Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CHO XE GẮN MÁY SỬ DỤNG BIOGAS CBHD: TS Nguyễn Ngọc Dũng HVTH: Hồ Trọng Du TP Hồ Chí Minh, tháng 7/2011 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ******** HỒ TRỌNG DU NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CHO XE GẮN MÁY SỬ DỤNG BIOGAS Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô – máy kéo LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 7, năm 2011 Cơng trình nghiên cứu đuợc thực hoàn thành trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Cán hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Ngọc Dũng Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày… tháng… năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận chủ tịch hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành LỜI CÁM ƠN Trong suốt thời gian làm luận văn em gặp nhiều khó khăn chuyên môn kinh nghiệm nghiên cứu Với hướng dẫn, giúp đỡ tận tình thầy khoa Kỹ Thuật Giao Thông đặc biệt: thầy Nguyễn Ngọc Dũng, Trần Đăng Long, Huỳnh Thanh Công bạn cộng tác viên Phịng Thí Nghiệm Trọng Điểm Động Cơ Đốt Trong, hơm luận văn hồn thành Em xin chân thành cám ơn thầy bạn suốt thời gian qua Qua đây, em xin cám ơn tổ chức JICA hỗ trợ kinh phí thiết bị để thực nghiên cứu Mặc dù em cố gắng để hoàn tất luận văn cách tốt nhất, kiến thức hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong nhận đóng góp, chia sẻ ý kiến quý thầy cô bạn để đề tài phát triển mức cao Em xin chân thành cám ơn! TP Hồ Chí Minh, ngày:… tháng…năm… Học viên thực Hồ Trọng Du MỤC LỤC Trang Chương Giới thiệu 1.1 Tổng quan đề tài nghiên cứu 1.1.1 Nguy cạn kiệt nguồn lượng có nguồn gốc hóa thạch 1.1.2 Thực trạng ô nhiễm môi trường 1.1.3 Kết luận 1.2 Giới thiệu chung biogas 1.2.1 Tính chất vật lý hóa học khí biogas 1.2.1.1 Tính chất vật lý 1.2.1.2 Tính chất hoá học 13 1.2.2 Cơng nghệ sản xuất khí biogas 16 1.2.2.1 Nguồn nguyên liệu ban đầu 16 1.2.2.2 Xử lý nguyên liệu 16 1.2.2.3 Quá trình lên men khí mêtan 17 1.2.2.4 Các kiểu hầm biogas thông dụng 20 1.2.3 Cơng nghệ lọc khí biogas 24 1.2.3.1 Loại bỏ nước 24 1.2.3.2 Lọc H2S 25 1.2.3.3 Lọc CO 26 1.2.4 Lưu trữ khí biogas 27 Tài liệu tham khảo Chương Tổng quan tình hình nghiên cứu sử dụng biogas 30 2.1 Thế giới 30 2.1.1 Ứng dụng khí sinh học biogas Châu Âu 30 2.1.2 Ứng dụng khí sinh học biogas Châu Á 31 2.1.3 Các nghiên cứu liên quan 32 2.2 Việt Nam 33 2.3 Tính cấp thiết đề tài 34 2.4 Nội dung nghiên cứu 36 2.5 Mục tiêu đề tài 37 2.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 37 2.6.1 Ý nghĩa khoa học 37 2.6.1 Ý nghĩa thực tiễn 37 Tài liệu tham khảo Chương Phân tích xe sở 39 3.1 Lựa chọn xe sở .39 3.1.1 Lý chọn xe sở 39 3.1.2 Thông số kỹ thuật xe sở .39 3.2 Hệ thống nhiên liệu xe sở 41 3.