5 trang 4 lượt tải

Báo cáo Thiết kế bản thử vòi phun xăng | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

7

Phương án điều khiển vòi phun Vì sử dụng bơm nhiên liệu không thể thay đổi áp suất phun, phương án nhóm tác giả sử dụng là dùng khí nén có thể thay đổi áp suất để nén trực tiếp bình nhiên liệu. Để điều khiển vòi phun, sử dụng chân digital của vi điều khiển kết hợp với mô-đun điều khiển công suất để điều khiển vòi phun. Thời gian đóng mở vòi phun tương ứng với thời gian chân digital ở mức logic 1. Tài liệu được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!

Môn: Thực tập cơ bản 331 tài liệu

Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội 5.6 K tài liệu

Tác giả:

Profile

Mai Nguyệt

1 tháng trước
Tải xuống
Báo cáo
Danh sách Quiz
Tải xuống
/5
90 Lê Minh Ti n, Phế ạm Qu c Thái, Hu n Tiố ỳnh Tấ ến, Võ Anh Vũ
THIẾ ẾT KẾ CH T ẠO BĂNG THỬ VÒI PHUN XĂNG
DESIGN AND DEVELOPMENT OF GASOLINE INJECTOR TEST BENCH
Lê Minh Ti n m Qu c Thái , Hu nh T n Ti
ế
1
, Phạ ố
1
ỳ ấ ến
1
, Võ Anh Vũ
2
1
Trường Đạ ọc Đà Nẵi h c Bách khoa - i họ Đạ ng; lmtien@ac.dut.udn.vn
2
Nghiên c u sinh Khóa 33, ngành K thu ng l c ứ ỹ ật Cơ khí độ ự
Tóm t - ắt Vòi phun là m t b n r t quan tr ng trong h ngộ ộ phậ ấ ọ ệ thố
số chính xác c a m t vòi phun giúp cho chúng ta có th s d ngủ ộ ể ử ụ
vòi phun đó mộ hơn, ví dụ như xây dựt cách hiệu quả ng một hệ
thống phun xăng điện tử. Bài báo trình bày về kết quả nghiên cứu
thi t k , ch tế ế ế ạo băng thử vòi phun xăng ạch điềđiện trở cao. M u
khi n s d ng lo ng nhiên li u ể ử ụ ại Arduino Uno R3, lượ ệ phun được
đo bằng loadcell, áp su t nhiên li i nhấ ệu thay đổ ờ m t van ộ điều
ch chỉnh và u áp. K t qu nghiên c u cho th y điề ế ả ứ ấ đã ế t o thànhạ
công băng thử vòi phun động cơ xăng ựng được phương ; xây d
pháp s dử ụng băng thử để xác định bộ thông số của vòi phun, từ
đó có thể tính toán lượng xăng phun theo thời gian xung điều khiển
vòi phun.
Abstract - Gasoline injectors are very important parts of gasoline
injection system on internal combustion engines. Accurately
identifying the parameters of a gasoline injector allows us to use it
more efficiently, for example, building a custom electronic fuel
injection. This research presents the results of the development of
a gasoline injector test bench. The control circuit uses the Arduino
Uno R3, the gasoline injection amount is determined by load cell,
the gasoline pressure in the injector is changed by a pressure
regulator. The research results show that a gh resistancehi
gasoline injector test bench ha been successfully developed ands
a method of determining the parameters of the injector is built so
that the gasoline injection amount can be calculated according to
the injection time.
T khóa - ừ vòi phun xăng; hệ thống phun xăng điện tử; động cơ đốt
trong; Arduino; băng thử vòi phun.
Key words - gasoline injectors; electronic gasoline injection system;
internal combustion engine; Arduino; injector test bench.
1. Giới thi u ệ
Sau h t th k t khi c phát minh, l ch s cơn mộ ế ỷ ừ đượ ị ử ủa
ngành công nghi p ô tô s d t trong ệ ử ụng động cơ đố đã trải
qua những bước phát tri n l n. T b ể ớ ừ ộ chế hòa khí đơn giản
và h a magneto u, ệ thống đánh lử ban đầ đến nay đã được
thay th b ng h n t vế ằ ệ thống phun xăng và đánh lửa điệ ử ới
đặc tính làm việc t n v c tính lý thuyối ưu gầ ới đặ ết, nhằm
tăng hiệu suất làm việc, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và ô
nhiễm môi ng. trườ
Hệ thống phun xăng ển điệđiều khi n tử có 2 loại: gián
ti thếp và tr c ti V i hự ếp. ớ ệ ống phun xăng gián tiếp, nhiên
liệu được phun vào đường ống nạp thông qua vòi phun
được điều khiển bằng ECU (Electronic Control Unit) để
t o hòa khí bên ngoài c hút vào bên trong xạ trước khi đượ i
lanh. ng nhiên li c phun b i vòi phun Lượ ệu đượ ở đóng vai
trò quan tr n hi m c phát thọng ảnh hưởng đế ệu năng và ứ ải
ô nhi m cễ ủa động cơ.
Hình 1. Vòi phun động cơ xăng
1- L vòi phun; 2- Ti kim; 3- Lõi t ; 4- n dây n t ; ỗ ừ Cuộ điệ ừ
5- u n 6- i l c 7- m làm kín Đầ ối điện; Lướ ọ ; Đệ
Vòi phun c ch t là m n t S cxăng thự ấ ột van điệ ừ. ơ đồ ấu
t o cạ ủa vòi phun xăng được thể hiện trên Hình 1. Khi ECU
đưa dòng điện qua cuộn dây điện t c a vòi phun, t ừ ủ ừ trường
do cu n dây sinh ra hút lõi t làm ti kim nh c lên và nhiên ộ ừ ấ
liệu được phun ra. Độ nâng c a ti kim kho ng 0,05 mm ủ ả đến
0,10 mm tùy theo t ng lo i vòi phun. Sau kho ng th i gian ừ ạ ả ờ
t ừ 1,5 ms đến 18 ms tùy theo tình tr ng v n hành, ECU ngạ ậ ắt
điệ ấn qua cu n tộn dây điệ ừ làm m t từ trường hút lõi từ và
ti kim b ị lò xo đẩy v ề đóng chặt đế lỗ phun. Quá trình phun
nhiên liệu như vậy k t thúc [1]. Khế ối lượng nhiên liệu được
phun ph thu c vào: ụ ộ
- Thời gian điều khi m vòi phun t = t + t (ển ở
1 o
ms) và
thời gian m c a vòi phun t = t + t + t ( ) ( ): thở ủ
2 o c
ms (t
o
ms ời
gian t lúc ECU c n khi vòi phun m hoàn toàn; ừ ấp điện đế ở
t ( ): th i gian t lúc vòi phun m ms ờ ừ ở hoàn toàn đến khi ECU
ngắt điệ ắt điện đến; t ( ): th
c
ms ời gian từ khi ECU ng n khi
vòi phun đóng hoàn toàn).
- Lượng phun trong một đơn vị thời gian (ph thuụ ộc
vào đặc điểm của từng loại vòi phun – hằng số vòi phun).
- Khối lượng riêng của nhiên liệu.
- Độ chênh áp gi a áp su t nhiên li u v i áp su t phía ữ ấ ệ ớ ấ
trước lỗ vòi phun.
