Nghiên cứu xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU hệ thống nhiên liệuđộng cơ diesel

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU hệ thống nhiên liệuđộng cơ diesel

1. - 1 - MỞ ĐẦU Hiện nay hệ thống nhiên liệu (HTNL) điều khiển điện tử (ĐKĐT) trên động cơ đốt trong (ĐCĐT) đang được sử dụng ngày càng phổ biến. Trong hệ thống HTNL ĐKĐT thì bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit - ECU) là bộ não điều khiển mọi hoạt động của hệ thống và toàn bộ động cơ. Cơ sở để ECU hoạt động là bộ dữ liệu các tham số điều chỉnh được xây dựng trong quá trình nghiên cứu-phát triển động cơ, gọi là bộ dữ liệu chuẩn, được tích hợp trong ECU. Tuy nhiên, phương pháp xây dựng bộ dữ liệu chuẩn thường là bí quyết công nghệ của nhà sản xuất nên không được công bố và rất khó tiếp cận. Trong khi hiện nay chúng ta đang phấn đấu xây dựng một nền công nghiệp chế tạo động cơ (trước hết là động cơ ôtô) bắt đầu bằng công nghiệp phụ trợ sản xuất các linh kiện cho động cơ, trong đó có ECU của HTNL. Bên cạnh đó, các động cơ đang lưu hành sử dụng HTNL ĐKĐT sau khi đại tu, sửa chữa hoặc cải tiến cần có bộ dữ liệu mới cho ECU để phù hợp với động cơ hiện tại. Vì vậy, nghiên cứu xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU là một vấn đề rất cần thiết. Điện tử hóa ngày càng phổ biến trên cả động cơ xăng và động cơ diesel. Động cơ diesel với ưu thế về hiệu suất cao nên chiếm thị phần lớn trong dải động cơ cỡ lớn và động cơ dùng trong nông nghiệp. Do tính kinh tế cao nên hiện nay tỷ lệ sử dụng động cơ diesel trên ôtô du lịch cũng tăng lên (kể cả ở Việt Nam). Ở một số thị trường như châu Âu và Bắc Mỹ tỷ lệ này đã đạt tới 50% và còn tiếp tục tăng. Với tính cấp thiết như trình bày ở trên, tác giả thực hiện luận án Tiến sĩ của mình với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU hệ thống nhiên liệu động cơ diesel”. i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Đưa ra quy trình xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của HTNL sử dụng trên ĐCĐT. Ứng dụng quy trình trên để thực hiện xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của HTNL common rail (CR) sử dụng trên động cơ nghiên cứu AVL 5402 với hai tham số điều chỉnh là góc phun sớm ( s) và áp suất phun (pf). ii. Phương pháp nghiên cứu Luận án đã kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
2. - 2 - Nghiên cứu lý thuyết dựa trên cơ sở xây dựng đặc tính điều chỉnh động cơ thuộc lý thuyết ĐCĐT. Từ đó đưa ra được tiến trình xây dựng đặc tính động cơ từ các điểm cụ thể trong miền làm việc thông qua phương pháp chia lưới, nội suy và ngoại suy kết quả ngoài mắt lưới. Nghiên cứu thực nghiệm dựa trên phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN) và sử dụng phần mềm DX6. Các nghiên cứu thử nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiệm ĐCĐT, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội với trang thiết bị chuyên dụng, đồng bộ và hiện đại, đã đảm bảo độ tin cậy của các số liệu được trình bày trong luận án. iii. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Lần đầu tiên ở Việt Nam đã nghiên cứu thành công và đưa ra quy trình xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU HTNL ĐKĐT của ĐCĐT. Kết quả luận án là một đóng góp có ý nghĩa nhằm giải quyết vấn đề cấp thiết hiện nay trong chế tạo sử dụng, sửa chữa và thay thế phụ tùng cho động cơ sử dụng HTNL ĐKĐT, cũng như bước đầu hướng tới tự sản xuất ECU cho ĐCĐT, trước hết là động cơ ôtô. Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích trong nghiên cứu phát triển động cơ sử dụng HTNL ĐKĐT và đào tạo chuyên sâu về chuyên ngành ĐCĐT. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU CHUẨN CHO ECU TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1. Điều khiển điện tử trên các máy móc 1.1.1. Giới thiệu chung Công nghệ ĐKĐT đã phát triển và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực và đối tượng khác nhau. Trong đó có ĐCĐT. Một hệ thống điều khiển thường bao gồm ba thành phần cơ bản: bộ điều khiển (ECU), đối tượng điều khiển (máy công tác) và các cảm biến Hình 1.1. Sơ đồ chung một HTĐK như thể hiện trên Hình 1.1. - Vùng I xác lập chế độ làm việc của máy công tác. - Vùng II tham số điều khiển và điều chỉnh máy công tác. U1: Các tham số điều khiển; U2 Các tham số điều chỉnh với bộ dữ liệu chuẩn.
