nghiên cứu ứng dụng hệ thống nhiên liệu kiểu common-rail điều khiển điện tử cho động cơ diesel dsc-80

MỤC LỤC
Chương, mục Trang
Mở đầu 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail 3
1.2. Động cơ diesel DSC – 80 5
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG CÁC BỘ SỐ LIỆU
2.1. Vấn đề chung và kỹ thuật sử dụng 8
2.2. Xây dựng số liệu đặc tính tốc độ 11
2.3. Xây dựng bộ số liệu về đặc tính điều chỉnh 13
2.4. Xác định g
ct
ở số vòng quay ổn định nhỏ nhất 16
2.5. Đặc tính điều tốc 18
2.6. Hiệu chỉnh các đường cong đặc tính 21
CHƯƠNG 3. BỘ ĐIỀU KHIỂN DIESEL ĐIỆN TỬ
3.1. Giới thiệu 26
3.2. Lựa chọn vòi phun hệ thống nhiên liệu CR 27
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến lượng cấp nhiên liệu của vòi phun HEUI 31
3.4. Xây dựng mối liên hệ giữa g
ct
với độ rộng xung 33
3.5. Lập trình cho bộ điều khiển diesel điện tử 34
CHƯƠNG 4. MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CR TRÊN ĐỘNG
CƠ DSC-80
4.1. Mô hình phần tử vòi phun

4
0
4.2. Mô hình hệ thống nhiên liệu CR 42
4.3. Kết quả khảo sát động cơ DSC-80 sử dụng hệ thống nhiên liệu CR 45

KẾT LUẬN 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO 48
MỞ ĐẦU
Sau hơn một thế kỷ kể từ khi ra đời, ngành động cơ đốt trong ngày nay đã đạt
được những thành tựu to lớn trong nghiên cứu phát triển, cho ra đời các sản phẩm
ngày càng hoàn thiện đáp ứng yêu cầu khắt khe của xã hội. Một trong những thành
tựu nổi bật đó là ứng dụng cơ - điện tử trong nghiên cứu phát triển động cơ. Việc sử
dụng các loại hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử được áp dụng rộng rãi trong
những năm cuối thế kỷ 20 đã tạo ra những thế hệ động cơ hiện đại, đạt được các
chỉ tiêu kinh tế - năng lượng nổi trội, thân thiện với môi trường. Hệ thống cung cấp
nhiên liệu diesel điều khiển điện tử kiểu Common Rail (CR) được phát minh và ứng
dụng cuối thế kỷ 20 là một trong số đó
Hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail (CR) có nhiều ưu điểm nổi bật so
với các hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống như: hiệu suất có ích của động cơ
cao, giảm độ độc hại khí xả, tăng công suất động cơ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu,
giảm ồn, giảm rung động, làm việc có độ tin cậy cao ở tất cả các chế độ công tác;
giảm các công đoạn hiệu chỉnh cơ khí, làm việc ổn định tại tốc độ thấp, dễ kết hợp
với các hệ thống khác (xử lý khí thải, …).
Ở Việt nam, các loại động cơ có sử dụng hệ thống nhiên liệu diesel kiểu CR
ngày càng trở nên phổ biến. Trong lĩnh vực máy tàu biển, các động cơ trung tốc và
thấp tốc của các hãng chuyên sản xuất động cơ cho các tàu vận tải như: MAN,
Sulzer, Mitsubishi … cũng như các loại động cơ lắp trên các tàu cảnh sát biển và
một số tàu tuần tra, tàu chiến như MTU đã sử dụng loại động cơ tăng áp với hệ
thống nhiên liệu CR. Trong lĩnh vực giao thông vận tải và máy xây dựng, rất nhiều
các phương tiện hiện đại đã sử dụng loại động cơ này như: động cơ CRDi của
Hyundai (SantaFe, xe tải hạng trung ), động cơ NISSAN lắp trên các xe của
Trường Hải – Thaco, động cơ TDCi của hãng Ford, động cơ D-4D của Toyota,
ISUZU, Komatsu, Catepilar, … trên một số xe quân sự thế hệ mới cũng đã sử dụng
hệ thống nhiên liệu này.
Động cơ DSC-80 là động cơ do Công ty Diesel Sông công sản xuất trên dây

