Luận án tiến sĩ: Điều khiển hệ thống phun diesel CR với diesel-biodiesel - Khổng Văn Nguyên

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện. Luận án có sử dụng một phần kết quả do tôi và nhóm nghiên cứu thực hiện trong Đề tài cấp Quốc gia “Nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm ECU phù hợp cho việc sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel với các mức pha trộn khác nhau”, mã số ĐT.14/NLSH do Đại tá, PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ là Chủ nhiệm đề tài và cơ quan chủ trì là Học viện Kỹ thuật Quân Sự, thuộc Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025, do Bộ Công Thương quản lý. Tôi đã được Chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng một phần kết quả nghiên cứu của Đề tài cấp Quốc gia vào việc viết luận án. Tôi xin cam đoan các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác.

TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Hà Nội, thángnăm Người hướng dẫn 1 Người hướng dẫn 2 Nghiên cứu sinh TS Trần Anh Trung PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ Khổng Văn Nguyên i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí Động lực và Bộ môn Động cơ đốt trong đã cho phép tôi thực hiện luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học và Viện Cơ khí Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Anh Trung và PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn và Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành luận án này.

Tôi xin chân thành biết ơn Bộ môn ô tô và Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong - Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện tốt nhất để thực hiện quá trình nghiên cứu thực nghiệm. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài ĐT.14/NLSH đã đồng ý cho tôi sử dụng một số kết quả nghiên cứu của đề tài để làm luận án. Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí Động lực và các thầy trong Khoa đã hậu thuẫn và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu học tập. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án này và định hướng nghiên cứu trong tương lai.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện công trình này. Nghiên cứu sinh Khổng Văn Nguyên ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.

viiviiviii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU. xiixiixiii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ. xiv MỞ ĐẦU. 1 i Lý do chọn đề tài.

1 ii Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án. 2 iii Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 2 iv Phương pháp nghiên cứu. 3 v Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

3 vi Điểm mới của luận án. 4 vii Bố cục luận án .1 Nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel .1 Khái quát chung .2 Khái niệm về biodiesel .3 So sánh tính chất của biodiesel và diesel khoáng .4 Nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel .5 Tình hình sản xuất và sử dụng biodiesel .2 Tình hình nghiên cứu sử dụng biodiesel cho động cơ diesel .1 Các nghiên cứu trên thế giới .2 Các nghiên cứu trong nước .3 Đánh giá chung .3 Tổng quan về thiết kế điều khiển động cơ diesel .1 Tổng quan về mô hình mô phỏng động cơ diesel.2 Tổng quan về mô hình điều khiển động cơ diesel .4 Hướng tiếp cận của luận án .5 Nội dung nghiên cứu .6 Kết luậnChương 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG HỆ THỐNG PHUN KIỂU COMMONRAIL (CR) LÀM VIỆC THEO THỜI GIAN THỰC .2 Mô hình động học hệ thống phun nhiên liệu kiểu CR .2 Van điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào BCA (van SCV) .3 Đường ống rail .3 Mô hình cháy .1 Cơ sở lựa chọn mô hình cháy .2 Mô hình cháy .4 Mô hình động học tuabin tăng áp và đường nạp, thải .1 Tốc độ của rô to cụm TB-MN .4 Lưu lượng khí nạp .5 Lưu lượng khí thải .5 Mô hình tổn thất cơ khí trên động cơ .1 Mô men ma sát .2 Mô men tổn thất dẫn động cơ cấu phân phối khí .3 Mô men tổn thất dẫn động các cơ cấu phụ .6 Mô hình truyền nhiệt .7 Xác định áp suất xylanh .8 Mô hình động học, động lực học của động cơ .1 Mô hình động học .2 Mô hình động lực học .9 Kết luận Chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ HYUNDAI D4CB 2.5 TCI-A SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DIESEL-BIODIESEL LÀM VIỆC THEO THỜI GIAN THỰC .2 Chế độ thực nghiệm xác định các tham số đầu vào cho mô hình.1 Đối tượng nghiên cứu .2 Trang thiết bị và chế độ thực nghiệm .1 Trang thiết bị thử nghiệm .2 Chế độ thử nghiệm .3 Kết quả thực nghiệm.1 Xác định các tham số đầu vào của mô hình HTPNL kiểu CR .2 Xác định các tham số của mô hình tuabin – máy nén .4 Xác định hệ số của mô hình mô men ma sát .5 Quy luật phối khí .6 Lưu lượng khí qua xupap nạp và thải .4 Xử lý số liệu .1 Xác định tốc độ tỏa nhiệt .2 Xác định thời điểm cháy, khoảng thời gian cháy và phần nhiên liệu đã cháy .3 Xác định hệ số lưu lượng qua xupap nạp và thải.5 Xây dựng và đánh giá mô hình .1 Xây dựng mô hình động cơ .2 Đánh giá độ tin cậy của mô hình động cơ .1 Về tốc độ tỏa nhiệt .3 Về mô men và công suất động cơ .6 Kết luận Chương 3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ HYUNDAI D4CB 2.5 TCI-A SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL .2 Thiết kế các bộ điều khiển vòng hở .1 Tính toán lượng phun nhiên liệu .1 Tính toán lượng nhiên liệu phun khi khởi động .2 Tính toán lượng nhiên liệu không tải yêu cầu .3 Tính toán lượng nhiên liệu yêu cầu .2 Tính toán quy luật phun .2 Phun chính .3 Thiết kế các bộ điều khiển vòng kín .1 Bộ điều khiển PID .2 Bộ điều khiển áp suất rail .3 Bộ điều khiển tốc độ không tải .4 Kết luận Chương 4.

96 CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .1 Mục đích thử nghiệm .2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu thực nghiệm .1 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm .2 Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm .3 Điều kiện nghiên cứu thực nghiệm .3 Quy trình và trang thiết bị thực nghiệm .1 Trang thiết bị thực nghiệm .2 Quy trình thử nghiệm .4 Kết quả thử nghiệm .1 Đánh giá bộ điều khiển áp suất rail .2 Tại chế độ không tải .3 Tại chế độ toàn tải .1 Đánh giá mức độ cải thiện về momen và tiêu thụ nhiên liệu của ECU-New 107 5.2 Đánh giá mức độ cải thiện khí thải của ECU-New .4 Tại chế độ tải bộ phận.5 Tại chế độ tăng tốc.5 Kết luận Chương 5. 116 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 117 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ. 125 PL1 Một số hình ảnh mô hình động cơ xây dựng trong Simulink.

125 PL2 Phòng thử động lực học cao động cơ (High Dynamic Engine Testbed) - Viện Cơ khí Động lực- Đại học Bách khoa Hà Nội. 129 PL3 Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm tại trường Đại học Công nghệ GTVT. 136 PL4 Hệ thống thiết bị và phần mềm dùng để lập trình cho ECU. 142 PL5 Một số kết quả đo thực nghiệm.

149 PL6 Một số Hình ảnh thực nghiệm. 154 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1.