b) Hệ thống dẫn động phun
2.1.4.4.Phun chính
Hình 2.23. Sơ đồ phun chính
Quá trình cháy của động cơ chỉ thực sự diễn ra sau khi quá trình phun chính được thực hiện.
+ Quá trình phun chính được chia làm 4 phần tính toán - Tính toán thời điểm phun
- Tính toán lượng nhiên liệu phun - Tính toán thời gian phun
- Lệnh điều chỉnh quá trình phun chính
a. Tính toán thời điểm phun
Tính toán thời điểm phun chính thực chất là xác định thời điểm phun theo điểm chết trên. Sự bắt đầu của quá trình phun phụ thuộc vào điểm làm việc của động cơ. ECU thực hiện tính lượng nhiên liệu phun chính theo hai trường hợp, trường hợp có phun mồi và trường hợp không có phun mồi. Nếu có thực hiện phun mồi thì lượng nhiên liệu phun chính cơ sở được tính theo bảng map. Sau đó giá trị cơ sơ này được hiệu chỉnh theo góc phun, hiệu chỉnh theo độ chênh lệch áp xuất thiết lập, hiệu chỉnh theo buồng cháy, thêm vào đó là sự hiệu chỉnh phụ thuộc vào động cơ, nhiệt độ và áp xuất không khí. Tiếp đó, quá trình phun bị giới hạn bởi một điểm giữa điểm vận hành phụ thuộc vào phun sớm nhất và điểm vận hành phụ thuộc phun muộn tối ưu.Không phun sớm quá ảnh hưởng tới quá trình cháy mồi, cũng không phun muộn quá ảnh
hưởng đến quá trình cháy sau. Do đó, hoàn thiện quá trình phun để đạt công suất và hiệu suất tối đa.
b. Tính toán lượng nhiên liệu phun
Để thực hiện tính toán lượng nhiên liệu phun chính, nhất thiết phải biết được phun mồi có được thực hiện hay không. Quá trình tính toán lượng phun nhiên liệu chính như sau: Đầu tiên lượng phun nhiên liệu chính tối thiểu được xác định theo áp suất Rail. Nếu quá trình phun mồi được thực hiện, lượng phun sẽ lấy trên đồ thị 1.Nếu không phun mồi thì lượng phun sẽ lấy trên đồ thị 2. Lượng phun chính không chỉ phụ thuộc vào áp suất Rail mà phải đảm bảo mômen yêu cầu, do đó lượng phun chính cơ sở cần được so sánh với lượng nhiên liệu để lấy giá trị lớn hơn. Nếu thực hiện phun, giá trị hiệu chỉnh nhiệt độ nhiên liệu được cho thêm vào để hiệu chỉnh đặc tính cho lượng phun chính, cho ta lượng nhiên liệu chính đã hiệu chỉnh
c. Tính toán thời gian phun
Thời gian phun nhiên liệu của quá trình phun chính được tính toán có tính đến lượng phun chính đã được điều chỉnh và áp suất Rail nhiên liệu hiện thời.Thời gian phun thường sử dụng phép nội suy, phụ thuộc vào quá trình phun mồi đã hoạt động. Quá trình phun chính chỉ được thực hiện nếu tất cả các điều kiện được thỏa mãn:
- Không có lỗi đường áp suất nhiên liệu phù hợp (cảm biến áp suất nhiên liệu không được báo lỗi).
- Không có yêu cầu không phun nào có mặt trong lệnh chạy thử/dừng động cơ - Áp suất nhiên liệu trong Rail đủ cao.
- Thời gian tăng cường của các vòi phun nhận
d. Lệnh điều chỉnh quá trình phun chính
Cũng như quá trình phun mồi, ta chỉ có thể tác động vào lượng nhiên liệu hiệu chỉnh. Trong quá trình khởi tạo những lệnh điều chỉnh quá trình phun chính được khởi chạy và truyền phát với giá trị ban đàu à 0, nghĩa là chúng không hoạt động. Nếu một trong ba sự can thiệp được kích động, lệnh tương ứng phải được cung cấp và truyền ra ngoài bộ phận có nhiệm vụ đó và đi vào khối hiệu chỉnh để tác động lên lượng nhiên liệu phun.
Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Các khả năng của băng thử động cơ một xy lanh
Hệ thống băng thử động cơ một xylanh cho phép thử công suất động cơ tối đa là 28KW. Nhiệt độ nước làm mát động cơ và nhiệt độ dầu động cơ cho phép đặt trước bằng thiết bị AVL 577. Điều khiển tay ga tự động. Đo áp suất tiêu hao nhiên liệu bằng phép đo nhiên liệu kiểu thể tích.Cho phép nghiên cứu các quá trình lý hóa bên trong động cơ thông qua hệ thống Visioscope. Cho phép đo các thông số làm việc trung bình của động cơ và của băng thử như nhiệt độ, áp suất dầu, nước, nhiên liệu thông qua hệ thống PUMA. Cho phép đo liên tục, tức thời các thông số làm việc của động cơ như áp suất buồng cháy, áp suất nhiên liệu cao áp thông qua Indimeter. Cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình cung cấp nhiên liệu tới các thông số làm việc động cơ qua hệ thống điều khiển phun nhiên liệu kiểu tích áp Common Rail và phần mềm kết nối INCA. Đo độ mờ khói và các thành phần khí thải.
3.2. Trang thiết bị băng thử
+ Hệ thống của băng thử động cơ AVL 5402 bao gồm các bộ phận sau: - Động cơ thí nghiệm một xylanh AVL 5402
- Phanh điện Dyno AMK
- Hệ thống làm mát dầu bôi trơn và nước làm mát AVL 577 - Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu Fuel Balance 733S
- Thiết bị đo độ mờ xác định nồng độ P-M, Opacimeter 439 - Tủ phân tích khí xả CEB –II
- Cơ cấu điều khiển THA 100
- Hệ thống điều khiển băng thử với phần mềm PUMA - Hệ thống điều khiển ECU động cơ với phần mềm INCA
- Hệ thống chụp ảnh trong buồng cháy động cơ với phần mềm Visioscope.
3.3. Động cơ thí nghiệm AVL5402
Động cơ thí nghiệm AVL 5402 là một loại động cơ diesl, sử dụng hệ thống nhiên liệu Common Rail, động cơ này phục vụ rất tốt cho quá trình nghiên cứu và thí nghiệm về động cơ diesel tại phong thí nghiệm. Cho phép ta nghiên cứu về nhiều mặt khác nhau từ đó có những thông số tối ưu về khí thải, về tiêu hao nhiên liệu, độ ồn, độ rung.
Dưới đây là các thông số của động cơ: - Kiểu động cơ: diesel 4 kỳ, không ăng áp
- Số xylanh: 01 - Đường kính xylanh: 85 mm - Hành trình piston: 90 mm - Dung tích công tác: 510,7 cm3 - Tỉ số nén: 17,1:1 - Công suất định mức: 8 kW - Tốc độ định mức: 4200vòng/phút - Tốc độ tối đa: 4500v/phút (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Hai trục cam trên đỉnh dẫn động: 4 xupap (2 nap, 2 thải) - Góc mơ sớm supap nạp: α1 = 80TK
- Góc đóng muộn supap nạp: α2 = 460TK - Góc mở sớm supap thải: β1 = 520TK - Góc đóng muộn supap thải: β2 = 180TK
- Sử dụng hệ thống nhiên liệu tích áp common Rail.
- Hệ thống điều khiển động cơ: ECU EDC15-C6-3.50 cùng bộ thu nhận dữ liệu ETK7 của hãng BOSCH. Có thể thay đổi góc phun sớm, thay đổi lượng nhiên liệu chu trình, thay đổi được áp suất nhiên liệu, và có khả năng phun nhiều lần (phun mồi, phun chính, phun sau).
Dưới đây là hình ảnh về động cơ AVL 5402 được chụp từ phòng thí nghiệm động cơ đốt trong
3.4. Phanh điện DYNO AMK
Cụm phanh điện thực chất là dạng máy phát điện, trong đó từ trường tương hổ giữa Roto và Stato tạo ra mômen cản với Roto va Stato được điều chỉnh để tăng hoặc giảm mômen cản trên trục dẫn động từ động cơ.Cường độ từ trường có thể thay đổi gần như tức thời, do vậy mô men cản trên trục động cơ cũng thay đổi tương ứng rất nhanh.Khả năng thay đổi mômen phanh thích hợp cho việc điều khiển tự động ở các chế độ thử của động cơ.Cụm phanh có chức năng làm việc ở chế độ máy phát (phanh đối với động cơ) và chế độ động cơ (kéo động cơ quay).Ngoài ra công suất động cơ được hấp thụ và biến đổi thành năng lượng điện trong thiết bị (phanh).Dòng điện này qua thiết bị biến đổi tần số và được hòa vào lưới điện.
Hình 3.2: Dyno và trục nối với động cơ.
3.5. Thiết bị đo khối lượng nhiên liệu AVL 733S
Thiết bị đo khối lượng nhiên liệu AVL 733S (Fuel balance 733S) đo khối lượng nhiên liệu kiểu kín, cho phép sử dụng cho nhiên liệu xăng, diesel và nhiên liệu pha tới 15% cồn.
