Nghiên cứu cơ sở lý thuyết chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ đốt trong

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ đốt trong Nghiên cứu cơ sở lý thuyết chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ đốt trong Nghiên cứu cơ sở lý thuyết chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ đốt trong Nghiên cứu cơ sở lý thuyết chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ đốt trong Nghiên cứu cơ sở lý thuyết chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ đốt trong

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SV2019 - 100 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, 6/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SV2019 - 100 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Hoàng Tuấn Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 15145CL2, Đào tạo Chất Lượng Cao Năm thứ: 4/Số năm đào tạo: Ngành học: Cơng Nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Người hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Long Giang TP Hồ Chí Minh, 6/2019 Nam, Nữ: Nam MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Nhiệm vụ giám sát 1.2 Kiến thức phát chẩn đoán lỗi 1.2.1 Phân tích triệu chứng 1.2.2 Phỏng đoán triệu chứng 1.2.3 Chẩn đoán lỗi Kết luận 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 11 2.1 Điều khiển động điện tử 11 2.1.1 Điều khiển động xăng 13 2.1.2 Điều khiển động diesel 16 2.2 Chẩn đốn xe ngồi xe động cơ: 21 CHƯƠNG 3: CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG 24 3.1 Hệ thống nạp (đường dẫn khí) 24 3.1.1 Chẩn đoán lỗi hệ thống nạp mơ hình vật lý 24 3.1.2 Chẩn đốn lỗi hệ thống nạp mơ hình xác định thực nghiệm 29 3.2 Hệ thống phun cung cấp nhiên liệu 40 3.2.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu áp suất thấp 40 3.2.2 Hệ thống phun cung cấp nhiên liệu áp suất cao 42 3.2.3 Chẩn đốn rị rỉ thùng nhiên liệu 47 3.3 Hệ thống đánh lửa 48 3.4 Hệ thống xả 51 3.4.1 Rò rỉ tắc nghẽn 51 3.4.2 Chẩn đốn xúc tác khí thải 51 3.5 Tổng quan chẩn đoán lỗi động xăng 53 CHƯƠNG 4: CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 55 4.1 Hệ thống nạp 55 4.1.1 Mơ hình hóa hệ thống nạp với mơ hình phi tuyến bán vật lý 57 4.1.2 Phát lỗi phương trình chẵn lẻ phi tuyến 63 4.2 Bơm phân phối trình cháy hệ thống phun trực tiếp 66 4.2.1 Phát lỗi với tính đốt đo tốc độ 69 4.2.2 Phát lỗi với tính đốt cháy đo khơng khí thừa 73 4.2.3 Kết hợp chẩn đoán cho hệ thống phun trình cháy 75 4.3 Hệ thống phun dầu Common-rail 79 4.3.1 Phân tích tín hiệu áp suất ống rail 80 4.3.2 Chẩn đốn lỗi dựa mơ hình 86 4.4 Bộ tăng áp điều khiển cánh cửa xả 91 4.4.1 Mơ hình tăng áp VGT 92 4.4.2 Tạo triệu chứng dựa mơ hình 98 4.4.3 Van cửa xả tăng áp 101 4.5 Hệ thống xả 102 4.5.1 Phân tích dư thừa khơng khí lưu lượng khí nạp 102 4.5.2 Kết hợp phát lỗi cửa xả tăng áp lưu lượng khí nạp 104 4.5.3 Bộ lọc hạt chất xúc tác 104 4.6 Tổng quan chẩn đoán lỗi động Diesel 105 KẾT LUẬN 