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động .42 3.2.1.1 Cấu tạo hệ thống nhiên liệu xe Wave S 110 42 3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động 47 3.3 Ưu nhược điểm chế hịa khí 49 3.3.1 Ưu điểm 49 3.3.2 Nhược điểm .49 Tài liệu tham khảo Chương Thiết kế kỹ thuật hệ thống nhiên liệu sử dụng biogas 51 4.1 Lựa chọn phương án 51 4.1.1 Các phương án nghiên cứu 51 4.1.2 Chọn phương án 54 4.2 Thiết kế hệ thống nhiên liệu sử dụng biogas 54 4.2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 54 4.2.2 Tổng quan chi tiết hệ thống .57 Tài liệu tham khảo Chương Thiết kế hệ thống điều khiển 64 5.1 Lý thuyết hộp điều khiển 64 5.1.1Vai trò 64 5.1.2 Cấu tạo 64 5.1.2.1 Bộ nhớ .64 5.1.2.2 Bộ vi xử lý 65 5.1.3 Cấu trúc ECU .65 5.1.4 Mạch giao tiếp ngõ vào………………………… 67 5.2 Thiết kế phần mềm hộp điều khiển 69 5.3 Thiết kế phần cứng ECU 73 5.3.1 Cảm biến vị trí bướm ga………………………………… ….….73 5.3.2 Cảm biến áp suất khí nạp…………………………………… 75 5.3.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp……………………………….….… 76 5.3.4 Cảm biến oxy…………………………………………… … 78 5.3.5 Cảm biến nhiệt độ nhớt động cơ…………………………… ….80 5.3.6 Tín hiệu tốc độ động cơ…………………………………… .80 5.4 Tính tốn lượng biogas cần phun………………………… ….… 82 5.4.1 Tính tốn lượng phun bản…………………………… .… 82 5.4.2 Tính tốn lượng phun hiệu chỉnh…………………… … 84 5.4.2.1 Hiệu chỉnh theo nhiệt độ động cơ………………….… 85 5.4.2.2 Hiệu chỉnh theo tốc độ biến thiên tải…… ….86 5.4.2.3 Hiệu chỉnh theo thay đổi độ chênh áp suất nhiên liệu 87 5.4.2.4 Hiệu chỉnh theo nhiệt độ nhiên liệu……… ….88 5.4.2.5 Hiệu chỉnh theo điện áp ắc-quy………………… … 90 5.4.2.6 Hiệu chỉnh theo thành phần CH4 nhiên liệu… .91 Tài liệu tham khảo Chương Thực nghiệm tính tốn……………………………………….… …93 6.1 Thực nghiệm xác định lưu lượng khơng khí nạp 93 6.1.1 Quy trình thực nghiệm…………………………………… ……93 6.1.2 Kết quả……………………………………………………… …94 6.2 Tính tốn khối lượng khơng khí nạp…………………………….… 95 6.3 Tính tốn hiệu suất nạp ηv ………………………………….… … 97 6.4 Tính tốn khối lượng biogas cần cung cấp…………………… ….105 6.5 Thực nghiệm xác định (A/F) lt ………………………………….… 113 6.6 Thực nghiệm xác định đặc tuyến cảm biến vị trí bướm ga…… 117 6.7 Thực nghiệm xác định đặc tính kim phun……………………… 120 6.7.1 Quy trình thực nghiệm……………………………………… 120 6.7.2 Kết quả……………………………………………………… 122 6.7.3 Nhận xét……………………………………………………… 140 6.8 Kết luận…………………………………………………… ………140 Tài liệu tham khảo Chương Kết luận hướng phát triển 7.1 Kết luận………………………………………………………………142 7.2 Hướng phát triển…………………………………………….………142 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas Chương GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Một vấn đề nan giải nhân loại ô nhiễm môi trường nguy cạn kiệt nguồn lượng có nguồn gốc hố thạch Ơ nhiễm mơi trường gây ảnh hưởng đến sức khoẻ người, làm trái đất nóng dần lên, mưa axit… Cạn kiệt lượng hoá thạch (dầu mỏ), nguồn nhiên liệu để tinh chế xăng, dầu diesel, nhớt…dùng cho động đốt Cạn kiệt chúng dẫn đến thiếu hụt nghiêm trọng nguồn lượng cho nhân loại Vì vậy, giới nói chung nước ta nói riêng phải cố gắng tìm giải pháp để khắc phục hai vấn đề 1.1.1 Nguy cạn kiệt nguồn lượng có nguồn gốc hóa thạch Những kỷ trước đây, vàng sốt nhân loại Còn bây giờ, loại vàng làm nghiêng ngả cán cân trị tồn cầu: dầu mỏ - hay gọi vàng đen Nhiều nhà nghiên cứu dự báo vịng 20 dầu mỏ nguồn lượng nhân loại Nó nguồn nhiên liệu cho động đốt Theo hội đồng nghiên cứu lượng Anh dự đoán, dầu mỏ bắt đầu cạn kiệt