+ Đặc điểm của thiết bị đo khối lượng nhiên liệu AVL 733S - Sai số 0.1%
- Tổng khối lượng cho phép đo liên tục 1800g
- Cho phép kết nối với thiết bị ngoài qua đường dữ liệu nối tiếp RS232.
Fuel Balance 733S đo lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ bằng cách cân lượng nhiên liệu trong bình chứa. 733S có thể đo liên tục lượng nhiên liệu trong một khoảng thời gian từ khi đầy bình cho tới khi nhiên liệu trong bình giảm tới mức 0.
+ Nguyên lý hoạt động:
Bắt đầu quá trình đo nhiên liệu được cấp đầy vào thùng đo. Lúc này lực tì lên cảm biến lưu lượng là lớn nhất. Van điện từ đóng lại ngăn không cho dòng nhiên liệu vào thùng đo trong khi đường cấp vào động cơ vẫn mở. Đồng thời với quá trình đó bộ phận đếm thời gian hoạt động. Khi nhiên liệu trong thùng chảy hết đồng nghĩa với lực tỳ lên cảm biến lưu lượng bằng 0 tức là quá trình đo đã kết thúc. Dựa vào kết quả thu nhận được, bộ điều khiển điện tử (ECU) sẽ tính ra lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ.
Hình 3.3: Thiết bị đo lượng nhiên liệu.
3.6. Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415S
Thiết bị này sử dụng giấy lọc để giữ lại các hạt muội có trong khí thải. Độ khói của khí thải được xác định qua độ đen của giấy lọc sau khi khí thải đi qua và được biểu thị theo đơn vị FSN (Filter Smoke Number).
Hình 3.4: Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415S
3.7. Thiết bị điều khiển tay ga Throttle actuator (THA100)
THA 100 là cơ cấu điều khiển trực tiếp vị trí thanh răng bơm cao áp của động cơ (hoặc bướm ga của động cơ xăng). Nó là một động cơ biến bước thay đổi chiều dài của đoạn dây kéo ga để thay đổi vị trí cung cấp tùy theo từng chế độ thử và được điều khiển từ máy tính thông qua hộp tín hiệu. Thiết bị phù hợp cho mục đích điều khiển theo chu trình thông qua các chu trình thử ECE, FTP, EPA và Nhật bản.
Hình 3.5: Hộp tín hiệu của AVL THA 100
3.8. Thiết bị đo đa năng AVL 620 INDIESET
Thiết bị này cho phép: Đo và hiển thị liên tục các thông số hoạt động của động cơ bao gồm tốc độ động cơ, góc quay truc khuỷu, áp suất buồng cháy, áp suất đường nhiên liệu cao áp, đo kích nổ, độ nâng xupap, độ nâng kim phun. Thông số đo cho phép lấy mẩu theo thời gian thực hoặc theo góc quay trục khuỷu. Tính toán liên tục các tham số theo thư viện hàm có sẵn. Kết nối với phần mềm Concerto I xử lý tính toán dữ liệu online
3.9. Thiết bị điều khiển nhiệt độ nước làm mát và dầu bôi trơn AVL577.
Thiết bị điều chỉnh nước làm mát và điều hòa nhiệt độ dầu bôi trơn AVL 577 bao gồm bộ làm mát và bộ gia nhiệt có nhiệm vụ giữ nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ dầu bôi trơn cố định. AVL 577 hoạt động nhờ khí nén, do đó phải luôn bao đảm nguồn khí nén cung cấp.
+ Đặc điểm của thiết bị AVL 577:
- Sử dụng riêng cho băng thử 1 xylanh, khôn trang bị bơm nước và bơm dầu. - Trang bị hệ thống làm mát 3 vòng tuần hoàn
- Vòng ngoài làm mát bộ trao đổi nhiệt của nước và dầu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Vòng dầu cho phép điều khiển lưu lượng, nhiệt độ và áp suất dầu bôi trơn.
- Vòng nước cho phép điều khiển lưu lượng, nhiệt độ và áp suất nước làm mát động cơ.
3.10. Thiết bị chụp ảnh buồng cháy VISIOSCOPE 513D
+ Các thiết bị trong hệ thống gồm: - PC và ổ CD Write
- Phần mềm AVL Visio scope ghi và sử lý ảnh - Màn hình TFT 17’’
- Camera màu CCD
- Hệ thống chiếu sáng: đèn báo thời gian trên máy, đèn chiếu sáng và làm mát đèn
- Thiết bị xác định điểm chết trên - Mỏ kẹp Camera
- Ống kinh 25 và 50 mm
- Hệ thống cáp nối, cáp truyền ánh sáng - Đầu nội soi vói các góc chụp 00, 300, 600 - Hệ thống tài liệu
+ Đặc điểm của hệ thống:
Sử dụng hệ thông quay Video kỹ thuật số, sử dụng cho nghiên cứu các quá trình lý hóa trong động cơ đốt trong. Số điểm ảnh 768*484(370 000)pixels. Phần mềm sử lý ảnh cho phép phân tích trường nhiệt độ, mô phỏng quá trình cháy, nội suy ảnh.Tốc độ chụp lớn nhất 12 hình/giây.
