CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU Trên động cơ Diesel vẫn còn nhiều mặt hạn chế trong quá trình sử dụng cũng như dẫn tới sự ô nhiễm môi trường. Nhiều công nghệ ra đời giúp cải thiện hơn các mặt hạn chế ở động cơ Diesel và hệ thống nhiên liệu phun dầu điện tử common-Rail với hộp điều khiển động cơ ECU (Engine control unit) là một trong những thành tựu khoa học tiêu biểu, giúp thực hiện xử lý dữ liệu và các hoạt động của động cơ. Khi hệ thống này gặp sự cố, động cơ sẽ bị gián đoạn, ảnh hưởng đến quá trình vận hành của động cơ. Do đó chúng ta cần phải thường xuyên bảo dưỡng, kiểm tra hệ thống để phát hiện và khắc phục kịp thời các hư hỏng.
Do đó thì việc thu thập dữ liệu từ xe là rất hữu ích và cực kỳ quan trọng. Và hiện nay chúng ta vẫn còn thu thập dữ liệu trên ECU bằng các máy chẩn đoán có dây. Việc sử dụng máy chuẩn đoán có dây bắt buộc người dùng phải sử dụng một dây cáp kết nối vào cổng DLC3 theo chuẩn OBD-II hiện hành để giao tiếp. Điều này đòi hỏi người dùng phải luôn hiện diện ở xung quanh khu vực có cổng DLC3 để đảm bảo giao tiếp, từ đó sẽ không giúp được người sử dụng cũng như phải theo dõi trong suốt quá trình hoạt động của động cơ để chẩn đoán và phòng tránh được các hư hỏng.
Nhận thấy việc đọc và lưu dữ liệu được các thông số của động cơ giúp người sử dụng theo dõi được quá trình hoạt động của động cơ là rất quan trọng, nên việc thiết kế bộ đọc dữ liệu giám sát các thông số hoạt động của động cơ phun dầu điện tử common rail là rất cần thiết trong thời điểm hiện nay và trong tương lai.2 TÌNH HÌNH CÁC NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Các nghiên cưu tiêu biểu Tháng 12 năm 2014, Jeeva Balu, Swapnil Awate, Rajesh Jeyakrishnan [1] phát triển phần cứng, mã hóa phần mềm dùng ngôn ngữ lập trình C nhúng cho vi điều khiển Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 2 GVHD : TS.Trần Đăng Long Arduino ATMEGA, hiệu chuẩn của bộ điều khiển điện tử (ECU) để điều khiển tốc độ dòng phun nhiên liệu. Tốc độ phun được đo và hiệu chuẩn. Kết quả cho thấy sự trùng khớp rất chặt chẽ giữa tốc độ phun nhiên liệu đo được sau khi hiệu chuẩn và tốc độ phun nhiên liệu được tính toán ở mức 1500 vòng / phút. Tháng 4 năm 2016, Mario Farrugia, Charlo Seychell, Stephen Camilleri [2] nghiên cứu về động cơ Diesel với việc ECU được lập trình để cho phép thử nghiệm các tác động của việc phun diesel khác nhau và các thông số như tuần hoàn khí thải (EGR).
Dữ liệu thực nghiệm về lưu lượng của kim phun diesel loại điện từ được đưa ra và thảo luận. Masri [3] thực hiện chuyển đổi cơ sở của động cơ đốt trong xi lanh đơn thành động cơ phun nhiên liệu trực tiếp xi lanh đơn. Tốc độ thời gian phun đã được tính toán với đầu vào áp suất khác nhau được đưa ra cho kim phun nhiên liệu. Bộ phun nhiên liệu được điều khiển bằng bảng mạch Arduino Uno và phần mềm Arduino, và tốc độ và mở được thiết lập trong phần mềm.2 Một số Patent liên quan Patents số US 9574882 B2 Automotive OBD-II Device Generating Navigational Information [6] Số hiệu xin cấp bằng: US 2016/0084657 A1 Ngày xuất bản: 19/09/2014 Ngày nộp: 21/02/2017 Nhà sáng chế: Robert SchillingDavid F.