chuyền công nghệ của Belarus chuyển giao những năm 60 của thế kỷ trước. Trong
quá trình sản xuất, động cơ DSC-80 không ngừng được nghiên cứu hoàn thiện để
phù hợp với các yêu cầu sử dụng khác nhau. Theo các quy định mới về môi trường,
2
từ tháng 7 năm 2007, các động cơ sản xuất, lắp ráp, nhập khẩu mới đều phải đáp
ứng được các tiêu chuẩn khí thải EURO-II. Bên cạnh các giải pháp như dùng bộ
trung hoà khí xả, việc nghiên cứu ứng dụng điện tử hoá hệ thống nhiên liệu cũng là
hướng được ưu tiên nghiên cứu và phát triển. Xuất phát từ những đặc điểm đó,
nhóm nghiên cứu được giao nhiệm vụ: Nghiªn cøu øng dông hÖ thèng nhiªn liÖu
kiÓu Common-Rail ®iÒu khiÓn ®iÖn tö cho ®éng c¬ diesel DSC-80.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
 Tiếp cận và làm chủ hệ thống nhiện liệu hiện đại kiểu CR.
 Nghiên cứu khả năng thay thế hệ thống nhiên liệu truyền thống bằng hệ
thống nhiên liệu có điều khiển điện tử kiểu CR, trong đó trọng tâm là nghiên
cứu quy trình xây dựng bộ số liệu mô tả các chế độ làm việc của động cơ
(Engine Maps - EMs) và xây dựng biểu đồ phun nhiên liệu (Injection Maps -
IMs), phục vụ cho việc thiết kế chế tạo bộ điều khiển diesel điện tử EDC
(hay ECU) – đây là khâu quan trọng nhất trong nghiên cứu thay thế hệ thống
nhiên liệu vì không thể có chung bộ EDC cho các loại động cơ khác nhau
như các chi tiết tiêu chuẩn khác (vòi phun, bơm cao áp, ống phân phối hay
bình tích áp )
 Lựa chọn một loại vòi phun mẫu, đồng bộ hoá các đặc tính của vòi phun và
biểu đồ phun đã xây dựng.
Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu các tài liệu lý thuyết, xây dựng mô hình mô phỏng động cơ DSC-
80 kết hợp các bộ số liệu thực nghiệm đo được trong phòng thí nghiệm để hiệu
chỉnh mô hình, qua đó xây dựng các đặc tính tốc độ, điều chỉnh, không tải, điều tốc
làm bộ EMs. Sử dụng công cụ tối ưu kết hợp mô hình mô phỏng xác định biểu đồ
phun nhiên liệu IMs.
3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu Common Rail
Hệ thống nhiên liệu kiểu CR đầu tiên do Robert Huber (Thụy Sĩ) phát minh
những năm cuối của thập niên 60 thế kỷ 20, sau đó được tiến sĩ Marco Ganser
thuộc viện công nghệ Liên bang Thụy sĩ và Ganser-Hydromag AG (Thụy sĩ) phát
triển [9]. Những năm giữa thập niên 90 (TK20), Tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko
Miyaki của Công ty sản xuất phụ tùng Denso (Nhật bản) phát triển ứng dụng trên
các xe tải hạng nặng và được sử dụng trên xe tải Hino. Cũng trong những năm đó,
hãng Robert Bosh GmbH (Đức), Fiat (Italia) đã ứng dụng hệ thống này lên các xe
chở khách. Kể từ đó, hệ thống nhiên liệu CR được sử dụng rộng rãi trên các động
cơ diesel, từ các xe du lịch loại nhỏ cho đến các loại tàu thuyền cỡ lớn. Ngày nay,
hệ thống nhiên liệu CR đã thực sự mang lại cuộc cách mạng trong công nghệ động
cơ diesel, nó đã làm thay đổi hẳn quan điểm của người sử dụng luôn cho rằng động
cơ diesel "bẩn, ồn và chậm chạp". Các nhà cung cấp chính các linh kiện, phụ tùng
của hệ thống nhiên liệu kiểu CR Robert Bosch GmbH, Delphi Automotive Systems,
Denso Corporation và Siemens VDO đã biến hệ thống này trở thành một hệ thống
tiêu chuẩn trên động cơ diesel.
Hình 1.1 mô tả sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu Common Rail [9]. Hệ
thống nhiên liệu kiểu CR thông thường bao gồm các bộ phận chính: bơm nhiên liệu
(thấp áp và cao áp), đường ống cao áp, đường ống thấp áp, các cảm biến, bộ điều
khiển điện tử ECU, bình tích áp hay ống phân phối (accumulator - rail), van điều áp,
giảm chấn thuỷ lực, vòi phun điều khiển điện tử Trong hệ thống CR kiểu bình tích
áp, bơm cao áp cung cấp nhiên liệu vơi áp suất cao vào bình tích áp - áp suất trong
bình tích áp có thể lên tới 200 MPa trên các hệ thống CR thế hệ thứ tư (được xác
định bởi áp suất phun thiết lập trong ECU) không phụ thuộc vào tốc độ động cơ và
lượng nhiên liệu được cấp vào. Lượng nhiên liệu được phun vào buồng cháy phù
hợp phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ, chất lượng của quá trình tạo hỗn
hợp tốt hơn do nhiên liệu được phun tơi. Bộ điều khiển diesel điện tử sẽ điều khiển
chính xác tất cả các tham số phun như áp suất, thời gian và hành trình nâng kim
phun và các tham số khác.

Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu CR điển hình được giới thiệu trên hình 1 [9].
Vòi phun điện từ cho phép điều khiển dễ dàng thời điểm và lượng nhiên liệu phun
vào xi lanh. Áp suất phun rất cao sẽ xé nhỏ các hạt nhiên liệu (nguyên tử hoá các
4
hạt phun) tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bay hơi và hoà trộn nhiên liệu với
không khí, làm tăng chất lượng tạo hỗn hợp và cháy. Để làm giảm tiếng ồn (một
nhược điểm của động cơ diesel), bộ điều khiển trung tâm (ECU) điều khiển phun
mồi một lượng nhỏ nhiên liệu diesel trước khi điều khiển phun chính, do vậy làm
giảm tốc độ tăng áp suất bên trong xylanh và mức độ rung động của động cơ, đồng
thời cũng tạo điều kiện rất tốt để động cơ dễ dàng khởi động nguội. Một vài hệ
thống nhiên liệu CR hiện đại đã sử dụng phương pháp phun năm giai đoạn cho một
chu trình [9], công nghệ này cho phép cải thiện rất đáng kể các tính năng của động
cơ cũng như giảm thiểu các chất độc hại trong khí thải.
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu Common Rail [9]
5
Hệ thống nhiên liệu CR không chi phí thời gian nhiều cho việc sấy nóng động
cơ, thân thiện với môi trường hơn so với các thế hệ động cơ cũ. Áp suất phun không
phụ thuộc vào chế độ tốc độ và chế độ tải trọng của động cơ, các chất thải như
NOx, PM được giảm thiểu đáp ứng tốt các yêu cầu về ô nhiễm khí thải, đồng thời
tối ưu hoá được các đường đặc tính động cơ. Do bình tích áp đặt giữa bơm nhiên
liệu cao áp và các vòi phun nên có thể giảm đáng kể ảnh hưởng của các dao động áp
suất do bơm gây ra, đồng thời ảnh hưởng nhiễu từ các vòi phun với nhau cũng bị
hạn chế. Một ưu điểm nổi bật nữa của hệ thống CR là khi lắp lên động cơ, nó không
làm thay đổi về mặt kích thước, bố trí chung của động cơ, thậm chí còn thuận tiện
hơn so với việc sử dụng hệ thống nhiên liệu cũ [9].
Nguyên lý làm viêc: Nhiên liệu từ thùng nhiên liệu được bơm nhiên liệu cấp
vào bơm cao áp bơm vào bình tích áp (rail hay accumulator) với áp suất rất lớn từ
136 đến trên 200 MPa và được duy trì ổn định nhờ van điều áp, van hạn chế áp suất
và bộ dập tắt dao động. Áp suất ổn định đó được đưa tới các vòi phun (injector)
theo thứ tự công tác của các xylanh và được điều khiển bởi ECU (EDC). Áp suất

trong bình tích áp được kiểm soát bởi một cảm biến áp suất. Van điện từ của vòi
phun được kích hoạt bởi xung điện do ECU cung cấp, xác định thời điểm bắt đầu và
khoảng thời gian phun. Lượng nhiên liệu phun vào xi lanh được xác định bởi áp
suất nhiên liệu trong bình tích áp và khoảng thời gian kim phun mở, việc phun mồi,
phun hai (hoặc ba) giai đoạn có thể đạt được bằng cách kiểm soát sự đóng mở của
kim phun bằng các xung điện từ tác dụng lên cuộn dây điện từ trên vòi phun. Vòi
phun được sử dụng có thể là vòi phun kiểu van điện từ (solenoid) hoặc kiểu áp điện
(piezo).
1.2. Động cơ diesel DSC - 80
Động cơ DSC – 80 là dòng động cơ diesel máy kéo do Công ty Diesel Sông
công chế tạo từng phần theo dây chuyền công nghệ của Cộng hoà Belarut và độc
quyền phân phối tại Việt Nam. Từ năm 1994 phòng thí nghiệm Bộ môn động cơ -
Khoa động lực - Học viện kỹ thuật quân sự được trang bị loại động cơ này dùng để
xây dựng và khảo sát các đặc tính phục vụ công tác đào tạo, nghiên cứu.
Động cơ DSC – 80 là động cơ 4 kỳ, 4 xilanh bố trí một hàng thẳng đứng, làm
mát bằng nước. Ở Việt Nam, động cơ DSC – 80 cũng đã được chuyển đổi dùng cho
tàu thuyền cỡ nhỏ phục vụ vận tải ven bờ và đánh bắt thuỷ hải sản. Trong quân đội
6
động cơ DSC-80 cũng đã được nghiên cứu thay thế động cơ xăng lắp trên xe ZIL-
130. Hiện nay Công ty Diesel Sông Công vẫn tiếp tục sản xuất và phân phối ở thị
trường Việt nam cho các ngành vận tải đường sông, ven biển và đánh bắt hải sản,
đồng thời liên tục nghiên cứu cường hoá, ghép nối động cơ nhằm tăng công suất
phục vụ đánh bắt xa bờ. Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel của động cơ là loại
bơm cao áp kiểu bơm dãy, 4 phân bơm làm nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cao áp
cho 4 xylanh của động cơ theo thứ tự công tác 1-3-4-2. Các thông số kỹ thuật của
động cơ DSC-80 được trình bày trong bảng 1.1:
Bảng 1.1: Các thông số cơ bản của động cơ DSC-80
STT Thông số Giá trị Đơn vị tính
1 Công suất định mức 80 mã lực
2 Hành trình piston 125 mm

