nghiên cứu thiết kế, chuyển đổi hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển điện tử ve edc trên xe hyundai 1t25 h100
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.3 MB, 113 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN ANH TUẤN
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG
NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ VE-EDC
TRÊN XE HYUNDAI 1T25 H100
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60250116
S K C0 0 4 4 3 0
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN ANH TUẤN
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG
NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ VE-EDC
TRÊN XE HYUNDAI 1T25 H100
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60250116
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN ANH TUẤN
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG
NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ VE-EDC
TRÊN XE HYUNDAI 1T25 H100
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60250116
Hướng dẫn khoa học:
TS. LÝ VĨNH ĐẠT
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng 10 năm 2014
Trần Anh Tuấn
CẢM TẠ
Trong quá trình thực hiện luận văn, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
- TS. Lý Vĩnh Đạt - Giảng viên hướng dẫn. Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Xin
kính chúc Thầy và gia đình luôn luôn mạnh khoẻ, vui tươi và hạnh phúc.
- PGS. TS Đỗ Văn Dũng. Thầy đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi
nhất trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Xin kính chúc Thầy và gia đình
luôn luôn mạnh khoẻ, vui tươi và hạnh phúc.
- Ths. Trần Đình Quý - Cố vấn học tập. Thầy đã tận tình chỉ bảo, cung cấp
những kinh nghiệm, những kiến thức quý báu để em hoàn thành luận văn này. Kính
chúc Thầy và gia đình luôn luôn mạnh khoẻ và hạnh phúc.
- Bộ phận Sau Đại học - Phòng Đào tạo, Khoa cơ khí động lực - Trường Đại
học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh và đặc biệt là quý Thầy giáo giảng dạy lớp
Cao học Kỹ thuật cơ khí động lực khoá 12B.
- Ban Giám Hiệu, Khoa Ô tô trường Đại học Trần Đại Nghĩa và các bạn đồng
nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ nhiệt tình trong thời gian làm luận
văn.
- PTN Trọng Điểm ĐHQG-HCM Động Cơ Đốt Trong, Đại học Bách Khoa Tp.
Hồ Chí Minh đã hỗ trợ trong việc thử nghiệm động cơ.
- Ban Giám đốc xí nghiệp Ô tô – Xí nghiệp liên hợp Z-751/BQP đã giúp đỡ và
tạo điều kiện trong quá trình thử nghiệm động cơ.
- Các bạn học viên lớp Cao học Kỹ thuật cơ khí động lực khoá 12B đã có
nhiều đóng góp ý kiến quý báu giúp em hoàn thành luận văn này.
- Đặc biệt, xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân đã cổ vũ,
động viên và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn thật tốt.
Do nhiều điều kiện khách quan và chủ quan, việc thực hiện luận văn sẽ
không tránh khỏi những thiếu sót, khuyết điểm. Do vậy em rất mong nhận được sự
quan tâm, góp ý của quí thầy cô, các bạn đồng nghiệp cũng như những người cùng
quan tâm tới đề tài này để luận văn có thể hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2014
Trần Anh Tuấn
TÓM TẮT
Luận văn đề cập đến nội dung nghiên cứu, cải tiến động cơ diesel sử dụng hệ
thống VE kiểu cơ khí thành hệ thống VE-EDC kiểu điều khiển điện tử trên động cơ
D4BB. Những ưu điểm của VE-EDC lắp trên các động cơ diesel truyền thống đã
mang lại một số cải thiện về hiệu suất, khí thải và lượng tiêu thụ nhiên liệu do có sự
kiểm soát chính xác về thời điểm phun và lưu lượng phun. Thêm vào đó, lượng khí
thải trong động cơ cũng được giảm rõ rệt. Đó cũng là lý do tác giả chọn đề tài:
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ VE-EDC TRÊN XE HYUNDAI 1T25 H100”.
Các kết quả của luận văn bao gồm:
Xây dựng thành công phương pháp cải tiến chuyển đổi động cơ dùng BCA VE-cơ
khí thành động cơ dùng BCA VE-EDC điều khiển điện tử. Đã vận dụng và chế tạo thành
công một mô hình với động cơ D4BB.
Đưa ra một số luận cứ lý thuyết phục vụ cho việc lựa chọn thiết bị thay thế, làm tiền
đề cho việc ứng dụng thay thế đại trà trên nhiều dòng xe khác nhau.
Động cơ sau cải tiến đã đạt một số kết quả so với trước cải tiến như sau:
+ Me tăng từ 5% đến 10%;
+ Ne tăng từ 10% đến 15%;
+ ge giảm từ 12% đến 24%;
+ CO và HC đều giảm (% tăng giảm không đáng kể vì thiết bị sử dụng có độ nhạy
thấp đối với ngưỡng phát thải CO và HC của động cơ diesel).
Động cơ được tối ưu hiệu suất nhiệt trong phạm vi tốc độ trung bình là vùng tốc độ
làm việc thường xuyên của động cơ khi xe chạy trên đường. Điều này cho thấy đảm bảo
khả năng tiết kiệm nhiên liệu và tăng tính kinh tế rất lớn trong thực tế.
