Nghiên cứu xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU hệ thống nhiên liệu động cơ diesel (tóm tắt + toàn văn)

- 1 -

MỞ ĐẦU
Hiện nay hệ thống nhiên liệu (HTNL) điều khiển điện tử (ĐKĐT)
trên động cơ đốt trong (ĐCĐT) đang được sử dụng ngày càng phổ biến.
Trong hệ thống HTNL ĐKĐT thì bộ điều khiển điện tử (Electronic
Control Unit - ECU) là bộ não điều khiển mọi hoạt động của hệ thống
và toàn bộ động cơ. Cơ sở để ECU hoạt động là bộ dữ liệu các tham số
điều chỉnh được xây dựng trong quá trình nghiên cứu-phát triển động
cơ, gọi là bộ dữ liệu chuẩn, được tích hợp trong ECU. Tuy nhiên,
phương pháp xây dựng bộ dữ liệu chuẩn thường là bí quyết công nghệ
của nhà sản xuất nên không được công bố và rất khó tiếp cận. Trong khi
hiện nay chúng ta đang phấn đấu xây dựng một nền công nghiệp chế tạo
động cơ (trước hết là động cơ ôtô) bắt đầu bằng công nghiệp phụ trợ sản
xuất các linh kiện cho động cơ, trong đó có ECU của HTNL. Bên cạnh
đó, các động cơ đang lưu hành sử dụng HTNL ĐKĐT sau khi đại tu, sửa
chữa hoặc cải tiến cần có bộ dữ liệu mới cho ECU để phù hợp với động
cơ hiện tại. Vì vậy, nghiên cứu xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU là
một vấn đề rất cần thiết.
Điện tử hóa ngày càng phổ biến trên cả động cơ xăng và động cơ
diesel. Động cơ diesel với ưu thế về hiệu suất cao nên chiếm thị phần
lớn trong dải động cơ cỡ lớn và động cơ dùng trong nông nghiệp. Do
tính kinh tế cao nên hiện nay tỷ lệ sử dụng động cơ diesel trên ôtô du
lịch cũng tăng lên (kể cả ở Việt Nam). Ở một số thị trường như châu Âu
và Bắc Mỹ tỷ lệ này đã đạt tới 50% và còn tiếp tục tăng.
Với tính cấp thiết như trình bày ở trên, tác giả thực hiện luận án Tiến
sĩ của mình với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho
ECU hệ thống nhiên liệu động cơ diesel”.

i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đưa ra quy trình xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của HTNL sử

dụng trên ĐCĐT.
Ứng dụng quy trình trên để thực hiện xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho
ECU của HTNL common rail (CR) sử dụng trên động cơ nghiên cứu
AVL 5402 với hai tham số điều chỉnh là góc phun sớm (
s
) và áp suất
phun (p
f
).

ii. Phương pháp nghiên cứu
Luận án đã kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm.
- 2 -

Nghiên cứu lý thuyết dựa trên cơ sở xây dựng đặc tính điều chỉnh
động cơ thuộc lý thuyết ĐCĐT. Từ đó đưa ra được tiến trình xây dựng
đặc tính động cơ từ các điểm cụ thể trong miền làm việc thông qua
phương pháp chia lưới, nội suy và ngoại suy kết quả ngoài mắt lưới.
Nghiên cứu thực nghiệm dựa trên phương pháp quy hoạch thực
nghiệm (QHTN) và sử dụng phần mềm DX6.
Các nghiên cứu thử nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiệm
ĐCĐT, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội với
trang thiết bị chuyên dụng, đồng bộ và hiện đại, đã đảm bảo độ tin cậy
của các số liệu được trình bày trong luận án.
iii. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Lần đầu tiên ở Việt Nam đã nghiên cứu thành công và đưa ra quy
trình xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU HTNL ĐKĐT của ĐCĐT.
Kết quả luận án là một đóng góp có ý nghĩa nhằm giải quyết vấn đề
cấp thiết hiện nay trong chế tạo sử dụng, sửa chữa và thay thế phụ tùng

cho động cơ sử dụng HTNL ĐKĐT, cũng như bước đầu hướng tới tự
sản xuất ECU cho ĐCĐT, trước hết là động cơ ôtô.
Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích trong nghiên cứu phát triển
động cơ sử dụng HTNL ĐKĐT và đào tạo chuyên sâu về chuyên ngành
ĐCĐT.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU
CHUẨN CHO ECU TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. Điều khiển điện tử trên các máy móc
1.1.1. Giới thiệu chung
Công nghệ ĐKĐT đã phát triển và
ứng dụng vào nhiều lĩnh vực và đối
tượng khác nhau. Trong đó có ĐCĐT.
Một hệ thống điều khiển thường
bao gồm ba thành phần cơ bản: bộ
điều khiển (ECU), đối tượng điều
khiển (máy công tác) và các cảm biến
như thể hiện trên Hình 1.1.
- Vùng I xác lập chế độ làm việc của máy công tác.
- Vùng II tham số điều khiển và điều chỉnh máy công tác.
U
1
: Các tham số điều khiển; U
2
Các tham số điều chỉnh với bộ dữ
liệu chuẩn.

Hình 1.1. Sơ đồ chung một HTĐK

- 3 -

- Vùng III giá trị kinh tế kỹ thuật thông số đầu ra của máy công tác.
Hệ thống ĐKĐT được ứng dụng phổ biến hầu hết cho các động cơ
hiện đại.
1.1.2. Hệ thống điều khiển điện tử động cơ xăng
1.1.2.1. Khái niệm và phân loại
Hệ thống ĐKĐT trên động cơ xăng, hay thực chất là hệ thống điều
khiển phun xăng điện tử (PXĐT), bao gồm một bộ ECU, các cảm biến
và cơ cấu chấp hành.
Hệ thống PXĐT có thể được phân loại theo số vòi phun, theo nguyên
lý điều khiển quá trình phun, hay theo nguyên lý đo lưu lượng khí nạp…
1.1.2.2 Cấu trúc hệ thống phun xăng điện tử
a) Sơ đồ nguyên lý chung
Sơ đồ một hệ thống PXĐT điển
hình như thể hiện trên Hình 1.3.
Các bộ phận chính trong hệ thống
gồm: ECU động cơ và các cảm
biến [11].
Từ vị trí bướm ga và tốc độ
động cơ, các cảm biến nhận thông
tin và gửi đến ECU. ECU sẽ so
sánh với bộ dữ liệu điều khiển và
tính toán đưa ra tín hiệu điều khiển
thời gian mở vòi phun để điều
khiển lượng xăng phun cho phù
hợp với chế độ làm việc của động
cơ. Ngoài ra, từ bộ dữ liệu chuẩn
ECU còn điều chỉnh góc đánh lửa
sớm, hệ số dư lượng không khí 
để động cơ làm việc tối ưu.

b) Điều khiển phun trong hệ thống
PXĐT
Lượng xăng phun được ECU
điều khiển thông qua thời gian
phun nhiên liệu, là tổng của thời
gian phun nhiên liệu cơ bản (t
b
) và thời gian phun hiệu chỉnh (t
c
). Khi
động cơ hoạt động còn có các chế độ làm việc khác nhau của động cơ
Hình 1.4. Thuật toán điều khiển thời
gian phun nhiên liệu

- 4 -

như khởi động, chạy ấm máy, tăng tốc, … Lưu đồ thuật toán điều khiển
thời gian phun thể hiện trên Hình 1.4 [10].
1.1.3. Hệ thống điều khiển điện tử động cơ diesel
1.1.3.1. Khái niệm và phân loại
Hệ thống ĐKĐT động cơ diesel tương tự như hệ thống điều khiển
điện tử động cơ xăng cũng gồm ECU, các cảm biến và bộ phận chấp
hành như bơm cao áp, vòi phun.
Hệ thống ĐKĐT hiện đã được áp dụng cho tất cả các hệ thống nhiên
liệu của động cơ diesel như bơm dãy, bơm phân phối, bơm-vòi phun và
CR.
1.1.3.2. Hệ thống điều khiển trên bơm dãy (bơm Bosch)
1.1.3.3. Hệ thống điều khiển trên cụm bơm - vòi phun
1.1.3.4. Hệ thống nhiên liệu CR
Hình 1.18 trình bày sơ đồ

