PHẦN MỞ ĐẦU 1 Luan van TỔNG QUAN 1 Dẫn nhập Trong xu thế hội nhập và phát triển hiện nay, nền công nghiệp ô tô Việt Nam đang đứng trước những cơ hội đầy tiềm năng. Ở nước ta, số lượng ô tô hiện đại đang được ưa chuộng và lưu hành ngày một tăng. Các loại ô tô đều được cải tiến theo hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hóa quá trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhất thành phần ô nhiễm trong khí xả động cơ. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đóng vai trò dẫn đường, quá trình tự động hóa đã đi sâu vào các ngành công nghiệp sản xuất và các sản phẩm của chúng, một trong số đó là ô tô.
Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển như động cơ xăng do gây ra nhiều tiếng ồn, nồng độ phát thải khí xả cao. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ, các vấn đề trên được giải quyết và động cơ diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn. Hình 1 Động cơ Jeep CRD Hình 2 Động cơ Mercedes SLK 320 Công nghệ hiện đại đang khắc phục được nhiều nhược điểm của động cơ diesel. Sự ra đời của các công nghệ như tăng áp và hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp cách đây vài năm đã khiến động cơ diesel mạnh mẽ không thua kém gì những động cơ xăng tốt nhất, mà vẫn giữ nguyên ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu.
Chính từ những sự phát triển về công nghệ mà những động cơ diesel sử dụng bơm cao áp thường (điều khiển bằng cơ khí) dần được thay thế bằng các loại bơm cao áp điều 2 Luan van khiển bằng điện tử ECU như: HTPNL VE – EDC và bước tiến mới là HTPNL Common Rail. 2 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu và xây dựng phương pháp chuyển đổi HTPNL VE kiểu cơ khí thành VE-EDC kiểu điều khiển điện tử phù hợp (qui tắc chọn lựa thiết bị, thiết kế cải tạo, lắp đặt, cân chỉnh và thử nghiệm), đáp ứng với mục tiêu nâng cao hiệu suất nhiệt của động cơ (công suất Ne và mô men xoắn Me tăng với suất tiêu hao nhiên liệu ge nhỏ hơn) và giảm lượng phát thải ô nhiễm (nồng độ HC, CO, NOx, PM) ra môi trường. 3 Lý do chọn đề tài - Hiện nay ô tô là một phương tiện giao thông rất quan trọng trong sự phát triển của xã hội. Ngành công nghiệp ô tô cũng rất phát triển và là một trong các ngành công nghiệp mũi nhọn.
Từ đây đặt ra một số yêu cầu cho sự phát triển không ngừng của ngành động cơ đốt trong như: + Yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất động cơ phải lớn hơn; + Giảm tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn để giảm tốc độ tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch, giảm phát thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính; Hình 3 Mức tiêu thụ nhiên liệu dạng lỏng của thế giới qua các năm + Ít phát thải ô nhiễm môi trường theo TCVN và dần tiến đến với các tiêu chuẩn chung trên thế giới. 3 Luan van Hình 4 Biểu đồ về mức độ khí thải cho phép của các tiêu chuẩn Euro Bảng 1 Tiêu chuẩn chung Euro đối với từng loại xe Loại xe Tiêu chuẩn Giới hạn Thành phần khí thải CO HC NOx Loại nhiên liệu Xăng Diesel Xăng Diesel Xăng Diesel Euro I 3,16 1,13 Xe du lịch Euro II 2,20 1,00 0,50 0,90 (g/km) Euro III 2,60 0,64 0,20 0,15 0,50 Euro IV 1,00 1,50 0,10 0,08 0,25 Loại 1 2,72 0,97 0,14 Euro I Loại 2 5,17 1,40 0,19 Loại 3 6,90 1,70 0,25 Loại 1 2,20 1,00 0,50 0,90 Xe Euro II Loại 2 4,00 1,25 0,60 