Luận Văn Nghiên cứu, thiết kế chế tạo bộ điều khiển tự động tay ga điện tử cho động cơ YANMAR 4CH tại phòng t

Đồ án tốt nghiệp năm 2011
Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo bộ điều khiển tự động tay ga điện tử cho động cơ YANMAR 4CH tại phòng thực hành bộ môn động lực


MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
LỜI NÓI ĐẦU .1
1.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: .2
1.1.1 Đối tượng nghiên cứu (động cơ Diesel 4CH-JANMAR) .2
1.1.2 Phạm vi nghiên cứu .2
1.1.2.1 Về mặt lý thuyết 2
1.1.2.2 Về mặt thực nghiệm
1.1.3 Mục Tiêu Nghiên Cứu: .2
1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bộ điều khiển tự động tay ga điện tử trên
động cơ diesel 2
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY GA
CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN, LÊN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
TAY GA TRÊN ĐỘNG CƠ THÍ NGHIỆM
2.1 Cơ sở lý thuyết việc ứng dụng điều khiển tự động 4
2.2 Xác định các thông số điều khiển .15
2.2.1 Các thông số kỹ thuật động cơ Yanmar 4CH 15
2.2.2 Thực nghiệm tìm mối quan hệ giữa công suấtđộng cơ và hai thông số:
Nhiệt độ khí xả , tốc độ vòng quay .18
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY GA ĐIỆN
TỬ
3.1 Các yêu cầu kỹ thuật với bộ điều khiển .25
3.2 Lựa chọn phương án điều khiển và giải thuật điều khiển 25
8
3.3 Sơ đồ khốivà các chức năng điều khiển .55
3.3.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển 56
3.3.1.1 Khối đo thông số đầu vào: 56
3.3.1.2. Bộ xử lý trung tâm –ECU .56
3.3.1.3 Khối đầu ra:
3.3.2 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống .57
3.3.2.1 Cảm biến nhiệt độ khí xả .57
3.3.2.2 Cảm biến tốc độ quay của động cơ .59
3.3.2.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát .60
3.3.2.4 Thiết bị hiển thị: .60
3.3.2.5 ECU .60
3.3.2.6 Cơ cấu chấp hành-Động cơ trợ động .68
3.3.3 Thiết kế mạch điều khiển: 70
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .
4.1 Mục đích chạy thử nghiệm 72
4.2 Thực nghiệm hoạt động của bộ điều khiển trên động cơ 72
4.2.1 Trang thiết bị thí nghiệm để phục vụcho quá trình thí nghiệm 72
4.2.2 Sơ đồ bố trí thực nghiệm 72
4.2.3 Chạythực nghiệm .74
4.2.4 Kết quả chạy thử nghiệm, nhận xét 75
KẾT LUẬN VÀ XUẤT Ý KIẾN .76
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
9
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế hội nhập, thương mại hóa toàn cầu, ngành vận tải chiếm
một vị trí quan trọng đặc biệt là vận tải đường thủy. Tính riêng năm 2010 vận
tải đường biển chiếm tới 90% thị trường vận tải toàn cầu. Với lợi thế bờ biển
dài, cùng với hàng chục ngàn km đường sông, hồ nội địa như nước ta, vận tải
qua đường thủy càng mang một ý nghĩa to lớn.
Để đáp ứng nhu cầu quan trọng và cấp thiết của ngành giao thông mũi
nhọn này, những phát minh, cải tiến về động cơ diesel tàu thủy cũng trở thành
vấn đề quan trọng và cấp bách hơn bao giờ hết.
Một trong những hướng nghiên cứu đó là tự động hóa Diesel tàu thủy.
Quá trình tự động hóa không chỉ giúp thay thế, giải phóng sức lao động con
người mà còn mang lại nhiều ưu thế hơn trong quá trình khai thác, về tốc độ xử
lý cũng như khả năng giám sát.
Công nghệ tự động Diesel tàu thủy mới chỉ được ứng dụng cho các tàu
lớn, hiện đại với giá thành rất cao và đòi hỏi nghiêm ngặt về trình độ quản lý.
