Bobbin và dây cao áp

3.1. Lựa chọn thiết bị

3.1.2.3. Bobbin và dây cao áp

Hình 3. 11: (a) IC tích hợp bobbin, (b) đầu chụp bugi

3.1.2.4. Van điều áp, áp kế, công tắt từ, van lưu lượng, ống dẫn LPG và các đầu nới

b a f e d c b a

Hình 3. 12: (a) van điều áp, (b) áp kế, (c) ống dẫn LPG, (d)công tắt từ, (e) lưu lượng kế, (f) các đầu nối

3.2. Lắp đặt hệ thống điều khiển điện tử cho động cơ

Hệ thống điều khiển điện tử cho động cơ được lắp đặt theo sơ đồ dưới đây:

Hình 3. 13: Sơ đồ bớ trí hệ thớng phun LPG trên đường ớng nạp điều khiển điện tử 1: bình LPG; 2: van điều áp; 3: áp kế; 4: cơng tắt từ chính; 5: lưu lượng kế tổng; 6:

lưu lượng kế không tải; 7: van chỉnh không tải; 8: công tắt từ có tải; 9: vịi phun có tải; 10: vịi phun khơng tải; 11: Servo motor; 12: mạch công suất chớng nhiễu; 13: vi

mạch điều khiển; 14: máy tính; 15: biến trở điều khiển phun; 16: biến trở điều khiển bướm ga; 17: biến trở điều khiển tải; 18: hộp điều khiển trải; 19: máy phát điện EP2500CX; 20: động cơ Honda GX160; 21: bộ lưu thị I, U, P; 22: aptomat; 23: Servo

motor; 24: Dimmer; 25: thiết bị gây tải

3.2.1. Lắp đặt hệ thống đánh lửa

Để cải tạo động cơ trước hết chúng ta cần lắp đặt hệ thống đánh lửa. Chúng ta tiến hành tháo bobbin đánh lửa từ động cơ nguyên thuỷ, các cần chỉnh bướm ga cũng như bộ khởi động bằng tay tại bánh đà.

Lắp một bộ domino 5 chân và bobbin đánh lửa lên khung như hình dưới đây. Nắp chụp bugi được cố định để tránh tia lửa yếu làm hồ khí cháy khơng kiệt, động cơ có thể sẽ khơng tạo đủ cơng suất, có thể sẽ ngừng hoạt động vì ngộp ga hoặc chất lượng khí xả khơng đảm bảo do q trình hoạt động gây rung lắc của động cơ.

Hình 3. 14: Hệ thớng đánh lửa thực tế

Động cơ nguyên thuỷ lấy điện từ dịng điện cảm ứng do q trình quay của bánh đà có đính nam châm tạo ra các đường sức từ qua cuộn dây bên trong bobbin. Động cơ sau cải tạo sẽ khơng hoạt động trên ngun lý đó nên cần cung cấp nguồn điện 12V là ắc qui để quá trình đánh lửa diễn ra tại cuối kỳ nén của động cơ. Một cảm biến Hall sẽ được lắp đặt trên giá đỡ để biết được vị trí của piston và tốc độ của bánh đà. Tín hiệu này sẽ được đưa về hộp điều hiển dưới dạng giá trị điện áp, hộp điều khiển sẽ xử lý và ra lệnh cho cơ cấu chấp hành tạo tia lửa điện đốt cháy hồ khí.

Hình 3. 15: Kiểm tra vị trí ĐCT

Bugi Cụm đánh lửa

Sơ đồ mạch điện của hệ thống đánh lửa được lắp đặt như hình dưới đây:

Hình 3. 16: Sơ đồ mạch điện hệ thớng đánh lửa

3.2.2. Lắp đặt hệ thống phun LPG

Sau khi chúng ta lắp đặt hệ thống đánh lửa, chúng ta tiếp tục tiến hành lắp đặt hệ thống phun LPG cho động cơ. Hệ thống phun LPG cho động cơ được lắp đặt dựa trên sơ đồ sau:

Hình 3. 17: Sơ đồ bớ trí hệ thớng phun LPG

1: bình LPG; 2: van điều áp; 3: áp kế; 4: cơng tắt từ chính; 5: lưu lượng kế tổng; 6: lưu lượng kế không tải; 7: van chỉnh khơng tải; 8: cơng tắt từ có tải; 9: vịi phun có

tải; 10: vịi phun khơng tải.

