Nghiên cứu hệ thống đo áp suất phun trong động cơ diesel 1 xilanh phun trực tiếp công suất nhỏ

Chia sẻ: Liễu Yêu Yêu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Nghiên cứu hệ thống đo áp suất phun trong động cơ diesel 1 xilanh phun trực tiếp công suất nhỏ" trình bày một nghiên cứu hệ thống giám sát và đo áp suất phun nhiên liệu cho động cơ diesel một xy-lanh, phun trực tiếp, buồng cháy thống nhất. Áp suất phun nhiên liệu ảnh hưởng đến đặc tính công suất và khí thải của động cơ diesel phun trực tiếp. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu hệ thống đo áp suất phun trong động cơ diesel 1 xilanh phun trực tiếp công suất nhỏ

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐO ÁP SUẤT PHUN TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL 1 XILANH PHUN TRỰC TIẾP CÔNG SUẤT NHỎ Cao Trọng Hùng1 1. Viện Kỹ thuật Công nghệ, Trường ĐH Thủ Dầu Một TÓM TẮT Bài báo này trình bày một nghiên cứu hệ thống giám sát và đo áp suất phun nhiên liệu cho động cơ diesel một xy-lanh, phun trực tiếp, buồng cháy thống nhất. Áp suất phun nhiên liệu ảnh hưởng đến đặc tính công suất và khí thải của động cơ diesel phun trực tiếp. Tuy nhiên, thực tế việc đo áp suất phun nhiên liệu để đánh giá đặc tính công suất và khí thái đối với động cơ này thực hiện hoàn toàn bằng các loại đồng hồ đo áp suất phun thông thường dẫn tới các kết quả đo không chính xác. Trong bài báo này, tác giả trình bày một nghiên cứu thiết kế, chế tạo và kết quả khảo nghiệm sơ bộ hệ thống theo thời gian nhằm hỗ trợ đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất phun đến đặc tính công suất và khí thải động cơ diesel một xy-lanh phun trực tiếp buồng cháy thống nhất. Nghiên cứu được thực hiện bao gồm 2 bước: (1) sử dụng card analog để đọc tín hiệu điện từ cảm biến áp suất nhiên liệu trên ống cao áp và (2) Sử dụng chương trình giao tiếp giữa card analog PIC16F877A và PC (LabVIEW)để hiển thị đường đặc tính phun nhiên liệu thông qua cổng RS232. Kết quả nghiên cứu hệ thống giám sát đường đặc tính phun nhiên liêu làm cơ sở cho việc đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất phun đến đặc tính động cơ. Từ khóa: Cảm biến áp suất dầu, PIC16F877A, Hệ thống nhiên động cơ diesel phun trực tiếp. 1. GIỚI THIỆU Để đánh giá nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu tới đặc tính công suất và phát thải của động cơ diesel 1 xy-lanh phun trực tiếp, công suất nhỏ, các áp suất phun nhiên liệu được thay đổi trong một dãy rộng (K. Kannan & M. Udayakumar, 2010). Các nghiên cứu trên thế giới chỉ tập trung vào đánh giá ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu từ 150 bar-250 bar đến đặc tính công suất và khí thải của động cơ mà không trình bày phương pháp đo áp suất phun nhiên liệu chính xác (S. Semin, et al., 2009) (K. Muralidharan & P. Govindarajan, 2011). Ở Việt Nam hiện nay sử dụng các loại đồng hồ kim để đo áp suất phun nhiên liệu cho loại động cơ này, dẫn tới kết quả đo không chính xác. Để nhận biết sự thay đổi tức thời theo thời gian của áp suất phun trong quá trình động cơ vận hành, một hệ thống giám sát sự biến đổi của áp suất trên ống cao áp được thiết kế và chế tạo. Hệ thống giám sát áp suất phun bao gồm 3 phần riêng biệt: (1) cảm biến áp suất, (2) card giao tiếp và chuyển đổi tín hiệu, và (3) phần