NistAlbert SerpaMartin TierneyStephen Profit. Tóm tắt: Một hệ thống bao gồm một mạch xử lý và một máy tính với lưu trữ có thể đọc được. Mạch xử lý có thể được định cấu hình để cắm vào đầu nối chẩn đoán trên bo mạch cho phép mạch xử lý giao tiếp với một hoặc nhiều bus của cổng giao tiếp và truyền thông tin tới một thiết bị phụ trợ. Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 3 GVHD : TS.Trần Đăng Long Patents số WO 2017048876 A1 Embedded on-board diagnostic (obd) device for a vehicle [7] Số hiệu xin cấp bằng: PCT/US2016/051782 Ngày xuất bản: 14/09/2016 Ngày nộp: 23/03/2017 Nhà sáng chế: Sheshi NyalamaduguJoe MullisAlexander Birektawit Waktola Raymond Freeman Tóm tắt: Thiết bị OBD này bao gồm: một bộ chuyển đổi OBD được định cấu hình để cắm vào cổng OBD của xe và một module RFID được ghép nối bằng điện với bộ chuyển đổi OBD.
Module RFID được định cấu hình thêm để nhận dữ liệu OBD của một chiếc xe từ một cổng OBD và giao tiếp một phần dữ liệu đã nhận với đầu đọc RFID.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC Tình hình gần đây, nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến việc điều khiển điện tử hệ thống điện điều khiển động cơ đã được quan tâm và phát triển hơn nhưng hiện vẫn chưa có nghiên cứu nào đi sâu về vấn đề giám sát tình trạng vận hành động cơ từ đó đưa ra những chẩn đoán thích hợp liên quan. Một số nghiên cứu về ứng dụng điều khiển điện tử hệ thống điện điều khiển động cơ commonrail của một số tác giả sau: Năm 2013 Nguyễn Quang Hưng [4] đã nghiên cứu thiết kế mô hình chẩn đoán OBD-2 trên ô tô, kết nối Arduino với động cơ hiển thị các cảm biến trên máy tính. Tháng 1 năm 2018 nhóm tác giả Nguyễn Kim, Lê Khánh Tân và Vũ Trọng Tài [5] đã nghiên cứu thiết kế và thi công mô hình triển khai hệ thống điều khiển động cơ Diesel điện tử - common-rail Toyota Hilux, bo mạch Arduino UNO sẽ đọc tín hiệu từ các chân cảm biến trên ECU, thông qua kết nối USB đến máy tính và truyền các thông số lên màn hình LED trên mô hình. Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 4 GVHD : TS.Trần Đăng Long 1.4 NHẬN XÉT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Từ các nghiên cứu các tài liệu hiện có đã cho thấy một số mặt hạn chế trong phương pháp điều khiển điện tử hệ thống điện điều khiển động cơ: • Đa số các nghiên cứu đều thực hiện thiết kế bộ điều khiển điện tử động cơ, kết nối các bo mạch và phần mềm liên kết, chưa đánh giá được các hư hỏng từng cơ cấu ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ.
• Nhìn chung các nghiên cứu trên đã liên kết và chế tạo thành công các thiết bị và phần mềm với nhau, các nghiên cứu trong nước vẫn rất hạn chế trong việc kết nối đọc dữ liệu trực tiếp hộp điều khiển. Các nghiên cứu trên vẫn chưa có nhiều đề tài về kết nối hộp điều khiển ECU thông qua giao thức mạng CAN để đọc thông số dữ liệu, và đặc biệt là ở các động cơ phun dầu điện tử common rail. Qua nhận xét về các tài liệu trên, em đã tiến hành nghiên cứu thiết kế triển khai nghiên cứu thiết kế bộ giám sát thông số vận hành của động cơ phun dầu điện tử common rail. Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 5 GVHD : TS.Trần Đăng Long CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘNG CƠ PHUN DẦU ĐIỆN TỬ COMMON-RAIL 2.1 Giới thiệu động cơ dầu điện tử Common-Rail: Các hệ thống chính trên động cơ dầu điện tử Common-Rail: • Hệ thống cố định • Hệ thống phát lực • Hệ thống phân phối khí (swirl flap, turbocharger) • Hệ thống bôi trơn • Hệ thống làm mát • Hệ thống nhiên liệu (Common-rail) • Hệ thống giảm khí thải (EGR, SCR, DPF) • Hệ thống điện Các hệ thống đều hỗ trợ và có mối liên hệ với nhau, và một trong những hệ thống quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hoạt động động cơ là hệ thống nhiên liệu Common- rail.
