4.2.2.1. Kết nối động cơ với máy tính
Sau khi bố chúng ta bố trí thí nghiệm theo sơ đồ 3.18 ở chương 3, chúng ta sẽ được thực tế như hình dưới đây:
Hình 4. 5: Bố trí thực nghiệm
Để thực hiện quá trình nạp các dữ liệu, phân tích, nhận xét và hiệu chỉnh các dữ liệu, ta cần cài đặt phần mềm Arduino cho máy tính laptop, dùng một dây cáp kết nối vào cổng USB của máy tính laptop và bộ điều khiểnđã được kết nối với động cơ trước đó.
Hình 4. 6: Giao diện của phần mềm Arduino trên laptop [16-17]
Chúng tôi xác định tốc độ định mức khi chạy bằng nhiên liệu khí là 3000 v/ph. Trong thí nghiệm này chúng tôi chia độ mở bướm ga tương ứng với 5 độ quay của servo-motor. Trình tự thí nghiệm như sau:
- Điều chỉnh biến trở để đạt được độ mở bướm ga thí nghiệm
- Điều chỉnh biến trở để thay đổi thời gian mở vòi phun (tương ứng với thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp vào động cơ) đồng thời với điều chỉnh biến trở tải để động cơ giữ tốc độ ổn định 3000 v/ph và lưu lượng kế tổng cho giá trị thấp nhất.
- Điều chỉnh nhẹ biến trở để tăng/giảm góc đánh lửa sớm, quan sát sự thay đổi công suất tải và lưu lượng nhiên liệu.
- Ghi các giá trị độ mở bướm ga, thời gian phun nhiên liệu, góc đánh lửa sớm, tốc độ động cơ, công suất tải lớn nhất ứng với chế độ công tác xác định của động cơ.
- Lặp lại các bước thí nghiệm như trên ứng với các độ mở bướm ga khác. Hình 4.7 là ảnh chụp độ sáng của các bóng đèn khi thay đổi tải động cơ ở tốc độ cố định 3000 v/ph.
Hình 4. 7: Điều chỉnh các mức tải động cơ
4.2.2.2. Điều khiển góc đánh lửa, thời gian phun cho động cơ thực nghiệm- Điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu - Điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu
Thí nghiệm được tiến hành với nhiên liệu LPG, đường kính lưu thông của vòi phun 2,5mm, áp suất phun 1,2 bar, 1 bar và 0,6 bar. Lưu lượng không tải được giữ ở mức 2,0 l/ph. Thí nghiệm được tiến hành trên động cơ Honda GX160 đã được cải tạo sang điều khiển điện tử nêu trên. Động cơ có dung tích xylanh 163cm3. Tại tốc độ động cơ 3000 v/ph, bướm ga mở hoàn toàn, nếu hệ số nạp của động cơ là 0,9 thì lượng không khí nạp vào xylanh 0,228 g/ct. Biến thiên lượng không khí, lượng LPG cung cấp cho mỗi chu trình động cơ GX160 theo góc quay trục khuỷu được trình bày trên hình 4.7. Trên cơ sở lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình chúng ta tính toán được thời gian phun ứng với điều kiện áp suất phun và đường kính lưu thông của vòi phun.
Hình 4. 8: Biến thiên lượng không khí và lượng LPG nạp vào xi lanh động cơ trong mỗi chu trình theo góc đóng bướm ga
Hình 4.9a, b, c giới thiệu biến thiên thời gian phun cho bởi tính toán lý thuyết và thực nghiệm theo vị trí bướm ga. Đường kính lưu thông của lỗ phun dp=2,5mm. Trong tất cả các trường hợp, thời gian phun khi bướm ga gần đóng dao động mạnh. Điều này là do thời gian mở vòi phun nhỏ làm vòi phun hoạt động không ổn định. Khi giảm áp suất phun, thời gian phun tăng giúp cho vòi phun có thể hoạt động trong vùng tải thấp. Để giữ cho động cơ không tắt khi bướm ga đóng nhỏ, chúng ta phải bố trí đường cấp ga không tải. Như đã trình bày ở trên, lưu lượng ga không tải khoảng 2 l/ph đủ để động cơ duy trì hoạt động khi bướm ga đóng hoàn toàn.
