MỞ ĐẦU
i Lý do chọn đề tài
Biodiesel là nguồn năng lượng tái tạo, không độc và dễ phân hủy. Khi sử dụng
biodiesel do có sự thay đổi về thuộc tính của nhiên liệu nên cần có sự điều chỉnh
đối với quy luật cung cấp nhiên liệu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng biodiesel.
Với động cơ diesel sử dụng hệ thống phun nhiên liệu (HTPNL) kiểu CR, bộ
điều khiển ECU có nhiệm vụ nhận thông tin từ các cảm biến, tính toán các thông số
điều khiển (áp suất phun, số lần và thời điểm phun, áp suất khí tăng áp, tuần hoàn
khí thải…) và điều khiển HTPNL cho phù hợp với chế độ vận hành (tải và tốc độ)
của động cơ. ECU bao gồm hai phần chính: thiết bị-mạch điện tử (phần cứng) và
chương trình điều khiển (phần mềm). Phần mềm là các chương trình và thuật toán
điều khiển do các hãng sản xuất động cơ phát triển (bí mật công nghệ), phần mềm
được thiết kế phù hợp với từng loại động cơ và loại nhiên liệu sử dụng. Vì vậy, khi
chuyển sang sử dụng biodiesel thì cần thiết kế lại chương trình điều khiển để động
cơ có thể duy trì được các chỉ tiêu về năng lượng, tính kinh tế và giảm mức phát
thải.
Nhằm mục đích nghiên cứu làm chủ công nghệ điều khiển động cơ diesel CR,
góp phần nâng cao năng lực làm chủ và phát triển công nghệ thiết kế, lập chương
trình điều khiển ECU dùng cho động cơ diesel kiểu CR và góp phần thúc đẩy việc
sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học, giảm phụ thuộc nhiên liệu khoáng, giảm ô
nhiễm môi trường. Do vậy, NCS lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu điều khiển hệ thống
phun nhiên liệu CommonRail(CR) khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel-biodiesel”
ii Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án
Mục tiêu: Luận án (LA) có mục tiêu là nghiên cứu làm chủ công nghệ điều
khiển động cơ diesel CR và thiết kế thành công chương trình điều khiển HTPNL
kiểu CR khi sử dụng biodiesel có tỷ lệ là 20% (B20) đảm bảo giữ nguyên mô men
và công suất động cơ so với khi dùng ECU nguyên thủy (ECU-NT) sử dụng diesel,
cải thiện về đặc tính kỹ thuật và phát thải so với khi dùng ECU-NT sử dụng
biodiesel B20.
Nội dung của LA bao gồm: Xây dựng mô hình động cơ sử dụng biodiesel B20
và diesel đảm bảo tin cậy; Thiết kế mô hình điều khiển HTPNL phù hợp với các

nhiên liệu common rail làm việc theo thời gian thực sử dụng hai loại nhiên liệu
diesel và biodiesel B20. Mô hình đã được xác nhận tính đúng đắn qua bộ thông số
xác định từ thực nghiệm.
Thiết kế thành công chương trình điều khiển cho động cơ diesel Hyundai
D4CB 2.5TCI-A trang bị hệ thống nhiên liệu common rail sử dụng nhiên liệu
biodiesel B20 nhằm giữ nguyên mô men và công suất động cơ so với khi động cơ
sử dụng nhiên liệu diesel. Kết quả thử nghiệm cho thấy động cơ làm việc bình
thường ở tất cả các chế độ: ổn định, khởi động, không tải và tăng tốc
vii Bố cục luận án
Thuyết minh của luận án được trình bày gồm các phần chính sau: Mở đầu; 5
Chương; Kết luận chung và hướng phát triển.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel
1.1.1 Khái quát chung
Trong số các nguồn năng lượng thay thế dầu mỏ đang sử dụng hiện nay nhiên
liệu sinh học (NLSH) đang là xu thế phát triển tất yếu. NLSH được định nghĩa là
nhiên liệu nhận được từ sinh khối, được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc từ
động, thực vật, [1].
1.1.2 Khái niệm về biodiesel
Biodiesel được định nghĩa là một dạng nhiên liệu dùng để thay thế diesel, có
nguồn gốc từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Biodiesel là nguồn năng lượng tái tạo,
không độc và dễ phân hủy. Sử dụng biodiesel sẽ giúp đa dạng hóa nguồn nhiên
liệu.
1.1.3 So sánh tính chất của biodiesel và diesel khoáng
Biodiesel có tỷ trọng, độ nhớt, sức căng bề mặt ngoài, trị số Xê tan cao hơn
diesel truyền thống nên ảnh hưởng tới quá trình hình thành hỗn hợp và cháy. Nhìn

