i MỤC LỤC Trang MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC BIỂU ĐỒ vi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2 1.1. Đối tượng phạm vi nghiện cứu 4 1.1.1. Đối tượng nghiên cứu 4 1.1.2. Phạm vi nhiên cứu 4 1.1.2.1. Về mặt lý thuyết 2 1.1.2.2. Về mặt thực nghiệm 2 1.1.3. Mục Tiêu Nghiên Cứu: 2 1.2. Tình hình nghiên cứu, sử dụng LPG 2 1.3. Định nghĩa LPG, các đặc tính và ưu điểm của LPG 8 1.3.1. Định nghĩa LPG 8 1.3.2. Các đặc tính của LPG 9 1.3.4. Đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng động cơ Diesel 10 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN PHUN LPG CHO ĐỘNG CƠ. 11 2.1. Khái Quát Chung Về Hệ Thống Sử Dụng Nhiên Liệu Kép:LPG- DO 11 2.2. Giới thiệu về động cơ YANMAR 3SM 12 2.2.1. Khái quát chung động cơ Yanmar 3sm 12 2.2.2. Các bộ phận và hệ thống cơ bản của động cơ Yanmar 3SM 15 2.2.3. Bộ điều tốc động cơ Yanmar 3SM 15 2.2.4. Khái quát chung về hệ thống nhiên liệu của động cơ Yanmar 3sm 17 2.2.4.1. Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống nhiên liệu động cơ: 17 2.2.4.2. Một số bộ phận chính của hệ thống nhiên liệu 20 2.3. Hệ Thống Cung Cấp LPG Trên Động Cơ Yanmar 3sm 23 ii 2.3.1.Phân tích và lựa chọn phương án điều khiển phun LPG thích hợp với bộ môn động lực hiện nay và động cơ thí nghiệm. 24 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN PHUN LPG 29 3.1. Các thiết bị trong hệ thống cung cấp LPG cho động cơ 30 3.1.1. Bình chứa LPG 30 3.1.2. Bẫy lửa 30 3.1.3. Van điều áp 31 3.1.4. Van một chiều 32 3.1.5. Cảm biến nhiệt độ 32 3.1.6. Cảm biến thời điểm đóng mở của xupáp nạp 34 3.2. Bộ điều khiển điện tử điều khiển phun LPG cho động cơ 38 3.2.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển cung cấp LPG và dầu DO 38 3.2.2. Bộ xử lý trung tâm( ECU ) 38 3.2.3. Tổng quan về vi điều khiển ATMEGA 16 39 3.2.3.1. Đặc điểm của ATMEGA 16 42 3.2.3.2. Lưu đồ thuật toán chương trình chính 46 3.2.3.3. Thiết kế chế tạo hộp điều khiển 48 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 54 4.1. Mục đích 54 4.2. Trang thiết bị thí nghiệm 54 4.3. Sơ đồ bố trí thực nghiệm 54 4.4. Tiến hành thực nghiệm 59 4.4.1. Điều kiện tiến hành thí nghiệm 59 4.4.2. Quy trình tiến hành thực nghiệm 59 4.4.3. Kết quả chạy thử nghiệm 60 4.4.4. Nhận xét 63 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 65 KẾT LUẬN 65 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1. So sánh LPG và các loại nhiên liệu cổ điển 9 Bảng 2-2. Thông số kỹ thuật của động cơ Diesel Yanmar 3SM 45HP 14 Bảng 2-3. Các chi tiết hệ thống nhiên liệu động cơ YANMAR 3SM 18 Bảng 2.4 Các chi tiết bơm cao áp 21 Bảng 4-1. Số liệu chạy thực nghiệm chạy không tải đo chi phí nhiên liệu 60 Bảng 4-2. Số liệu chạy thực nghiệm chạy không tải sự ảnh hưởng của LPG đến tốc độ động cơ 61 Bảng 4-3. số liệu chay thực nghiệm đo khí xả động cơ tại tốc đô n=590 (v/p) 62 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Xe Volvo S80 dùng động cơ 2 nhiên liệu xăng & LPG (thị trường Anh) 4 Hình 1.2 Taxi sử dung nhiên liệu LPG của công ty Petrolimex 5 Hình 1.3 Động cơ VIKYNO sau khi lắp đặt các bộ phận điều khiển phun LPG 6 Hình 1.4 sơ đồ cung cấp ga có sử dụng bộ giảm hóa