L ỜI NÓI ĐẦU
2.2.Lựa chọn phương án tối ưu nhất
Trong hai phương án trên ta sẽ lựa chọn phương án thứ 2 theo yêu cầu thực tế
và vì các lý do sau:
- Áp suất yêu cầu từ hệ thống nhiên liệu của động cơ cải hoán không quá cao nên việc dùng bơm VE là hợp lý nhất.
- Tận dụng tối ưu các thiết bị không gây lãng phí thiết bị.
- Điều chỉnh cũng dễ dàng được lượng nhiên liệu phun cần thiết cung cấp cho
ống tích áp.
- Cải hoán mang tính chất nghiên cứu chứ không phải là thương mại hóa. - Chi phí cho các thiết bị rẻhơn nhiều.
- Nâng cao được khả năng tư duy và xử lý trong tìm kiếm và lựa chọn thiết bị
cũng như thiết kế.
- Hạn chếthay đổi kết cấu trên động cơ nhất.
- Về phần lập trình cũng đơn giản hơn so với hệ thống Common Rail thuần túy vì tính hiệu đầu vào ít hơn và đầu ra cũng đơn giản hơn. Nhưng do không sử dụng mạch khếch đại nên sẽhơi bị hạn chếhơn trong quá trình điều khiển phun, nhưng vì ta không phun nhiều lần trong một chu trình nên mạch EDU cũng không gây ảnh
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ CẢI HOÁN HỆ
THỐNG PHUN CỔ ĐIỂN
THÀNH HỆ THỐNG PHUN
3.1.Tính chọn các đối tượng trong hệ thống 3.1.1.Tính chọn bơm cao áp
BCA loại PF nguyên bản sẽđược thay mới bằng bơm VE điều khiển điện tử. Loại bơm VE tạo ra áp lực tương đối lớn và tăng dần theo dãy tốc độ tạo ra như sau:
Bảng 3 – 1. Bảng so sánh áp suất tương đối ứng với từng loại bơm cao áp
Tốc độ (v/p) Áp suất hệ thống (bar) Common Rail VE PD 1000 1000 300 500-600 2000 1300-1400 600 800-900 3000 1300-1400 800 1200 4000 1300-1400 1100 1500 5000 1300-1400 1300 1800
Vì thế ta thiết kế sao cho áp suất tạo ra đảm bảo cho hệ thống nhiên liệu cần cải hoán hoạt động ổn định. Yêu cầu là áp suất cung cấp ống Rail là ổn định về áp suất và lưu lượng nên ta sẽ lựa chọn tỷ số truyền là ½ nghĩa là động cơ quay 1 vòng thì trục bơm VE quay 2 vòng, do trong quá trình chuẩn bị hoạt động ta cần phải tích áp trong ống Rail trước khi hoạt động vì ta không thay đổi cơ cấu khởi động (tay quay) nên phải lựa chọn tỷ số truyền như thếđể tích áp diễn ra nhanh hơn.
Về BCA VE điều khiển điện tử được lựa chọn mua trên thị trường của hãng Denso sản xuất. Sau khi mua về ta sẽ chỉnh sửa lại cho phù hợp với thiết bị dẫn
động trên động cơ lựa chọn cải hoán.
Trình tự thực hiện:
- Lựa chọn puly và gia công lỗ lắp puly (nếu cần).
- Chọn dây đai có chiều dài và hình dáng phù hợp với puly.
- Chọn thép phù hợp, gia công giá lắp BCA và động cơ điện chạy thực nghiệm. - Kiểm tra độ cứng vững và ổn định.
Quá trình thực hiện tiến hành theo trình tự như sau:
Hình 3.2. Bản bố trí sơ đồ truyền động cho bơm cao áp
3.1.1.1. Lựa chọn và gia công pyly
Lựa chọn và gia công puly cho BCA
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.3. Bản vẽpuly bơm cao áp và puly sau khi gia công
Căn cứ vào mức tải trọng truyền động mà BCA tạo ra khi hoạt động, chiều
quay đúng của bơm và động cơ diesel D12 – S195 mà lựa chọn phương án truyền
động là bánh răng, xích hay là đai…Do tải trọng truyền động của BCA không lớn và chiều quay của BCA và động cơ trùng nhau không phải đảo chiều quay nên ta lựa chọn phương án truyền động bằng đai cho dễ thiết kế.
