LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM XUÂN ĐẠT THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BĂNG THỬ HỆ THỐNG CONMON RAIL KẾT HỢP CÁC BÀI GIẢNG THỰC HÀNH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 Hướng dẫn khoa học: TS.. Đối v
Trang 1LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM XUÂN ĐẠT
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BĂNG THỬ HỆ THỐNG
CONMON RAIL KẾT HỢP CÁC BÀI GIẢNG THỰC HÀNH
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 605246
S K C0 0 4 4 6 5
Trang 2THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM XUÂN ĐẠT
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Tp Hồ Chí Minh, năm 2014
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BĂNG THỬ HỆ THỐNG
CONMON RAIL KẾT HỢP CÁC BÀI GIẢNG THỰC HÀNH
Trang 3LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM XUÂN ĐẠT
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BĂNG THỬ HỆ THỐNG
CONMON RAIL KẾT HỢP CÁC BÀI GIẢNG THỰC HÀNH
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học: TS TRẦN THANH THƯỞNG
Tp Hồ Chí Minh, năm 2014
Trang 4LÝ LỊCH KHOA HỌC
I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC
Họ & tên: Phạm Xuân Đạt Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 08/11/1987 Nơi sinh: Bến Tre
Quê quán: Mỹ Thạnh An – Bến Tre Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Khoa Cơ Khí trường Cao Đẳng Nghề Đồng Khởi Điện thoại cơ quan: 0753.822194 Điện thoại nhà riêng: (DĐ: 0983006322) E-mail: xuandat1987@gmail.com
II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN
NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN TỬ
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 01/2010, tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Thình
Trang 5III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm
2010-2012 Trường CĐ SPKT Vĩnh Long Giáo viên
2012-nay Trường CĐN Đồng Khởi Giáo viên
IV CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
……… …
……… ……
……… ………
……… …………
………
XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN
(Ký tên, đóng dấu)
Bến Tre, ngày tháng năm 2014
Người khai
PHẠM XUÂN ĐẠT
Trang 6LỜI 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 … năm 2014
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
PHẠM XUÂN ĐẠT
Trang 7LỜI CẢM ƠN
Xin cảm ơn quý Thầy, Cô trong Ban Giám Hiệu, Phòng Đào Tạo, Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học và hoàn thành lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực Xin cảm ơn quý Thầy, Cô giảng dạy lớp Cao học Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực Khóa 2012B đã tận tình trong giảng dạy và cung cấp những kiến thức nền tảng giúp tôi hoàn thành luận văn
Xin cảm ơn Thầy hướng dẫn TS Trần Thanh Thưởng đã hết sức nhiệt tình hướng dẫn tôi suốt quá trình thực hiện tập luận văn này
Xin cảm ơn Quý Thầy phản biện đã bỏ thời gian và công sức để đọc và đóng góp các
ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thiện nội dung của luận văn
Xin cảm ơn các đồng nghiệp và các bạn học đã giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn
PHẠM XUÂN ĐẠT
Trang 8TÓM TẮT
Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện nhiều loại băng thử hệ thống Common Rail
để phục vụ việc bảo dưỡng, chẩn đoán, sửa chữa và đào tạo Đối với các thiết bị sản xuất