1,30 thương Loại 3 5,00 1,50 0,70 1,60 mại Loại 1 2,30 0,64 0,20 0,56 1,50 0,50 (g/km) Euro III Loại 2 4,17 0,80 0,25 0,72 0,18 0,65 Loại 3 5,22 0,94 0,29 0,86 0,21 0,78 Loại 1 1,00 0,50 0,10 0,30 0,08 0,25 Euro IV Loại 2 1,81 0,63 0,13 0,69 0,10 4 Luan van Loại 3 2,27 0,40 0,15 0,46 0,11 0,39 Động cơ Euro I 4,90 1,20 9,00 diesel Euro II 4,00 1,10 7,00 hạng nặng Euro III 5,53 0,83 5,13 (g/km) Euro IV 2,76 0,41 2,56 Loại 1: xe có trọng lượng < 1300 kg Loại 2: từ 1300 kg đến 1760 kg Nguồn: European Union Loại 3: lớn hơn 1760 kg Hình 5 Tiêu chuẩn khí thải của một số nước khu vực Đông Nam Á - Sự ra đời và phát triển của các HTPNL điều khiển bằng máy tính có một số ưu điểm cơ bản như: linh hoạt trong vận hành; dễ dàng tối ưu các thông số làm việc của HTPNL theo sự hoạt động của động cơ để đồng thời đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất nhiệt và phát thải ô nhiễm trong mọi điều kiện tải và tốc độ, cũng nhưng tạo ra các chức năng hỗ trợ giúp động cơ vận hành tốt hơn trong các điều kiện vận hành khác nhau. Trong khi đó, các hệ thống điều khiển bằng cơ khí chỉ đáp ứng (tối ưu) được 1 vài điều kiện vận hành của động cơ. - Nhu cầu các ô tô dùng động cơ sử dụng BCA VE kiểu cơ khí cần phải thay bằng động cơ tiết kiệm nhiên liệu hơn và ít phát thải ô nhiễm môi trường hơn, nhằm mục đích tăng tính kinh tế trong khai thác và vận hành, góp phần giảm áp lực nguồn 5 Luan van cung nhiên liệu và bảo vệ môi trường.
Từ đây, phương án thay thế động cơ cũ sử dụng BCA điều khiển cơ khí bằng động cơ mới dùng VE-EDC hoặc Common Rail điều khiển điện tử đã được đề xuất. Tuy nhiên, vấn đề hạn chế về khả năng tài chính trong nước dẫn đến phương án chỉ thay đổi HTPNL trên động cơ từ VE kiểu cơ khí thành VE-EDC hay Common Rail nhằm phù hợp với trình độ công nghệ và khả năng tài chính hơn. - Từ những nhận định như trên, đã đặt ra một số lý do để lựa chọn đề tài như sau: + Lý do thứ nhất: từ vấn đề giá thành, việc chuyển đổi từ HTPNL VE kiểu cơ khí sang VE-EDC kiểu điều khiển điện tử có tính khả thi cao do chi phí thấp so với chuyển đổi thành Common Rail. Điều này chắc chắn đạt được nếu việc chuyển đổi thành công.
+ Lý do thứ hai: ngoài ra đối với HTPNL VE-EDC, nhờ thay đổi linh hoạt các thông số của quá trình phun bởi hệ thống điều khiển điện tử, động cơ đáp ứng các điều kiện vận hành khác nhau tốt hơn (kết nối được với các chức năng hổ trợ tiên tiến trên động cơ hiện đại). Lý do thứ hai cũng chắc chắn đạt được nếu chuyển đổi thành công. + Lý do thứ ba: nhờ khả năng điều chỉnh linh hoạt góc phun sớm cho phép đồng thời nâng cao hiệu suất nhiệt (giảm ge nếu Me-max và Ne-max không đổi; giảm mạnh ge nếu Me-max và Ne-max lớn hơn), và giảm phát thải ô nhiễm. Lý do thứ ba chỉ đạt được nếu lựa chọn đúng thiết bị và có những điều chỉnh, cải tiến thích hợp và đưa vào thử nghiệm các thông số để kiểm chứng.
Điều này quyết định sự thành công của kỹ thuật chuyển đổi và cũng là lý do chính của nội dung đề tài cần nghiên cứu. Xuất phát từ những lý do nêu trên, làm cơ sở để phát triển và thực hiện đề tài “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHUYỂN ĐỔI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ VE-EDC TRÊN XE HYUNDAI 1T25 H100”. 6 Luan van 4 Các kết quả nghiên cứu đã công bố 4. Hệ thống điều khiển điện tử động cơ diesel (EDC).
