BO CONG THUONG
TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP TP. HO CHi MINH
Khoa Công nghệ Động lực

A
[J

[a

INDUSTRIAL
UNIVERSITY OF
HOCHIMINH CITY

KHOA LUAN TOT NGHIEP

THIET KE GIAI THUAT DIEU KHIEN CHO HE
THONG THUC NGHIEM BUONG CHAY DANG
TICH

GVHD: TS. Vo Tan Chau
SVTH: Nguyễn Văn Thuận

19509091

Nguyễn Phi Đạt

19513771

Nguyễn Mậu Trường

19502921

Trần Anh Tuấn

19499781

Cao Hữu Thắng

1950529]

Tp.HCM, Tháng 06 Năm 2023


BO CONG THUONG
TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP TP. HO CHi MINH

THIET KE GIAI THUAT DIEU KHIEN CHO HE
THONG THUC NGHIEM BUONG CHAY BANG
TÍCH

SVTH:

:_

NGUYÊN VĂN THUẬN

:_ NGUYÊN MẬU TRƯỜNG.
CAO HUU THANG
NGUYEN PHI DAT

.


TRAN ANH TUAN

GVHD:

. CONG NGHE DONG LUC
TS. VO TAN CHAU
:

CHUYEN NGANH

:CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ.

KHOA:

NGÀY NHẬN ĐẺ TÀI
NGÀY BẢO VỆ


KL-3

BỘ CÔNG THƯƠNG
'TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CONG NGHE DONG LUC

PHIEU GIAO DE TAI KHOA LUAN TOT NGHIEP
1. Họ và tên sinh viên:

giang gnn2eong toi naaeaasee MSSV:


(3).

4. Mục tiêu đề tài:

5. Nội dung thực hiện:

MSSV:


6. Kết quả dự kiến đạt được:

Ngày giao đề

TPHCM, ngày .... tháng .... năm...

Trưởng BM

GVHD

Ký tên (ghi rõ họ tên)

Ký tên (ghi rõ họ tên)

CHU Ý: SƯ phải đóng phiếu này vào quyễn báo cáo đề tài


BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIẸP TP.HCM

KHOA CONG NGHE DONG LUC
PHIEU NHAN XET KHOA LUAN TOT NGHIEP
(Dành cho giảng vên hướng dẫn)

Tên đề tài:..........

Giảng viên hướng dẫn:
Cơ quan công tác.......
1.

-

_ LPHAN NHAN XÉT

Nhận xét về thái độ. tinh thân làm việc. hợp tác của sinh viên

Nhận xét về khả năng tìm kiếm, trích dẫn

tài

ệu nghiên cứu liên quan đên đê tài

hận xét về thực hi: én tiên độ của đê tài

xét khả năng.

quyết vân đê trong đê

quả thực hiện của đề tài


_

IL

KẾTLUẬN

(Giảng viên hướng dân ghi rõ Được bảo vệ hay Không được bảo

vệ)

TP.HCM, ngày... tháng... năm...
GVHD


KL-7

BO CONG THUGNG

TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP TP.HCM

KHOA CONG NGHE DONG LUC

PHIEU NHAN XET KHOA LUAN TOT NGHIEP
(Dành cho giảng viên phản biện)

Giảng viên phản biện:
Cơ quan công tác:.

DT.
I. PHAN NHAN XET


1. Về hình thức, bố cục quyền báo cáo (định dang theo mdu, hinh vé, bang biéu, trich
dẫn TLTK, phụ luc)

n xét về mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu

5.

