Luận Văn Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử hệ thống phun nhiên liệu LPG cho động cơ Yanmar 3SM sử dụng h

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
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


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 Tf
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 NOx, CO, CO2, SO2, H2S 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.


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.
5
+ Việt Nam
Việc sử dụng khí hóa lỏng dành cho các phương tiện giao thông còn đang
trong giai đoạn nghiên cứu và chưa được ứng dụng rộng rãi do giá thành lắp đặt
thiết bị chuyển đổi tương đối cao và việc xây dựng các trạm cung cấp nhiên liệu
còn hạn chế. Bên cạnh đó nhà nước chưa có chính sách khuyến khích, hỗ trợ cho
các phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu khí nên việc chuyển đổi còn hạn
chế, hầu như chỉ có một số hãng taxi chuyển sang dùng nhiên liệu khí, cụ thể như
sau:
Năm 1997, tại Thành Phố Hồ Chí Minh, Sài Gòn Petro liên kết cùng một số
đơn vị cho chạy 20 đầu xe tải và xây dựng trạm nạp LPG cho ôtô.
Ngày 19-12-2004, Công ty Taxi Gas Sài Gòn Petrolimex – Taxi Xanh đã đưa
90 xe taxi Mitsubishi Jolie chạy bằng gas vào hoạt động trên địa bàn TP.HCM với
phương châm “Vì một môi trường mãi xanh”.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Ngô Diên Tập (2003) Kỹ Thuật Vi Điều Khiển Với AVR. NXB khoa học kỹ
thuật Hà Nội
2. Dương Minh Trí (2001), Cảm biến và ứng dụng – Nhà xuất bản khoa học kỹ
thuật
3. Dieter Haidvogel (1971), Method and apparatus for supplying gaseous and
liquid fuels to a Duel-fuel engine, Vienna, Austria
4. GS.TS Nguyễn Tất Tiến (2003), Nguyên lý động cơ đốt trong.
5. KS Lê Minh Tiến, Nghiên cứu hệ thống nhiên liệu cho động cơ dual-fuel sử
dụng Diesel và biogas kéo máy phát điện, Đại học Đà Nẵng 2008.
6. Scott Jensen- Energy Conversions Inc. 1/12/06. Converting Diesel Engines to
Dual Fuel The Pros and Cons of Common Gas Engine Types
7. MINWAFOR Sadhana Vol. 27, Part 3, June 2002 © Printed in India. Knock
characteristics of dual-fuel combustion in diesel engines using natural gas as
primary fuel.
8. Trang Web:
 http://************.com/thiet-ke-lap-dat-he-thong-cung-cap-nhien-lieu-khi-gas-hoa-long-lpg-cho-oto-con.html
 http://www.lacviettech.com.vn/vn.php?mod=product&id=may-do-khi-da-nang-testo-350-xl-85.
 http://www.canthostnews.vn/?tabid=78&NDID=14579&keyword=May-do-va-phan-tich-khi-thai
 http://www.oto-hui.com/diendan/f17/tinh-hinh-phat-trien-oto-su-dung-lpg-16638.html
 http://www.hvacr.vn/home/hvacr/bai-viet-ky-thuat-khac/317-cau-tao-cac-cam-bien-nhiet-thuong-dung-trong-hvac.html