3. - 3 - - Vùng III giá trị kinh tế kỹ thuật thông số đầu ra của máy công tác. Hệ thống ĐKĐT được ứng dụng phổ biến hầu hết cho các động cơ hiện đại. 1.1.2. Hệ thống điều khiển điện tử động cơ xăng 1.1.2.1. Khái niệm và phân loại Hệ thống ĐKĐT trên động cơ xăng, hay thực chất là hệ thống điều khiển phun xăng điện tử (PXĐT), bao gồm một bộ ECU, các cảm biến và cơ cấu chấp hành. Hệ thống PXĐT có thể được phân loại theo số vòi phun, theo nguyên lý điều khiển quá trình phun, hay theo nguyên lý đo lưu lượng khí nạp 1.1.2.2 Cấu trúc hệ thống phun xăng điện tử a) Sơ đồ nguyên lý chung Sơ đồ một hệ thống PXĐT điển hình như thể hiện trên Hình 1.3. Các bộ phận chính trong hệ thống gồm: ECU động cơ và các cảm biến [11]. Từ vị trí bướm ga và tốc độ động cơ, các cảm biến nhận thông tin và gửi đến ECU. ECU sẽ so sánh với bộ dữ liệu điều khiển và tính toán đưa ra tín hiệu điều khiển thời gian mở vòi phun để điều khiển lượng xăng phun cho phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. Ngoài ra, từ bộ dữ liệu chuẩn ECU còn điều chỉnh góc đánh lửa sớm, hệ số dư lượng không khí  để động cơ làm việc tối ưu. b) Điều khiển phun trong hệ thống PXĐT Lượng xăng phun được ECU Hình 1.4. Thuật toán điều khiển thời điều khiển thông qua thời gian gian phun nhiên liệu phun nhiên liệu, là tổng của thời gian phun nhiên liệu cơ bản (tb) và thời gian phun hiệu chỉnh (tc). Khi động cơ hoạt động còn có các chế độ làm việc khác nhau của động cơ
4. - 4 - như khởi động, chạy ấm máy, tăng tốc, Lưu đồ thuật toán điều khiển thời gian phun thể hiện trên Hình 1.4 [10]. 1.1.3. Hệ thống điều khiển điện tử động cơ diesel 1.1.3.1. Khái niệm và phân loại Hệ thống ĐKĐT động cơ diesel tương tự như hệ thống điều khiển điện tử động cơ xăng cũng gồm ECU, các cảm biến và bộ phận chấp hành như bơm cao áp, vòi phun. Hệ thống ĐKĐT hiện đã được áp dụng cho tất cả các hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel như bơm dãy, bơm phân phối, bơm-vòi phun và CR. 1.1.3.2. Hệ thống điều khiển trên bơm dãy (bơm Bosch) 1.1.3.3. Hệ thống điều khiển trên cụm bơm - vòi phun 1.1.3.4. Hệ thống nhiên liệu CR Hình 1.18 trình bày sơ đồ HTNL CR. Nhiên liệu sau bơm cao áp đạt tới 1800 bar hoặc hơn nữa theo đường ống cao áp dẫn tới bình tích áp. Sau đó nhiên liệu áp suất cao được đưa sẵn đến vòi phun. Tùy thuộc vào vị trí cơ cấu điều khiển nhiên liệu (chân ga) và tốc độ động cơ, các cảm biến nhận thông tin Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu tích áp và gửi đến ECU, sau đó ECU sẽ so sánh với bộ dữ liệu điều khiển và đưa ra tín hiệu điều khiển thời gian mở vòi phun, phun nhiên liệu vào xilanh. Đồng thời, ECU dựa trên bộ dữ liệu chuẩn điều khiển áp suất phun pf, góc phun sớm s, chế độ phun (phun mồi, phun sau) để động cơ làm việc tối ưu. HTNL CR có sự khác biệt hơn so với HTNL diesel Chiều cao nâng thông thường, với khả năng kim Tia phun phun chính phun áp suất cao và thay đổi (m) áp suất phun theo các chế độ làm việc khác nhau. Hơn nữa quy luật phun gồm phun Phun mồi Phun chính Phun thứ cấp Thời gian mồi, phun chính và sau phun Hình 1.22. Qui luật phun nhiên liệu
5. - 5 - chính được điều khiển thay đổi theo từng chế độ làm việc của động cơ như thể hiện trên Hình 1.22. 1.1.4. Vai trò bộ dữ liệu chuẩn của ECU Trong hệ thống ĐKĐT trên cả động cơ xăng và động cơ diesel, có thể thấy rằng ECU là bộ phận quan trọng nhất, đóng vai trò là nơi tiếp nhận và xử lý các thông tin do các cảm biến cung cấp, chuyển đổi thành tín hiệu số và tính toán theo chương trình đã được lập trình sẵn. Sau khi tiếp nhận thông tin từ các cảm biện thì ECU đưa tín hiệu chuyển đổi này vào so sánh với bộ dữ liệu chuẩn đã được nạp sẵn để quyết định tín hiệu điều khiển vòi phun và các bộ phận khác trong cơ cấu chấp hành, sao cho động cơ làm việc đảm bảo tính năng kinh tế, kỹ thuật tối ưu. Bộ dữ liệu chuẩn được xây dựng trong quá trình nghiên cứu-phát triển và ghi sẵn trong bộ nhớ của ECU dưới dạng các bộ thông số vận hành hay đặc tính chuẩn [41÷44]. 1.2. Giới thiệu về xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của ĐCĐT Trang thiết bị gồm: băng thử, động cơ, cảm biến, ECU mở và phần mềm điều khiển ECU. Chạy thử theo quy trình thử nghiệm để xác định các tham số điều chỉnh tối ưu ứng với từng vùng trong miền làm việc của động cơ. Ghi bộ dữ liệu tối ưu thu được vào ECU. Các hãng sản xuất trên thế giới đều có những công nghệ riêng để xây dựng các tham số điều chỉnh tối ưu cho ECU động cơ, bộ dữ liệu này luôn được bảo mật không thay đổi được trong quá trình sử dụng. 1.3. Các công trình đã thực hiện trong và ngoài nước 1.3.1. Nghiên cứu ngoài nước Với bài toán tối ưu hóa các tham số điều chỉnh tại các chế độ làm việc ứng với các tiêu chí khác nhau, qua đó xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU động cơ, trên thế giới đã có một số cách tiếp cận khác nhau, nổi bật là các ứng dụng mạng nơ-ron, logic mờ hay quy hoạch thực nghiệm [52÷55, 57÷59]. Đã có nhiều sản phẩm tích hợp để giải bài toán tối ưu một cách tự động được thương mại hóa và giới thiệu trên thị trường ví dụ như hiện nay hãng AVL, Cộng hòa Áo đã phát triển và thương mại hóa phần mềm AVL-CAMEO, phần mềm chuyên dụng để xây dựng bộ dữ liệu và lấy đặc tính tự động trên băng thử động cơ, nhưng phải có thiết bị đi kèm và giá thành rất cao và mã nguồn chương trình là bí mật của nhà sản xuất