3 Đường kính xi lanh 110 mm
4 Chiều dài thanh truyền 230 mm
5 Số vòng quay định mức 2200 vg/ph
6 Góc mở sớm xupap nạp 10 độ GQTK
7 Góc đóng muộn xupap nạp 46 độ GQTK
8 Góc mở sớm supáp thải 46 -
9 Góc đóng muộn supáp thải 10 -
10 Góc phun sớm 24 -
11 Thứ tự công tác 1-3-4-2
12 Tỷ số nén 16,5
13 Suất tiêu hao nhiên liệu 180 g/mãlực.h
Nhiều tác giả đã sử dụng phương pháp thay thế hệ thống nhiên liệu CR lên các
động cơ hiện có để nghiên cứu hệ thống CR [12]. Việc thay thế hệ thống cung cấp
nhiên liệu truyền thống trên động cơ DSC-80 bằng hệ thông nhiên liệu kiểu
Common Rail là có thể thực hiện được. Các bước cần tiến hành khi nghiên cứu thay
thế hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm:
- Xây dựng bộ số liệu mẫu cho bộ điều khiển diesel EDC (Engine Maps: EMs,
Injection Maps: IMs);
- Hiệu chỉnh đặc tính động cơ theo yêu cầu của máy công tác;
- Lựa chọn sơ đồ hệ thống Common Rail và kiểu vòi phun áp dụng;
- Đồng bộ hoá đặc tính vòi phun và IMs.
7
- Thiết kế và lập trình cho bộ điều khiển diesel điện tử EDC (ECU);
- Khảo sát động cơ DSC-80 sử dụng hệ thống nhiên liệu kiểu CR.
- Nghiên cứu thực nghiệm động cơ mẫu, hiệu chỉnh các thông số của bộ EMs, IMs
cho phù hợp với hệ thống CR mới.
Trong khuôn khổ đề tài, nhóm nghiên cứu tiến hành thực hiện các bước từ 1-
6, việc nghiên cứu thực nghiệm động cơ mẫu sử dụng hệ thống nhiên liệu CR
không được thực hiện.
8

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG CÁC BỘ SỐ LIỆU
2.1. Vấn đề chung và kỹ thuật sử dụng
Việc xây dựng bộ số liệu là một khâu cần thiết nhằm thiết lập dữ liệu đầu vào
cho bộ điều khiển trung tâm ECU, ở đó ECU nhận tín hiệu lấy được từ các cảm biến
như tốc độ động động cơ, vị trí trục khuỷu, vị trí chân ga , sau đó sẽ so sánh với bộ
số liệu mẫu (Engine Maps) để quyết định đưa ra các tín hiệu điều khiển cho cơ cấu
chấp hành là vòi phun, bao gồm thời điểm và lượng nhiên liệu cung cấp cho một
chu trình (g
ct
). Bộ số liệu được xây dựng bằng mô hình mô phỏng động cơ DSC-80
kết hợp các số liệu thực nghiệm đo được trên bệ thử động cơ tại phòng thí nghiệm
AVL Đại học Bách khoa Hà nội và Công ty Diesel Sông công. Trên cơ sở bộ số
liệu, tiến hành hiệu chỉnh đặc tính động cơ theo yêu cầu.
Số liệu về bơm cao áp YTH-5 đo trên bệ thử bơm cao áp được trình bày trên
bảng 2.1 [3]
STT Tốc độ trục BCA (vg/ph) Gnl (kg/h) g
ct
(mg/ct)
1 500 6.97 58.1
2 550 7.92 60.0
3 600 8.76 60.8
4 650 9.71 62.2
5 700 10.49 62.4
6 750 11.20 62.2
7 800 11.84 61.7
8 850 12.50 61.3
9 900 12.90 59.7
10 950 13.31 58.4
11 1000 13.77 57.4
12 1050 14.26 56.6

13 1100 15.00 56.8
Tổn hao cơ giới được xác định là một hàm số phụ thuộc các yếu tố như: áp
suất lớn nhất trong xylanh động cơ, tốc độ trung bình của piston và được xác định
theo công thức:
FMEP = C
1
+ C
2
* p
xlmax
+ C
3
* C
m
+ C
4
* C
2
m
) (2.1)
trong đó: FMEP - áp suất tổn hao cơ giới trung bình (bar);
C
1
- hệ số liên quan đến tổn hao cơ giới trung bình, chọn: C
1
= 0,3 - 0,5 bar;
C
2
- hệ số kể đến ảnh hưởng của áp suất lớn nhất trong xylanh, C
2

= 0,004 - 0,006;
C
3
- hệ số kế đến ảnh hưởng của vận tốc trung bình piston, C
3
= 0,08 - 0,1 bar/(s/m);
C
m
- vận tốc trung bình của piston (m/s);
9
C
4
- h s k n nh hng ca bỡnh phng C
m
; C
4
= 0,0006 - 0,0012 bar/(m/s)
2
;
Cụng sut tn hao c gii c xỏc inh trờn b th o ti phũng thớ nghim
AVL- HBKHN, kt hp vi cụng thc chn cỏc h s cho phự hp vi cỏc ch
cụng tỏc ca ng c, bo m chớnh xỏc ca mụ hỡnh mụ phng. Tn hao c
gii ca ng c DSC-80 theo c tớnh ngoi c trỡnh by trờn bng 2.2.
Bảng 2.2. Tổn hao cơ giới của động cơ DSC-80 xác định trên băng thử [3]
STT Số vòng quay của
trục khuỷu (vg/ph)
Công suất tổn hao cơ giới
(kW)
Mômen tổn hao cơ giới
(N.m)