Thời gian t
o
được g i là th i gian ch t. ọ ờ ế Khi điện áp điều
khiển m vòi phun càng cao thì t càng nh (không tuyở
o
ỏ ến
tính), v phun m i m t th i gian mòi ở nhanh hơn. Vớ ộ ờ ở cơ
bản cho tr c, áp su t nhiên li u và nhi i, ướ ấ ệ ệt độ không đổ
điện áp cao hơn thì lượ ệu đượ ều hơn.ng nhiên li c phun nhi
Với lo n tr cao, th i gian t = 1 - 1,5 ms và ại vòi phun điệ ở ờ
o
t t [2], [3].
c
≈
o
/2
Hình 2. Quan h n và th i gian t , t, tệ giữa dòng điệ ờ
o c
Trong quá trình giả ạng d y và nghiên c u khoa h c tứ ọ ại
ISSN 1859- - T P CHÍ KHOA H C VÀ CÔNG NGH1531 Ạ Ọ Ệ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(122).2018 91
Khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại học Bách khoa - Đại
học Đà Nẵng, c việ xác định đặc tính c vòi phun có sủa ẵn
không thể thực hiện được do nhà trường không có thi t b ế ị để
xác định thông s vòi p ng thố hun, đồ ời trên thị trườ ng cũng
không có sẵn thiế ịt b này. Vì v y, viậ ệ ếc ch t o mạ ột băng thử
có thể mô phỏng điều khiển vòi phun hoạt động tương tự
như trên động cơ thật là c n thiầ ết, v i m t s ớ ộ ố tính năng như:
- Có th t i th i gian phun theo mili giây (ms); ể hay đổ ờ
- Có th i áp su t nhiên li ể thay đổ ấ ệu;
- Xác định được lưu lượng nhiên liệu phun.
Việc s d giúp cho chúng ta có th : ử ụng băng thử ể
- Xây d ng ự được công th ng nhiên liức xác định lượ ệu
phun theo th u khi n phun; ời gian điề ể
- Kiểm tra hư hỏng vòi phun.
Với thiết bị này, u quhiệ ả nghiên cứu khoa học của sinh
viên, học viên cao học cũng như cán bộ giảng viên Khoa Cơ khí
Giao thông, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng sẽ
tăng lên. Đồng thời thiết bị này là cơ sở giúp các sinh viên đang
tham gia cuộc thi “Lái xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu” của
Honda, cũng như cuộc thi “Shell Echo-marathon” có thể tự thiết
kế hệ thống phun xăng điện tử cho động cơ nhằm giảm tối đa
tiêu hao nhiên liệu.
2. Thi t k t ế ế chế ạo băng thử
2.1. d Mục đích sử ụng băng thử
Quá trình u khi n phun ng Gđiề ể lượ xăng
nl
vào đường
nạp trên h ệ thống phun xăng điện t ử thực chất là điều khiển
thời gian m vòi phun t . N u không có s u ch nh, tở
1
ế ự điề ỉ ại
m t v trí t i và tộ ị ả ốc độ, thời gian m vòi phun khác nhau s ở ẽ
t o ra h n h p không khí nhiên li u v i t l khác nhau. ạ ỗ ợ ệ ớ ỉ ệ
G
ọi p (kg/cm
2
) là chênh áp gi a áp su t nhiên li u và ữ ấ ệ
áp su t sau vòi phun. Vì áp suấ ất sau vòi phun trên băng thử
là áp suất khí trời nên p chính là áp su t nhiên liấ ệu được tạo
ra trong quá trình th nghi m. ử ệ Lượng xăng phun trong một
chu trình G (g)
nl
được xác định như sau:
G + G + G (g) (1)
nl
= G
o c
V Gới
o
(g) l phun : ượng xăng thời gian t ; G (g) l ng
o
: ượ
xăng phun thời gian t; G (g)
c
: lượng xăng phun thời gian t ;
c
Gọi K (g/ms) là h sệ ố phụ thu c vào c u t o vòi phun, ộ ấ ạ
loại nhiên li ệu.
Ta có, i gian t là: lượng xăng phun trong thờ
G = K.t (g) (2)
Dựa vào ta th y rHình 2 ấ ằng lượng nhiên li u phun ệ
trong th i gian t và t : ờ
o c
G < K.t (3)
o
+ G
c o
Như vậy, từ (1), (2) và (3) ta suy ra:
G = x.K.t + K.t (g) i 0 < x < 1 (4)
nl o
, vớ
Công thức (4) cho thấy rằng, cùng m t vòi phun ộ và loại
nhiên li u s d chênh áp gi a áp su t nhiên li u và áp ệ ử ụng, ữ ấ ệ
suất trước vòi phun không thay đổi thì lượng nhiên liệu
phun vào m t xylanh G ộ
nl
chỉ phụ thu c vào ộ thời gian t. Như
v y, v i m t vòi phun c n kh c tính, ta s tìm ra ậ ớ ộ ầ ảo sát đặ ẽ
m t b thông s ( i nhiên li u, p V i b thông s ộ ộ ố loạ ệ , t , K
o
). ớ ộ ố
này, ta có th ng nhiên ể hoàn toàn xác định chính xác lượ
liệu phun qua vòi phun b ng th i gian phun t . ằ ờ
1
2.2. t k Thiế ế băng thử
2.2.1. u khi n vòi phun Phương án điề ể
Vì s dử ụng bơm nhiên liệ thay đổu không thể i áp suất
phun, nhóm tác gi s d là dùng í nén có phương án ả ử ụng kh
thể thay đổ ất đểi áp su nén trực tiếp bình nhiên liệu. Để
điều khi n vòi phun, s d ng chân digital cể ử ụ ủa vi điều khi n ể
k t h p vế ợ ới mô- đun điều khi n công suể ất để điều khi n vòi ể
phun. Thời gian đóng mở vòi phun tương ứng v i th i gian ớ ờ
chân digital m c logic 1. ở ứ
Hình 3. Sơ đồ phương án điề u khiển vòi phun
1- Bình nhiên li u; 2- L c nhiên li u; 3- Vòi phun ệ ọ ệ
2.2.2. ng nhiên li u phun Phương án xác định lượ ệ
Để ụ ụ xác định lượng nhiên liệu tiêu th , ta sử d ng
p dùhương án ng c m bi n l oadcell) ả ế ực (l để xác định lượng
nhiên li u tiêu , vì c m bi n l c ph n có giá thành ệ thụ ả ế ự ổ biế
phù h chính xác . ợp và độ cao
Hình 4. Phương án xác định lượng nhiên liệu phun
1- Vòi phun; 2- Bình nhiên li u; 3- Loadcell; 4- ADC ệ Mô-đun
2.2.3. Thông s các thành ph n chính ố ầ
a. Mạch vi điều khiển Arduino Uno R3 [4]
Đặc điể Arduino là môi trườm nổi bật của các mạch ng
phát tri ng d ng u khi c k d s d ng, vển ứ ụ vi điề ển cự ỳ ễ ử ụ ới
m t ngôn ng l trình có th h c mộ ữ ập ể ọ ột cách nhanh chóng
ngay c v i ít am hi u v n t và l p trìnhả ới ngườ ể ề điệ ử ậ .