mềm điều khiển trên nền. Giao tiếp máy tính có nhiều ứng dụng trong khoa học kĩ thuật bao gồm đo lường, giám sát, điều khiển tự động… RS232 là một chuẩn giao diện truyền thông nối tiếp thuận tiện cho phép gửi và nhận dữ liệu dễ dàng. Với giao diện RS232 các tác giả thiết lập kết nối giữa vi điều khiển và máy tính đọc giá trị của tín hiệu điện (tín hiệu analog) từ cảm biến áp suất để hiển thị đường đặc tính phun nhiên liệu tức thời cho động cơ diesel phun trực tiếp theo thời gian. Cảm biến áp suất dầu có các thông số đặc tính như trong Bảng 1. 118
Bảng 1. Bảng thông số vòi phun Sensys Dải áp suất 0 ~ 250 bar Ngõ ra 1-5V Nhiệt độ hoạt động 40~125℃ Chịu rung 20G, 20~200Hz Môi chất Nước, dầu, khí. Xuất xứ Hàn Quốc 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG Trong bước thử nghiệm, hệ thống giám sát được thực hiện trên động cơ Vikyno 12,5 HP và trên băng thử động cơ công suất. Đầu ra của bơm cao áp và ống dẫn dầu cao áp được cải tiến để lắp cảm biến áp suất để lấy tín hiệu biến thiên của áp suất như trên Hình 1 (Nguyễn Tất Tiến, 2000). Hình 1: Vị trí đặt cảm biến áp suất nhiên liệu động cơ diesel 1 xy-lanh phun trực tiếp. Thiết kế phần cứng bao gồm: Khối nguồn và đầu vào cảm biến, chuẩn giao tiếp RS232, khối chuyển đổi ADC, khối vi điều khiển PIC16F877A. Khối nguồn được thiết kế riêng biệt để chống nhiễu giữa nguồn cảm biến và nguồn vi điều khiển PIC16F877A (Cory L. Clark, 2005) (PIC16F87A DATA SHEET, 2003). Hình 2: Khối nguồn và đầu vào cảm biến Khối chuẩn giao tiếp RS232. Chuẩn RS232 được nối ra một giắc cắm (gọi là cổng COM). Khi sử dụng có thể sử dụng 2 hay tòan bộ chân (pin) của cổng này. Chỉ truyền và nhận tín hiệu nên chỉ sử dụng 2 dây truyền tín hiệu (chân 3 Transmit Data TxD), nhận tín hiệu (chân 2 Receive Data RxD) và một dây nối đất (GND - ground, hay mass). 119
Hình 3: Chuẩn giao tiếp RS232 Khối chuyển đổi ADC sử dụng microchip 12 bit MCP3202. Chuyển đổi tín hiệu Analog từ cảm biến áp suất phun nhiên liệu 1- 5V thành tín hiệu Digital 819- 4095 giao tiếp với vi điều khiển PIC16F877A thông qua giao thức SPI. Hình 4: Khối chuyển đổi ADC Khối vi điều khiển Pic 16F877A Hình 5: Khối vi xử lý PIC16F877A 120
3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM THU NHẬN TÍN HIỆU Thiết lập lưu đồ giải thuật đọc và hiển thị tín hiệu áp suất như trên Hình 6. Thuật toán và sơ đồ hóa giải thuật trên phần mềm LabVIEW và trình bày trên Hình 7 và Hình 8 (Nguyễn Bá Hải, 2012). Hình 6: Thiết lập lưu đồ giải thuật Dữ liệu thu nhận sẽ được truyền qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ. Do vậy nên tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền (1 kí tự). Bộ truyền gửi một bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho bộ nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit tiếp theo. Bit này luôn bắt đầu bằng mức 0…Tiếp theo đó là các bit dữ liệu (bits data) được gửi dưới dạng mã ASCII (có thể là 5,6,7 hay 8 bit dữ liệu). Sau đó là một Parity bit (Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) và cuối cùng là bit dừng - bit stop có thể là 1, 1,5 hay 2 bit dừng. Hình 7: Thiết lập chuẩn giao tiếp cổng RS232 trong Labview 121
