Chương trỡnh được viết bằng ngụn ngữ C, được soạn thảo bằng phần mềm AVRCodevision và được biờn dịch thành file.HEX. Tập tin chương trỡnh điều khiển sẽ được nạp vào ROM của ATMEGA16.
Nhiệm vụ của chương trỡnh chớnh chỉ khởi tạo cỏc chức năng của cỏc khối phần cứng, khởi tạo cỏc ngắt ngoài, ngắt ADC và ngắt do bộ định thời, khởi tạo cỏc biến chớnh của chương trỡnh điều khiển, kiểm tra cỏc phớm nhấn, tớnh toỏn và hiển thị LCD rồi sau đú đi vào vũng lặp vụ tận. Việc thu thập dữ liệu và điều khiển được thực hiện trong cỏc chương trỡnh ngắt nhằm tận dụng khả năng ưu việt của vi điều khiển trong cỏc ứng dụng thời gian thực.
- Vi điều khiển : ATMEGA16
- Bộ chuyển đổi ADC : ADC0809
- Giao tiếp với mỏy tớnh : MAX232
- Bộ nhớ ngoài : HT6264-70
Lưu đồ giải thuật chương trỡnh chớnh của vi điều khiển chủ
RESET
Khởi tạo cỏc khối chức năng phần cứng,
cỏc bộ định thời, cỏc ngắt ngoài, cỏc bộ
chuyển đổi ADC
Khởi tạo cỏc biến chớnh:
n - tốc độ quay của động cơ (V/ph);
T1- nhiệt độ nước (C0); T2- nhiệt độ hỗn hợp (C0);
Và cỏc biến trung gian.
True False
-Đọc giỏ trị nhiệt độ cài đặt; -Đọc giỏ trị tốc độ cài đặt; RETURN Giảm cụng suất bộ gia nhiệt Cấp điện bộ gia nhiệt ENA 1 =1 Tdầu≤ Tdầu Tdầu≤ Tdầu-20 Ngừng cấp điện bộ gia nhiệt False Ngừng cấp điện cho động cơ Cấp điện cho động cơ ENA 2 =1 True True True False False False Vũng lặp vụ tận Thu thõp, xử lớ, tớnh toỏn cỏc giỏ trị từ cỏc cảm biến
n < n_set-4 Ngắt ngoài 0 True Tăng PWM False False Return n > n_set+4 Giảm PWM n_t = n_t +1 Khởi động bộ định thời 0 - Tớnh toỏn khoảng thời gian dt, tớnh giỏ trị vũng quay trung bỡnh n; - n_t = 0; n n_t = 1 n_t = 5 Dừng bộ định thời 0 True True
Thủ tục cập nhật dữ liệu T1 & T2
Nội dung chương trỡnh chớnh viết cho vi điều khiển ATMEGA16 đó biờn dịch được thể hiện trong Phụ lục 1.
Cập nhật dữ liệu cho T1 & T2
True
Bắt đầu chuyển đổi
Hoàn tất
chuyển đổi
False
Đọc kết quả chuyển đổi AD cho T1 và T2
Lưu vào RAM
CHƯƠNG 5
THỬ NGHIỆM VÀ HOÀN CHỈNH THIẾT BỊ 5.1. Thử nghiệm thiết bị
5.1.1. Quy trỡnh thử nghiệm thiết bị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sử dụng thiết bị phối trộn hỗn hợp dầu DO, dầu thực vật và chất phụ gia làm nhiờn liệu cho động cơ diesel sau khi chế tạo:
- Cú năng suất phối trộn theo xuất tiờu hao nhiờn liệu của động cơ - Cú tốc độ khuấy trộn 600v/p-1200v/p
- Đảm bảo độ đồng nhất hỗn hợp sau khi phối trộn. - Nhiệt độ hỗn hợp sau khi phối trộn đạt 60oC-80oC - Tự động điều chỉnh tỷ lệ phối trộn
- Tự động điều chỉnh nhiệt độ hỗn hợp theo yờu cầu.
Từ yờu cầu kỹ thuật của thiết bị, chọn giải phỏp thử nghiệm là phối trộn hỗn hợp nhiờn liệu ở cỏc tỷ lệ khỏc nhau và nhiệt độ khỏc nhau để kiểm chứng.