trước năm 2030, chí trữ lượng dầu giảm nhanh trước năm 2020 nhu cầu tăng nhanh Trữ lượng nước đứng đầu trữ lượng dầu mỏ đà giảm nhanh, (bảng 1.1, hình 1.1) Hồ Trọng Du Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas Bảng 1.1 Trữ lượng dầu nước [1] Nước Trữ lượng dầu (tỷ thùng) Ả rập Saudi 266,75 Canada 178,59 Iran 138,4 Iraq 115 Kuwait 104 Tiểu Vương quốc Ả rập thống 97,8 Venezuela 87,3 Nga 60 Lybia 41,46 Nigeria 36,2 H ình 1.1 Biểu đồ dự báo số năm khai thác dầu mỏ lại nước vào sản lượng khai thác cuối năm 2008 [1] Ở Việt Nam tình hình vấn đề khốc liệt hơn, theo nhà khoa học địa chất Hồ Trọng Du Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas t p (ms) Hình 6.22 Đồ thị phụ thuộc khối lượng biogas theo thời gian phun tốc độ 3000 (v/p) Bảng 6.17 Bảng tra thời gian phun tốc độ 3500 (v/p) mbiogas (mg ) t (ms) Tải IDLE 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 10 12 0.411 0.823 1.646 0.823 0.822 0.823 2.468 0.823 2.057 0.823 3.292 0.411 0.411 2.470 4.115 0.411 0.412 1.233 1.234 1.646 5.760 11.109 7.819 7.814 7.405 7.815 7.819 8.638 9.056 10.287 9.463 9.461 9.881 9.875 9.870 9.878 10.690 10.286 2.469 9.463 14.813 11.934 12.337 11.518 12.339 10.700 12.340 12.761 13.579 13.165 12.751 13.586 13.578 13.571 13.582 14.390 13.989 3.703 12.755 18.104 16.050 16.450 15.632 16.041 15.638 16.453 16.466 17.694 17.279 16.865 17.703 17.693 17.684 17.286 18.502 18.103 4.526 14.812 20.573 19.754 20.562 20.157 20.154 19.753 20.566 20.582 21.397 21.394 20.978 21.408 21.808 21.385 21.402 22.202 22.217 4.938 15.635 20.985 22.223 24.675 24.271 25.090 24.691 25.913 25.110 26.335 25.508 25.502 26.348 26.334 26.320 26.341 27.136 26.743 Hồ Trọng Du 128 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas 95% 100% 0.411 0.411 10.285 10.285 13.987 13.987 17.279 17.690 21.804 21.804 26.741 25.918 t p (ms ) Hình 6.23 Đồ thị phụ thuộc khối lượng biogas theo thời gian phun tốc độ 3500 (v/p) Bảng 6.18 Bảng tra thời gian phun tốc độ 4000 (v/p) mbiogas (mg ) Tải t (ms) IDLE 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 10 12 0.360 0.721 1.803 1.079 1.439 3.242 1.440 0.720 2.879 0.360 1.800 2.879 0.720 1.440 5.404 9.013 7.916 12.233 11.165 7.202 7.200 10.075 8.640 9.719 11.514 12.963 2.519 9.367 13.700 12.593 17.270 15.127 11.883 10.800 14.033 12.241 13.679 15.473 17.284 3.959 12.609 16.945 16.911 20.868 19.809 16.204 15.479 17.991 16.561 17.638 19.431 20.885 3.959 12.969 19.469 20.149 24.466 24.492 20.886 19.799 22.669 21.241 21.958 23.749 24.486 4.319 13.690 20.190 22.308 24.826 26.653 23.046 23.399 25.907 24.121 25.198 26.987 25.566 Hồ Trọng Du 129 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% 1.080 0.360 0.360 0.360 0.720 0.720 2.160 1.080 9.716 9.720 9.361 9.718 9.721 9.364 10.079 9.722 14.395 13.679 13.682 14.037 14.041 13.686 14.399 14.403 17.993 17.639 17.643 17.996 18.001 18.008 18.359 18.364 22.312 21.959 21.603 21.595 21.962 21.970 22.679 22.325 25.191 25.199 24.844 25.195 25.202 25.212 25.199 25.206 t p (ms ) Hình 6.24 Đồ thị phụ thuộc khối lượng biogas theo thời gian phun tốc độ 4000 (v/p) Bảng 6.19 