Arduino Uno R3 s d ng chip Atmega328. Nó có 14 chân ử ụ
digital I/O, 6 chân đầu vào analog, thạch anh dao động
16Mhz ( ). Bảng 1
Hình 5. M ch Arduino Uno R3 (trái) Sensor Shield (ph ạ và ải)
92 Lê Minh Ti n, Phế ạm Qu c Thái, Hu n Tiố ỳnh Tấ ến, Võ Anh Vũ
B ng 1.ả Thông số kỹ thuật Adruino UNO R3
Thông s ố
Giá tr ị
Vi điều khiển
ATmega328
Điệ ạ độn áp ho t ng
5 V
Điện áp vào khuyên dùng
7 V V – 12
Điệ ạn áp vào giới h n
6 V – 20
Digital/Opin
14 (chân 0 - 13)
Analog input pins
6 (Chân A0 A5) –
Cường độ dòng diện trên mỗi I/Opin
20 mA
Cường độ dòng diện trên mỗi 3,3Vpin
50 mA
Flash Memory
32 KB
SRAM
2 KB
EEPROM
1 KB
T ốc độ
16 MHz
Để giúp mạch Arduino Uno R3 k t n i v i các cế ố ớ ảm
biến, giao tiếp cổng COM và giao tiếp I2C một cách đơn
giản tại mọi thời điểm (như là shield LCD) hoặc các
mô- Arduino Sensor Shield. đun giao tiếp I2C, ta sử dụng
b. Vòi phun
Có i vòi phun: lo n tr p (<3 2 loạ ại điệ ở thấ Ω) và loại
điện tr cao (>10 ở Ω). Vòi phun thường có 2 chân: m t chân ộ
n i ngu n 12 V, chân còn l i n u khi n thông ố ồ ạ ối ECU để điề ể
mass nh transitor. ờ Vòi phun điện tr cao r t d ở ấ ễ điều khi n, ể
chỉ cần c n 12 V trấp điệ ực
tiếp cho vòi phun. Vòi
phun điện trở thấp lắp vào
m ch ph n tr ạ ải qua điệ ở phụ
và khó điề ển hơn bởu khi i
vì c n ph i t o m t dòng ầ ả ạ ộ
điện “đỉnh” đủ cao để mở
vòi phun ( 4 A) và sau ∼ đó
là dò ing đ ện “giữ” thấp
hơn đủ để, vòi phun vẫn
m mà không làm cháy vòi ở
phun ( 1 A). thu n ti n trong vi c thi t k và thi công ∼ Để ậ ệ ệ ế ế
thi t bế ị, ta ưu tiên chọn lo i vòi phun ạ điện tr ở cao. Vòi phun
đư ọ điợc ch n sử d ng là loụ ại ện trở cao sử d ng ụng trên độ
cơ 1.8L 4 xi lanh thẳng hàng 1ZZ- (Hình 6 BFE ). ộ thông
s c m c (2.1) c a vòi phun s c xác ố như đã đề ập ở đề ụ ủ ẽ đượ
định sau khi chạy thử n . ghiệm trên băng thử
c. Loadcell
Loadcell là thi t b ế ị
cảm biến dùng để
chuyển đổi lực hoặc
trọng lượng điện thành
tín hiệu điện. Loadcell
được c u tấ ạo b i hai ở
thành phần, thành
phần thứ nhất là “Strain gage” và thành phần còn lại là
“Load”. Strain gage là một điện trở đặ c biệt chỉ nhỏ bằng
móng tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo giãn và được
nuôi b ng mằ ột nguồn điện ổn định, được dán chết lên “Load”-
một thanh kim lo i chạ ịu tải có tính đàn hồi.
Loadcell hoạt động trên nguyên lý cầu điện tr cân bở ằng
Wheatstone. Giá tr l c tác d ng t l v i sị ự ụ ỉ ệ ớ ự thay đổi điện
trở c ng trong c n tr t l v tín hiảm ứ ầu điệ ở và do đó ỉ ệ ới ệu
điện u ra. c sáp đầ Loadcell thường đượ ử d cụng để ảm ứng
các l c l c bi n thiên ch ự ớn, tĩnh hay các lự ế ậm.
Để phù hợp với việc cân nhiên liệu trên , ta băng thử
ch cóọn loadce YZC-ll 133 thang đo 10 kg (Bảng 2).
B ng 2.ả Bảng thông số kỹ thuật của cảm biến lực Loadcell
Thông s ố
Giá tr ị
Model
YZC 133 –
T i tr ả ọng
10 (Kg)
Độ ạ nh y
1,0 1,5 (mV/V) ±
Độ ệ ế l ch tuy n tính
0,05 (%)
Ảnh hưở ệt độ ới động nhi t nhạy
0,003 (%RO/° C)
Ảnh hưở ệt độ ới điểng nhi t m không
0,02 (%RO/° C)
Độ cân b m không ằng điể
±0,1 (%RO)
Trở kháng đầu vào
1.066 ± 20 (Ω)
Trở kháng ngõ ra
1.000 ± 20 (Ω)
Trở kháng cách li 50V
2. 000 (mΩ)
Điện áp ho ạt động
5 (V)
Nhi ệt độ hoạt động
-20 ~ 65 (°C)
Chấ ệ ả ết li u c m bi n
Nhôm
d. Bộ điều ch nh áp su ỉ ất xăng
Chọn bộ điều ch nh áp su khí nén STNC TR2000-ỉ ất 02
(Bảng 3) để thay đổi áp suất nhiên liệ ầu theo yêu c u trong
quá trình th c hi n thí nghi u ch nh ự ệ ệm. Đây là bộ điề ỉ kiểu
dẫn khí cân b u tràn, nên có nh c tính ằng, kèm cơ cấ ững đặ
ưu việt như: ổ áp có độn nhạy cao, phản ứng nhanh, khóa
chặn ch c ch ng th i có kh ráp ắ ắn, đồ ờ ả năng lắp tương ứng
v i các s n ph m khác. ớ ả ẩ
Bảng 3. Thông s k thu t bố ỹ ậ ộ điều áp STNC TR2000-02
Quy cách
TR2000- 02
Môi trường làm việc
Không khí
Lưu lượng
500 (L/mm)
Áp l c s d ự ử ụng
0, - 1 (MPa)05
Nhi ệt độ
0 - 60 (°C)
Kiểu van
Kiểu van tràn
Kiểu ren đồng hồ
G1/8
Hãng s n xu t ả ấ
STNC
e. Đồng h n th áp su t ồ hiể ị ấ
Ta s d ng hử ụng đồ ồ đo
áp su n th áất dùng để hiể ị
suất c nhiên li u tronủa ệ
quá trình th c hi n thự ệ
nghi m k t h p v i bệ ế ợ ớ ộ
đi điều áp để ều chỉnh á
suất theo yêu c ầu.
Hình 8. Đồng h n th áp suồ hiể ị
f. Module ADC 24bit HX711
Module ADC 24bit HX711 (B là m c giá ảng 4) ạch đọ
trị ủ c a loadcell có độ phân giải 24bit với t lốc độ ấy mẫu là
12 l n/giây. - giao ti p v i u khi qua 2 dây ầ Mô đun ế ớ vi điề ển
(clock và data).