Hộp Điều Khiển Bơ Bin domino

Ta tiến hành taro 1 lỗ để cấp khí LPG khi động cơ hoạt động khơng tải trên đường ống nạp sau bướm ga và trước xupap nạp; 1 lỗ giữa bướm ga và bướm gió để cấp khí LPG cho động cơ ở chế động tải. Tại các đầu vào và đầu ra của LPG sẽ có các van, các áp kế để có thể kiểm sốt và theo dõi tình trạng của hệ thống phun LPG. Bên cạnh đó cũng có một cảm biến Hall được gắn trên giá đỡ.

(c)

Hình 3. 18: (a) giá đỡ cảm biến Hall; (b) cần điều khiển bướm ga; (c) vịi phun Trạng thái chờ: LPG từ bình chứa đi qua bộ điều áp qua áp kế và chờ tại van

điện từ.

Đường khơng tải tải

Đường có tải

Ti điều chỉnh

Servo motor

(a

Cần điều khiển bướm ga Giá đở cảm biến Hall

cảm

Trạng thái hoạt động: dòng điện từ ắc qui đến van điện từ và làm van mở cho

LPG đi qua. LPG tiếp tục qua van điều chỉnh lưu lượng và chia làm 2 đường. Đường thứ nhất là đường ga không tải, đường thứ hai là đường van có tải.

- Khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải: trước khi LPG vào động cơ (sau bướm ga và trước xupap nạp) LPG sẽ đi qua một van điều chỉnh lưu lượng không tải. Từ đó cung cấp nhiên liệu để tạo ra hồ khí cho động cơ hoạt động. - Khi động cơ hoạt động ở các chế độ tải khác nhau: một cơng tắt từ có nhiệm vụ

điều chỉnh thời gian đóng mở van từ đó điều chỉnh được lượng phun vào sao cho phù hợp. Sau đó LPG tiếp tục vào bình giữ áp để đảm bảo rằng lượng phun luôn cung cấp đủ cho quá trình trình cháy của động cơ.

ECU sẽ nhờ vào tín hiệu gửi về dưới dạng điện áp của cảm biến Hall được lắp trên giá đỡ cạnh bánh đà, từ đó ra lệnh cho cơng tắt từ đóng mở van theo góc mở Servo và tốc độ động cơ.

Động cơ Servo xoay sẽ kéo truyền chuyển động quay cho ti điều chỉnh bướm ga thông qua cần dẫn. Biến trở được điều chỉnh bằng tay ở hộp điều khiển có nhiệm vụ làm thay đổi chuyển động quay của Servo theo ý muốn. Góc mở của bướm ga sẽ được hiển thị trên màn hình LCD.

3.2.3. Lắp đặt hệ thống điện tử lên động cơ

Sau khi đã lựa chọn được động cơ, các linh kiện, phụ kiện có sẵn trên thị trường và các chi tiết tự thiết kế. Nhóm tiến hành lắp đặt các linh kiện, phụ kiện này lên động cơ theo sơ đồ sau:

Hình 3. 19: Sơ đồ mạch điện của hộp điều khiểnHình 3. 20: Hộp điều khiển thực tế Hình 3. 20: Hộp điều khiển thực tế Biến trở điều khiến bớm ga Biến trở điều khiển phun thêm nhiên liệu Module

công suất Module

hạ áp

Servo

3.2.4. Lắp đặt hệ thống điều khiển tải

Để đo thực nghiệm một cách thuận lợi và tạo ra một băng thử cơng suất thì nhóm đã lắp đặt một bộ điều khiển tải như sơ đồ hình 3.20:

Hình 3. 21: Sơ đồ mạch điện hộp điều khiển tải

Sau khi lắp đặt và nạp chương trình điều khiển thì có dạng như sau:

Hình 3. 23: Hộp điều khiển tải

3.3. Thuật toán và nguyên lý hoạt động của động cơ

3.3.1. Thuật tốn điều khiển động cơ

Hình 3. 24: Sơ đồ thuật tốn điều khiển hệ thớng phun LPG trên đường ống nạp điều khiển điện tử

3.3.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ

Động cơ kéo máy phát điện Honda GX160 truyền thống được cải tạo thành động cơ phun nhiên liệu khí điều khiển điện tử. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu và điều chỉnh góc đánh lửa sớm động cơ được trình bày trên hình 9.

Hình 3. 25: Sơ đồ cải tạo động cơ tĩnh tại đánh lửa cưỡng bức truyền thống thành động cơ tĩnh tại phun nhiên liệu khí điều khiển điện tử

Hệ thống điều khiển động cơ gồm: Cảm biến Hall 8 để làm mốc xác định thời điểm phun và thời điểm đánh lửa, đồng thời cũng cung cấp xung tín hiệu để xác định tốc độ động cơ; vi điều khiển 1 là board mạch Arduino Mega 2560 được cài đặt chương trình điều khiển vịi phun 4, servo motor 5 và hệ thống đánh lửa 6. Giao tiếp giữa cảm biến 8 và các bộ phận 4, 5, 6 với vi điều khiển 1 thông qua mạch công suất và chống nhiễu 2. Mạch 2 bảo vệ vi điều khiển, khử nhiễu phát sinh do tia lửa điện và do đóng mở vịi phun. Mạch này đóng vai trị quan trọng trong đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và vi điều khiển không bị treo. Hệ thống chỉ sử dụng duy nhất một cảm biến Hall, loại bỏ các cảm biến khác sử dụng thông thường trên động cơ ô tô, xe gắn máy.

Nguyên lý hoạt động cơ hệ thống điều khiển động cơ như sau: Khi nam châm vĩnh cửu 9 gắn trên bánh đà quét qua cảm biến Hall 8 thì một xung điện phát sinh được gửi đến vi điều khiển 1 thông qua mạch cơng suất/chống nhiễu 2. Xung tín hiệu được đưa vào chân số 3 của vi điều khiển. Chương trình cài đặt trong vi điều khiển sẽ xử lý tín hiệu, xác định độ rộng xung, loại bỏ các tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên, tính tốc độ đồng cơ, đồng thời xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun nhiên liệu. Vi điều khiển được kết nối với 3 biến trở: Biến trở thứ nhất kết nối với chân Ao để điều khiển vị trí bướm ga thông qua servo motor 5; biến trở thứ hai kết nối với chân A1 điều

chỉnh thời gian mở vòi phun; biến trở thứ ba kết nối với chân A2 điều chỉnh góc đánh lửa sớm. Trong q trình thử nghiệm, tốc độ động cơ, độ mở bướm ga, thời gian mở vịi phun và góc đánh lửa sớm được hiển thị trên màn hình LCD.

Trong giai đoạn khởi động do động cơ hoạt động chưa ổn định chương trình cài đặt đánh lửa và phun mỗi vòng quay động cơ. Khi động cơ hoạt động ổn định thì vịi phun chỉ mở trong kỳ nạp và xung đánh lửa chỉ xuất hiện cuối kỳ nén (hình 3.26a và hình 3.26b).

Hình 3. 26: Tín hiệu phun nhiên liệu (a) và tín hiệu đánh lửa (b) tương đới so với tín hiệu cảm biến Hall

CHƯƠNG 4: KIỂM TRA VÀ THỰC NGHIỆM4.1. Kiểm tra 4.1. Kiểm tra

Chúng tôi đã quyết đinh chọn động cơ Honda GX160, bộ điều khiển cùng các chi tiết, thiết bị có sẵn trên thị trường cũng như thiết kế, gia cơng, sau đó tiến hành lắp đặt và điều chỉnh các khối tín hiệu vào, ra. Cuối cùng cho khởi động động cơ, quan sát theo dõi chặt chẽ và phân tích tình trạng hoạt động của động cơ.