Tác giả: Nguyễn Tấn Quốc. Nguồn: Luận văn thạc sĩ tại trường ĐH SPKT Tp. Tóm tắt: nghiên cứu, trình bày nguyên lý cấu tạo, nguyên lý hoạt động của HTPNL động cơ diesel (EDC). Kết quả: xây dựng giáo trình hướng dẫn môn học về HTPNL động cơ diesel.
Nghiên cứu, thiết kế chế tạo bộ điều tốc điện tử cho động cơ diesel sử dụng bơm cao áp VE. Tác giả: Phan Nguyễn Quí Tâm. Nguồn : luận văn thạc sĩ tại trường ĐH SPKT Tp. Tóm tắt : nghiên cứu cơ sở lý thuyết của hệ thống VE - EDC, thiết kế chế tạo mô hình bộ điều tốc điện tử cho động cơ diesel sử dụng bơm cao áp VE.
Kết quả: chuyển đổi và chế tạo thành công mô hình động cơ diesel sử dụng bộ điều tốc điện tử trên bơm cao áp VE. Thiết kế chế tạo hệ thống Common Rail cho động cơ 1 xi lanh. Tác giả: Nguyễn Phụ Thượng Lưu. Nguồn : luận văn thạc sĩ tại trường ĐH SPKT Tp.
Tóm tắt : nghiên cứu cơ lý thuyết của hệ thống Common Rail, thiết kế chế tạo mô hình cho động cơ diesel 1 xy lanh. Kết quả: chuyển đổi và chế tạo thành công mô hình động cơ diesel Kubota 1 xy lanh sử dụng HTPNL Common Rail. Nghiên cứu chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép cho động cơ diesel Ford Ranger. Tác giả: Đỗ Khắc Phú.
7 Luan van Nguồn : luận văn thạc sĩ tại trường ĐH SPKT Tp. Tóm tắt : nghiên cứu cơ sở lý thuyết động cơ diesel sử dụng hệ thống Common Rail trên xe Ford Ranger, thiết kế chê tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép cho động cơ diesel Ford Ranger. Kết quả: chuyển đổi và chế tạo thành công mô hình động cơ diesel sử dụng HTPNL kép diesel-CNG trên xe Ford Ranger. Kết quả các công trình nghiên cứu trong nước Đối với một số công trình nghiên cứu trong nước đã công bố, đã có nhiều đề tài đề cập đến HTPNL VE-EDC, tuy nhiên chỉ mới dừng lại ở việc chứng minh nguyên lý, chưa tối ưu thông số vận hành, chưa đáp ứng mọi chế độ làm việc của động cơ.
Tác giả chú trọng đến các nội dung về nguyên lý, cấu tạo và hoạt động của HTPNL động cơ diesel; chế tạo bộ điều tốc điện tử cho động cơ diesel sử dụng bơm cao áp VE và các cải tiến về sử dụng nhiên liệu kép trên động cơ diesel. Tóm lại, chưa được phát triển để trở thành sản phẩm hoàn chỉnh. Modeling of diesel Combustion, Soot and NO Emissions Based on a Modified Eddy. Tác giả: Sangjin Hong, Margaret S.
Assanis, University of Michigan. Nguồn: Submitted to Combustion Science and Technology, December 6, 2004. Tóm tắt: nghiên cứu quá trình cháy trên động cơ diesel sử dụng bơm cao áp điều khiển điện tử Common Rail. Sử dụng để tiến hành nghiên cứu các tham số về tác động của thời gian phun và việc tuần hoàn khí thải trên động cơ (EGR).
Kết quả: xây dựng biểu đồ phân tích các thành phần khí xả trong động cơ diesel sử dụng hệ thống phun nhiên liệu Common Rail. Đánh giá sự ảnh hưởng của bộ hoàn lưu khí xả (EGR). Research into Rail Pressure Control Strategy of Multi-stage Closed Loop based on Injector Pressure Relief for Diesel.