Lượng nhiên liệu giảm nhưng hiệu suất tăng. Minh chứng cho luận cứ giả thuyết ban
đầu về góc phun dầu sớm được điều chỉnh tối ưu hơn so với VE-cơ khí.
Chứng minh được tính khả thi và hiệu quả kinh tế của việc cải tiến chuyển đổi VE-cơ
khí thành VE-EDC điều khiển điện tử.
ABSTRACT
This thesis mentions to research and improve diesel engine changing from VE
mechanical control to VE-EDC electronic control for D4BB. The advantages of the
VE-EDC mounted on traditional diesel engine has brought some improvements in
performance, emissions and fuel consumption due to the accurate control of
injection timing and injection volume. In addition, engine emissions are also
significantly reduced. That is why the author chose topic: "RESEARCH, DESIGN
AND CONVERT DIESEL FUEL SYSTEM USING VE-EDC ELECTRONIC
CONTROL ON 1T25 HYUNDAI H100 VEHICLE".
The results of the thesis include:
Develop successfully improvement methods of change from engine using the
mechanical VE pump motors to engine using the electronic controller VE-EDC
pump. Applied and created a model with D4BB engine.
Provides some theoretical arguments are used for selecting the equipment
replacement. They are the premise for popular replacement on many different cars.
This is the differences between improvement engine and previous engine:
+ Me increases 5% - 10%;
+ Ne increases 10% - 15%;
+ ge decreases 12% - 24%;
+ CO and HC are decreased (% it is not substantial because devices are low
sensitivity to CO and HC emissions levels of diesel engines).
The engine is optimized thermal efficiency within the average speed is the
range of regular work of the engine when driving on the road. This ensures the fuel
savings and economic efficiency greatly in reality.
The fuel is reduced but the efficiency is increased. Argument demonstrates the
hypothesis of early oil spray angle is adjusted optimally than VE-mechanical.
Demonstrated the feasibility and economic efficiency of the improvement of
change from engine using the mechanical VE pump motors to engine using the
electronic controller VE-EDC pump.
MỤC LỤC
Trang tựa
Trang
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
LÝ LỊCH KHOA HỌC ................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii
CẢM TẠ ................................................................................................................... iii
TÓM TẮT .................................................................................................................. iv
ABSTRACT ................................................................................................................ v
MỤC LỤC .................................................................................................................. vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ......................................................................................vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... ix
PHỤ LỤC 1: BẢNG QUY ĐỔI ĐƠN VỊ ĐO ............................................................ x
PHỤ LỤC 2: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ VẼ ĐỒ THỊ..................... xi
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
1. Dẫn nhập ............................................................................................................. 2
2. Nội dung nghiên cứu........................................................................................... 3
3. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 3
4. Các kết quả nghiên cứu đã công bố .................................................................... 7
4.1. Trong nước .................................................................................................. 7
4.2. Quốc tế......................................................................................................... 8
5. Mục đích và nội dung công việc thực hiện ....................................................... 10
6. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 11
7. Giá trị đề tài ...................................................................................................... 13
8. Giới hạn đề tài ................................................................................................... 13
9. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 13
10. Kế hoạch thực hiện ......................................................................................... 14
PHẦN NỘI DUNG .................................................................................................. 15
Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................... 16
1.1. Bơm cao áp VE – EDC điều khiển bằng điện tử ........................................... 16
1.1.1. Giới thiệu ................................................................................................ 16
1.1.2. Yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu ....................................... 16
1.1.3. Nhiệm vụ bơm cao áp............................................................................. 18
1.1.4. Đặc điểm cấu tạo của bơm cao áp VE-EDC .......................................... 18
1.1.4.1. Bơm tiếp vận ................................................................................... 18
1.1.4.2. Đĩa cam và con lăn .......................................................................... 18
1.1.4.3. Pít tông bơm .................................................................................... 19
1.1.4.4. Bộ chấp hành ................................................................................... 19
1.1.5. Nguyên lý hoạt động của hệ thống VE-EDC ......................................... 22
1.2. Cảm biến dùng trên hệ thống phun dầu điện tử VE-EDC ............................. 24
1.2.1. Khái quát về ECU và EDU..................................................................... 24