1 1000 -5.71 -54.5
2 1100 -7.06 -61.2
3 1200 -8.09 -64.4
4 1300 -8.78 -64.5
5 1400 -9.6 -65.5
6 1500 -10.49 -66.8
7 1600 -11.54 -68.9
8 1700 -12.64 -71
9 1800 -13.89 -73.7
10 1900 -15.1 -75.9
11 2000 -16.77 -80.1
12 2100 -18.16 -82.6
13 2200 -20.09 -87.2
Din bin ỏp sut bờn trong xylanh ng c o trong phũng thớ nghim AVL -
H BK HN vi cỏc s vũng quay khỏc nhau t 1000 n 2200 vg/ph c trỡnh by
trờn hỡnh 2.1 v c s dng hiu chnh mụ hỡnh mụ phng ng c DSC-80 t
s vũng quay 1000-2200 vg/ph ng vi ng c tớnh ngoi ca ng c.
10
Hình 2.1. a- Diễn biến áp suất trong xylanh ứng với n=1000vg/ph; AP = 100% (đo
thực nghiệm trên băng thử tại phòng thí nghiệm AVL- ĐHBK Hà nội)
Hình 2.1. b- Diễn biến áp suất trong xylanh ứng với n=2200vg/ph; AP = 100% (đo
thực nghiệm trên băng thử tại phòng thí nghiệm AVL- ĐHBK Hà nội)
11
Ngoài ra bộ số liệu thực nghiệm ở các chế độ tốc độ khác nhau cũng đã được
đo cụ thể. Các bộ số liệu thực nghiệm về tổn hao cơ giới, diễn biến áp suất trong
xylanh động cơ và lượng cung cấp nhiên liệu của bơm cao áp được sử dụng để làm
số liệu đầu vào và hiệu chỉnh mô hình mô phỏng động cơ DSC-80 bằng phần mềm
GT-Power, cho phép nâng cao độ chính xác khi mô phỏng kết hợp số liệu thực
nghiệm. Mô hình mô phỏng động cơ DSC-80 được xây dựng bằng phần mềm GT-
Power và được trình bày trên hình 2.2

Hình 2.2. Mô hình mô phỏng động cơ DSC-80 để xác định EMs
Các thông số về kết cấu của động cơ DSC-80 và nhập dữ liệu cho các phần tử
của mô hình được tra cứu trong tài liệu [3];
2.2. Xây dựng số liệu đặc tính tốc độ
Đặc tính tốc độ là hàm của các chỉ tiêu công tác chính theo số vòng quay động
cơ khi vị trí thanh răng bơm cao áp không đổi.
Ne; Me; ge; Gnl = f(n) khi AP = const; (AP - vị trí chân ga hoặc thanh răng BCA);
Trong mô hình mô phỏng, các kết quả đặc tính ngoài động cơ được xác định
và so sánh kết quả với số liệu thực nghiệm. Các kết quả tính toán và hiệu chỉnh
12
trỡnh by trong [3] ó khng nh chớnh xỏc ca mụ hỡnh mụ phng.
T mụ hỡnh xỏc nh c bng s liu v c tớnh tc ng c DSC-80
bao gm c tớnh ngoi v cỏc ng c tớnh b phn. Cỏc s liu v ng c
tớnh ngoi ng c DSC-80 c trỡnh by trong bng 2.3 v hỡnh 2.3.
Bảng 2.3. Các chỉ tiêu công tác của động cơ DSC-80.
STT Tc
(vg/ph)
Ne
(kW)
Me
(Nm)
ge
(g/kW,h)
Gnl
(kg/h)
1 1000 26,31 251,24 264,9 6,97
2 1100 30,45 264,34 260,0 7,92
3 1200 34,22 272,31 256,0 8,76
4 1300 38,43 282,29 252,6 9,71
5 1400 41,85 285,45 250,6 10,49

6 1500 44,80 285,20 250,0 11,20
7 1600 47,10 281,10 251,4 11,84
8 1700 49,40 277,49 253,1 12,50
9 1800 50,56 268,23 255,1 12,90
10 1900 51,60 259,34 258,0 13,31
11 2000 52,60 251,14 261,7 13,77
12 2100 53,50 243,28 266,6 14,26
13 2200 54,80 237,86 273,7 15,00
(a) (b)
Hình 2.3.ặc tính ngoài của động cơ DSC-80.
(a) Đặc tính N
e
, M
e
. ( b) Đặc tính G
nl
, g
e
.
13
Thay đổi vị trí thanh răng bơm cap áp (AP) từ 10-80% để xác định tiếp các
đường đặc tính bộ phận của động cơ DSC-80 bằng mô phỏng.
2.3. Xây dựng bộ số liệu về đặc tính điều chỉnh
Việc xây dưng đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm nhiên liệu nhằm xác
định góc phun sớm tối ưu theo các chỉ tiêu công tác của động cơ như Ne, ge, qua đó
xác định được thời điểm phun hợp lý cho bộ điều khiển ECU khi chế độ tốc độ và
tải không thay đổi.
Mô hình xác định đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm nhiên liệu được xây
dựng trên cơ sở mô hình động cơ DSC-80 được trình bày ở trên, trong đó ở từng
chế độ tốc độ của động cơ khảo sát các chỉ tiêu công tác theo góc phun sớm nhiên

