Chương 1 sẽ tổng quan về động cơ Diesel, bao gồm nguyên tắc hoạt động, cấu tạo, ưu điểm và nhược điểm, cùng với các ứng dụng phổ biến. Mô tả chi tiết về điều khiển động cơ Diesel được thực hiện qua nhiều khía cạnh như điều khiển momen xoắn, phun nhiên liệu, lượng không khí, áp suất sạc, van biến đổi, khí thải, tái lưu khí thải, bộ lọc bụi, và hệ thống xử lý khí thải SCR. Chương 2 chú trọng vào cấu trúc điều khiển, tập trung vào tối ưu hoá momen xoắn, phân phối momen, chuyển đổi momen, và mô hình momen xoắn động cơ Diesel. Các ví dụ thực tế và đánh giá hoạt động của động cơ trong khoảng thời gian nhất định cũng được trình bày.
Chương 3 nghiên cứu mô hình đốt của động cơ Diesel, bao gồm các giai đoạn cháy, phun nhiên liệu, hình thành hỗn hợp, quá trình đốt cháy, và mô hình khí thải, đưa ra cái nhìn toàn diện về quá trình năng lượng chuyển đổi trong động cơ. Chương 4 tập trung vào tối ưu hóa điều khiển tiền chế ổn định của động cơ Diesel, mô tả cách tối ưu hóa dựa trên mô hình động cơ tĩnh, và áp dụng vào các điểm vận hành cụ thể cũng như chu trình lái xe, mang lại sự hiểu biết sâu sắc về khả năng duy trì ổn định và hiệu suất cao của động cơ Diesel. Chương 5 đề cập đến tính ổn định của động cơ Diesel, bao gồm cơ cấu điều tốc, động cơ vượt tốc, và hoạt động ở tốc độ cầm chừng. Nó cũng mô tả những vấn đề thường gặp với hệ thống nhiên liệu Diesel như động cơ không khởi động, công suất động cơ không đủ, và động cơ làm việc không ổn định.
Chương 6 là phần kết luận chung và hướng phát triển của đề tài. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.
viii TỔNG QUAN. Tổng quan về đề tài:. Lý do chọn đề tài:. Mục tiêu nghiên cứu đề tài:.
Đối tượng nghiên cứu:. Phương pháp tiếp cận:. Tổng quan về động cơ Diesel:. Nguyên tắc hoạt động:.
Các thành phần chính của động cơ Diesel:. Ưu điểm động cơ Diesel:. Nhược điểm động cơ Diesel:. Ứng dụng động cơ Diesel:.
Tổng quan về điều khiển động cơ Diesel:. Điều khiển momen xoắn:. Điều khiển phun nhiên liệu:. Điều khiển lượng không khí:.
Điều khiển áp suất sạc (turbocharged):. Điều khiển van biến đổi (nếu có):. Điều khiển khí thải:. Điều khiển hạn chế phát thải:.
Điều khiển vòng tua máy khi động cơ cầm chừng:. Điều khiển nhiệt độ làm mát của động cơ:. Hoạt động của động cơ Diesel:. Tổng quan về quá trình cháy:.
Hệ số lambda (λ): .8 CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DIESEL. Cấu trúc tối ưu momen xoắn:. Điều kiện cần để phân phối momen:. Chuyển đổi momen:.
Phân phối momen:. Điều khiển động cơ:. Mô hình momen xoắn động cơ Diesel:. Các ví dụ đánh giá hoạt động trong 1 khoảng thời gian của động cơ:.
Xét momen và khí thải ở trạng thái tĩnh (trạng thái duy trì ổn định):. Sơ đồ của động cơ diesel có hệ thống common-rail:. Các bước phản hồi đặc tính động của động cơ: .26 MÔ HÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL. Mô hình cháy của động cơ Diesel:.
Các giai đoạn cháy:. Phun nhiên liệu:. Hình thành hỗn hợp:. Quá trình cháy:.
Mô hình cháy:. Mô hình cháy nhanh và cháy khuếch tán:. Mô hình cháy tổng quát:. Mô hình cháy trễ:.
Điều chỉnh các mô hình cháy:. Mô hình phát thải: .41 DUY TRÌ TỐI ƯU HOÁ CỦA ĐIỀU KHIỂN SỰ ỔN ĐỊNH ĐỘNG CƠ DIESEL. Tối ưu hoá điều khiển sự ổn định của động cơ diesel:. Tối ưu hoá điều khiển sự ổn định cho các điểm vận hành được chọn:.
Tối ưu hoá ổn định cho 1 chu trình lái xe: .50 TỐI ƯU HOÁ VÀ KIẾM SOÁT ĐỘNG LỰC HỌC TRÊN ĐỘNG CƠ. Tính ổn định của động cơ. Cơ cấu điều tốc cho động cơ Diesel:. Động cơ vượt tốc:.
Động cơ hoạt động ở tốc độ cầm chừng:. Những hư hỏng của hệ thống nhiên liệu Diesel:. Động cơ không khởi động:. Công suất động cơ không đủ:.
