zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Báo cáo khoa học

Báo cáo nghiên cứu khoa học: " ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN VÀO BỘ ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG CUNG CẤP LPG CHO ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Báo xấu

112
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong những năm gần đây, vi điều khiển đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển chính xác. Trên cơ sở phân tích các phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu cho động cơ đốt trong bằng cơ khí và điện, chúng ta thiết kế chế tạo mạch điều khiển điện tử cung cấp nhiên liệu LPG, họng khuếch tán và van cung cấp LPG.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: " ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN VÀO BỘ ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG CUNG CẤP LPG CHO ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC"

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN VÀO BỘ ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG CUNG CẤP LPG CHO ĐỘNG CƠ ĐÁNH LỬA CƯỠNG BỨC APPLICATION OF MICROCONTROLLER IN A REGULATOR TO AUTOMATICALLY SUPPLY LIQUEFIED PETROLEUM GAS FOR SI ENGINES Trần Thanh Hải Tùng Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Nguyễn Văn Phụng Học viên Cao học khóa 2005 – 2008 TÓM T ẮT Trong những năm gần đây, vi điều khiển đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển chính xác. Trên cơ sở phân tích các phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu cho động cơ đốt trong bằng cơ khí và điện, chúng ta thiết kế chế tạo mạch điều khiển điện tử cung cấp nhiên liệu LPG, họng khuếch tán và van cung cấp LPG. Chúng được chạy thử, sửa chữa, hoàn thiện, đo đạc các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ thí nghiệm kh i dùng LPG, xăng và so sánhết quả thực nghiệm với tính toán lý thuy . Bài báo này trình bày k ết phương án nghiên c thiết kế bộ điều chỉnh tự động sử dụng vi điều khiển và động cơ bước ứu cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ ôtô thế hệ mới góp phần tiết kiệm n hiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. ABSTRACT In recent years, microcontroller has been widely used in highly precision control system. On the basis of analyzing the mechanical and electrical control methods of supplying combustion engines fuel, we have designed and manufactured a LPG mixer, a LPG supplying valve and an electronic circuit to automatically control LPG supplying. They had been test run, adjusted and perfected. We surveyed the economic technical quota of experimental engine as using LPG and using petrol. Then we compared economic and technical benefits of prototype engine using LPG versus conventional fuel. This paper presents a solution to conducting research into the design and manufacturing of a regulator with microcontroller to control stepper motor in order to automatically supply liquefied petroleum gas for a new generation automobile engines which will increase fuel efficiency and minimize environment pollution. 1. Giới thiệu Thành tựu của ngành điện tử, công nghệ thông tin và ch uyên ngành đ ộng cơ nhiệt đóng góp đáng kể vào tiến bộ khoa học, phát triển kỹ thuật và được ứng dụng nhiều trên ôtô. Trước đây, việc cung cấp nhiên liệu LPG, nhờ bộ phụ kiện LPG/xăng, phụ thuộc vào sự đóng-mở các van tiết lưu bằng cơ khí hay điện. Nhận thấy điều khiển tự động có thể kiểm soát cung cấp nhiên liệu và theo dõi quá trình cháy trong động cơ đánh lửa cưỡng bức... Muốn động cơ hoạt động tiết kiệm nhiên liệu, hiệu quả và thỏa mãn quá trình cháy lý tưởng ; thiết nghĩ sử dụng vi điều khiển và động cơ bước (stepper motor) sẽ đáp ứng được việc cung cấp tự động LPG cho động cơ sao cho hệ số dư lượng 31
