L ỜI CẢM Ơ N ii
3.3.Chương trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG 51
i. Mục đ ích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tà 3
3.3.Chương trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG 51
3.3.1. Chương trình điều khiển vòi phun
3.3.1.1. Cách thức điều khiển lượng nhiên liệu
Lượng nhiên liệu phun trong quá trình thí nghiệm được thay đổi bằng cách thay
đổi độ rộng xung phun thông qua mạch đếm lập trình. Tức là khi đã xác định giá trị
số của lượng nhiên liệu phun và khi có xung điều khiển phun thì mạch đếm xung nhịp sẽđếm cho tới khi đạt đủ giá trị số bằng giá trị điều khiển ra. Khi bắt đầu đếm cũng là khi nâng xung điều khiển phun và khi giá trịđếm bằng giá trịđiều khiển ra cũng là lúc hạ mức xung điều khiển phun xuống.
Hình 3.8. Nguyên lý điều khiển phun
Ví dụ: giá trị số điều khiển phun do vi xử lý tính toán là 1800µs thì khi xuất hiện xung điều khiển phun, mạch đếm sẽ bắt đầu đếm xung nhịp đồng thời nâng mức của xung phun lên mức cao, vòi phun bắt đầu mở. Khi giá trị đếm xung đủ
1800µs thì mạch đếm sẽ hạ mức xung phun xuống mức thấp tương ứng ngừng phun và đồng thời ngừng đếm chờ xung điều khiển thời điểm phun tiếp theo.
3.3.1.2. Điều khiển lượng phun nhiên liệu
- 52 -
• Lượng phuncơ bản: Lượng phun cơ bản chủ yếu dựa vào tín hiệu tốc độ và vị trí chân ga.
• Lượng phunhiệu chỉnh: Lượng phun hiệu chỉnh được dựa vào các cảm biến còn lại (cảm biến nhiệt độ, áp suất LPG).
Lượng phun nhiên liệu là tổng của 2 đại lượng trên:
Lượng phun = lượng phuncơ bản + lượng phun hiệu chỉnh
Nghiên cứu này chỉ mới xác định lượng nhiên liệu phun cơ bản do quá trình thí nghiệm chủ yếu được thực hiện ở các chếđộổn định, trong điều kiện nhiệt độđộng cơđã đạt đến trạng thái làm việc ổn định.
3.3.2. Thuật toán điều khiển vòi phun
3.3.2.1. Thuật toán điều khiển chung
Hình 3.9. Sơđồ thuật toán điều khiển chung hệ thống phun LPG
Sau khi bật khoá điện ELC sẽ được cấp điện và sẵn sàng điều khiển quá trình phun nhiên liệu LPG theo các chếđộ của động cơ. Quá trình phun LPG chỉ bắt đầu
- 53 -
khi nhiệt độđộng cơ lớn hơn 500C đểđảm bảo nhiên liệu LPG hóa hơi hoàn toàn. Mỗi chếđộ hoạt động của động cơđược đặc trưng bởi một biến trạng thái. Khi biến
được đặt lên trạng thái ON, ELC sẽ tựđộng chuyển xuống chương trình điều khiển lượng nhiên liệu phun ở chếđộđó.
Khi biến trạng thái đặt xuống mức OFF, ELC sẽ tự động thoát khỏi chương trình cũ và chuyển đến chương trình có biến trạng thái ON khác. Khi không có biến trạng thái nào ở mức ON, ELC sẽ chuyển sang trạng thái chờ (bật khoá điện nhưng không phun nhiên liệu LPG) cho đến khi có một biến trạng thái ON được đưa về bộ điều khiển ELC.