hơi 8 Hình 2.1. Động cơ Yanmar 3SM 45HP 12 Hình 2.2 Động cơ YANMAR 3SM tại phòng động cơ 13 Hình 2.3 Hệ thống nhiên liệu động cơ 18 Hình 2.4. Bơm cao áp đơn 21 Hình 2.5 Vòi phun kiểu chốt 23 Hình 2.6 Hệ thống nhiên liệu LPG và diesel song song 24 Hình 2.7 Bộ hòa trộn lắp trên họng nạp 25 Hình 2.8 Hệ thống phun nhiên liệu LPG vào đường nạp 26 Hình 3.1 Sơ đồ cung cấp LPG cho động cơ 29 Hình 3.2 Cấu tạo của Thermocouples 33 Hình 3.3 Cặp nhiệt điện 34 Hình 3.4 Lắp đặt các cảm biến trên động cơ 34 Hình 3.5 Cảm biến thời điểm đóng mở xuppap nạp. 35 Hình 3.6 vị trí cảm biến thực tế. 36 Hình 3.7 Cảm biến tiệm cận điện từ 36 Hình 3.8 Cấu tạo cảm biến tiệm cận điện từ 37 Hình 3.9 Sơ đồ kiến trúc AVR 41 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý của ATMEGA 16 43 Hình 3.11 Sơ đồ chân của vi điều khiển ATMEGA 16 45 Hình 3.12 Hộp điều khiển 49 Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển trung tâm 50 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lí mạch công suất 51 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 54 v Hình 4.2 Sơ sồ bố trí trang thiết bị thực nghiệm 55 Hình 4.3 ECU điều khiển 56 Hình 4.4 Các vị trí lắp đặt cảm biến 56 Hình 4.5 Các thiết bị khác 57 Hình 4.6 Các thiết bị phục phụ quá trình đo lấy số liệu 57 vi DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biển đồ 4-1. Ảnh hưởng của thời gian phun LPG đến chi phí tiêu hao nhiên liệu 61 Biểu đồ 4-2. Sự biến thiên tốc độ động cơ theo sự thay đổi T f 62 Biểu đồ 4-3. ảnh hưởng của LPG đến hàm lượng CO và CxHy trong khí xả động cơ tại n=590v/p 63 1 LỜI NÓI ĐẦU Ô nhiễm môi trường đang là mối quan tâm trên toàn thế giới. Một trong những nguồn gây ô nhiễm lớn là khí xả động cơ đốt trong nói chung và động cơ diesel nói riêng. Trong khí xả động cơ diesel có nhiều thành phần độc hại như các khí NO x , CO, CO 2 , SO 2 , H 2 S … Các chất này chiếm một tỷ lệ khá lớn trong khí xả và ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người và môi trường sinh thái. Để kiểm soát vấn đề ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ diesel, từ trước tới nay người ta thường có hai hướng xử lý: thứ nhất, tác động vào quá trình cháy trong xi lanh động cơ để giảm các chất độc hại trong khí xả; thứ hai, xử lý khí xả trước khi thải ra ngoài môi trường. Tuy nhiên việc áp dụng hai giải pháp này vẫn chưa thể giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm, hơn nữa chúng cũng bị hạn chế bởi nhiều yếu tố. Một trong những nguyên nhân khiến động cơ diesel trở thành nguồn gây ô nhiễm là do nhiên liệu sử dụng có nhiều thành phần tạp chất. Như vậy, nếu nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel là “nhiên liệu sạch” thì vấn đề ô nhiễm khí xả sẽ được giải quyết. Hiện nay tôi đang thực hiện đề tài: “Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử hệ thống phun nhiên liệu LPG cho động cơ Yanmar 3SM sử dụng hệ thống nhiên liệu kép”. . Đề tài của tôi gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Phân tích lựa chọn phương án phun cho động cơ Chương 3: Thiết kế chế tạo bộ điều khiển phun LPG. Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm. Trong suốt thời gian qua, với sự hướng dẫn tận tình của Th.S Mai Sơn Hải và Th.S Đoàn Phước Thọ tôi đã hoàn thành đề tài của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn Th.S Mai Sơn Hải, Th.S Đoàn Phước Thọ cùng các thầy trong bộ môn động lực và các bạn đó giúp tôi hoàn thành đề tài này. Nha Trang, tháng 7 năm 2012 Sinh viên Bùi Minh Hậu 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Đối tượng phạm vi nghiện cứu 1.1.1. Đối tượng nghiên cứu Động cơ Diesel Yanmar 3SM 1.1.2. Phạm vi nhiên cứu 1.1.2.1. Về mặt lý thuyết  Tìm hiểu về đặc tính của khí hóa lỏng (LPG).  Các giải pháp kỹ thuật để động cơ có thể sử dụng nhiên liệu nhiên liệu LPG.  Tìm hiểu phương án điều khiển cung cấp nhiên liệu khí hóa lỏng cho động cơ.  Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử cung cấp dầu DO và khí hóa lỏng (LPG) cho động cơ Diesel Yanmar 3sm 1.1.2.2. Về mặt thực nghiệm  Chế tạo bộ điều khiển điện tử cung cấp nhiên liệu khí hóa lỏng (LPG) cho động cơ Diesel Yanmar 3sm  Chạy thử nghiệm động cơ.  Phân tích đánh giá kết quả thu được. 1.1.3. Mục Tiêu Nghiên Cứu: “Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử hệ thống phun nhiên liệu LPG (Liquid Petroleum LPG). Cho động cơ Diesel Yanmar 3sm sử dụng hệ thống nhiên liệu kép”. 1.2. Tình hình nghiên cứu, sử dụng LPG Khí dầu mỏ hoá lỏng là hỗn hợp chủ yếu của Propane (công thức hóa học: C3H8) và Butane (công thức hóa học: C4H10) có nguồn gốc từ dầu mỏ, tên tiếng Anh: Liquefied Petroleum Gas (viết tắt là LPG); tại nhiệt độ, áp suất bình thường Khí dầu mỏ hóa lỏng ở thể khí và khi được nén đến một áp suất, nhiệt độ nhất định Khí dầu mỏ hóa lỏng chuyển sang thể lỏng. Khí dầu mỏ hóa lỏng là loại nhiên liệu 3 thông dụng về tính đa năng có thể vận chuyển như chất lỏng nhưng lại được đốt cháy ở thể khí. Lượng khí độc và tạp chất được sản sinh ra trong quá trình cháy rất thấp đã làm cho Khí dầu mỏ hóa lỏng trở thành một trong những nguồn nhiên liệu dùng làm chất đốt, nhiên liệu động cơ, nguyên liệu phục vụ sản xuất, dân sinh thân thiện với môi trường. Trong những năm gần đây, khí hóa lỏng đang được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ sản suất động cơ. Vì những ưu điểm của LPG như giá thành rẻ, ít độc hại do có chứa ít tạp chất và lưu huỳnh, vận tốc bay hơi của LPG rất nhanh dễ dàng khuyếch tán, hòa trộn với không khí thành hỗn hợp cháy, nhiệt độ của LPG khi cháy rất cao từ 19000C tới19500C, nhiệt trị riêng theo khối lượng (PCIm) cao do đó LPG hứa hẹn sẽ trở thành một loại nhiên liệu của tương lai thay thế cho nhiên liệu truyền thống. Hiện trên thế giới có trên 12 triệu xe sử dụng LPG tập trung tại 38 nước, chủ yếu tại các nước đang phát triển do sức ép về vấn đề môi trường. Sự phát triển ô tô dùng LPG phụ thuộc vào chủ trương của mỗi quốc gia, đặc biệt là phụ thuộc vào chính sách bảo vệ môi trường. Sự khuyến khích sử dụng ôtô LPG thể hiện qua chính sách thuế ưu đãi của mỗi quốc gia đối với loại nhiên liệu này. Một số quốc gia có sự tăng trưởng thị trường autogas nhanh nhất như sau: + Hàn Quốc Là quốc gia có số lượng ôtô sử dụng khí gas lớn nhất thế giới hiện nay. Giá LPG chạy xe chỉ bằng 1/3 giá xăng nên được dùng rất rộng rãi cho taxi, buýt và xe tải. Năm 