1.2.2. Cảm biến tốc độ động cơ ( cảm biến Ne – Crankshaft angel sensor) .... 24
1.2.3. Cảm biến vị trí trục khuỷu (TDC sensor – cảm biến G) ........................ 25
1.2.4. Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp (MAP – Manifold
Absolute Pressure sensor) ................................................................................ 25
1.2.5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW – Coolant water temperature
sensor)............................................................................................................... 26
1.2.6. Cảm biến nhiệt độ khí nạp (THA – Intake air temperature hay manifold
air temperrature sensor) .................................................................................... 26
1.2.7. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (THF) ...................................................... 27
1.2.8. Cảm biến bàn đạp ga (TPS – Throttle Position Sensor) ......................... 27
1.3. Vòi phun ........................................................................................................ 27
1.3.1. Nhiệm vụ ................................................................................................ 27
1.3.2. Yêu cầu ................................................................................................... 28
1.3.3. Phân loại ................................................................................................. 28
1.3.4. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của vòi phun ...................................... 28
1.3.4.1. Cấu tạo ............................................................................................ 28
1.3.4.2. Nguyên tắc hoạt động của vòi phun ................................................ 30
1.4. Một số đánh giá so sánh giữa BCA VE và VE-EDC .................................... 30
1.5. Kết luận nội dung chương 1........................................................................... 31
1.5.1. Các căn cứ cơ sở ..................................................................................... 31
1.5.2. Nội dung công việc................................................................................. 32
1.5.3. Tính toán lựa chọn thiết bị đồng bộ để thay thế ..................................... 32
Chương 2: KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH PHUN NHIÊN LIỆU VÀ THÀNH
PHẦN KHÍ XẢ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL VE-EDC........................................ 33
2.1. Kiểm soát quá trình phun nhiên liệu điều khiển điện tử VE-EDC ................ 33
2.1.1. Lượng nhiên liệu phun ban đầu .............................................................. 33
2.1.2. Chế độ vận hành thông thường .............................................................. 34
2.1.3. Kiểm soát tốc độ không tải ..................................................................... 34
2.1.4. Kiểm soát số vòng quay lớn nhất ........................................................... 34
2.1.5. Kiểm soát tốc độ trung bình ................................................................... 35
2.1.6. Kiểm soát tốc độ phương tiện ................................................................ 35
2.1.7. Giới hạn tốc độ phương tiện .................................................................. 35
2.1.7.1. Giới hạn tốc độ có thể thay đổi ....................................................... 35
2.1.7.2. Giới hạn tốc độ cố định ................................................................... 35
2.1.8. Dập tắt rung động ................................................................................... 35
2.1.9. Kiểm soát bù lượng nhiên liệu phun ...................................................... 36
2.1.10. Giới hạn lượng nhiên liệu phun ............................................................ 37
2.1.11. Chức năng phanh động cơ .................................................................... 37
2.1.12. Bù lượng phun theo độ cao .................................................................. 37
2.2. Các ảnh hưởng của thành phần khí xả trên động cơ diesel VE-EDC ............ 38
2.2.1. Nội dung cơ bản về quá trình cháy trong động cơ diesel ....................... 38
2.2.2. Cơ chế hình thành CO ............................................................................ 40
2.2.3. Cơ chế hình thành NOx........................................................................... 40
2.2.4. Cơ chế hình thành HC ............................................................................ 42
2.2.5. Cơ chế hình thành bồ hóng (PM) ........................................................... 42
2.3. Kết luận nội dung chương 2........................................................................... 44
2.3.1. Về vấn đề giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu .............................................. 44
2.3.1.1. Ảnh hưởng của thời điểm phun nhiên liệu...................................... 44
2.3.1.2. Ảnh hưởng của lượng phun nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình ... 46
2.3.1.3. Ảnh hưởng của đặc tính phun ......................................................... 46
2.3.2. Về vấn đề tăng công suất và mô men xoắn động cơ .............................. 47
2.3.2.1. Các vấn đề cơ bản của động cơ ....................................................... 47
2.3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất và mô men xoắn động cơ ..... 49
Chương 3: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HTPNL DIESEL VE THÀNH VE –
EDC ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN XE HYUNDAI 1T25 - H100 .................. 53
3.1. Đánh giá khái quát về tầm chiến lược của hệ thống bơm cao áp điều khiển
bằng điện tử VE – EDC ........................................................................................ 53