(c)
Hình 4. 9: So sánh lý thuyết và thực nghiệm thời gian phun nhiên liệu
So sánh kết quả các hình 4.9a, hình 4.9b và hình 4.9c cho thấy khi áp suất phun cao thì thời gian phun thực tế thấp hơn thời gian phun theo tính toán lý thuyết. Khi áp suất phun giảm thì ngược lại, thời gian phun thực tế cao hơn thời gian phun theo tính toán lý thuyết. Điều này có thể giải thích khi áp suất phun cao thì nhiên liệu có thể phun sớm hơn, ngay lúc vòi phun vừa mở và kết thúc phun muộn hơn khi vòi phun sắp đóng kín so với khi áp suất phun thấp. Trong trường hợp động cơ Honda GX160 sử dụng trong nghiên cứu này, ở tốc độ 3000 v/ph, thời gian dành cho kỳ nạp là 10.000 ms, lớn hơn thời gian phun khi tải cực đại (6.000 ms khi áp suất phun 0,6 bar và đường kính vòi phun 2,5mm). Khi chọn áp suất phun thấp, thời gian mở vòi phun tăng, do đó tăng khả năng ổn định cung cấp nhiên liệu khi tải thấp. Vì vậy khi động cơ GX160 chạy bằng LPG thì áp suất phun trong khoảng 0,6 - 1 bar là phù hợp.
- Điều chỉnh góc đánh lửa sớm
Như đã trình bày ở phần cải tạo động cơ, cảm biến Hall đánh lửa được lắp trên thân động cơ sao cho nam châm trên bánh đà quay qua cảm biến trước khi qua ĐCT. Góc quay trục khuỷu kể từ lúc kết thúc xung cảm biến Hall đến khi mép cuối nam châm qua ĐCT là jo độ. Trong trường hợp thí nghiệm này, chúng tôi chọn jo = 35 độ.
Nếu tốc độ động cơ là n v/ph thì thời gian tương ứng 1 độ góc quay trục khuỷu là 106/(6n) (ms/độ). Nếu tia lửa điện bắt đầu sau khi kết thúc xung Hall một thời gian tdl thì góc đánh lửa sớm là js = jo – 6.10-6.n.tdl
Hình 4. 10: Sơ đồ điều chỉnh góc đánh lửa sớm
Hình 4.10 giới thiệu sơ đồ điều chỉnh góc đánh lửa sớm. Mốc thời gian để xác định góc đánh lửa sớm là khi kết thúc xung của cảm biến Hall. Chương trình cài đặt vào vi điều khiển sẽ điều khiển hệ thống đánh lửa phát tia lửa điện tại thời điểm tdl sau khi kết thúc xung của cảm biến Hall.
Trong quá trình thí nghiệm, ở một chế độ công tác của động cơ chúng ta điều chỉnh thời gian đánh lửa tdl bằng biến trở để xác định được góc đánh lửa tốt nhất tương ứng với công suất động cơ đạt được giá trị cao nhất. Trong công trình này chúng ta chỉ thử nghiệm với một loại nhiên liệu LPG nên chúng ta chỉ xem xét biến thiên góc đánh lửa sớm thực tế theo tốc độ động cơ. Hình 4.11 giới thiệu biến thiên của thời gian tdl và góc đánh lửa sớm tối ưu theo tốc độ động cơ chạy bằng LPG. Chúng ta thấy góc đánh lửa sớm tối ưu tăng từ 12,2o lên 22,4o khi tốc độ động cơ tăng từ 1000 v/ph lên 3000 v/ph. Thời gian từ lúc đánh lửa đến khi piston đến ĐCT là 2033 ms và 1244 ms tương ứng với tốc độ động cơ 1000 v/ph và 3000 v/ph. Khi tốc độ động cơ tăng thì cường độ xoáy lốc của dòng khí tăng làm tăng tốc độ lan tràn màn lửa. Vì vậy, góc đánh lửa sớm tăng khi tăng tốc độ động cơ nhưng không tăng tuyến tính.
Hình 4. 11: Biến thiên tdl và góc đánh lửa sớm theo tốc độ động cơ
Js
KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI VÀ KIẾN NGHỊ A. Kết luận
Sau thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu chuyển đổi động cơ tĩnh tại sử dụng bộ chế hòa khí thành động cơ phun LPG điều khiển điện tử”.
Từ công đoạn nghiên cứu, tham khảo từ các nguồn tài liệu khác nhau, nghiên cứu lí thuyết và thiết kế chế tạo cho đến khi hoàn thành bài báo cáo, cuối cùng đề tài đã hoàn thành đúng thời hạn. Việc hoàn thành đề tài này đã cho chúng tôi nhiều đánh giá quan trọng. Trong quá trình thực hiện đề tài, vì đây là một đề tài khá mới, có sự kết hợp độc lập của việc điều khiển phun LPG và đánh lửa điều khiển bằng điện tử, nó đòi hỏi sự hiểu biết rộng về kiến thức không chỉ là chuyên ngành ô tô mà liên quan đến điện - điện tử, nên những bước đầu nhóm thực hiện còn gặp rất nhiều khó khăn. Nhưng với sự hỗ trợ tận tình và những lời động viên từ các thầy ThS. Bùi Văn Hùng cùng sự nổ lực, cố gắng, học hỏi không ngừng của tất cả các thành viên trong nhóm, chúng tôi đã hoàn thành đề tài đúng tiến độ và thời hạn đề ra.
Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù gặp khó khăn về cách tiếp cận cũng như phải học hỏi nhiều kiến thức mới, nhưng qua đó giúp chúng tôi củng cố những kiến thức đã học và lĩnh hội thêm được nhiều kiến thức mới như:
- Hiểu biết rõ hơn về tự động hóa trên ô tô mà cụ thể là hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử.
- Nắm được nguyên lý, chức năng, cấu trúc và các chế độ điều khiển của bộ điều khiển.
- Trang bị thêm kiến thức thực hành, kiểm tra, điều chỉnh để từ đó đưa ra phương án sửa chữa cho hệ thống phun LPG, đánh lửa trên thực tế.
- Tăng khả năng tìm kiếm nguồn tài liệu, tin học được nâng cao rõ rệt.
- Trang bị thêm nhiều kỹ năng mềm: kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giao tiếp, kỹ năng giải quyết vấn đề,…
Bên cạnh những điều đã làm được, vẫn còn nhiều vấn đề chưa giải quyết xong. Đề tài đã hoàn thành đúng thời gian quy định, tuy nhiên do kiến thức, kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế và thời gian có hạn nên nội dung đề tài sẽ không tránh khỏi những sai sót, rất mong có được góp ý hướng dẫn của quý Thầy để đề tài được bổ sung và hoàn thiện hơn nữa.
B. Hướng phát triển đề tài
Do giới hạn của đề tài và thời gian thực hiện nên đề tài này chỉ nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống phun nhiên liệu LPG điều khiển điện tử cho động cơ tĩnh
tại, chứ không nghiên cứu về quá trình cháy của động cơ. Vì thế, đề tài này có thể được mở trộng nghiên cứu phát triển hơn một số nội dung cụ thể sau:
Nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc sử dụng nhiên liệu LPG lên các chi tiết như: piston, xylanh, ảnh hưởng đến tính bôi trơn của nhiên liệu, tính kích nổ trong quá trình cháy.
Khảo sát quá trình cháy của động cơ sử dụng nhiên liệu LPG nhằm có những cải tiến về kết cấu buồng đốt, đường ống nạp, vị trí đặt kim phun, tăng tỷ số nén để nhiên liệu được cháy kiệt hơn, nâng cao công suất của động cơ.
Lắp đặt hệ thống phun nhiên liệu LPG lên các động cơ nhiều xylanh với các công suất vừa và lớn.
Kết hợp lập trình điều khiển phun LPG và phun xăng hoặc các khí thiên nhiên khác.
C. Kiến nghị
Kết quả thực nghiệm trên động cơ tĩnh tại cho thấy các đặc tính về công suất vẫn đảm bảo, tiết kiệm chi phí nhiên liệu hơn và ít ô nhiễm hơn. Đó là những bằng chứng thực tế cho tính ưu việt của động cơ phun nhiên liệu LPG này. Hệ thống nhiên liệu mới sẽ góp một phần vào việc bảo vệ môi trường và giảm sức ép hiện tại lên nhiên liệu truyền thống khi các cơ quan chức năng có những quan tâm đúng mức. Điều này cần phải có những chính sách hỗ trợ nghiên cứu để hoàn thiện đề tài và áp dụng rộng rãi trên thực tế. Chắc chắn, những đầu tư này sẽ mang lại lợi nhuận lớn trước mắt cũng như lâu dài. Việc này có thực hiện được hay không là đòi hỏi các nhà quản lý phải có chính sách hợp lý như áp dụng chuẩn nồng độ khí xả cho xe gắn máy, xe ô tô trên phạm vi cả nước, khuyến khích người dân sử dụng LPG, nghiên cứu thực hiện có hiệu quả những nhược điểm mà trong đề tài đã đề cập đến và nhất là có sự ủng hộ mạnh mẽ từ phía cộng đồng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Văn Thị Bông, Huỳnh Văn Công, Lý thuyết động cơ đốt trong, NXB Đại học quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2016
[2] Đỗ Văn Dũng, Trang bị điện và điện tử trên ô tô hiện đại, NXB Đại học quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2004
[3] Bùi Văn Ga, Ôtô và ô nhiễm môi trường, Nhà xuất bản Giáo Dục, 1999 [4] Tống Văn On, Họ vi điều khiển 8051, NXB Lao động - Xã hội, 2004
[5] Phạm Đình Vượng, Nguyễn Văn Dương, Nghề sửa chữa xe máy, Nhà xuất bản Giáo dục, 2009
[6] U. Kiencke, L. Nielsen, Automotive control systems for Engine, Driveline and Vehicle, Springer, Berlin 2000
[7] Võ Văn Chinh, Trần Văn Hiệu, Nghiên cứu thiết kế, chế tạo board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử trang bị trên ô tô hiện đại, Đại học Nha Trang, khoa Kỹ thuật Giao thông, 6/2014
