Nội dung Chương 2 tập trung trình bày nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển điện tử cung cấp CNG phù hợp với chếđộ làm việc của động cơ, gọi tắt là bộ điều khiển ECC (Electronic CNG Control). Trong khuôn khổ giới hạn của đề tài
33
nghiên cứu, bộ điều khiển ECC chỉ phát triển ở mức độ điều chỉnh thời gian phun trực tiếp (dùng núm vặn tăng giảm gắn trực tiếp trên bộđiều khiển hoặc điều khiển qua phần mềm kết nối bộđiều khiển với máy tính). Với tính năng như vậy, bộđiều khiển hồn tồn có thểđáp ứng được các yêu cầu cung cấp nhiên liệu cho động cơ ở
phạm vi phịng thí nghiệm. Sơ đồ hệ thống điều khiển cung cấp CNG được thiết kế
thể hiện trên Hình 2.1.
Yêu cầu đặt ra là bộđiều khiển ECC phải điều chỉnh độ rộng xung phun thích hợp để đảm bảo lượng khí phun phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ. Để đạt được điều đó, ECC cần các thơng sốvào cơ bản là tín hiệu tốc độđộng cơ và tín
hiệu vị trí trục cam. Các thơng số này được cung cấp từ các cảm biến tương ứng nguyên bản của động cơ. Thơng sốđiều khiển là tín hiệu điều khiển vịi phun (xung phun). Ngồi ra ECC cần được kết nối với máy tính để dễdàng điều khiển cung cấp CNG theo yêu cầu thí nghiệm.
Như vậy, mục tiêu đặt ra trong nội dung Chương 2 là thiết kế, chế tạo được bộ điều khiển ECC đáp ứng được các yêu cầu thử nghiệm, trong đó phải đảm bảo được các yếu tố sau:
- Các tín hiệu cảm biến đưa về bộ điều khiển lấy từ các cảm biến sẵn có trên
động cơ nghiên cứu.
- Lựa chọn được các cơ cấu chấp hành phù hợp như vịi phun khí, bộ giảm áp,
van điện từ… đảm bảo đáp ứng được lưu lượng cung cấp cho động cơ ở các chếđộ
thử nghiệm.
- Bộ điều khiển được chế tạo với các linh kiện điện tử sẵn có, giá thành thấp và phải đảm bảo được các yêu cầu như: khảnăng chống nhiễu, điều chỉnh nhanh, dễ
dàng.
Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng nhiên liệu CNG được thực hiện trên động cơ xăng trang bị hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử 1NZ-FE. Chi tiết về động cơ
này sẽđược trình bày trong Chương 3. Việc nghiên cứu thực nghiệm trên động cơ này mang ý nghĩa thực tế cao, có thể nhân rộng kết quả để áp dụng vận hành thực tế. Dựa trên các nguồn tài liệu kỹ thuật, xác định được các thông sốcơ bản của động
34
cơ này, tìm hiểu được đặc tính các loại cảm biến sử dụng trên động cơ, từ đó có thể
lựa chọn được các cơ cấu chấp hành phù hợp, ví dụ như chọn kích thước vịi phun phù hợp với dung tích xylanh của động cơ hoặc chọn theo gam công suất của động
cơ nguyên bản.
2.2. Thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp CNG trên động cơ 1NZ-FE
2.2.1. Các cảm biến sử dụng trên động cơ
Nhằm tận dụng các bộ phận sẵn có trên động cơ, giảm thiểu chi phí thử
nghiệm cũng như nâng cao khả năng ứng dụng trên thực tế, các thơng sốchính đưa
vềECC được xác định từ những cảm biến nguyên bản trên động cơ.
Đối với một bộ điều khiển phun hồn chỉnh ECU (Electronic Control Unit), các tín hiệu đưa về ECU đểtính tốn lượng phun (hay thời gian phun) phù hợp với chế độ làm việc bao gồm: tín hiệu tốc độ động cơ, tín hiệu lưu lượng khí nạp, tín hiệu vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ...
Tuy nhiên, như đã trình bày ở trên, việc điều khiển cung cấp CNG được thực hiện trực tiếp bằng tay nên chỉ cần hai tín hiệu tốc độ động cơ và vị trí trục cam. Vì vậy, tác giả chỉ tập trung giới thiệu về cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến vị trí trục cam của động cơ 1NZ-FE. Trên động cơ 1NZ- FE sử dụng hai cảm biến để xác định vị trí trục khuỷu và trục cam, gồm cảm biến NE và G. Cả
hai loại đều làm việc theo nguyên lý cảm biến điện từnhư thể hiện trên Hình 2.2. Tín hiệu vịng quay trục khuỷu cho ECC biết tốc độ động cơ, kết hợp với tín hiệu vị trí trục cam sẽ xác định được thời điểm phun nhiên liệu phù hợp với thứ tự
làm việc của từng xylanh.