Nhận xét về khả năng ứng dụng, giá trị thực

tiên của đề tài

I. NHUNG VAN DE CAN CHINH SUA HOAC B


I. CAC VAN DE CAN LAM RO
(Các câu hỏi của Ciảng viên phản biện)

IV.KẾT LUẬN
(Giảng viên phân biện ghi rõ Được bảo vệ hay Không được bảo vệ)

TP. HCM, ngày ....tháng.... năm....
GVPB


PHIẾU XÁC NHẬN CHỈNH SỬA KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

hụt hiệu Bổ LÂ cuuagggggga Hong


Hôm nay, ngày...

gõ 401000 lgghHidgiaG hà Gư2NãT¡3g3.GạN2H11 0066461468185

tháng... năm 20..., nhóm SV thực hiện đề tài đã hồn tat

việc chỉnh sửa khóa luận tốt nghiệp theo ý kiến của Hội đồng

viên phản biện với các nội dung sau đây:

chấm KLTN

và giảng


TT
A

'u cầu chính sứa

EBENHEPPHỤHH nữ

an

(Ghi tóm tắt các nội dung đã sửa trong
quyễn báo cáo)

ee
8


Chinh stra theo yéu cau cia GV phan bién

1
2
3

4
B

Chỉnh sửa theo yêu cầu của Hội đồng

1
2
3

4

Tp. HCM, ngày
Xác nhận của Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

tháng

Sinh viên đại diện
(Ký & ghi rõ họ tên)

Xác nhận của Trưởng bộ môn
(Ký & ghi rõ họ tên)

năm



KHOA LUAN TOT NGHIEP

GVHD: TS. VO TAN CHAU
LOI CAM ON

Lời đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy cô Trường

Đại học Công Nghiệp Thành phó Hồ Chí Minh nói chung và các thầy cơ khoa Cơng
nghệ Động Lực nói riêng, đã dạy dé, trun dat kiến thức cho chúng em trong suốt

thời gian học tập tại trường. Những kiến thức quý báu đó đã được chúng em tiếp thu
và vận dụng trong quá trình thực hiện đề tài này.
Đặc biệt hơn, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Võ Tấn Châu —

Người thây đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình
thực hiện Khóa luận. Những nhận xét và đóng góp của thay trong những buổi báo cáo
là vô cùng quý giá. Cùng với đó là những thiết bị, tài liệu mà thầy đã cung cấp đã
giúp chúng em thực hiện đề tài một cách hiệu quả nhất.
Đồng thời, chúng em cũng xin được cảm ơn anh Mai Thế Tài đã hỗ trợ kinh
phí cho chúng em, cùng những em khóa K16 khoa Công nghệ Động Lực đã bỏ thời
gian giúp chúng em trong q trình thực nghiệm.
Với vốn kiến thức cịn hạn hẹp nên những sai sót là khơng thể tránh khỏi. Vì

vậy, những ý kiến đóng góp q giá từ thầy cơ sẽ giúp chúng em hồn thiện hơn đề
tai nay.
Ching em xin chan thanh cam on!



KHOA LUAN TOT NGHIEP

GVHD: TS. VO TAN CHAU
LOI CAM KET

Chúng tôi Cao Hữu Thắng, Nguyễn Văn Thuận, Nguyễn Mậu Trường, Nguyễn
Phi Đạt, Trần Anh Tuấn xin cam đoan đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế giải thuật điều
khiển cho hệ thống thực nghiệm bng cháy đăng tích” là sản phẩm của nhóm
sinh viên và TS. Võ Tấn Châu thực hiện.

Nội dung thuyết minh chưa trình bày ở bất kỳ nơi nào khác.


KHOA LUAN TOT NGHIEP

GVHD: TS. VO TAN CHAU

MUC LUC
LỜI CẢM ƠN...................... 25 2c

t2 11111 HH HH...

H1

1e

Ï

LỜI CAM KÉT.


MỤC LỤC.
DANH MUC BANG
DANH MỤC HÌNH ẢNH.
DXNE/SAGII TƠ VIỆN,,TÃ

cre sree eerie
teen imei

1
ABSTRACT.............
Xe kaeo
1
CEILING) Te, WO A cesses ecentbenccedsssstuensteneneranssvasaneetstrtnersseasecernsttersaseauneereereeamnaanestiel 2
1.1. Tổng quan 8 taiccccccccccsssssssessseccssesssssnsesseceessesssnsnsssscessssssnsseeesecsssssssssseecssssssnsnee 2
TOM TAT.