Bảng tra thời gian phun tốc độ 4500 (v/p) mbiogas (mg ) Tải t (ms) IDLE 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 0.961 0.640 2.562 2.560 1.920 1.280 1.599 1.920 2.241 1.920 2.560 1.601 3.520 7.364 6.719 5.761 5.439 5.438 5.440 6.082 5.439 6.080 2.241 5.120 9.606 8.319 8.321 7.998 6.718 7.359 8.002 7.679 8.639 2.561 7.360 11.207 11.199 10.241 9.918 9.277 8.959 9.603 9.919 10.559 3.202 8.640 12.487 12.479 11.841 11.518 11.196 10.559 11.203 11.199 12.159 3.522 9.600 13.768 14.078 13.442 13.118 12.796 12.479 13.124 12.798 13.759 Hồ Trọng Du 130 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% 1.920 2.240 2.560 2.879 2.880 3.840 2.561 2.880 2.559 3.200 5.761 6.080 6.720 7.039 7.359 7.680 7.362 7.680 7.358 8.000 8.322 8.000 9.280 9.598 9.599 9.600 9.603 9.919 9.597 10.240 10.242 10.240 11.200 11.518 11.839 11.839 11.204 12.159 11.517 11.840 12.163 12.160 12.800 13.437 13.439 13.439 13.124 14.079 13.436 13.760 13.763 13.760 14.720 15.037 15.039 15.039 14.725 15.359 15.036 15.360 t p (ms) Hình 6.25 Đồ thị phụ thuộc khối lượng biogas theo thời gian phun tốc độ 4500 (v/p) Hồ Trọng Du 131 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas Bảng 6.20 Bảng tra thời gian phun tốc độ 5000 (v/p) mbiogas (mg ) t (ms) Tải IDLE 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% 0.288 0.288 1.440 0.864 1.729 2.015 2.016 2.592 2.305 2.591 3.743 2.304 2.304 2.592 2.879 2.593 2.880 2.593 2.591 2.880 2.881 0.864 2.016 5.184 6.048 5.763 5.758 5.759 6.049 7.203 3.454 8.350 5.760 6.049 6.623 6.622 6.627 6.912 6.627 6.622 6.911 7.490 1.441 3.456 7.775 9.216 8.644 8.637 8.639 8.929 9.795 9.212 11.229 8.640 8.641 9.215 9.501 9.220 9.504 8.932 9.213 7.199 10.083 2.017 4.896 9.503 11.232 10.661 10.940 10.655 10.946 11.812 11.227 13.244 11.232 10.945 11.519 11.805 11.525 12.095 11.525 11.804 12.095 12.387 2.305 6.336 10.943 13.248 12.678 13.243 12.671 12.962 13.541 13.529 15.260 13.248 12.961 13.823 13.820 13.830 14.399 13.830 13.820 14.110 14.404 2.593 7.776 12.671 15.264 14.984 14.970 14.974 15.266 15.269 15.257 16.987 15.264 15.554 16.127 16.411 16.423 16.703 16.423 16.411 16.702 16.997 Hồ Trọng Du 132 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas t p (ms ) Hình 6.26 Đồ thị phụ thuộc khối lượng biogas theo thời gian phun tốc độ 5000 (v/p) Bảng 6.21 Bảng tra thời gian phun tốc độ 5500 (v/p) mbiogas (mg ) t (ms) Tải IDLE 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 0.262 0.262 1.573 1.571 1.832 2.094 1.832 1.309 1.832 2.093 2.094 2.094 0.524 1.309 1.572 0.785 1.310 1.833 5.505 6.023 5.496 5.497 6.019 4.189 4.973 5.495 5.236 5.760 3.143 4.711 5.239 2.618 1.834 3.666 8.126 8.380 7.590 7.590 8.112 6.021 7.067 7.588 7.068 7.854 4.453 6.543 7.596 4.451 2.359 5.237 9.699 10.213 9.160 9.161 9.420 7.592 8.375 9.159 8.901 9.163 6.810 8.376 9.429 5.236 2.621 6.546 11.534 12.047 11.254 11.255 11.252 9.163 9.946 10.729 9.425 10.996 7.858 9.946 11.525 6.807 2.883 7.593 12.582 13.356 12.563 12.563 12.299 10.210 10.731 11.252 11.257 11.519 8.644 10.469 12.311 7.593 Hồ Trọng Du 133 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas 80% 85% 90% 95% 100% 1.571 0.786 0.786 1.047 1.309 3.665 2.096 3.667 3.141 3.403 6.545 5.502 6.286 4.712 4.712 7.330 5.764 7.334 7.068 6.544 8.116 8.645 10.739 8.639 7.592 1.833 9.955 11.525 9.686 9.162 t p (ms) Hình 6.27 Đồ thị phụ thuộc khối lượng biogas theo thời gian phun tốc độ 5500 (v/p) Bảng 6.22 Bảng tra thời gian phun tốc độ 6000 (v/p) mbiogas (mg ) t (ms) Tải IDLE 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 0.720 0.480 1.919 2.159 1.919 2.401 2.160 3.121 4.080 1.919 1.680 1.200 2.398 5.996 6.717 5.758 5.522 5.761 6.962 6.001 5.039 5.281 1.920 4.316 8.874 9.356 8.158 7.682 7.922 8.882 7.681 7.198 7.201 Hồ Trọng Du 2.400 6.473 11.512 11.755 10.317 9.603 9.842 10.803 9.361 9.117 9.122 2.400 7.672 12.951 12.475 11.997 11.523 11.522 12.243 10.801 10.317 10.562 2.400 8.152 13.431 13.435 12.716 12.003 12.002 12.483 11.041 10.557 10.802 134 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% 1.200 1.680 1.440 2.160 2.160 2.639 2.399 2.160 2.400 1.680 3.839 4.801 4.079 5.520 5.280 5.999 5.998 6.000 6.481 6.481 5.519 6.482 5.519 7.681 7.200 8.158 7.678 7.921 7.921 8.642 7.438 8.162 7.199 9.361 8.640 9.838 9.358 9.361 9.602 10.562 9.118 9.602 8.639 11.041 9.360 11.037 10.797 10.561 10.562 11.762 9.838 9.842 9.119 11.281 10.080 11.517 11.037 10.801 10.802 12.003 t p (ms) Hình 6.28 Đồ thị phụ thuộc khối lượng biogas theo thời gian phun tốc độ 6000 (v/p) Bảng 6.23 Bảng tra thời gian phun tốc độ 6500 (v/p) mbiogas (mg ) t (ms) Tải IDLE 5% 10% 15% 20% 25% 30% 0.221 0.222 0.221 1.994 1.993 1.773 1.772 0.886 1.774 4.651 6.203 6.201 6.206 6.647 1.329 2.883 6.865 8.419 8.636 8.422 9.084 1.550 4.435 9.080 10.856 10.630 8.644 10.856 1.772 5.322 9.966 11.742 11.958 11.746 12.186 1.993 5.322 9.966 12.185 12.180 11.746 12.407 Hồ Trọng Du 135 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% 2.216 2.216 2.437 2.215 1.994 2.215 2.215 2.216 2.438 2.437 2.215 1.994 2.437 2.436 6.426 6.868 6.647 6.867 7.091 6.646 6.425 6.647 7.756 7.088 7.089 7.532 7.532 7.531 8.863 9.527 9.306 9.969 9.971 9.748 9.526 9.970 10.637 10.632 9.969 10.412 10.412 10.632 10.414 10.856 11.300 11.741 12.187 11.964 11.742 12.628 13.739 13.290 12.406 13.513 13.071 13.511 11.965 11.964 12.629 13.070 13.295 13.736 13.514 13.958 14.183 15.062 14.179 14.178 14.400 14.397 11.965 12.185 12.851 13.292 13.516 13.958 13.736 14.179 14.404 15.505 14.622 14.621 14.621 14.619 t p (ms) Hình 6.29 Đồ thị phụ thuộc khối lượng biogas theo thời gian phun tốc độ 6500 (v/p) Bảng 6.24 Bảng tra thời gian phun tốc độ 7000 (v/p) mbiogas (mg ) Tải t (ms) IDLE 5% 10% 0.205 0.618 1.030 1.027 2.473 4.325 1.232 3.915 7.002 1.232 5.152 8.444 1.232 5.152 8.856 Hồ Trọng Du 136 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% 2.674 1.850 1.851 6.789 2.057 2.262 1.852 1.851 2.056 2.263 2.057 2.057 2.057 1.851 2.057 2.057 2.058 2.057 7.610 6.991 6.580 6.994 7.200 7.815 7.406 7.200 7.403 7.406 7.815 7.612 7.405 7.611 7.817 7.818 7.820 8.022 9.667 9.664 9.458 9.669 9.874 10.283 10.492 10.491 10.693 10.698 10.900 10.904 10.902 10.902 11.108 11.109 11.318 11.313 