Ta căn cứ vào trục của BCA mà lựa chọn puly theo tiêu chuẩn trên thị trường, do trục BCA là trục côn nên sẽ lựa chọn lỗ của puly là lỗ côn (nếu có) theo kích
thước của trục BCA nhưng do tìm lỗ côn không có, vì thế đã chọn lỗ trụ có đường kính lỗ bằng đường kính đầu côn nhỏ, sau đó gia công lại thành lỗ côn (bằng
phương pháp tiện) và khoét rãnh then (phương pháp bào) cho thích hợp với kích
thước then lắp trên trục. Ta lựa chọn tỷ số truyền là ½ nên đường kính của puly BCA sẽ bằng ½ puly lắp trên trục động cơ.
Lựa chọn và gia công puly lắp trên động cơ dẫn động
Vì BCA cần có cơ cấu dẫn động nên ta sẽ lựa chọn vị trí trên động cơ có vị trí thuận lợi nhất để tiến hành gia công cho thích hợp mà không gây ảnh hưởng đến
động cơ nhất.
Hiện tại động cơ đang lai phanh điện nên ta sẽ chọn đoạn trục có bích nối giữa
động cơ và phanh điện này để lắp puly vào là thích hợp nhất.
Hình 3.4. Bản vẽ bố trí puly chủđộng
Căn cứ vào puly của BCA và yêu đặt ra mà ta sẽ lựa chọn puly cho động cơ
làm dẫn động, nhưng đường kính của đoạn nối trục lại có đường kính to hơn so với lỗ của puly ta lựa chọn, vì thế phải gia công là tiện lại cho trùng khớp với đường kính trục nối và điều chỉnh khoảng cách hai bên cho thích hợp không ảnh hưởng
đến việc tháo lắp bích sau này. Ta sẽ tiện lỗ cho puly vừa với trục và cố định lại bằng phương pháp hàn hồ quang.
3.1.1.2. Lựa chọn dây đai
Hình 3.6. Hình dáng kết cấu của dây đai
Căn cứ vào tiêu chuẩn của puly mà ta có hình dáng kích thước của puly theo tiêu chuẩn có sẵn và chiều dài thì căn cứ chọn theo khoảng cách của puly lắp trên
động cơ và puly lắp trên BCA ta sẽ lựa chọn chiều dài dây đai thích hợp nhất.
3.1.1.3. Thiết kế giá lắp bơm cao áp
Ta lựa chọn thép chữ V để gia công làm khung đỡ cho BCA với các kích
thước là: chiều dài x chiều rộng x chiều cao như thực tế(chú ý: căng đai).
Thép mua về sẽ được căn cứ vào các kích thước đã có sẵn của bản vẽ giá đỡ
mà cắt thép theo các kích thước đó. Sau đó hàn lắp ghép các đoạn thép lại với nhau,
căn cứ chiều dài dây đai mà định vị các vị trí để lắp cốđịnh BCA.
Sau khi đã có giá đỡ hoàn thiện thì ta sẽ hàn lên bệ đỡ của động cơ, chú ý các khoảng cách cần thiết tránh va chạm nhau.
3.1.1.4. Kiểm tra khả năng cứng vững (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sau khi lắp các bộ phận lên giá và căng đai thì cho động cơ chạy thửđể kiểm tra khảnăng hoạt động của hệ thống.
Hình 3.8. Lắp bơm cao ápvà động cơ chạy thử nghiệm lên giá
Kết luận: hệ thống không bị rung động nhiều và làm việc ổn định.
3.1.2.Tính chọn ống tích áp
Dựa vào yêu cầu của ống tích áp là phải chịu được áp lực của nhiên liệu tạo ra từ BCA chuyển tới với áp lực cao. Do đó, phải lựa chọn ống thép có đủ độ dày kết cấu, hình dánh thích hợp cho quá trình thiết kế dễdàng hơn và phỏng theo ống Rail thực tế. Nên việc lựa chọn sẽ chọn một ống hình tròn, rỗng, độ dầy đảm bảo chịu
được áp lực … Ngoài ra, còn phải lựa chọn các ống nối để nối với các ống cao áp từ
BCA tới và từ ống Rail đến vòi phun, có thể tìm trên thị trường nếu có hay là gia công mới.
Và cần gia công vị trí lắp van xả nhiên liệu, đồng hồ báo áp lực nhiên liệu.
Các bước tiến hành:
- Lựa chọn vật liệu để thiết kếống Rail về hình dáng, kích thước, kết cấu… - Tìm kiếm hoặc thiết kế các ống nối.
- Gia công các vị trí lắp ống nối, gia công vị trí lắp đồng hồ áp suất, gia công vị
trí lắp van giảm áp.
