429761251-Thiet-Ke-He-Thong-Dieu-Khien-Kim-Phun-Dien-Tu-AP-Suat-Cao

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VÕ TẤN CHÂU LỜI CẢM ƠN Đề tài thực khuôn khổ đồ án tốt nghiệp Đại Học, thực trường Đại học Cơng Nghiệp Tp Hồ Chí Minh Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Tiến Sĩ Võ Tấn Châu - Bộ môn Động Cơ, trường Đại học Cơng Nghệp Tp Hồ Chí Minh định hướng, gợi ý đề tài hướng dẫn tận tình chúng em suốt trình thực đồ án Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến Thạc Sĩ Trần Văn Nguyện – Bộ mơn Điện Ơ tơ, trường Đại học Cơng Nghiệp Tp Hồ Chí Minh góp ý dẫn chúng em phần điện điều khiển Nhóm xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy cô khoa Công Nghệ Động Lực, trường Đại học Cơng Nghiệp Tp Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm việc học tập thực đồ án Các bạn thực đồ án thầy Võ Tấn Châu hướng dẫn chúng em trao đổi kiến thức, động viên tinh thần lẫn suốt trình thực đồ án Các em sinh viên khóa sau giúp đỡ nhiệt tình cơng việc đồ án Nhóm xin gửi đến người kể lời cảm ơn chân thành nhất! Tp HCM, tháng năm 2019 Sinh viên thực hiện: Phạm Tam Hoàng Mai Thế Tài Đặng Văn Kiều Nguyễn Huỳnh Anh Tuấn Trương Công Tư i BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VÕ TẤN CHÂU ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KIM PHUN ĐIỆN TỬ ÁP SUẤT CAO Tóm tắt: Sự kết hợp chiến thuật phun nhiên liệu với áp suất cao giải pháp tiềm cho việc giảm khí thải động diesel Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển kim phun diesel cao áp việc giả lập tín hiệu phun mơ q trình phun nhiều lần với khoảng thời gian phun khác Thí nghiệm thực với dãy áp suất phun cao áp thay đổi từ 600 bar đến 1600 bar Kết nghiên cứu thể hệ thống điều khiển kim phun thiết kế có khả thay đổi đa dạng chiến thuật phun (1 lần, lần, nhiều lần), thời điểm phun khoảng thời gian phun điều khiển xác Ứng dụng hệ thống điều khiển kim phun cho việc vệ sinh kim phun cao áp thực tế sử dụng đề xuất nghiên cứu Từ Khóa: Diesel Common-Rail System, Electronic Driver Unit (EDU), Fuel Injection, Multiple Fuel Injection, Fuel Injection Timing ii BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VÕ TẤN CHÂU TOPIC: DESIGN OF HIGH-PRESSURE ELECTRONIC INJECTOR CONTROL SYSTEM Abstract: The combination of fuel injection strategies with high fuel pressure is a potential solution for reducing diesel engine emissions This study builds a highpressure electronic diesel injector control system by emulating injection signals in order to simulate the multiple fuel injection process with different injection periods The experiment was carried out with a range of high-pressure injection ranging from 600 bar to 1600 bar The study results show that the electronic injector control system is designed to be able to change various injection strategies (single injection, double injections, or multiple injections), the injection timing and the injection length are controlled accurately Application of electronic injector control system for cleaning high-pressure injector in practical use is proposed in this study Keywords: Diesel Common-Rail System, Electronic Driver Unit (EDU), Fuel Injection, Multiple Fuel Injection, Fuel Injection Timing iii BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VÕ TẤN CHÂU MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Tiếp cận vấn đề 1.2 Mục tiêu giới hạn đề tài 1.2.1 Mục tiêu đề tài 1.2.2 Giới hạn đề tài 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Tham khảo nghiên cứu liên quan 1.3.2 Mô chiến thuật phun 11 1.3.3 Điều khiển kim phun 12 1.3.4 Tính tốn khối lượng nhiên liệu phun 13 1.4 Kế hoạch thực 14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 Vài nét động diesel 15 2.1.1 Những đặc trưng động diesel 15 2.1.2 Ưu, nhược điểm động Diesel truyền thống 16 2.1.3 Đặc tính phun động diesel truyền thống 17 2.2 Hệ thống nhiên liệu Common-Rail 19 2.3 Cơ sở lí thuyết thiết kế, chế tạo EDU 21 2.3 Kim phun (Solenoid injector) 23 2.3.1 Cấu tạo kim phun .23 2.3.2 Nguyên lý hoạt động kim phun 25 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM .27 3.1 Thiết kế hệ thống 27 3.2 Điều kiện thử nghiệm 27 3.3 Thiết kế code adruino 29 i BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VÕ TẤN CHÂU 3.3.1 Giới thiệu phần mềm Arduino .29 3.3.2 Lập trình code cho chế độ phun 31 3.4 Thiết kế, chế tạo EDU 35 3.4.1 Mạch tăng áp 35 3.4.2 Mạch điều khiển 37 3.4.3 Thuật toán mạch EDU 38 3.4.4 Thiết kế mạch EDU 39 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 41 4.1 Thiết kế hệ thống 3D 41 4.2 Mơ hình thực tế hệ thống thí nghiệm 42 4.3 Các chế độ thử nghiệm điều khiển kim phun 42 4.3.1 Chế độ phun lần 42 4.3.2 Chế độ phun lần .44 4.3.3 Chế độ phun lần .45 4.3.4 Chế độ vệ sinh kim phun 46 4.4 Ảnh hưởng chiến lược phun tới