2



áp suất phun, tuy nhiên với nhiên liệu B30 thì cần giảm áp suất phun để đảm bảo
tối ưu về mặt kinh tế và kỹ thuật. Khi sử biodiesel thì thời điểm cháy do phun mồi
và phun chính đều diễn ra sớm hơn đồng thời thời gian cháy trễ cũng được rút
ngắn, điều này sẽ ảnh hưởng đến quá trình cháy của động cơ và tính năng phát thải
của động cơ. Khi tăng thời gian phun chính (cố định thời gian phun mồi) thì giá trị
áp suất cực đại tăng dần lên nhưng thời điểm áp suất đạt giá trị cực đại lại không
đổi.
1.2.3 Đánh giá chung
Để tối ưu các thông số vận hành và mức phát thải của động cơ diesel dùng
HTPNL kiểu CR khi chuyển sang sử dụng biodiesel cần phải thay đổi thời điểm
phun, thời gian phun, áp suất phun phù hợp với tỷ lệ biodiesel yêu cầu. Thông
thường để thực hiện việc này là rất khó khi sử dụng ECU nguyên bản của hãng sản

3


xuất, do công cụ để thực hiện việc truy cập vào ECU của từng hãng nhằm thay đổi
các thông số điều khiển điều chỉnh rất đắt, đồng thời chỉ có thể thay đổi điều chỉnh
số liệu trong các bảng của ECU mà không thể thay đổi được nội dung chương trình
điều khiển.
Từ những nhận định nêu trên kết hợp với việc phần cứng ECU đã được nhiều
hãng chế tạo ở dạng tiêu chuẩn gọi là ECU trắng (độ ổn định và độ bền cao) cũng
như cung cấp các công cụ lập trình tiện dụng khoa học, do đó, với các động cơ
diesel dùng HTPNL kiểu CR khi chuyển sang sử dụng biodiesel là hoàn toàn khả
thi. Vấn đề còn lại cần giải quyết là thiết kế chương trình điều khiển HTPNL kiểu
CR khi sử dụng nhiên liệu biodiesel. Đây chính là nhiệm vụ của NCS phải hoàn
thành khi tham gia thực hiện đề tài cấp Quốc gia của đề tài ĐT.08.14/NLSH, với
nội dung chính cần thực hiện đồng thời cũng là của luận án NCS: thiết kế chương
trình điều khiển HTPNL CR khi sử dụng nhiên liệu biodiesel B20. Khi thực hiện
nội dung này ngoài việc đạt được mục tiêu thiết kế chương trình điều khiển cho

(SIL), [61]
MHMP động cơ làm việc theo thời gian thực.

4


1.3.1 Tổng quan về mô hình mô phỏng động cơ diesel
Thường chia ra hai phương pháp, thứ nhất là mô hình trung bình và thứ hai là
mô hình theo góc quay trục khuỷu. Mô hình trung bình là mô hình nghiên cứu đơn
giản nhất, trong đó coi động cơ là một chuỗi các bộ phận ghép nối với nhau, trong
đó đặc tính của mỗi bộ phận được xác định bằng thực nghiệm. Khi xây dựng mô
hình này tác giả đưa vào hàm truyền để đơn giản quá trình tính.
Theo Rolf Isermann [68] sử dụng Matlab Simulink để xây dựng MHMP động
cơ diesel kiểu CR làm việc theo thời gian thực, nghiên cứu chỉ ra cần phải xây dựng
các mô hình thành phần: mô hình động học đường nạp – thải, mô hình TB – MN,
mô hình HTPNL kiểu CR, mô hình cháy, mô hình động lực học của động cơ, mô
hình ma sát. Sơ đồ khối mô hình động cơ theo góc quay trục khuỷu được thể hiện
trên hình 1.13. Theo phương pháp này mô hình cháy mô phỏng theo góc quay trục
khuỷu, cho phép xét tới ảnh hưởng của quy luật phun nhiên liệu đồng thời đánh giá
được dao động mô men của từng xylanh ảnh hưởng lên tốc độ động cơ do đó
MHMP giống với động cơ thực và có độ chính xác cao hơn so với mô hình động cơ
trung bình.

