Bảng 3. 3: Thơng số kỹ thuật của màn hình LCD
STT Thông số Giá trị
1 Điện áp cấp 5 V
2 Kích thước 80 x 36 x 12.5mm
3 Khoảng cách 2 chân kết nối 1,78 mm
d. Module hạ áp
Hình 3. 5: Module hạ áp 12V/5V/3,3V
Mạch chuyển đổi điện áp 12V/5V/3,3V có chức năng chuyển đổi nhiều đầu ra điện áp từ điện 12V ngõ vào. Ngõ ra của mạch gồm 3 cụm điện áp gồm 12V, 5V và 3,3V phù hợp để cấp nguồn cho các linh kiện khác trong mạch.
Bảng 3. 4: Thông số kỹ thuật của module hạ áp 12/5/3,3V và LM2596-B3H13
STT Thông số Module hạ áp
12V/5V/3,3V
LM2596 - B3H13
2 Điện áp đầu ra 5V/3,3V 1.25 - 30V
3 Dòng điện đầu ra 800 mAh 3 A
4 Kích thước 30x32x10 mm 41x20x14 mm
Hình 3. 6: Module hạ áp DC-DC 3A LM2596 - B3H13
e. Opto PC817
Hình 3. 7: Opto PC817
Bảng 3. 5: Thơng số kỹ thuật của Opto PC817
STT Thông số Giá trị
1 Loại transistor NPN
2 Dịng cực góp tối đa (IC) 50 mA
3 Điện áp cực góp - cực phát tối đa (VCEO) 80 V
4 Điện áp bão hịa cực góp - cực phát 0,1-0,2 V
5 Điện áp cực phát - cực gốc tối đa (VEBO) 6 V
6 Cơng suất tiêu tán cực góp tối đa (Pc) 200 mW
Nghiên cứu chuyển đổi động cơ tĩnh tại sử dụng bộ chế hịa khí thành động cơ phun LPG điều khiển điện tử
Hình 3. 8: Module cách ly nguồn B1212LS-1WR2
Bảng 3. 6: Thông số kỹ thuật của module B1212LS-1WR2
STT Thông số Giá trị
1 Điên áp đầu vào 10,8-13,2 V
2 Điện áp đầu ra 12 V
3 Dịng điện đầu ra 9,3 mA
4 Cơng suất 1 W
a. Động cơ Servo
Hình 3. 9: Động cơ Servo 9G SG90
Bảng 3. 7: Thông số kỹ thuật của động cơ Servo
STT Thông số Giá trị
1 Điện áp làm việc 4,8V-6V
2 Kích thước 23x12,5x29,5 mm
4 Tốc độ khơng tải 0,12 s/ 60o (4,8V)
5 Mô-men xoắn chặn 1,2-1,4 kg/cm (4,8V)
6 Cài đặt vùng chết 7 µs
7 Nâu GND
8 Đỏ VCC
9 Cam Tín hiệu đầu vào
Ngồi các linh kiện, chi tiết trên hộp điều khiển còn sử dụng một số linh kiện điện tử khác như biến trở, điện trở, tụ điện, cầu đấu Domino,…
3.1.2.2. Cảm biến Hall đo tốc độ và vị trí của trục khuỷu
Hình 3. 10:Cảm biến Hall NJK-5002C NPN
Bảng 3. 8: Thông số kỹ thuật của cảm biến Hall
STT Thông số Giá trị
1 Điện áp 5 – 30 V
2 Ngõ ra mức thấp NPN
3 Phát hiện nam châm (một cực của nam châm)
4 Khoảng cách phát hiện 0 – 10mm
5 Chiều dài dây cable 1.2 m
6 Đường kính cảm biến 12 mm
Nghiên cứu chuyển đổi động cơ tĩnh tại sử dụng bộ chế hịa khí thành động cơ phun LPG điều khiển điện tử
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
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 b a f e d c b a
Nghiên cứu chuyển đổi động cơ tĩnh tại sử dụng bộ chế hịa khí thành động cơ phun LPG điều khiển điện tử
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 khơng tải; 7: van chỉnh khơng tải; 8: cơng tắt từ có tải; 9: vịi phun có tải; 10: vịi phun khơng tải; 11: Servo motor; 12: mạch công suất chống 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 dòng 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 không hoạt động trên nguyên 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
Nghiên cứu chuyển đổi động cơ tĩnh tại sử dụng bộ chế hịa khí thành động cơ phun LPG điều khiển điện tử
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 không 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
Nghiên cứu chuyển đổi động cơ tĩnh tại sử dụng bộ chế hịa khí thành động cơ phun LPG điều khiển điện tử
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 khơng 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 ln cung cấp đủ cho q 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
Nghiên cứu chuyển đổi động cơ tĩnh tại sử dụng bộ chế hịa khí thành động cơ phun LPG điều khiển điện tử
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
Nghiên cứu chuyển đổi động cơ tĩnh tại sử dụng bộ chế hịa khí thành động cơ phun LPG 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
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 vịng 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
Nghiên cứu chuyển đổi động cơ tĩnh tại sử dụng bộ chế hịa khí thành động cơ phun LPG điều khiển điện tử
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 ơ tơ 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.
- 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,...
Nghiên cứu chuyển đổi động cơ tĩnh tại sử dụng bộ chế hịa khí thành động cơ phun LPG điều khiển điện tử
Hình 4. 2: Lưu lượng kế
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 q 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