/#25imiimsrnriT ccscarcmnccrnsaineamacern
cssneanenscceeeacr ces seeeeereccccen

3

1.3. Noi dung dé tai
1.4. Phương pháp nghiên

4

cứu.

1.5. Ý nghĩa đề tài...............


4

1.6. Phạm vi đề tài và kế hoạch thực hiện đề tài..........................--222 2222222222122. 21x.eerrer 4

1.6.1. Phạm vi đề tài
1/@9:Ké höach'THúe HE Hồ

GHƯỚƠNG?2:.

ca trờo tung hgtGNQRIRGSGIAGBURQGIOEtttlitqoteadeoaseuulft

GGSỐLÝ THUYÊTtoeignseobottsueiottoeotddrenobpotoobbsstengupo5

2.1. Quá trình cháy động cơ diesel...
2.2. Tổng quan hệ thống đo áp suất và quan sát quá trình cháy..................-.........:-:-:---+ §

2.2.1 Hệ thống đo áp suất quá trình cháy
2.2.2 Hệ thống quan sát quá trình cháy
2.3. Tổng quan về CVCC...

2.3.1 Cơ bản về CVCC...
2.3.2 Nhiệt độ và áp suất trong buồng cháy đẳng tích ..........................----c252c55cccecez 13
2:3:3 Nguyên lý hoạt động của CC

cneccccunoinadininiaiioiaadiiadsasaandassaseasessasss TIẾP

2.4. Lí thuyết mạch điều khiển.........................--¿55555cssvccceereerrtrrrrrrrerrrrrrreer TỔ
2.4.1. Hệ thống cung cấp hịa khí.........................--:5555cccc5ccvevseetterrerrrrrrsrrrrsrrreee. TỔ

2.4.2. Hệ thống điều khiển đánh lửa...........................----52ccccccsesseersseeeecerrrrrrrrer TỔ

2.4.3. Hệ thống phun nhiên liệu........................222-:52552cS2Svseeserrrrsersrrrrrrrcerrrrrcerrec.e. TẾ


KHOA LI

TOT NGHIEP

GVHD: TS. VO TAN CHAU

2.4.4. Hệ thống thu thập dữ liệu và giao diện người dùng .

19

2.4.5. Các hệ thống phụ khác
CHUONG 3.

THIET KE KI THUAT CAC HE THONG ĐIỀU KHIỂN.

CVCC.....
3.2. Hệ thơng cung câp hịa khí...

3.2.1. Thiết kế mơ hình hệ thống nạp khí.........................--:-:222v25ccccccserccvvcvscvecccsec 25
3.2.2. Tỉ lệ hịa trộn của hỗn hợp khií............................----22-22+22xrzcrrreerrertrrrrrrrrsrerrrrcrrrve. Z7)

3.2.3. Phương pháp nạp khí.....

3.2.4. Nguyên lý điều khiên hệ thống nạp khí
3.3. Hệ thống đánh lửa và điều khiển phun nhiên liệu.
3.3.1. Thiết kế sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa và điều khiên phun nhiên liệu. .... 31


3.3.2 Nguyên lý điều khiên hệ thống đánh lửa và điều khiển phun nhiên liệu ............ 34
3;:4,,Hệthống đõ Sp Sit Quid trình CÌÁƯ song

gà. gga Ga gu AGgadAg1áaadássaia 36

8:5:IGáE hệ thông: phụ? KHE bioseuasogusaadttieaogiadsaguettydpoieodtasssgusiasossssaaao. 88
3.5.1. Gia nhiệ

re

6:5:2:/HĐørtrộn:HếnHợp: Hồn KH ssnguassaniriseisbgisbiariviiogresiuaoosaaseesasseskeasgpag 40
3.5.4. Xã và hút chân không...
3.6. Thiết kế hệ thống thu thập đữ liệu. giao điện người dùng ...............................-.--.---‹+ 43

3.6.1. Thiết kế giao diện người đùng.......................- cao

43

3.6.2. Giải thuật điều khiển.
3.7 Thiết kế mạch điện điều khiển chung hệ thống thực nghiệm buồng cháy đăng tích. 48

3.7.1 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống...........................--: 555cc.

đ8

3.7.2 Mạch điện điều khiển chung..........................--2252¿22552Sccsecceeserserrtrersrrsrxrsrrrrce.e. SO
3.7.3 Thuật toán điều khiển hệ thống...

tan


a

3.8 Xây dựng điều kiện thí nghiệm đánh giá hệ thống điều khiển CVCC....................... 53

CHUONG 4.

KET QUA VA PHAN TÍCH....

4.1. Thiết kế bố tri chung cụm cơ khí của hệ thống điều khiển buồng cháy đăng tích.... 54
4.2. Hệ thơng cung cấp hịa khí
4.2.1 Kiểm tra sự rị ri của hệ th ng nạp khí

4.2.2 Độ chính xác và ồn định của hệ thống nạp khí......................---.-----2zz+2c522:zzse+ 58
4.3. Hệ thống đánh lửa và điều khiển phun nhiên liệu...........................----c222522cccvccxse 61


KHOA LUAN TOT NGHIEP

GVHD: TS. VO TAN CHAU

4.3.1. Điện áp đánh lửa...

4.3.2. Điều khiển phun nhiên

liệu...

61
... 64

4.4. Hệ thống đo áp suất q trình cháy......................---:

55c ccsvsteretrttrrrrrrrrrrrsrrrrrre.v., ƠỔ,

CHUONG 5.

KET LUAN VA HUGNG PHAT TRIEN

5.1, Kết luận đề tài
5.2 Nhược điểm của

68
68
68

5.3 Hướng phát triển đề tài..........................
St niiieiierirrrriroaaue 68
TAI LIEU THAM KHAO Qu... ccccecessssscssseessssesssvesssseesssvessssvesssneessnesessecsssversssvessnseesssseesssetesses 69

FOS OG eernerneqrsner
ier
erie

Tl


KHOA LUAN TOT NGHIEP

GVHD: TS. VO TAN CHAU

DANH MUC BANG
Bang 1.1 Bảng kế hoạch thực hiện công việc


Bảng 3.1 Yêu cầu kỹ thuật các hệ thống điều kh

Bang 3.2 Bảng ghi nhận giá trị áp suất theo thời gian.
Bảng 3.3 Bảng điều kiện hiệu chỉnh tỷ lệ khí nạp.....
Bảng 3.4 Bảng linh
của mạch đánh lửa .

Bang 3.5 Thông số hệ thống đo áp suất quá tình c|

23
29
33
37

Bảng 3.6 Điều kiện thực nghiệm hệ thống CvVCC

Bảng 4.1 Test leak rate (mbar/s)...
Bang 4.2 Bảng sai số tín hiệu mở van .

Bảng 4.3 Điều kiện thử nghiệm..........................--:
22552 222v set.
ỔỦ

vi


KHOA LI

TOT NGHIEP


GVHD: TS. VO TAN CHAU

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Quá trình cháy trong động co diesel biéu dién trên đồ thị cơng mở rộng p-‹Ð
Hình 2.2 Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống đo áp suất quá trình cháy

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống schlieren của Hooke [9]

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống schlieren sử dụng một thấu kính của Toeplerˆs [9]
Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống schlieren sử dụng hai thấu kính của Toeplerˆs [9]
Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống schlieren hình chữ Z. sử dụng gương cầu lõm của Toepler')

Hình 2.7 Diễn biến áp suất trong buồng cháy đăng tích [8]

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí chung của hệ thống đánh lửa

Hình 2.9 Sơ đồ tổng quan hệ thống phun dầu điện tử Common Rail trên CVCC
Hình 3.1 Sơ đồ bó trí chung hệ thống điều khiển buồng cháy đăng tích

Hình 3.2 Mơ hình 3D hệ thống nạp khí...
Hình 3.3 Bố trí 3D các chỉ tiết hệ thống nạp khí
Hình
Hình
Hình
Hinh

3.4 Ngun lí điều khiển hệ thống khí nạp
3.5 Sơ đồ mạch điều khiển đánh lửa....
3.6 Mơ phỏng mạch đánh lửa

zi
3.7Sơ đề mạch điện điều kh
Jam phun

Hình 3.9 Đồ thị phun tại áp suất 43Bar bằng giải thuật phun thời
Hình 3.10 Sơ đồ bố trí hệ thống thu thập áp suất cháy

gian thực

Hình 3.11 Sơ đồ khối hệ thống gia nhiệt

Hình 3.12 Sơ đồ hệ thống gia nhiệt

Hình 3.13 Hệ thơng gia nhiệt thực tê trên CVCC

Hình 3.14 Sơ đồ hệ thống làm mát kim phun..
Hình 3.15 Sơ đồ hệ thống làm sạch bng cháy.
Hình 3.16 Giao diện người dùng .
Hình 3.17 Giao điện calib khí nạp

Hình 3.18 Giao điện nạp khí....
Hình 3.19 Giao điện phun nhiên liệ
Hình 3.20 Sơ đồ khối điều khiển hệ thơng

Hình 3.21 Sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống bị

Hình 4.1 Sơ đồ bố trí thực nghiệm hệ thống 3D.
Hình 4.2 Hệ thống thực nghiệm thực tế.
Hình 4.3 Mơ hình hệ thống nạp khí thực t


Hình 4.4 Đồ thị tốc độ rị rỉ khí.

Hình 4.5 Xung tín hiệu điện áp và thời gian mở van solenoid C2H:
Hình 4.6 Xung tín hiệu điện áp và thời gian mớ van solenoid N2
Hình 4.7 Xung tín hiệu điện áp và thời gian mở van solenoid O2
Hình 4.8 Đề thị sai số khi nạp áp suất hịa khí khác nhau

Hinh 4.9 Ignition Tester.
Hình 4.10 Giá trị thực nghiệm

điện áp đánh lửa.

:

Hình 4.11 Biều đồ giao động điện áp của cuộn dây đánh lứa......................---...:-:52-555:ccse+


KHOA LI

TOT NGHIEP

GVHD: TS. VO TAN CHAU

Hình 4.12 Tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp khí trong buồng cháy đẳng tích
Hình 4.13 Tín hiệu và diễn biến điệná áp thu được trong CVCC tại thời điêm phun 42 bar 65
Hình 4.14 Đề thị

số của mỗi thời điểm phun nhiên liệu

Hình 4.15 Diễn biến áp suất khi đốt cháy hỗn hòa khí tại áp suất nền 14 bar

Hình 4.16 Diễn biến áp suất cháy của nhiên liệu bên trong buồng đốt

viii


KHOA LUAN TOT NGHIEP

GVHD: TS. VO TAN CHAU
DANH SACH TU VIET TAT

CVCC

Constant Volume Combustion Chamber

El

Compression Ignition

DCT

Diém chét trén

DxRxC

Dài x Rộng x Cao

KV

Kilovolt


N2

Nito

œ2

Oxy

C2H2

Axetilen

NOx

Nito oxit

HC

Hợp chất hữu cơ khác

SCV

Suction Control Valve

DRV

Diesel Regulator Valve

ĐCĐT


Déng co dét trong

RCEM

Máy nén và giản nở nhanh

CPFR

Giàn lưu lượng áp suất không đổi

ORE

Động cơ nghiên cứu quang học

HT

Hệ thốn 8

ix


KHOA LUAN TOT NGHIEP

GVHD: TS. VO TAN CHAU

THIET KE GIAI THUAT DIEU KHIEN CHO HE THONG THUC NGHIEM
BUONG CHAY DANG TICH

TOM TAT
Bai bao nay trinh bay về sơ đồ và thuật tốn ngun lí điều khiển của hệ thống

buồng cháy dang tích (CVCC). Sự đồng bộ tín hiệu từ tín hiệu đánh lửa, tín hiệuáp
á
suất buồng đốt, tín hiệu phun nhiên liệu và hiển thị đường cong áp suất, từ đó có thé
vận hành buồng đốt mơ phỏng lại giai đoạn cuối kì nén trong động cơ CI trước khi
phun nhiên liệu diesel. Giải thuật điều khiển được thiết kế trên phần mềm arduino và

dùng phần mềm matlab để hiền thị giao diện người dùng và thu thập dữ liệu. Hỗn hợp
khí cháy trước cũng được phân tích, đưa ra phương pháp nạp khí đúng tỷ lệ để dam
bảo sau khi cháy lượng oxi dư đảm bảo cho quá trình phun nhiên liệu.
ABSTRACT
This article presents the diagram and control algorithm principles of the
Controlled Vortex Combustion Chamber (CVCC) system. The synchronization of
signals from the ignition signal, the combustion chamber pressure signal, the fuel
injection signal, and the pressure curve display allows the simulation of the final
compression stage in a CI engine before diesel fuel injection. The control algorithm
is designed using Arduino software and employs MATLAB software for user

interface display and data collection. The pre-mixed combustion gas is also analyzed,

providing a method for proper air-fuel ratio to ensure sufficient excess oxygen for the
fuel injection process.


KHOA LUAN TOT NGHIEP

CHUONG 1.
1.1.

GVHD: TS. VO TAN CHAU


MO DAU

Téng quan dé tài
Động cơ đốt trong là một công nghệ phổ biến được sử dụng trong nhiều ngành

như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, xây dựng. Hiệu suất nhiệt của động
cơ Diesel lớn hơn so với động cơ xăng [ I], do đó động cơ Diesel được ưa chuộng và
sử dụng phổ biến trên toàn thế giới. Tuy nhiên, nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, than

đá, khí đốt, là nguồn nhiên liệu chính cho động cơ đốt trong và điều này đồng nghĩa
với việc sinh ra lượng lớn khí thải gây ơ nhiễm mơi trường. Đặc biệt, khí thải của
động cơ Diesel chứa nhiều khí nitơ oxit (NOx), hop chất hữu cơ khác (HC), các hạt

nhỏ và khí CO2. Khí nitơ oxit và hợp chất hữu cơ khác là các chất gây ra hiện tượng
sương mù và tác động đến sức khỏe của con người và hệ sinh thái. Mặc dù có nhiều
nguồn nhiên liệu thay thế như năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng lượng

gió, thủy điện, v.v. nhưng nhiên liệu hóa thạch vẫn chiếm tỉ trọng lớn trong cung cấp
năng lượng cho động cơ đốt trong. Đề giải quyết van dé 6 nhiễm môi trường và sử
dụng năng lượng bền vững, các nhà khoa học đang tìm cách phát triển nguồn nhiên
liệu thay thế đáp ứng nhu cầu của con người mà không gây ra khí thải gây ơ nhiễm

mơi trường.
Vì vậy cần có một nghiên cứu cơ bản về sự hình thành hỗn hợp và quá trình
cháy khi phun các nhiên liệu vào buồng đốt đề tìm ra được nguồn nhiên liệu có thể
làm tăng năng suất động cơ, giảm khí thải ra mơi trường vì đây là mối quan tâm hàng
đầu [2][3]. Một số nghiên cứu đáng chú ý như: Nghiên cứu sử dụng xăng và n-butan
[4]. Nghiên cứu ảnh hưởng của đặc tính phun nhiên liệu và tính chất của nhiên liệu
thay thế đối với đặc tính q trình cháy trong động cơ [5][6]. Để thực hiện nghiên cứu
này thì nhiều hệ thống thí nghiệm quang học đã được áp dụng như máy nén và giản


nở nhanh (RCEM), buồng đốt đăng tích (CVCC), giàn lưu lượng áp suất khơng đồi
(CPEFR), động cơ nghiên cứu quang học (ORE). Với mong muốn quan sát, nghiên cứu
quá trình cháy của nhiên liệu và với thiết kế đơn giản, khơng gian chiếm chỗ ít và phù