Hình 1.13 Sơ đồ khối mô hình động cơ theo góc quay trục khuỷu

1.3.2 Tổng quan về mô hình điều khiển động cơ diesel
Với động cơ dùng HTPNL sử dụng bơm dãy điện tử ECU điều khiển lượng
nhiên liệu phun vào động cơ thông qua điều khiển vị trí thanh răng, [37]. Với động
cơ dùng HTPNL sử dụng bơm cao áp (BCA) phân phối piston hướng kính, ECU
điều khiển lượng phun và thời điểm phun, [37]. Trong HTPNL kiểu CR áp suất

hiện nên chưa thiết kế chương
trình điều khiển ECU khi sử dụng
Hình 1.20 Sơ đồ khối điều khiển động cơ
biodiesel có tỷ lệ pha trộn lớn
sử dụng HTPNL kiểu CR
(>20%). Khi đã làm chủ công
nghệ thiết kế, lập chương trình
điều khiển HTPNL kiểu CR, việc chuyển sang nghiên cứu sử dụng với biodiesel có
tỷ lệ pha trộn lớn là hoàn toàn khả thi.
1.5 Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của luận án được thể hiện trên Hình 1.21
1.6 Kết luận Chƣơng 1
Khi tăng tỷ lệ pha trộn biodiesel → Ne↓, ge↑, phát thải PM, HC và CO↓, NOx↑;
Để tối ưu các thông số vận hành và mức phát thải cần phải thay đổi QLCCNL (số
lần phun, SOI, ET, minj, pphun). Với động cơ diesel sử dụng HTPNL kiểu CR thì việc
điều chỉnh này trở nên rất phức tạp, ECU đảm nhiệm việc điều khiển HTPNL (qua
các thông số như: áp suất phun, lượng phun, số lần và thời điểm phun), cho phù
hợp với chế độ vận hành của động cơ.
Hiện nay, ECU (phần cứng) đã được nhiều hãng chế tạo ở dạng ECU trắng
tiêu chuẩn. Tuy nhiên, chương trình và thuật toán điều khiển trong ECU lại là công
việc rất phức tạp, có khối lượng lớn và là bí quyết công nghệ của các hãng sản xuất
động cơ. Do vậy động cơ diesel khi chuyển sang sử dụng biodiesel cần phải thiết kế
điều khiển hệ thống phun nhiên liệu CR phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.

6


Trong LA này NCS lựa chọn phương pháp mô phỏng trực tiếp trên đối tượng bằng
phần mềm Matlab Simulink để xây dựng mô hình động cơ diesel sử dụng biodiesel
làm việc theo thời gian thực, từ mô hình động cơ thiết kế mô hình điều khiển

thống phun CR; hệ thống
tua bin tăng áp. Lựa chọn bộ
điều khiển

Thực nghiệm đánh giá
bộ điều khiển trên băng
thử động cơ

Hình 1.21 Trình tự thiết kế ECU khi xây dựng MHMP động cơ theo thời gian thực

CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ
DIESEL SỬ DỤNG HỆ THỐNG PHUN KIỂU COMMONRAIL (CR) LÀM
VIỆC THEO THỜI GIAN THỰC
2.1 Đặt vấn đề
Mô hình động cơ
diesel thường sử dụng mô
hình điền đầy thải sạch
(Filling and Emptying
model). Quá trình khảo sát
nhiệt động của động cơ dựa
vào mô hình hệ thống hở
và dòng không ổn định
(Hình 2.1), khi đó có các
phương trình cân bằng khối
lượng và năng lượng.
MHĐC dùng HTPNL kiểu
CR, tăng áp tua bin khí thải
kiểu VGT được giới thiệu
Hình 2.2 Mô hình động cơ diesel dùng HTPNL kiểu
trên Hình 2.2.

(van SCV)
Hình 2.3
đồ nguyên
lý HTPNL
kiểu
.

pV  

k f ( pv )
Vv

CR dùng BCA kiểu CP1-H, [6, 68].