khối lượng nhiên liệu phun 48 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 49 5.1 Kết Luận 49 5.2 Kiến nghị 49 5.3 Hướng phát triển đề tài 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 \ ii BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VÕ TẤN CHÂU CÁC TỪ VIẾT TẮT EDU: Electronic Driver Unit SCV: Section Control Valve EGR: Exhaust Gas Recirculation ECU: Engine Control Unit TWV: Two Way Vavle SCR: Selective Catalytic Reduction DPF: Diesel Particulate Filter BSFC: Brake Specific Fuel Consumption DI: Direct Injection vi BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VÕ TẤN CHÂU DANH MỤC BẢNG Bảng Thống kê số lượng phương tiện theo loại nhiên liệu (đơn vị: triệu xe) [1]… Bảng So sánh lượng phát thải theo loại nhiên liệu [1]………………………………2 Bảng Bảng kế hoạch làm việc…………………………………………………… 14 Bảng Thông số thử nghiệm hệ thống………………………………………… 28 Bảng Thông số hoạt động Arduino Uno R3 [16]………………………………… 30 Bảng Thông số mạch EDU thiết kế……………………………………………… 40 vii BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VÕ TẤN CHÂU DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1.Thành phần khí thải động diesel [2] Hình 1.2 Sơ đồ chiến thuật phun Hình 1.3 Kết đo lưu lượng khí thải, độ ồn, suất tiêu hao nhiên liệu .5 Hình 1.4 Sơ đồ thời gian qua trình phun Hình 1.5 Kết đo lượng NOx Smoke Hình 1.6 Sơ đồ thời quan trình phun .8 Hình 1.7 Hàm lượng NO theo chế độ phun Hình 1.8 Kết đo hàm lượng NOx Hình 1.9 Quá tình phun chiến thuật phun Hình 1.10 Kết đo PM NOx 10 Hình 1.11 Sơ đồ thời gian chiến thuật phun 11 Hình 1.12 Sơ đồ thuật tốn điều khiển kim phun 12 Hình 1.13 Sơ đồ dịng chảy nhiên liệu 13 Hình 2.1 Đặc tính phun nhiên liệu [10] 17 Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu Common-Rail [13] 19 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống Common-Rail [13] 20 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động EDU 22 Hình 2.5 Cấu tạo kim phun solenoid G2 [14] 24 Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động kim phun Solenoid G2 [14] 25 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống thí nghiệm 27 Hình 3.2 Phần mềm Arduino 29 Hình 3.3 Mạch Arduino thực tế cấu tạo chi tiết [15] .29 Hình 3.4 Code chế độ phun lần 31 Hình 3.5 Code chế độp phun lần .32 viii BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VÕ TẤN CHÂU Hình 3.6 Code chế độp phun lần .33 Hình 3.7 Code chế độ vệ sinh kim phun 34 Hình 3.8 Nguyên lý mạch tăng áp [17] 35 Hình 3.9 Mạch khuếch đại UC 3843 36 Hình 3.10 Linh kiện mạch điều khiển 37 Hình 3.11 Sơ đồ điều khiển thiết kế Proteus .37 Hình 3.12 Sơ đồ thuật tốn điều khiển mạch EDU 38 Hình 3.14 Mạch EDU thực tế chế tạo 39 Hình 4.1 Bản vẽ thiết kế 3D hệ thống 41 Hình 4.2 Mơ hình thực tế hệ thống thí nghiệm 42 Hình 4.3 Biên dạng xung điều khiển lần phun giả lập từ Arduino 43 Hình 4.4 Biên dạng xung phun lần từ EDU 43 Hình 4.5 Biên dạng xung điều khiển phun lần từ Arduino .44 Hình 4.6 Biên dạng xung phun lần từ EDU 44 Hình 4.7 Biên dạng xung điều khiển phun lần phun giả lập từ Arduino 45 Hình 4.8 Biên dạng xung phun lần từ EDU 45 Hình 4.9 Biên dạng xung điều khiển phun 1000 lần phun giả lập từ Arduino 46 Hình 4.10 Biên dạng xung phun 1000 lần phóng to .46 Hình 4.11 Biên dạng xung phun 1000 lần từ EDU 47 Hình 4.12 Biểu đồ khối lượng nhiên liệu lý thuyết 48 ix BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VÕ TẤN CHÂU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tiếp cận vấn đề Ngày với phát triển công nghiệp, nhu cầu vận chuyển hàng hóa phương tiện giao thông ngày tăng Đặc biệt động Diesel sử dụng rộng rãi động xăng có hiệu suất nhiệt cao Bảng thống kê lượng phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel khu vực Bắc Mỹ năm 2013 [1] cho thấy lượng phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel 1,8 triệu xe tổng phương tiện sử dụng loại nhiên liệu, đặc biệt loại phương tiện: trucks, buses, tractors động diesel chiếm thị phần gần tuyệt đối Từ bảng cho thấy mức độ sử dụng phổ biến tầm quan trọng động diesel khu vực Bắc Mỹ nói riêng giới nói chung Hình 1.1 cho thấy thành phần khí thải từ động diesel [2] đặc biệt chứa chất gây ô nhiễm mơi trường sức khỏe người gồm có CO, HC, NOx, SO2, PM… khí thải kiểm sốt nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn khí thải (Euro, Tier) Bảng cho thấy thành phần khí thải động Diesel so với động dùng nhiên liệu CNG Gasoline lớn (NO 45 ppm so với 16 13; SO2 125 ppm so với 25 31; HC 15000 ppm so với 610 2800) từ thống kê từ hình 1.1 bảng cho thấy động diesel phát lượng khí thải lớn tác động trực tiếp đến sức khỏe người gây ô nhiễm môi trường Nên việc cải tiến động diesel để giảm hàm lượng khí thải thân thiện với mơi trường cần thiết Bảng Thống kê số lượng phương tiện theo loại nhiên liệu (đơn vị: triệu xe) [1]