L ỜI NểI ĐẦU
3.1. Cỏc thiết bị trong hệ thống cung cấp LPG cho động cơ
3.1.1 Bỡnh LPG
Bỡnh chứa LPG cú nhiệm vụ dự trữ ga để cung cấp cho động cơ, khi chạy với
hỗn hợp lưỡng nhiờn liệu DO-LPG. Bỡnh chứa LPG phải đảm bảo an toàn, khụng cú hiện tượng rũ rỉ khi khụng làm việc. Và an toàn trong sử sụng. Do vậy ta sử dụng
Bộ giảm ỏp húa hơi ECU Van tiết lưu Bỡnh LPG Bộ trộn LPG- Khụng khớ
Hỡnh 3-1. Sơ đồ cung cấp LPG cho động cơ
Cơ cấu chấp
hành
Soleniod vavle
bỡnh chứa LPG cú bỏn sẵn trờn thị trường và đó được kiểm định an toàn. Đú là loại
bỡnh dựng cho cỏc bếp ga.
3.1.2. Bộ giảm ỏp húa hơi (Pneumatic LPG Reducer)
Bộ giảm ỏp húa hơi cú nhiệm vụ chuyển đổi nhiờn liệu LPG ở trạng thỏi lỏng
sang trạng thỏi hơi trước khi đưa vào bộ trộn và điều khiển lưu lượng LPG đưa vào động cơ theo cỏc chế làm việc.
Bộ giảm ỏp – hoỏ hơi được chia làm nhiều ngăn nhờ cỏc màng chắn đặc biệt.
Nhiệt độ cần thiết cho hoỏ hơi LPG được cung cấp nhờ nước núng đi từ đường ra của nước làm mỏt động cơ hoặc cú thể sấy núng bộ giảm ỏp húa hơi bằng
bộ gia nhiệt.
Hỡnh 3-3. Sơ đồ nguyờn lý bộ giảm ỏp-hoỏ hơi
1 – Vớt điều chỉnh; 2 – Van định lượng ; 3 – Màng cao su tổng hợp; 4 – Đũn bẩy ; 5
- Đường LPG đến bộ trộn; 6 – Van điện từ; 7 – Màng cao su tổng hợp; 8 – Lũ so; 9 – Đũn bẩy; 10 – Van giảm ỏp; 11 - Đường nạp nhiờn liệu LPG
LPG lỏng ở ỏp suất bỡnh chứa di chuyển qua cỏc van an toàn đến họng nạp
11 và vào buồng giảm ỏp (A) thụng qua van giảm ỏp 10. Tại đõy ỏp suất LPG giảm
xuống cũn khoảng 0,45 – 0,65 bar. Bỡnh thường với ỏp suất cao, dũng LPG lỏng sẽ
mở van giảm ỏp 10 đi vào bờn trong buồng A. Khi ỏp suất bờn trong buồng A gia tăng tới một giỏ trị quy định, nú sẽ đẩy màng cao su 7 dịch chuyển xuống dưới, nộn
lũ xo 8 và làm cho van giảm ỏp đúng lại thụng qua đũn bẩy 9, ngăn khụng cho
nhiờn liệu LPG đi vào buồng (A) khống chế ỏp suất theo quy định do sự cõn bằng
ỏp suất buồng A và lũ xo 8 cũng như diện tớch chịu ỏp trờn và dưới của màng 7. Sau khi qua buồng (A), nhiờn liệu tiếp tục đi vào buồng (B) thụng qua van định lượng 2. Buồng này được thụng với bộ trộn đặt trờn họng khuyếch tỏn và hơi
nhiờn liệu LPG được hỳt vào bộ trộn khi động cơ hoạt động.