ở nước ngoài giá cả rất đắt; các băng thử trong nước chế tạo đã đáp ứng được một số nhu cầu của việc thử vòi phun hệ thống Common Rail, giá thành tương đối rẻ Tuy nhiên, các băng thử này còn tồn tại một số hạn chế:
Chưa kiểm tra được hình dạng tia phun
Cơ cấu, vận hành khá phức tạp, gây khó khăn trong việc đào tạo nghề
Xuất phát từ thực tế trên, tôi chọn tên đề tài: “Thiết kế, chế tạo băng thử hệ thống
Common Rail, kết hợp các bài giảng thực hành”
Các cụm chi tiết của băng thử gồm: hệ thống nhiên liệu áp suất thấp; hệ thống nhiên liệu áp suất cao; hệ thống dẫn động bơm cao áp; hệ thống đo lưu lượng nhiên liệu; hệ thống điện – điện tử điều khiển băng thử
Băng thử có một số chức năng: kiểm tra vòi phun ở các chế độ áp suất khác nhau, quan sát hình dạng tia phun của vòi phun Common Rail, cơ cấu vận hành đơn giản dễ sử dụng
Thiết kế, chế tạo thành công và thực nghiệm băng thử, người nghiên cứu thu được các kết quả sau:
Băng thử chế tạo cho ra dãy số liệu gần chính xác với số liệu của băng thử thương mại Sai số giữa hai băng thử là thấp hơn ±5%, đây là mức sai số chấp nhận được
Các chế độ kiểm tra của băng thử đã đáp ứng được các chế độ đang được áp dụng trên các băng thử thương mại đang được sử dụng
Khi ứng dụng băng thử chế tạo vào công tác giảng dạy đã giúp cho sinh viên có thể thực hành kiểm tra vòi phun Common Rail Từ đó giúp việc hình thành kỹ năng của các em được hoàn thiện hơn
Trang 9ABSTRACT
At present, there are many kinds of Common Rail tester for several purposes including maintenance, diagnosis, repair and training While the price of some equipments produced by foreign countries are quite high, domestic testers has been developed to meet some requirements of testing Common Rail injector with reasonable price However, there are still some drawbacks:
Unable to check jet shape;
Structure and operation were complex and difficult for training purposes
With several issues mentioned above, I choose a thesis: “Design, fabrication
Common Rail system tester, which combines practical lectures”
The design of tester includes: low-pressure system; high-pressure system; transmisson system; fuel flow measurement system; electric - electronic system
The tester had some functions such as: checking the jet with different pressure mode, observing the jet shape of Common Rail tester, simple and easy operation method Design, fabrication and practical testing, researcher obtained these results:
Manufactured tester gave a series of data which is almost the same as data of commercial tester Error’s ±5%, it’s trivial
Checking modes of the tester had met all the modes of the commercial one in use
at present
Application of the tester to training courses help students be able to check or examine the Common Rail injector This would improve students’ skills
Trang 10MỤC LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
LÝ LỊCH KHOA HỌC i
LỜI CAM ĐOAN iii
LỜI CẢM ƠN iv
TÓM TẮT v
MỤC LỤC vii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH xii
DANH SÁCH CÁC BẢNG xvi
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3
1.1 Tổng quan 3
1.2 Lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu diesel trên động cơ đốt trong 4
1.2.1 Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển bằng cơ khí 4
1.2.2 Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển bằng điện tử 4
1.3 Các công trình khoa học theo hướng nghiên cứu 7
1.3.1 Các nghiên cứu ngoài nước 7
1.3.2 Các nghiên cứu trong nước 9
1.4 Lý do chọn đề tài 10
1.5 Mục tiêu nghiên cứu 10
1.6 Phương pháp nghiên cứu 10
1.7 Giới hạn đề tài 11
1.8 Nội dung nghiên cứu 11
1.9 Kết quả đạt được của đề tài 11
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT 12
Trang 112.1 Hệ thống nhiên liệu Common Rail 12
2.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống phun dầu điện tử Common Rail 12
2.1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống Common Rail 12
2.1.3 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống nhiên liệu Common Rail 14
2.1.4 Đường nhiên liệu thấp áp 15
2.1.5 Cụm bơm cao áp 16
2.1.6 Cụm ống phân phối 19
2.1.7 Điều khiển vòi phun 20
2.2 Phương pháp đánh giá tình trạng vòi phun dựa vào lưu lượng dầu 26
2.2.1 Phương pháp đo lượng dầu hồi 27
2.2.2 So sánh lượng dầu hồi ở các bình 29
2.3 Mô tơ điện và biến tần 30
2.3.1 Mô tơ điện không đồng bộ 30
2.3.2 Biến tần 32
2.4 Giới thiệu phần mềm LabVIEW 34
2.5 Một số vấn đề lý luận về thiết bị dạy học (TBDH) 35
2.5.1 Thiết bị dạy học 35
2.5.2 Vị trí, vai trò của thiết bị dạy học trong đổi mới phương pháp dạy học (PPDH) 35
2.5.3 Các giá trị giáo dục của thiết bị dạy và học 37
2.5.4 Yêu cầu đối với thiết bị dạy và học 37
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO BĂNG THỬ HỆ THỐNG COMMON RAIL 38
3.1 Cấu tạo chung và sơ đồ nguyên lý của băng thử 39
3.1.1 Cấu tạo của băng thử 39
3.1.2 Sơ đồ nguyên lý của băng thử 40
3.2 Thiết kế hệ thống nhiên liệu áp suất thấp 41
3.3 Thiết kế hệ thống dẫn động bơm cao áp 42
Trang 123.3.1 Cơ cấu truyền động 42
3.3.2 Nguồn động lực dẫn động bơm 42
3.4 Thiết kế giá đỡ vòi phun và bầu thủy tinh quan sát 44
3.5 Thiết kế nguyên lý xác định lượng nhiên liệu phun và lượng nhiên liệu hồi 45
3.5.1 Cân bình nhiên liệu 45
3.5.2 Dùng ống đong 46
3.6 Thiết kế hệ thống điện – điện tử điều khiển băng thử 47
3.6.1 Bộ điều khiển trung tâm 49
3.6.2 Module đo 49
3.6.3 Module điều khiển áp suất nhiên liệu trong thanh tích áp 52
3.6.4 Module điều khiển vòi phun 53
3.6.5 Mạch giao tiếp 53
3.7 Thiết kế các bài giảng ứng dụng băng thử hệ thống Common Rail 56
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA BĂNG THỬ HỆ THỐNG COMMON RAIL 63
4.1 Quy trình sử dụng băng thử 63
4.1.1 Kiểm tra trước khi vận hành 63
4.1.2 Lắp đặt vòi phun vào băng thử 63
4.1.3 Kết nối máy tính vào băng thử 64
4.1.4 Vận hành băng thử 64
4.2 Thực nghiệm kiểm tra vòi phun 64
4.2.1 Thực nghiệm đối với vòi phun DENSO 5511/4152 06H05298 64
4.2.2 Thực nghiệm đối với vòi phun DENSO 5511/4152 11L02114 66
4.3 Thực nghiệm khả năng ứng dụng của băng thử vào công tác giảng dạy 68
4.4 Đánh giá kết quả băng thử 70
4.4.1 Mức độ đáp ứng của băng thử khi tiến hành kiểm tra vòi phun 70
4.4.2 Khả năng ứng dụng vào công tác giảng dạy 70
Trang 13KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 71
Kết luận 71
Hướng phát triển của đề tài 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
TRANG PHỤ LỤC 75
Trang 14DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
D-4D: Direct Injection-4 stroke Diesel Engine
CDI: Common rail Direct Injection
HDI: High pressure Direct Injection
UI: Unit injector fuel injection system
UP: Unit pump fuel injection system
VE: bơm cao áp phân phối
EDC: electronic diesel control
CB: cảm biến
SPV: van điều khiển lưu lượng phun
TCV: van điều khiển thời gian phun
EGR: van luân hồi khí xả
ECU: hộp điều khiển động cơ
EDU: bộ dẫn động bằng điện tử
IGBT: transistor lưỡng cực có cổng cách ly
PWM: phương pháp điều chế độ rộng xung
PID: bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ
SCADA: hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
Trang 15DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ diesel điều khiển cơ khí 4
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống UI 5
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống UP 5
Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống VE- EDC 6
Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống Common Rail 7
Hình 1.6 Thiết bị TEC100 7
Hình 1.7 Thiết bị Minitec 8
Hình 1.8 Thiết bị DNT 200 8
Hình 1.9 Thiết bị làm sạch vòi phun 8
Hình 1.10 Băng thử hệ thống phun dầu điện tử Common Rail 9
Hình 1.11 Common Rail Tester 9
Hình 2.1 Một số điều khiển trong hệ thống Common Rail 13
Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ Common Rail 14
Hình 2.3 Bình chứa nhiên liệu 15
Hình 2.4 Lọc nhiên liệu 15
Hình 2.5 Cấu tạo bơm áp cao loại 2 pít tông 16
Hình 2.6 Nguyên lý tạo áp suất trong bơm áp cao 2 pít tông 17
Hình 2.7 Bơm cấp liệu kiểu rô to 17
Hình 2.8 Van điều áp 18
Trang 16Hình 2.9 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 18
Hình 2.10 Cấu tạo và đặc tính của cảm biến nhiệt độ 19
Hình 2.11 Ống phân phối 19
Hình 2.12 Hoạt động của bộ hạn chế áp suất 19
Hình 2.13 Cảm biến áp suất nhiên liệu 20
Hình 2.14 Cấu tạo vòi phun 21
Hình 2.15 ECU tính toán lượng phun cơ bản 22
Hình 2.16 ECU tính toán lượng phun tối đa 22
Hình 2.17 ECU điều chỉnh áp suất và nhiệt độ khí nạp 23
Hình 2.18 ECU hiệu chỉnh nhiệt độ nhiên liệu 24
Hình 2.19 Điều chỉnh lượng phun 24
Hình 2.20 ECU điều khiển phun ngắt quãng 25
Hình 2.21 ECU điều khiển phun trước 25
Hình 2.22 ECU điều khiển tốc độ không tải 26
Hình 2.23 Sơ đồ kiểm tra (phương pháp đo lưu lượng dầu hồi) 27
Hình 2.24 Đo lượng dầu hồi 28
Hình 2.25 Sơ đồ kiểm tra vòi phun (so sánh lượng dầu hồi ở các vòi) 29
Hình 2.26 Bình chứa nhiên liệu 29
Hình 2.27 Động cơ điện không đồng bộ 3 pha 30
Hình 2.28 Stator động cơ điện 30
Hình 2.29 Rotor động cơ điện 31
Hình 2.30 Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 32
Trang 17Hình 2.31 Sơ đồ nguyên lý làm việc của biến tần 33
Hình 2.32 Khả năng giao tiếp của phần mềm LabVIEW 35
Hình 2.33 Sơ đồ tương quan quan hệ giữa các yếu tố trong dạy học 36
Hình 3.1 Cấu tạo của băng thử 39
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý băng thử 40
Hình 3.3 Thùng dầu, lọc dầu, bơm tiếp vận và các đường ống dầu hồi được bố trí trên băng thử 41
Hình 3.4 Khớp truyền động 42
Hình 3.5 Mô tơ điện 3 pha sử dụng trên băng thử 43
Hình 3.6 Biến tần CT-2000PLUS 43
Hình 3.7 Sơ đồ dây biến tấn – mô tơ điện và nguồn điện 44
Hình 3.8 Giá đỡ vòi phun và bầu quan sát 45
Hình 3.9 Hình vẽ minh họa phương pháp cân bình nhiên liệu 46
Hình 3.10 Giá đỡ và ống đong dầu 47
Hình 3.11 Hệ thống đường ống thu hồi lưu lượng dầu phun và dầu hồi 47
Hình 3.12 Sơ đố khối nguyên lý hệ thống điện – điện tử điều khiển băng thử 48
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý tổng quát 48
Hình 3.14 Khối chíp PsoC 49