3.2. Cơ sở lựa chọn thiết bị và quy trình thực hiện chuyển đổi HTPNL động cơ ....
Huyndai H100 1T25 ............................................................................................. 55
3.2.1. Giới thiệu về mẫu động cơ D4BB trên xe Huyndai H100 1T25 ............ 55
3.2.2. Phương pháp luận đối với việc xây dựng cơ sở lựa chọn thiết bị .......... 55
3.3. Khảo sát một số dòng xe có cùng tính tương thích ....................................... 56
3.4. Gia công cơ khí và chuyển đổi trên động cơ D4BB ...................................... 59
3.4.1. Các bước thực hiện ................................................................................. 59
3.4.2. Nội dung công việc................................................................................. 59
. 3.4.2.1. Đánh giá sự tương đồng của bơm cao áp VE cũ trên xe và bơm cao
áp VE-EDC mới lựa chọn ............................................................................ 59
3.4.2.2. Gia công cơ khí và nghiên cứu các vị trí lắp đặt cảm biến sao cho
phù hợp với hệ thống điều khiển điện tử ..................................................... 60
3.5. Đánh giá chi phí và mức độ phức tạp của công nghệ chuyển đổi ................. 62
3.6. Kết luận nội dung chương 3........................................................................... 63
Chương 4: THỬ NGHIỆM, SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VIỆC
CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU VE-EDC ................... 64
4.1. Tổng quan về băng thử công suất .................................................................. 64
4.1.1. Giới thiệu về băng thử công suất động cơ .............................................. 64
4.1.2. Công dụng của băng thử công suất động cơ........................................... 65
4.1.2.1. Công dụng ....................................................................................... 65
4.1.2.2. Phân loại .......................................................................................... 65
4.1.3. Băng thử công suất động cơ loại phanh thủy lực ................................... 66
4.1.3.1. Giới thiệu ........................................................................................ 66
4.1.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phanh thủy lực ...................... 67
4.1.3.3. Ưu điểm và nhược điểm của phanh thủy lực .................................. 69
4.2. Thử nghiệm động cơ trước và sau khi chuyển đổi ........................................ 70
4.2.1. Giới thiệu phòng thử nghiệm ô tô tại nhà máy Z-751/BQP ................... 70
4.2.2. Tiến hành thử nghiệm động cơ D4BB trước và sau khi cải tiến ............ 75
4.2.2.1. Thử nghiệm công suất động cơ ....................................................... 75
4.2.2.2. Thử nghiệm mô men xoắn của động cơ .......................................... 77
4.2.2.3. Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ .............................................. 79
4.2.2.4. Đo nồng độ khí thải......................................................................... 83
4.3. Các phương pháp giảm phát thải ô nhiễm cho động cơ diesel (động cơ cháy
với hỗn hợp hòa khí nghèo) .................................................................................. 86
4.4 Kết luận nội dung chương 4............................................................................ 87
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 88
1. Kết luận các kết quả đã thực hiện được của đề tài ........................................... 89
2. Tự nhận xét những đóng góp mới của đề tài .................................................... 89
3. Một số khó khăn trong việc thực hiện đề tài .................................................... 90
4. Kiến nghị hướng nghiên cứu mở rộng .............................................................. 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 91
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU
Bảng 1. Tiêu chuẩn chung Euro đối với từng loại xe. ............................................ 4
Bảng 2. Thông số kỹ thuật xe Hyundai H100 ...................................................... 12
Bảng 3. Kế hoạch thực hiện luận văn thạc sĩ ........................................................ 14
PHẦN NỘI DUNG
Chương 2: KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH PHUN NHIÊN LIỆU VÀ THÀNH
PHẦN KHÍ XẢ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL VE-EDC
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu của nhiên liệu Diesel ........................................................ 44
Bảng 2.2. Tác động của những yếu tố chính của quá trình phun đến sự làm việc
của động cơ diesel. ................................................................................................ 47
Chương 3: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HTPNL DIESEL VE THÀNH VE –
EDC ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN XE HYUNDAI 1T25 - H100
Bảng 3.1. Thông số cơ bản động cơ 4DBB .......................................................... 55
Bảng 3.2. Thông số cơ bản động cơ xe Hyundai Starex ...................................... 56
Bảng 3.3. Thông số cơ bản động cơ xe Toyota Hilux .......................................... 57
Bảng 3.4. Thông số cơ bản động cơ xe Toyota Hiace .......................................... 57
Bảng 3.5. Thông số cơ bản động cơ xe Ford Everest ........................................... 58
Bảng 3.6. Thông số cơ bản động cơ xe Ford Ranger ........................................... 58
Chương 4: THỬ NGHIỆM, SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VIỆC
CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU VE-EDC
Bảng 4.1. Thông số thử nghiệm công suất động cơ trước và sau khi cải tiến ...... 76
Bảng 4.2. Thông số thử nghiệm mô men động cơ trước và sau khi cải tiến. ....... 78
Bảng 4.3. Bảng so sánh kết quả đo thử nghiệm và kết quả tính toán. .................. 78
Bảng 4.4. Bảng chuyển đổi từ gnl sang Gnl. ......................................................... 81
Bảng 4.5. Bảng số liệu ge trước và sau cải tiến. ................................................... 81
Bảng 4.6. Thông số thực nghiệm HC và CO trước và sau cải tiến....................... 84
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU
Hình 1. Động cơ Jeep CRD. ................................................................................... 2