[8] Bùi Văn Ga, Sử dụng LPG trên xe gắn máy và xe buýt nhỏ, Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ Môi trường - Đại học Đà Nẵng, 2002
[9] Bùi Văn Ga, Bùi Văn Hùng, Lê Minh Tiến, Lê Minh Triết, Chuyển đổi động cơ tĩnh tại truyền thống thành động cơ phun xăng trên đường nạp, Tạp chí Khoa học và Công Nghệ Đại học Đà Nẵng, 2019
[10] Dương Quốc Thạnh, Nghiên cứu xử lý khí thải xe gắn máy bằng bộ chuyển đổi xúc tác, Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2008
[11] Lê Minh Triết, Nghiên cứu cải tạo động cơ tĩnh tại đánh lửa cưỡng bức truyền thống thành động cơ điều khiển điện tử, Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, 2019
[12] Phan Tấn Tài, “Xác định lượng nhiên liệu cung cấp trong hệ thống phun LPG trên xe gắn máy”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, , Số 11, tháng 12/2013
[13] Nguyễn Thanh Tuấn, Stanisnav Beroun, “Sử dụng khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG) làm nhiên liệu cho động cơ xăng bằng phương pháp phun trực tiếp LPG trên đường ống nạp”, Tạp chí Khoa học - Công nghệ thuỷ sản, số đặc biệt 2009 [14] “Kiểm soát khí thải mô tô xe máy để giảm thiểu ô nhiễm không khí” Tạp chí
[15] Catalogue, Honda owner’s manual manuel de l’utilisateur manual del propietario damage prevention messages GX120 - GX160 - GX160
[16]Hướng dẫn sử dụng cơ bản Arduino, Học viện Hàng không Việt Nam khoa Điện tử Viễn thông TP.HCM, tháng 5, năm 2014
[17] Huỳnh Minh Phú, Tự học nhanh Arduino cho người mới bắt đầu, TP.HCM, ngày 24 tháng 05 năm 2015
PHỤ LỤC
1. Chương trình điều khiển của hộp điều khiển
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h> // #include <Servo.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); const int hall_pulse = 3;
const int display_mode = 7; const int ledtest = 10; const int ledphun = 11; const int phun = 12; const int leddanhlua = 10; const int danhlua = 9; // Servo myservo; const int bientro_tai = A2; const int bientro_danhlua = A1; // const int servoPin = 4;
//volatile unsigned int pulses; int n_namcham, servoPos;
unsigned long rpm, pulse, k, j, tdc_ms, prev_tdc_ms, t_cyc, prev_t_cyc;
unsigned long start_pulse, stop_pulse, inject_start_moment, inject_stop_moment; unsigned long ignition_start_moment, ignition_stop_moment, pulse_width, js, fs, pulse_width_chuan, prev_ignition_start_moment;
unsigned long inject_duration; bool dct, hienthi;
bool inject_start, ignition_start, inject_stop, ignition_stop; void setup() { lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("X:");
lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("N:"); lcd.setCursor(9, 0); lcd.print("t:"); lcd.setCursor(9, 1); lcd.print("j:"); pinMode(hall_pulse, INPUT_PULLUP); pinMode(ledtest, OUTPUT); pinMode(ledphun, OUTPUT); pinMode(leddanhlua, OUTPUT); pinMode(danhlua, OUTPUT); pinMode(phun, OUTPUT); pinMode(display_mode, INPUT); // pinMode(servoPin, OUTPUT); n_namcham = 1; pulse = 0; k = 0; js=0; inject_start = false; ignition_start = false; hienthi = true; // myservo.attach(servoPin);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(hall_pulse), falling_handler, HIGH); }
void falling_handler() {
start_pulse = micros();
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(hall_pulse), rising_handler, LOW); }
void rising_handler() {
stop_pulse = micros();
pulse_width = stop_pulse - start_pulse;
if (pulse_width > 700) {tdc_ms = stop_pulse; t_cyc = tdc_ms - prev_tdc_ms; pulse++; if (t_cyc >= prev_t_cyc) { ignition_start_moment = tdc_ms + js; ignition_stop_moment = ignition_start_moment + 2000; ignition_start = true; } else { inject_start_moment = tdc_ms + 200;
inject_stop_moment = inject_start_moment + inject_duration; inject_start = true; } prev_tdc_ms = tdc_ms; prev_t_cyc = t_cyc; pulse_width_chuan = pulse_width; } else;
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(hall_pulse), falling_handler, HIGH);