.[sgn( p p  pv ).C pv .Apv . p p  pv . 2  sgn( pv  pr ).Cvr .Avr . pv  pr . 2



Áp suất nhiên liệu ở van SCV được xác định theo phương trình (2.13)
2.2.3 Đƣờng ống Rail
Áp suất nhiên liệu ở ống Rail được xác định bởi phương trình (2.14)
.

pr  

k f ( pr )
Vr

(q pr  qri  q pcv )


k f ( pi ,k )
Vi ,k

.[qri  sgn( pi ,k  pcyl ,k ). Ai ,k . pi ,k  pcyl .k . 2 .ET ,k ]



8


2.3 Mô hình cháy
2.3.1 Cơ sở lựa chọn mô hình cháy
MHC một và hai vùng thường được xây dựng dựa trên cơ sở thực nghiệm như
sơ đồ khối trình bày trên
Hình 2.7. Mô hình biểu diễn
tốc độ tỏa nhiệt trong xylanh
sẽ được áp dụng cho các giai
đoạn cơ bản của quá trình
cháy trong động cơ diesel
dùng HTPNL kiểu CR, bao
gồm: quá trình cháy do phun
mồi; quá trình cháy do phun
chính và quá trình cháy
khuếch tán.
Hình 2.7 Phương pháp xây dựng MHC không
2.3.2 Mô hình cháy
chiều một vùng và hai vùng, [39].
Phương trình Wiebe
(phương trình 2.18)
mi 1

mi 1
  

dxb,i ai (mi  1)    SOC ,i 
SOC ,i 


.exp

a


 
i
d
i  i 
  i  

9


mi 1

   SOCi  
ai (mi  1)     SOC i 
 minj.x fi .Q H .

 .exp  ai 
 
d

dm ex

dV dQ w

.p cyl .
-h in .
+h ex .
dp cyl
dt
 -1
dt dt
dt
dt
dt

=

1

 -1
2.8 Mô hình động học động cơ

.V

M cyl ,i ( )  Ti ( ).R   Pkt ,i ( )  Pj ,i ( )  .R.sin .(1 

M eng ( )  M c  I eng .

.cos 
)

trong Chương 2 thì cần thiết phải thực hiện thí nghiệm để xác định các tham số đầu
vào cho mô hình .
3.2 Chế độ thực nghiệm xác định các tham số đầu vào cho mô hình
3.2.1 Đối tƣợng nghiên cứu
Động cơ diesel D4CB 2.5TCI-A. Nhiên liệu sử dụng là diesel dầu mỏ và
biodiesel B20 (được sản xuất từ bã thải của quá trình tinh lọc dầu cọ→dầu ăn)
3.2.2 Trang thiết bị và chế độ thực nghiệm
3.2.2.1 Trang thiết bị thử nghiệm
Động cơ được thử nghiệm trên bệ thử động lực học cao của phòng thí nghiệm
Động cơ, Viện Cơ khí Động lực/Đại học Bách khoa Hà Nội
3.2.2.2 Chế độ thử nghiệm
Động cơ lắp ECU-NT sử dụng với 2 loại nhiên liệu B0 và B20 tốc độ của trục
khuỷu từ 1000 đến 3500 vg/ph với bước nhảy là 500 vg/ph. Tiến hành xây dựng
đường đặc tính ngoài (100% tải) để xác định giá trị Me max. Lấy giá trị Me max nhân
với các hệ số 0,75; 0,5; 0,25 tương ứng với 75%; 50%; 25% để xác định đặc tính bộ
phận.
3.3 Kết quả thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm xác định các thông số đầu vào cho mô hình động cơ sử
dụng diesel và biodiesel bao gồm: (1) xác định các tham số đầu vào cho mô hình
HTPNL kiểu CR; (2) xác định các tham số đầu vào cho mô hình TB-MN; (3) xác
định các tham số đầu vào cho mô hình cháy; (4) xác định các tham số đầu vào cho
mô hình ma sát; xác định các tham số đầu vào cho mô hình đường nạp/thải.
3.3.1 Xác định các tham số đầu vào của mô hình HTPNL kiểu CR
QLCCNL tại các chế độ tải và tốc độ khác nhau được trình bày chi tiết trong
Bảng 3.4 và Hình 3.4.