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 không khí α ≈ 1[2]. Công trình này thiết kế một mạch điện tử điều chỉnh tự động van tiết lưu dạng chốt côn trên đường cung ấp chính , lắp một họng c khuếch tán trên đường nạp và một van chân không có gắn gicleur trên đường không tải. Khi thc nghiệm, chọn ự động cơ DAEWOO A16 DMS lắp trên ôtô NUBIRA do hãng DAEWOO Hàn Qu ốc sản xuất năm 2001, được sử dụng khá phổ biến ở Hình 1. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG điều khiển tự động. Việt Nam hiện nay. Đây là động cơ (I: Đường cung cấp LPG chính; II: Đường không tải.) Dual Overhead Cam L- 4 1.6L DOHC phun xăng đi ện tử, tỷ số nén 1: Van đi n từ; 2: Bộ hóa hơi - giảm áp; 3: Van cung cấp ệ ọng khuếch tán; 5: Không khí vào; 6: Cánh 9,5; đường kính cylinder 79 mm; chính LPG; 4: H bướm ga; 7: Đường ống nạp vào cylinder; 8: Gicleur không hành trình piston 81,5 mm; công tải; 9: Van không tải; 10: Nước ra; 11: Nước vào; 12: Bình suất của động cơ phun xăng là 77,8 chứa LPG; 13:Van điện từ và áp kế. kW ở tốc độ 5800 v/ph [6], [7]. 2. Tính toán quá trình cung cấp LPG cho động cơ 2.1. Cơ sở lý thuyết Động cơ đánh lửa cưỡng bức có thể làm việc bằng hai nhiên liệu khi hệ thống nhiên liệu mới (LPG) không ảnh hưởng đến hoạt động hệ thống nhiên liệu nguyên thủy (xăng). Trong ph này , chúng ta tính toán các ch độ cung cấp nhiên liệu LPG vào ần ế đường nạp động cơ thực nghiệm nhờ họng khuếch tán. 2.2. Các chế độ cấp nhiên liệu lý thuyết cần thiết cho động cơ thực nghiệm Lưu lư ợng nhiên liệu LPG cung cấp ở chế độ % bướm ga (BG) & t ốc độ động cơ (n):  k n .3600 G LPG   v .i.Vh .103 . [kg/h] 2.60 .L 0 2.2.1. Lưu lượng nhiên liệu LPG cung cấp ở chế độ vị trí 100% BG và n = 5800 [v/ph]: 1,119 5800 .3600 G LPG  0, 718.4.0,3995.103 (2.1) . =14,96[kg/h] 2.60 0,962.15,5335 2.2.2. Lưu lượng nhiên liệu LPG cung cấp ở chế độ vị trí 75% BG, n = 4000 [v/ph] 1,119 4000 .3600 G LPG  0,54.4.0,3995.103 (2.2) . =7,21[kg/h] 2.60 1, 035.15,5335 2.2.3. Lưu lượng nhiên liệu LPG cung cấp ở chế độ vị trí 50% BG, n = 3000 [v/ph] 1,119 3000 .3600 G LPG  0, 45.4.0,3995.103 (2.3) . =4,76[kg/h] 2.60 0,979.15,5335 32
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 2.2.4. Lưu lượng nhiên liệu LPG cung cấp ở chế độ vị trí 25% BG, n = 2000 [v/ph] 1,119 2000 .3600 G LPG  0,365.4.0,3995.103 (2.4) . =2,85[kg/h] 2.60 0,886.15,5335 2.2.5. Lưu lượng nhiên liệu LPG cung cấp ở chế độ vị trí 10%BG, n = 1000 [v/ph] 1,119 1000 .3600 G LPG  0,314.4.0,3995.103 (2.5) . =1,34[kg/h] 2.60 0,809.15,5335 2.3. Tính toán van tiết lưu cung cấp LPG Độ chân không tại họng khuếch tán của động cơ thực nghiệm ở chế độ toàn tải: [N/m2] 2 ρk   2 n.i ηv D ∆ph = .  S .   . . 2   d hkn  2.60 µ h    1,119   79  5800.4 0, 7182  2 . 81,5.103. .  =9725[N p h   .  2  0,95   24  2.60 /m2] Đường kính tiết diện ống dẫn khí LPG vào họn g Hình 2. Họng khuếch tán LPG. khuếch tán : 4.2, 05266.105 4.f c  5.103 [m]   (2.6) d LPGtt  3,14 2.3.1. Tiết diện lưu thông của khí LPG qua van tiết lưu: Phương trình Bernoullie ại hai mặt t cắt 1-1, 2–2 có dạng: 1.v1  .v 2 2 P1 P z1    z 2  2  2 2  h w12  LPG .g  LPG .g 2g 2g (2.6) Tổng tổn thất năng lượng của nhiên liệu LPG khi qua van cung cấp: Hình 3. Kết cấu van chính cung cấp LPG.   0,6 + 1,54 +1,10+0,39+0,34 = 3,97 Diện tích tiết diện ống dẫn khí LPG vào van: 0, 0052 f 1 ≥3,96.π. =7,8.10-5 [m2] 4 Đường kính tiết diện ống dẫn khí LPG vào van tiết lưu: Hình 4. Mặt cắt van cung cấp. 33