Màng cao su 3 trong buồng B được di chuyển lờn xuống nhờ ỏp suất nạp, sự
dịch chuyển này làm cho đũn bẩy 4 mở van định lượng 2 để hơi nhiờn liệu LPG đi
từ buồng (A) sang buồng (B). Nếu viờc hỳt nhiờn liệu tăng lờn ở bộ trộn, thỡ lập tức
nú sẽ truyền qua buồng (B) và màng cao su 3, cho phộp nhiều hơi LPG đi qua van định lượng 2. Ngược lại nếu lực hỳt ở bộ trộn giảm xuống, do lực đẩy của lũ xo vớt
điều chỉnh 1 điều khiển đũn bẩy đúng dần van định lượng 2, giới hạn lượng hơi
nhiờn liệu LPG đi vào.
Khi động cơ ngừng hoạt động, lũ xo vớt điều chỉnh tỏc động lờn đũn bẩy 4 khoỏ van định lượng 2, bảo đảm khụng cho hơi nhiờn liệu LPG đi qua van định lượng.
3.1.3. Van tiết lưu
Van tiết lưu cú chức năng thay đổi lượng LPG cấp vào động cơ. Để điều
chỉnh lượng LPG cấp vào động cơ ta thay đổi tiết diện van tiết lưu. Điều chỉnh mặt
cụn sang trỏi hoặc sang phải ta sẽ điều chỉnh được lưu lượng LPG vào trong buồng
chỏy của động cơ.
Hỡnh 3-5. Sơ đồ nguyờn lý van tiết lưu
Hỡnh 3-6. Van tiết lưu
3.1.4. Bộ trộn LPG
Chức năng chớnh của bộ trộn là hũa trộn hỗn hợp LPG-khụng khớ để đưa vào
buồng đốt của động cơ. Lưu lượng khớ nạp là một trong những thụng số rất quan
trọng khi lắp đặt bộ trộn. Bộ trộn được lắp ngay tại cổ gúp nạp. Đường gas sau bộ húa hơi giảm ỏp ở trạng thỏi hơi cú ỏp suất gần bằng ỏp suất khớ quyển đi đến bộ
trộn để hũa trộn nhiờn liệu LPG-khụng khớ tạo thành hỗn hợp nhiờn liệu cung cấp
Gas vào
cho động cơ. Với mỗi loại động cơ bộ trộn sẽ cú hỡnh dạng, kớch thước, tiết diện cỏc
lỗ thoỏt khớ khỏc nhau. Bộ trộn cú cấu tạo rất đa dạng và phong phỳ để tương thớch
với nhiều loại động cơ.
Bộ trộn mà ta sử dụng là bộ trộn dạng tấm. Loại này cú một đầu dẫn gas vào bờn trong lũng tấm trộn, bờn trong lũng tấm trộn cú thể dẫn nhiờn liệu LPG ra hũa trộn với khụng khớ đưa vào cổ gúp nạp. Loại này đơn giản, khụng thay đổi nhiều kết
cấu hệ thống nhiờn liệu ban đầu của động cơ nhưng vẫn đảm bảo tớnh tin cậy và chi phớ chuyển đổi thấp.
3.2. Thiết kế bộ điều khiển điện tử cung cấp LPG-DO cho động cơ3.2.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển cung cấp LPG và dầu DO 3.2.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển cung cấp LPG và dầu DO
3.2.2. Cỏc thiết bị trong hệ thống điều khiển điện tử 3.2.2.1. Lựa chọn cơ cấu chấp hành 3.2.2.1. Lựa chọn cơ cấu chấp hành
3.2.2.1.1 Phương ỏn điều khiển LPG cú sử dụng bộ giảm ỏp húa hơi điều khiển tay ga và van tiết lưu bằng motor bước tay ga và van tiết lưu bằng motor bước
Động cơ bước, đỳng như tờn gọi của nú, di chuyển trừng bước nhỏ một. Nghĩa là nú quay khụng phải liờn tục, mà từng gúc nhỏ một, mỗi bước như vậy ứng với 360/n độ. vỡ nú chỉ cú thể nằm ở 1 trong những vị trớ đú thụi, nờn cú khả năng định vị bằng cỏch đểm số lượng xung cấp vào nú. Vỡ cú khả năng định vị như vậy, nờn nú rất tiện lợi dựng trong những mạch điều khiển vũng hở
Động cơ bước cú thể được mụ tả như là một động cơ điện khụng dựng bộ
chuyển mạch. Cụ thể, cỏc mấu trong động cơ là stator, và rotor là nam chõm vĩnh
cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nú là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ cú từ tớnh. E C U Cảm biến nước làm mỏt Cảm biến tốc độ Cảm biến nhiệt độ khớ xả Cơ cấu chấp hành
điều khiển tay ga động cơ
Cơ cấu chấp hành
điều khiển van tiết lưu Bộ phớm điều khiển Hiển thị LCD Cảm biến vị trớ tay ga Solenoid Valve Cấp DO Solenoid Valve Cấp LPG
Tất cả cỏc mạch đảo phải được điều khiển bờn ngoài bởi bộ điều khiển, và
đặc biệt, cỏc động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ cú thể giữ nguyờn bất kỳ vị trớ cố định nào cũng như là quay đến bất kỳ vị trớ nào.