Hiện nay, tôi đang thực hiện đề tài “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ
TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY GA ĐIỆN TỬ CHO ĐỘNG CƠ
YANMAR 4CH TẠI PHÒNG THỰC HÀNH BỘ MÔN ĐỘNG LỰC.” Đề tài
ứng dụng các giải thuật để chế tạo bộ điều khiển tự động động cơ dựa trên sự
thay đổi của các thông số trong quá trình làm việc của động cơ.
Đề tài của tôi gồm có 4 chương:
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết điều khiển tự động tay của bộ điều
khiển, lên phương án điều khiển tự động tay ga trên động cơ thí nghiệm.
Chương 3: Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển tự động tay ga điện tử
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm


HƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Đối tượng phạm vi nghiên cứu
1.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Động cơ Diesel 4CH-YANMAR
1.1.2. Phạm vi nghiên cứu
1.1.2.1. Về mặt lý thuyết
-Nghiên cứu, tìm hiểu các thông số kỹ thuật của động cơ.
-Nghiên cứu đặc tính của động cơ, phản ứng của động cơ khi làm việc ở
các chế độ khác nhau. Cụ thể là mối liên quan giữa các thông số như công suất,
tốc độ, nhiệt độ khí xả, nhiệt độ nước làm mát, vv trong quá trình động cơ làm
-Tìm giải pháp điều khiển tay ga động cơ Diesel 4CH-YANMAR
-Thiết kế chế tạo bộ điều khiển tay ga điện tử cho động cơ.
1.1.2.2. Về mặt thực nghiệm
-Chế tạo bộ điều khiển tự động tay ga điện tử cho động cơ YANMAR
4CH
-Chạy thử nghiệm động cơ.
-Đo đạc các thông số của động cơ trong quá trình thí nghiệm
-Phân tích đánh giá kết quả thu được.
1.1.3. Mục tiêu nghiên cứu:
“Nghiên cứu, thiết kế chế tạo bộ điều khiển tự động tay ga điện tử cho
động cơ YANMAR 4CH tại phòng thực hành bộ môn động lực”
1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bộ điều khiển tự động tay ga điện tử
trên động cơ diesel.
Với sự phát triển của khoa học công nghệ, động cơ diesel ngày nay được
trang bị rất nhiều hệ thống giám sát và điều khiển tự động. Mọi thông số chi
tiết về trạng thái của động cơ đều được nắm bắt và kiểm soát trong suốt quá
trình động cơ hoạt động nhằm đảm bảo trước hết là sự an toàn sau đó là tính
kinh tế và các chỉ tiêu khác.
Giám sát quá trình khởi động và đảm bảo các thông số vận hành của
động cơ có các khối Auto start controller như ASM 150, ASM 170, ASM 710,
vv
11
Hình 1-1:bộ giám sát Automatic Engine controller ES52 và lưu đồ ứng dụng
của ECU-9907 trong điều điều khiển tự động động cơ
Ở các tàu lớn và hiện đại, điều khiển nhiên liệu tự động đã được ứng dụng
tuy nhiên giá thành rất đắt và đòi hỏi nhân viên vận hành có trình độ chuyên môn
cao.
Ở Việt Nam, các ứng dụng mới chỉ dừng lại ở mức cảnh báo. Dựa vào các
cảm biến tín hiệu áp suất dầu bôi trơn, áp suất cực đại Pz, cảm biến tốc độ, nhiệt độ
nước làm mát để giám sát, cảnh báo khi các thông số đó không đạt yêu cầu.
12
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TAY
GA CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN, LÊN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG TAY GA TRÊN ĐỘNG CƠ THÍ NGHIỆM
2.1. Cơ sở lý thuyết việc ứng dụng điều khiển tự động.
Ở các động cơ tàu thủy cỡ lớn và hiện đại các thiết bị điều khiển tự động
thường đi kèm với máy và có giá thành rất đắt, đòi hỏi trình độ vận hành cao.
Đây không phải là đồi tượng nghiên cứu của đề tài.