9.461 11.309 11.103 11.520 11.520 12.134 12.138 12.343 12.749 13.167 13.162 13.373 13.370 13.370 13.577 13.372 13.788 13.575 11.107 11.514 11.309 11.726 11.726 12.546 12.550 12.548 13.160 13.373 13.573 13.784 13.782 13.576 13.988 13.784 13.994 13.781 t p (ms) Hình 6.30 Đồ thị phụ thuộc khối lượng biogas theo thời gian phun tốc độ 7000 (v/p) Hồ Trọng Du 137 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas Bảng 6.25 Bảng tra thời gian phun tốc độ 7500 (v/p) mbiogas (mg ) t (ms) Tải IDLE 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% 0.192 0.384 0.769 1.536 1.728 1.729 2.112 1.920 2.111 1.728 2.111 1.920 1.920 4.993 4.226 4.034 4.414 4.418 4.033 3.838 4.224 0.577 1.344 3.846 6.337 6.719 6.916 7.298 7.102 7.294 6.911 7.292 7.873 6.913 7.874 7.684 7.491 6.910 7.107 6.722 6.908 7.104 1.154 2.495 6.345 8.833 9.022 9.798 9.794 9.022 9.406 9.215 9.403 10.562 8.449 9.794 9.797 9.412 9.213 9.411 8.835 8.827 9.216 1.346 3.071 7.114 9.793 10.366 10.567 10.562 10.558 10.941 10.942 11.322 11.330 9.793 10.371 10.758 10.756 9.789 10.180 9.795 9.979 9.984 1.538 3.263 7.306 9.985 10.558 10.759 10.754 10.750 11.133 11.326 11.514 11.522 11.329 11.907 12.102 12.293 11.516 11.908 11.524 11.706 11.712 Hồ Trọng Du 138 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas t p (ms) Hình 6.31 Đồ thị phụ thuộc khối lượng biogas theo thời gian phun tốc độ 7500 (v/p) Bảng 6.26 Bảng tra thời gian phun tốc độ 8000 (v/p) mbiogas (mg ) Tải t (ms) IDLE 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 0.180 0.360 1.799 1.260 1.980 2.161 1.981 3.241 2.521 1.979 2.160 2.879 2.160 2.160 1.980 3.061 1.800 0.540 1.439 4.858 6.661 7.741 7.742 7.743 8.283 8.643 8.458 8.280 8.997 8.818 8.819 9.001 9.362 8.999 0.900 1.979 6.118 8.462 9.362 9.723 9.724 9.723 10.084 10.257 10.440 10.796 10.977 10.979 11.161 11.343 10.978 Hồ Trọng Du 1.080 2.159 6.298 8.642 9.542 9.903 9.904 10.083 10.264 10.437 10.800 10.976 11.157 10.979 11.341 11.523 11.158 1.080 2.159 6.478 8.822 9.722 10.083 10.084 9.903 10.264 10.437 10.800 10.976 11.157 10.979 11.341 11.523 11.158 139 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas 85% 90% 95% 100% 2.160 1.800 1.980 1.800 9.178 8.822 9.179 9.178 11.158 10.982 11.338 11.338 11.338 11.342 11.338 11.338 11.338 11.342 11.518 11.338 t p (ms) Hình 6.32 Đồ thị phụ thuộc khối lượng biogas theo thời gian phun tốc độ 8000 (v/p) 6.7.3 Nhận xét * Khối lượng biogas cần phun phụ thuộc vào thời gian phun (thời gian mở kim phun) theo hàm gần với đường cong bậc hai Độ mở bướm ga lớn khối lượng phun lớn ngược lại Khi thời gian phun ngắn khối lượng phun tăng nhanh, thời gian phun dài mức độ tăng chậm Trong lập trình hộp điều khiển, đồ thị (6.18) đến (6.32) nội suy thành đường cong bậc hai có dạng: m'biogas = a.t 2p + b.t p + c (21) Trong đó: a, b, c hệ số Các hệ số được nạp vào EEFROM ECU dạng bảng tra, tương ứng với tốc độ động cơ, độ mở bướm ga khối lượng Hồ Trọng Du 140 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas biogas ECU tra bảng xác định hệ số a, b, c Sau giải phương trình (21) xác định thời gian phun Như