Hình 3.4 Quy luật thay đổi số lần phun theo tốc độ động cơ

11


tổn thất dòng khí, tại PTN động cơ đốt
Hình 3.16 Mối quan hệ giữa lưu
trong - Viện Cơ khí động lực - Đại học
lượng khí và độ nâng xupap
Bách khoa Hà Nội.
3.4 Xử lý số liệu
3.4.1 Xác định tốc độ tỏa nhiệt
Tốc độ tỏa nhiệt được xác định theo phương trình 3.1, [58, 76, 80].
dQhr
1
dp

dV
(3.1)

.V .

.p.
d
  1 d    1 d

Hình 3.18 Kết quả tính toán diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong xylanh
tại tốc độ 1000 và 2000 vg/ph ở chế độ 100% tải

3.4.2 Xác định thời điểm cháy, khoảng thời gian cháy và phần nhiên liệu đã
cháy

Hình 3.20 Sơ đồ thuật toán tối ưu xác định các tham số φSOCi, Δφi và xfi

13


3.5.2.3 Về mô men và công suất động cơ
Kết quả cho thấy, khi sử dụng diesel sai số lớn nhất về mô men giữa mô hình
và thực nghiệm tại các chế độ tải 100%, 75%, 50% và 25% lần lượt là 6,85%;
4,40%; 4,31% và 5,87%. Khi sử dụng biodiesel B20 sai số lớn nhất về mô men
giữa mô hình và thực nghiệm tại các chế độ tải 100%, 75%, 50% và 25% lần lượt là
3,0%; 4,41%; 3,4% và 3,98%.
3.6 Kết luận Chƣơng 3
- Đã xác định được bộ số liệu thực nghiệm làm thông số đầu vào để xây dựng
mô hình động cơ làm việc theo thời gian thực.
- Đã xây dựng được mô hình động cơ sử dụng diesel và biodiesel làm việc
theo thời gian thực đảm bảo: độ chính xác và độ tin cậy cần thiết cho quá trình điều
khiển
+ Tốc độ tỏa nhiệt tính toán từ mô hình tương đương với động cơ thực. Khi
động cơ sử dụng diesel sai số trung bình về tốc độ tỏa nhiệt giữa mô phỏng và thực
nghiệm tại tốc độ 1000, 2000 và 3000 vg/ph ở chế độ toàn tải lần lượt là 1,12%,
1,11% và 1,15%; Khi động cơ sử dụng biodiesel B20 sai số trung bình tốc độ tỏa
nhiệt giữa mô phỏng và thực nghiệm tại tốc độ 1000, 2000 và 3000 vg/ph ở chế độ
toàn tải lần lượt là 1,34%, 1,8% và 1,75%.
+ Áp suất xylanh tính toán từ mô hình tương đương với động cơ thực. Khi
động cơ sử dụng diesel sai số trung bình về áp suất xylanh giữa mô phỏng và thực
nghiệm tại tốc độ 1000, 2000 và 3000 vg/ph ở chế độ toàn tải lần lượt là 6,25%,
1,35% và 2,71%. Khi động cơ sử dụng biodiesel B20 sai số trung bình về áp suất
xylanh giữa mô phỏng và thực nghiệm tại tốc độ 1000, 2000 và 3000 vg/ph ở chế
độ toàn tải lần lượt là 2,38%, 2,45% và 1,01%.
+ Mô men và công suất tính toán từ mô hìnhtương đương với động cơ thực.
Khi động cơ sử dụng diesel sai số lớn nhất về mô men giữa mô hình và thực
nghiệm tại các chế độ tải 100%, 75%, 50% và 25% lần lượt là 6,85%; 4,40%;
4,31% và 5,87%. Khi động cơ sử dụng biodiesel B20 sai số lớn nhất về mô men


p
Tính toán
QLCCNL (số lần phun, thời điểm
lượng phun
m
SOI
n
nhiên liệu
phun, thời gian phun, áp suất phun,
SOI
yêu cầu
T
T
Tính toán
lượng phun) thì chương trình điều
SOI
T
quy luật
T
ET
khiển cần bao gồm 3 khối sau: (1)
phun nhiên
p
u
ET
liệu
Khối tính toán lượng nhiên liệu
n
ET
T

quy và tốc độ của xe, tín hiệu bật tắt
60
25
50
50
điều hòa và được xác định như sau,
15
40
40
[67].
30
30
5
nidle_demand = f(Twater, ne, uacquy,
20
20
10
vvehicle, A/C).
10
4.2.1.3 Tính toán lượng nhiên liệu
0
1000
1500
2000
2500
3000
3500
yêu cầu
Toc do dong co (vg/ph)
water