Hình 2. Động cơ Mercedes SLK 320. .................................................................... 2
Hình 3. Mức tiêu thụ nhiên liệu dạng lỏng của thế giới qua các năm .................... 3
Hình 4. Biểu đồ về mức độ khí thải cho phép của các tiêu chuẩn Euro. ................ 4
Hình 5. Tiêu chuẩn khí thải của một số nước khu vực Đông Nam Á. ................... 5
Hình 6. Xe Huyndai H100 1T25. .......................................................................... 11
Hình 7. Mã số động cơ D4BB 9051440. .............................................................. 11
Hình 8. Mô hình động cơ Hyundai H100 ............................................................. 13
Hình 9. Bơm cao áp VE ........................................................................................ 13
PHẦN NỘI DUNG
Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 1.1. Cấu tạo bơm cao áp VE – EDC. ........................................................... 16
Hình 1.2. Cấu tạo bơm tiếp vận. ........................................................................... 18
Hình 1.3. Đĩa cam và con lăn. .............................................................................. 19
Hình 1.4. Cấu tạo pít tông bơm. ........................................................................... 19
Hình 1.5. Cấu tạo van SPV thông thường. ........................................................... 20
Hình 1.6. Quá trình làm việc của van SPV thông thường. ................................... 20
Hình 1.7. Cấu tạo van TCV. ................................................................................. 21
Hình 1.8. Cấu tạo bộ định thời.............................................................................. 21
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý hoạt động. .................................................................. 22
Hình 1.10. Điều khiển phun sớm hơn ................................................................... 22
Hình 1.11. Điều khiển phun muộn hơn ................................................................ 22
Hình 1.12. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện tử VE-EDC. ............................. 23
Hình 1.13. Sơ đồ và mạch điều khiển van SPV. ................................................... 24
Hình 1.14. Cảm biến tốc độ động cơ và dang tín hiệu ra của cảm biến. .............. 25
Hình 1.15.Cảm biến vị trí trục khuỷu (a) và dạng tín hiệu ra của cảm biến (b). .. 25
Hình 1.16. Cảm biến áp suất đường ống nạp........................................................ 26
Hình 1.17. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ....................................................... 26
Hình 1.18. Cảm biến nhiệt độ khí nạp. ................................................................. 27
Hình 1.19. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu. ............................................................. 27
Hình 1.20. Cảm biến vị trí bàn đạp ga (a) và cảm biến vị trí bướm ga (b.) ......... 27
Hình 1.21. Kết cấu vòi phun kín có chốt trên kim phun. ...................................... 28
Hình 1.22. Dạng tia phun của vòi phun kín có chốt trên kim phun. ..................... 29
Chương 2: KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH PHUN NHIÊN LIỆU VÀ THÀNH
PHẦN KHÍ XẢ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL VE-EDC
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống EDC (a) và tính toán quá trình phun nhiên liệu trong
ECU (b) ................................................................................................................. 33
Hình 2.2. Chức năng dập tắt rung động. ............................................................... 36
Hình 2.3. Chức năng điều khiển vận hành êm dịu................................................ 37
Hình 2.4. Ảnh hưởng của thời điểm phun đến hàm lượng NOx và HC của động
cơ diesel. xe tải (không tuần hoàn khí thải). ......................................................... 45
Chương 3: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HTPNL DIESEL VE THÀNH VE –
EDC ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN XE HYUNDAI 1T25 - H100
Hình 3.1. Động cơ D4BB với BCA VE-cơ khí (a) và bơm cao áp VE-EDC (b) . 60
Hình 3.2. Bảo dưỡng thân động cơ, mặt nắp máy và thay đệm nắp máy. ............ 60
Hình 3.3. Dấu các vị trí đặt bơm của nhà chế tạ và cảm biến nhiệt độ nước (vòng
tròn đỏ). ................................................................................................................. 61
Hình 3.4. Dấu vị trí lấy tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu (vòng tròn vàng), cảm
biến vị trí trục khuỷu (vòng tròn đỏ). ................................................................... 61
Hình 3.5. Cảm biến MAP (vòng tròn đỏ), cảm biến TPS (vòng tròn xanh), cảm
biến nhiệt độ khí nạp (vòng tròn đỏ). ................................................................... 62
Hình 3.6. Lắp đặt mô hình và đấu dây hoàn thiện. ............................................... 62
Hình 3.7. Chạy thử nghiệm và đánh giá tình trạng kỹ thuật động cơ sau cải tiến 62
Chương 4: THỬ NGHIỆM, SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VIỆC
CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU VE-EDC
Hình 4.1. Hình ảnh tổng quan về băng thử. .......................................................... 64
Hình 4.2. Thiết bị đo thủy lực. .............................................................................. 67
Hình 4.3. Cấu tạo của băng thử thủy lực. ............................................................. 68
Hình 4.5. Bệ thử công suất. .................................................................................. 71
Hình 4.6 Mô hình động cơ D4BB sau cải tiến được gá lắp cố định trên bệ thử. . 72
Hình 4.7 Sơ đồ hệ thống nước làm mát động cơ. ................................................. 72
Hình 4.8 Lắp đặt đường ống thoát khí xả trên mô hình động cơ thử nghiệm. ..... 72
Hình 4.9 Bảng điện điều khiển băng thử công suất và cụm công tắc bật / tắt
nguồn điện và các đèn báo nguy. .......................................................................... 73
Hình 4.10 Đồng hồ đo áp suất nhớt và áp suất nước động cơ. ............................. 73
Hình 4.11 Thông số chỉ thị trên bảng điều khiển. ................................................ 73
Hình 4.12 Đồng hồ báo nhiệt độ nước và nhiệt độ nhớt động cơ......................... 74
Hình 4.13 Nhiệt độ nước băng thử và đèn báo nguy ............................................ 74