vậy, để tính tốn thời gian phun ECU cần có tín hiệu đầu vào sau : Tốc độ động cơ: tín hiệu lấy từ cuộn dây kích (hệ thống đánh lửa xe sở) Độ mở bướm ga: xác định nhờ tín hiệu điện áp từ cảm biến vị trí bướm ga sau dựa vào hàm đặc tuyến (17) để tính tốn phần trăm độ mở bướm ga Áp suất khí nạp: xác định nhờ tín hiệu điện áp từ cảm biến áp suất khí nạp (MAP) Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động đốt [2] Tài liệu kỹ thuật xe Honda Lead [3] Bùi Văn Ga, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng, Mơ hình hóa q trình cháy động đốt [4] James L Walsh, Charles C Ross,Michel S Smith, Stephen R Harper, W Allen Wilkins “Handbook on biogas utilization [5] N Mustafi, R.R.Raine and P.K.Bansal, Department of Mechanical Engineering, The University of Auckland; “ Biogas fuel for internal combustion engines” [6] http://vi.wikipedia.org Hồ Trọng Du 141 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Kết luận Với hệ thống nhiên liệu biogas điều khiển điện tử khí biogas phun đường ống nạp (sau bướm ga), thời gian phun, thời điểm phun lưu lượng phun tính tốn hộp điều khiển nhờ tín hiệu đầu vào: cảm biến vị trí bướm ga, tốc độ động cơ, áp suất khí nạp Nên tránh tình trạng cháy nổ đường ống nạp, ống thải (nạp không thời điểm khí biogas cháy chưa hết) So với hệ thống nhiên liệu dùng trộn (mixer) trình tạo hỗn hợp đồng nhất, hiệu suất trình cháy cao nên công suất động cao Đề tài thiết kế hệ thống nhiên liệu cho xe Wave S 110, thiết kế lập trình hộp điều khiển hệ thống thực nghiệm: đặc tính kim phun, lưu lượng khí nạp Đây sở tảng cho việc sản xuất ứng dụng đại trà xe gắn máy sử dụng biogas Việt Nam 7.2 Hướng phát triển Đây đề tài nghiên cứu mới, nội dung nghiên cứu rộng đòi hỏi người nghiên cứu phải nắm vững nhiều kỹ kiến thức Đề tài dừng lại việc nghiên cứu thiết kế hệ thống nhiên liệu bao gồm tính tốn điều khiển lượng phun Để động hoạt động tối ưu tiếp đến nghiên cứu thêm vấn đề sau: - Tính tốn lượng phun hiệu chỉnh: hiệu chỉnh theo điện áp ắc qui, hiệu chỉnh theo nhiệt độ động cơ, hiệu chỉnh thành phần CH nhiên liệu, hiệu chỉnh theo nhiệt độ nhiên liệu - Điều khiển đánh lửa theo nhiên liệu biogas Xe sở dùng hệ thống đánh lửa phù hợp với nhiên liệu xăng (thời điểm đánh lửa, góc đánh lửa sớm, khe hở bugi ), chuyển sang dùng biogas nên điều khiển lại cho phù hợp với nhiên liệu biogas - Hoàn thiện hệ thống lọc nén biogas đảm bảo thành phần khí mê tan chiếm 98% , tạp chất chiếm 2% Góp phần bảo vệ chi tiết động cơ, thiết bị lưu trữ Hồ Trọng Du 142 ... 3.2.1.1 Cấu tạo thống nhiên liệu xe Wave S 110 Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu xe sở Hồ Trọng Du 42 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas a Lọc... để sản xuất biogas dồi Hồ Trọng Du Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas đa dạng Nên thiết kế hầm biogas đặc trưng cho loại nguyên liệu Thời... 29 Nghiên cứu, thiết kế hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử cho xe gắn máy sử dụng biogas Chương TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BIOGAS 2.1 THẾ GIỚI 2.1.1 Ứng dụng khí sinh học biogas