nhiên liệu, tức là góc phun sớm sẽ là biến thay đổi.
Trên hình 2.4a - 2.4g biểu diễn kết quả khảo sát ảnh hưởng của góc phun sớm
đến công suất và suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ở các chế độ tốc độ
khác nhau (từ 1000 - 2200 vg/ph).
Hình 2.4: a- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 1000 vg/ph
Hình 2.4: b- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 1200 vg/ph
14
Hình 2.4: c- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 1400 vg/ph
Hình 2.4: d- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 1600 vg/ph
Hình 2.4: e- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 1800 vg/ph
15
Hình 2.4: f- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 2000 vg/ph
Hình 2.4: g- Đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm khi n = 2200 vg/ph
Từ các kết quả minh hoạ trên các đồ thị 2.4, rút ra bảng xác định góc phun
sớm tối ưu theo sự thay đổi chế độ tốc độ động cơ phục vụ cho việc lập trình ECU,
các giá trị cụ thể được trình bày trong bảng 2.4.
Bảng 2.4. Góc phun sớm tối ưu theo chế độ tốc độ động cơ.
STT Tốc độ động cơ (vg/ph) Góc phun sớm tối ưu (độ GQTK)
1 1000 -13
2 1200 -14
3 1400 -15
4 1600 -16
5 1800 -16
6 2000 -16
7 2200 -17
2.4. Xác định g
ct
ở số vòng quay ổn định nhỏ nhất
16
Ở số vòng quay ổn định nhỏ nhất (garranti), công suất của động cơ sinh ra chỉ

để khắc phục các tổn hao cơ giới. Việc xác định g
ctmin
được thực hiện bằng cách tối
ưu hoá các tham số cần thiết, ở đây tham số được tối ưu là công suất có ích của
động cơ bằng không (Ne=0). Việc xác định g
ctmin
được thực hiện bằng công cụ
"Optimizer" - tối ưu hoá của phần mềm GT-Power. Màn hình thiết lập các tham số
để tối ưu hoá được trình bày trên hình 2.5.
Hình 2.5: Thông số để xác định g
ctmin
tại tốc độ 600vg/ph
Trong đó dạng tối ưu được chọn là hàm mục tiêu, biến cần tối ưu là công suất
có ích (RLT Variable be Optimized), và được đặt mục tiêu là bằng 0. Kết quả tối
ưu hoá được trình bày trên hình 2.6, trong đó xác định được g
ct
nhỏ nhất để động cơ
chạy ổn định ở chế độ không tải.
Hình 2.6 : Kết quả tối ưu hoá để xác định g
ctmin
ở

tốc độ 600vg/ph
17
Từ kết quả tính toán xác định được g
ctmin
= 7,18 mg/ct, như vậy để động cơ
làm việc ổn định ở số vòng quay không tải nhỏ nhất thì yêu cầu g
ct
không được nhỏ

hơn 7,18 mg/ct.
Tưng tự như vậy, xác định được g
ct
ở tất cả các chế độ tốc độ khi không có tải.
Hình 2.7 biểu diễn sự thay đổi g
ct
= f(n) ở chế độ không tải tương ứng với các vị trí
khác nhau của bàn đạp ga (0 đến 100%).
Hình 2.7. Quan hệ của g
ct
với số vòng quay không tải từ 800 - 2200vg/ph
18
Từ các kết quả tính toán, lập bảng số liệu về g
ct
= f(n) khi Ne=0, bảng 2.5 liệt
kê các giá trị g
ct
ở các giá trị số vòng quay không tải khác nhau.
Bảng 2.5: các giá trị g
ct
ở các giá trị số vòng quay không tải khác nhau.
STT n (vg/ph) AP (%) g
ct
(mg)
1 600 0
7.18056
2 800 15
8.13839
3 1000 30
8.81899

4 1200 45
9.60087
5 1400 60
10.4826
6 1600 70
11.5049
7 1800 80
12.6567
8 2000 90
13.8044
9 2200 100
7.58343
2.5. Đặc tính điều tốc
Động cơ nói chung thường xuyên phải làm việc trong điều kiện tải thay đổi
một cách đột ngột, chế độ làm việc ổn định luôn trong trạng thái bị phá vỡ. Để đảm
bảo cho động cơ làm việc ổn định khi tải thay đổi đột ngột, người ta thường sử dụng
các bộ điều tốc (một, hai hay nhiều chế độ) với các nguyên tắc điều khiển khác
nhau tuỳ thuộc vào cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ điều tốc [1]. Đối với hệ
thống cung cấp nhiên liệu có điều khiển điện tử thì việc xây dựng đặc tính điều tốc
không phụ thuộc vào các đặc tính thuỷ cơ như bộ điều tốc thường gặp trên hệ thống
nhiên liệu diesel thông thường. Giả sử động cơ đang hoạt động ổn định tại một số
vòng quay nào đó ứng với vị trí nhất định của bàn đạp ga (AP), phụ tải thay đổi
(tăng hoặc giảm) thì tốc độ động cơ cũng thay đổi theo (giảm hoặc tăng tương ứng),
trạng thái làm việc như vậy là không ổn định. Để động cơ hoạt động ổn định ở số
vòng quay nhất định ứng với điều kiện AP = const thì hệ thống điều khiển phải điều
khiển để tăng hoặc giảm g
ct
tương ứng với phụ tải. Vấn đề đặt ra làm phải xác định
được sự thay đổi g
ct