Hình 4.14 Công tắc tắt tín hiệu vượt tốc và dừng khẩn cấp ................................. 74
Hình 4.15 Đồ thị so sánh công suất động cơ trước và sau khi cải tiến ................. 77
Hình 4.16 Đồ thị so sánh mô men động cơ trước và sau khi cải tiến. .................. 79
Hình 4.17 Cân điện tử VIBRA ............................................................................. 80
Hình 4.18 Đồ thị so sánh lượng phun dầu diesel trước và sau khi cải tiến. ......... 80
Hình 4.19 Đồ thị so sánh suất tiêu hao nhiên liệu trước và sau khi cải tiến ........ .82
Hình 4.20 Máy đo khí xả NHT-6.......................................................................... 83
Hình 4.21 Đo nồng độ khí xả trên động cơ D4BB trước cải tiến ......................... 84
Hình 4.22 Đồ thị so sánh nồng độ CO trước và sau cải tiến. ............................... 85
Hình 4.23 Đồ thị so sánh nồng độ HC trước và sau cải tiến. ............................... 85
Hình 4.26. Đồ thị so sánh nồng độ HC trước và sau cải tiến. .............................. 90
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BCA .................................................................................................. Bơm cao áp
DOC ............................................................................ Diesel Oxidation Catalyst
DPF ................................................................................. Diesel Particulate Filter
ĐCD ............................................................................................. Điểm chết dưới
ĐCT .............................................................................................. Điểm chết trên
ECU ................................................................................ Electronic Control Unit
EDC ............................................................................. Electronic Diesel Control
EGR ............................................................................Exhaust-gas Recirculation
0
GQTK ............................................................................ độ góc quay trục khuỷu
HTĐKĐT ................................................................. Hệ thống điều khiển điện tử
HTPNL ........................................................................ Hệ thống phun nhiên liệu
MAP .............................................................Manifold Absolute Pressure sensor
NE sensor........................................................Crankshaft position (CKP) sensor
PM ........................................................................................... Particulate Matter
SCR........................................................................ Selective Catalyst Reduction
SCV ................................................................................... Suction control valve
TCVN ................................................................................ Tiêu chuẩn Việt Nam
TCV .................................................................................... Timing control valve
G sensor ........................................................................... Camshaft angel sensor
THW ............................................................... Coolant water temperature sensor
THA ...................... Intake air temperature hay manifold air temperrature sensor
THF........................................................................................ Thermal Heat Fuel
TPS ................................................................................ Throttle Position Sensor
VE ...........................................................................................................Verteiler
A
PHẦN MỞ ĐẦU
1
TỔNG QUAN
1 Dẫn nhập
Trong xu thế hội nhập và phát triển hiện nay, nền công nghiệp ô tô Việt Nam
đang đứng trước những cơ hội đầy tiềm năng. Ở nước ta, số lượng ô tô hiện đại
đang được ưa chuộng và lưu hành ngày một tăng. Các loại ô tô đều được cải tiến
theo hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hóa quá
trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhất thành phần ô nhiễm trong khí xả động cơ.
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đóng vai trò dẫn đường,
quá trình tự động hóa đã đi sâu vào các ngành công nghiệp sản xuất và các sản
phẩm của chúng, một trong số đó là ô tô.
Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển như động cơ xăng do gây
ra nhiều tiếng ồn, nồng độ phát thải khí xả cao. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển
của kỹ thuật công nghệ, các vấn đề trên được giải quyết và động cơ diesel ngày
càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn.
Hình 1 Động cơ Jeep CRD
Hình 2 Động cơ Mercedes SLK 320
Công nghệ hiện đại đang khắc phục được nhiều nhược điểm của động cơ
diesel. Sự ra đời của các công nghệ như tăng áp và hệ thống phun nhiên liệu trực
tiếp cách đây vài năm đã khiến động cơ diesel mạnh mẽ không thua kém gì những
động cơ xăng tốt nhất, mà vẫn giữ nguyên ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu. Chính từ
những sự phát triển về công nghệ mà những động cơ diesel sử dụng bơm cao áp
thường (điều khiển bằng cơ khí) dần được thay thế bằng các loại bơm cao áp điều
2
khiển bằng điện tử ECU như: HTPNL VE – EDC và bước tiến mới là HTPNL
Common Rail.
2 Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu và xây dựng phương pháp chuyển đổi HTPNL VE kiểu cơ khí
thành VE-EDC kiểu điều khiển điện tử phù hợp (qui tắc chọn lựa thiết bị, thiết kế
cải tạo, lắp đặt, cân chỉnh và thử nghiệm), đáp ứng với mục tiêu nâng cao hiệu suất
nhiệt của động cơ (công suất Ne và mô men xoắn Me tăng với suất tiêu hao nhiên
liệu ge nhỏ hơn) và giảm lượng phát thải ô nhiễm (nồng độ HC, CO, NOx, PM) ra
môi trường.
3 Lý do chọn đề tài
- Hiện nay ô tô là một phương tiện giao thông rất quan trọng trong sự phát
triển của xã hội. Ngành công nghiệp ô tô cũng rất phát triển và là một trong các
ngành công nghiệp mũi nhọn. Từ đây đặt ra một số yêu cầu cho sự phát triển không
ngừng của ngành động cơ đốt trong như:
+ Yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất động cơ phải lớn hơn;
+ Giảm tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn để giảm tốc độ tiêu thụ nhiên liệu hóa
thạch, giảm phát thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính;
Hình 3 Mức tiêu thụ nhiên liệu dạng lỏng của thế giới qua các năm
+ Ít phát thải ô nhiễm môi trường theo TCVN và dần tiến đến với các tiêu
chuẩn chung trên thế giới.