Quá trình thực hiện tiến hành theo trình tự như sau: 3.1.2.1. Lựa chọn ống tích áp
Ống tích áp được lựa chọn về hình dáng là tròn, độ dầy lớn để chịu áp lực cao, vật liệu được chọn là thép ống. Cơ sở lựa chọn ống dựa vào lưu lượng của vòi phun, thực nghiệm và quan sát thực tếống Rail trên thị trường.
Hình 3.9. Ống tích áp được lựa chọn
3.1.2.2. Ống nối
Về ống nối hình dáng sẽcó hai đầu ren một đầu có ren tương thích với ren của
ống cao áp, đầu còn lại thì sẽđược tarô trên ống tích áp cho thích hợp.
Lỗ dầu lưu thông qua phải theo các tiêu chuẩn để đảm bảo độ tin cậy chịu
được áp lực cao.
Ta sẽ lựa chọn các ống nối của các béc dầu trên các máy diesel cũđể đảm bảo theo tiêu chuẩn và kết cấu hợp lý nhất mà ta không phải thiết kế mới.
Hình 3.10. Ống nối
3.1.2.3. Gia công các vị trí lắp
Dựa vào ống tìm được ta sẽ lựa chọn các vị trí để tiến hành gia công các lỗ ren
Ta gia các vị trí như sau: hai đầu ống là gia công hai vị trí lắp đồng hồ và van giảm áp, trên thân ống chia làm hai dãy đối diện nhau gồm dãy lắp ống dầu vào và một ống dầu đến vòi phun.
Hình 3.11. Bản vẽống Rail
Hình 3.12. Các vị trí sau gia công
Các vị trí trên sẽ được khoang lỗ (trên máy khoang hay trên máy tiện) theo
kích thước của ống nối và căn cứ tiêu chuẩn ren mà ta tiến hành tarô ren tương thích
với từng ống nối của từng vị trí đã được xác định trước đó. Để đảm bảo độ kín không bị rò rỉ dầu khi chịu áp lực cao tạo ra của BCA thì ta sẽ hàn kín lại xung quanh chân của ống nối (phương pháp hàn hồ quang). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Về van giảm áp thì ta tiến hành gia công đồ gá cho phù hợp về mặt kết cấu của
ống Rail vì ống lựa chọn có đường kính trong lớn hơn đường kính lỗ vào của van giảm áp do đó không thể gia công trực tiếp trên ống mà phải qua đồ gá trung gian.
Hình 3.13. Bản vẽđồ gá van giảm áp
Tương tự như van giảm áp thì đồng hồ đo áp lực cũng thế nên phải gia công
đồ gá trung gian để lắp vào, ta sẽ tiện như bản vẽđã thiết kếtrước.
Hình 3.14. Bản vẽđồgá đồng hồ áp lực
3.1.2.4. Kiểm tra khả năng chịu áp lực
Sau khi hoàn thiện thì tiến hành kiểm tra khả năng chịu áp lực của ống Rail bằng cách lắp ống, bơm cao áp và các thiết trên ống vào và dùng mạch ECU kích van TCV, SPV hoạt động tăng dần áp lên đến khi van giảm áp tác động.
Kết luận: Ống Rail thiết kếđảm bảo chịu được áp lực là: < 900 (kG/cm2).
3.1.3.Tính chọn vòi phun
Do vòi phun được lựa chọn có đường kính nhỏ hơn đường kính của vòi phun nguyên bản trên động cơ cần cải hoán nên cần phải gia công thêm mayơ cho vòi phun điện tử bằng cách tiện mayơ với các kích thước và hình dáng bên ngoài như
vòi phun nguyên bản nhưng có hiệu chỉnh thích hợp và lựa chọn cách để cốđịnh lại vòi phun khi động cơ hoạt động nó phải chịu áp lực từ buồng cháy tạo ra khá lớn vì vậy ta sẽ tiện ren trên vòi phun điện tử và ren trong của mayơ để giữ chặt vòi phun khi chịu áp lực và để đảm bảo hơn nữa là thiết kế thêm vam kẹp vòi phun như kết cấu của vòi phun có sẵn, vam được giữ chặt bằng gujong của động cơ.
Hình 3.16. Vòi phun động cơ D12 và vòi phun điện tử hãng AKautomotive
Hình 3.18. Đồ gá sau khi gia công xong
Hình 3.19. Vòi phun sau khi gia công
Do kích thước có sựthay đổi nên cần phải chỉnh sửa lại đường kính trong của vam cho trùng với kích thước của đồ gá vòi phun.
