1
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY
VŨ THANH HẢI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 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.
N
N
h
h
2
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY VŨ THANH HẢI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: ĐỘNG LỰC TÀU THỦY

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TH.S ĐOÀN PHƯỚC THỌ

N
N
h
h
Đề tài :

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BO
Ä ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG TAY GA ĐIỆN TỬ CHO ĐỘNG CƠ YANMAR
4CH TẠI PHÒNG THỰC HÀNH BỘ MÔN ĐỘNG LỰC.
3
PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Vũ Thanh Hải Lớp: 49LTT Khoá:
49
Ngành: Kỹ Thuật Tàu Thủy Mã
ngành:
Tên 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”.
Số trang: 80 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo:
7
Hiện vật: Bộ điều khiển tay ga điện tử
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Nha Trang, ngày tháng….năm
2011
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Nha Trang, ngày…tháng…năm 2011
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐIỂM PHẢN BIỆN
Bằng số Bằng chữ ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ 6 7
MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
LỜI NÓI ĐẦU 1

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 vụ cho quá trình thí nghiệm. 72
4.2.2 Sơ đồ bố trí thực nghiệm. 72
4.2.3 Chạy thực 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

- 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
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 và sự 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

c
;

j
D
= φ
z
– φ
c
;
φ
z
,φ
c
– góc quay của trục khuỷu tương ứng với điểm Z (p
z
) và điểm C (p
c
).

-Tốc độ tăng áp suất cực đại:
w
max
= (
j
d
dp
)
max
14

2.1.1.2. Tải trọng nhiệt
2.1.1.2.1. Định nghĩa
Là khái niệm đặc trưng bởi ứng suất, biến dạng trong các phần tử (chi
tiết máy), dưới tác dụng của tải trọng nhiệt khi động cơ làm việc.
2.1.1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá
Khi động cơ làm việc các chi tiết như nắp xilanh, xilanh, pittông, vòng
găng, các xupap luôn luôn cọ xát trực tiếp với khí cháy, chúng không chỉ chịu
phụ tải cơ mà cả phụ tải nhiệt. Chính vì vậy, sự xuất hiện của ứng suất nhiệt và
sự biến dạng của các chi tiết làm cho dầu bôi trơn ở các bề mặt trượt cáu bẩn,
gây nên độ mài mòn lớn. Do vậy, trạng thái nhiệt của nhóm pittông-xilanh xác định
khả năng công tác, độ tin cậy, an toàn của những chi tiết này trong khai thác và ứng
suất nhiệt đã trở thành một trong những tiêu chuẩn cơ bản đánh giá trạng thái làm
viêc của động cơ.
Hiện nay, người ta lấy nhiệt độ của thành vách xilanh và độ giáng nhiệt
trong các vách làm cơ sở để xem xét các chỉ tiêu ứng xuất nhiệt. Ví dụ nhiệt độ
sơmi xilanh, nhiệt độ của mặt gương xilanh xác định trạng thái màng dầu bôi
trơn, điều kiện bôi trơn và độ mài mòn, còn độ giáng nhiệt ∆T và nhiệt độ trung
bình của chiều dày vách xilanh lại đăc trưng cho ứng suất nhiệt, tức là đặt trưng
15
cho sự biến dạng của các chi tiết, sự thay đổi hình dáng hình học, sự xuất hiện
các vết nứt, vết xước và mài mòn cục bộ.
Trạng thái nhiệt của động cơ trong khai thác được đánh giá theo nhiệt độ
làm mát, nhiệt độ khí xả, áp suất chỉ thị bình quân và vị trí của tay ga nhiên
liệu. Nếu những thông số này nằm trong giới hạn xác định và tuân theo đầy đủ
quy tắc khai thác kỹ thuật thì trạng thái nhiệt của động cơ được đảm bảo, động
cơ hoạt động bình thường, tin cậy, không hư hỏng.
Tuy nhiên, trong thực tế khai thác do thay đổi điều kiện hàng hải do
sóng gió, chiều chìm của tàu, trạng thái chân vịt và trạng thái kỹ thuật của động
cơ chính nên luôn có sự sai lệch giữa các thông số khai thác với các thông số
tiêu chuẩn. Do vậy không dễ dàng chọn lựa phụ tải tối ưu cho hệ thống.