(∆g
ct
). Để xác định ∆g
ct
cần sử dụng giả thiết sau: hiệu suất có
ích không thay đổi ở 2 chế độ tốc độ khác nhau (với sư thay đổi tốc độ không quá
lớn), tải có tính chất ổn định và không phụ thuộc tốc độ động cơ. Phương pháp xác
định ∆g
ct
ứng với sự thay đổi phụ tải ∆N
c
như sau:
19
Khi tải trọng thay đổi ∆N
c
, tốc độ động cơ thay đổi một lượng ∆n = n
1
- n
2.
Ở chế độ n
1
:
N
e1
= Q
H
.G
nl1
.
η

e

(kW); (2.1)
τα
ηη

.4
1
1
1
oo
veoHh
e
TL
pQniV
N =
(kW); (2.2)
trong đó: Q
H
- nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kJ/kg); G
nl
- lượng tiêu thụ nhiên liệu
trong một giờ (kg/h)

; i - số xylanh; n -số vòng quay động cơ (vg/ph); p
o
- áp suất khí
nạp (MPa); T
o
- nhiệt độ khí nạp (K); α- hệ số dư lượng không khí; η

e
- hiệu suất có
ích; η
v
- hệ số nạp;

τ - số kỳ; L
o
- lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy
hoàn toàn một 1kg nhiên liệu (kg); M
0
- lượng không khí tính theo kmol lý thuyết
để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu (kmol/kg).
Tương tự ở chế độ n
2
:
N
e2
= Q
H
.G
nl2
.
η
e

(kW); (2.3)
τα
ηη

.4
2
2
2
oo
veoHh
e
TL
pQniV
N =
; (2.4)
Sự thay đổi công suất tải được xác định:
∆N
c
= ∆Ne = Q
H
.η
e.
(G
nl1
- G
nl2
) = Q
H
.η
e .
∆G
nl
(2.5)
=∆

Nc
τα
ηη

.4
1
1
oo
veoHh
TL
pQniV
-
τα
ηη

.4
2
2
oo
veoHh
TL
pQniV
(2.6)
Từ biểu thức (2.5) và (2.6) xác định được quan hệ ∆G
nl
= f(n)
Ta có : Lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình của một xylanh được xác định
theo công thức:
n
G

g
nl
ct
60
1000.2
=
(g/ct) (2.7)
Từ (2.5), (2.6), (2.7) xác định quan hệ ∆g
ct
= f(n).
Vì khi xây dựng quan hệ này, một số giả thiết đã được đặt ra nên cần thêm
một bước nữa là bước hiệu chỉnh lượng phun cho một chu trình (∆g
hc
). Hình 2.8 mô
tả sơ đồ xác định và hiệu chỉnh lượng cung cấp nhiên liệu cho một chu trình để bảo
đảm động cơ hoạt động theo chế độ điều tốc đa chế độ.
20

Hình 2.8: Sơ đồ tự động điều chỉnh số vòng quay động cơ DSC-80
Tín hiệu từ các cảm biến:
- Cảm biến AP
- Cảm biến n
Xác định sự thay đổi ∆n, ∆Nc
Xác định ∆g
ct
=f(∆N
c
)
Kiểm tra ∆n <>10%
Kết thúc

Hiệu chỉnh
∆n > 0: ∆g
hc
= -5% ∆g
ct
∆n < 0: ∆g
hc
= +5% ∆g
ct
Kiểm tra ∆n <>5%
Hiệu chỉnh:
∆n > 0: ∆g
hc
= -2% ∆g
ct
∆n < 0: ∆g
hc
= +2% ∆g
ct
Kiểm tra ∆n <>5%
21
Việc tính toán được áp dụng cho động cơ DSC-80 khi vị trí bàn đạp ga ở vị trí
cung cấp 80% nhiên liệu, tốc độ động cơ là 2200vg/ph. Khi tải thay đổi (thay hướng
tăng) làm số vòng quay động cơ giảm, bước giảm số vòng quay để khảo sát là 20
vg/ph, qua đó xác định được công suất tải ứng với mỗi ước và lượng nhiên liệu
cung cấp cho một chu trình ∆g
ct
cần bổ sung thêm để khắc phục sự tăng tải tương
ứng và duy trì tốc độ ổn định của động cơ n
ôđ

= 2200vg/ph. Bảng 2.6 trình bày kết
quả tính toán khi tốc độ động cơ giảm từ 2200 vg/ph xuống 1800vg/ph, vị trí bàn
đạp ga AP=80%.
Bảng2.6 :
∆
g
ct
ứng với tải tăng, AP= 80%, n ổn định = 2200 vg/ph.
n
(vg/ph)
G
kk
(kg/h)
G
nl
(kg/h)
Tỉ số
L
o
/M
o
N_cản
(kW)
∆ Nc
∆G
nl
(kg/h)
∆g
ct
(mg/ct)