6. - 6 - 1.3.2. Nghiên cứu trong nước Các công trình nghiên cứu về HTNL ĐKĐT đã thu được nhiều kết quả tích cực [1÷6]. Tuy nhiên, các kết quả này mới bước đầu đề cập đến phần cứng của hệ thống điều khiển hoặc một phần nhỏ trong bộ số liệu mà chưa có công trình nào xây dựng một cách bài bản bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của HTNL nói riêng và ECU của ĐCĐT nói chung. 1.4. Lựa chọn phương pháp, giới hạn và đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài này là kết hợp lý thuyết quy hoạch thực nghiệm (QHTN) với phương pháp giải bài toán tối ưu hóa trong điều khiển. Phương pháp QHTN được lựa chọn vì nó cho phép giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thực hiện, xác định được điều kiện tối ưu đa yếu tố của đối tượng nghiên cứu một cách khá chính xác bằng các công cụ toán học. Đối tượng nghiên cứu được lựa chọn là hệ thống băng thử có động cơ AVL 5402, ECU mở có thể truy cập và điều chỉnh các tham số thông qua phần mềm INCA. Đây là hệ thống hiện đại, đồng bộ của hãng AVL trang bị cho PTN ĐCĐT, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Hệ thống này đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu của đề tài luận án. 1.5. Kết luận chương 1 Vai trò của bộ dữ liệu chuẩn trong ECU của HTNL ĐKĐT trên động cơ xăng hay trên động cơ diesel. Xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU động cơ hay giải bài toán tối ưu hóa các tham số điều chỉnh của động cơ có thể thực hiện qua một số cách tiếp cận khác nhau. Tuy nhiên vẫn còn là sự bí mật của hãng và rất khó tiếp cận. Ở Việt Nam, cũng đã có một số công trình nghiên cứu về HTNL ĐKĐT bước đầu thu được kết quả tích cực. Nhưng các nghiên cứu này còn tương đối sơ khai, chưa có tính bao quát và hệ thống. Đối tượng nghiên cứu được chọn là động cơ nghiên cứu diesel một xilanh có trang bị HTNL CR của PTN ĐCĐT, Trường ĐHBK Hà Nội đáp ứng đầy đủ yêu cầu về xây dựng bộ dữ liệu chuẩn nhưng không làm giảm tính tổng quát của bài toán đặt ra. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU CHUẨN CHO ECU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1. Bài toán tối ưu nhiều biến đa mục tiêu trong kỹ thuật 2.1.1. Bài toán tối ưu tổng quát
7. - 7 - Bài toán tối ưu tổng quát được phát biểu như sau [17]: min f(x) với điều kiện x D (P1) hoặc max f(x) với điều kiện x D (P2) Trong đó D  Rn được gọi là tập nghiệm chấp nhận được hay tập ràng buộc và f: D R là hàm mục tiêu. Mỗi điểm x D được gọi là một nghiệm chấp nhận được hay một phương án chấp nhận được. 2.1.2. Các bài toán tối ưu Bài toán tối ưu, được sử dụng nhiều hơn cả là bài toán tối ưu tuyến tính và phi tuyến. 2.1.2.1. Bài toán tối ưu tuyến tính Bài toán quy hoạch tuyến tính (QHTT) tổng quát có dạng [23÷25]: n Tìm x , j=1,2, ,n sao cho: f = (max) (2.1) j  j xc j min j 1 n Với hệ ràng buộc: bxa , i=1,2, ,m (2.2)  jij i j 1 0 , j=1,2, ,n (2.3) x 0 j tùy (2.1) được gọi là hàm mục tiêu, nó có thể là cực tiểu (min) hay cực đại (max). (2.2) được gọi là các ràng buộc chung hay ràng buộc hàm, nó có thể có dạng bất đẳng thức (≤ hay ≥) hoặc có dạng đẳng thức (=). (2.3) được gọi là các ràng buộc dấu (của biến), nó có thể không âm (≥0), không dương (≤0) hay tùy ý. Như vậy, bài toán QHTT là bài toán có các biểu thức xác định hàm mục tiêu và các ràng buộc chung đều ở dạng tuyến tính. 2.1.2.2. Bài toán tối ưu phi tuyến a) Bài toán quy hoạch phi tuyến (QHPT) không ràng buộc Bài toán QHPT không ràng buộc phát biểu như sau [17, 21÷24]: min f(x) với điều kiện x Rn (2.4)
8. - 8 - Trong đó: f : Rn R là hàm phi tuyến. b) Bài toán QHPT có ràng buộc Bài toán QHPT có ràng buộc tổng quát được phát biểu như sau [17]: Min {f(x)|x X}. Trong đó X  Rn và hàm số f xác định trên X. 2.1.3. Nội dung lấy bộ dữ liệu chuẩn - Thu thập dữ liệu và lựa chọn phương pháp toán học thích hợp để giải quyết mô hình trên. - Xác định quy trình giải/thuật toán. Có thể giải mô h ì n h bằng n h i ều cách tính toán. - Đánh giá kết quả tính toán. - Kiểm chứng các kết quả tính toán trên thực tế. 2.2. Mô hình HTNL ĐCĐT 2.2.1. Miền làm việc của động cơ kéo máy công tác 2.2.1.1. Miền làm việc của động cơ kéo máy phát điện Động cơ kéo máy phát điện đòi hỏi nđcơ = const. Miền làm việc của động cơ-máy phát nằm trên đường AB thể hiện Hình 2.1. Tại A ứng với chế độ định mức Ne = Nđm và tại B ứng với chế độ không tải Ne = 0 [2]. Gnl-min tại vị trí không tải (điểm B), gemin tại đường đặc tính bộ phận của động cơ Hình 2.1. Miền làm việc của (đoạn AB), và Memax tại tốc độ định mức của động cơ kéo máy phát điện động cơ (nđm). 2.2.1.2. Miền làm việc của động cơ kéo chân vịt tàu thủy Đối với động cơ tàu thuỷ, khi động cơ dẫn động trực tiếp chân vịt, công suất cản của chân vịt thông thường phụ thuộc bậc 3 vào tốc độ vòng quay. 3 Nc = kn (2.5) Miền làm việc của động cơ-máy công tác nằm trên đường đặc tính cản thể hiện ở Hình Hình 2.2. Miền làm việc của 2.2. Các đường 1, 2 và 3 tương ứng với các động cơ dẫn động trực tiếp vị trí khác nhau của cơ cấu điều khiển cung chân vịt cấp nhiên liệu. Tốc độ động cơ thay đổi từ nmin đến nmax. 2.2.1.3. Miền làm việc của động cơ trên các phương tiện cơ giới
9. - 9 - Công suất và tốc độ động cơ thay đổi trong một phạm vi rất rộng. Miền làm việc của cụm thiết bị, được thể hiện trên Hình 2.3 là diện tích giới hạn bởi đường công suất lớn nhất ứng với vị trí cực đại của cơ cấu điều khiển cung cấp nhiên liệu và các đường giới hạn n và n . min max Sau khi nghiên cứu các miềm làm việc Hình 2.3. Miền làm việc của của các loại động cơ, nhận thấy rằng ĐCĐT động cơ trên các phương tiện sử dụng trên phương tiện cơ giới có miền cơ giới làm việc tổng quát so với ĐCĐT sử dụng trên máy phát điện và trên tàu thủy. Nên được chọn để nghiên cứu lấy bộ dữ liệu chuẩn. 2.2.2. Mô hình tối ưu tổng quát của HTNL động cơ diesel sử dụng trên phương tiện cơ giới Mô hình tối ưu của HTNL ĐCĐT sử dụng trên phương tiện cơ giới sẽ là mô hình tổng quát và đặc trưng cho các mô hình tối ưu hệ thống nhiên liệu của động cơ kéo máy phát điện và tàu thủy. Để chọn tìm ra được thông số kinh tế và kỹ thuật tối ưu của động cơ, đầu tiên phải chọn các tham số pf, s, Tlm, Tbt, Tkn trong khoảng làm việc của động cơ. Giả sử giá trị của các tham số trong phạm vi như sau: Từ những yêu cầu trên, bài toán tối ưu các tham số điều khiển pf, s, Tlm,, Tbt,, Tkn để đạt Memax, gemin và Gnlmin sẽ được đặt tính toán. Trong nghiên cứu này sẽ sử dụng QHTN để tính toán số lượng các lần thí nghiệm nhằm tìm ra hàm của Me, ge, Gnl tại mỗi vị trí khảo sát. Bài toán điều khiển tối ưu HTNL sẽ được khái quát trong ba dạng bài toán sau đây: - Bài toán xác định Memax tại đường đặc tính ngoài: Trong bài toán này sẽ tìm các tham số điều khiển pf, s, Tlm, Tbt, Tkn tối ưu để đạt được mục tiêu Memax.
