, IMs) để xác định chế độ công 36 tác động định thời điểm thời gian cấp xung điều khiển vịi phun Việc lập trình xây dựng ECU nghiên cứu trình bày chi tiết đề tài nghiên cứu khoa học Học viên HVKTQS [2] nhóm nghiên cứu đề tài hướng dẫn, phần tóm tắt kết đạt nghiệm thu trích dẫn từ tài liệu [2] Hình 3.8 : Sơ đồ khối ECU hệ thèng CR [2] Như trình bày trên, thời gian trễ từ xung xuất tới vòi phun làm việc chọn 1,5 ms, thời điểm xuất xung xác định 1,5ms cộng với góc phun sớm động (tính theo s), độ rộng xung tương ứng với thời gian mở vòi phun phù hợp với lượng nhiên liệu tính tốn cung cấp cho chu trình Nguyên lý xuất xung ECU trình bày hình 3.9 U(v) Trùng góc phun sớm θ động Tương ứng lượng nhiên liệu cần cung cấp tx Hình 3.9 : Nguyên lý xuất xung ECU [2] t(s) 37 Trong với t x = t p + tm + t s độ rộng xung (ms); t p thời gian phun tỷ lệ với tốc độ quay động (ms); tm độ rộng xung hiệu chỉnh theo chế độ làm việc động (ms); t s độ rộng xung hiệu chỉnh bù lại dao động điện áp mạng quán tính điện từ vịi phun (ms) Mạch tạo tín hiệu cảm biến mơ tả hình 3.10 [2] Hình 3.10 : Sơ đồ mạch tạo tín hiệu cảm biến [2] 1,2.Chiết áp ; 3.Chíp điện tử ; 4.Màn hình LCD ; 5.IC MAX232 ; Cổng COM kết nối với máy tính ; Nguồn nuôi (12V) Trong mạch sử dụng số linh kiện điện tử Thành phần Chíp điện tử AT mêga 8515L hãng ATmet có 40 chân (hình 3.11) IC ATmega 16 loại vi xử lý có cấu thành phận mà ta lập trình cho IC làm việc máy vi tính chun dùng Trong IC có đầy đủ phần xử lý tín hiệu vào, ra, nhớ ROM, xử lý lơgíc, ghi 38 Hình 3.11 : Vi điều khiển AT mêga 8535L [2] Thông số vi điều khiển ATMEGA8535: + 8Kb nhớ FLASH + 512 byte nhớ EPPROM với khả ghi xãa 100.000 lần + 512 byte nhớ RAM + kênh điều chế xung điều khiển động + Bộ ADC nội 10 bit cã kênh đầu vào + Đầy đủ ngắt trong/ngoài + Khả sử dụng dao động đồng hồ + Các chức tiết kiệm công suất chế độ Sleep ngồi cịn có chức Idle, lọc nhiễu ADC, power-save, power-down, standby + Nguồn điện 2,7 – 5,5V + Tốc độ đồng hồ 8Mhz Chức vi điều khiển sử dụng mạch: Với chức nhận giá trị biến đầu vào từ biến trở J_IN1, J_IN2, J_IN3 hiệu chỉnh biến trở cho giá trị điện áp chân thay đổi từ – 5V nguồn Giá trị điện áp xem giá trị thông số động Muốn xử lý với giá trị điện áp ta cần chuyển đổi tương tự - số (ADC) để đưa vào mạch xử lý ATMEGA8535 có kênh ADC ta đưa vào chân PA1, PA2, PA3 sử dụng ba kênh ADC Giá trị điện áp sau chuyển đổi sang số xử lý để đưa giá trị hợp lý Với ADC 10 bít có độ phân giải 210, giá trị – 5V (tương tự) tương ứng – 1023 (số) Thuật toán xử lý sau: 39 Đối với biến áp : tương ứng với giạ trị phần trăm AP, với bước nhảy 0, 10, 20 …90, 100 % công thức chuyển đổi : Adc = ((1024 – read_adc(0x00))/102.4)*10; Trong read_adc(0x00) : hàm nhận giá trị biến biến trở J_IN1, hàm trả lại giá trị từ – 1023 Đối với giá trị n số vòng quay động bước nhảy 100 với giá trị thay đổi từ 600-2200, thuật toán xử lý : Adc = ((1024-read_adc(0x02))/64)*100+600 Trong read_adc(0x02) hàm nhận giá trị biến trở J_IN3, hàm trả lại giá trị thay đổi – 1023 Để truyền liệu lên máy tính dùng vi mạch MAX232, MAX232 có nhiệm vụ chuyển mức tín hiệu TLL sang mức tín hiệu RS232 mà máy tính nhận Phần quan trọng bảng mạch điều khiển phần vi xử lý trung tâm Đây phần mềm mà ta phải lập trình máy vi tính với phần mềm chun dùng sau nạp vào cho IC Atmega 8535L Phần mềm để lập trình (viết code) cho IC CodeVisionAVR hãng ATmet Sau đó, dùng phần mền AVR Studio mạch nạp chuyên dùng để nạp chương trình cho IC ATmega 8535L Chương trình code IC mơ hình giới thiệu chi tiết tài liệu [2] Giao diện phần mềm kết nối với máy tính trình bày hình 3.12 H×nh 3.12 : Giao diện kết nối ECU tạo tín hiệu cảm biến máy tính [2] Kt lun chng 3: 40 - Có nhiều loại vịi phun (cơ cấu chấp hành) sử dụng cho động diesel có hệ thống nhiên liệu kiểu CR, chọn loại HEUI hãng CAT (Mỹ) với mạch hai dòng thuỷ lực để sử dụng cho động DSC-80 phù hợp kích thước, thuận tiện cho việc tổ chức chi tiết hệ thống yêu cầu tạo áp suất ống phân phối (rail) không cao: 10MPa, tức không phức tạp cho việc tổ chức bố trí dẫn động chi tiết hệ thống - Để xây dựng biểu đồ phun (IMs), phải kết hợp với đặc tính vịi phun để xác định quan hệ chiều rộng xung (thời gian trì xung điều khiển) với g ct, đồng thời xác định ảnh hưởng chiều rộng phun với lượng phun mồi độ trễ vòi phun - Xây dựng điều khiển ECU giả lập sở EMs IMs với hai tín hiệu đầu vào chế độ tốc độ vị trí chân ga AP 41 CHƯƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CR TRÊN ĐỘNG CƠ DSC-80 4.1 Mơ hình phần tử vịi phun Xây dựng phần tử vịi phun để mơ xác định thông số quy luật phun nhiên liệu, quy luật động học động lực học vòi phun, tổn thất dòng, tổn thất qua lỗ phun làm sở cho việc nhập liệu phần tử hệ thống nhiên liệu CR Chi tiết mơ hình vịi phun trình bày tài liệu [4], hình 4.1 mơ tả mơ hình vịi phun nhiên liệu có điều khiển van điện từ xây dựng phần mềm GT-Suite Hình 4.1: Sơ đồ mơ hình phần tử vịi phun [4] 42 Phần tử Ground mô tả giới hạn di chuyển lên xuống kim phun Các phần tử nối với phần tử khác khối lượng, quán tính thơng phần tử lị xo (spring), giảm chấn (damper) hoăc liên kết (contact) Trong mơ hình phần tử có tên "giới hạn trên", "giới hạn dưới", "vai tựa" "đế van kim" - Phần tử Mass: mô tả khối lượng di chuyển kim phun, pít tơng điều khiển đóng mở van, lõi van điều khiển - Phần tử MechFlowConn: mơ tả thuộc tính liên kết phần tử dong với phần tử khí, hệ thống pít tơng - khoang thể tích, kim phun - khoang thể tích - Phần tử SensorConn: sử dụng để liên kết phần tử dòng hay với phần tử điều khiển, đưa tín hiệu điều khiển từ phận dòng đến phận điều khiển độ nâng kim phun, di chuyển pít tơng điểu khiển - Phần tử ActConn: liên kết phần tử điển khiển với phần tử dịng - Phần tử AnleakConn mơ tả rị lọt dịng phần tử hình trụ pít tơng van điều khiển - Phần tử SignalGenegator tạo xung điện áp để điển khiển van điện từ đưa đến van điện từ qua phần tử lọc nhiễu - Ngồi mơ hình sử dụng phần tử đường ống (giả thiết đường ống mơ hình cứng), thể tích, ziclơ Kết cấu van điện từ mơ hình phần tử van điện từ điều khiển đóng mở vịi phun mơ tả hình 4.2 4.3 43 Hình 4.2 Kết cầu sơ đồ nguyên lý làm việc van điện từ vòi phun [4] Hình 4.3 Sơ đồ mơ hình phần tử van điện từ Kết khảo sát lưu lượng phun tổn thất áp suất qua lỗ phun biểu diễn hình 4.4 4.5, kết sủ dụng để nhập liệu cho hệ thống CR mơ chu trình cơng tác động DSC-80 sử dụng hệ thống nhiên liệu CR 44 Hình 4.4 Lưu lượng phun Hình 4.5 Tổn thất áp suất qua lỗ phun 4.2 Mơ hình hệ thống nhiên liệu CR Từ sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu kiểu CR trình bày hình 1.1, sử dụng GT-Fuel để chọn phần tử mơ hình hố Các giả thiết xây dựng mơ hình: Đường ống cao áp sử dụng