Hình 3.20. Vam sau khi gia công
Kiểm tra khảnăng chịu áp lực
Hình 3.22. Bố trí thiết bị kiểm tra khảnăng chịu áp lực
Khi đã hoàn thành công đoạn gia công ta sẽ lắp vòi phun vào lỗ vòi phun và quay máy kiểm tra sự rò rỉ nơi lắp vòi phun và khả năng chịu áp lực khi động cơ
hoạt động.
Kết luận: Vòi phun đảm bảo kín, chịu được áp lực và nhiệt độ khí cháy.
3.1.4.Thiết kế mạch ECU điều khiển
3.1.4.1. Quy trình làm mạch điều khiển
1. Tùy thuộc vào yêu cầu tín hiệu đầu vào và đầu ra của bài toán đặt ra mà ta sẽ thiết kế mạch như thế nào, về thiết kế mạch thì dùng phần mềm vẽ mạch orcard
để thiết kế.
2. In mạch đã thiết kế ra giấy in mạch. 3. Mua mạch.
4. Ủi mạch. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5. Ngâm dung dịch CuSO4.
6. Khoang lỗ lắp linh kiện điện tử. 7. Kiểm tra ngắn mạch.
8. Quét nhựa thông. 9. Hàn linh kiện điện tử.
3.1.4.2. Các khối điều khiển
Hình 3.23. Sơ đồ khối hệ thống
3.1.4.2.1. Khối đầu vào
Nhiệm vụ của khối đầu vào là thu thập các tín hiệu đo lường từ các cảm biến, tín hiệu điều khiển từ thiết bịđiều khiển và gửi tới bộ xử lý trung tâm.
Khối đầu vào gồm: cảm biến tốc độ (khiêm cảm biến vị trí ĐCT) để xác định tốc độ động cơ và ĐCT, cảm biến tiệm cận xác định thời điểm mở của xupap nạp, các công tắc, các volune.
3.1.4.2.2. Khối xử lý trung tâm
Sau khi thu thập tín hiệu sẽ tiến hành chuyển đổi, tính toán, phân tích và xuất ra các tín hiệu điều khiển cho khối đầu ra.
Khối này sử dụng vi điều khiển AVR thuộc họvi điều khiển Atmel, nó là họ vi
điều khiển mới trên thị trường cũng như đối với người sử dụng. Đây là họ vi điều khiển được chế tạo theo kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer) có cấu trúc khá phức tạp. Ngoài các tính năng như các họ vi điều khiển khác, nó còn tích hợp nhiều tính năng mới rất tiện lợi cho người thiết kế và lập trình.
Hình 3.24. Sơ đồchân và sơ đồđóng gói của vi điều khiển Atmega16
ECU
Cảm biến tiệm cận Cảm biến tốc độ
Cơ cấu chấp hành điều khiển Van SPV, Van TCV, Solenoid
3.1.4.2.3. Khối đầu ra
Gồm các thiết bị hiển thị (LCD sẽ hiển thị: tốc độ, góc phun sớm, thời gian phun, chếđộ bật và tắc cuộn solenoid vòi phun) và các mạch điều khiển cho các cơ
cấu chấp hành ( điều khiển van TCV, SPV, vòi phun ở dạng xung điện áp).
Hình 3.25. Mạch ECU điều khiển
3.1.4.3. Xác định thời điểm kích phun
Ta có: t n 60 fs fs t T 360
Từ đó ta suy ra thời điểm kích xung:
) 360 ( t fs kp t t T
Trong đó: Δt: thời gian giữa hai xung Tfs: thời gian phun sớm
τt: thời gian trể
I: cường độ dòng điện đi qua solenoid vòi phun
3.1.4.4. Các lưu đồ giải thuật điều khiển
Hình 3.28. Lưu đồ giải thuật ở chếđồđiều tốc n = const
Hình 3.31. Lưu đồ giải thuật ở chếđộ an toàn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2. Thử nghiệm sau thiết kế
Đo lưu lượng của vòi phun
Hình 3.33. Bố trí thiết bị đểđo lưu lượng
Đo lưu lượng thực nghiệm được thực hiện ở tốc độ 1410 (v/ph) là tốc độ của
động cơ điện dùng để chạy thử nghiệm và áp suất ổn định tại mức (550 kG/cm2).
Bảng 3.2. Bảng số liệu khi đo lưu lượng vòi phun trong một chu trình
STT Thời gian phun (ms) Gh (ml/h) 1 1.0 6.34 2 1.2 6.75 3 1.4 6.85 4 1.6 7.15 5 1.8 7.46 6 2.0 7.74 7 2.2 8.01 Máy đo lưu lượng ECU Lọc BCA Vòi phun