Hình 3.15 Ngõ vào tín hiệu 50
Hình 3.16 Vị trí lắp đặt cảm biến áp suất trên ống tích áp 50
Hình 3.17 Đồ thị đặc tuyến của cảm biến áp suất nhiên liệu 51
Hình 3.18 Sơ đồ điện điều khiển van điều áp 52
Hình 3.19 Sơ đồ điện điều khiển vòi phun 53
Trang 18Hình 3.20 Sơ đồ mạch cấp nguồn 53
Hình 3.21 Thiết kế khối UART cho board mạch chủ 54
Hình 3.22 Sơ đồ nguyên lý 55
Hình 3.23 Sơ đồ mạch in 55
Hình 3.24 Giao diện điều khiển trên nền LabVIEW 56
Hình 4.1 Người nghiên cứu tiến hành vận hành băng thử 65
Hình 4.2 Nhân viên kỹ thuật tiến hành kiểm tra vòi phun 65
Hình 4.3 Thầy Phan Văn Nam hướng dẫn sinh viên thực hành 68
Hình 4.4 Sinh viên thực hành trên băng thử 68
Trang 19DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Các chi tiết dùng trong hệ thống nhiên liệu áp suất thấp 41 Bảng 3.2 Các chi tiết dùng trong hệ thống dẫn động bơm cao áp 43 Bảng 3.3 Chức năng các chân trong board điều khiển 55 Bảng 4.1 Các kết quả kiểm tra vòi phun DENSO 5511/4152 06H05298 trên băng thử chế tạo 55 Bảng 4.2 Các kết quả kiểm tra vòi phun DENSO 5511/4152 06H05298 trên băng thử thương mại 66 Bảng 4.3 Các kết quả kiểm tra vòi phun DENSO 5511/4152 11L02114 trên băng thử chế tạo 67 Bảng 4.4 Các kết quả kiểm tra vòi phun DENSO 5511/4152 11L02114 trên băng thử thương mại 67 Bảng 4.5 Số liệu thống kê cuộc khảo sát ý kiến sinh viên về việc học tập trên băng thử chế tạo 69
Trang 20MỞ ĐẦU
Ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt của nguồn năng lượng dầu mỏ đang là những vấn nạn không chỉ của riêng một quốc gia nào Một trong những nguyên nhân chính dẫn tới những vấn nạn trên phải kể đến sự ảnh hưởng của ngành công nghệ ô tô hiện nay Số lượng ô tô ra đời ngày càng nhiều thì lượng tiêu hao nhiên liệu cũng như lượng phát thải
ô nhiễm càng tăng Để khống chế tình trạng trên, các quốc gia trên thế giới đã đưa ra những yêu cầu vô cùng khắc khe về lượng nhiên liệu tiêu hao, lượng khí thải ô nhiễm và tiếng ồn trên một chiếc ô tô
Nhằm đáp ứng chỉ tiêu về môi trường và nhiên liệu, các hãng ô tô trên thế giới đã ứng dụng những công nghệ mới vào chiếc xe của mình để nó ngày càng trở nên thân thiện hơn với môi trường Những hệ thống nhiên liệu hiện đại trên xe đã được phát triển
và một bước tiến vượt bậc đối với hệ thống nhiên liệu diesel đó là hệ thống Common Rail Trong hệ thống Common Rail, nhiên liệu được cung cấp một áp suất rất cao (600 – 1800 bar) và các bộ phận được điều khiển bằng điện tử, nhằm mục đích giúp cho quá trình cháy của động cơ được thực hiện một cách tối ưu nhất có thể
Đồng hành với việc phát triển hệ thống nhiên liệu diesel Common Rail thì việc kiểm tra, chẩn đoán hệ thống cũng trở thành một vấn đề “nóng” trong ngành công nghệ
ô tô Các thiết bị nhằm mục đích phục vụ cho việc kiểm tra, chẩn đoán hệ thống Common Rail cũng đã được ra đời ngày càng nhiều Sản xuất các thiết bị trên đã trở thành một ngành công nghiệp mới hiện nay
Tại thị trường Việt Nam những thiết bị kiểm tra các chi tiết trong hệ thống Common Rail đã được nhập khẩu về nhiều, tuy nhiên giá thành của các sản phẩm này khá cao dẫn đến việc trang bị các thiết bị này ở các xưởng sửa chữa ô tô trong nước gặp khó khăn Đào tạo về hệ thống Common Rail tại các trường dạy nghề ở nước ta cũng đang gặp rất nhiều khó khăn về việc trang bị thiết bị và tài liệu giảng dạy