Hầu hết cỏc động cơ bước cú thể chuyển động ở tần số õm thanh, cho phộp chỳng quay khỏ nhanh, và với một bộ điều khiển thớch hợp, chỳng cú thể khởi động và dừng lại dễ dàng ở cỏc vị trớ bất kỳ. Động cơ bước điều khiển bằng xung, thường là xung nhiều pha.
Hỡnh 3-9. Sơ đồ điều khiển đúng mở van tiết lưu dựng động cơ bước
Hỡnh 3-10. Sơ đồ điều khiển tay ga động cơ dựng động cơ bước
Motor bước Van tiết lưu Vớt me Motor bước Tay ga động cơ Vớt me
3.2.2.1.2 Phương ỏn điều khiển LPG cú sử dụng bộ giảm ỏp húa hơi điều khiển tay ga và van tiết lưu bằng động cơ servo tay ga và van tiết lưu bằng động cơ servo
Servo bao gồm một động cơ điện được nối với một bộ bự ỏp. Sự biến điệu
xung rộng tớn hiệu được gửi đến servo.
Do cú khả năng làm việc tốt, độ tin cậy cao, và điều khiển đơn giản bằng vi
xử lý, servo thường được sử dụng ở quy mụ nhỏ cỏc ứng dụng robot.
Servo được điều khiển bởi ba dõy: dõy mỏt (thường là màu đen / cam), dõy dương (đỏ) và dõy kiểm soỏt (nõu / màu sắc khỏc). Chuỗi dõy này là khụng đỳng
cho tất cả cỏc servos, vớ dụ cỏc Std S03NXF. Servo là dõy như nõu (õm), màu đỏ (dương) và cam (tớn hiệu).
Động cơ servo motor là động cơ trợ động núi chung. Đú là cơ cấu
thừa hành quay. Nú ra đời từ rất lõu,
lỳc cỏc mạch khuếch đại đốn điện tử
chõn khụng cũn thịnh hành. Lỳc đú,
hệ điều khiển cũn hoàn toàn là
analog. Nú điều khiển liờn tục, gúc
quay bất kỳ. Khụng bị giới hạn 360/n như motor bước.
Động cơ servo motor được
thiết bị điều khiển từ kiểm soỏt, chỳng được sử dụng để cung cấp
cho cỏc hệ thống khỏc nhau, điều
khiển cơ khớ như tay lỏi xe hơi, cỏnh
Hỡnh 3-12. Sơ đồ điều khiển tay ga động cơ dựng động cơ servo
Hỡnh 3-13. Sơ đồ điều khiển van tiết lưu dựng động cơ servo
Tay ga động cơ
Động cơ servo
Dõy nối mềm
Động cơ servo Dõy nối mềm
3.2.2.1.3. So sỏnh hai phương ỏn trờn và lựa chọn cơ cấu chấp hành
Trong một vài ứng dụng, cần lựa chọn giữa động cơ servo và động cơ bước. Cả hai loại động cơ này đều như nhau vỡ cú thể xỏc định được vị trớ chớnh xỏc,
nhưng chỳng cũng khỏc nhau ở một số điểm. Servo motor đũi hỏi tớn hiệu hồi tiếp
analog. Đặc biệt, điều này đũi hỏi một bộ tắc cụ để cung cấp tớn hiệu hồi tiếp về vị
trớ của rotor, và một số mạch phức tạp để điều khiển sự sai lệch giữa vị trớ mong muốn và vỡ trớ tức thời vỡ lỳc đú dũng qua động cơ sẽ dao động tắt dần.