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 PHỤ LỤC 109 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Phương pháp xác định lưu lượng khí vào xy lanh với cảm biến khác bù lực động độ trễ đường ống nạp 26 Bảng 3.2: Các phương pháp xác định lưu lượng khí nạp vào xy lanh cho trường hợp cố định 27 Bảng 3.3: Bảng triệu chứng lỗi dự kiến cho cảm biến, tình trạng hoạt động cố định, m˙ egr = 0, m˙ add = 27 Bảng 3.4: Bảng triệu chứng lỗi dự kiến cho hệ thống nạp với mô hình vật lý dịng khơng khí bị rị rỉ tắc nghẽn với dòng chảy mức qua bướm ga khơng có dịng khí bổ sung, m˙ add = 29 Bảng 3.5: Bảng triệu chứng lỗi cho động xăng phun đồng với mô hình thử nghiệm 39 Bảng 3.6: Bảng chẩn đoán lỗi cho hệ thống nạp, cung cấp nhiên liệu đánh lửa động VW 1.6 l FSI 50 Bảng 4.1: Bảng chẩn đoán lỗi hệ thống nạp 66 Bảng 4.2: Bảng lỗi - triệu chứng cho hệ thống phun nhiên liệu trình cháy 79 Bảng 4.3: Phạm vi hoạt động để kiểm tra thuật toán phát lỗi 90 Bảng 4.4: Bảng chẩn đoán lỗi cho hệ thống common-rail 91 Bảng 4.5: Bảng triệu chứng lỗi cho tăng áp VGT, đường nạp xả 100 Bảng 4.6: Bảng chẩn đốn lỗi kết hợp mơ đun tăng áp khí xả Cổng xả mở 104 DANH MỤC VIẾT TẮT BDC: Điểm chết ECU: Bộ điều khiển điện tử’ EGR: Hệ thống tuần hồn khí xả HFM: Cảm biến dây nhiệt NSC: Bộ lưu trữ NOx TDC: Điểm chết VGT: Bộ tăng áp điều khiển cánh VVT: Trục cam biến thiên BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG - SV thực hiện: Nguyễn Thanh Sơn – 15145136; Nguyễn Hoàng Tuấn - 15145172 - Lớp: 15145CL2 Khoa:Đào tạo Chất Lượng Cao Năm thứ: Số năm đào tạo: - Người hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Long Giang Mục tiêu đề tài: Hệ thống hóa lý thuyết chẩn đoán hệ thống điều khiển động đốt Tính sáng tạo: Nghiên cứu phương pháp phát lỗi chẩn đoán lỗi đại Qua ứng dụng phương pháp động xăng động Diesel Kết nghiên cứu: Nghiên cứu phương pháp phát lỗi chẩn đoán lỗi động xăng động Diesel Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Tài liệu tham khảo chẩn đốn tơ cho sinh viên chuyên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng 06 năm 2019 SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Xác nhận Trường (kí tên đóng dấu) Ngày 10 tháng 06 năm 2019 Người hướng dẫn (kí, họ tên) MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài: Động cơ, khung gầm thành phần ô tô ngày phát triển phức tạp Do phát triển mở rộng hệ thống điện tử ô tô không cho phép nhiều chức điều khiển mà cho phép thực chức giám sát chẩn đoán Ngày nay, tơ có chức chẩn đốn xe (OBD) Chức giúp phát lỗi thơng báo chúng cho người tài xế Chẩn đốn ngồi xe thực xưởng cách kết nối với thiết bị kiểm tra, cho phép mở rộng phạm vi phát lỗi Mục đích khoanh vùng bị lỗi cách xác Ngồi cịn có thêm hỗ trợ từ quan sát người phần mềm hướng dẫn xử lý lỗi Cho đến khoảng năm 1979, giám sát động đốt dừng lại việc kiểm tra áp suất dầu, nhiệt độ môi chất làm mát điện áp định mức thông báo cho người lái thơng qua đèn tín hiệu Điều