HTNL CR. Nhiên liệu sau
bơm cao áp đạt tới 1800 bar
hoặc hơn nữa theo đường
ống cao áp dẫn tới bình tích
áp. Sau đó nhiên liệu áp suất
cao được đưa sẵn đến vòi
phun. Tùy thuộc vào vị trí
cơ cấu điều khiển nhiên liệu
(chân ga) và tốc độ động cơ,
các cảm biến nhận thông tin
và gửi đến ECU, sau đó
ECU sẽ so sánh với bộ dữ liệu điều khiển và đưa ra tín hiệu điều khiển
thời gian mở vòi phun, phun nhiên liệu vào xilanh. Đồng thời, ECU dựa
trên bộ dữ liệu chuẩn điều khiển áp suất phun p
f
, góc phun sớm 
s
, chế
độ phun (phun mồi, phun sau) để động cơ làm việc tối ưu.
HTNL CR có sự khác
biệt hơn so với HTNL diesel
thông thường, với khả năng
phun áp suất cao và thay đổi
áp suất phun theo các chế độ
làm việc khác nhau. Hơn
nữa quy luật phun gồm phun
mồi, phun chính và sau phun
Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu tích áp

Hình 1.2

2
. Qui lu
ậ
t phun nhiên li
ệ
u

Chi
ề
u
cao
nâng
kim
phun
(m)

Phun
m
ồ
i

Phun chính

Phun th
ứ

c
ấ
p

Th
ờ
i gian

Tia phun
chính
- 5 -

chính được điều khiển thay đổi theo từng chế độ làm việc của động cơ
như thể hiện trên Hình 1.22.
1.1.4. Vai trò bộ dữ liệu chuẩn của ECU
Trong hệ thống ĐKĐT trên cả động cơ xăng và động cơ diesel, có
thể thấy rằng ECU là bộ phận quan trọng nhất, đóng vai trò là nơi tiếp
nhận và xử lý các thông tin do các cảm biến cung cấp, chuyển đổi thành
tín hiệu số và tính toán theo chương trình đã được lập trình sẵn. Sau khi
tiếp nhận thông tin từ các cảm biện thì ECU đưa tín hiệu chuyển đổi này
vào so sánh với bộ dữ liệu chuẩn đã được nạp sẵn để quyết định tín hiệu
điều khiển vòi phun và các bộ phận khác trong cơ cấu chấp hành, sao
cho động cơ làm việc đảm bảo tính năng kinh tế, kỹ thuật tối ưu. Bộ dữ
liệu chuẩn được xây dựng trong quá trình nghiên cứu-phát triển và ghi
sẵn trong bộ nhớ của ECU dưới dạng các bộ thông số vận hành hay đặc
tính chuẩn [41÷44].
1.2. Giới thiệu về xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của ĐCĐT
Trang thiết bị gồm: băng thử, động cơ, cảm biến, ECU mở và phần
mềm điều khiển ECU.
Chạy thử theo quy trình thử nghiệm để xác định các tham số điều
chỉnh tối ưu ứng với từng vùng trong miền làm việc của động cơ.
Ghi bộ dữ liệu tối ưu thu được vào ECU.
Các hãng sản xuất trên thế giới đều có những công nghệ riêng để xây
dựng các tham số điều chỉnh tối ưu cho ECU động cơ, bộ dữ liệu này

luôn được bảo mật không thay đổi được trong quá trình sử dụng.
1.3. Các công trình đã thực hiện trong và ngoài nước
1.3.1. Nghiên cứu ngoài nước
Với bài toán tối ưu hóa các tham số điều chỉnh tại các chế độ làm
việc ứng với các tiêu chí khác nhau, qua đó xây dựng bộ dữ liệu chuẩn
cho ECU động cơ, trên thế giới đã có một số cách tiếp cận khác nhau,
nổi bật là các ứng dụng mạng nơ-ron, logic mờ hay quy hoạch thực
nghiệm [52÷55, 57÷59].
Đã có nhiều sản phẩm tích hợp để giải bài toán tối ưu một cách tự
động được thương mại hóa và giới thiệu trên thị trường ví dụ như hiện
nay hãng AVL, Cộng hòa Áo đã phát triển và thương mại hóa phần
mềm AVL-CAMEO, phần mềm chuyên dụng để xây dựng bộ dữ liệu và
lấy đặc tính tự động trên băng thử động cơ, nhưng phải có thiết bị đi
kèm và giá thành rất cao và mã nguồn chương trình là bí mật của nhà
sản xuất
- 6 -

1.3.2. Nghiên cứu trong nước
Các công trình nghiên cứu về HTNL ĐKĐT đã thu được nhiều kết
quả tích cực [1÷6]. Tuy nhiên, các kết quả này mới bước đầu đề cập đến
phần cứng của hệ thống điều khiển hoặc một phần nhỏ trong bộ số liệu
mà chưa có công trình nào xây dựng một cách bài bản bộ dữ liệu chuẩn
cho ECU của HTNL nói riêng và ECU của ĐCĐT nói chung.
1.4. Lựa chọn phương pháp, giới hạn và đối tượng nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài này là kết hợp lý
thuyết quy hoạch thực nghiệm (QHTN) với phương pháp giải bài toán
tối ưu hóa trong điều khiển. Phương pháp QHTN được lựa chọn vì nó
cho phép giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thực hiện, xác định
được điều kiện tối ưu đa yếu tố của đối tượng nghiên cứu một cách khá
chính xác bằng các công cụ toán học.

Đối tượng nghiên cứu được lựa chọn là hệ thống băng thử có động
cơ AVL 5402, ECU mở có thể truy cập và điều chỉnh các tham số thông
qua phần mềm INCA. Đây là hệ thống hiện đại, đồng bộ của hãng AVL
trang bị cho PTN ĐCĐT, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội. Hệ thống này đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu của đề tài
luận án.
1.5. Kết luận chương 1
Vai trò của bộ dữ liệu chuẩn trong ECU của HTNL ĐKĐT trên động
cơ xăng hay trên động cơ diesel.
Xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU động cơ hay giải bài toán tối ưu
hóa các tham số điều chỉnh của động cơ có thể thực hiện qua một số
cách tiếp cận khác nhau. Tuy nhiên vẫn còn là sự bí mật của hãng và rất
khó tiếp cận.
Ở Việt Nam, cũng đã có một số công trình nghiên cứu về HTNL
ĐKĐT bước đầu thu được kết quả tích cực. Nhưng các nghiên cứu này
còn tương đối sơ khai, chưa có tính bao quát và hệ thống.
Đối tượng nghiên cứu được chọn là động cơ nghiên cứu diesel một
xilanh có trang bị HTNL CR của PTN ĐCĐT, Trường ĐHBK Hà Nội
đáp ứng đầy đủ yêu cầu về xây dựng bộ dữ liệu chuẩn nhưng không làm
giảm tính tổng quát của bài toán đặt ra.
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU
CHUẨN CHO ECU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
2.1. Bài toán tối ưu nhiều biến đa mục tiêu trong kỹ thuật
2.1.1. Bài toán tối ưu tổng quát
- 7 -