tuyệt đối cứng (bỏ qua đàn hồi vật liệu giới tác dụng dòng nhiên liệu cao áp Độ nâng kim phun cho trước hàm theo thời gian (góc quay trục khuỷu) Khơng có rị lọt khí vào hệ thống Mơ hình hệ thống phun nhiên liệu CR trình bày hình 4.6 Hình 4.6 Mơ hình hệ thống phun nhiên liệu kiểu CR [5],[7] Mơ hình tính tốn hệ thống nhiên liệu kiểu CR mơ tả hình bao gồm phần tử: phần tử bơm cao áp (pump), van điều áp (pressreg), giảm chấn 45 thuỷ lực (hydrdamper), phần tử bình tích áp (rail), phần tử vòi phun đơn giản (injectln), phần tử mô tả độ nâng kim phun (inj), phần tử mô tả điều kiện bên xi lanh (cyl) Các thuộc tính nhiệt lý nhiên liệu mô tả chi tiết phần tử Các phần tử hiển thị (monitor) đưa vào mơ hình để hiển thị giá trị áp suất lưu lượng phun theo thời gian Phần tử van điều áp (PressReg) có chức giữ cho áp suất hệ thống có giá trị khơng đổi Sơ đồ ngun lý phần tử van điều áp mô tả hình 4.7a [7] Trên sở mơ hình van điều áp, GT-Fuel mô tả phần tử sơ đồ hình 4.7b[7] Hình 4.7.a- Sơ đồ nguyên lý van điều áp [7] Hình 4.7 b- Mơ hình van điều áp [7] Sơ đồ nguyên lý phần tử giảm chấn thuỷ lực (Hydraulicdamper) mơ tả hình Phần tử gồm màng ngăn cách Thể tích tổng ln bảo tồn, phân bố thể tích dòng chảy thay đổi để đảm bảo cân lực khoang: khoang kín khoang hở Phần tử sử dụng để thay cho phần tử bình tích áp GT-Fuel mơ tả phần tử giảm chấn thuỷ lực hình 4.8 46 Hình 4.8.a- Sơ đồ nguyên lý giảm chấn [7] Hình 4.8.b- Mơ hình phần tử giảm chấn [7] Chạy mơ hình, kết tính tốn hệ thống CR đơn giản trình bày dạng đồ thị Hình 4.9 mô tả diễn biến lưu lượng phun nhiên liệu theo góc quay trục khuỷu bốn phịi phun (4.9a) cho vòi phun thứ (4.9b) Độ nâng kim phun hàm cho trước theo góc quay trục cam Hình 4.9: Lưu lượng phun nhiên liệu Từ hình 4.9(a) nhận thấy rằng, vịi phun vị trí khác có quy luật phun khơng hồn tồn q trình thuỷ động dòng nhiên liệu cap áp bên đường ống nối với vịi phun có toạ độ khác khác Quy luật phun chịu ảnh hưởng quy luật nâng kim phun theo góc quay trục khuỷu, đạt quy luật phun tối ưu dễ dàng cách thay đổi hành trình nâng kim điều khiển điện tử (ECU) 4.3 Kết khảo sát động DSC-80 sử dụng hệ thống nhiên liệu CR Quy luật cung cấp nhiên liệu nhận từ việc mơ vịi phun hệ thống nhiên liệu CR trình bày sử dụng để nhập thông số đầu vào phần tử vịi phun động DCS-80 trình bày chương 2, phần tử vịi phun nhập liệu theo hai trường hợp: nguyên thuỷ quy luật nhận từ mục 4.1 4.2 Hạn chế mơ hình sử dụng khơng cho phép khảo sát ảnh hưởng nhiều thông số khác hệ thống nhiên liệu như: kích thước hạt nhiên liệu, cấu trúc chùm tia phun đến tiêu công tác động mà khảo sát ảnh hưởng quy luật phun: quy luật ấp suất p ph = f(ϕ) quy luật lưu lượng Q = f(ϕ) đến chu trình cơng tác động cơ, kết khảo sát không phản ảnh chất tồn yếu tố ảnh hưởng Hình 4.9 biểu 47 diễn kết khảo sát tiêu chu trình cơng tác sử dụng hệ thống nhiên liệu truyền thống hệ thống nhiên liệu kiểu CR Hình 4.9 So sánh kết mơ chu trình nhiệt động động DSC-80 sử dụng hệ thống nhiên liệu cũ hệ thống nhiên liệu kiểu CR Từ bảng kết hình 4.9 thấy hệ thống nhiên liệu kiểu CR, động làm việc êm dịu thể tiêu tốc độ tăng áp suất xylanh: động dùng hệ thống nhiên liệu kiểu cũ: ∆p/∆ϕ = 3.14 bar/oGQTK, sử dụng hệ thống nhiên liệu kiểu CR: ∆p/∆ϕ = 3,07 Điểm đạt áp suất cực đại động sử dụng CR gần ĐCT (7,7 oGQTK so với 8,2oGQTK) yếu tố đánh giá sơ chất