B ng 4.ả Thông s k thu t c a ADC 24bit HX711 ố ỹ ậ ủ
Điệ ện áp làm vi c
2,7 5 (V) ÷
Dòng tiêu th ụ
< 1,5 (mA)
T l y m u ốc độ ấ ẫ
12 (SPS)
Độ ả phân gi i
24 bit ADC
Độ ề phân giải đi u áp
40 (mV)
Hình 7. Loadcell
Hình 6. Vòi phun điện trở cao
s d 1ZZ- ử ụng trên động cơ FE
ISSN 1859- - T P CHÍ KHOA H C VÀ CÔNG NGH1531 Ạ Ọ Ệ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(122).2018 93
g. Bình ch a nhiên li u ứ ệ
Bình ch a nhiên li u cứ ệ
áp su t làm vi c an toàấ ệ
dư
ới 10 kg/cm .
2
Hình 9. Bình ch a nhiên li uứ ệ
h. Sơ đồ mạch điện
Hình 10. m n Sơ đồ ạch điệ
2.2.4. Ch t o khung và l t hoàn thi ế ạ ắp đặ ện băng thử
Từ b n v thi t k , ch t và l t các ả ẽ ế ế ế ạo khung giá đỡ ắp đặ
thành ph Hình . ần lên băng thử như 11
Hình 11. Thi t k t ế ế chế ạo khung băng thử
3. Thử nghi ệm và đánh giá
3.1. Các thông s n ố chọ
B ng 5.ả B ng thông s n ả ố chọ
Thời gian xung điều khi n (ms) ể
2
4
6
8
10
Áp su t nhiên li u (kg/cm ) ấ ệ
2
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
3.2. m tra tín hi u khi n vòi phun Kiể ệu điề ể
Hình 12. Tín hi u khi n m vòi phun tệu xung điề ể ở
i
= 2,4 ms
Trước khi tiến hành thử nghiệm, kiểm tra xung điều
khi hoển th i gian m vòi phun tờ ở
i
có ạt động đúng theo yêu
cầu hay không. T các kừ ết quả kiểm tra, nh n thậ ấy băng
thử ng chính xác các thhoạt độ ở ời gian đóng mở vòi phun.
Hình 13. Tín hi u khi n m vòi phun t = 6,8 ms ệu xung điề ể ở
i
3.3. nh th i gian m t c a vòi phun Xác đị ờ ở nhỏ nhất
o
ủ
Để ủ xác định t c
o
a vòi phun thử nghiệm ở các mức áp
suất khác nhau, ta s u ch nh th khi n ẽ điề ỉ ời gian xung điều ể
tăng từ ms đế 0,5 n 1,5 ms v u ch nh là 0,1 ms ới bước điề ỉ
đến khi nào vòi phun bắt đầu phun thì dùng l i và ghi l i s ạ ạ ố
li liệu Sau quá trình ki m tra ta có s. ể ố ệu như Bảng 6.
B ng 6.ả i gian t c a vòi phun Thờ
o
ủ
Áp su t nhiên li kg/cm ấ ệu,
2
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Thời gian t , ms
o
1,0
1,1
1,1
1,2
1,2
3.4. nghi Thử ệm phun xăng
3.4.1. c ti nghi m Các bướ ến hành thử ệ
• Bước 1: vào bình ch Đổ đầy xăng ứa;
• Bước 2: Điều chỉnh áp suất xăng theo yêu cầu;
• Bước 3: B u ti n hành phun nhiên li u v i thắt đầ ế ệ ớ ời
gian t và s l n phun 2. t mô ph 3.
1
ố ầ 500 ở ốc độ ỏng là 000
vòng/phút; S ng phun 2.500 l n d a trên kh ng ố lượ ầ ự ối lượ
xăng phun nằm trong vùng làm việc hiệu quả của loadcell
và th i gian th c hi n m t l n th nghi m là nh t; ờ ự ệ ộ ầ ử ệ ỏ nhấ
• Bước 4: Ghi l i s u k t qu c hi ạ ố liệ ế ả thự ện.
3.4.2. K t qu m ế ả thử nghiệ
Kết qu ả thử nghi m t ng 2.500 l n phun ệ ổ ầ được trình bày
trên B ng 7 và k t qu tính trung bình 1 lả ế ả ần phun được trình
bày trên B 8. ảng
B ng 7.ả B ng l (g) sau 2.500 l n phun ả ượng xăng ầ
t
1
(ms)
p (kg/cm
2
)
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
2
12,71
13,61
14,32
15,58
16,18
4
28,45
31,08
33,1
35,55
38,09
6
44,12
48,74
52,05
55,42
59,09
8
60,87
65,73
70,36
75,99
79,75
10
75,86
81,25
90,31
96,54
102,42
B ng 8.ả B (g) trung bình 1 l n phun ảng lượng xăng ầ
t
1
(ms)
p (kg/cm
2
)
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
2
0,0051
0,0054
0,0057
0,0062
0,0065
4
0,0114
0,0124
0,0132
0,0142
0,0152
6
0,0176
0,0195
0,0208
0,0222
0,0236
8
0,0243
0,0263
0,0281
0,0304
0,0319
10
0,0303
0,0325
0,0361
0,0386
0,0410
94 Lê Minh Ti n, Phế ạm Qu c Thái, Hu n Tiố ỳnh Tấ ến, Võ Anh Vũ
Hình 14. Đồ thị xác định hệ số x, K tại áp suất p = 2,0 kg/cm
2
Hình 15. Đồ thị xác định hệ số x, K tại áp suất p = 2,5 kg/cm
2
Hình 16. Đồ thị xác định hệ số x, K tại áp suất p = 3,0 kg/cm
2
Hình 17. Đồ thị xác định hệ số x, K tại áp suất p = 3,5 kg/cm
2
Hình 18. Đồ thị xác định hệ số x, K tại áp suất p = 4,0 kg/cm
2
Từ B 8, xây d ng các hàm x p x theo công th c (4) ảng ự ấ ỉ ứ
được các đồ thị (từ Hình 14 đến Hình ). 18 Ta xác định được
bộ thông số (p, x, K) c a vòi phun v i sai sủ ớ ố nhỏ hơn 2%,
được trình bày trên Bảng 9. Giá tr x = 0,6 ị không thay đổi
khi thay đổi p.
Bảng 9. B thông s (p, x K) c a vòi phun th nghi m ộ ố , ủ ử ệ
STT
p (kg/cm )
2
x
K (g/ms)
1
2,0
0,6
31,5e-4
2
2,5
0,6
34,5e-4
3
3,0
0,6
37,2e-4
4
3,5
0,6
40,5e-4
5
4,0
0,6
43,0e-4
Từ B 9, p x hàm tuy n tính, ảng dùng phương pháp xấ ỉ ế
xác định được hệ s ố K theo áp su t nhiên li a vòi phun ấ ệu củ
như sau:
K = 0,00029.p + 0,002864 (g/ms) (5)
Hình 19. X p x giá tr K theo áp su t p ấ ỉ ị ấ
4. Kết luận
Sau quá trình nghiên c u, thi t k , ch tứ ế ế ế ạo băng thử vòi
phun động cơ xăng, tiến hành thử nghi m trên vòi phun ệ
m u, ta rút ra m t s k t lu ẫ ộ ố ế ận như sau:
• Đã chế ạo thành công băng thử vòi phun động cơ t
xăng cho loạ òi phun điệi v n trở cao;
• Bằng cách sử dụng băng thử vòi phun để thử nghiệm vòi
phun, ta đã xây dựng được phương pháp xác định công thức
tính toán lượng xăng phun G qua vòi phun theo th
nl
ời gian điều
khi n mể ở vòi phun t v
1
ới áp suất nhiên li u p b t kệ ấ ỳ.