3.3.2.2. Thuật toán điều khiển ở chếđộ không tải
Trong chế độ không tải, bộ điều khiển ELC sẽ kiểm tra liên tục vị trí chân ga thông qua cảm biến vị trí chân ga. Nếu giá trị vị trí chân ga đưa về ELC lớn hơn giá trị chân ga ở vị trí không tải, ELC sẽ điều khiển hệ thống chuyển sang chế độ
chuyển tiếp từ không tải sang có tải (chuyen_tiep_KT_CT=on). Đồng thời, ELC sẽ
kiểm tra liên tục tốc độđộng cơ. Nếu tốc độđộng cơ lớn hơn giới hạn tốc độ không tải chuẩn của động cơ (đối với động cơ thí nghiệm thì tốc độ đó là 900 vòng/phút) ELC sẽđiều khiển cắt nhiên liệu, quá trình phun trở lại khi tốc độđộng cơ thấp hơn giới hạn tốc độ không tải chuẩn.
Lượng nhiên liệu phun ở chế độ không tải là tổng của lượng phun cơ bản với lượng nhiên liệu phun hiệu chỉnh theo nhiệt độ và áp suất LPG.
- 54 -
Hình 3.10. Sơđồ thuật toán điều khiển chếđộ không tải 3.3.2.3. Thuật toán điều khiển ở chếđộ chuyển tiếp không tải - có tải
Hình 3.11. Sơđồ thuật toán điều khiển chếđộ chuyển tiếp không tải - có tải
Chế độ chuyển tiếp không tải - có tải nhằm mục đích đểđộng cơ chuyển tiếp từ
không tải sang có tải được êm dịu. Quá trình này diễn ra trong 20 vòng quay của
- 55 -
Khi có tín hiệu về chế độ chuyển tiếp ELC sẽ kiểm tra liên tục giá trị của
bien_chay (thể hiện số vòng quay của động cơ). Nếu giá trị của bien_chay > 20, ELC sẽ chuyển sang chếđộ có tải bằng cách đặt biến chay_co_tai=on. Lượng nhiên liệu phun ở chếđộ chuyển tiếp không tải - có tải là lượng nhiên liệu phun cơ bản và lượng nhiên liệu theo hàm của bien_chay.
3.3.2.4. Thuật toán điều khiển ở chếđộ có tải
Khi động cơ làm việc ở chế độ có tải, ELC sẽ kiểm tra liên tục vị trí chân ga thông qua cảm biến vị trí chân ga. Nếu giá trị này nhỏ hơn giá trị chân ga ở vị trí không tải ELC sẽ chuyển sang chế độ chuyển tiếp từ có tải sang không tải
(chuyen_tiep CT_KT=on). Đồng thời, ELC sẽ kiểm tra liên tục tốc độđộng cơ. Nếu tốc độ này lớn hơn giá trị giới hạn (3100 vòng/phút), ELC điều khiển cắt nhiên liệu nhằm đảm bảo độ bền của động cơ.
Lượng nhiên liệu phun ở chếđộ này là tổng lượng phun cơ bản (tra theo tốc độ
và tải trọng động cơ) và lượng phun hiệu đính theo nhiệt độ và áp suất LPG.
Khi có tín hiệu tăng tốc ELC sẽ điều chỉnh phun thêm một lượng nhiên liệu, hoặc khi có tín hiệu giảm tốc ELC sẽ điều khiển cắt bớt một lượng nhiên liệu. Lượng nhiên liệu phun thêm vào khi tăng tốc hoặc cắt bớt khi giảm tốc phụ thuộc vào mức độ thay đổi đột ngột của vị trí chân ga.
- 56 -
Hình 3.12. Sơđồ thuật toán điều khiển chếđộổn định 3.3.2.5.Thuật toán điều khiển ở chếđộ chuyển tiếp có tải - không tải
Cũng như chếđộ chuyển tiếp từ không tải sang chếđộ có tải. Chếđộ này là quá trình đệm nhằm mục đích đểđộng cơ chuyển tiếp từ có tải sang không tải được êm dịu. Quá trình này cũng diễn ra sau 20 vòng quay của động cơ.
Chế độ này ELC sẽ kiểm tra liên tục giá trị của bien_chay. Nếu giá trị của
bien_chay>20 ELC sẽ chuyển sang chế độ không tải bằng cách đặt mức trạng thái
khong_tai=on.