Cũng giống như hệ thống nhiên liệu Diesel thông thường khác, từ đường ống thấp áp, nhiên liệu được bơm lên đẩy qua ống trữ nhiên liệu áp suất cao, sau đó được đưa tới vòi phun và phun nhiên liệu vào buồng đốt. Hệ thống Common-Rail sẽ điều khiển việc phun nhiên liệu và phân bố áp suất, giúp động cơ hoạt động ổn định. Từ thông số dữ liệu bàn đạp ga, ECU sẽ quyết định đưa ra mức nhiên liệu cần phun và cả tính toán áp suất phun cũng như thời điểm phun. Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 6 GVHD : TS.Trần Đăng Long Hình 2.1 Động cơ phun dầu điện tử Common-Rail Các thành phần chính trong hệ thống Common-Rail gồm hệ thống điều khiển điện tử và hệ thống cung cấp nhiên liệu: • Bộ phận điều khiển điện tử bao gồm bộ xử lý ECU, các cảm biến đầu vào và bộ chấp hành, bộ khuếch đại để mở kim phun.
Các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau đo các thông số hoạt động của động cơ được truyền đến bộ xử lý ECU, từ đó bộ xử lý ECU sẽ tính toán đưa ra các thông số cần thiết như thời điểm phun, lưu lượng phun nhiên liệu cũng như gửi tín hiệu để điều khiển mở van kim phun. Các thông số về áp suất nhiên liệu và tuần hoàn khí xả cũng được hệ thống xử lý và điều khiển. • Bộ phận cung cấp nhiên liệu bao gồm các thành phần như thùng chứa nhiên liệu, ống phân phối, kim phun, lọc nhiên liệu, bơm cao áp, các đường ống cao áp v.v… Nhiên liệu được bơm từ thùng chứa sau đó được nén lên áp suất cao. Bộ xử lý ECU sẽ tính toán và gửi tín hiệu điều khiển phun nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ theo chu kỳ thích hợp.
Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 7 GVHD : TS.Trần Đăng Long 2.2 Các tín hiệu đầu vào hệ thống Hình 2.2 Các cảm biến trên hệ thống Common-Rail Tín hiệu từ bàn đạp ga (VPA, VPA2): Cảm biến tín hiệu này được lắp trên bàn đạp chân ga, người lái đạp ga qua các mức độ khác nhau sẽ được mã hóa và gửi tín hiệu dưới dạng điện áp đến bộ vi xử lý trung tâm. Tín hiệu từ vị trí bướm ga (VTA): Cảm biến này lắp trên đường ống nạp của động cơ, bướm ga được mở ở các góc độ khác nhau sẽ được phát hiện và gửi tín hiệu đến bộ vi xử lý trung tâm bằng tín hiệu điện áp. Tín hiệu vị trí trục cam G (TDC): Cảm biến vị trí trục cam được lắp phía đầu động cơ, dùng để phát hiện vị trí TDC của piston và gửi tín hiệu về đến bộ vi xử lý trung tâm. Tín hiệu vị trí trục khuỷu (Ne): Học viên: Nguyễn Tấn Lực MSHV :1870614 Luận văn thạc sĩ Trang 8 GVHD : TS.Trần Đăng Long Cảm biến này được lắp phía đầu động cơ dùng để phát hiện góc quay trục khuỷu và số vòng quay máy.
Cảm biến này cũng sử dụng loại cuộn dây điện từ.