Hỗn hợp nhiờn liệu gồm:
Dầu DO (Diesel oil); dầu thực vật (dầu Dừa); chất phụ gia Nano fuel bosster. Tiến hành khuấy trộn cỏc mẫu hỗn hợp ở tỷ lệ 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% dầu dừa. Mỗi mẫu 2l, thời gian khuấy 6 phỳt, ở tốc độ khuấy 800v/p và gia nhiệt cho hỗn hợp trong quỏ trỡnh khuấy đến 800C, sau đú đo độ nhớt của hỗn hợp, độ đồng nhất để so sỏnh với dầu DO. Cỏc giỏ trị đo độ nhớt của cỏc mẫu hỗn hợp, kết quả cho ở phụ lục 2.
Trờn cơ sở kết quả đo được, xõy dựng đường cong nhiệt nhớt bằng phần mềm SPSS 15.0 for Windows như hỡnh 5.1.
Hỡnh 5.1. Đồ thị đường cong nhiệt nhớt của hỗn hợp nhiờn liệu với cỏc tỷ lệ khỏc nhau
1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65 1.70 50 60 70 80 90 100 Nhiệ t độ (t) Đ ộ n h ớ t (0 E )
MẪU 5% DẦU DỪA MẪU 10% DẦU DỪA MẪU 15% DẦU DỪA MẪU 20% DẦU DỪA MẪU 25% DẦU DỪA MẪU 30% DẦU DỪA
Đo độ đồng nhất hỗn hợp theo phương phỏp là dựng vũi phun nhiờn liệu, phun trờn giấy bản cỏc mẫu hỗn hợp nhiờn liệu sau khi phối trộn với cựng ỏp suất khi tiến hành phun dầu DO trờn giấy bản. Sau đú mang soi trờn kớnh hiển vi để so sỏnh.
Hỡnh 5.2. Thiết bị phun và kớnh hiển vi soi mẫu nhiờn liệu phun trờn giấy bản Thiết bị phun hỗn hợp nhiờn liệu gồm:
- Bầu chứa nhiờn liệu
- Đồng hồ đo ỏp xuất phun
- Vũi phun. Kớnh hiển vi:
- Độ phúng đại tối đa 1000 lần - Thị kớnh 10X
- Vật kớnh 40X
- Bàn giữ mẫu di chuyển theo hai phương - Cú nỳt chỉnh thụ, chỉnh tinh
- Nguồn đốn Halogen - Nguồn điện: 220V/50Hz.
Kết quả soi cho thấy mật độ phõn bố hạt của cỏc mẫu hỗn hợp là đồng đều và, tương đương với dầu DO khi phun trờn giấy bản. Do khụng chụp ảnh để so sỏnh với dầu DO nờn tiến hành chạy thử nghiệm trờn động cơ, lấy đường đặc tớnh khụng tải để so sỏnh với đường đặc tớnh khụng tải của dầu DO.
5.1.2. Kết quả thử nghiệm thiết bị
Từ đồ thị hỡnh 5.1. Lấy mẫu hỗn hợp ở tỷ lệ lệ 15% dầu dừa sau khi phối trộn trờn thiết bị được gia nhiệt ở 800C. Tiến hành chạy thử nghiệm trờn động cơ 4CHK YANMAR DIESEL (thụng số động cơ trỡnh bày trong phụ lục 5), sơ đồ thử nghiệm hỡnh 5.3 và lấy
đặc tớnh khụng tải như sau: Suất tiờu hao nhiờn liệu Ge= f(n): n- tốc độ động cơ (v/p). Cho động cơ khởi động bằng nhiờn liệu Diesel, sau đú cho động cơ chạy bằng hỗn hợp nhiờn liệu phối trộn ở tỷ lệ trờn.
Hỡnh 5.3. Sơ đồ bố trớ thử nghiệm thiết bị:
1- động cơ 4CHK YAMAHA DIESEL; 2- thiết bị phối trộn; 3- thiết bị đo suất tiờu hao nhiờn liệu; 4- bộ chỉ bỏo kết nối cỏc cảm biến; 5- cơ cấu điều chỉnh tay ga; 6- nguồn DC; 7- nguồn
AC; 8- bệ mỏy.