3.11. Tủ CEB-II
Đây là một thiết bị đo và hiển thi nồng độ khí xả. Nó bao gồm hệ thống lấy mẩu CVS và hệ thống phân tích thành phần khí xả. Nồng độ các chất độc hại trong khí đo sẽ được hiển thị trực tiếp trên màn hình của CEB-II.
Đặc điểm của thiết bị:
Lấy mẫu và phân tích nồng độ các chất độc hại trong khí thải (CO, CO2, NOx, HC, O2) ngay sau khi ra khỏi ống xả động cơ. Phân tích nồng độ các chất độc hại trong khí pha loãng.
Hình 3.6: Tủ CEB_II
3.12. Hệ thống PUMA và EMCON
Mọi hoạt động của băng thử đều được điều khiển, giám sát bởi hệ thống PUMA với phần mềm cùng tên, đây là một loại phần mềm viết cho băng thử.
Băng thử động cơ 1 xylanh được trang bị phiên bản PUMA 5.6. Bản thân PUMA có một hệ thống các cảm biến dùng để đo nhiệt độ, áp suất… Đo liên tục tín hiệu từ các cảm biến thông qua các kênh nhận tín hiệu được định nghĩa sẵn, tần số lấy mẫu đạt tới 10ms cho mỗi kênh.
Thiết kế sẵn 8 cổng nhận và gửi dữ liệu theo chuẩn nối tiếp tới các thiết bị ngoại vi cho phép nhận và điều khiển các thiết bị ngoài.
PUMA được thiết kế sử dụng cả máy tính gắn vi sử lý riêng có tần số 25MHz đảm bảo viêc tính toán điều khiển theo thời gian thực.
PUMA cho phép người dùng tự định nghĩa các kênh truyền nhận, sử lý số liệu, lập trình điều khiển, hiển thị ra màn hình.
Hình 3.7: PUMA.
Hình3.8: EMCON
3.13. Phần mềm INCA
INCA là phần mềm giao tiếp giữa người vận hành và bộ điều khiển điện tử (ECU). Việc thiết lập các thuật toán trong bộ vi xử lý của bộ điều khiển để điều chỉnh tối ưu hóa quá trình hoạt động của các loại động cơ và xe cộ khác nhau là một vấn đề tương đối phức tạp. Để trợ giúp cho quá trình nghiên cứu thêm thuận lợi hãng AVL đã đưa ra phần mềm điều khiển INCA. INCA có thể thực hiện các phép đo, chuẩn hóa hệ thống và cho phép hiệu chỉnh lại số liệu một cách tối ưu rồi nạp vào ECU để vận hành động cơ.
INCA cho phép bạn đồng thời đọc các dữ liệu được thiết lập sẵn từ bộ điều khiển và các dữ liệu thực tế trong quá trình vận hành động cơ. Chương trình sẽ giúp chúng ta
xác định được các thông số liên quan đến động cơ như: hệ số dư lượng không khí lambda, nhiệt độ, áp suất… Trạng thái hoạt động của động cơ được thể hiện thông qua các biến và các hệ số được hiển thị trong phần mềm điều khiển.Việc hiệu chỉnh lại hệ thống tương ứng với việc tìm ra được các giá trị tối ưu của các tham biến để đạt được mục tiêu đề ra.
Phạm vi ứng dụng của INCA: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Có thể được sử dụng trên xe cộ, băng thử, trong thực tế hoặc trong phòng thí nghiệm. Bao gồm các mô đun phần cứng và phần mềm. Là một phần không thể thiếu trong quá trình phát triển của hệ thống phần mềm điều khiển.
Các bộ phận cấu thành hệ thống INCA:
INCA là một phần mềm giao tiếp giữa người vận hành và ECU điều khiển động cơ.ECU này là loại có tính năng đặc biệt cho phép người sử dụng truy cập và thay đổi các thông số bên trong.Sau khi tìm được các thông số tối ưu chúng sẽ được nạp vào ECU để vận hành động cơ.Một điểm cần chú ý là ECU phải tương thích với phần mềm INCA và bộ giao tiếp ETK.ETK đóng vai trò là bộ nhớ đệm liên kết ECU với INCA