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Một số kết quả thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm hệ thống đo áp suất phun đã được thu nhận và trình bày từ Hình 9 đến Hình 3.6. Hình 8: Thuật toán hiển thị trên labVIEW Hình 9: Phần cứng hoàn chỉnh Phần cứng hoàn chỉnh (mạch chuyển đổi tín hiệu) được trình bày trong Hình 3.1. Trong đó bao gồm: nguồn cấp, cổng kết nối tín hiệu từ cảm biến áp suất, vi điều khiển PIC16F877A, cổng chuyển tín hiệu đã chuyển đổi về PC thông qua kết nối RS232... Hình 10: Bảng điều khiển và hiển thị trong Hình 11: Kiểm tra cổng kết nối COM LabVIEW Khi có phần mềm và phần cứng cần thiết thì tiến hành kết nối với PC thông qua giao diện với LabVIEW (Hình 3.2). Chọn cổng COM theo đường dẫn như trên Hình 3.3. Tiến hành kết nối trực tiếp Chạy rà động cơ trước khi tiến hành tiến hành thử nghiệm. Chạy chương trình giao diện LabVIEW và xuất trực tiếp đồ thị đường đặc tính phun nhiên liệu theo thời gian trên Hình 3.4. 122
Hình 12: Biến thiên của áp suất phun nhiên Hình 13: Biến thiên của tín hiệu áp suất liệu theo thời gian tại tốc độ 1200 vòng/phút phun nhiên liệu theo thời gian tại tốc độ 2400 vòng/phút Kết quả thực nghiệm (Hình 3.4 và Hình 3.5) tại nhiều tốc độ động cơ cho thấy sự ổn định của giá trị đo và hiển thị của sự thay đổi áp suất phun theo thời gian (góc quay trục khuỷu). a) Kết quả từ hệ thống b. Kết quả đo bởi dao động ký FLKUE Hình 14: So sánh kết quả đo của hệ thống nghiên cứu (a) và dao động ký FLUKE (b) Kết quả thu được từ mạch thu nhận tín hiệu được so sách với kết quả đo của thiết bị dao động ký từ Hãng FLUKE (Mỹ) và được trình bày trình Hình 3.6. So sánh trên Hình cho thấy sự thống nhất kết quả thực nghiệm vì giữa hai thiết bị. Vì vậy, kết quả thu nhận từ hệ thống đo có độ tin cậy cao. 123
4. KẾT LUẬN Hệ thống giám sát sự biến đổi áp suất phun nhiên liệu được thiết kế, chế tạo và thử nghiệm trên băng thử công suất động cơ. Kết quả ban đầu cho thấy sự ổn định của kết quả đo tại các dãy tốc độ khác nhau và độ tin cậy của kết quả đo và so sách với thiết bị đã được cân chuẩn. Đây là cơ sở để ứng dụng các thiết bị trong quá trình giám sát sự thay đổi của áp suất phun nhiên liệu trong quá trình vận hành và đánh giá tính năng kỹ thuật động cơ. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 K. Kannan and M. Udayakumar (2010). Experimental study of the effect of fuel injection pressure on diesel engine performance and emission. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 5(5). 2 S. Semin, R. Abu Bakar, A.R. Ismail and I. Ali (April 2009 – 91). An experimental investigation of diesel engines fuel injection pressure effect on power performance and fuel consumption. Archive of SID, 22(1). 3 Kandasamy Muralidharan and Palanisamy Govindarajan (2011).The Effect of Bio-Fuel Blends and Fuel Injection Pressure on Diesel Engine Emission for Sustainable Environment, American Journal of Environmental Sciences 7(4): 377-382. 4 Cory L. Clark, 2005, “LabVIEW Digital Signal Processing and Digital Communications”,c opyright © 2005 by the McGraw-Hill Companies, Inc. 5 Nguyễn Bá Hải, 2012 "Lập Trình LabVIEW", Hồ Chí Minh, NXB Đại học Quốc gia TPHCM. 6 Nguyễn Tất Tiến, 2000 "Nguyên lý động cơ đốt trong", Hà Nội, NXB Giáo dục. 7 PIC16F87A DATA SHEET, 2003. “Microchip Technology Inc”, DS39582B-page 2. 8 MCP3202 DATA SHEET, 2006 “Microchip Technology Inc”, Ds21034d-page 1. 124