Khi nhiệt độ nước làm mỏt đạt 60oC, tiến hành đo suất tiờu hao nhiờn liệu như sau. Điều khiển cho động cơ chạy ở cỏc tốc độ:
n(vũng/phỳt) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Với mức độ giảm của nhiờn liệu 50 ml trong thời gian t phỳt, ta tớnh được lượng tiờu hao nhiờn liệu trong 1giờ theo cụng thức : Ge =
t
3
, (l/h) Trong đú: t là thời gian chạy hết 50 ml nhiờn liệu.
Ở mỗi mức tốc độ thực nghiệm đo 3 lần (r = 3, độ tin cậy 98%), lấy kết quả giỏ trị trung bỡnh. Từ bảng số liệu đo giỏ trị thực nghiệm phụ lục 3, ứng dụng phần mềm SPSS 15.0 for Windows, xõy dựng hàm hồi quy trờn bảng 5.1. Số liệu tớnh từ cỏc hàm hồi quy cho phộp vẽ tự động đồ thị đặc tớnh khụng tải (đường mầu xanh) của động cơ khi sử dụng
3 1 5 2 4 6 7 8
nhiờn liệu là hỗn hợp dầu diesel vơi dầu dừa và chất phụ gia ở nhiệt độ gia nhiệt 800C như trờn hỡnh 5.4.
Bảng 5.1. Hàm hồi quy đặc tớnh khụng tải
Hỡnh 5.4. Đồ thị đặc tớnh khụng tải
TT Nhiờn liệu Phương trỡnh hồi quy Giỏ trị R2
1 Dầu diesel Ge = 1e-0,6n2 -0,0009n +1,5613 1.0
2 Dầu diesel +15% dầu dừa trộn
bằng thiết bị Ge= 9e- 0,7n
2
- 0,0008n+ 1,5613 1,0
3 Dầu diesel +15% dầu dừa
khụng trộn bằng thiết bị Ge= 9e- 0,7n 2 - 0,0005n+ 1,3886 0,99 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 2.60 2.70 2.80 2.90 3.00 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 n[v/ph] G e [l /h ]
MẪU 15% DẦU DỪA TRỘN BẰNG THIẾT BỊ
MẪU 15% DẦU DỪA KHễNG TRỘN BẰNG THIẾT BỊ MẪU DẦU DO Ti ờ u h a o n h iờ n l i ệ u Tốc độ động cơ 1.50 1.60 1.70
Sau khi cú được cỏc kết quả như ở trờn, tiến hành chạy thử nghiệm cựng trờn động cơ bằng hỗn hợp 15% dầu dừa và chất phụ gia Nano fuel bosster nhưng khụng dựng thiết bị phối trộn ( trộn bằng phương phỏp khuấy tay và sấy núng thủ cụng lờn 800C) kết quả đo đạc cỏc thụng số cho trong phụ lục 4 và xõy dựng đường đặc tớnh khụng tải ( đường mầu vàng trờn hỡnh 5.4) hàm hồi quy trong bảng 5.1 để so sỏnh với đường đặc tớnh khi được trộn bằng thiết bị như trờn hỡnh 5.4.
5.1.3. Thảo luận và đỏnh giỏ kết quả
Kết quả thử nghiệm từ hỡnh 5.1, hỡnh 5.4:
Trờn hỡnh 5.4. Đặc tớnh khụng tải (đường mầu xanh) của hỗn hợp Dầu diesel +15% dầu dừa với chất phụ gia Nano fuel bosster khi được trộn bằng thiết bị là tương đương với dầu DO. Điều này cho thấy, quỏ trỡnh chỏy của hỗn hợp nhiờn liệu khi phối trộn tương đương với dầu DO. Hỗn hợp khi phối trộn đó đạt được độ đồng nhất cao.
Trong khi đú, đặc tớnh khụng tải (đường mầu vàng) của hỗn hợp khụng dựng thiết bị phối trộn là khụng tương đương, tiờu hao nhiờn liệu lớn hơn, nguyờn nhõn chớnh là do chờnh lệch nhiệt trị, tỷ lệ phối trộn khụng chớnh xỏc, ngoài ra hỗn hợp cú độ đồng nhất thấp, mật độ hạt phõn bố khụng đều dẫn đến chất lượng hỗn hợp chỏy xấu, làm ảnh hưởng đến hiệu suất, suất tiờu hao nhiờn liệu...Ở đõy phải kể đến là chế độ khuấy trộn: thời gian khuấy, nhiệt độ gia nhiệt, và tốc độ khuấy trộn.