khiển động điện tử không cho phép điều khiển động tồn diện cịn nhiều chức chẩn đốn xe Các chương trình giám sát chẩn đốn lỗi kiểm tra tín hiệu đầu đầu vào chức điều khiển quan trọng q trình vận hành Ví dụ tín hiệu đầu cảm biến, đầu nối giắt cắm cáp,… Điều bao gồm điện áp cung cấp cho cảm biến, phạm vi đo cảm biến kiểm tra tính hợp lý cách so sánh tín hiệu đầu cảm biến khác Các tín hiệu đầu tới chấp hành theo dõi liên quan đến ngắt dòng, ngắn mạch âm hở mạch Phần cứng phần mềm ECU chứa nhiều chức giám sát, ví dụ: vi điều khiển lưu trữ Chức hoạt động sau tơ khởi động, hoạt động bình thường sau tắt Giao tiếp ECU thực kiểm tra qua dây bus CAN Chẩn đoán xe thường áp dụng trạm dịch vụ Bằng cách sử dụng dụng cụ kiểm tra chuyên dùng, thông tin lưu trữ nhớ lỗi ECU đọc qua giao diện nối tiếp Các lỗi lưu trữ dạng mã lỗi nhớ liệu ECU Trong tương lai, phát triển hệ thống chẩn đốn từ xa máy tính bo mạch ECU kết nối thơng qua liên kết với máy tính chuyên gia có khả trạm dịch vụ để hỗ trợ chẩn đoán lỗi Lý chọn đề tài: Hệ thống điều khiển động ô tô ngày phát triển phức tạp Do đó, phát triển chương trình phát chẩn đốn lỗi hệ thống điều khiển động nhiệm vụ quan trọng Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, nhóm định thực đề tài “ Nghiên cứu sở lý thuyết chẩn đoán hệ thống điều khiển động đốt “ với mong muốn học hỏi thêm kiến thức tạo nghiên cứu giúp ích cho sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô Mục tiêu đề tài: Hệ thống hóa lý thuyết chẩn đoán hệ thống điều khiển động đốt Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu: Tiếp cận từ sở lý thuyết, tổng quan chẩn đoán hệ thống điều khiển động đốt Sử dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu sử dụng phương pháp mơ hình hóa để nghiên cứu vấn đề chẩn đoán động CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Phát chẩn đoán lỗi thuộc việc giám sát chung giám sát tình trạng quy trình kỹ thuật Nhiệm vụ trạng thái hư hỏng, bất thường để đưa giải pháp biện pháp sữa chữa kịp thời, tránh thiệt hại, tai nạn gây ô nhiễm môi trường Các hậu hư hỏng kể đến hệ thống truyền động khung gầm : nguy hiểm (ví dụ: xe xoay vịng), hiệu kinh tế thấp (ví dụ: tiêu thụ nhiên liệu cao mức độ hao mòn cao) gây nhiễm mơi trường (ví dụ: nồng độ khí thải cao) Các nhiệm vụ việc giám sát, phát lỗi trình bày chi tiết [6] [2] Do đó, số điểm bật nêu xem giới thiệu kiến thức tảng cho việc tiếp cận hệ thống chẩn đốn tơ 1.1 Nhiệm vụ giám sát Một quy trình (động khung gầm) hoạt động theo vòng hở xem xét, (Hình 1.1 a) U(t) Y(t) tín hiệu đầu vào đầu Nguyên nhân dẫn đến lỗi xuất phát từ bên ngồi lẫn bên Các nguyên nhân bên thường gặp ảnh hưởng từ môi trường : độ ẩm, bụi, chất hóa học, xạ điện từ, nhiệt độ cao dẫn tới tình trạng xe bị ăn mịn ô nhiễm Các nguyên nhân bên thiếu mơi chất bơi trơn dẫn tới tình trạng ma sát cao, sinh nhiệt, rò rỉ ngắn mạch Những lỗi F(t) trước tiên tác động đến thông số bên Θ ∆Θ(t), thay đổi giá trị điện