2007 đạt số lượng xe dùng LPG là hơn 4 triệu. + Thỗ Nhĩ Kỳ Năm 1999 có 500.000 taxi chạy LPG (chiếm 92% tổng số). Năm 2007 là 2,1 triệu xe. Là một trong những nước có lượng ôtô chạy sử dụng LPG lớn nhất thế giới. Giá LPG chạy xe chỉ bằng 34% so với các nhiên liệu khác. Việc chuyển đổi xe sang dùng LPG diễn ra ồ ạt không kiểm soát được. Hiện nay có khoảng 25% số lượng ôtô ở Thổ Nhĩ Kỳ được chạy bằng LPG. 4 + Italia Là một trong những quốc gia có mức tiêu thụ LPG cho autogas lớn nhất ở Châu Âu với lượng tiêu dùng hàng năm đạt 1,3 triệu tấn. Hiện nay có khoảng 1,2 triệu ôtô và hơn 700.000 phương tiện khác sử dụng LPG. Tuy chỉ mới chiếm 4% tổng số xe nhưng đang phát triển rất nhanh do được chính phủ hỗ trợ bằng các biện pháp như: Hạn chế xe xăng dầu tại nơi ô nhiễm. Hỗ trợ 377USD/xe cho việc chuyển đổi sang dùng LPG. + Anh Thị trường xe dùng LPG hiện tại ở Anh có khoảng 25.000 xe. Theo dự báo của chính phủ đến cuối năm 2005 sẽ có khoảng 250.000 xe. Chính phủ có quỹ hỗ trợ cho chuyển đổi xe sang dùng LPG, thuế ưu đãi cho LPG dùng chạy xe, hỗ trợ mở rộng các trạm bơm LPG cho xe. Hình 1.1 Xe Volvo S80 dùng động cơ 2 nhiên liệu xăng & LPG (thị trường Anh) + Các quốc gia khác Tại Hồng Kông, Trung Quốc, Malaysia, Đài Loan,… đều có số lượng xe dùng LPG tăng rất nhanh. Chính phủ các nước này đều có chính sách khuyến khích sử dụng LPG cho xe hơi như: thuế ưu đãi cho LPG dùng chạy xe, hỗ trợ phí chuyển đổi xe, hỗ trợ mở rộng hệ thống nạp LPG cho xe. [...]... phương án điều khiển phun tôi được kế thừa các đề tài :  Thiết kế chế tạo bộ điều khiển cung cấp LPG và dầu DO khi sử dụng hỗn hợp này làm nhiên liệu cho máy 4CH-JANMAR” của Phạm Văn Toản  Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử hệ thống phun nhiên liệu LPG cho động cơ D12 sử dụng hệ thống nhiên liệu kép của Nguyễn Văn Trọng Đề tài thứ nhất sử dụng phương án Sử dụng bộ giảm áp hóa hơi và bộ hòa trộn... song Trên cơ sở xem xét một số hệ thống sử dụng LPG trên động cơ Diesel hiện nay ta có một số phương án điều khiển như sau:  Sử dụng bộ giảm áp hóa hơi và bộ hòa trộn  Sử dụng hệ thống phun nhiên liệu LPG phun trực tiếp nhờ xupáp LPG  Sử dụng hệ thống phun nhiên liệu LPG vào đường nạp 2.3.1 Phân tích và lựa chọn phương án điều khiển phun LPG thích hợp với bộ môn động lực hiện nay và động cơ thí nghiệm... của động cơ tiện cho theo dõi hoạt động của động cơ Phương án này phù hợp với điều kiện tại phòng động cơ của bộ môn động lực hiện nay 29 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN PHUN LPG Sơ đồ cấu tạo hệ thống cung cấp LPG trên động cơ thí nghiệm Trên cơ sở hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép đã phân tích ở chương 2 ta có sơ đồ của hệ thống cung cấp DO -LPG như sau: Hình 3.1 Sơ đồ cung cấp LPG. .. động cơ  Hệ thống truyền lực  Hệ thống trao đổi khí  Hệ thống nhiên liệu  Hệ thống bôi trơn  Hệ thống làm mát  Hệ thống khởi động 2.2.3 Bộ điều tốc động cơ Yanmar 3SM Bộ điều tốc cơ khí hoạt động dựa trên nguyên lý của lực ly tâm, trong ngành động cơ đốt trong nó được sử dụng nhiều nhất Nhờ thiết kế chắc chắn, đơn giản,dễ dàng điều chỉnh và chi phí sản xuất thấp Bộ điều tốc này luôn được cải tiến... hơi