Để nâng cao hiệu quả của băng thử vòi phun, hướng
phát tri trong th n là: ển ời gian đế
• Bổ sung phương án điều khi n vòi phun ể điện tr ở thấp.
• Thay th ế đồng hồ đo áp suất cơ học b ng c m bi n áp ằ ả ế
suất để tăng độ chính xác của kết quả đo.
TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả
[1] Rolf Gscheidle, Stuidiendirektor, Winnenden, K thu t ô tô và xe ỹ ậ
máy hiện đại (b d ch ti ng Viản ị ế ệt), Europa Lehrmittel, 2013.
[2] L. Ostrica, M. Gutten, J. Jurcik, Analysis of gasoline injection “
system”, Journal of Electrical Engineering, ISSN 1542-8594 Vol ,
14, 2014, pp. 248-252.
[3] Milan Sebok, Jozef Jurcik, Miroslav Gutten, Daniel Korenciak,
Jerzy Roj, Pawel Zukowski, Diagnostics and measurement of the “
gasoline engines injection system”, Przegląd Elektrotechniczny,
ISSN 0033-2097, r. 91 NR 8/2015, pp. 77 - . 80
[4] https://www.arduino.cc/
(BBT nh n bài: 15/11/2017, hoàn t t th t c ph n bi n: 26/12/2017)ậ ấ ủ ụ ả ệ
0.00%
1.00%
2.00%
3.00%
4.00%
5.00%
0
0.01
0.02
0.03
0 2 4 6 8 10 12
Thực nghiệm (g/ct)
Sai số (%)
0.00%
1.00%
2.00%
3.00%
4.00%
5.00%
0
0.01
0.02
0.03
0 2 4 6 8 10 12
Thực nghiệm (g/ct)
Sai số (%)
0.00%
1.00%
2.00%
3.00%
4.00%
5.00%
0
0.01
0.02
0.03
0 2 4 6 8 10 12
Thực nghiệm (g/ct)
Sai số (%)
0.00%
1.00%
2.00%
3.00%
4.00%
5.00%
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0 2 4 6 8 10 12
Thực nghiệm (g/ct)
Sai số (%)
0.00%
1.00%
2.00%
3.00%
4.00%
5.00%
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0 2 4 6 8 10 12
Thực nghiệm (g/ct) Sai số (%)
y = 0.00029x + 0.002864
0.0031
0.0033
0.0035
0.0037
0.0039
0.0041
0.0043
2 2.5 3 3.5 4
K Linear (K)

Tài liệu khác của Đại học Bách Khoa Hà Nội

Preview text:

90
Lê Minh Tiến, Phạm Quốc Thái, Huỳnh Tấn Tiến, Võ Anh Vũ
THIẾT KẾ CHẾ TẠO BĂNG THỬ VÒI PHUN XĂNG
DESIGN AND DEVELOPMENT OF GASOLINE INJECTOR TEST BENCH
Lê Minh Tiến1, Phạm Quốc Thái1, Huỳnh Tấn Tiến1, Võ Anh Vũ2
1Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; lmtien@ac.dut.udn.vn
2Nghiên cứu sinh Khóa 33, ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực
Tóm tắt - Vòi phun là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống
Abstract - Gasoline injectors are very important parts of gasoline
phun xăng điện tử trên động cơ đốt trong. Việc xác định các thông
injection system on internal combustion engines. Accurately
số chính xác của một vòi phun giúp cho chúng ta có thể sử dụng
identifying the parameters of a gasoline injector al ows us to use it
vòi phun đó một cách hiệu quả hơn, ví dụ như xây dựng một hệ
more efficiently, for example, building a custom electronic fuel
thống phun xăng điện tử. Bài báo trình bày về kết quả nghiên cứu
injection. This research presents the results of the development of
thiết kế, chế tạo băng thử vòi phun xăng điện trở cao. Mạch điều
a gasoline injector test bench. The control circuit uses the Arduino
khiển sử dụng loại Arduino Uno R3, lượng nhiên liệu phun được
Uno R3, the gasoline injection amount is determined by load cel ,
đo bằng loadcel , áp suất nhiên liệu thay đổi nhờ một van điều
the gasoline pressure in the injector is changed by a pressure
chỉnh và điều áp. Kết quả nghiên cứu cho thấy đã chế tạo thành
regulator. The research results show that a high resistance
công băng thử vòi phun động cơ xăng; xây dựng được phương
gasoline injector test bench has been successful y developed and
pháp sử dụng băng thử để xác định bộ thông số của vòi phun, từ
a method of determining the parameters of the injector is built so
đó có thể tính toán lượng xăng phun theo thời gian xung điều khiển
that the gasoline injection amount can be calculated according to vòi phun. the injection time.
Từ khóa - vòi phun xăng; hệ thống phun xăng điện tử; động cơ đốt
Key words - gasoline injectors; electronic gasoline injection system;
trong; Arduino; băng thử vòi phun.
internal combustion engine; Arduino; injector test bench. 1. Giới thiệu
ti kim bị lò xo đẩy về đóng chặt đế lỗ phun. Quá trình phun
Sau hơn một thế kỷ từ khi được phát minh, lịch sử của nhiên liệu như vậy kết thúc [1]. Khối lượng nhiên liệu được
ngành công nghiệp ô tô sử dụng động cơ đốt trong đã trải phun phụ thuộc vào:
qua những bước phát triển lớn. Từ bộ chế hòa khí đơn giản
- Thời gian điều khiển mở vòi phun t1 = to + t (ms) và và hệ thốn
g đánh lửa magneto ban đầu, đến nay đã được thời gian mở của vòi phun t2 = to + t + tc (m ) s (to (m ) s : thời
thay thế bằng hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử với gian từ lúc ECU cấp điện đến khi vòi phun mở hoàn toàn;
đặc tính làm việc tối ưu gần với đặc tính lý thuyết, nhằm t (m )
s : thời gian từ lúc vòi phun mở hoàn toàn đến khi ECU
tăng hiệu suất làm việc, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và ô ngắt điện; tc (m )
s : thời gian từ khi ECU ngắt điện đến khi nhiễm môi trường.
vòi phun đóng hoàn toàn).
Hệ thống phun xăng điều khiển điện tử có 2 loại: gián
- Lượng phun trong một đơn vị thời gian (phụ thuộc
tiếp và trực tiếp. Với hệ thống phun xăng gián tiếp, nhiên vào đặc điểm của từng loại vòi phun – hằng số vòi phun).
liệu được phun vào đường ống nạp thông qua vòi phun
- Khối lượng riêng của nhiên liệu.
được điều khiển bằng ECU (Electronic Control Unit) để
tạo hòa khí bên ngoài trước khi được hút vào bên trong xi - Độ chênh áp giữa áp suất nhiên liệu với áp suất phía trước lỗ vòi phun.
lanh. Lượng nhiên liệu được phun bởi vòi phun đóng vai
trò quan trọng ảnh hưởng đến hiệu năng và mức phát thải
Thời gian to được gọi là thời gian chết. Khi điện áp điều ô nhiễm của động cơ.
khiển mở vòi phun càng cao thì to càng nhỏ (không tuyến
tính), vòi phun mở nhanh hơn. Với một thời gian mở cơ
bản cho trước, áp suất nhiên liệu và nhiệt độ không đổi,
điện áp cao hơn thì lượng nhiên liệu được phun nhiều hơn.