3
Hình 4 Biểu đồ về mức độ khí thải cho phép của các tiêu chuẩn Euro
Bảng 1 Tiêu chuẩn chung Euro đối với từng loại xe
Loại xe
Tiêu chuẩn
Giới hạn
Thành phần khí thải
CO
Xăng
Loại nhiên liệu
Euro I
HC
Diesel
Xăng
3,16
NOx
Diesel
Xăng
Diesel
1,13
Xe du lịch Euro II
2,20
1,00
(g/km)
Euro III
2,60
0,64
0,20
0,15
0,50
Euro IV
1,00
1,50
0,10
0,08
0,25
Euro I
Xe
thương
Euro II
mại
(g/km)
Euro III
Euro IV
0,50
0,90
Loại 1
2,72
0,97
0,14
Loại 2
5,17
1,40
0,19
Loại 3
6,90
1,70
0,25
Loại 1
2,20
1,00
0,50
0,90
Loại 2
4,00
1,25
0,60
1,30
Loại 3
5,00
1,50
0,70
1,60
Loại 1
2,30
0,64
0,20
0,56
1,50
0,50
Loại 2
4,17
0,80
0,25
0,72
0,18
0,65
Loại 3
5,22
0,94
0,29
0,86
0,21
0,78
Loại 1
1,00
0,50
0,10
0,30
0,08
0,25
Loại 2
1,81
0,63
0,13
0,69
0,10
4
Loại 3
2,27
0,40
0,15
0,46
0,11
0,39
Động cơ
Euro I
4,90
1,20
9,00
diesel
Euro II
4,00
1,10
7,00
hạng nặng Euro III
5,53
0,83
5,13
(g/km)
2,76
0,41
2,56
Euro IV
Loại 1: xe có trọng lượng < 1300 kg
Loại 2: từ 1300 kg đến 1760 kg
Nguồn: European Union
Loại 3: lớn hơn 1760 kg
Hình 5 Tiêu chuẩn khí thải của một số nước khu vực Đông Nam Á
- Sự ra đời và phát triển của các HTPNL điều khiển bằng máy tính có một số
ưu điểm cơ bản như: linh hoạt trong vận hành; dễ dàng tối ưu các thông số làm việc
của HTPNL theo sự hoạt động của động cơ để đồng thời đáp ứng các yêu cầu về
hiệu suất nhiệt và phát thải ô nhiễm trong mọi điều kiện tải và tốc độ, cũng nhưng
tạo ra các chức năng hỗ trợ giúp động cơ vận hành tốt hơn trong các điều kiện vận
hành khác nhau. Trong khi đó, các hệ thống điều khiển bằng cơ khí chỉ đáp ứng (tối
ưu) được 1 vài điều kiện vận hành của động cơ.
- Nhu cầu các ô tô dùng động cơ sử dụng BCA VE kiểu cơ khí cần phải thay
bằng động cơ tiết kiệm nhiên liệu hơn và ít phát thải ô nhiễm môi trường hơn, nhằm
mục đích tăng tính kinh tế trong khai thác và vận hành, góp phần giảm áp lực nguồn
5
cung nhiên liệu và bảo vệ môi trường. Từ đây, phương án thay thế động cơ cũ sử
dụng BCA điều khiển cơ khí bằng động cơ mới dùng VE-EDC hoặc Common Rail
điều khiển điện tử đã được đề xuất. Tuy nhiên, vấn đề hạn chế về khả năng tài chính
trong nước dẫn đến phương án chỉ thay đổi HTPNL trên động cơ từ VE kiểu cơ khí
thành VE-EDC hay Common Rail nhằm phù hợp với trình độ công nghệ và khả
năng tài chính hơn.
- Từ những nhận định như trên, đã đặt ra một số lý do để lựa chọn đề tài như
sau:
+ Lý do thứ nhất: từ vấn đề giá thành, việc chuyển đổi từ HTPNL VE kiểu cơ
khí sang VE-EDC kiểu điều khiển điện tử có tính khả thi cao do chi phí thấp so với
chuyển đổi thành Common Rail. Điều này chắc chắn đạt được nếu việc chuyển đổi
thành công.
+ Lý do thứ hai: ngoài ra đối với HTPNL VE-EDC, nhờ thay đổi linh hoạt các
thông số của quá trình phun bởi hệ thống điều khiển điện tử, động cơ đáp ứng các
điều kiện vận hành khác nhau tốt hơn (kết nối được với các chức năng hổ trợ tiên
tiến trên động cơ hiện đại). Lý do thứ hai cũng chắc chắn đạt được nếu chuyển đổi
thành công.