Như vậy, việc ỏp dụng thiết bị trong nghiờn cứu nhiờn liệu mới là hoàn toàn hợp lớ, đó phản ỏnh đỳng cỏc yờu cầu cần thiết khi tiến hành phối trộn ở cỏc tỷ lệ trong quỏ trỡnh thực nghiệm. Kết quả ở trờn đó được kiểm chứng lại khi cho hỗn hợp sau phối trộn chạy trờn thiết bị AVL- Đại học Bỏch khoa Thành phố Hồ Chớ Minh. Tuy nhiờn, việc khẳng định mẫu hỗn hợp phối trộn ở tỷ lệ 15% dầu dừa là tối ưu nhất hoặc tỡm ra một tỷ lệ khỏc tốt hơn phự hợp nhất với cỏc yờu cầu, để thay thế nhiờn liệu truyền thống phục vụ cho động cơ diesel Tàu thủy trung và cao tốc thụng qua thiết bị phối trộn là hướng nghiờn cứu tiếp theo của đề tài.
Với điều kiện của nước ta hiện nay, bước đầu chọn giải phỏp phối trộn như ở trờn và gia nhiệt là khả thi hơn cả trong việc sử dụng nhiờn liệu mới, thay thế nhiờn liệu truyền thống của động cơ diesel. Nú phự hợp với trỡnh độ của đa số người dõn thuộc lĩnh vực Nụng – Lõm – Ngư, giỏ thành chuyển đổi thấp, cú thể ỏp dụng dễ dàng ở mọi địa bàn.
5.2. Hoàn chỉnh thiết bị
Sau khi chạy thử nghiệm, từ kết quả đạt được tiến hành lắp ghộp, cố định cỏc chi tiết lờn khung của thiết bị: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Đảm bảo cỏc yờu cầu về kỹ thuật - Đảm bảo tớnh cụng nghệ và thẩm mỹ Lắp ghộp bàn phớm giao tiếp trờn thiết bị: - Phun sơn và in chữ chỉ dẫn cho cỏc nỳt (phớm) - Thiết lập bản quy trỡnh sử dụng cho thiết bị Bảng quy trỡnh sử dụng thiết bị:
Hỡnh 5.5. Bàn phớm giao tiếp trờn thiết bị
Bước 1: Dầu được đổ vào thựng 1 (dầu DO), thựng 2 (dầu SVO)
Bước 2: Khởi động nguồn cụng tắc
Bước 3: Điều chỉnh tỷ lệ phối trộn bằng nỳt xoay
Bước 4: Xả hỗn hợp nhiờn liệu vào thựng khuấy trộn nỳt nhấn
Bước 5: Điều chỉnh tốc độ khuấy trộn nỳt xoay
Bước 6: Điều chỉnh nhiệt độ gia nhiệt nỳt xoay
Bước 7: Điều chỉnh thời gian trộn nỳt xoay
Bước 8: Xả hỗn hợp nhiờn liệu sau khi trộn nỳt nhấn
ON/OFF temperature timer out2 in1 speed percent
percent temperature speed timer
in 1 out 2
LCD1 LCD2
Hỡnh 5.6. Thiết bị được lắp ghộp và hoàn chỉnh tại bộ mụn Động lực Khoa KTTT- ĐHNT
5.3. Kết luận và đề xuất 5.3.1. Kết luận 5.3.1. Kết luận
Nghiờn cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phối trộn hỗn hợp nhiờn liệu dầu DO, dầu thực vật và chất phụ gia, cú một tầm quan trọngđặc biệt.
Nú là biện phỏp ứng dụng khoa học cụng nghệ vào thực tiễn sản xuất trong trường hợp cụ thể của ngành giao thụng vận tải bằng phương tiện thuỷ nộiđịa. Cú thể túm tắt cỏc kết quả đạt được như sau :
- Thiết kế và chế tạo thiết bị phối trộn hỗn hợp đạt độ đồng nhất, phục vụ nghiờn cứu nhiờn liệu thay thế động cơ diesel tàu thủy trung và cao tốc.
- Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển trung tõm giao tiếp với cỏc cảm biến và giao tiếp với mỏy tớnh qua cổng RS-232.
- Viết chương trỡnh cho vi điều khiển, điều khiển hoạtđộng của phần cứng. - Thử nghiệm hệ thống được đo bằng cỏc thiết bị cú kết nối mỏy tớnh.