Với loại vòi phun điện trở cao, thời gian to = 1 - 1,5 ms và tc ≈ to/ 2 [2], [3].
Hình 1. Vòi phun động cơ xăng
1- Lỗ vòi phun; 2- Ti kim; 3- Lõi từ; 4- Cu n dây ộ điện từ;
5- Đầu nối điện; 6- Lưới lọc; 7- Đệm làm kín
Vòi phun xăng thực chất là một van điện từ. Sơ đồ cấu
tạo của vòi phun xăng được thể hiện trên Hình 1. Khi ECU
đưa dòng điện qua cuộn dây điện từ của vòi phun, từ trường
do cuộn dây sinh ra hút lõi từ làm ti kim nhấc lên và nhiên
liệu được phun ra. Độ nâng của ti kim khoảng 0,05 mm đến
0,10 mm tùy theo từng loại vòi phun. Sau khoảng thời gian
từ 1,5 ms đến 18 ms tùy theo tình trạng vận hành, ECU ngắt
Hình 2. Quan hệ giữa dòng điện và thời gian to, t, tc
điện qua cuộn dây điện từ làm mất từ trường hút lõi từ và
Trong quá trình giảng dạy và nghiên cứu khoa học tại ISSN 1859-1531 -
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(122).2018 9 1
Khoa Cơ khí Giao thông, Trường Đại học Bách khoa - Đại 2.2. Thiết kế băng thử
học Đà Nẵng, việc xác định đặc tính của vòi phun có sẵn 2.2.1. Phương án điều khiển vòi phun
không thể thực hiện được do nhà trường không có thiết bị để
Vì sử dụng bơm nhiên liệu không thể thay đổi áp suất
xác định thông số vòi phun, đồng thời trên thị trường cũng
không có sẵn thiết bị này. Vì vậy, việc c ế
h tạo một băng thử phun, phương án nhóm tác giả sử dụng l à dùng khí nén có
có thể mô phỏng điều khiển hoạt độn
g vòi phun tương tự thể thay đổi áp suất để nén trực tiếp bình nhiên liệu. Để
điều khiển vòi phun, sử dụng chân digital của vi điều khiển
như trên động cơ thật là cần thiết, với một số tính năng như: kết hợp với mô-đun điều khiển công suất để điều khiển vòi
- Có thể thay đổi thời gian phun theo mili giây (ms); phun. Thời gian đóng mở vòi phun tương ứng với thời gian
- Có thể thay đổi áp suất nhiên liệu ;
chân digital ở mức logic 1.
- Xác định được lưu lượng nhiên liệu phun.
Việc sử dụng băng thử giúp cho chúng ta có thể:
- Xây dựng được công thức xác định lượng nhiên liệu
phun theo thời gian điều khiển phun;
- Kiểm tra hư hỏng vòi phun.
Với thiết bị này, hiệu quả nghiên cứu khoa học của sinh
viên, học viên cao học cũng như cán bộ giảng viên Khoa Cơ khí
Giao thông, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng sẽ
tăng lên. Đồng thời thiết bị này là cơ sở giúp các sinh viên đang
tham gia cuộc thi “Lái xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu” của
Hình 3. Sơ đồ phương án điều khiển vòi phun
Honda, cũng như cuộc thi “Shel Echo-marathon” có thể tự thiết
1- Bình nhiên liệu; 2- Lọc nhiên liệu; 3- Vòi phun
kế hệ thống phun xăng điện tử cho động cơ nhằm giảm tối đa 2.2.2. Phương án xác định lượng nhiên liệu phun tiêu hao nhiên liệu.
Để xác định lượng nhiên liệu tiêu thụ, ta sử dụng
2. Thiết kế chế tạo băng thử
phương án dùng cảm biến lực (loadcel ) để xác định lượng
nhiên liệu tiêu thụ, vì cảm biến lực phổ biến có giá thành
2.1. Mục đích sử dụng băng thử
phù hợp và độ chính xác cao.
Quá trình điều khiển phun lượng xăng Gnl vào đường
nạp trên hệ thống phun xăng điện tử thực chất là điều khiển
thời gian mở vòi phun t1. Nếu không có sự điều chỉnh, tại
một vị trí tải và tốc độ, thời gian mở vòi phun khác nhau sẽ
tạo ra hỗn hợp không khí nhiên liệu với tỉ lệ khác nhau.
Gọi p (kg/cm2) là chênh áp giữa áp suất nhiên liệu và
áp suất sau vòi phun. Vì áp suất sau vòi phun trên băng thử
là áp suất khí trời nên p chính là áp suất nhiên liệu được tạo
ra trong quá trình thử nghiệm. Lượng xăng phun trong một
chu trình Gnl (g) được xác định như sau: Gnl = Go + G + Gc (g) (1)
Với Go (g): l ượng xăng phun thời gian to; G (g): lượng
Hình 4. Phương án xác định lượng nhiên liệu phun
xăng phun thời gian t; Gc (g): lượng xăng phun thời gian tc;
1- Vòi phun; 2- Bình nhiên liệu; 3- Loadcell; 4- Mô- ADC đun
Gọi K (g/ms) là hệ số phụ thuộc vào cấu tạo vòi phun, 2.2.3. Thông số các thành phần chính loại nhiên liệu.
a. Mạch vi điều khiển Arduino Uno R3 [4]
Ta có, lượng xăng phun trong thời gian t là:
Đặc điểm nổi bật của các mạch Arduino là môi trường G = K.t (g)
(2) phát triển ứng dụng vi điều khiển cực kỳ dễ sử dụng, với
Dựa vào Hình 2 ta thấy rằng lượng nhiên liệu phun một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng trong thời gian to và tc:
ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình.
Arduino Uno R3 sử dụng chip Atmega328. Nó có 14 chân Go + Gc < K.to
(3) digital I/O, 6 chân đầu vào analog, thạch anh dao động
Như vậy, từ (1), (2) và (3) ta suy ra: 16Mhz (Bảng 1).