10. - 10 - ni = nđcơmax-i n khi động cơ ở 100% tải. - Bài toán xác định gemin tại đường đặc tính bộ phận: Trong bài toán này sẽ tìm các tham số điều khiển pf, s, Tlm, Tbt, Tkn tối ưu để đạt được mục tiêu gemin tại các đường đặc tính bộ phận của động cơ. ni = nđcơmax-i n. - Bài toán xác định Gnlmin tại đường đặc tính không tải: Trong bài toán này sẽ tìm các tham số điều khiển pf, s, Tlm, Tbt, Tkn tối ưu để đạt được mục tiêu Gnlmin. ni = nkhôngtải-max-i n khi động cơ ở 0% vị trí tay ga. 2.2.3. Các nội dung cần thực hiện khi xây dựng bộ dữ liệu cho động cơ Xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho động cơ ô tô có thể được coi là đặc trưng cho quá trình xây dựng bộ tham số điều chỉnh chuẩn cho ĐCĐT. 2.2.3.1. Chia lưới-phân vùng làm việc Mỗi vùng làm việc sẽ đáp ứng các mục tiêu khác nhau, thể hiện trên Hình 2.4. Quá trình chia lưới vùng làm việc của động cơ được thực hiện như sau: - Xác định giới hạn tốc độ làm việc của động cơ, từ nmin đến nmax. - Xác định đặc tính ngoài của động cơ để có vùng làm việc từ Hình 2.4. Sơ đồ chia lưới-phân vùng làm việc không tải tới toàn tải. của động cơ. Vùng 1, 2 và 3 động cơ làm việc Gnlmin; - Xác định độ lớn của các mắt vùng 4,5 và 6 động cơ làm việc với ge-min; lưới theo tốc độ và tải của động vùng 7,8 và 9 động cơ làm việc với pe-max. cơ. - Xác định các vùng làm việc của động cơ, bao gồm: vùng làm việc có pe-max; vùng làm việc có ge-min; vùng làm việc có phát thải thấp; vùng làm việc Gnlmin (không tải). Hình 2.4 thể hiện các vùng làm việc của động cơ, được thực hiện trong quá trình chia lưới – phân vùng. 2.2.3.2. Tối ưu các tham số điều chỉnh tại mỗi mắt lưới Để đảm bảo độ tin cậy và tính chính xác của kết quả khảo sát tại các vùng làm việc khác nhau, phải tăng mật độ chia lưới tại các vùng làm việc. Như vậy sẽ dẫn đến số mắt lưới cần khảo sát càng tăng.
11. - 11 - Lựa chọn phương pháp tối ưu các tham số điều chỉnh tại mỗi mắt lưới mà vẫn đảm bảo độ tin cậy và tính chính xác của kết quả cũng như giảm thiểu số lần thử nghiệm tại mỗi mắt lưới là rất cần thiết. Với kết quả phân tích và đánh giá trên mục 2.2.2, thì phương pháp QHTN có thể được coi là phù hợp hơn cả vì đáp ứng cả 2 mục tiêu vừa giảm thiểu số lần thử nghiệm mà vẫn đảm bảo độ tin cậy và tính chính xác của kết quả nghiên cứu. 2.2.3.3. Giảm thiểu số mắt lưới cần thử nghiệm Trên cơ sở đặc tính khai thác sử dụng của mỗi chủng loại động cơ ứng với các phương tiện sử dụng khác nhau, có thể phân vùng tải trọng và tốc độ mà động cơ thường xuyên phải làm việc. Do đó, vùng làm việc phổ biến của động cơ có thể được xác định trong vùng giới hạn bởi hai đường đậm như thể hiện trên Hình 2.5. Trong đó điểm xuất phát và độ dốc của mỗi đường tùy thuộc vào chủng loại động cơ và phạm vi sử dụng. Như vậy để giảm số mắt lưới thử nghiệm cần phải thực hiện như sau: - Số mắt lưới thử nghiệm trong vùng giới hạn bởi hai đường đậm sẽ được lấy nhiều hơn. - Tại vùng ngoài giới hạn của 2 đường đậm, chỉ cần lấy số mắt lưới ít hơn. - Bộ tham số tại các điểm không phải thử nghiệm được xác định theo phương pháp nội suy tuyến tính từ bộ Hình 2.5. Sơ đồ xác định các điểm khảo tham số của các điểm thử nghiệm lân sát cận. Như vậy, với phương pháp này số điểm thử nghiệm giảm đi đáng kể mà vẫn đảm bảo độ tin cậy. 2.2.3.4. Nội suy, ngoại suy dữ liệu không trùng mắt lưới Độ tin cậy và mức độ chính xác của bộ dữ liệu tại các điểm không cần phải khảo sát phụ thuộc vào phương pháp nội suy từ bộ dữ liệu của các điểm được thử nghiệm [32, 33]. Hình 2.6. Mô hình nội suy tuyến tính Trên Hình 2.6 thể hiện hai mô hình nội suy. Giá trị tại điểm O sẽ được tính
12. - 12 - bằng trung bình cộng của 4 điểm (A), (B), (C), (D). 2.2.3.5. Kiểm tra tính chính xác của bộ dữ liệu thu được Thông thường với động cơ ô tô, chỉ cần so sánh và đánh giá trên sở sở đặc tính ngoài và một vài đặc tính bộ phận giữa kết quả từ phương pháp xây dựng bộ dữ liệu chuẩn và kết quả thử nghiệm lại từ bộ tham số đã được xây dựng là có thể đánh giá được độ tin cậy của kết quả. 2.3. Kết luận chương 2 Trong kỹ thuật để xây dựng được bộ tham số điều khiển cần phải thực hiện thông qua các bài toán tối ưu nhiều biến đa mục tiêu, với những điều kiện ràng buộc. Xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho động cơ ô tô có thể được coi là đặc trưng cho quá trình xây dựng bộ tham số điều chỉnh cho ĐCĐT. Sử dụng phương pháp chia lưới – phân vùng đã cho phép xác định được miền khảo sát của các tham số, mục tiêu khảo sát, giảm số điểm khảo sát trong miền làm việc của động cơ. Cũng như sử dụng phương pháp QHTN để xác định giá trị các tham số tại mỗi điểm khảo sát đã cho phép giảm đáng kể số lần cần thử nghiệm mà vẫn đảm bảo độ tin cậy của kết quả. Sự kết hợp giữa phương pháp chia lưới - phân vùng và nội suy với phương pháp QHTN để xác định bộ tham số cho phép giảm khá nhiều số lần cần thử nghiệm mà vẫn đảm bảo độ tin cậy của kết quả. Sau khi sử dụng phương pháp nội suy tìm ra bộ tham số, để đánh giá độ tin cậy và tính chính xác bộ dữ liệu cần được đánh giá qua kết quả thực nghiệm. CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG QHTN ĐỂ TỐI ƯU CÁC THAM SỐ TRONG QÚA TRÌNH XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU CHUẨN Trong chương sẽ đề cập đến lý thuyết QHTN cũng như là việc ứng dụng QHTN để tìm các tham số điều chỉnh tối ưu tại mỗi mắt lưới. 3.1. Lý thuyết QHTN Các nguyên tắc cơ bản của QHTN bao gồm: Ít thử nghiệm - Nhiều thông tin - Chất lượng kết quả [26, 27, 31]. 3.1.1. Vai trò của QHTN trong nghiên cứu thử nghiệm Những ưu điểm rõ rệt của phương pháp này so với các thực nghiệm cổ điển là: - Giảm đáng kể số lượng thử nghiệm cần thiết.