Lượng nhiên liệu phun ở chế độ này là tổng lượng phun ở chế độ không tải trừ đi lượng phun chuyển tiếp là hàm của bien_chay.
- 57 -
Hình 3.13. Sơđồ thuật toán điều khiển chếđộ chuyển tiếp có tải - không tải
3.4. Kết luận
Trong chương này, tác giảđã xây dựng các thuật toán đọc giá trị các tín hiệu từ
cảm biến gửi về bộ ELC và các thuật toán điều khiển quá trình cung cấp nhiên liệu LPG theo các chếđộ làm việc của động cơ.
Quá trình xây dựng bộ dữ liệu của bộ ELC được thực hiện thông qua chương trình kết nối máy tính với bộ ELC. Chương trình kết nối cho phép ghi nhận được các tín hiệu từ cảm biến và thay đổi được lượng nhiên liệu LPG để xây dựng bộ
thông số tối ưu cho ELC. Từ đó xây dựng được chương trình điều khiển tự động của ELC khi ứng dụng vào thực tế.
CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Giới thiệu băng thửđộng cơ
- 58 - BµN §IÒU KHIÓN K57 IN OUT IN OUT TÝN HIÖU ALPHA TÝN HIÖU TèC §é TÝN HIÖU M¤MEN C¶M BIÕN NHIÖT §é C¶M BIÕN ¸P SUÊT NHIÖT §é CABIN C¤NG SUÊT §IÒU KHIÓN M¤MEN C¶N CñA DYNO HéP KÕT NèI OPACIMETER FUEL BALANCE ECU THA 100 §IÒU KHIÓN ALPHA
THIÕT BÞ §IÒU HOµ NHIÖT §é N¦íC LµM M¸T Vµ DÇU B¤I TR¥N D577 DYNO - AMK §éNG C¥ 1 XYLANH FEM EMCON 300 PC - PHÇN MÒM INCA PC HIÓN THÞ INDICATE PC PUMA PHÇN MÒM PUMA Hình 4.1. Sơđồ băng thửđộng cơ 1 xylanh SCTB Băng thử động cơ một xylanh là một cụm các hệ thống riêng biệt kết hợp lại với nhau tạo thành một hệ thống thử nghiệm và nghiên cứu về động cơ đốt trong như: Băng thửđiện Dyno-AMK, động cơ nghiên cứu 1 xylanh 5402, hệ thống làm mát dầu bôi trơn và nước làm mát AVL577, thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu Fuel Balance 733s, thiết bịđiều khiển tay ga THA100, hệ thống điều khiển và giám sát băng thử PUMA, hệ thống điều khiển ECU cung cấp nhiên liệu cho động cơ INCA,
- 59 -
thiết bị đo diễn biến áp suất trong xylanh INDICATING, thiết bị xác định nồng độ
khí thải CEB-II, thiết bị xác định độ mờ khói Opacimeter 439, Smoke meter, và một số thiết bị phụ trợ khác như thể hiện trên Hình 4.1.
Băng thửđộng cơ một xylanh Dyno-AMK là cụm phanh điện có chức năng như
máy phát điện, trong đó từ trường tương hỗ giữa Roto và Stato tạo ra mô men cản với Roto và cân bằng với mô men dẫn động từ Roto (Roto của cụm phanh được nối với trục dẫn động từ động cơ). Cường độ từ trường tương hỗ giữa Roto và Stato
được điều chỉnh để tăng hoặc giảm mô men cản trên trục dẫn động từđộng cơ. Khả
năng thay đổi mô men phanh thích hợp cho việc điều kiển tựđộng ở các chế độ thử
của động cơ. Cụm phanh có chức năng là làm việc ở chế độ máy phát (phanh đối với động cơ) và chếđộđộng cơ (kéo động cơ quay). Khi băng thử làm việc ở chếđộ
máy phát thì điện năng sinh ra sẽ qua bộ biến tần đểđưa ra và hòa vào lưới điện. Băng thử có thể thử nghiệm động cơ có mô men lớn nhất là 105 Nm, công suất lớn nhất là 45 kW và tốc độ của băng thay đổi từ 0 đến 8000 vòng/phút. .