Gnl = x.K.to + K.t (g), với 0 < x < 1 (4)
Công thức (4) cho thấy rằng, cùng một vòi phun v à loại
nhiên liệu sử dụng, chênh áp giữa áp suất nhiên liệu và áp
suất trước vòi phun không thay đổi thì lượng nhiên liệu
phun vào một xylanh Gnl chỉ phụ thuộc vào thời gian t. Như
vậy, với một vòi phun cần khảo sát đặc tính, ta sẽ tìm ra
một bộ thông số (loại nhiên liệu, p, to, K). Với bộ thông số
này, ta có thể hoàn toàn xác định chính xác lượng nhiên
liệu phun qua vòi phun bằng thời gian phun t
Hình 5. Mạch Arduino Uno R3 (trái) v Sensor Shield (ph à ải) 1. 92
Lê Minh Tiến, Phạm Quốc Thái, Huỳnh Tấn Tiến, Võ Anh Vũ
Bảng 1. Thông số kỹ thuật Adruino UNO R3
Để phù hợp với việc cân nhiên liệu trên băng thử, ta Thông số Giá trị chọn loadcel Y
ZC-133 có thang đo 10 kg (Bảng 2). Vi điều khiển ATmega328
Bảng 2. Bảng thông số kỹ thuật của cảm biến lực Loadcell Điện áp hoạt động 5 V Thông số Giá trị
Điện áp vào khuyên dùng 7 V – 1 V 2 Model YZC – 133 Điện áp vào giới hạn 6 – 20 V Tải trọng 10 (Kg) Digital/Opin 14 (chân 0 - 13) Độ n ạ h y 1,0±1,5 (mV/V) Analog input pins 6 (Chân A0 – A5) Độ ệ l ch tuyến tính
Cường độ dòng diện trên mỗi I/Opin 0,05 (%) 20 mA
Cường độ dòng diện trên mỗi 3,3Vpin
Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ nhạy 50 mA 0,003 (%RO/°C )
Ảnh hưởng nhiệt độ tới điểm không Flash Memory 32 KB 0,02 (%RO/°C )
Độ cân bằng điểm không ±0,1 (%RO) SRAM 2 KB EEPROM 1 K B Trở kháng đầu vào 1.066 ± 20 (Ω) Tốc độ 16 MHz Trở kháng ngõ ra 1.000 ± 20 (Ω)
Để giúp mạch Arduino Uno R3 kết nối với các cảm Trở kháng cách li 50V 2.000 (mΩ)
biến, giao tiếp cổng COM và giao tiếp I2C một cách đơn Điện áp hoạt động 5 (V)
giản tại mọi thời điểm (như là shield LCD) hoặc các Nhiệt độ hoạt động -20 ~ 65 (°C)
mô-đun giao tiếp I2C, ta sử dụng Arduino Sensor Shield. Chấ ệ t li u cảm biến Nhôm b. Vòi phun
d. Bộ điều chỉnh áp suất xăng
Có 2 loại vòi phun: loại điện trở thấp (<3 Ω) và loại
Chọn bộ điều chỉnh áp suất k hí nén STNC TR2000-02
điện trở cao (>10 Ω). Vòi phun thường có 2 chân: một chân (Bảng 3) để thay đổi áp suất nhiên liệu theo yêu cầu trong
nối nguồn 12 V, chân còn lại nối ECU để điều khiển thông quá trình thực hiện thí nghiệm. Đây là bộ điều chỉnh kiểu
mass nhờ transitor. Vòi phun điện trở cao rất dễ điều khiển, dẫn khí cân bằng, kèm cơ cấu tràn, nên có những đặc tính
chỉ cần cấp điện 12 V trực
ưu việt như: ổn áp có độ nhạy cao, phản ứng nhanh, khóa tiếp cho vòi phun. Vòi
chặn chắc chắn, đồng thời có khả năng lắp ráp tương ứng
phun điện trở thấp lắp vào
với các sản phẩm khác.
mạch phải qua điện trở phụ
và khó điều khiển hơn bởi Bảng 3. Thông s k ố thu ỹ
ật bộ điều áp STNC TR2000-02
vì cần phải tạo một dòng Quy cách TR2000-02
điện “đỉnh” đủ cao để mở Môi trường làm việc Không khí
vòi phun (∼ 4 A) và sau đó Lưu lượng 500 (L/mm)
là dòng điện “giữ” thấp Áp lực sử dụng 0,05 - 1 (MPa)
hơn, đủ để vòi phun vẫn Hình 6. Vòi phun điện trở cao Nhiệt độ 0 - 60 (°C)
mở mà không làm cháy vòi sử d 1ZZ- ụng trên động cơ FE Kiểu van Kiểu van tràn
phun (∼ 1 A). Để thuận tiện trong việc thiết kế và thi công Kiểu ren đồng hồ G1/8
thiết bị, ta ưu tiên chọn loại vòi phun điện trở cao. Vòi phun Hãng sản xuất STNC
được chọn sử dụng là loại điện trở cao sử dụng trên động
e. Đồng hồ hiển thị áp suất
cơ 1.8L 4 xi lanh thẳng hàng 1ZZ-F E (Hình 6). Bộ thông
số như đã đề cập ở đề mục (2.1) của vòi phun sẽ được xác Ta sử dụng đồng hồ đo
áp suất dùng để hiển thị á
định sau khi chạy thử nghiệm trên băng thử.
suất của nhiên liệu tron c. Loadcel quá trình thực hiện th Loadcel là thiết bị
nghiệm kết hợp với bộ cảm biến dùng để
điều áp để điều chỉnh á chuyển đổi lực hoặc suất theo yêu cầu .
Hình 8. Đồng hồ hiển thị áp su
trọng lượng điện thành f. Module ADC 24bit HX711 tín hiệu điện. Loadcel
Module ADC 24bit HX711 (Bảng 4) là mạch đọc giá
được cấu tạo bởi hai Hình 7. Loadcell
trị của loadcel có độ phân giải 24bit với tốc độ lấy mẫu là thành phần, thành
phần thứ nhất là “Strain gage” và thành phần còn lại là 12 lần/giây. Mô-đun giao tiếp với vi điều khiển qua 2 dây
“Load”. Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng (clock và data).
móng tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo giãn và được Bảng 4. Thông s k ố thu ỹ ật của ADC 24bit HX711
nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán chết lên “Load”- Điện áp làm việc 2,7 ÷ 5 (V)
một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi. Dòng tiêu th ụ < 1,5 (mA)
Loadcel hoạt động trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Tốc độ lấy mẫu
Wheatstone. Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện 12 (SPS)
trở cảm ứng trong cầu điện trở và do đó tỉ lệ với tín hiệu Độ phân giải 24 bit ADC
điện áp đầu ra. Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng Độ phân giải điều áp40 (mV)
các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên chậm. ISSN 1859-1531 -
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(122).2018 9 3 g. Bình chứa nhiên liệu
Trước khi tiến hành thử nghiệm, kiểm tra xung điều Bình chứa nhiên liệu c
khiển thời gian mở vòi phun ti có hoạt động đúng theo yêu áp suất làm việc an toà
cầu hay không. Từ các kết quả kiểm tra, nhận thấy băng dưới 10 kg/cm2.
thử hoạt động chính xác ở các thời gian đóng mở vòi phun.
Hình 9. Bình chứa nhiên liệu h. Sơ đồ mạch điện
Hình 13. Tín hiệu xung điều khiển mở vòi phun t = 6,8 ms i
3.3. Xác định thời gian mở nhỏ nhất t o của vòi phun
Để xác định to của vòi phun thử nghiệm ở các mức áp
suất khác nhau, ta sẽ điều chỉnh thời gian xung điều khiển
tăng từ 0,5 ms đến 1,5 ms với bước điều chỉnh là 0,1 ms
đến khi nào vòi phun bắt đầu phun thì dùng lại và ghi lại số
liệu. Sau quá trình kiểm tra ta có số liệu như Bảng 6.
Bảng 6. Thời gian to c a vòi phun ủ
Hình 10. Sơ đồ mạch điện
Áp suất nhiên liệu, kg/cm 2 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
2.2.4. Chế tạo khung và lắp đặt hoàn thiện băng thử Thời gian to, ms 1,0 1,1 1,1 1,2 1,2
Từ bản vẽ thiết kế, chế tạo khung giá đỡ và lắp đặt các 3.4. Thử nghiệm phun xăng
thành phần lên băng thử như Hình 11.