Nhiên liệu sau đó được đưa qua bộ lọc và bộ điều áp trước khi dẫn đến vòi phun Vòi phun được một bộ vi xử lý chuyên dụng điều khiển một cách tự động 26 Bộ vi sử lý này nhận phần lớn các tín hiệu cần thiết từ hệ thống cung cấp nhiên liệu đã có và bổ xung thêm những thông tin đặc thù khác của hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG Hình 2.8 Hệ thống phun nhiên liệu LPG vào đường nạp LPG có thể cung cấp cho. .. cấp nhiên liệu và biện pháp tổ chức quá trình cháy 11 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN PHUN LPG CHO ĐỘNG CƠ 2.1 Khái Quát Chung Về Hệ Thống Sử Dụng Nhiên Liệu Kép :LPG- DO Động cơ Diesel được kiểm soát theo tốc độ và tải dựa vào việc điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp vào trong buồng đốt Một bộ phận quan trọng của động cơ là bộ điều tốc Bộ điều tốc tăng lượng nhiên liệu cung cấp khi động cơ. .. diesel, LPG và phản ứng đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt Tóm lại, việc thiết kế hệ thống cung cấp LPG cho động cơ diesel bao gồm: lắp đặt, khảo sát đặc tính cảm biến tốc độ cảm biến nhiệt độ, cảm biến lượng LPG, 12 xây dựng thuật toán điều khiển, thiết kế bộ điều khiển với phần tử trung tâm là vi điều khiển ATMELPG 16, lập trình bằng ngôn ngữ C cho vi điều khiển 2.2 Giới thiệu về động cơ YANMAR 3SM. .. nhất tuy nhiên chỉ mới thực hiện trên động cơ 1 xylanh và sử dụng cảm biến vị trí đóng mở xuppap chưa thực sự tin cậy.Vì vậy tôi thực hiện đề tài này với nhiệm vụ thiết kế bộ điều khiển phun LPG trên động cơ 3 xylanh và sử dụng cảm biến thời điểm đóng mở xuppap tin cậy hơn  Tổng quan về phương án Sử dụng hệ thống phun nhiên liệu LPG vào đường nạp Nhiên liệu LPG được cung cấp bằng hệ thống phun vào... Thành Phố Hồ Chí Minh, Vũng Tàu, và khu vực miền Tây Nam Bộ hầu như không còn sử dụng động cơ này nữa Hình 2.1 Động cơ Yanmar 3SM 45HP 13 Hình 2.2 Động cơ YANMAR 3SM tại phòng động cơ 14 Bảng 2-2 Thông số kỹ thuật của động cơ Diesel Yanmar 3SM 45HP STT Thông số kỹ thuật Động cơ Diesel Yanmar 3SM 45HP 1 Kiểu động cơ Yanmar 3SMGGE 2 Loại động cơ Diesel 4 kỳ 3 Công suất định mức 45 [HP] 4 Tốc độ piston... mà lịa không can thiệp quá sâu vào kết cấu của động cơ vì thế ta lựa chọn phương án cung cấp LPG bằng cách phun gián đoạn LPG trên đường nạp của động cơ Phương án điều khiển điện tử cung cấp LPG cho động cơ là phương án dùng bộ điều khiển điện tử lấy tín hiệu qua cảm biến thời điểm đóng mở xupáp để điều chỉnh thời điểm phun LPG cho động cơ Ngòai ra chúng ta còn sử dụng cảm biến nhiệt độ nước làm mát, . Hiện nay tôi đang thực hiện đề tài: Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử hệ thống phun nhiên liệu LPG cho động cơ Yanmar 3SM sử dụng hệ thống nhiên liệu kép . . Đề tài của tôi gồm 4 chương:. giá kết quả thu được. 1.1.3. Mục Tiêu Nghiên Cứu: Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử hệ thống phun nhiên liệu LPG (Liquid Petroleum LPG) . Cho động cơ Diesel Yanmar 3sm sử dụng hệ thống. nhiên liệu LPG.  Tìm hiểu phương án điều khiển cung cấp nhiên liệu khí hóa lỏng cho động cơ.  Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử cung cấp dầu DO và khí hóa lỏng (LPG) cho động cơ Diesel