acqu y

e

pilot2
main

pilot1

pilot2
main

vi tri chan ga (%)

kn

pilot1

Hình 4.9 MAP lượng phun theo tốc độ và vị
trí ga khi sử dụng B20

16


Lượng nhiên liệu yêu cầu (minj_demand), được tính toán theo hàm sau, [67]:
minj _ demand

minj _idle

 minj _ PWG

nhằm giảm phát thải NOx, giảm rung động, giảm tiếng ồn cháy của động cơ diesel.
Tuy nhiên, đây là bí quyết công nghệ của các hãng chế tạo động cơ, các kết quả
nghiên cứu ít được công bố chi tiết. Để tối ưu các thông số khí thải, rung động, ồn
theo tỷ lệ pha trộn biodiesel cần phải tiến hành rất nhiều thí nghiệm, khối lượng
công việc rất lớn do vậy trong khuôn khổ luận án chưa xét tới ảnh hưởng của
biodiesel B20 tới phun mồi, các MAP điều khiển phun mồi (số lần phun mồi, thời
điểm phun mồi, thời gian phun mồi, lượng phun mồi) dựa vào ECU nguyên bản
khi chạy nhiên liệu diesel.
4.2.2.2. Phun chính
Việc tính toán quá trình phun chính bao gồm: Tính toán thời điểm phun chính;
Tính toán lượng nhiên liệu phun chính; Tính toán thời gian phun chính. Sơ đồ điều
khiển phun chính được trình bày trên Hình 4.15.

17


Hình 4.15 Sơ đồ điều khiển phun chính

- Tính toán lượng nhiên liệu phun chính:
minj_main = minj_demand - minj_pilot
- Thời điểm phun chính phụ thuộc vào tốc độ và lượng nhiên liệu yêu cầu.
Mối quan hệ giữa thời điểm phun chính với lượng nhiên liệu yêu cầu và tốc độ
động cơ khi sử dụng nhiên liệu B20 được thể hiện trên Hình 4.17

Hình 4.17 MAP thời điểm phun chính của động cơ 2.5TCI-A khi sử dụng B0

4.3 Thiết kế các bộ điều khiển vòng kín
4.3.1 Bộ điều khiển PID
Cấu trúc bộ điều khiển PID (Hình 4.18) gồm 3 thành phần: khâu khuếch đại
(P), khâu tích phân (I), và khâu vi phân (D). Khi sử dụng thuật toán PID, nhất thiết

p
(vg/ph); Tnl là nhiệt độ nhiên
n
p
Tính toán áp
liệu, (K); Twater là nhiệt độ nước
T
suất Rail
T
yêu cầu
p
T
làm mát, (K); Tkn là nhiệt độ khí
T
Kiểm tra áp
p
suất
Rail
nạp, (K); minj_demand là lượng
T
n
nhiên liệu yêu cầu, (mm3/ct). Tín
T
hiệu đầu ra: USCV là độ mở van
SCV, (%);URSCV là độ mở van
RSCV, (%); prail_test là tín hiệu kiểm tra cảm biến áp suất nhiên liệu
4.3.3 Bộ điều khiển tốc độ không tải
Lỗi không tải (e) được xác định bằng sai số giữa số vòng quay không tải thực
và số vòng quay không tải yêu cầu. Để hiệu chỉnh số vòng quay không tải, cần hiệu
chỉnh các thông số idle_kp; idle_ki; idle_kd, với sơ đồ điều khiển vòng kín được

water

nl

rail_test

rail
e

kn

Hình 4.28 Sơ đồ điều khiển vòng kín số vòng quay không tải của động cơ

4.4 Kết luận Chƣơng 4
Luận án đã thiết kế được chương trình điều khiển cho ECU động cơ Hyundai
D4CB 2.5TCI-A sử dụng nhiên liệu B20 trên phần mềm Matlab/Simulink. Chương
trình điều khiển đã thể hiện hầu hết các hàm điều khiển của ECU nguyên bản bao
gồm: hàm điều khiển lượng nhiên liệu (lượng nhiên liệu khởi động, lượng nhiên
liệu không tải, lượng nhiên liệu yêu cầu); hàm điều khiển số lần phun, thời điểm
phun và thời gian phun theo các chế độ làm việc của động cơ; chương trình điều
khiển vòng kín áp suất rail và tốc độ không tải.