13. - 13 - - Hàm lượng thông tin nhiều hơn rõ rệt, nhờ đánh giá được vai trò qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàm mục tiêu. - Cho phép xác định được điều kiện tối ưu đa yếu tố của đối tượng nghiên cứu một cách khá chính xác bằng các công cụ toán học. 3.1.2. Đối tượng của QHTN trong các ngành công nghiệp 3.1.3. Các phương pháp QHTN 3.1.3.1. Quy hoạch trực giao cấp I Phương pháp QHTG cấp I là phương pháp thiết kế thí nghiệm nhằm thiết lập mối quan hệ giữa các yếu tố đầu ra phụ thuộc bậc nhất đối với các yếu tố đầu vào. 3.1.3.2. Quy hoạch trực giao cấp II Phương pháp QHTG cấp II là phương pháp thiết kế thử nghiệm nhằm thiết lập mối quan hệ giữa các yếu tố đầu ra phụ thuộc hàm bậc hai đối với các yếu tố đầu vào. QHTG cấp II gồm các bước như sau: Bước 1: Xác định miền biến thiên. Bước 2: Chọn dạng phương trình hồi quy sau khi đã mã hóa. Bước 3: Thực hiện N thử nghiệm. Bước 4: Tính toán xác định các hệ số hồi quy bj; Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất. Bước 5: Kiểm định sự có nghĩa của các hệ số hồi quy bj; Áp dụng tiêu chuẩn Student [32, 33]. Bước 6: Kiểm định sự có nghĩa của phương trình hồi qui (PTHQ) với chuẩn Fisher [32]. 3.1.3.3. Giải bài toán tối ưu trong QHTN Quá trình xác định thông số tối ưu thực hiện qua các bước sau: Bước 1: Xác định một điểm xuất phát nằm trong miền giới hạn tổng thể của các biến đầu vào. Bước 2: Tiến hành các thử nghiệm theo phương pháp QHTG cấp I. Xây dựng PTHQ bậc nhất. Nếu PTHQ bậc nhất không tương thích thì hiện bước 4. Ngược lại, thì thực hiện bước 3. Bước 3: Xác định vectơ gradient của hàm mục tiêu tại mức cơ bản và xuất phát. Chọn điểm tìm được làm điểm xuất phát mới và quay về bước 2. Bước 4: Làm các thử nghiệm theo QH cấp hai (trực giao hoặc quay).
14. - 14 - Bước 5: Xây dựng PTHQ bậc hai. Nếu PTHQ bậc hai không tương thích thì chuyển tới thực hiện bước 6. Ngược lại, nếu PTHQ bậc hai tương thích thì thực hiện bước 7. Bước 6: Thu hẹp khoảng biến thiên của các biến đầu vào rồi quay về bước 5. Bước 7: Tìm cực trị của hàm mục tiêu thu được ở dạng PTHQ bậc hai thu được ở bước 5 và làm lại thực nghiệm để kiểm chứng và đánh giá kết quả. 3.2. Phần mềm QHTN DX6 Các bài toán tối ưu trong kỹ thuật thường là bài toán lớn với những tham số với điều kiện đầu vào dẫn tới việc tính toán xác định tham số tối ưu cần khối lượng lớn và mất nhiều thời gian. Nhằm giảm thời gian trong quá trình thực hiện, phần mềm DX6 là một trong những phần mềm đáp ứng được yêu cầu này. 3.2.1. Giới thiệu phần mềm DX6 Phần mềm DX6 là phần mềm QHTN được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi trong các ngành khoa học kỹ thuật như hoá học, vật liệu, cơ khí v.v. nhằm xây dựng và giải các bài toán thực nghiệm. Phần mềm được xây dựng dựa trên những lý thuyết cơ bản của xác suất thống kê và lý thuyết QHTN. 3.2.2. Các bước thực hiện cơ bản trên phần mềm DX6 Bước 1. Đặt tên và thứ nguyên của các yếu tố đầu vào. Bước 2. Khai báo các biến đầu ra. Bước 3. Lựa chọn phương pháp thiết kế thí nghiệm. Bước 4. Các điểm thử nghiệm. Bước 5. Lựa chọn các thông số quy hoạch. Bước 6. Lựa chọn mô hình toán học. 3.2.3. Phân tích kết quả Bước 1. Lựa chọn kiểu hiển thị. Bước 2. Kiểm tra sự phù hợp của mô hình theo chuẩn Fisher. Bước 3. Dạng phương trình hồi quy tìm được. Bước 4. Khảo sát giá trị yếu tố đầu ra phụ thuộc yếu tố đầu vào. 3.2.4. Giải bài toán tối ưu hoá trên phần mềm DX6 Bước 1. Lựa chọn mục tiêu tối ưu và khoảng khảo sát của các yếu tố đầu vào. Bước 2. Tìm kết quả giải bài toán tối ưu.
15. - 15 - 3.3. Thực hiện tối ưu tham số điều chỉnh động cơ 3.3.1. Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ sử dụng hệ thống CR Việc điều chỉnh chính xác các tham số sẽ nâng cao được tính năng kinh tế và kỹ thuật của động cơ. Hình 3.18 cho thấy ảnh hưởng của một số tham số điều chỉnh cơ bản tới tính năng kinh tế kỹ thuật của một động cơ trong đó việc tăng áp suất phun (pf) có thể cải thiện công suất, Hình 3.18. Ảnh hưởng của các tham số điều giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của động thải độc hại [65]. Trong khi tối cơ [65] ưu góc phun sớm (φs) không chỉ cải thiện các tính năng này mà nó còn có khả năng giúp giảm ồn cho động cơ. Bằng cách thay đổi quy luật cung cấp nhiên liệu như tăng số lần phun trong một chu trình có thể giúp giảm phát thải độc hại và ồn. Áp suất phun cao sẽ làm tăng chiều dài tia phun và tốc độ nhiên liệu giúp cho nhiên liệu phun tơi hơn như thể hiện trên Hình 3.19 [65], và được phân bố khắp không gian buồng cháy đảm bảo nhiên liệu bay hơi nhanh và hòa trộn đồng đều do Hình 3.19. Ảnh hưởng của áp suất phun [65] đó sẽ giúp quá trình cháy được cải thiện. Tuy nhiên áp suất cao cũng làm tăng tốc độ cháy của hỗn hợp, làm tăng rung động và ồn của động cơ. Nhiệt độ nước làm mát (Tlm) có ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu, hao mòn động cơ và phát thải khí độc hại. Nhưng không ảnh hưởng nhiều đến công suất cũng như độ ồn của động cơ.