- Xõy dựng đường đặc tớnh khụng tải cho động cơ bằng phần mềm SPSS 15 for Windows.
- Mặc dự đó thoả món yờu cầu đặt ra với những kết quả và cú độ tin cậy, nhưng phương phỏp sử dụng thiết bị phối trộn này vẫn cũn một số vấn đề cần giải quyết, đú là:
Trong điều kiện mỏy múc sử dụng cho việc chế tạo cũn hạn chế chưa thật sự đỏp ứng yờu cầu về độ chớnh xỏc rất cao của cỏc chi tiết, dẫn đến thiết bị cú độ dung sai trong quỏ trỡnh phục vụ nghiờn cứu nhiờn liệu thay thế động cơ diesel.
Chưa cú phũng chuyờn dựng để thử nghiệm, đặc biệt là cỏc loại động cơ để chạy thử nghiệm và đối chứng.
Cảm biến lưu lượng cú độ sai lệch nờn việc phối trộn và chạy thực nghiệm trờn động cơ cú thể chưa chớnh xỏc với thực tế.
5.3.2. Đề xuất
- Khi chế tạo thiết bị cần sử dụng cỏc mỏy múc chuyờn dụng với độ chớnh xỏc cao và tự động hoỏ (chẳng hạn sử dụng mỏy CNC).
- Cú phũng riờng, đỏp ứng yờu cầu thử nghiệm để cho kết quả chớnh xỏc cao nhất.
- Cú thiết bị chuyờn dựng phõn tớch mật độ phõn bổ hạt nhiờn liệu trong hỗn hợp chớnh xỏc thụng qua đú định chế độ khuấy trộn phự hợp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cần ứng dụng hỗn hợp trờn nhiều loại động cơ để cú nhiều đối chứng, trờn cơ sở đú đưa ra tỷ lệ hợp lớ.
- Nõng cao độ chớnh xỏc của cỏc thiết bị đo trong quỏ trỡnh chạy thực nghiệm để phản ỏnh chớnh xỏc việc đưa nhiờn liệu sinh học vào thay thế nhiờn liệu truyền thống.
- Sử dụng nước làm mỏt động cơ để gia nhiệt trong quỏ trỡnh khuấy trộn
- Tối ưu kớch thước để thiết bị cú thể đưa vào sử dụng trong thực tế được thuận tiện.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Tất Tiến (1998), Nguyờn lý động cơ đốt trong, NXB Giỏo dục.
2. Tống Văn On, Hoàng Đức Hải (2001), Họ vi điều khiển 8051, NXB Lao động – Xó hội, Hà Nội.
3. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm (2009), Thiết kế chi tiết mỏy, NXB Giỏo
dục.
4. Trịnh Chất, Lờ Văn Uyển (2009), Tớnh toỏn thiết kế hệ dẫn động cơ khớ, NXB Giỏo
dục.
5. Nguyễn Hữu Lộc (2004), Cơ sở thiết kế mỏy, NXB Đại học quốc gia TPHCM.
6. Nguyễn Thành Trớ (2006), Hệ thống thủy lực trờn mỏy cụng nghiệp, NXB Đà nẵng. 7. PGS.TS. Nguyễn Thạch, 2009 “Nghiờn cứu bộ chuyển đổi sử dụng trực tiếp dầu
thực vật làm nhiờn liệu cho động cơ diesel”, Tạp Chớ Cơ Khớ Việt Nam, (ISSN 0866
– 7056).
8. PGS.TS. Nguyễn Thạch, 2009, “Nghiờn cứu mỏy đồng thể tạo nhũ tương nhiờn liệu dầu thực vật- nước cho cho động cơ diesel” Tạp Chớ Cơ Khớ Việt Nam, (ISSN
0866 – 7056).
9. Nguyễn Hữu Thọ (2009), Cơ nhiệt đại cương, NXB Đại học quốc gia TPHCM.
10.Hoàng Thị Bớch Ngọc (1999), lý thuyết lớp biờn, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
11.Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khỏnh Diệu Hồng (2007), Cỏc quỏ trỡnh sử lý để sản xuất nhiờn liệu sạch, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
12.Trần Văn Triệu, Nguyễn Đài Lờ (2005), Nhiờn liệu dầu mỡ, NXB Hà nội.
13.Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng (2003), Cấu trỳc và lập trỡnh họ vi điều khiển 8051, NXB Khoa học và Kỹ thuật.