3.4.1. Các bước tiến hành thử nghiệm
• Bước 1: Đổ đầy xăng vào bình chứa;
• Bước 2: Điều chỉnh áp suất xăng theo yêu cầu;
• Bước 3: Bắt đầu tiến hành phun nhiên liệu với thời
gian t1 và số lần phun 2.500 ở tốc độ mô phỏng l à 3.000
vòng/phút; Số lượng phun 2.500 lần dựa trên khối lượng
xăng phun nằm trong vùng làm việc hiệu quả của loadcel
và thời gian thực hiện một lần thử nghiệm là nhỏ nhất;
• Bước 4: Ghi lại số liệu kết quả thực hiện .
3.4.2. Kết quả thử nghiệm
Kết quả thử nghiệm tổng 2.500 lần phun được trình bày
trên Bảng 7 và kết quả tính trung bình 1 lần phun được trình bày trên Bảng 8.
Bảng 7. Bảng lượng xăng (g) sau 2.500 lần phun
Hình 11. Thiết kế chế tạo khung băng thử p (kg/cm2) t1 (ms) 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
3. Thử nghiệm và đánh giá 3.1. Các thông số chọn 2 12,71 13,61 14,32 15,58 16,18
Bảng 5. Bảng thông số ch n ọ 4 28,45 31,08 33,1 35,55 38,09 6 44,12 48,74 52,05 55,42 59,09
Thời gian xung điều khiển (ms) 2 4 6 8 10 8 60,87 65,73 70,36 75,99 79,75
Áp suất nhiên liệu (kg/cm2) 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 10 75,86 81,25 90,31 96,54 102,42
3.2. Kiểm tra tín hiệu điều khiển vòi phun
Bảng 8. Bảng lượng xăng (g) trung bình 1 lần phun p (kg/cm2) t1 (ms) 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 2 0,0051 0,0054 0,0057 0,0062 0,0065 4 0,0114 0,0124 0,0132 0,0142 0,0152 6 0,0176 0,0195 0,0208 0,0222 0,0236 8 0,0243 0,0263 0,0281 0,0304 0,0319
Hình 12. Tín hiệu xung điều khiển mở vòi phun t 10 0,0303 0,0325 0,0361 0,0386 0,0410 i = 2,4 ms 94
Lê Minh Tiến, Phạm Quốc Thái, Huỳnh Tấn Tiến, Võ Anh Vũ 5.00% Từ Bảng 8
, xây dựng các hàm xấp xỉ theo công thức (4)
được các đồ thị (từ Hình 14 đến Hình 18). Ta xác định được 0.03 4.00%
bộ thông số (p, x, K) của vòi phun với sai số nhỏ hơn 2%, 3.00%
được trình bày trên Bảng 9. Giá trị x = 0,6 không thay đổi 0.02 khi thay đổi p. 2.00% 0.01
Bảng 9. Bộ thông số (p, x, K) c a vòi phun th ủ ử nghiệm 1.00% STT p (kg/cm2) x K (g/ms) 0 0.00% 0 2 4 6 8 10 12 1 2,0 0,6 31,5e-4 Thực nghiệm (g/ct) Sai số (%) 2 2,5 0,6 34,5e-4
Hình 14. Đồ thị xác định hệ số x, K tại áp suất p = 2,0 kg/cm2 3 3,0 0,6 37,2e-4 5.00% 4 3,5 0,6 40,5e-4 0.03 4.00% 5 4,0 0,6 43,0e-4 3.00%
Từ Bảng 9, dùng phương pháp xấp xỉ hàm tuyến tính, 0.02
xác định được hệ số K theo áp suất nhiên liệu của vòi phun 2.00% như sau: 0.01 1.00%
K = 0,00029.p + 0,002864 (g/ms) (5) 0 0.00% 0 2 4 6 8 10 12 0.0043 Thực nghiệm (g/ct) Sai số (%) y = 0.00029x + 0.002864
Hình 15. Đồ thị xác định hệ số x, K tại áp suất p = 2,5 kg/cm2 0.0041 5.00% 0.0039 0.0037 0.03 4.00% 0.0035 3.00% 0.02 0.0033 2.00% 0.0031 2 2.5 3 3.5 4 0.01 K Linear (K) 1.00%
Hình 19. Xấp xỉ giá trị K theo áp suất p 0 0.00% 0 2 4 6 8 10 12 Thực nghiệm (g/ct) Sai số (%) 4. Kết luận
Hình 16. Đồ thị xác định hệ số x, K tại áp suất p = 3,0 kg/cm2
Sau quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo băng thử vòi 5.00%
phun động cơ xăng, tiến hành thử nghiệm trên vòi phun 0.04
mẫu, ta rút ra một số kết luận như sau: 4.00% 0.03
• Đã chế tạo thành công băng thử vòi phun động cơ 3.00%
xăng cho loại vòi phun điện trở cao; 0.02 2.00%
• Bằng cách sử dụng băng thử vòi phun để thử nghiệm vòi
phun, ta đã xây dựng được phương pháp xác định công thức 0.01 1.00%
tính toán lượng xăng phun Gn lqua vòi phun theo thời gian điều
khiển mở vòi phun t1 với áp suất nhiên liệu p bất kỳ. 0 0.00% 0 2 4 6 8 10 12 Thực nghiệm (g/ct) Sai số (%)
Để nâng cao hiệu quả của băng thử vòi phun, hướng
Hình 17. Đồ thị xác định hệ số x, K tại áp suất p = 3,5 kg/cm2 phát triển t rong thời gian đến là:
• Bổ sung phương án điều khiển vòi phun điện trở thấp. 5.00% 0.04
• Thay thế đồng hồ đo áp suất cơ học bằng cảm biến áp 0.035 4.00%
suất để tăng độ chính xác của kết quả đo. 0.03 3.00% 0.025 TÀI LIỆU THAM KHẢO 0.02 2.00%
[1] Rolf Gscheidle, Stuidiendirektor, Winnenden, Kỹ thuật ô tô và xe 0.015 máy hiện đại (bản d
ịch tiếng Việt), Europa Lehrmittel, 2013. 0.01 1.00%
[2] L. Ostrica, M. Gutten, J. Jurcik, “Analysis of gasoline injection 0.005
system”, Journal of Electrical Engineering, ISSN 1542-8594, Vol 0 0.00% 14, 2014, pp. 248-252. 0 2 4 6 8 10 12
[3] Milan Sebok, Jozef Jurcik, Miroslav Gutten, Daniel Korenciak, Thực nghiệm (g/ct) Sai số (%)
Jerzy Roj, Pawel Zukowski, “Diagnostics and measurement of the
gasoline engines injection system”, Przegląd Elektrotechniczny,
Hình 18. Đồ thị xác định hệ số x, K tại áp suất p = 4,0 kg/cm2
ISSN 0033-2097, r. 91 NR 8/2015, pp. 77 - 8 . 0 [4] https://www.arduino.cc/
(BBT nhận bài: 15/11/2017, hoàn tất th t
ủ ục phản biện: 26/12/2017)

Tài liệu liên quan: