Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute nghiên cứu chế tạo edu cho hệ thống phun dầu điện tử common rail nghiên cứu chế tạo edu cho, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Minh Đăng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo EDU Cho Hệ Thống Phun Dầu Điện Tử Common Rail
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT ĐỀ TÀI
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Mục đích của đề tài
• 1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
• 1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.4.2. Giới hạn của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Vài nét về động cơ diesel
• 2.2. Những đặc trưng của động cơ diesel
• 2.3. Nhược điểm của hệ thống nhiên liệu diesel cổ điển
• 2.4. Ưu điểm của hệ thống phun dầu điện tử Common Rail
• 2.5. Vị trí của hộp EDU trong hệ thống nhiên liệu Common Rail
• 2.6. Kim phun của động cơ Common Rail
• 2.7. Khái quát về cuộn cảm
• 2.8. Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm
• 2.9. Điện thế, dòng điện qua cuộn dây
• 2.10. Mạch tạo xung
• 2.11. Nguyên lý hoạt động của hộp EDU
• 3. CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO BIẾN ÁP XUNG
• 3.1. Yêu cầu thiết kế
• 3.2. Thiết kế biến áp xung
• 3.3. Thiết kế mạch tạo xung
• 3.4. Tính toán biến áp xung theo kiểu PUSH – PULL
• 3.5. Sơ đồ nguyên lý
• 3.6. Tính toán biến áp xung
• 3.7. Chế tạo biến áp xung
• 3.8. Tính toán biến áp xung theo kiểu BOOT
• 3.9. Tính toán nguồn xung kiểu BOOT
• 3.10. Chế tạo biến áp
• 4. CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Một số linh kiện điện tử sử dụng trong mạch điều khiển
• 4.2. Các tín hiệu đầu vào và đầu ra
• 4.2.1. Tín hiệu đầu vào
• 4.2.2. Tín hiệu phản hồi
• 4.3. Thiết kế mạch điều khiển
• 4.4. Chế tạo hoàn chỉnh hộp EDU
• 4.5. Thiết kế mạch in
• 4.6. Thi công mạch
• 5. CHƯƠNG 5: KIỂM ĐỊNH HỘP EDU
• 5.1. Quá trình thử nghiệm
• 5.2. Thiết lập quá trình đo
• 5.3. Thông số theo tài liệu của hãng Toyota
• 5.4. Kết quả kiểm định
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 6.1. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu EDU

Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail là một bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. EDU (Electronic Drive Unit) có vai trò quyết định trong việc điều khiển kim phun, giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu khí thải. Hệ thống phun dầu điện tử Common Rail cho phép phun nhiên liệu với áp suất cao, từ đó cải thiện quá trình đốt cháy và giảm tiếng ồn. Việc chế tạo EDU không chỉ đáp ứng nhu cầu kỹ thuật mà còn góp phần vào việc nội địa hóa công nghệ ô tô tại Việt Nam. Theo nghiên cứu, việc nâng áp suất để điều khiển kim phun là cần thiết, vì chỉ cần một sai lệch nhỏ trong việc phun cũng có thể dẫn đến tăng lượng phát thải và tiêu hao nhiên liệu.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Đề tài này được thực hiện trong bối cảnh nhu cầu giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu ngày càng cao. Hệ thống phun dầu điện tử Common Rail đã chứng minh được ưu điểm vượt trội so với các hệ thống truyền thống. Việc chế tạo EDU đầu tiên tại Việt Nam không chỉ giúp giảm giá thành sản phẩm mà còn giải quyết vấn đề thiếu phụ tùng cho các phương tiện sử dụng động cơ diesel. Điều này có ý nghĩa lớn trong việc phát triển ngành công nghiệp ô tô trong nước, đồng thời nâng cao khả năng cạnh tranh với các sản phẩm nhập khẩu.

II. Cơ sở lý thuyết về động cơ diesel và hệ thống phun dầu

Động cơ diesel có nhiều ưu điểm như hiệu suất cao và tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên, hệ thống nhiên liệu cổ điển gặp nhiều nhược điểm như ô nhiễm và tiếng ồn. Hệ thống phun dầu điện tử Common Rail ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm này. Hệ thống này cho phép phun nhiên liệu với áp suất cao, giúp cải thiện quá trình đốt cháy và giảm thiểu khí thải độc hại. EDU đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển kim phun, đảm bảo rằng nhiên liệu được phun chính xác về thời điểm và lượng phun. Việc nghiên cứu và chế tạo EDU không chỉ giúp nâng cao hiệu suất động cơ mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

2.1. Ưu điểm của hệ thống phun dầu điện tử Common Rail

Hệ thống phun dầu điện tử Common Rail mang lại nhiều lợi ích cho động cơ diesel. Đầu tiên, nó cho phép phun nhiên liệu với áp suất cao, giúp cải thiện quá trình atom hóa và đốt cháy. Thứ hai, hệ thống này có khả năng phun nhiều lần trong một chu kỳ công tác, từ đó giảm tiếng ồn và khí thải độc hại. Cuối cùng, việc điều khiển hoàn toàn bằng điện tử giúp tăng độ chính xác trong việc phun nhiên liệu, từ đó nâng cao hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu. Những ưu điểm này đã khiến Common Rail trở thành lựa chọn phổ biến cho các động cơ diesel hiện đại.

III. Phương pháp nghiên cứu và chế tạo EDU

Quá trình nghiên cứu và chế tạo EDU bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần xác định các yêu cầu kỹ thuật và thiết kế mạch điều khiển phù hợp. Sau đó, việc chế tạo biến áp xung là cần thiết để nâng cao điện áp nhấc kim lên khoảng 80 - 150V. Các linh kiện điện tử được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của EDU. Cuối cùng, quá trình thử nghiệm và kiểm định sẽ giúp đánh giá khả năng hoạt động của EDU trên mô hình động cơ thực tế. Những kết quả đạt được từ nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong ngành công nghiệp ô tô.

3.1. Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển

Mạch điều khiển là phần quan trọng trong việc chế tạo EDU. Nó cần phải đáp ứng các yêu cầu về tín hiệu đầu vào và đầu ra, đảm bảo rằng kim phun được điều khiển chính xác. Việc sử dụng các linh kiện điện tử hiện đại giúp tăng cường khả năng điều khiển và độ chính xác của mạch. Các tín hiệu phản hồi từ kim phun cũng cần được xử lý kịp thời để điều chỉnh lượng phun phù hợp. Quá trình thiết kế và chế tạo mạch điều khiển không chỉ đòi hỏi kiến thức chuyên môn mà còn cần sự sáng tạo và kinh nghiệm thực tiễn.

IV. Kết quả kiểm định và ứng dụng thực tiễn

Sau khi chế tạo, EDU đã được kiểm định trên mô hình động cơ Toyota 2KD. Kết quả cho thấy EDU hoạt động ổn định và đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đề ra. Việc kiểm định không chỉ giúp xác nhận tính khả thi của sản phẩm mà còn mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam. EDU có thể được ứng dụng rộng rãi trong các phương tiện sử dụng động cơ diesel, từ xe tải đến xe du lịch. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí bảo trì mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.

4.1. Ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô

Sự ra đời của EDU mở ra nhiều cơ hội cho ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam. Với khả năng điều khiển kim phun chính xác, EDU giúp cải thiện hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí thải. Điều này không chỉ đáp ứng yêu cầu về bảo vệ môi trường mà còn nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm ô tô trong nước. Hơn nữa, việc nội địa hóa sản phẩm như EDU sẽ giúp giảm phụ thuộc vào các linh kiện nhập khẩu, từ đó phát triển bền vững ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh thế kỷ 21, nhu cầu vận chuyển và đi lại ngày càng tăng, ô tô trở thành phương tiện thiết yếu trong xã hội hiện đại. Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, đồng thời vấn đề ô nhiễm môi trường và tiếng ồn từ động cơ ngày càng nghiêm trọng. Động cơ diesel, với ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu và hiệu suất cao (có thể đạt tới 45% so với 30% của động cơ xăng), vẫn giữ vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp vận tải. Tuy nhiên, động cơ diesel truyền thống tồn tại nhiều nhược điểm như phát thải khí độc hại, tiếng ồn lớn và tiêu hao nhiên liệu cao.

Hệ thống phun dầu điện tử Common Rail ra đời nhằm khắc phục những hạn chế này, với khả năng phun nhiên liệu áp suất cao lên đến 2000 bar, giúp nhiên liệu được tán nhuyễn tốt hơn, giảm tiếng ồn và khí thải độc hại. Việc điều khiển phun nhiên liệu chính xác về thời điểm và lượng phun là yếu tố then chốt để tối ưu hiệu suất và giảm phát thải. Trong đó, hộp EDU (Electronic Drive Unit) đóng vai trò nâng điện áp điều khiển kim phun từ mức 12V hoặc 24V lên khoảng 80-150V, giúp nhấc kim phun nhanh và chính xác.

Đề tài nghiên cứu chế tạo hộp EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail được thực hiện từ tháng 02 đến tháng 08 năm 2013, với mục tiêu chế tạo thành công thiết bị có thể hoạt động hiệu quả trên mô hình động cơ Toyota 2KD. Nghiên cứu này góp phần thúc đẩy nội địa hóa công nghệ ô tô tại Việt Nam, giảm chi phí thay thế phụ tùng và nâng cao năng lực công nghiệp trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết động cơ diesel và đặc trưng phun nhiên liệu: Động cơ diesel hoạt động dựa trên quá trình tự bốc cháy nhiên liệu trong buồng đốt, với đặc điểm hỗn hợp nhiên liệu-không khí không đồng đều, ảnh hưởng đến hiệu suất và khí thải. Hệ thống nhiên liệu cổ điển có nhược điểm về độ trễ cơ khí, gây thải khói đen và tiêu hao nhiên liệu cao.

• Công nghệ phun dầu điện tử Common Rail: Hệ thống này sử dụng bơm cao áp và ống rail chứa nhiên liệu áp suất cao, phối hợp với van điện từ điều khiển kim phun bằng tín hiệu điện tử, cho phép phun nhiều lần trong một chu kỳ, tăng hiệu quả đốt cháy và giảm phát thải.

• Lý thuyết cuộn cảm và máy biến áp: Cuộn cảm lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường, đặc trưng bởi độ tự cảm (Henry). Máy biến áp hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi điện áp một chiều thấp thành điện áp cao cần thiết cho việc điều khiển kim phun.

• Mạch điều chế độ rộng xung (PWM): Kỹ thuật điều chế này tạo ra tín hiệu xung có độ rộng thay đổi, điều khiển chính xác điện áp và dòng điện cấp cho cuộn dây van điện từ, giúp kiểm soát thời điểm và lượng phun nhiên liệu.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực nghiệm từ mô hình động cơ Toyota 2KD, kết hợp với các tài liệu chuyên ngành về hệ thống Common Rail, linh kiện điện tử và kỹ thuật điều khiển.

• Phương pháp phân tích: Kết hợp giữa lý thuyết tính toán các thông số kỹ thuật (độ tự cảm, số vòng dây, điện áp, dòng điện) và thực nghiệm chế tạo biến áp xung, mạch điều khiển sử dụng IC 3525 và MOSFET. Phân tích hiệu suất và dạng sóng điện áp, dòng điện qua kim phun bằng thiết bị đo chuyên dụng.

• Timeline nghiên cứu:

  • Tháng 02-04/2013: Chế tạo biến áp xung hoàn chỉnh.
  • Tháng 05-06/2013: Chế tạo mạch điều khiển.
  • Tháng 07/2013: Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả.
  • Tháng 08/2013: Hoàn thiện luận văn và viết bài báo khoa học.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thử nghiệm trên mô hình động cơ Toyota 2KD, lựa chọn do tính phổ biến và đặc tính kỹ thuật phù hợp với nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Chế tạo thành công biến áp xung: Biến áp xung được thiết kế theo kiểu Push-Pull với công suất đầu ra 150W, điện áp đầu vào 10-14V và điện áp đầu ra 80-150V. Hiệu suất đạt khoảng 70-80%, phù hợp với yêu cầu nâng áp cho kim phun. Số vòng dây sơ cấp và thứ cấp được tính toán chính xác để tránh hiện tượng bão hòa lõi.

2. Mạch điều khiển hoạt động ổn định: Sử dụng IC 3525 tạo xung PWM điều khiển MOSFET đóng ngắt, đảm bảo dòng điện qua cuộn dây van điện từ tăng nhanh, giúp nhấc kim phun trong thời gian ngắn (khoảng 1,1 ms). Dạng sóng điện áp và dòng điện đo được tương đồng với tài liệu kỹ thuật của Toyota.

3. Hiệu quả nâng cao áp suất phun: Hộp EDU nâng điện áp từ 12V lên khoảng 100V trong giai đoạn khởi động, sau đó duy trì điện áp 12V để giữ kim phun mở. Việc này giúp giảm sai số thời điểm và lượng phun, từ đó giảm phát thải và tiêu hao nhiên liệu.

4. Thử nghiệm trên động cơ Toyota 2KD: Kết quả kiểm định cho thấy hộp EDU hoạt động tốt, đáp ứng yêu cầu phun nhiên liệu nhiều giai đoạn, cải thiện độ chính xác và độ bền của kim phun. So với hệ thống cổ điển, lượng khí thải giảm đáng kể, tiếng ồn giảm khoảng 15-20%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của đề tài là do sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực nghiệm trong thiết kế biến áp xung và mạch điều khiển. Việc áp dụng kỹ thuật PWM giúp điều chỉnh chính xác điện áp và dòng điện, từ đó kiểm soát tốt quá trình nhấc kim phun. So với các nghiên cứu quốc tế, hiệu suất biến áp và độ ổn định tín hiệu đạt mức tương đương, chứng tỏ khả năng nội địa hóa công nghệ.

Dữ liệu dạng sóng điện áp và dòng điện có thể được trình bày qua biểu đồ dao động, minh họa rõ ràng sự tăng giảm điện áp trong từng giai đoạn phun. Bảng so sánh hiệu suất và thông số kỹ thuật giữa hệ thống EDU chế tạo và tiêu chuẩn Toyota cũng làm nổi bật hiệu quả nghiên cứu.

Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm chi phí nhập khẩu phụ tùng, nâng cao năng lực sản xuất trong nước và góp phần bảo vệ môi trường thông qua giảm phát thải khí độc hại.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tiếp tục hoàn thiện thiết kế biến áp xung: Tăng hiệu suất lên trên 80% bằng cách tối ưu hóa lõi và số vòng dây, giảm tổn hao điện năng. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: Trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ ô tô.

2. Phát triển mạch điều khiển tích hợp vi xử lý: Áp dụng vi xử lý để điều khiển PWM linh hoạt hơn, hỗ trợ nhiều chế độ phun và tự động hiệu chỉnh theo điều kiện vận hành. Thời gian: 12 tháng. Chủ thể: Các viện nghiên cứu điện tử và tự động hóa.

3. Mở rộng thử nghiệm trên các loại động cơ khác: Đánh giá hiệu quả hộp EDU trên động cơ tải nhẹ, xe du lịch và tàu thủy để đa dạng hóa ứng dụng. Thời gian: 6-9 tháng. Chủ thể: Các trường đại học và doanh nghiệp sản xuất ô tô.

4. Xây dựng quy trình sản xuất hàng loạt: Chuẩn hóa quy trình chế tạo, kiểm tra chất lượng và bảo trì hộp EDU nhằm giảm giá thành và nâng cao độ tin cậy. Thời gian: 12 tháng. Chủ thể: Nhà máy sản xuất linh kiện ô tô trong nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí động lực: Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về hệ thống phun dầu điện tử Common Rail và kỹ thuật chế tạo thiết bị điện tử điều khiển.

2. Kỹ sư thiết kế và phát triển sản phẩm ô tô: Áp dụng các phương pháp thiết kế biến áp xung và mạch điều khiển trong phát triển hệ thống nhiên liệu hiện đại.

3. Doanh nghiệp sản xuất linh kiện ô tô trong nước: Tham khảo quy trình chế tạo hộp EDU để nội địa hóa sản phẩm, giảm chi phí nhập khẩu và nâng cao năng lực cạnh tranh.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách công nghiệp: Đánh giá tiềm năng phát triển công nghệ ô tô trong nước, từ đó xây dựng chính sách hỗ trợ nghiên cứu và sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

1. Hộp EDU là gì và vai trò của nó trong hệ thống Common Rail?
   Hộp EDU (Electronic Drive Unit) là thiết bị khuếch đại điện áp, nâng điện áp từ 12V lên khoảng 80-150V để điều khiển van điện từ kim phun nhiên liệu. Vai trò chính là giúp kim phun nhấc nhanh và chính xác, đảm bảo phun nhiên liệu đúng thời điểm và lượng cần thiết.

2. Tại sao cần nâng điện áp điều khiển kim phun?
   Điện áp thấp (12V hoặc 24V) không đủ để tạo lực điện từ mạnh và nhanh cho van điện từ, dẫn đến độ trễ và sai số trong phun nhiên liệu. Nâng điện áp giúp tăng tốc độ nhấc kim, giảm phát thải và tiết kiệm nhiên liệu.

3. Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) được ứng dụng như thế nào trong hộp EDU?
   PWM tạo ra tín hiệu xung có độ rộng thay đổi, điều khiển chính xác dòng điện qua cuộn dây van điện từ. Điều này giúp kiểm soát thời gian mở van, từ đó điều chỉnh lượng nhiên liệu phun phù hợp với chế độ vận hành động cơ.

4. Hiệu suất của biến áp xung trong hộp EDU đạt bao nhiêu?
   Biến áp xung chế tạo trong nghiên cứu đạt hiệu suất khoảng 70-80%, tương đương với các thiết kế quốc tế, đảm bảo cung cấp điện áp cao ổn định và tiết kiệm năng lượng.

5. Hộp EDU đã được thử nghiệm trên động cơ nào?
   Hộp EDU được thử nghiệm thành công trên mô hình động cơ Toyota 2KD, cho kết quả hoạt động ổn định, đáp ứng yêu cầu phun nhiên liệu nhiều giai đoạn và cải thiện hiệu suất động cơ.

Kết luận

• Đã nghiên cứu và chế tạo thành công hộp EDU nâng điện áp điều khiển kim phun cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail, với công suất 150W và điện áp đầu ra 80-150V.
• Mạch điều khiển sử dụng IC 3525 và MOSFET đảm bảo tín hiệu PWM ổn định, giúp nhấc kim phun nhanh trong khoảng 1,1 ms.
• Thử nghiệm trên động cơ Toyota 2KD cho thấy hộp EDU hoạt động hiệu quả, giảm phát thải và tiếng ồn, nâng cao hiệu suất nhiên liệu.
• Nghiên cứu góp phần thúc đẩy nội địa hóa công nghệ ô tô tại Việt Nam, giảm chi phí nhập khẩu phụ tùng và tăng cường năng lực sản xuất trong nước.
• Đề xuất tiếp tục hoàn thiện thiết kế, mở rộng ứng dụng và xây dựng quy trình sản xuất hàng loạt trong các năm tiếp theo.

Các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất nên phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất để phát triển công nghệ hộp EDU, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu - Ở thế kỷ 21, nhu cầu đi lại, vận chuyển của con người ngày càng tăng, ô tô xuất hiện ngày càng nhiều và trở thành phương tiện không thể thiếu đối với xã hội loài người. Trong bối cảnh nhiên liệu có nguồn gốc hoá thạch đang cạn kiệt, trái đất đang ngày một nóng lên, không khí ngày càng ô nhiễm, tiếng ồn ngày càng nhiều….

trở thành một vấn đề gây đau đầu đối với những nhà sản xuất ô tô. Ngoài việc tìm kiếm những nguồn năng lượng mới thì họ luôn từng ngày, từng giờ tìm cách giảm lượng khí thải, giảm tiếng ồn và hơn thế nữa là giảm lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ. Nhờ vậy, hàng loạt công nghệ mới đã ra đời nhằm đáp ứng những mong muốn trên. - Động cơ Diezel với nhiều ưu điểm như: + Tính kinh tế nhiên liệu cao, dầu diesel rẻ hơn xăng, mật độ năng lượng trong dầu diesel cao hơn xăng, năng suất toả nhiệt của 1 lít dầu là 8755 calori trong khi của xăng chỉ có 8140 calori.

+ Có hiệu suất cao hơn hẳn so với động cơ xăng (45% so với 30%) nhờ tỉ số nén cao. Và trong tương lai động cơ diesel có hiệu suất 55% đến 63% là có thể đạt được. + Mômen xoắn của động cơ diesel cao hơn so với động cơ xăng (dung tích động cơ bằng nhau) nên đây là một ưu điểm khi đi trong thành phố nó cho phép động cơ hoạt động với tốc độ nhỏ nhất. + Tuổi thọ của động cơ diesel cao hơn so với động cơ xăng.

Ở điều kiện bình thường, dầu diesel có tính bốc hơi kém nên ít phát hoả do đó ít nguy hiểm hơn so với các loại nhiên liệu khác chẳng hạn như xăng. Trang 1 Luan van Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail - Chính nhờ những ưu điểm nổi bậc này nên mặc dù động cơ Diezel có một số nhược điểm như: tạo thành nhiều HC, NOX, bồ hóng trong quá trình cháy, rung, ồn nhiều khi hoạt động, có khối lượng lớn và đắt tiền… nhưng động cơ Diezel vẫn không thể thiếu trong nền công nghiệp vận tải. - Để giảm tối đa những nhược điểm và tận dụng triệt để những ưu điểm của dầu diesel, các hãng ô tô đã thiết kế lại hệ thống nhiên liệu cho động cơ Diezel và hệ thống này có tên gọi là Common Rail. So với động cơ Diezel cổ điển thì động cơ phun dầu điện tử Common Rail ít ô nhiễm hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, có công suất lớn hơn, hiệu suất cao hơn đồng thời êm dịu hơn rất nhiều (bằng chứng là động cơ Diezel cổ điển chỉ được trang bị trên xe tải thì ngày nay rất nhiều ô tô du lịch được trang bị động cơ Common Rail.

- Trên động cơ Diesel hiện đại (Common Rail), mỗi vòi phun được điều khiển một cách riêng lẻ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong ống rail và sau đó được phân phối đến từng vòi phun. Để làm được điều này, việc phun nhiên liệu của động cơ Common Rail được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử mà trong đó ECU và EDU là những bộ phận quan trọng nhất. ECU nhận tín hiệu từ cảm biến xử lý rồi điều khiển các hệ thống gần giống như ECU sử dụng trên động cơ xăng. EDU nhận tín hiệu từ ECU để điều khiển nhấc kim bằng dòng điện cao áp.

- Việc nghiên cứu chế tạo EDU giúp ngành công nghiệp ô tô của Việt Nam có thêm một bước tiếp cận với nền công nghiệp ô tô thế giới. - Với đề tài “Nghiên cứu – chế tạo EDU sử dụng trên động cơ phun dầu Common Rail” giúp ta hiểu rõ hơn về sự cần thiết của việc nâng áp để điều khiển kim phun, hiểu hơn về động cơ Common Rail và từng bước nội địa hoá nền công nghiệp ô tô của nước nhà. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước - Hệ thống Common Rail đầu tiên được phát minh bởi Robert Huber, người Thuỵ Sỹ vào cuối những năm 60. Công trình này sau đó được tiến sĩ Marco Ganser của viện nghiên cứu kỹ thuật Thụy Sỹ tại Zurich tiếp tục nghiên cứu và phát triển.

Đến giữa những năm 90, tiến sĩ Shohei Itoh và Masahiko Miyaki của tập đoàn Trang 2 Luan van Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail Denso – một nhà sản xuất phụ tùng ô tô lớn của Nhật Bản đã phát triển tiếp và ứng dụng trên các xe tải nặng hiệu Hino, và bán rộng rãi ra thị trường vào 1995, sau đó ứng dụng rộng rãi trên các xe du lịch. Hệ thống nhiên liệu của động cơ phun dầu điện tử Common Rail xuất hiện đồng nghĩa với việc EDU cũng ra đời. - Ở Việt Nam chưa có bất kỳ một đề tài nào nghiên cứu về EDU được công bố. - Nhiệm vụ chính của EDU là nâng áp để điều khiển kim phun vì vậy những kết quả nghiên cứu về việc nâng áp cũng cần được quan tâm.

- Có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến vấn đề nâng cao điện áp đã được công bố và đề tài này chủ yếu tham khảo bài báo DC – DC SWITCHING BOOST CONVERTER của Anita Soni để thiết kế chế tạo biến áp xung, tham khảo đề tài COMPARATIVE STUDY ON DC – DC CONVERTERS của Mehedi Hasan Tushar để hiệu chỉnh biến áp xung sau khi chế tạo. - Sau đây sẽ phân tích hai công trình nói trên: Công trình 1: DC – DC SWITCHING BOOST CONVERTER Tác giả: Anita Soni Trong công trình này tác giả đưa ra thiết kế chuyển đổi điện áp từ 5 volt lên 12 volt bằng cách sử dụng bộ tăng áp DC - DC switching BOOST converter với hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 73%. Hiệu suất, kích thước, và giá cả là những ưu điểm cơ bản của bộ biến áp xung khi so sánh với những bộ biến áp tuyến tính. Một bộ biến áp xung có thể hoạt động với hiệu suất từ 70 % đến 80 % trong khi hiệu suất của bộ biến áp tuyến tính chỉ có thể đạt được khoảng 30 %.

Vì vậy thiết kế biến áp xung là một giải pháp hiệu quả để cung cấp điện một chiều cao áp ở các giá trị mong muốn cho các thiết bị. Thông số kỹ thuật: Nguồn cấp vào: 5V ± 10 % Nguồn đầu ra: 12V Gợn tối đa của điện áp đầu ra: 2 % Trang 3 Luan van Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail Dòng điện tối đa đầu ra: 100 mA Hiệu suất tối thiểu: 70 % Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.1: Sơ đồ BOOST converter Sau khi tính toán, tác giả đã chọn linh kiện như sau: IC điều chế độ rộng xung: MC33063 Tần số điều chế độ rộng xung là 62,5 kHz Tụ định thời CT = 390 pF Độ tự cảm nhỏ nhất của cuộn dây Lmin = 80 H Giá trị điện trở cảm biến dòng là R = 0,5  giá trị tụ đầu ra Cout = 1,68 F R1 = 2,4 k; R2 = 20.64 k Kết quả kiểm tra sau khi chế tạo: 120 Ohms No Load 145 Ohms Input Voltage 4.6 % Efficiency 73% Not Applicable 71% Trang 4 Luan van Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail Công trình 2: COMPARATIVE STUDY ON DC-DC CONVERTERS Tác giả: Mehedi Hasan Tushar Công trình này có phần so sánh về giá trị điện áp, dòng điện, hiệu suất của bộ nâng áp khi thay đổi giá trị của cuộn dây và tụ điện. Qua đó làm cho việc hiệu chỉnh bộ nâng áp sau khi chế tạo nhằm khắc phục những sai số khi tính toán và phù hợp hơn với yêu cầu thực tế trở nên dễ dàng hơn. Để so sánh, tác giả dùng mạch điều khiển sử dụng MOSFET IRF 540n và IC điều chế độ rộng xung là SG 3524.

Các phần tử còn lại như cuộn dây, tụ điện, điện trở, đi-ốt được bố trí như hình 1.2: Mạch tăng áp dùng để so sánh Trên các hình 1.4, các đường màu xanh biểu thị cho dòng điện, điện áp ngõ vào, các đường màu hồng biểu thị cho dòng điện, điện áp ngõ ra. Trang 5 Luan van Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail a b Hình 1.3: So sánh về điện áp và dòng điện khi thay đổi độ tự cảm (D = 0,9) Hình 1.3b Giá trị điện áp đầu vào 10 V 10 V Giá trị dòng điện đầu vào 11 A 11 A Trang 6 Luan van Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail Giá trị điện áp đầu ra 90 V 100 V Giá trị dòng điện đầu ra 900 mA 1A Công suất ngõ vào 110 W 110 W Công suất ngõ ra 81 W 100 W Hiệu suất 73,6 % 91 % a b Hình 1.4: So sánh về điện áp và dòng điện khi thay đổi giá trị điện dung (D = 0,9) Trang 7 Luan van Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail Hình 1.4b Giá trị điện áp đầu vào 10 V 10 V Giá trị dòng điện đầu vào 11 A 15 A Giá trị điện áp đầu ra 100 V 115 V Giá trị dòng điện đầu ra 1A 1,15 A Công suất ngõ vào 110 W 150 W Công suất ngõ ra 100 W 132 W Hiệu suất 91 % 88 % - Như vậy, khi tăng độ tự cảm của cuộn dây hoặc tăng giá trị điện cảm của tụ điện thì dòng điện và điện áp ngõ ra sẽ tăng lên. Tuy nhiên, khi tăng độ tự cảm của cuộn dây thì hiệu suất sẽ tăng lên còn khi tăng giá trị điện cảm của tụ điện thì hiệu suất sẽ giảm xuống. - Tham khảo các công trình nghiên cứu nói trên giúp ta dễ dàng hơn trong việc thiết kế, chế tạo và hiệu chỉnh bộ biến áp xung – một phần quan trọng của hộp EDU mà đề tài này sẽ thực hiện.

Tính cấp thiết của đề tài - Đây là đề tài chế tạo hộp EDU đầu tiên ở Việt Nam. - Sau khi chế tạo thành công sẽ làm giảm giá thành thay thế hộp EDU trên các xe sử dụng động cơ phun dầu điện tử Common Rail và giải quyết bài toán thiếu phụ tùng. Mục đích của đề tài - Vận dụng lý thuyết về điều khiển động cơ, lý thuyết về điện tử để nghiên cứu, chế tạo hộp EDU trong hệ thống phun dầu điện tử Common Rail. - Tìm hiểu để theo kịp công nghệ, góp phần từng bước nội địa hoá ôtô.

Trang 8 Luan van Nghiên cứu chế tạo EDU cho hệ thống phun dầu điện tử Common Rail 1.