4.1.2. Động cơ thử nghiệm
Động cơ thử nghiệm là động cơ 1 xy lanh AVL5402, 4 xupap (2 nạp, 2 thải), sử
dụng buồng cháy thống nhất dạng ω. Động cơ sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu
điều khiển điện tử Common Rail với một kim phun có 4 lỗ phun được thiết kếđể tia phun tiếp tuyến với thành buồng cháy. Thông số của quá trình phun nhiên liệu như
áp suất phun, góc phun sớm, thời gian phun…được điều khiển thông qua phần mềm Inca. Diễn biến áp suất và quá trình cháy trong xylanh động cơđược thu nhận bởi thiết bị Indicating và VisioScope.
Các thông số cơ bản của động cơ AVL5402:
Đường kính xylanh: D = 85 mm; Hành trình: S = 90 mm;
Chiều dài thanh truyền: ltt = 148 mm; Thể tích công tác: Vh = 510,7 cm3; Tỷ số nén: ε = 17,3; Hệ thống nhiên liệu: Common Rail;
Công suất định mức: 9 kW; Tốc độđịnh mức: n = 3200 (v/ph);
Góc mở sớm xupap nạp: IVO = 80; Góc đóng muộn xupap nạp: IVC = 460; Góc mở sớm xupap thải: EVO = 520; Góc đóng muộn xupap thải: EVC = 180; Hệ thống điều khiển ECU: EDC15-C6-3.50 with ETK7 (hãng Bosch)
- 60 -
Hình 4.2. Mặt cắt ngang động cơ
4.1.3. Các hệ thống đo và phụ trợ của băng thử
4.1.3.1. Cân nhiên liệu (Fuel Balance) AVL733S
Cân nhiên liệu AVL733S đo lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ bằng cách cân lượng nhiên liệu trong bình chứa. AVL733S có thể đo liên tục lượng nhiên liệu trong một khoảng thời gian từ khi đầy bình đến khi nhiêu liệu trong bình giảm tới mức 0.
Bắt đầu quá trình đo nhiên liệu được cấp đầy vào thùng đo. Lúc này lực tỳ lên cảm biến lưu lượng là lớn nhất. Van điện từ đóng lại ngăn không cho dòng nhiên liệu vào thùng đo trong khi đường cấp vào động cơ vẫn mở. Đồng thời với quá trình
đó thì bộ phận đếm thời gian hoạt động. Khi nhiên liệu trong thùng chảy hết đồng nghĩa với lực tỳ lên cảm biến lưu lượng bằng 0 tức là quá trình đo kết thúc. Dựa vào
- 61 -
các kết quả thu thập được sẽ được bộ vi xử lý tính toán lưu lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụ theo đơn vị thời gian.
Hình 4.3. Sơđồ nguyên lý đo của AVL Fuel balance 733s 4.1.3.2. Thiết bịđiều chỉnh nhiệt độ băng AVL 577
Hình 4.4. Sơđồ nguyên lý làm việc của AVL 577
AVL 577 là hệ thống phụ trợ trong băng thử, hệ thống 577 bao gồm hệ thống làm mát và bôi trơn và được trang bị đầy đủ bơm dầu bơm nước làm mát các van hằng nhiệt, các cảm biến nhiệt độ và áp suất.v.v...
Thiết bị AVL 577 có nhiệm vụ điều khiển nhiệt độ của dầu bôi trơn và nước làm mát. Thiết bịđiều chỉnh nhiệt độ băng bao gồm bộ làm mát (heat exchanger) và bộ gia nhiệt (heater). Hệ thống sử dụng nước làm mát vòng ngoài để trao đổi nhiệt với nước làm mát động cơ và dầu bôi trơn động cơ. Hệ thống gia nhiệt của thiết bị
- 62 -
có tác dụng rút ngắn thời gian sấy nóng máy của băng thử. Các giá trị nhiệt độ của nước làm mát và dầu bôi trơn được các cảm biến thu nhận và chuyển về PUMA. Các tín hiệu này khi gửi về được so sánh với tín hiệu người thử nghiệm đặt trong PUMA để đưa ra tín hiệu sấy nóng hoặc làm mát dầu bôi trơn và nước vòng trong.