Động cơ làm việc không ổn định:. Tối ưu hoá kiểm soát động lực học động cơ Diesel:. Hệ thống kiểm soát động cơ (ECU):. Tối ưu hoá động cơ:.
Cảm biến và điều khiển động lực học:. Tối ưu hoá nhiên liệu và hệ thống thải: .62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. Kết luận và đánh giá:. Hướng phát triển đề tài:.64 TÀI LIỆU THAM KHẢO.65 iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU (λ) Tham số quan trọng để đánh giá tỷ lệ nhiên liệu và không khí trong quá trình đốt cháy.
𝑚𝑓 Khối lượng nhiên liệu đã phun 𝑛𝑒𝑛𝑔 Tốc độ động cơ 𝑀𝑑𝑟𝑔 Mô-men xoắn tổn thất ̅̅̅̅̅̅ 𝑀 𝑖 Mô-men xoắn động cơ 𝑓𝑖 Hàm số thể hiện mối quan hệ giữa mô-men xoắn động cơ và lượng nhiên liệu tiêm cùng với tốc độ quay 𝜑𝑖𝑛𝑗 Góc phun 𝑝2 Áp suất nạp 𝑚̇𝑒𝑔𝑟 Tỷ lệ lưu lượng khí thải tái tuần hoàn 𝜂𝜑 Hiệu suất dựa trên góc phun nhiên liệu (𝜑𝑖𝑛𝑗 ). 𝜂𝑝 Hiệu suất dựa trên áp suất sạc (𝑝2 ). 𝜂𝑒𝑔𝑟 Hiệu suất dựa trên lưu lượng khí thải tái tuần hoàn. ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝑀 𝑖,𝑐𝑜𝑟𝑟 Momen xoắn nội được hiệu chỉnh 𝑚𝑎𝑖𝑟 Lượng không khí trong xi lanh 𝑝𝑟𝑎𝑖𝑙 Áp suất đường ống nhiên liệu 𝑀𝑖,𝑐𝑜𝑟𝑟 Mô-men xoắn nội đã được chỉnh sửa 𝑀𝑖 Mô-men xoắn nội 𝑚𝑓,𝑐𝑜𝑟𝑟 Khối lượng nhiên liệu đã được chỉnh sửa 𝛼𝑝𝑒𝑑 Vị trí bàn đạp ga 𝑀𝑖,𝑑 Mômen xoắn nội mong muốn DT1 Truyền động động học 𝑚 𝑓,𝑑 Khối lượng nhiên liệu cần phun 𝑚𝑓,𝑑,𝑚𝑖 Khối lượng nhiên liệu phun chính 𝑚𝑓,𝑑,𝑝𝑖 Khối lượng nhiên liệu phun chia nhỏ 𝑚𝑎𝑖𝑟,𝑑 Khối lượng không khí mong muốn v n Đại diện cho tốc độ động cơ 𝑢𝑒𝑔𝑟 Biến tái tuần hoàn khí xả 𝑢𝑣𝑔𝑡 Biến số này được sử dụng để điều khiển góc cánh quạt của VGT, điều chỉnh lưu lượng và áp suất không khí đưa vào động cơ 𝜆𝑑 Hệ số lambda mong muốn 𝑚𝑓,𝑚𝑎𝑥 Lượng nhiên liệu tối đa 𝑛𝑑 Biến số tốc độ tham chiếu 𝑀𝑒𝑛𝑔 Mô-men xoắn động cơ 𝑀𝑖,𝑡𝑟,𝑑 Mô-men xoắn mong muốn 𝐾𝑀𝑑,𝛼 Hằng số 𝑇𝑑 Thời gian chết (dead time) 1 Đại lượng nghịch đảo của mô-men động lực của động cơ 𝐽𝑒𝑛𝑔 𝜔𝑒𝑛𝑔 Tốc độ quay đầu ra của động cơ 𝑏𝑠𝑓𝑐 Mức tiêu hao nhiên liệu 𝑝𝑏𝑚𝑒𝑝 Áp suất trung bình hiệu dụng khi phanh HFM Đo lượng không khí vào.