Bài toán tối ưu tổng quát được phát biểu như sau [17]:

min f(x) với điều kiện x  D (P
1

)
hoặc
max f(x) với điều kiện x  D (P
2
)
Trong đó D  R
n
được gọi là tập nghiệm chấp nhận được hay tập
ràng buộc và f: D  R là hàm mục tiêu. Mỗi điểm x  D được gọi là
một nghiệm chấp nhận được hay một phương án chấp nhận được.
2.1.2. Các bài toán tối ưu
Bài toán tối ưu, được sử dụng nhiều hơn cả là bài toán tối ưu tuyến
tính và phi tuyến.
2.1.2.1. Bài toán tối ưu tuyến tính
Bài toán quy hoạch tuyến tính (QHTT) tổng quát có dạng [23÷25]:
Tìm x
j
, j=1,2,…,n sao cho: f =
min
1



j
n
j
j
xc
(max) (2.1)
Với hệ ràng buộc:

i
n
j
jij
bxa














1
, i=1,2,…,m (2.2)














tùy
x
j
0
0
, j=1,2,…,n (2.3)
(2.1) được gọi là hàm mục tiêu, nó có thể là cực tiểu (min) hay cực
đại (max).
(2.2) được gọi là các ràng buộc chung hay ràng buộc hàm, nó có thể
có dạng bất đẳng thức (≤ hay ≥) hoặc có dạng đẳng thức (=).
(2.3) được gọi là các ràng buộc dấu (của biến), nó có thể không âm
(≥0), không dương (≤0) hay tùy ý.
Như vậy, bài toán QHTT là bài toán có các biểu thức xác định hàm
mục tiêu và các ràng buộc chung đều ở dạng tuyến tính.
2.1.2.2. Bài toán tối ưu phi tuyến
a) Bài toán quy hoạch phi tuyến (QHPT) không ràng buộc
Bài toán QHPT không ràng buộc phát biểu như sau [17, 21÷24]:
min f(x) với điều kiện x R
n
(2.4)
- 8 -


Hình 2.1. Miền làm việc của
động cơ kéo máy phát điện
Trong đó: f : R

n
 R là hàm phi tuyến.
b) Bài toán QHPT có ràng buộc
Bài toán QHPT có ràng buộc tổng quát được phát biểu như sau [17]:
Min {f(x)|xX}. Trong đó X  R
n
và hàm số f xác định trên X.
2.1.3. Nội dung lấy bộ dữ liệu chuẩn
- Thu thập dữ liệu và lựa chọn phương pháp toán học thích hợp để
giải quyết mô hình trên.
- Xác định quy trình giải/thuật toán. Có thể giải mô hì n h bằng
nh i ều cách tính toán.
- Đánh giá kết quả tính toán.
- Kiểm chứng các kết quả tính toán trên thực tế.
2.2. Mô hình HTNL ĐCĐT
2.2.1. Miền làm việc của động cơ kéo máy công tác
2.2.1.1. Miền làm việc của động cơ kéo máy phát điện
Động cơ kéo máy phát điện đòi hỏi n
đcơ
=
const. Miền làm việc của động cơ-máy phát
nằm trên đường AB thể hiện Hình 2.1. Tại A
ứng với chế độ định mức N
e
= N
đm
và tại B
ứng với chế độ không tải N
e
= 0 [2].

G
nl-min
tại vị trí không tải (điểm B), g
emin

tại đường đặc tính bộ phận của động cơ
(đoạn AB), và M
emax
tại tốc độ định mức của
động cơ (n
đm
).
2.2.1.2. Miền làm việc của động cơ kéo chân vịt tàu thủy
Đối với động cơ tàu thuỷ, khi động cơ
dẫn động trực tiếp chân vịt, công suất cản
của chân vịt thông thường phụ thuộc bậc 3
vào tốc độ vòng quay.
N
c
= kn
3
(2.5)
Miền làm việc của động cơ-máy công tác
nằm trên đường đặc tính cản thể hiện ở Hình
2.2. Các đường 1, 2 và 3 tương ứng với các
vị trí khác nhau của cơ cấu điều khiển cung
cấp nhiên liệu. Tốc độ động cơ thay đổi từ
n
min
đến n

max
.
2.2.1.3. Miền làm việc của động cơ trên các phương tiện cơ giới

Hình 2.2. Miền làm việc của
động cơ dẫn động trực tiếp
chân vịt
- 9 -


Công suất và tốc độ động cơ thay đổi
trong một phạm vi rất rộng.
Miền làm việc của cụm thiết bị, được thể
hiện trên Hình 2.3 là diện

tích giới hạn bởi
đường công suất lớn nhất ứng với vị trí cực
đại của cơ cấu điều khiển cung cấp nhiên
liệu và các đường giới hạn n
min
và n
max
.

Sau khi nghiên cứu các miềm làm việc
của các loại động cơ, nhận thấy rằng ĐCĐT
sử dụng trên phương tiện cơ giới có miền
làm việc tổng quát so với ĐCĐT sử dụng
trên máy phát điện và trên tàu thủy. Nên được chọn để nghiên cứu lấy bộ
dữ liệu chuẩn.

2.2.2. Mô hình tối ưu tổng quát của HTNL động cơ diesel sử dụng
trên phương tiện cơ giới
Mô hình tối ưu của HTNL ĐCĐT sử dụng trên phương tiện cơ giới
sẽ là mô hình tổng quát và đặc trưng cho các mô hình tối ưu hệ thống
nhiên liệu của động cơ kéo máy phát điện và tàu thủy.
Để chọn tìm ra được thông số kinh tế và kỹ thuật tối ưu của động cơ,
đầu tiên phải chọn các tham số p
f
,

s
, T
lm
, T
bt
, T
kn
trong khoảng làm việc
của động cơ. Giả sử giá trị của các tham số

trong phạm vi như sau:
Từ những yêu cầu trên, bài toán tối ưu các tham số điều khiển p
f
,

s
,
T
lm
,, T

bt
,, T
kn
để đạt M
emax
, g
emin
và G
nlmin
sẽ được đặt tính toán. Trong
nghiên cứu này sẽ sử dụng QHTN để tính toán số lượng các lần thí
nghiệm nhằm tìm ra hàm của M
e
, g
e
, G
nl
tại mỗi vị trí khảo sát.
Bài toán điều khiển tối ưu HTNL sẽ được khái quát trong ba dạng bài
toán sau đây:
- Bài toán xác định M
emax
tại đường đặc tính ngoài:
Trong bài toán này sẽ tìm các tham số điều khiển p
f
,

s
, T
lm

, T
bt
, T
kn
tối ưu để đạt được mục tiêu M
emax
.

Hình 2.3. Miền làm việc của
động cơ trên các phương tiện
cơ gi
ớ
i


- 10 -

n
i
= n
đcơmax
-in khi động cơ ở 100% tải.
- Bài toán xác định g
emin
tại đường đặc tính bộ phận:
Trong bài toán này sẽ tìm các tham số điều khiển p
f
,

s

, T
lm
, T
bt
, T
kn

tối ưu để đạt được mục tiêu g
emin
tại các đường đặc tính bộ phận của
động cơ.
n
i
= n
đcơmax
-in.
- Bài toán xác định G
nlmin
tại đường đặc tính không tải:
Trong bài toán này sẽ tìm các tham số điều khiển p
f
,

s
, T
lm
, T
bt
, T
kn

tối ưu để đạt được mục tiêu G
nlmin
.
n
i
= n
khôngtải-max
-in khi động cơ ở 0% vị trí tay ga.
2.2.3. Các nội dung cần thực hiện khi xây dựng bộ dữ liệu cho động
cơ
Xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho động cơ ô tô có thể được coi là đặc
trưng cho quá trình xây dựng bộ tham số điều chỉnh chuẩn cho ĐCĐT.
2.2.3.1. Chia lưới-phân vùng làm việc
Mỗi vùng làm việc sẽ đáp ứng
các mục tiêu khác nhau, thể hiện
trên Hình 2.4. Quá trình chia lưới
vùng làm việc của động cơ được
thực hiện như sau:
- Xác định giới hạn tốc độ làm
việc của động cơ, từ n
min
đến n
max
.
- Xác định đặc tính ngoài của
động cơ để có vùng làm việc từ
không tải tới toàn tải.
- Xác định độ lớn của các mắt
lưới theo tốc độ và tải của động

cơ.
- Xác định các vùng làm việc của động cơ, bao gồm: vùng làm việc
có p
e-max
; vùng làm việc có g
e-min
; vùng làm việc có phát thải thấp; vùng
làm việc G
nlmin
(không tải).
Hình 2.4 thể hiện các vùng làm việc của động cơ, được thực hiện
trong quá trình chia lưới – phân vùng.
2.2.3.2. Tối ưu các tham số điều chỉnh tại mỗi mắt lưới
Để đảm bảo độ tin cậy và tính chính xác của kết quả khảo sát tại các
vùng làm việc khác nhau, phải tăng mật độ chia lưới tại các vùng làm
việc. Như vậy sẽ dẫn đến số mắt lưới cần khảo sát càng tăng.