Đồng thời, người sử dụng có thể đặt các thông số giới hạn về nhiệt độ và áp suất của hệ thống đểđảm bảo hệ thống làm việc an toàn.
4.1.3.3. Thiết bịđiều chỉnh tay ga THA100 (Throttle actuator)
THA100 sử dụng đểđiều chỉnh vị trí tay ga của động cơ từ 0 ÷ 100% tải. Nó bao gồm một động cơ biến bước được thay đổi vị trí thông qua phần mềm PUMA, các vị trí của động cơ biến bước sẽ tương ứng với chế độ tải mà người điều khiển cần đạt được. Quá trình điều khiển này sẽ đưa tín hiệu phản hồi về máy tính của PUMA, đồng thời đưa tín hiệu vào hộp điều khiển hệ thống nhiên liệu diesel của
động cơ.
Hình 4.5. Thiết bịđiều chỉnh tay ga THA100 và hộp tín hiệu của nó 4.1.3.4. Hệ thống INCA
Đây là chương trình điều khiển ECU của động cơ. Phần mềm này có thể can thiệp trực tiếp và tức thời đến các thông số của động cơ nhất là quá trình cháy thông qua việc điều chỉnh góc phun sớm, lượng phun mồi, thời điểm phun…
4.1.3.5. Thiết bị Indicating
Indicating với phần mềm Indiwin có chức năng đo diễn biến áp suất trong xylanh theo góc quay trục khuỷu, đồng thời đo độ rung động cơ. Thiết bị Indicating cho phép nghiên cứu tỷ lệ nhiên liệu cháy theo góc quay trục khuỷu, nghiên cứu tốc
độ tỏa nhiệt của nhiên liệu. Đồng thời có thể nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình phun nhiên liệu, góc phun sớm đến khả năng cháy của nhiên liệu.
- 63 -
4.1.3.6. Tủ phân tích khí CEB-II
Tủ phân tích khí xả CEB-II (Combustion Emission Bench) là hệ thống bao gồm toàn bộ các môđun thực hiện quá trình phân tích các thành phần khí thải (các bộ
phân tích) và các thiết bị đảm bảo điều kiện làm việc chính xác của hệ thống như: Khối làm nóng (HSU), khối chuẩn đoán, khối điều khiển…. Ngoài ra, tủ phân tích còn được lắp đặt một máy tính công nghiệp với phần mềm điều khiển GEM110. Việc kết nối máy tính điều khiển với các bộ phân tích được thực hiện thông qua các tín hiệu số, tùy thuộc vào bộ phân tích mà có thể kết nối với máy tính qua mạng CAN, LON hay qua cáp nối tiếp RS232. Các bộ phân tích lắp đặt trong tủ được sử
dụng để đo các thành phần có trong khí thải như: carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), oxygen (O2), nitrogen oxides (NO và NOx), carbon hydrides (HC),
đồng thời còn đo được hệ số dư lượng không khí λ.
Hình 4.6. Mô hình tủ CEBII a) Nguyên lý làm việc của bộ phân tích CO
CO hấp thụ tia hồng ngoại ở bước sóng khoảng 4,7µm. Như thể hiện ở Hình 4.7, khi cần đo lượng CO có trong khí mẫu, khí mẫu được đưa vào buồng (4). Tia hồng ngoại tạo ra bởi đèn (1) đi qua buồng (4) và buồng (8). Do buồng (4) có CO nên một phần tia hồng ngoại bị hấp thụ, còn buồng (8) chỉ có chứa N2 vì vậy tia hồng ngoại đi qua hoàn toàn. Để lượng hồng ngoại đi qua hai buồng là như nhau đĩa (3) được điều khiển quay, trên đĩa (3) có xẻ các rãnh sao cho thời gian cho tia hồng