+ Lý do thứ ba: nhờ khả năng điều chỉnh linh hoạt góc phun sớm cho phép
đồng thời nâng cao hiệu suất nhiệt (giảm ge nếu Me-max và Ne-max không đổi; giảm
mạnh ge nếu Me-max và Ne-max lớn hơn), và giảm phát thải ô nhiễm. Lý do thứ ba chỉ
đạt được nếu lựa chọn đúng thiết bị và có những điều chỉnh, cải tiến thích hợp và
đưa vào thử nghiệm các thông số để kiểm chứng. Điều này quyết định sự thành
công của kỹ thuật chuyển đổi và cũng là lý do chính của nội dung đề tài cần nghiên
cứu.
Xuất phát từ những lý do nêu trên, làm cơ sở để phát triển và thực hiện đề tài
“NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ VE-EDC TRÊN XE HYUNDAI 1T25
H100”.
6
4 Các kết quả nghiên cứu đã công bố
4.1 Trong nước
a. Hệ thống điều khiển điện tử động cơ diesel (EDC) .
Tác giả: Nguyễn Tấn Quốc.
Nguồn: Luận văn thạc sĩ tại trường ĐH SPKT Tp.HCM.
Năm: 1999 - 2001.
Tóm tắt: nghiên cứu, trình bày nguyên lý cấu tạo, nguyên lý hoạt động của
HTPNL động cơ diesel (EDC).
Kết quả: xây dựng giáo trình hướng dẫn môn học về HTPNL động cơ diesel.
b. Nghiên cứu, thiết kế chế tạo bộ điều tốc điện tử cho động cơ diesel sử dụng
bơm cao áp VE.
Tác giả: Phan Nguyễn Quí Tâm.
Nguồn : luận văn thạc sĩ tại trường ĐH SPKT Tp.HCM.
Năm : 2005 - 2007.
Tóm tắt : nghiên cứu cơ sở lý thuyết của hệ thống VE - EDC, thiết kế chế tạo
mô hình bộ điều tốc điện tử cho động cơ diesel sử dụng bơm cao áp VE.
Kết quả: chuyển đổi và chế tạo thành công mô hình động cơ diesel sử dụng bộ
điều tốc điện tử trên bơm cao áp VE.
c. Thiết kế chế tạo hệ thống Common Rail cho động cơ 1 xi lanh.
Tác giả: Nguyễn Phụ Thượng Lưu.
Nguồn : luận văn thạc sĩ tại trường ĐH SPKT Tp.HCM.
Năm : 2006 - 2008.
Tóm tắt : nghiên cứu cơ lý thuyết của hệ thống Common Rail, thiết kế chế tạo
mô hình cho động cơ diesel 1 xy lanh.
Kết quả: chuyển đổi và chế tạo thành công mô hình động cơ diesel Kubota 1
xy lanh sử dụng HTPNL Common Rail.
d. Nghiên cứu chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép cho động cơ diesel
Ford Ranger.
Tác giả: Đỗ Khắc Phú.
7
Nguồn : luận văn thạc sĩ tại trường ĐH SPKT Tp.HCM.
Năm : 2008 – 2010.
Tóm tắt : nghiên cứu cơ sở lý thuyết động cơ diesel sử dụng hệ thống
Common Rail trên xe Ford Ranger, thiết kế chê tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu
kép cho động cơ diesel Ford Ranger.
Kết quả: chuyển đổi và chế tạo thành công mô hình động cơ diesel sử dụng
HTPNL kép diesel-CNG trên xe Ford Ranger.
Kết quả các công trình nghiên cứu trong nước
Đối với một số công trình nghiên cứu trong nước đã công bố, đã có nhiều đề
tài đề cập đến HTPNL VE-EDC, tuy nhiên chỉ mới dừng lại ở việc chứng minh
nguyên lý, chưa tối ưu thông số vận hành, chưa đáp ứng mọi chế độ làm việc của
động cơ. Tác giả chú trọng đến các nội dung về nguyên lý, cấu tạo và hoạt động của
HTPNL động cơ diesel; chế tạo bộ điều tốc điện tử cho động cơ diesel sử dụng bơm
cao áp VE và các cải tiến về sử dụng nhiên liệu kép trên động cơ diesel. Tóm lại,
chưa được phát triển để trở thành sản phẩm hoàn chỉnh.
4.2 Quốc tế
a. Modeling of diesel Combustion, Soot and NO Emissions Based on a
Modified Eddy.
Tác giả: Sangjin Hong, Margaret S. Wooldridge, Hong G. Im, Dennis N.
Assanis, University of Michigan.
Nguồn: Submitted to Combustion Science and Technology, December 6,
2004. Resubmitted January 12, 2006.
Tóm tắt: nghiên cứu quá trình cháy trên động cơ diesel sử dụng bơm cao áp
điều khiển điện tử Common Rail. Sử dụng để tiến hành nghiên cứu các tham số về
tác động của thời gian phun và việc tuần hoàn khí thải trên động cơ (EGR).
Kết quả: xây dựng biểu đồ phân tích các thành phần khí xả trong động cơ
diesel sử dụng hệ thống phun nhiên liệu Common Rail. Đánh giá sự ảnh hưởng của
bộ hoàn lưu khí xả (EGR).
8