Để lựa chọn giữa động cơ bước và động cơ servo, phải xem xột một số vấn
đề, và nú phụ thuộc vào cỏc ứng dụng thực tế. Vớ dụ, khả năng trở về một vị trớ đó
vượt qua phụ thuộc vào hỡnh dạng rotor động cơ bước, trong khi đú, khả năng lặp lại vị trớ của động cơ servo núi chung phụ thuộc vào độổn định của bộ tắc cụ và cỏc linh kiện analog khỏc trong mạch hồi tiếp.
Động cơ bước cú thể được dựng trong hệ thống điều khiển vũng hở đơn giản. Những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh, nhưng khi tải trọng thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người ta vẫn dựng hệ điều khiển vũng kớn với động cơ bước. Nếu một động cơ bước trong hệ điều khiển vũng mở quỏ tải, tất cả cỏc giỏ trị về vị trớ của động cơ đều bị mất và hệ thống phải nhận diện lại. Servo motor thỡ khụng xảy ra vấn đề này.
Qua phõn tớch trờn ta thấy rằng sử dụng động cơ servo là phự hợp cho điều
khiển tay ga động cơ và van tiết lưu. động cơ servo cú tốc độ phản ứng nhanh hơn motor bước và là loại điều khiển vũng kớn nờn khụng xảy ra hiện tượng bỏ bước. Do đú sử dụng động cơ servo rất tin cậy cho việc điều khiển.
Servo ta chon là loại MG946R của hóng Heli. Cỏc thụng số của động cơ servo: Khối lượng: 55g
Kớch thước: 40.7x19.7x42.9 mm
Momen xoắn: 10.5kg/cm(4.8V),13kg/cm(6V)
Tốc độ hoạt động: 0.20 giõy/600 (4.8v); 0.17 giõy/600 (6.0v) Điện ỏp làm việc: 4.8-7.2V
3.2.2.2. Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ cú nhiệm vụ lấy thụng số nhiệt của nước làm mỏt, khớ xả đưa về khối điều khiển trung tõm. Khối điều khiển trung tõm sẽ xử lý và xuất ra giỏ
trị nhiệt độ nước làm mỏt, nhiệt độ khớ xả ra LCD. Do đú nhiệt độ nước làm mỏt, nhiệt độ khớ xả được cập nhật liờn tục khi động cơ hoạt động. Từ đú giỳp chỳng ta
theo dừi được nhiệt độ của động cơ. Vi điều khiển sẽ căn cứ vào giỏ trị hiện tại so
sỏnh với giỏ trị cho phộp và trường hợp nhiệt độ nước hoặc nhiệt độ khớ xả lớn hơn
giỏ trị cho phộp thỡ nú sẽ đưa ra cảnh bỏo hiển thị lờn LCD.
Hiện nay cú rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ như cặp nhiệt điện, nhiệt điện
trở, thermistor, bỏn dẫn ( Diode, cỏc loại IC: LM35, LM335, LM45 ,….). Ngoài ra cũn cú loại đo nhiệt khụng tiếp xỳc ( hỏa kế- Pyrometer ). Dựng hồng ngoại hay
lazer. Nguyờn tắc chung của chỳng là nhiệt độ từ mụi trường sẽ được cảm biến hấp
thu, tại đõy tựy theo cơ cấu của cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện nào đú. Như thế một yếu tố hết sức quan trọng đú là “ nhiệt độ mụi trường cần đo” và “nhiệt độ cảm nhận của cảm biến”.