định.
16
Trong thực tế sử dụng người ta đánh giá ứng suất nhiệt gián tiếp qua các
thông số của cường độ tải trọng nhiệt: Nhiệt độ cháy cực đại T
z
; nhiệt độ khí xả
T
x
và độ chênh lệch độ nước làm mát Dt.
2.1.2 Các đặc tính động cơ Diesel và miền làm việc
2.1.2.1. Đặc tính tốc độ của động cơ Diesel (Đặc tính công suất)
Là đặc tính biểu thị sự thay đổi các thông số công tác của động cơ theo
hàm tốc độ quay hoặc tốc độ tàu.
-Phương trình biểu diễn đặc tính tốc độ theo hàm tổng quát sau:
N
e
= f(n)
N
e
= f(v)
Hoặc N
e
= f(n, v)
1 Đặc tính tốc độ chia ra 2 loại:
2 Đặc tính ngoài (h
a
= const)
3 Đặc tính chân vịt (h
a
const)

0 – 3: Đặc tính ngoài (hay đặc tính định mức): là đặc tính công suất thể
hiện khả năng phát ra công suất lớn nhất ổn định, kinh tế nhất ứng với vòng quay
định mức.
0 – 4: Đặc tính khai thác: là đặc tính công suất được sử dụng rộng rãi
nhất trong quá trình khai thác động cơ. Đặc tính khai thác có giá trị nhỏ hơn
đặc tính định mức. Thông thường: N
KT
= (0,85 ÷ 0,95) N
n
0 – 5: Đặc tính phụ tải: là đặc tính công suất khi công suất phát ra của
động cơ nhỏ hơn công suất khai thác.
Sự thay đổi ứng suất cơ khi động cơ làm việc theo đặc tính ngoài:
Đối với động cơ làm việc theo đặc tính ngoài sự giảm số vòng quay gây
nên sự dịch chuyển điểm bắt đầu cháy trên đường nén. Chính và thế, cho nên
18
các phụ tải tác dụng lên các chi tiết chuyển động và bệ máy tăng lên, mặc dầu
áp suất p
c
cuối quá trình nén không lớn nhưng mức độ tăng của p
z
nhanh, kéo
theo tỷ số tăng áp suất λ và tốc độ tăng áp suất theo góc quay của trục khuỷu
∆p/∆φ cũng tăng lên.
Mặt khác, với sự tăng áp suất p
z
làm tăng phụ tải của động cơ và rung
động động cơ. Khi nhiên liệu bị cháy sớm gây cho động cơ làm việc “cứng” và
trong trường hợp này còn gây ra sự thay đổi lớn về giá trị của mômen xoắn và
mômen lật của động cơ.
Sự thay đổi ứng suất nhiệt khi động cơ làm việc theo đặc tính ngoài:

– là hằng số
q
lm
– nhiệt làm mát
Giảm giá trị (q
tb
)
∑
có thể làm giảm nhiệt độ tường vách và ứng suất
nhiệt của động cơ giảm đi.
Như vậy, đối với những động cơ làm việc theo đặc tính ngoài (định mức
hoặc chế độ khai thác) khi giảm số vòng quay có khả năng tăng ứng suất cơ và
ứng suất nhiệt.
2.1.2.3. Sự phối hợp công tác của động cơ và chân vịt
Với giả thiết rằng tàu chạy ở chế độ hành trình, trong vùng yên sóng gió,
nước chảy ổn định, tàu chạy thẳng,…hay nói khác trong điều kiện công tác này
ta hoàn toàn có được đường đặc tính chân vịt không thay đổi C
o
. Động cơ đang
làm việc với đặc tính ngoài (M
n
= const) ứng với lượng cung cấp nhiên liệu cho
mỗi chu trình không thay đổi (h
a
= const).