2200 307.4 12.1 29.032 43.888569 1 xylanh
2180 307.4 12.1 29.032 43.489582 0.398987 0.110446 1.673428
2160 307.4 12.1 29.032 43.090595 0.398987 0.110446 1.68878
2140 307.4 12.1 29.032 42.691608 0.398987 0.110446 1.704417
2120 307.4 12.1 29.032 42.292621 0.398987 0.110446 1.720346
2100 294.2 11.6 29.032 41.96448 0.328141 0.090835 1.428221
2080 294.2 11.6 29.032 41.564819 0.399662 0.110633 1.756079
2060 294.2 11.6 29.032 41.165157 0.399662 0.110633 1.772965
2040 294.2 11.6 29.032 40.765495 0.399662 0.110633 1.790178
2020 294.2 11.6 29.032 40.365833 0.399662 0.110633 1.807729
2000 280.1 11 29.032 39.806758 0.559076 0.154761 2.553819
1980 280.1 11 29.032 39.40869 0.398068 0.110192 1.836529
1960 280.1 11 29.032 39.010623 0.398068 0.110192 1.855079
1940 280.1 11 29.032 38.612555 0.398068 0.110192 1.874009
1920 280.1 11 29.032 38.214487 0.398068 0.110192 1.893328
1900 271.2 10.6 29.032 37.637175 0.577313 0.15981 2.774475
1880 271.2 10.6 29.032 37.240994 0.396181 0.109669 1.924025
1860 271.2 10.6 29.032 36.844813 0.396181 0.109669 1.944493
1840 271.2 10.6 29.032 36.448632 0.396181 0.109669 1.965402
1820 271.2 10.6 29.032 36.052451 0.396181 0.109669 1.986765
1800 263.3 10.3 29.032 35.686676 0.365775 0.101253 1.854443
2.6. Hiệu chỉnh các đường cong đặc tính
Như đã trình bày, quy luật cung cấp nhiên liệu trong động cơ diesel có hệ
thống nhiên liệu kiểu CR không phụ thuộc vào chế tốc độ và chế độ tải của động cơ.
Tức là hình dạng của các đường đặc tính không phụ thuộc vào đặc tính cung cấp
nhiên liệu của bơm cao áp như các động cơ thông thường mà phụ thuộc vào thời
điểm cấp xung điều khiển vòi phun của ECU (hoặc EDC), do vậy có thể điều khiển
22
được hình dạng của các đường đặc tính này theo mục tiêu xác định. Tuỳ theo yêu
cầu của máy công tác có thể hiệu chỉnh đặc tính mô men. Hình 2.9a mô tả đặc tính

ngoài động cơ theo quy luật cung cấp nhiên liệu của bơm cáp truyền thống và hình
2.9b là đặc tính ngoài mong muốn, tức là đường đặc tính mô men có dạng tương đối
phẳng sau khi đạt cực đại, động cơ làm việc ổn định với mô men lớn ở dải thay đổi
tốc độ khá rộng, đặc tính này rất phù hợp với các loại động cơ phải làm việc nặng
nhọc trong điều kiện tải lớn và thay đổi độ ngột như các loại xe tăng, thiết giáp, máy
xây dựng Hình 2.9 trình bày đặc tính động cơ theo lượng cung cấp nhiện liệu của
bơm cao áp (a) và hiệu chỉnh theo mục tiêu cho trước sử dụng CR (b). Bảng số về
các đường đặc tính này cũng được liệt kê trong bảng số liệu 1.7.

(a) (b)
Hình 2.9. Đặc tính ngoài động cơ DSC-80
a- Theo đặc tính cung cấp nhiên liệu của bơm cao áp
b- Sử dụng trên hệ thống CR theo mục tiêu định trước
Bảng 2.7: Số liệu đặc tính ngoài theo bơm cao áp cũ (BCA) và CR
23
n (vg/ph) Ne BCA(kW) Me BCA (Nm) Ne CR (kW) Me CR (Nm)
1000
26.31 251.24 26.3 251.2
1100
30.45 264.34 30.4 264.3
1200
34.22 272.31 34.1 271.1
1300
38.43 282.29 37.7 277.3
1400
41.85 285.45 41.3 281.8
1500
44.8 285.2 44.8 285.0
1600
47.1 281.1 47.7 285.0

1700
49.4 277.49 50.7 285.0
1800
50.56 268.23 53.7 285.0
1900
51.6 259.34 56.7 285.0
2000
52.6 251.14 59.7 285.0
2100
53.5 243.28 62.7 285.0
2200
54.8 237.86 65.7 285.0
Trên cơ sở bảng số liệu 2.7, có thể xác định được g
ct
ứng với mỗi chế độ công
tác của động cơ bằng cách sử dụng mô phỏng tối ưu hoá theo các biến Ne hoặc Me
biết trước. Màn hình trình bày trên hình 2.10 biểu diễn mô phỏng tối ưu xác định
g
ct
, trong đó mục tiêu tối ưu hoá là giá trị công suất Ne xác định trong bảng 2.7, biến
cần tối ưu hoá là g
ct
xác định trong phiếu "Opt-Arrays", để giảm chi chi phí tính
toán, chế độ tốc độ được chọn ttừ 1000-2200 vg/ph với bước là 200vg/ph.
Hình 2.10. Màn hình mô phỏng tối ưu xác định g
ct
Kết quả xác định g
ct
theo đặc tính hiệu chỉnh được trình bày trên hình 2.11.
24

Hình 2.11. Kết quả xác định g
ct
theo đặc tính đã hiệu chỉnh trong đó các bước xác
định g
ct
ở

2200vg/ph được miêu tả minh hoạ phía dưới bên trái hình.
Đặc tính ngoài động cơ theo đặc tính hiệu chỉnh được biểu diễn trên hình 2.12.
25