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 4.7,8.105 4.f1  9,96.103 [m] d= =   Mật độ phân tử của nhiên liệu LPG ở trước và sau chốt van không đổi , do đó phương trình liên tục đối với dòng chảy khí LPG: v 1. f 1 = v 2. F 2 . .h ' d h  d1  Tiết diện lưu thông của nhiên liệu qua van cung cấp: f1  2 2.3.2. Độ dịch chuyển của chốt van cung cấp LPG Độ dịch chuyển của chốt van cung cấp LPG theo phương x là hàm x(f x ): .D.sin   .D.sin    2..sin .sin 2.f x 2 x [mm] (2.7) .sin .sin 2 Độ dịch chuyển của chốt van cung cấp LPG theo tín hiệu của cảm biến vị trí bướm ga là hàm x(V): x = - 0,0381.V² +1,5425.V + 1,2298 [mm] (2.8) 2.4. Thiết lập mạch điều chỉnh tự động 2.4.1. Các yêu cầu của mạch điều chỉnh − Giao ti ếp và nhận được tín hiệu của cảm biến. − Xử lý mọi thông tin về quá trình cháy LPG. − Điều khiển chính xác và kịp thời van tiết lưu. 2.4.2. Nguyên tắc hoạt động của mạch điều chỉnh − Nhiên liệu LPG cấp vào họng khuếch tán nhờ van cung c ấp chính dạng chốt côn. − Khi khởi động, mạch điều chỉnh nhận tín hiệu Hình 5. Mạch điều chỉnh tự động của cảm biến bướm ga, xử lý và truyền xung 4 5 6 7 đến động cơ bước làm cho chốt van di chuyển. − Lúc động cơ hoạt động, độ chân k hông tại họng thay đổi phụ thuộc tốc độ động cơ và 3 8 độ mở bướm ga. Khi độ chân không tăng ở họng, mật độ không khí giảm dần nhưng 2 9 khối lượng riêng LPG không thay đổi nên làm cho hòa khíđậm dần nhiên liệu không 1 10 cháy kiệt, thải ra ngoài và tiêu hao nhiên liệu Hình 6. Bộ điều chỉnh cung cấp LPG tăng [4]. Nng độ oxygen trong khí thải ồ 1: Công t c chuyển LPG -Xăng; 2:Mạch vi điều ắ giảm, cảm biến oxy kiểm soát, gởi tín hiệu khiển;3: Van không tải; 4: Gicleur không tải; 5: đến mạch điều chỉnh xác định tỷ số A/F, so Lưu lượng kế đo LPG không tải; 6: Van tiết lưu với giá trị lý thuyết và truyền xung điều cung cấp LPG chính; 7: Động cơ bước; 8: Họng khuếch tán; 9 Bộ hóa hơi; 10: Mạch cảm ứng khiển tới van hãm cấp LPG ... điện từ. 34
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 3. Nghiên cứu thực nghiệm Thực nghiệm được tiến hành với các thiết bị AVL hiện đại tại phòng Thí nghiệm động cơ và ôtô, trư ng ĐHBK - Đại học Đà Nẵng. Tạm gọi: Bộ điều chỉnh tự động ờ cung cấp nhiên liệu LPG là bộ LA (LPG AUTO); Bộ điều chỉnh bằng tay là bộ LM (LPG MANUAL); Bộ cung cấp nhiên liệu xăng là bộ X (XĂNG). Hệ số dư lượng không khí CÔNG SUẤT- SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU, khi ở vị trí 25% bướm ga ge[g/kW.h] Ne[kW] Alpha 25% Ne[kW] Alpha 25% Me[N.m] 20 800 1.15 40 90 18 700 80 1.1 70 30 16 600 1.05 60 14 500 50 1 20 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 12 400 40 0.95 30 10 300 10 20 0.9 8 200 10 0.85 6 100 0 0 n [v/ph] n [v/ph] n [v/ph] 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0.8 4 0 Nex [kW] NeLM [kW] NeLA [kW] XĂNG 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 LPG A LPG M Mex [Nm] MeLM [Nm] MeLA [Nm] Nex [kW] NeLM [kW] NeLA [kW] geXĂNG [g/kW.h] ge LPG MANUAL [g/kW.h] ge LPG AUTO [g/kW.h] Hình 7. Biến thiên Ne[kW] & Hình 8. Quan hệ ge =f(n) Hình 9. Quan hệ α = f(n), Me[N.m] theo n [v/ph], αt = 25%. khi αt = 25%. và ge*Ne[g/h], khi αt = 25%. HC[ppm V] Alpha 75% Alpha 25% Alpha 75% CO [%V] NOx[ppm V] 3 1400 300 1200 2.5 1000 250 800 2 600 1.5 200 400 200 1 n [v/ph] n [v/ph] 0 150 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 0.5 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 n [v/ph] XĂNG [ppmV] LPG MANUAL [ppmV] LPG AUTO [ppmV] 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 XĂNG [ppmV] LPG MANUAL [ppmV] LPG AUTO [ppmV] XĂNG [%V] LPG MANUAL [%V] LPG AUTO [%V] Hình 10. Nồng độ CO Hình 11. Nồng độ HC Hình 12. Nồng độ NOx trên đường thải, khi αt = 75% trên đường thải, khi αt = 5%. trên đường thải, khi αt = 75% 3.1. Kết quả đường kính của họng khuếch tán - Thử nghiệm đường kính của họng d h = 22,5÷24[mm], động cơ hoạt động được ở mọi vị trí % bướm ga và tốc độ động cơ n = 1000÷7000[v/ph] khi d h = 24[mm]. - Tính toán lý thuyết, đường kính của họng khuếch tán d h = 23,746[mm] là phù hợp. 3.2. Kết quả đo công suất và moment Công suất có ích của động cơ dùng bộ (LA) giảm 14,3% so với dùng xăng. 3.3. Kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu Đồ thị suất tiêu hao nhiên li tiệm cận với trục hoành. Cùng công su và vị trí ệu ất bướm ga thì suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ d ùng bộ (LA) thấp hơn so với bộ (LM) hoặc khi cảm biến oxy không hoạt động. 3.4. Kết quả hệ số dư lượng không khí Hệ số dư lượng không khí dao động liên tục. Ở tốc độ động cơ lớn, hệ số α thay đổi trong khoảng 1÷ 1,05. 3.5. Kết quả đo nồng độ khí thải 3.5.1. Nồng độ CO trong khí thải Nồng độ CO phát sinh càng nhiều khi động cơ hoạt động ở chế độ tải thấp. Nồng độ khí CO c động cơ dùng bộ điều chỉnh (LA) đều nhỏ nhất so với động cơ dùng ủa 35
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 xăng hay dùng bộ cung cấp (LM). So dùng xăng th nồng độ CO trong khí thải của ì động cơ dùng bộ (LA) giảm 43,7%. 3.5.2. Nồng độ HC trong khí thải Nồng độ HC tăng nhiều ở n = 2000 [v/ph] với vị trí 10% bướm ga và tốc độ n = 4250[v/ph] với 75% bướm ga. Khi động cơ dùng LPG, nồng độ HC trong khí thải rất thấp. So với động cơ dùng xăng, nồng độ HC trong khí thải của động cơ dùng bộ (LA) giảm 40,4%. 3.5.3. Nồng độ NOx trong khí thải NOx trong khí thải của động cơ dùng LPG thấp . Ở vị trí 75% bướm ga khi n = 3000[v/ph] thì NOx của động cơ dùng xăng phát thải lớn nhất, s au đó gi m dần ở ả chế độ gần đầy tải. So với dùng xăng thì nồng độ NOx trong khí thải của động cơ dùng bộ (LA) giảm 50,8%. 4. Kết luận Kết quả nghiên cứu trên cho phép chúng ta kết luận: 1. Van điều chỉnh tự động cung cấp LPG sử dụng vi điều khiển kiểm soát được quá trình cung cấp LPG. Khả năng điều chỉnh của van rất mịn (0,04mm/bước), khắc phục được tình trạng cung cấp LPG bậc thang của phương án dùng các van solenoid trước đây. 2. Bộ điều chỉnh (LA) tiết kiệm nhiên liệu, kể cả tốc độ động cơ lớn. Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ thực nghiệm dù ng bộ (LA) giảm so với bộ (LM). Công suất dùng bộ (LA) thấp hơn 14,3% so với dùng xăng. 3. Chất ô nhiễm trong khí thải giảm đáng kể khi động cơ ôtô sử dụng bộ (LA). Nồng độ khí thải CO giảm 43,7%, HC giảm 40,4%, NOx giảm 50,8% so với dùng xăng. Môi trường sốn g sẽ “xanh sạch” hơn. Động cơ dùng bộ (LA) đạt các tiêu chuẩn khí thải đối với phương tiện giao thông cơ giới đường bộ quy định trong Quy định 249/2005/QĐ -TTG ngày 10-10-2005 c Thủ tướng chính ết ủa phủ. 4. Gia công chế tạo bộ (LA) đơn giản, lắp ráp thuận tiện và giá thành giảm so với dùng mạch IC và so với phun LPG vào đường nạp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trương Ngọc Anh, Vi điều khiển, NXB ĐHSPKT TP Hồ Chí Minh, 2007. [2] Bùi Văn Ga, Quá trình cháy trong động cơ đốt trong, NXB.KHKT, Hà N ội, 2002. [3] Bùi Văn Ga, Văn Th Bông, Trầ n Văn Nam, Tr Thanh Hải Tùng , Ô tô và ô ị ần nhiễm môi trường, NXB Giáo dục, Đà Nẵng, 1999. [4] Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000. [5] I.E.Ideltric, Sách tra cứu sức cản thủy lực, tập III, NXB KHKT, Hà Nội, 1987. 36
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 [6] Daewoo Motor Co.LTD, Service Training Manual Electrical Wiring Diagram, 2001. [7] Douglas W. Jones, Stepping Motors, University of IOWA, Department of Computer Science, USA, 2001. [8] Henry Clayton, Liquefied Petroleum Gas an automotive fuel for the future, Australia Liquefied Petroleum Gas Association, Australia, 2006. [9] John B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill Book Company, Singapore, 1988. 37

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.