19 Hình 2-2: Sự phối hợp công tác giữa máy và chân vịt khi điều kiện khai

cơ gồm giới hạn của các đường đặc tính sau: Hình 2-3: Phạm vi công tác của động cơ lai chân vịt định bước
C
u
: Đặc tính chân vịt khi thử tàu tại bến
h
max
: Đặc tính công suất lớn nhất của động cơ
h
n
: Đặc tính công suất định mức
h
KT
: Đặc tính công suất khai thác
n
max
: Giới hạn vòng quay lớn nhất
n
min
: Giới hạn vòng quay tối thiểu ổn định của động cơ
Như vậy phạm vi công tác của động cơ với chân vịt là phần diện tích của
21
3 vùng: 1 + 2 + 3 trong đó:
Vùng 1: Trong vùng này động cơ thường hoạt động ở các chế độ nhỏ tải
như khi khởi động động cơ, khi tàu chạy trong luồng lạch, hoặc khi động cơ đã quá
cũ,…
Vùng 2: Là vùng thể hiện khả năng phát công suất tối ưu của động cơ,
khi động cơ công tác trong vùng này sẽ cho ta hiệu quả kinh tế tốt nhất. Chỉ sử

Trên hình biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ khí xả với công suất động
cơ ứng với những giá trị tốc độ vòng quay khác nhau.
Nhận xét, ta thấy xác định công suất theo nhiệt độ khí xả có nhiều ưu
điểm hơn cả. Kết hợp với tốc độ vòng quay, kiểm soát hai giá trị này ta có thể
kiểm soát công suất động cơ đồng thời nhận biết và phòng ngừa quá tải cơ,
nhiệt một cách thuận lợi và linh hoạt nhất.
Để kiểm nghiệm lại mối quan hệ này ta tiến hành chạy thử và đo các
thông số trên động cơ thử nghiệm YANMAR 4CH.

23
2.2. Xác định các thông số điều khiển
Như đã phân tích ở mục 2.1 công suất động cơ và hai thông số: Nhiệt độ
khí xả, tốc độ vòng quay có mối quan hệ với nhau. Để kiểm nghiệm và thiết lập
mối quan hệ này, tôi tiến hành chạy thử nghiệm trên động cơ YANMAR 4CH.
2.2 .1 Các thông số kỹ thuật động cơ thí nghiệm
Động cơ 4CH là động cơ của hãng Yanmar dùng cho các loại tàu thủy
cỡ nhỏ. Động cơ 4CH là loại động cơ Diesel có 4 xilanh thẳng hàng. Làm mát
B
ộ góp khí nạpBơm cao áp
Bình l
ọc nhi
ên li
ệu


ện

B
ộ góp khí nạp

Hình 2-5: Sơ đồ động cơ 4CH L
ỗ thông h
ơi

24
hai vòng:
Ø Hệ kín: nước ngọt tuần hoàn kín làm mát cho động cơ.
Ø Hệ hở: nước ngoài tàu làm mát cho nước ngọt và dầu bôi trơn.
Động cơ 4CH là loại không tăng áp.

Bảng 2-1. Các thông số kỹ thuật của động cơ 4CH
Tên các thông số Đơn vị Giá trị
Kiểu động cơ 4CH
Kiểu buồng đốt Buồng cháy thống nhất
Số xilanh 4
Đường kính xilanh v
à
hành trình piston
mm(in) 105
´
125(4.13
´

Kiểu hệ thống Bôi trơn áp lực
Bơm dầu Bơm bánh răng
Bộ lọc dầu Lõi lọc bằng giấy hai lớp
Làm mát dầu Sinh hàn dạng ống, làm mát b
ằng
nước biển
Van điều chỉnh áp lực dầu Dạng trụ, với vít điều chỉnh ngoài
Hệ thống bôi trơn
Dung tích dầu 12.5 lít
Bơm cao áp Kiểu bosch - bơm cụm
Bộ điều tốc Điều tốc ly tâm nhiều chế độ
B
ộ tự động điều chỉnh thời
gian
Kiểu ly tâm
Vòi phun Nhiều lỗ
Góc phun sớm 18
o
Áp suất phun kg/cm
2
(psi) 210-230(2986-3271)
Bơm tay Kiểu piston
Hệ thống nhiên liệu
Bộ lọc nhiên liệu Lọc bằng giấy (hai lớp)