VGT Turbo tăng áp biến thiên. DPF Bộ lọc hạt. ECU Đơn vị điều khiển điện tử của động cơ. 𝑝𝑚𝑖,ℎ𝑝 Áp suất hiệu dụng trung bình cho chu kỳ áp suất cao 𝑝𝑚𝑖,𝑙𝑝 Áp suất hiệu dụng trung bình cho chu kỳ áp suất thấp 𝜑𝑄50 Góc vị trí đốt cháy trung tâm 𝑇1 , 𝑇2 , ., hằng số thời gian 𝑇𝑛 𝑇𝑙 Thời gian trễ 𝑇𝑠 Thời gian độ dốc 𝑇95 Thời gian ổn định 95% 𝑝2𝑐 Áp suất nạp vi 𝑇Σ Tổng của các hằng số thời gian 𝑐𝑜𝑝 Độ đục 𝜑𝑚𝑖 Góc phun nhiên liệu 𝑠𝑒𝑔𝑟 Vị trí van tái khí EGR 𝑠𝑡 Vị trí hoạt động van tự động biến thiên 𝑚̇𝑒𝑔𝑟 Khối lượng khí thải tái chế 𝑛𝑡𝑐 Tốc độ turbine 𝑞𝑚𝑖 Lượng nhiên liệu phun chính TDC Điểm chết trên 𝑄̇𝑓 Tốc độ phát nhiệt 𝑄̇𝑤 Dòng nhiệt từ thành đến khí 𝑃𝑐𝑦𝑙 Công suất cơ học đầu ra tại piston 𝑢𝑐𝑦𝑙 Năng lượng nội cụ thể Hl Giá trị nhiệt 𝑚̇cyl,in Lưu lượng khí vào 𝑚̇cyl,𝑜𝑢𝑡 Lưu lượng khí ra 𝑣𝑖 Hệ số phản ứng stoichiometric ΔH𝑐𝑦𝑙 enthalpy phản ứng tạo ra 𝑠𝑓𝑓 Độ rộng ngọn lửa ξO2 Tỷ lệ khối lượng của oxy trong không khí 𝐶 ′ 𝑚𝑎𝑔 Một hằng số 𝑓𝑚𝑖𝑥 Tần suất trộn lI Độ dài nhiễu động 𝑝𝑐𝑦𝑙 (𝜑) Áp suất xy lanh 𝑑𝑄ℎ (𝜑)/d𝜑 Tỷ lệ nhiệt rò 𝑓𝐿𝑂𝐿𝐼𝑀𝑂𝑇 Hàm LOLIMOT.
𝑑1 , 𝑑2 , 𝑑3 Độ trễ 𝑚𝑖𝑛𝑗 Khối lượng không khí nạp vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Mô hình momen xoắn động cơ [2]. Sơ đồ tín hiệu cho hệ thống điều khiển động cơ diesel [2]. Cấu trúc điều khiển momen xoắn át cơ bản của động cơ diesel [2] .4 Mô hình mô-men xoắn đơn giản của một động cơ diesel có turbocharger [1]. Các tín hiệu tạo ra momen xoắn [2] .6 Biểu đồ dữ liệu tỉ lệ tiêu hao nhiên liệu.7 Biểu đồ lượng phát thải NOx ( g/kWh) [1] .8 Biểu đồ tỉ lệ bồ hóng (FSN) [1] .9 Biểu đồ tiếng ồn trong quá trình cháy ở buồng đốt.10 Biểu đồ của một động cơ diesel với turbocharger và hệ thống phun nhiên liệu common-rail trên thử nghiệm áp suất và các thông số khác của động cơ [1] .11 Mô-men xoắn đo lường phụ thuộc vào vị trí bàn đạp ga và tốc độ và lưu lượng không khí [1] .12 Mô-men xoắn đo lường phụ thuộc vào vị trí bàn đạp ga và tốc độ [1] .13 Các biến điều khiển ( áp suất đường ống và áp suất nạp ) [1] .14 Hàm chuyển động tạm thời [1] .1 Các giai đoạn cháy.2 Các giai đoạn của quá trình cháy [1] .3 Buồng đốt và các giá trị của mô hình đốt cháy một vùng .4 Mô hình đốt cháy 1 vùng trong xilanh [1] .5 Tỷ lệ phát nhiệt được xác định bằng phân tích phát nhiệt dựa trên áp suất xilanh [1] .6 Quá trình của NO và hạt bám vào trong quá trình đốt cháy và mở rộng .1 Lượng nhiên liệu phun vào mf [1] .2 Lượng khí nạp vào.4 Phát thải NOx [1] .6 Nhiệt độ khí xả [1] .7 Tốc độ và momen xoắn động cơ ảnh hưởng tới lượng nhiên liệu [1] .8 Tốc độ và momen xoắn động cơ ảnh hưởng tới phát thải NOx[1] .9 Tốc độ và momen xoắn động cơ ảnh hưởng tới lượng khí nạp [1] .10 Tốc độ và momen xoắn động cơ ảnh hưởng tới áp suất nạp [1] .11 Bản đồ được tối ưu hóa cho hành vi tĩnh của một động cơ diesel Opel [1] .12 Biểu đồ cho các biến điều khiển được điều chỉnh và so sánh giữa giá trị được tối ưu hóa và giá trị tiêu chuẩn [1] .1 Chế độ làm việc ổn định của động cơ [5] .2 Cơ cấu điều tốc trên động cơ xăng [5] .3 Cơ chế điều tốc [5] .56 viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Các điểm vận hành của động cơ diesel và các hàm được chọn cho tốc độ quay 𝑛𝑒𝑛𝑔 ≈ 3000𝑟𝑝𝑚.
ix TỔNG QUAN 1. Tổng quan về đề tài: 1.