Hình 2.4. Sơ đồ chia lưới-phân vùng làm việc
của động cơ.
Vùng 1, 2 và 3 động cơ làm việc G
nlmin
;
vùng 4,5 và 6 động cơ làm việc với g
e-min
;
vùng 7,8 và 9 động cơ làm việc với p
e-max
.

- 11 -

Lựa chọn phương pháp tối ưu các tham số điều chỉnh tại mỗi mắt
lưới mà vẫn đảm bảo độ tin cậy và tính chính xác của kết quả cũng như
giảm thiểu số lần thử nghiệm tại mỗi mắt lưới là rất cần thiết. Với kết
quả phân tích và đánh giá trên mục 2.2.2, thì phương pháp QHTN có thể
được coi là phù hợp hơn cả vì đáp ứng cả 2 mục tiêu vừa giảm thiểu số
lần thử nghiệm mà vẫn đảm bảo độ tin cậy và tính chính xác của kết quả
nghiên cứu.
2.2.3.3. Giảm thiểu số mắt lưới cần thử nghiệm
Trên cơ sở đặc tính khai thác sử dụng của mỗi chủng loại động cơ
ứng với các phương tiện sử dụng khác nhau, có thể phân vùng tải trọng
và tốc độ mà động cơ thường xuyên phải làm việc. Do đó, vùng làm
việc phổ biến của động cơ có thể được xác định trong vùng giới hạn bởi
hai đường đậm như thể hiện trên Hình 2.5. Trong đó điểm xuất phát và
độ dốc của mỗi đường tùy thuộc vào chủng loại động cơ và phạm vi sử
dụng. Như vậy để giảm số mắt lưới thử nghiệm cần phải thực hiện như
sau:
- Số mắt lưới thử nghiệm trong
vùng giới hạn bởi hai đường đậm sẽ
được lấy nhiều hơn.
- Tại vùng ngoài giới hạn của 2
đường đậm, chỉ cần lấy số mắt lưới ít
hơn.
- Bộ tham số tại các điểm không
phải thử nghiệm được xác định theo
phương pháp nội suy tuyến tính từ bộ
tham số của các điểm thử nghiệm lân
cận.
Như vậy, với phương pháp này số điểm thử nghiệm giảm đi đáng kể
mà vẫn đảm bảo độ tin cậy.

2.2.3.4. Nội suy, ngoại suy dữ liệu không trùng mắt lưới

Độ tin cậy và mức độ chính xác
của bộ dữ liệu tại các điểm không

cần
phải khảo sát phụ thuộc vào phương
pháp nội suy từ bộ dữ liệu của các
điểm được thử nghiệm [32, 33].

Trên Hình 2.6 thể hiện hai mô hình
nội suy. Giá trị tại điểm O sẽ được tính

Hình 2.6. Mô hình nội suy tuyến tính


Hình 2.5. Sơ đồ xác định các điểm khảo
sát
- 12 -

bằng trung bình cộng của 4 điểm (A), (B), (C), (D).
2.2.3.5. Kiểm tra tính chính xác của bộ dữ liệu thu được
Thông thường với động cơ ô tô, chỉ cần so sánh và đánh giá trên sở
sở đặc tính ngoài và một vài đặc tính bộ phận giữa kết quả từ phương
pháp xây dựng bộ dữ liệu chuẩn và kết quả thử nghiệm lại từ bộ tham số
đã được xây dựng là có thể đánh giá được độ tin cậy của kết quả.
2.3. Kết luận chương 2
Trong kỹ thuật để xây dựng được bộ tham số điều khiển cần phải
thực hiện thông qua các bài toán tối ưu nhiều biến đa mục tiêu, với
những điều kiện ràng buộc.

Xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho động cơ ô tô có thể được coi là đặc
trưng cho quá trình xây dựng bộ tham số điều chỉnh cho ĐCĐT.
Sử dụng phương pháp chia lưới – phân vùng đã cho phép xác định
được miền khảo sát của các tham số, mục tiêu khảo sát, giảm số điểm
khảo sát trong miền làm việc của động cơ. Cũng như sử dụng phương
pháp QHTN để xác định giá trị các tham số tại mỗi điểm khảo sát đã
cho phép giảm đáng kể số lần cần thử nghiệm mà vẫn đảm bảo độ tin
cậy của kết quả.
Sự kết hợp giữa phương pháp chia lưới - phân vùng và nội suy với
phương pháp QHTN để xác định bộ tham số cho phép giảm khá nhiều
số lần cần thử nghiệm mà vẫn đảm bảo độ tin cậy của kết quả.
Sau khi sử dụng phương pháp nội suy tìm ra bộ tham số, để đánh giá
độ tin cậy và tính chính xác bộ dữ liệu cần được đánh giá qua kết quả
thực nghiệm.
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG QHTN ĐỂ TỐI ƯU CÁC THAM SỐ
TRONG QÚA TRÌNH XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU CHUẨN
Trong chương sẽ đề cập đến lý thuyết QHTN cũng như là việc ứng
dụng QHTN để tìm các tham số điều chỉnh tối ưu tại mỗi mắt lưới.
3.1. Lý thuyết QHTN
Các nguyên tắc cơ bản của QHTN bao gồm: Ít thử nghiệm - Nhiều
thông tin - Chất lượng kết quả [26, 27, 31].
3.1.1. Vai trò của QHTN trong nghiên cứu thử nghiệm
Những ưu điểm rõ rệt của phương pháp này so với các thực nghiệm
cổ điển là:
- Giảm đáng kể số lượng thử nghiệm cần thiết.
- 13 -

- Hàm lượng thông tin nhiều hơn rõ rệt, nhờ đánh giá được vai trò
qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàm mục tiêu.
- Cho phép xác định được điều kiện tối ưu đa yếu tố của đối tượng

nghiên cứu một cách khá chính xác bằng các công cụ toán học.
3.1.2. Đối tượng của QHTN trong các ngành công nghiệp
3.1.3. Các phương pháp QHTN
3.1.3.1. Quy hoạch trực giao cấp I
Phương pháp QHTG cấp I là phương pháp thiết kế thí nghiệm nhằm
thiết lập mối quan hệ giữa các yếu tố đầu ra phụ thuộc bậc nhất đối với
các yếu tố đầu vào.
3.1.3.2. Quy hoạch trực giao cấp II
Phương pháp QHTG cấp II là phương pháp thiết kế thử nghiệm
nhằm thiết lập mối quan hệ giữa các yếu tố đầu ra phụ thuộc hàm bậc
hai đối với các yếu tố đầu vào. QHTG cấp II gồm các bước như sau:
Bước 1: Xác định miền biến thiên.
Bước 2: Chọn dạng phương trình hồi quy sau khi đã mã hóa.
Bước 3: Thực hiện N thử nghiệm.
Bước 4: Tính toán xác định các hệ số hồi quy b
j
; Sử dụng phương
pháp bình phương nhỏ nhất.
Bước 5: Kiểm định sự có nghĩa của các hệ số hồi quy b
j
; Áp dụng
tiêu chuẩn Student [32, 33].
Bước 6: Kiểm định sự có nghĩa của phương trình hồi qui (PTHQ)
với chuẩn Fisher [32].
3.1.3.3. Giải bài toán tối ưu trong QHTN
Quá trình xác định thông số tối ưu thực hiện qua các bước sau:
Bước 1: Xác định một điểm xuất phát nằm trong miền giới hạn tổng
thể của các biến đầu vào.
Bước 2: Tiến hành các thử nghiệm theo phương pháp QHTG cấp I.
Xây dựng PTHQ bậc nhất. Nếu PTHQ bậc nhất không tương thích thì

hiện bước 4. Ngược lại, thì thực hiện bước 3.
Bước 3: Xác định vectơ gradient của hàm mục tiêu tại mức cơ bản
và xuất phát. Chọn điểm tìm được làm điểm xuất phát mới và quay về
bước 2.
Bước 4: Làm các thử nghiệm theo QH cấp hai (trực giao hoặc quay).
- 14 -

Bước 5: Xây dựng PTHQ bậc hai. Nếu PTHQ bậc hai không tương
thích thì chuyển tới thực hiện bước 6. Ngược lại, nếu PTHQ bậc hai
tương thích thì thực hiện bước 7.
Bước 6: Thu hẹp khoảng biến thiên của các biến đầu vào rồi quay về
bước 5.
Bước 7: Tìm cực trị của hàm mục tiêu thu được ở dạng PTHQ bậc
hai thu được ở bước 5 và làm lại thực nghiệm để kiểm chứng và đánh
giá kết quả.
3.2. Phần mềm QHTN DX6
Các bài toán tối ưu trong kỹ thuật thường là bài toán lớn với những
tham số với điều kiện đầu vào dẫn tới việc tính toán xác định tham số tối
ưu cần khối lượng lớn và mất nhiều thời gian. Nhằm giảm thời gian
trong quá trình thực hiện, phần mềm DX6 là một trong những phần
mềm đáp ứng được yêu cầu này.

3.2.1. Giới thiệu phần mềm DX6
Phần mềm DX6 là phần mềm QHTN được thương mại hóa và sử
dụng rộng rãi trong các ngành khoa học kỹ thuật như hoá học, vật liệu,
cơ khí v.v. nhằm xây dựng và giải các bài toán thực nghiệm. Phần mềm
được xây dựng dựa trên những lý thuyết cơ bản của xác suất thống kê và
lý thuyết QHTN.
3.2.2. Các bước thực hiện cơ bản trên phần mềm DX6
Bước 1. Đặt tên và thứ nguyên của các yếu tố đầu vào.

Bước 2. Khai báo các biến đầu ra.
Bước 3. Lựa chọn phương pháp thiết kế thí nghiệm.
Bước 4. Các điểm thử nghiệm.
Bước 5. Lựa chọn các thông số quy hoạch.
Bước 6. Lựa chọn mô hình toán học.
3.2.3. Phân tích kết quả
Bước 1. Lựa chọn kiểu hiển thị.
Bước 2. Kiểm tra sự phù hợp của mô hình theo chuẩn Fisher.
Bước 3. Dạng phương trình hồi quy tìm được.
Bước 4. Khảo sát giá trị yếu tố đầu ra phụ thuộc yếu tố đầu vào.
3.2.4. Giải bài toán tối ưu hoá trên phần mềm DX6
Bước 1. Lựa chọn mục tiêu tối ưu và khoảng khảo sát của các yếu tố
đầu vào.
Bước 2. Tìm kết quả giải bài toán tối ưu.
- 15 -

3.3. Thực hiện tối ưu tham số điều chỉnh động cơ
3.3.1. Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh tới các tính năng kinh
tế kỹ thuật của động cơ sử dụng hệ thống CR
Việc điều chỉnh chính xác
các tham số sẽ nâng cao được
tính năng kinh tế và kỹ thuật của
động cơ. Hình 3.18 cho thấy ảnh
hưởng của một số tham số điều
chỉnh cơ bản tới tính năng kinh
tế kỹ thuật của một động cơ
trong đó việc tăng áp suất phun
(p
f
) có thể cải thiện công suất,

giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát
thải độc hại [65]. Trong khi tối
ưu góc phun sớm (φ
s
) không chỉ
cải thiện các tính năng này mà
nó còn có khả năng giúp giảm ồn
cho động cơ. Bằng cách thay đổi
quy luật cung cấp nhiên liệu như
tăng số lần phun trong một chu
trình có thể giúp giảm phát thải
độc hại và ồn.
Áp suất phun cao sẽ làm tăng
chiều dài tia phun và tốc độ
nhiên liệu giúp cho nhiên liệu
phun tơi hơn như thể hiện trên
Hình 3.19 [65], và được phân bố
khắp không gian buồng cháy
đảm bảo nhiên liệu bay hơi
nhanh và hòa trộn đồng đều do
đó sẽ giúp quá trình cháy được
cải thiện. Tuy nhiên áp suất cao cũng làm tăng tốc độ cháy của hỗn hợp,
làm tăng rung động và ồn của động cơ.
Nhiệt độ nước làm mát (T
lm
) có ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên
liệu, hao mòn động cơ và phát thải khí độc hại. Nhưng không ảnh hưởng
nhiều đến công suất cũng như độ ồn của động cơ.

Hình 3.18. Ảnh hưởng của các tham số điều

chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của động
cơ [65]


Hình 3.19. Ảnh hưởng của áp suất phun [65]
- 16 -

Nhiệt độ dầu bôi trơn (T
bt
) có ảnh hưởng đến lực cản ma sát dẫn đến
sự tiêu hao nhiên liệu. Tuy nhiên mức độ ảnh hưởng đến công suất động
cơ, độ ồn và nồng độ khí thải không nhiều.
Nhiệt độ khí nạp (T
kn
) cũng là một tham số ảnh hưởng đến tiêu hao
nhiên liệu.
Qua phân tích và khảo sát như trên thì hai tham số điều chỉnh φ
s
, p
f
là
hai tham số cơ bản quan trọng nhất của động cơ bởi nó quyết định tới cả
công suất, tiêu hao nhiên liệu, sự phát thải và độ ồn của động cơ. Còn
các thông số khác có ảnh hưởng nhưng không nhiều. Vì vậy chọn hai
tham số φ
s
, p
f
được điều chỉnh để khảo sát được xem như là tham số
tiêu biểu. Do đó trong quá trình thí nghiệm các tham số không khảo sát

được giữ ổn định ở chế độ hợp lý đối với từng loại động cơ.
3.3.2. Quy trình tối ưu các tham số điều chỉnh
Tối ưu các tham số điều chỉnh được thực hiện tại các chế độ làm việc
với các hàm mục tiêu khác nhau thông qua nhiều ma trận thử nghiệm.
Việc xác định bộ tham số (φ
s
, p
f
) tối ưu được tiến hành bằng thực
nghiệm. Ứng với mỗi chế độ làm việc, giá trị (φ
s
, p
f
) tối ưu được lựa
chọn theo mục tiêu tính kinh tế và tính hiệu quả cao nhất. Do hai thông
số φ
s
và p
f
ảnh hưởng đồng thời đến đặc tính làm việc của động cơ [65].
Cho nên việc xác định hai thông số này cần phải được tiến hành đồng
thời.
Theo đặc tính điều chỉnh, mô men có ích (M
e
) theo p
f
và φ
s
luôn có
xu hướng đạt cực trị ở một giá trị nhất định [2]. Ngoài ra do giới hạn

nghiên cứu của luận án, với hai thông số đầu vào nên việc thực hiện số
điểm thử nghiệm theo lý thuyết QHTN là không nhiều. Do đó nghiên
cứu này đã lựa chọn phương pháp QHTG cấp II mà bỏ qua tuần tự đi từ
phương pháp QHTG cấp I.
3.3.3. Tiến hành bài toán quy hoạch trực giao cấp II
Hai thông số đầu vào là φ
s
, p
f
và một thông số đầu ra là mô men dạng
phương trình hồi quy sẽ có dạng như sau:
y = b
0
+ b
1
x
1
+ b
2
x
2
+ b
12
x
1
x
2
+ b
11
x

1
2
+ b
22
x
2
2
(3.33)
Ma trận thử nghiệm được xây dựng theo phương án thực nghiệm bậc
2 của Box – Wilson.
3.4. Kết luận chương 3
Nêu lên các phương pháp QHTN trong việc nghiên cứu thực nghiệm.
Quy trình áp dụng QHTN để tìm bộ tham số điều chỉnh tối ưu.
Sử dụng phần mềm QHTN DX6 cho quá trình thiết kế thí nghiệm và
- 17 -

cũng như việc giải bài toán tối ưu tìm bộ dữ liệu chuẩn.
Tham số điều chỉnh (φ
s
, p
f
) là hai tham số quan trọng nhất và ảnh
hưởng đến động cơ được chọn làm thí nghiệm mà không giảm tính tổng
quát của bài toán.
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG BỘ
DỮ LIỆU CHUẨN TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL AVL 5402
4.1. Mục đích
Ứng dụng QHTN xây dựng bộ dữ liệu chuẩn trên động cơ diesel

AVL 5402 có sử dụng HTNL CR.

4.2. Nội dung thử nghiệm
- Xác định miền khảo sát của các tham số φ
s
, p
f
.
- Dùng thực nghiệm để xác định hàm hồi quy thể hiện quan hệ biến
điều khiển với hàm mục tiêu M
emax
, G
nlmin
.
- Xác định các giá trị tối ưu của tham số điều chỉnh φ
s
, p
f
.
- Đánh giá độ tin cậy của bộ tham số điều khiển tối ưu thu được.
4.3. Thiết bị và đối tượng thử nghiệm
4.3.1. Thiết bị thử nghiệm
Các thử nghiệm được thực
hiện trên băng thử động cơ một
xylanh tại PTN ĐCĐT. Băng thử
được điều khiển bằng phần mềm
PUMA, ngoài ra, để thực hiện
thay đổi các tham số điều chỉnh
của động cơ, băng thử còn được
trang bị thêm phần mềm INCA
với ECU mở, sơ đồ kết nối các

hệ thống thể hiện trên hình 4.1.
4.3.2. Động cơ thử nghiệm
Đối tượng nghiên cứu là động
cơ thử nghiệm AVL 5402, được
trang bị HTNL CR, trong đó có
sử dụng ECU mở để điều khiển
được tham số điều khiển trong
HTNL. Các thông số chính của
ĐC được thể hiện trong bảng 4.2.



Hình 4.1. Sơ đồ bố trí băng thử động cơ
AVL-5402
B
ả
ng 4.2
. Thông số kỹ thuật của động cơ
TT Thông số KT Giá trị
1 Kiểu động cơ

Diesel 4 kỳ, không t/áp
2 N
e
9 (kW)
3 n 3000 (v/ph)
4 D 85 (mm)
5 S 90 (mm)
6 ε 17,1
7 Số xylanh 1

- 18 -

4.4. Quy trình và điều kiện thử nghiệm
4.4.1. Quy trình thử nghiệm
Trên cơ sở các thông số kỹ
thuật của động cơ AVL 5402,
dải tốc độ khảo sát lựa chọn từ
n
min
= 1000 đến n
max
= 3000
v/ph như thể hiện trên Hình
4.8. Dải tốc độ và tải được
chia thành 10 khoảng đều
nhau tương ứng với n = 200
v/ph và tải = 10%.
Việc xác định bộ số liệu
(φ
s
, p
f
) tối ưu của động cơ
được thực hiện thông qua việc
xây dựng các đường đặc tính
của động cơ và bao gồm các
bước thể hiện trên Hình 4.9.
4.4.2. Điều kiện thử nghiệm
- Băng thử, thiết bị đo và động cơ phải tiến hành kiểm tra, hiệu chuẩn.

- Nhiệt độ phòng, nước làm mát, dầu bôi trơn và nhiên liệu được duy
trì ổn định.
4.5. Tiến hành thử nghiệm và kết quả
4.5.1. Xây dựng đường đặc tính ngoài
Đặc tính ngoài của động cơ được lựa chọn khảo sát là đặc tính ngoài
sử dụng, được định nghĩa là đường đặc tính tiến sát tới đường đặc tính
khói đen và được xác định thông qua việc đo độ khói bằng thiết bị
Smokemeter [67].
Trong luận án để xác định điểm thử nghiệm nằm trên đường đặc tính
ngoài thì tại điểm tâm quy hoạch (φ
s
, p
f
) tiến hành điều chỉnh lượng
nhiên liệu phun G
nl
sao cho độ khói đo được đạt tới giá trị đặt trước FSN
= 9,5 [67]. Tại mỗi ma trận thử nghiệm giá trị G
nl
được giữ cố định.
4.5.1.1. Xây dựng thử nghiệm tại tốc độ 3000 v/ph
Quy trình thử nghiệm tại tốc độ 3000 v/ph được thiết kế theo
phương
pháp QHTG cấp II. Giá trị (φ
s
, p
f
) tối ưu được xác định bằng
cách tiến hành tuần tự theo các bước như mục 4.4.1. Thông qua các

Hình 4.9. Các bước xây dựng bộ tham số (φ
s
, p
f
)
tối ưu
Hình 4.8. Vùng làm việc của động cơ
- 19 -

thông số kỹ thuật của động cơ, băng thử và các kết quả nghiên cứu tại
PTN-ĐCĐT, miền khảo sát p
f
và φ
s
, được lựa chọn như sau:


0 0
s
400bar p 800bar
8 32
f

 



 



Như vậy tâm quy hoạch (φ
s
, p
f
) = (20
0
; 600 bar). Để thống nhất ký
hiệu và thuận tiện trong quá trình thiết lập thử nghiệm, tiến hành mã hóa
với x
1
là φ
s
, x
2
là p
f
.
Với số lượng yếu tố đầu vào là 2, số thử nghiệm cần thực hiện N =
10 kết quả thể hiện như bảng 4.3 với 4 thử nghiệm ở mức trên và mức
dưới, 4 thử nghiệm ở mức “sao” và 2 thử nghiệm ở mức trung tâm [16,
27, 31].
Như vậy hàm số mô men
phụ thuộc p
f
và φ
s
tại tốc độ n =
3000 v/ph được thể hiện như
công thức sau:

M
e
= 28,95 – 0,071*X
1
+
0,154*X
2
– 2,55*X
12
-0,35*X
22
–
0,55*X
1
*X
2
(4.1)
Kết quả tính toán hệ số
Fisher trên phần mềm cho thấy
F
tn
=25,95 trong khi đó tra bảng
tiêu chuẩn Fisher (phụ lục 3) F
= 224,6. So sánh nhận thấy F
tn

< F do đó mô hình toán đã
chọn phù hợp với thực nghiệm.
Kết quả khảo sát cho thấy giá trị mômen lớn nhất là M
emax

= 28,97
Nm tại điểm (X
1
, X
2
) = (-0,04; 0,25) quy đổi từ giá trị mã hóa sang giá
trị thực (x
1
, x
2
) = (19,52
0
; 650 bar).
4.5.1.2. Xây dựng thử nghiệm tại điểm n
max
– Δn
4.5.1.3. Xây dựng thử nghiệm tại điểm n
max
– k.Δn
Với biến k chạy từ 2 đến 10, việc thiết kế thí nghiệm được tiến hành
tương tự như đối với điểm 3000 v/ph và 2800 v/ph, với các giá trị (φ
s
,
p
f
) tối ưu tìm được tại điểm n
max
– (k-1).Δn sẽ được chọn làm tâm quy
hoạch cho điểm n
max

– k.Δn.
Sau khi tính toán trên phần mềm DX6, kết quả thể hiện mối quan hệ
giữa mô men với φ
s
, p
f
cũng như bộ thông số φ
s
và p
f
tối ưu theo tốc độ
B
ả
ng 4.3.
Các điểm thử nghiệm tại tốc độ
3000 v/ph
TT x
1
x
2
X
1
X
2

M
e

(N.m)
1 8 400 -1 -1

25,5
2 32 400 1 -1
26,6
3 8 800 -1 1
27,5
4 32 800 1 1
26,4
5 3 600 -1,41 0
23,6
6 37 600 1,41 0
23,2
7 20 320 0 -1,41
28
8 20 880 0 1,41
27,6
9 20 600 0 0
28,5
10 20 600 0 0
28,5

- 20 -

động cơ ở đường đặc tính ngoài được tổng hợp theo bảng 4.8 và Hình
4.16.
Từ Hình 4.16 cho thấy giá trị mô men lớn nhất trên đường đặc tính
ngoài đạt được tại tốc độ 2000 v/ph. Giá trị (φ
s
, p
f
) tối ưu có xu hướng

tăng khi tốc độ động cơ tăng. Trong đó giá trị của φ
s
thay đổi trong
khoảng từ 10
0
đến 20
0
, giá trị của p
f
tương ứng thay đổi trong khoảng từ
540 ÷ 650 bar.











4.5.2. Xây dựng đường đặc tính không tải
Việc xây dựng đặc tính không tải thông qua việc xác định bộ thông
số tối ưu ở chế độ không tải tại các tốc độ khác nhau với hàm mục tiêu
là chọn (φ
s
, p
f
) sao cho lượng nhiên liệu tiêu thụ (G

nl
) là nhỏ nhất.
Quá trình xây dựng xuất phát từ điểm n
min
= 1000 v/ph đến điểm n
max

= 3000 v/ph với Δn = 200 v/ph. Quy trình xác định giá trị (φ
s
, p
f
) tối ưu
tại các tốc độ khác nhau.
4.5.2.1. Xây dựng thử nghiệm tại tốc độ n
min

Sau khi thực hiện một số thử nghiệm thăm dò, chọn dải (φ
s
, p
f
) khảo
sát như sau:


Như vậy tâm quy hoạch là (
0 0
,
s f
p


) = (8
0
; 300 bar).
Ma trận thí nghiệm được xây dựng theo phương pháp QHTG cấp II
với 10 thử nghiệm thể hiện trong bảng 4.9.

Như vậy hàm số G
nl
phụ thuộc p
f

và φ
s
được thể hiện như công thức
sau:
200 bar ≤
p
f
≤ 400 bar

4
0
≤ φ
s
≤ 12
0


B
ả

ng 4.8
.
Giá trị mô men lớn
nhất ở đường đặc tính ngoài
Tốc độ
(v/ph)
φ
s
(độ)
p
f

(bar)
M
e
(N.m)
1000 10,44 542,29 27,59
1200 12,61 575,2 28,45
1400 15,14 588,2 29,46
1600 16,98 598,5 30,38
1800 17,47 608,1 31,19
2000 17,64 615,7 31,61
2200 17,87 614,8 31,33
2400 18,11 621,8 30,59
2600 18,5 622,6 30,18
2800 19,07 627,5 29,58
3000 19,52 650 28,97

Hình 4.16.
Bộ thông số tối ưu ở đường
đặc tính ngoài
- 21 -

G
nl
= 88,75 + 6,98*X
1
+ 12,59*X
2
+50,00*X
1
2
+40,00*X
2
2
+ 2,5*X
1
*X
2
(4.3)

Kiểm tra sự phù hợp của mô
hình theo chuẩn Fisher (phụ lục
3), kết quả tính toán từ phần
mềm cho thấy F
tn
= 6,77 <
224,6. Như vậy mô hình toán
học đã lựa chọn là phù hợp với
thực nghiệm.
Với hàm G
nl
đã xác định ở
trên tiến hành khảo sát tìm điểm
(φ
s
, p
f
) có G
nlmin
. Kết quả chạy
trên phần mềm cho thấy điểm
(φ
s
, p
f
) = (7,72; 284) là điểm có
G
nl
thấp nhất với G
nl

= 87,54 g/h.
4.5.2.2. Xây dựng thử nghiệm
tại tốc độ n
min
+ Δn
4.5.2.3 Thực hiện tại điểm n
min
+ k.Δn
Với k = 2 ÷ 10, thực hiện tương tự như tại tốc độ 1000 v/ph và 1200
v/ph với một số điểm cần lưu ý như sau:
Chọn (φ
s
, p
f
) tìm được tại điểm n
max
+ (k-1).Δn làm tâm xoay cho
điểm n
max
+ k.Δn.
Kết quả thể hiện mối quan hệ giữa G
nl
với φ
s
, p
f
cũng như bộ thông
số (φ
s
, p

f
) tối ưu theo tốc độ động cơ ở đường đặc tính không tải được
tổng hợp theo bảng 4.13 và Hình 4.22. Từ các đường đặc tính này bộ
thông số tại các điểm tốc độ không khảo sát là: 1600, 2000, 2400 và
2800 v/ph được tính toán theo phương pháp nội suy.
B
ả
ng 4.9.
Các điểm thử nghiệm tốc độ
1000 v/ph
TT x
1
x
2
X
1
X
2

G
nl

(g/h)
1 4 200 -1 -1
140
2 12 200 1 -1
170
3 4 400 -1 1
150
4 12 400 1 1

190
5 2,36 300 -1,41 0
210
6 13,64 300 1,41 0
200
7 8 159 0 -1,41
160
8 8 441 0 1,41
210
9 8 300 0 0
100
10 8 300 0 0
110



Hình

4.22 B
ộ

thông s
ố

t
ố
i ưu
ở

đư

ờ
ng đ
ặ
c
tính không tải
- 22 -

4.5.3. Xây dựng các đường đặc tính tải
Trên cơ sở phương pháp phân vùng - chia lưới, do vậy sẽ giảm số
mắt lưới cần thử nghiệm từ 121 xuống còn 69. Như vậy, sau khi thử
nghiệm xác định bộ tham số (φ
s
, p
f
) và M
e-max
tại các mắt lưới được lựa
chọn khảo sát bằng QHTN, cũng như thực hiện phép nội suy tại các mắt
lưới không thử nghiệm sẽ cho kết quả bộ tham số như thể hiện trên các
bảng 4.17, 4.18 và 4.19, các giá trị ở ô được tô màu đậm là giá trị cơ sở.

B
ả
ng 4.17
. B
ộ

thông s
ố

φ
s
t
ố
i ưu sau khi n
ộ
i suy

T
ả
i
(%)


n (v/ph)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1000 7,72 7,21 6,32 5,43 7,3 9,64 9,78 11,74 11,52 10,72 10,44
1200 8,76 4,23 5,85 4,62 7,46 10,77 11,2 13,7 13,7 13 12,61
1400 10,71 8,11 8,24 9,41 10,33 11,9 14,58 16,8 15,95 15,36 15,14
1600 11,42 9,25 10,75 11,7 13,52 16,2 18,4 18,55 18,2 17,38 16,98
1800 12,12 10,82 13,8 15,08 15,6 17,1 19,68 20,8 20,18 18,6 17,47
2000 13,35 11,87 15,1 15,85 15,8 18,98 22,4 23,75 23,1 20,76 17,64
2200 14,57 12,93 16,4 17,91 18,5 20,6 22,44 24,97 25,4 23,7 17,87
2400 15,1 13,5 17,24 18,62 19,05 20,83 22,48 25,46 26,3 22,6 18,11
2600 15,62 14,07 18,1 19,03 20,16 21,2 23,06 24,36 24,45 21,82 18,5
2800 16,77 17,85 18,53 19,25 20,78 22,07 24,21 25,02 25,31 22,6 19,07
3000 17,92 18,62 18,9 19,74 21,4 22,93 25,11 26,2 26,2 23,1 19,52

B
ả
ng 4.18
. B
ộ

thông s
ố

p
f

t
ố
i ưu sau khi n
ộ
i suy

T
ả
i (%)

n (v/ph)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1000 284 334,1 387,6 421,7 436,13 456,4 506,14 524,37 536,29 532,5 542,3
1200 313,2 368,5 394,9 466,3 468,44 476,85 521,1 532,9 538,4 528,14 575,2
1400 334,9 377,25 402,2 474,6 482,72 497,3 518,25 533,7 542,85 536,41 588,2
1600 340,4 386 399,3 488,2 497,18 512,8 515,4 514,45 547,3 543,41 598,5
1800 345,9 369,55 396,4 430,05 452,8 481,6 499,55 495,2 548,65 548,6 608,1
2000 342,7 370,42 401,35 425,07 438 493,5 483,7 474,72 550 568,95 615,7
2200 339,5 371,29 406,3 428,38 439,6 505,4 486,7 473,89 545,2 589,3 614,8
2400 337,45 360,91 387,5 421,8 445,4 492 489,7 470,86 535,6 592,7 621,8
2600 335,4 350,43 368,5 413,7 412,7 478,6 477,5 462,5 529,6 575,8 622,6
2800 331,85 345,7 362,55 405,6 408,2 469,62 465,3 464,9 523,6 588,6 627,5
3000 328,3 340,97 356,6 400,1 403,7 468,49 465,93 467,3 514,26 567,4 650

- 23 -

Các bộ số liệu φ
s
(bảng 4.17), p
f
(bảng 4.18) sẽ là bộ dữ liệu cơ sở
nạp vào ECU động cơ. Từ bộ số liệu cơ sở ECU sẽ tính toán giá trị φ
s
và
p

f
tại các điểm làm việc khác của động cơ.
4.5.4. Đánh giá độ tin cậy của kết quả
Kết quả so sánh giữa tính toán và thử nghiệm trong bảng 4.20. Qua
tính toán và so sánh thấy được sai lệch lớn nhất giữa kết quả tính từ
QHTN và đo trên băng thử cho thấy M
e
giữa tính toán và thử nghiệm
khá sát nhau với sai lệch lớn nhất là 0,6% tại tốc độ 1600 v/ph và trên
toàn dải tốc độ là 0,11%. Như vậy kết quả thu được từ QHTN đảm bảo
độ tin cậy.
Bảng 4.20. So sánh M
e
giữa tính toán và thực nghiệm
n (v/ph) φ
s
(độ) p
f
(bar)
M
emaxtt
(N.m)
M
emaxđo
(N.m)
Sai lệch
(%)
1000 10,44 542,29 27,59 27,55 -0,145
1200 12,61 575,2 28,45 28,55 0,35
1400 15,14 588,2 29,46 29,5 0,136

1600 16,98 598,5 30,38 30,2 -0,6
1800 17,47 608,1 31,19 31,1 -0,289
2000 17,64 615,7 31,61 31,5 -0,35
2200 17,87 614,8 31,33 31,25 -0,256
2400 18,11 621,8 30,59 30,6 0,0327
2600 18,5 622,6 30,18 30,20 0,066
2800 19,07 627,5 29,58 29,5 -0,271
3000 19,52 650 28,97 29 0,103
Sai lệch trung bình -0,111

B
ả
ng 4.19.
B
ộ

thông s
ố

M
e

t
ố
i ưu sau khi n
ộ
i suy


T

ả
i
(%)
n (v/ph)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1000 3,9 8,1 11,9 15,45 19,5 22,19 24,48 25,46 27,16 27,59
1200 4,7 8,6 12,4 16,09 20,3 23,1 25,48 26,5 27,66 28,45
1400 5,1 9,2 13,4 16,98 21,1 23,7 26,2 27,3 28,51 29,46
1600 5,5 9,48 14,1 17,62 21,7 24,4 26,4 28,2 29,3 30,38
1800 4,79 9,1 13,55 17,2 21,4 24,35 26,8 28,49 30,12 31,19
2000 4,86 9,22 13,8 18,4 21,69 24,8 26,83 28,85 30,27 31,61
2200 4,92 9,34 13,77 18,5 22,15 24,14 26,9 29,65 30,48 31,33
2400 4,72 8,96 13,46 17,82 21,23 23,48 25,89 28,3 29,57 30,59
2600 4,66 8,85 13,03 17,65 21,45 23,15 25,87 27,7 29,32 30,18
2800 4,72 8,47 12,16 17,31 19,56 21,81 25,05 27,31 28,61 29,58
3000 4,55 8,16 11,85 16,98 19,18 21,39 25,21 26,42 27,63 28,97

- 24 -

4.6. Kết luận chương 4
Đã xây dựng bộ dữ liệu chuẩn với hai thông số điều chỉnh (φ
s
, p
f
)
cho động cơ AVL 5402 theo quy trình đã xây dựng, bằng QHTN trực
giao cấp II với phần mềm DX6.
Áp dụng phương pháp QHTG cấp II, tại mỗi điểm làm việc của động
cơ cần thực hiện 10 thí nghiệm để xác định được giá trị (φ
s

, p
f
). Bộ
thông số (φ
s
, p
f
) tối ưu cơ sở của động cơ được xác định thông qua thực
hiện tuần tự tại các điểm làm việc cơ sở.
Tìm ra được bộ thông số tối ưu ở các điểm cơ sở và từ đó tìm bộ
thông số tối ưu toàn bộ dựa theo phương pháp nội suy.
Bộ thông số (φ
s
, p
f
) tối ưu sẽ là bộ thông số cơ sở nạp vào ECU để
điều khiển động cơ trong qua trình làm việc thực tế.
Đã đánh giá độ tin cậy của bộ dữ liệu thu được theo qui định của
QHTN.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận chung
Đưa ra một cách hệ thống về phương pháp xây dựng bộ dữ liệu
chuẩn cho ECU của HTNL ĐKĐT.
Xây dựng bộ dữ liệu các tham số điều khiển tối ưu của HTNL CR
cho ECU của động cơ AVL 5402 như một ví dụ của phương pháp đã
nêu.
Thiết lập quy trình xây dựng và bộ dữ liệu (φ
s
, p
f

) tối ưu của động cơ.
Kết quả đạt được có thể coi là cơ sở để tiến hành nghiên cứu sâu thêm
hoặc mở rộng hơn nữa cho các ĐCĐT có trang bị HTNL điện tử.
Kết quả luận án là tài liệu tham khảo trong nghiên cứu phát triển
động cơ và đào tạo chuyên sâu về chuyên ngành ĐCĐT.
Các nhà nghiên cứu và khai thác sẽ chủ động trong sử dụng bảo
dưỡng và sửa chữa các động cơ có HTNL ĐKĐT.
Phương hướng phát triển
- Mở rộng các thông số điều chỉnh khác như phun mồi, phun sau…
hoặc giải bài toán tối ưu đa mục tiêu như M
e
, khí thải, độ rung động.
- Nghiên cứu tự động hóa quá trình xây dựng bộ dữ liệu chuẩn trên
băng thử động cơ.