Với các động cơ máy nhỏ ngày nay thường chỉ có các thiết bị đo lường,
hiển thị tốc độ vòng quay, áp suất dầubôi trơn, nhiệt độ khí xả, nhiệt độ nước
làm mát vv và cảnh báo khi các thông số này không nằm trong phạm vi cho
phép. Đây chính là đối tượng nghiên cứu của đề tài nói chung và trên động cơ
YANMAR 4CHnói riêng.
Điều khiển tự động tay ga là quá trình tự thay đổi lượng nhiên liệu cung
cấp cho chu trình, từ đó thay đổi công suất phát ra của động cơ sao cho phù hợp
với tải, chế độ khai thác hợp lý mà vẫn đảm bảo được trước hết là chỉ tiêu an
toàn, kinh tế.
2.1.1 Tiêu chí xác định quá tải động cơ trên cơ sở nhiệt độ khí xả và tốc độ
vòng quay
2.1.1.1. Tải trọng cơ
2.1.1.1.1. Định nghĩa
Là khái niệm đặc trưng bởi ứng suất, biến dạng, áp suất trong các phần
tử tĩnh tại, chuyển động và trong các cụm lắp ghép dưới tác dụng tải trọng cơ
học khi động cơ làm việc.
2.1.1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá
Ứng suất cơ của động cơ được đặc trưng bằng giá trị vàsự thay đổi của
ứng suất, bằng sự biến dạng, bằng áp suất riêng xuất hiện trong các chi tiết của
bệ máy và trong các cơ cấu chuyển động cũng như trong các khâu liên kết dưới
tác dụng của phụ tải cơ. Khả năng làm việc của các chi tiết, các thiết bị dẫn
động, các ổ đỡ, điều kiện bôi trơn, sự mài mòn và khả năng xuất hiện sự “mỏi”
của vật liệu v.v. đều phụ thuộc vào ứng suất cơ của động cơ.
13
Để đo được ứng suất, biến dạng và ứng suất riêng người ta gặp rất nhiều
khó khăn về mặt kỹ thuật. Chính vì vậy, những đại lượng ấy trong khai thác
thường được kiểm tra gián tiếp. Vấn đề quan trọng là thiết lập những thông số
gián tiếp nào để chúng có khả năng phản ảnh tương đối chính xác ứng suất cơ
của động cơ giúp cho việc kiểm tra và phân tích trong quá trình khai thác được
dễ dàng.
Đối với những động cơ cho trước có những kích thước cụ thể, những chỉ
tiêu ấy là lực khí cháy và lực quán tính của các khối lượng chuyển động. Các
lực ấy luôn luôn thay đổi, cho nên các chỉ tiêu của ứng suất cơ cũng phản ảnh
lên giá trị, tính chất, đặc điểm tác dụng của chúng theo thời gian.
Các thông số động của chu trình công tác và của động cơ sẽ thỏa mãn điều
kiện nêu trên. Các thông số động của chu trình công tác là các thông số cơ bản bao
gồm:
- Áp suất cháy cực đại pz: p
z(kG/cm
2
) được dùng để tính toán sức bền của
động cơ


TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Dương Minh Trí (2001), Cảm biến và ứngdụng –Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật
2. GS.Iu.Ia.PhôMin, GS.Trần Hữu Nghị (1990), Xác định công suất Diesel tàu
thủy và đặc tính của nó, NXB Giao thông vận tải, tp. HCM
3. GS.TS. Nguyễn Tất Tiến (1999), Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB
Giáo dục.
4. PGS.TS Nguyễn Thị Phương Hà (2005), Lý thuyết điều khiển hiện đại, Đại
học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh
5. PGS.TS Nguyễn Văn Nhận (2007), Lý thuyết động cơ đốt trong, Đại học Nha Trang
6. TS.MTr. Lương Công Nhớ, KS.MTr. Đặng Văn Tuấn (2004), Khai thác hệ
độnglực tàu thủy, Đại học Hàng Hải, tp. HCM.
7. Trang web: http://bookluanvan.vn/f58/ung-dung-neurofuzzy-trong-dieu-khien-nhiet-do-14700/