lượng q trình cháy Tuy nhiên để khảo sát xác yếu tố ảnh hưởng này, cần xây dựng mơ hình chi tiết hơn, ví dụ mơ hình có xét đến ảnh hưởng q trình tạo hỗn hợp, mơ hình cháy khác lý thuyết CFD, mơ hình cháy đa vùng, Hiroyashu 48 KẾT LUẬN  Đề tài trình bày nguyên lý hệ thống nhiên liệu kiểu Common Rail dùng động diesel Đây hệ thống nhiên liệu đại, xuất hiên thị trường vài năm gần đem lại hiệu to lớn: làm giảm đáng kể tác nhân gây nhiễm ồn, khí thải; cải thiện đáng kể đặc tính động diesel: cơng suất (thể yếu tố tăng số vòng quay hiệu suất có ích, khả gia tốc, tính kinh tế nhiên liệu với giá thành chấp nhận  Kết nghiên cứu đề tài cho thấy hoàn toàn thay hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống động diesel nói chung động DSC-80 sản xuất nước nói riêng Khâu qua trọng việc cải hoán xây dựng số liệu đường đặc tính động (EMs) biểu đồ phun nhiên liệu vòi phun (IMs) cho phù hợp với chế độ công tác chế độ hiệu chỉnh theo yêu cầu động  Ở động diesel dùng hệ thống nhiên liệu truyền thống, đặc tính động phụ thuộc vào đặc tính bơm cao áp, cịn động diesel dùng hệ thống nhiên liệu CR hoàn toàn hiệu chỉnh đặc tính động theo mong muốn (bằng cách xây dựng IMs khác nhau), động khơng có điều tốc mà đặc tính điều tốc điều khiển từ IMs cảm biến 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hà Quang Minh Giáo trình lý thuyết động đốt Học viện KTQS - 1992 Phạm Anh Tuấn Lập trình ECU cho hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu Common rail Đề tài Học viên nghiên cứu khoa học (GVHD: Lê Đình Vũ, Nguyễn Năng Thắng) Nghiệm thu tháng 4-2008 Lê Đình Vũ Ảnh hưởng thơng số hình học hệ thống thải đến tiêu kinh tế - lượng động diesel kỳ tăng áp tua bin biến áp Luận án TSKT - Hà nội 2006 Lê Đình Vũ, Trần Ích Tách Mơ hình phần tử vịi phun hệ thống nhiên liệu diesel kiểu common - rail Hội nghị Khoa học Học viện KTQS, Hà nội - 2006 Lê Đình Vũ, Hà Quang Minh Tính tốn hệ thống phun nhiên liệu kiểu Common - Rail GT-Fuel Hội nghị khoa học 50 năm thành lập Đại học Bách khoa Hà nội Hà nội - 2006 Klaus Mollenhauer , Helmut Tschöke Handbuch dieselmotoren Springer Berlin -2007 Gamma Technologies,GT-Fuel examples, version 6.1, 2004 Song Jun, Huang Zhen, Qiao Xin-qi , Tian Liang-yun, Li Xiao-lu Design and Experimental Research of Electronically Controlled Common Rail System for Diesel Engines School of Mechanical & Power Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai - 2005 http://en.wikipedia.org/wiki/Common_rail 10 http://www.dieselforum.org 11 http://www.greencarcongress.com/2008/05/continental-int.html 12 Xuan Thieu Tran Modelling and similation of electronically controlled diesel injectors Thesis of master engineering, University of NSW Sydney 2003 ... khiển điện tử cho động diesel DSC-80 Mục tiêu nghiên cứu đề tài:  Tiếp cận làm chủ hệ thống nhiện liệu đại kiểu CR  Nghiên cứu khả thay hệ thống nhiên liệu truyền thống hệ thống nhiên liệu có điều. .. CHƯƠNG BỘ ĐIỀU KHIỂN DIESEL ĐIỆN TỬ 3.1 Giới thiệu Bộ điều khiển diesel điện tử (EDC: Electronic Diesel Control) tên gọi khác điều khiển trung tâm ECU sử dụng cho động có hệ thống nhiên liệu kiểu. .. lên động có để nghiên cứu hệ thống CR [12] Việc thay hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống động DSC-80 hệ thông nhiên liệu kiểu Common Rail thực Các bước cần tiến hành nghiên cứu thay hệ thống