19


Luận án đã xây dựng được các MAP phục vụ Chương trình điều khiển cho
ECU-New_B20, hiệu chỉnh các thông điều khiển của ECU-New. Chương trình điều
khiển ECU sau khi mô phỏng đã được nạp vào ECU trắng và hiệu chỉnh lại các
thông số ngoài mô phỏng như lượng nhiên liệu phun ở các chế độ làm việc theo
nhiệt độ động cơ, một số hệ số điều khiển vòng kín (không tải, áp suất Rail).

- Quy trình thử nghiệm để đánh bộ điều khiển ở chế độ tăng tốc:
5.4 Kết quả thử nghiệm
5.4.1 Đánh giá bộ điều khiển áp suất rail

20


Hình 5.15 Độ trễ prail_thực so với prail-yêu cầu khi thay đổi prail-yêu cầu từ 35 (MPa) lên
40 (MPa)

5.4.2 Tại chế độ không tải
Số vòng quay không tải thực đã hiệu chỉnh (tốc độ không tải yêu cầu 800 là vg/ph)
5.4.3 Tại chế độ toàn tải
5.4.3.1 Đánh giá mức độ cải thiện về momen và tiêu thụ nhiên liệu của ECU-New

Hình 5.18 Đặc tính ngoài của động cơ và phát thải khi sử dụng ECU-NT và ECU-New

5.4.4 Tại chế độ tải bộ phận

Hình 5.22 So sánh phát thải CO, HC khi sử dụng ECU-NT và ECU-New tại tốc độ 2500
(vg/ph) và 3500 (vg/ph)

21


Hình 5.24 So sánh phát thải Nox, Smoke khi sử dụng ECU-NT và ECU-New tại tốc độ 2500
(vg/ph) và 3500 (vg/ph)

5.4.5 Tại chế độ tăng tốc
Vận tốc xe lớn nhất khi sử dụng ECU-NT_B20 nhỏ hơn vận tốc xe lớn nhất

ECU-NT.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận chung:
Luận án đã hoàn thành mục tiêu nghiên cứu và đã đưa ra được cơ sở khoa học,
phương pháp thiết kế chương trình điều khiển HTPNL động cơ CR sử dụng
biodiesel B20 dựa trên mô hình mô phỏng. Luận án đã đạt được các kết quả cụ thể
như sau:
- Đã xây dựng được mô hình mô phỏng động cơ diesel trang bị hệ thống nhiên
liệu common rail làm việc theo thời gian thực sử dụng hai loại nhiên liệu diesel và
biodiesel. Tính đúng đắn của mô hình đã được kiểm chứng qua bộ thông số xác
định từ thực nghiệm.
- Đã đưa ra được phương pháp thiết kế chương trình điều khiển hệ thống cung
cấp nhiên liệu kiểu common rail sử dụng nhiên liệu biodiesel B20 phù hợp với các
chế độ làm việc của động cơ.
- Đã thiết kế thành công chương trình điều khiển cho động cơ diesel Hyundai
D4CB 2.5TCI-A trang bị hệ thống nhiên liệu common rail sử dụng nhiên liệu
biodiesel B20 nhằm giữ nguyên mô men và công suất động cơ so với khi động cơ
sử dụng nhiên liệu diesel. Kết quả thử nghiệm cho thấy động cơ làm việc bình
thường ở các chế độ: ổn định, khởi động, không tải và tăng tốc.
- Đã thiết kế bộ điều khiển áp suất rail làm việc ổn định.
- Đã thiết kế bộ điều khiển không tải khi sử dụng B20 với sai số giữa tốc độ
không tải thực với tốc độ không tải yêu cầu < 80 vg/ph.
- Kết quả của luận án góp phần nâng cao năng lực làm chủ và phát triển công
nghệ thiết kế chương trình điều khiển ECU
- Kết quả của luận án là cơ sở tham khảo tốt cho các nghiên cứu về thiết kế
điều khiển động cơ sử dụng HTPNL kiểu CR khi sử dụng biodiesel, góp phần vào
việc hiện thực hóa chiến lược sản xuất và sử dụng nhiên liệu biodiesel tại Việt
Nam.

23