Cảm biến nhiệt độ mà ta sử dụng là cặp nhiệt điện ( Thermocouples ). Đõy là
một loại cảm biến dựng rất rộng rói và cú thang đo nhiệt độ khỏ cao.
Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khỏc nhau, hàn dớnh một đầu.
Nguyờn lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV).
Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao.
Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy khụng cao.
Thường dựng: Lũ nhiệt, mụi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt mỏy nộn,…
Tầm đo: -100 D.C <1400 D.C
Cặp nhiệt điện gồm 2 dõy kim loại khỏc nhau được hàn dớnh 1 đầu gọi là đầu núng ( hay đầu đo), hai đầu cũn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu chuẩn ). Khi cú sự
chờnh lệch nhiệt độ giữa đầu núng và đầu lạnh thỡ sẽ phỏt sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh. Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này
tựy thuộc rất lớn vào chất liệu. Do vậy mới cho ra cỏc chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi
loại cho ra 1 sức điện động khỏc nhau: E, J, K, R, S, T.
Dõy của cặp nhiệt điện thỡ khụng dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố dẫn đến khụng chớnh xỏc là chổ này, để giải quyết điều này chỳng ta phải bự trừ cho nú
( offset trờn bộ điều khiển ).
Hỡnh 3-15. Cặp nhiệt điện
3.2.2.3 Cảm biến tốc độ
Cảm biến tốc độ cú nhiệm vụ đo tốc độ của động cơ, dựa vào tốc độ động cơ đo được chỳng ta điều chỉnh lượng nhiờn liệu cấp vào động cơ cho phự hợp với
từng chế độ hoạt động của động cơ.
Hiện nay cú nhiều phương phỏp đo tốc độ được dựng như: đo vận tốc vũng quay bằng phương phỏp analog, đo vận tốc vũng quay bằng phương phỏp quang điện tử, đo vận túc vũng quay bằng tơ quang dẫn và lý thuyết tương đối đo vận tốc
vũng quay bằng tổ hợp điện từ.
Phương phỏp đo tốc độ động cơ thụng dụng nhất hiện nay dựng cảm biến
quang. Đõy là phương phỏp đo dễ sử dụng so với cỏc phương phỏp khỏc. Vỡ cảm
biến được lắp đặt dễ dàng trờn động cơ. Tớn hiệu từ cảm biến ra cỏc dạng xung
vuụng cú tần số thay đổi vào tốc độ động cơ. Do đú cỏc xung vuụng này được đưa
vào bộ vi xử lý để đếm số xung trong khoảng thời gian cho phộp từ đú ta cú thể tớnh được giỏ trị vận tốc của động cơ. Đõy cũng là phương phỏp mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động cơ hay điều khiển nhanh chậm.
Cảm biến tốc độ mà ta chọn là photointerrupter. Đõy là loại cảm biến được sử
dụng nhiều trong đo tốc độ quay. Nú làm việc tin cậy và sử dụng dễ dàng trong ứng
dụng vi xử lý để chuyển đổi từ tớn hiệu tương tự sang số.
Nguyờn lý làm việc
Photointerrup cấu tạo gồm một mắt phỏt và mắt thu. Để đo tốc độ ta sử dụng
một tấm nhụm mỏng gắn trờn bỏnh đà của động cơ, khi bỏnh đà quay nú sẽ quay
cựng với bỏnh đà. Khi tấm nhụm quay qua rónh của photointerrup thỡ nú sẽ đúng vai
trũ là vật cản chắn ỏnh sỏng đi qua photointerrup, nú phỏ vỡ cỏc chựm tia giữa mắt
phỏt và mắt thu. Do đú tớn hiệu qua mắt phỏt và mắt thu bị giỏn đoạn khi cú vật cản đi qua..
Khi quay ỏnh sỏng chiếu đến phototransistor lỳc bị ngăn lại, lỳc khụng bị ngăn lại làm cho tớn hiệu ở cực colector là một chuỗi xung, Số xung đếm được và