4.1.1. Quy trình kiểm tra

4.1.1.1. Địa điểm

Tại xưởng ô tô của khoa cơ khí, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thuộc Đại học Đà Nẵng.

4.1.1.2. Nội dung kiểm tra

a. Hệ thống cung cấp nhiên liệu, đánh lửa và các thông số đầu vào

- Các công tắt từ, đồng hồ đo áp. - Bobbin đánh lửa

- Hộp điều khiển - Cảm biến Hall

- Nguồn điện từ ắc quy

b. Cơ cấu chấp hành

- Công tắt từ - Bobbin đánh lửa

- Động cơ Servo điều khiển bướm ga

4.1.2. Các bước tiến hành kiểm tra

Bước 1: Cấp nguồn cho hệ thống.

Bước 2: Kiểm tra các chi tiết, kết nối máy tính với hệ thống Bước 3: Kiểm tra và nạp code cho bộ điều khiển

Bước 4: Khởi động động cơ và hiệu chỉnh

4.2. Thực nghiệm điều chỉnh góc đánh lửa, phun LPG tối ưu, đo suất tiêu hao nhiên liệu và đặc tính ngồi của động cơ thực nghiệm. nhiên liệu và đặc tính ngồi của động cơ thực nghiệm.

4.2.1. Dụng cụ thực nghiệm

- Máy phát điện Honda EP6500CX - Bộ lưu thị U, I, P

- Lưu lượng kế - Máy tính

- Phụ tải (tất cả các thiết bị trên đều có cơng suất lớn hơn cơng suất của động cơ thực nghiệm 5,5 HP ≈ 4,0 kW). Chúng tơi chọn phụ tải 4,6 kW (4 bóng điện halogen 1000 W và 10 bóng đèn sợi đốt mỗi bóng đèn là 60 W mắc song song với nhau) cùng 1 Dimmer AC được truyền động từ động cơ Servo để điều khiển tải từ xa một cách dễ dàng. (Mạch điều khiển tải đã được nhắc đến ở Chương 3) - Các phụ kiện liên quan khác như phích cắm, dây điện, cáp kết nối bộ điều khiển

của động cơ với máy tính laptop,...

Hình 4. 1: Máy phát điện EP2500CX

Hình 4. 3: Thiết bị gây tải

Hình 4. 4: Bộ lưu thị U,I,P

4.2.2. Quy trình thực nghiệm

4.2.2.1. Kết nới 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: Bớ 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 khiển đã 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 tơi 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, cơng 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.

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 thơng 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 khơng khí nạp vào xylanh 0,228 g/ct. Biến thiên lượng khơng 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 tốn được thời gian phun ứng với điều kiện áp suất phun và đường kính lưu thơng của vịi phun. 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 10 20 30 40 50 60 M ct ( g /c t) a() Mct_kk Mct_LPG

Hình 4. 8: Biến thiên lượng khơng 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 tốn lý thuyết và thực nghiệm theo vị trí bướm ga. Đường kính lưu thơng 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 vịi phun nhỏ làm vịi phun hoạt động khơng ổn định. Khi giảm áp suất phun, thời gian phun tăng giúp cho vịi 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 khơng tải. Như đã trình bày ở trên, lưu lượng ga khơng tải khoảng 2 l/ph đủ để động cơ duy trì hoạt động khi bướm ga đóng hồn tồn.

0 800 1600 2400 3200 4000 0 10 20 30 40 50 60 tp ( m s) a() Lý thuyết Thực nghiệm p_phun=1,2 bar, dp=2,5mm (a) 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 10 20 30 40 50 60 tp ( m s) a() Lý thuyết Thực nghiệm p_phun=1 bar, dp=2,5mm (b) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 10 20 30 40 50 60 tp ( m s) a() Lý thuyết Thực nghiệm