trở, điện dung, độ cứng biến đổi trạng thái bên x(t) ∆x(t), thay đổi lưu lượng khí nạp, nhiệt độ Theo quy trình động học, lỗi F(t) ảnh hưởng đến tín hiệu đầu Y(t) thay đổi ∆Y (t) Tuy nhiên, nhiễu loạn tiếng ồn tự nhiên N(t) làm thay đổi biến điều khiển U(t) làm ảnh hưởng đến kết đầu Y(t) Đối với q trình vịng lặp hở, biến lỗi F(t) dẫn đến kết ∆Y (t) vĩnh cửu Đối với trường hợp vịng lặp kín, (Hình 1.1 b), kết khác Tùy thuộc vào thời gian, mức độ thay đổi tham số ∆Θ(t) thay đổi biến trạng thái ∆x(t), đầu hiển thị độ lệch ∆Y(t) nhỏ điều khiển tỉ lệ tích phân PI sử dụng Nhưng sau đó, độ lệch ∆U(t) biến điều khiển U(t) khơng thay đổi q trình điều khiển PI Nếu giám sát đầu Y(t), lỗi không phát độ lệch nhỏ ngắn, bị hỏng nhiễu Lý vịng lặp kín khơng có khả bù cho nhiễu N(t) mà bù cho thay đổi tham số ∆Θ(t) thay đổi trạng thái ∆x(t) liên quan đến biến điều khiển Y(t) Điều có nghĩa lỗi F(t) bù vịng kín Chỉ lỗi tăng kích thước khiến biến điều khiển đạt giá trị hạn chế (bão hịa) độ với ηv hệ số hiệu suất thể tích, VD dung tích tất xi lanh ρ2i = p2i / RT2i Áp suất pegr trước van EGR khác với áp suất xả p3 tổn thất áp suất làm mát EGR Điều mơ hình mơ hình mạng khác pegr = fpegr(p3, neng) (4.90) Dựa mơ hình biến đo p2i, T2i sau làm mát khí tăng áp với pegr Tegr sau làm mát EGR, hai phần dư tính cho trường hợp van cửa xả đóng, phần dư áp suất xả rpegr = pegr -fpegr = Spegr (4.91) rp2i = p2i – fp2i = Sp2i (4.92) Và phần dư áp suất tăng áp Mơ hình cho trạng thái bình thường fpegr theo (4.90) f2i từ (4.83) Những triệu chứng cho thấy độ lệch khác nhau, ví dụ: hiệu suất tăng áp giảm, lỗi cảm biến lưu lượng khí nạp rị rỉ trước máy nén tóm tắt sau (Bảng 4.6) Bởi hệ thống nạp hệ thống tăng áp nhờ khí xả kết hợp mạnh mẽ, hệ thống xả xem xét thêm phần để mang lại thêm số triệu chứng 4.5 Hệ thống xả 4.5.1 Phân tích dư thừa khơng khí lưu lượng khí nạp Vị trí van EGR uegr hệ số dư thừa khơng khí (cảm biến dải rộng) hay nồng độ oxy 𝑣𝑂2 hai biến tiêu chuẩn cho động Diesel đại, nhiệm vụ tạo phân tích dư thừa khơng khí hỗ trợ cho cảm biến lưu lượng khơng khí hệ thống nạp a) Điều chỉnh lưu lượng khí nạp HFM Xét đến lưu lượng khí nạp Vint, lưu lượng khí thực sau giải nhiệt khí nạp, trước hịa trộn với tuần hồn khí xả (Hình 4.33) : 𝑚̇air1,𝑒𝑛𝑔 = 𝑚̇2 − 𝑉𝑖𝑛𝑡 𝑅𝑇2𝑖𝑐 (4.93) 𝑑𝑝2𝑖𝑐 𝑑𝑡 Trong có p2ic T2ic đo b) Lưu lượng khí nạp Khí nạp vào động hỗn hợp khí khí thải tuần hồn Do cần kiểm sốt lưu lượng khí nạp: 𝑅𝑇𝑒𝑔𝑟 ̇ − 𝑉𝑒𝑔𝑟,𝑒𝑛𝑔 ̇ 𝑉̇air,𝑒𝑛𝑔 = 𝑉𝑒𝑛𝑔 = 0.5𝜆𝑣 𝑛𝑒𝑛𝑔 𝑉𝐷 − 𝑚̇𝑒𝑔𝑟 𝑝2𝑖𝑐 (4.94) 102 Và khối lượng khí nạp: 𝑚̇air,2,𝑒𝑛𝑔 = 𝑉̇air,𝑒𝑛𝑔 𝑝2𝑖𝑐 𝑅𝑇2𝑖𝑐 = 0.5𝜆𝑣 𝑛𝑒𝑛𝑔 𝑉𝐷 𝑝2𝑖𝑐 𝑅𝑇2𝑖𝑐 − 𝑚̇𝑒𝑔𝑟 𝑇𝑒𝑔𝑟 (4.95) 𝑇2𝑖𝑐 Dựa phân tích hiệu ứng tiết lưu van EGR, 𝑓𝑒𝑔𝑟 ( 𝑝2𝑖𝑐 𝑝𝑒𝑔𝑟 ) xác định thực nghiệm dẫn đến khối lượng khí nạp: 𝑚̇𝑒𝑔𝑟 = 𝐴𝑒𝑔𝑟 (𝑢𝑒𝑔𝑟 )𝑓𝑒𝑔𝑟 ( 𝑝2𝑖𝑐 𝑝𝑒𝑔𝑟 ) (4.96) Trong Aegr hiệu suất mở van xả Hình 4.40: Tín hiệu ba phương pháp độc lập để tái tạo dịng khơng khí q trình vận hành động Rị rỉ đường kính mm ống nạp sau giải nhiệt khí nạp xảy 18s