16. - 16 - Nhiệt độ dầu bôi trơn (Tbt) có ảnh hưởng đến lực cản ma sát dẫn đến sự tiêu hao nhiên liệu. Tuy nhiên mức độ ảnh hưởng đến công suất động cơ, độ ồn và nồng độ khí thải không nhiều. Nhiệt độ khí nạp (Tkn) cũng là một tham số ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu. Qua phân tích và khảo sát như trên thì hai tham số điều chỉnh φs, pf là hai tham số cơ bản quan trọng nhất của động cơ bởi nó quyết định tới cả công suất, tiêu hao nhiên liệu, sự phát thải và độ ồn của động cơ. Còn các thông số khác có ảnh hưởng nhưng không nhiều. Vì vậy chọn hai tham số φs, pf được điều chỉnh để khảo sát được xem như là tham số tiêu biểu. Do đó trong quá trình thí nghiệm các tham số không khảo sát được giữ ổn định ở chế độ hợp lý đối với từng loại động cơ. 3.3.2. Quy trình tối ưu các tham số điều chỉnh Tối ưu các tham số điều chỉnh được thực hiện tại các chế độ làm việc với các hàm mục tiêu khác nhau thông qua nhiều ma trận thử nghiệm. Việc xác định bộ tham số (φs, pf) tối ưu được tiến hành bằng thực nghiệm. Ứng với mỗi chế độ làm việc, giá trị (φs, pf) tối ưu được lựa chọn theo mục tiêu tính kinh tế và tính hiệu quả cao nhất. Do hai thông số φs và pf ảnh hưởng đồng thời đến đặc tính làm việc của động cơ [65]. Cho nên việc xác định hai thông số này cần phải được tiến hành đồng thời. Theo đặc tính điều chỉnh, mô men có ích (Me) theo pf và φs luôn có xu hướng đạt cực trị ở một giá trị nhất định [2]. Ngoài ra do giới hạn nghiên cứu của luận án, với hai thông số đầu vào nên việc thực hiện số điểm thử nghiệm theo lý thuyết QHTN là không nhiều. Do đó nghiên cứu này đã lựa chọn phương pháp QHTG cấp II mà bỏ qua tuần tự đi từ phương pháp QHTG cấp I. 3.3.3. Tiến hành bài toán quy hoạch trực giao cấp II Hai thông số đầu vào là φs, pf và một thông số đầu ra là mô men dạng phương trình hồi quy sẽ có dạng như sau: 2 2 y = b0 + b1x1 + b2x2 + b12 x1x2 + b11x1 + b22x2 (3.33) Ma trận thử nghiệm được xây dựng theo phương án thực nghiệm bậc 2 của Box – Wilson. 3.4. Kết luận chương 3 Nêu lên các phương pháp QHTN trong việc nghiên cứu thực nghiệm. Quy trình áp dụng QHTN để tìm bộ tham số điều chỉnh tối ưu. Sử dụng phần mềm QHTN DX6 cho quá trình thiết kế thí nghiệm và
17. - 17 - cũng như việc giải bài toán tối ưu tìm bộ dữ liệu chuẩn. Tham số điều chỉnh (φs, pf) là hai tham số quan trọng nhất và ảnh hưởng đến động cơ được chọn làm thí nghiệm mà không giảm tính tổng quát của bài toán. CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU CHUẨN TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL AVL 5402 4.1. Mục đích Ứng dụng QHTN xây dựng bộ dữ liệu chuẩn trên động cơ diesel AVL 5402 có sử dụng HTNL CR. 4.2. Nội dung thử nghiệm - Xác định miền khảo sát của các tham số φs, pf. - Dùng thực nghiệm để xác định hàm hồi quy thể hiện quan hệ biến điều khiển với hàm mục tiêu Memax, Gnlmin. - Xác định các giá trị tối ưu của tham số điều chỉnh φs, pf. - Đánh giá độ tin cậy của bộ tham số điều khiển tối ưu thu được. 4.3. Thiết bị và đối tượng thử nghiệm 4.3.1. Thiết bị thử nghiệm Các thử nghiệm được thực hiện trên băng thử động cơ một xylanh tại PTN ĐCĐT. Băng thử được điều khiển bằng phần mềm PUMA, ngoài ra, để thực hiện thay đổi các tham số điều chỉnh của động cơ, băng thử còn được trang bị thêm phần mềm INCA với ECU mở, sơ đồ kết nối các Hình 4.1. Sơ đồ bố trí băng thử động cơ AVL-5402 hệ thống thể hiện trên hình 4.1. 4.3.2. Động cơ thử nghiệm Bảng 4.2. Thông số kỹ thuật của động cơ Đối tượng nghiên cứu là động TT Thông số KT Giá trị cơ thử nghiệm AVL 5402, được 1 Kiểu động cơ Diesel 4 kỳ, không t/áp trang bị HTNL CR, trong đó có 2 N 9 (kW) sử dụng ECU mở để điều khiển e 3 n 3000 (v/ph) được tham số điều khiển trong HTNL. Các thông số chính của 4 D 85 (mm) ĐC được thể hiện trong bảng 4.2. 5 S 90 (mm) 6 ε 17,1 7 Số xylanh 1
18. - 18 - 4.4. Quy trình và điều kiện thử nghiệm 4.4.1. Quy trình thử nghiệm Trên cơ sở các thông số kỹ thuật của động cơ AVL 5402, dải tốc độ khảo sát lựa chọn từ nmin= 1000 đến nmax= 3000 v/ph như thể hiện trên Hình 4.8. Dải tốc độ và tải được chia thành 10 khoảng đều nhau tương ứng với n = 200 Hình 4.8. Vùng làm việc của động cơ v/ph và tải = 10%. Việc xác định bộ số liệu (φs, pf) tối ưu của động cơ được thực hiện thông qua việc xây dựng các đường đặc tính của động cơ và bao gồm các Hình 4.9. Các bước xây dựng bộ tham số (φs, pf) bước thể hiện trên Hình 4.9. tối ưu 4.4.2. Điều kiện thử nghiệm - Băng thử, thiết bị đo và động cơ phải tiến hành kiểm tra, hiệu chuẩn. - Nhiệt độ phòng, nước làm mát, dầu bôi trơn và nhiên liệu được duy trì ổn định. 4.5. Tiến hành thử nghiệm và kết quả 4.5.1. Xây dựng đường đặc tính ngoài Đặc tính ngoài của động cơ được lựa chọn khảo sát là đặc tính ngoài sử dụng, được định nghĩa là đường đặc tính tiến sát tới đường đặc tính khói đen và được xác định thông qua việc đo độ khói bằng thiết bị Smokemeter [67]. Trong luận án để xác định điểm thử nghiệm nằm trên đường đặc tính ngoài thì tại điểm tâm quy hoạch (φs, pf) tiến hành điều chỉnh lượng nhiên liệu phun Gnl sao cho độ khói đo được đạt tới giá trị đặt trước FSN = 9,5 [67]. Tại mỗi ma trận thử nghiệm giá trị Gnl được giữ cố định. 4.5.1.1. Xây dựng thử nghiệm tại tốc độ 3000 v/ph Quy trình thử nghiệm tại tốc độ 3000 v/ph được thiết kế theo phương pháp QHTG cấp II. Giá trị (φs, pf) tối ưu được xác định bằng cách tiến hành tuần tự theo các bước như mục 4.4.1. Thông qua các
19. - 19 - thông số kỹ thuật của động cơ, băng thử và các kết quả nghiên cứu tại PTN-ĐCĐT, miền khảo sát pf và φs, được lựa chọn như sau: 400bar pf 800bar 80 32 0 s 0 Như vậy tâm quy hoạch (φs, pf) = (20 ; 600 bar). Để thống nhất ký hiệu và thuận tiện trong quá trình thiết lập thử nghiệm, tiến hành mã hóa với x1 là φs, x2 là pf. Với số lượng yếu tố đầu vào là 2, số thử nghiệm cần thực hiện N = 10 kết quả thể hiện như bảng 4.3 với 4 thử nghiệm ở mức trên và mức dưới, 4 thử nghiệm ở mức “sao” và 2 thử nghiệm ở mức trung tâm [16, 27, 31]. Như vậy hàm số mô men Bảng 4.3. Các điểm thử nghiệm tại tốc độ phụ thuộc pf và φs tại tốc độ n = 3000 v/ph 3000 v/ph được thể hiện như Me TT x1 x2 X1 X2 công thức sau: (N.m) 1 8 400 -1 -1 25,5 Me = 28,95 – 0,071*X1 + 0,154*X2 – 2,55*X12 -0,35*X22 – 2 32 400 1 -1 26,6 0,55*X1*X2 (4.1) 3 8 800 -1 1 27,5 Kết quả tính toán hệ số 4 32 800 1 1 26,4 Fisher trên phần mềm cho thấy 5 3 600 -1,41 0 23,6 6 37 600 1,41 0 23,2 Ftn=25,95 trong khi đó tra bảng tiêu chuẩn Fisher (phụ lục 3) F 7 20 320 0 -1,41 28 8 20 880 0 1,41 27,6 = 224,6. So sánh nhận thấy Ftn < F do đó mô hình toán đã 9 20 600 0 0 28,5 10 20 600 0 0 28,5 chọn phù hợp với thực nghiệm. Kết quả khảo sát cho thấy giá trị mômen lớn nhất là Memax = 28,97 Nm tại điểm (X1, X2) = (-0,04; 0,25) quy đổi từ giá trị mã hóa sang giá 0 trị thực (x1, x2) = (19,52 ; 650 bar). 4.5.1.2. Xây dựng thử nghiệm tại điểm nmax – Δn 4.5.1.3. Xây dựng thử nghiệm tại điểm nmax – k.Δn Với biến k chạy từ 2 đến 10, việc thiết kế thí nghiệm được tiến hành tương tự như đối với điểm 3000 v/ph và 2800 v/ph, với các giá trị (φs, pf) tối ưu tìm được tại điểm nmax – (k-1).Δn sẽ được chọn làm tâm quy hoạch cho điểm nmax – k.Δn. Sau khi tính toán trên phần mềm DX6, kết quả thể hiện mối quan hệ giữa mô men với φs, pf cũng như bộ thông số φs và pf tối ưu theo tốc độ
20. - 20 - động cơ ở đường đặc tính ngoài được tổng hợp theo bảng 4.8 và Hình 4.16. Từ Hình 4.16 cho thấy giá trị mô men lớn nhất trên đường đặc tính ngoài đạt được tại tốc độ 2000 v/ph. Giá trị (φs, pf) tối ưu có xu hướng tăng khi tốc độ động cơ tăng. Trong đó giá trị của φs thay đổi trong 0 0 khoảng từ 10 đến 20 , giá trị của pf tương ứng thay đổi trong khoảng từ 540 ÷ 650 bar. Bảng 4.8. Giá trị mô men lớn nhất ở đường đặc tính ngoài Tốc độ φs pf Me (v/ph) (độ) (bar) (N.m) 1000 10,44 542,29 27,59 1200 12,61 575,2 28,45 1400 15,14 588,2 29,46 1600 16,98 598,5 30,38 1800 17,47 608,1 31,19 2000 17,64 615,7 31,61 2200 17,87 614,8 31,33 2400 18,11 621,8 30,59 2600 18,5 622,6 30,18 2800 19,07 627,5 29,58 3000 19,52 650 28,97 Hình 4.16. Bộ thông số tối ưu ở đường đặc tính ngoài 4.5.2. Xây dựng đường đặc tính không tải Việc xây dựng đặc tính không tải thông qua việc xác định bộ thông số tối ưu ở chế độ không tải tại các tốc độ khác nhau với hàm mục tiêu là chọn (φs, pf) sao cho lượng nhiên liệu tiêu thụ (Gnl) là nhỏ nhất. Quá trình xây dựng xuất phát từ điểm nmin = 1000 v/ph đến điểm nmax = 3000 v/ph với Δn = 200 v/ph. Quy trình xác định giá trị (φs, pf) tối ưu tại các tốc độ khác nhau. 4.5.2.1. Xây dựng thử nghiệm tại tốc độ nmin Sau khi thực hiện một số thử nghiệm thăm dò, chọn dải (φs, pf) khảo sát như sau: 200 bar ≤ pf ≤ 400 bar 0 0 4 ≤ φs ≤ 12 0 Như vậy tâm quy hoạch là ( 0 0 ) = (8 ; 300 bar). s, p f Ma trận thí nghiệm được xây dựng theo phương pháp QHTG cấp II với 10 thử nghiệm thể hiện trong bảng 4.9. Như vậy hàm số Gnl phụ thuộc pf và φs được thể hiện như công thức sau:
21. - 21 - 2 2 Gnl = 88,75 + 6,98*X1 + 12,59*X2 +50,00*X1 +40,00*X2 + 2,5*X1*X2 (4.3) Kiểm tra sự phù hợp của mô Bảng 4.9. Các điểm thử nghiệm tốc độ hình theo chuẩn Fisher (phụ lục 1000 v/ph G 3), kết quả tính toán từ phần TT x x X X nl 1 2 1 2 (g/h) mềm cho thấy Ftn = 6,77 < 1 4 200 -1 -1 140 224,6. Như vậy mô hình toán 2 12 200 1 -1 170 học đã lựa chọn là phù hợp với 3 4 400 -1 1 150 thực nghiệm. 4 12 400 1 1 190 5 2,36 300 -1,41 0 Với hàm Gnl đã xác định ở 210 trên tiến hành khảo sát tìm điểm 6 13,64 300 1,41 0 200 7 8 159 0 -1,41 160 (φs, pf) có Gnlmin. Kết quả chạy trên phần mềm cho thấy điểm 8 8 441 0 1,41 210 9 8 300 0 0 100 (φs, pf) = (7,72; 284) là điểm có 10 8 300 0 0 110 Gnl thấp nhất với Gnl= 87,54 g/h. 4.5.2.2. Xây dựng thử nghiệm tại tốc độ nmin + Δn 4.5.2.3 Thực hiện tại điểm nmin + k.Δn Với k = 2 ÷ 10, thực hiện tương tự như tại tốc độ 1000 v/ph và 1200 v/ph với một số điểm cần lưu ý như sau: Chọn (φs, pf) tìm được tại điểm nmax + (k-1).Δn làm tâm xoay cho điểm nmax + k.Δn. Kết quả thể hiện mối quan hệ giữa Gnl với φs, pf cũng như bộ thông số (φs, pf) tối ưu theo tốc độ động cơ ở đường đặc tính không tải được tổng hợp theo bảng 4.13 và Hình 4.22. Từ các đường đặc tính này bộ thông số tại các điểm tốc độ không khảo sát là: 1600, 2000, 2400 và 2800 v/ph được tính toán theo phương pháp nội suy. Hình 4.22 Bộ thông số tối ưu ở đường đặc tính không tải
22. - 22 - 4.5.3. Xây dựng các đường đặc tính tải Trên cơ sở phương pháp phân vùng - chia lưới, do vậy sẽ giảm số mắt lưới cần thử nghiệm từ 121 xuống còn 69. Như vậy, sau khi thử nghiệm xác định bộ tham số (φs, pf) và Me-max tại các mắt lưới được lựa chọn khảo sát bằng QHTN, cũng như thực hiện phép nội suy tại các mắt lưới không thử nghiệm sẽ cho kết quả bộ tham số như thể hiện trên các bảng 4.17, 4.18 và 4.19, các giá trị ở ô được tô màu đậm là giá trị cơ sở. Bảng 4.17. Bộ thông số φs tối ưu sau khi nội suy Tải (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 n (v/ph) 1000 7,72 7,21 6,32 5,43 7,3 9,64 9,78 11,74 11,52 10,72 10,44 1200 8,76 4,23 5,85 4,62 7,46 10,77 11,2 13,7 13,7 13 12,61 1400 10,71 8,11 8,24 9,41 10,33 11,9 14,58 16,8 15,95 15,36 15,14 1600 11,42 9,25 10,75 11,7 13,52 16,2 18,4 18,55 18,2 17,38 16,98 1800 12,12 10,82 13,8 15,08 15,6 17,1 19,68 20,8 20,18 18,6 17,47 2000 13,35 11,87 15,1 15,85 15,8 18,98 22,4 23,75 23,1 20,76 17,64 2200 14,57 12,93 16,4 17,91 18,5 20,6 22,44 24,97 25,4 23,7 17,87 2400 15,1 13,5 17,24 18,62 19,05 20,83 22,48 25,46 26,3 22,6 18,11 2600 15,62 14,07 18,1 19,03 20,16 21,2 23,06 24,36 24,45 21,82 18,5 2800 16,77 17,85 18,53 19,25 20,78 22,07 24,21 25,02 25,31 22,6 19,07 3000 17,92 18,62 18,9 19,74 21,4 22,93 25,11 26,2 26,2 23,1 19,52 Bảng 4.18. Bộ thông số pf tối ưu sau khi nội suy Tải (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 n (v/ph) 1000 284 334,1 387,6 421,7 436,13 456,4 506,14 524,37 536,29 532,5 542,3 1200 313,2 368,5 394,9 466,3 468,44 476,85 521,1 532,9 538,4 528,14 575,2 1400 334,9 377,25 402,2 474,6 482,72 497,3 518,25 533,7 542,85 536,41 588,2 1600 340,4 386 399,3 488,2 497,18 512,8 515,4 514,45 547,3 543,41 598,5 1800 345,9 369,55 396,4 430,05 452,8 481,6 499,55 495,2 548,65 548,6 608,1 2000 342,7 370,42 401,35 425,07 438 493,5 483,7 474,72 550 568,95 615,7 2200 339,5 371,29 406,3 428,38 439,6 505,4 486,7 473,89 545,2 589,3 614,8 2400 337,45 360,91 387,5 421,8 445,4 492 489,7 470,86 535,6 592,7 621,8 2600 335,4 350,43 368,5 413,7 412,7 478,6 477,5 462,5 529,6 575,8 622,6 2800 331,85 345,7 362,55 405,6 408,2 469,62 465,3 464,9 523,6 588,6 627,5 3000 328,3 340,97 356,6 400,1 403,7 468,49 465,93 467,3 514,26 567,4 650
23. - 23 - Bảng 4.19. Bộ thông số Me tối ưu sau khi nội suy Tải (%) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 n (v/ph) 1000 3,9 8,1 11,9 15,45 19,5 22,19 24,48 25,46 27,16 27,59 1200 4,7 8,6 12,4 16,09 20,3 23,1 25,48 26,5 27,66 28,45 1400 5,1 9,2 13,4 16,98 21,1 23,7 26,2 27,3 28,51 29,46 1600 5,5 9,48 14,1 17,62 21,7 24,4 26,4 28,2 29,3 30,38 1800 4,79 9,1 13,55 17,2 21,4 24,35 26,8 28,49 30,12 31,19 2000 4,86 9,22 13,8 18,4 21,69 24,8 26,83 28,85 30,27 31,61 2200 4,92 9,34 13,77 18,5 22,15 24,14 26,9 29,65 30,48 31,33 2400 4,72 8,96 13,46 17,82 21,23 23,48 25,89 28,3 29,57 30,59 2600 4,66 8,85 13,03 17,65 21,45 23,15 25,87 27,7 29,32 30,18 2800 4,72 8,47 12,16 17,31 19,56 21,81 25,05 27,31 28,61 29,58 3000 4,55 8,16 11,85 16,98 19,18 21,39 25,21 26,42 27,63 28,97 Các bộ số liệu φs (bảng 4.17), pf (bảng 4.18) sẽ là bộ dữ liệu cơ sở nạp vào ECU động cơ. Từ bộ số liệu cơ sở ECU sẽ tính toán giá trị φs và pf tại các điểm làm việc khác của động cơ. 4.5.4. Đánh giá độ tin cậy của kết quả Kết quả so sánh giữa tính toán và thử nghiệm trong bảng 4.20. Qua tính toán và so sánh thấy được sai lệch lớn nhất giữa kết quả tính từ QHTN và đo trên băng thử cho thấy Me giữa tính toán và thử nghiệm khá sát nhau với sai lệch lớn nhất là 0,6% tại tốc độ 1600 v/ph và trên toàn dải tốc độ là 0,11%. Như vậy kết quả thu được từ QHTN đảm bảo độ tin cậy. Bảng 4.20. So sánh Me giữa tính toán và thực nghiệm M M Sai lệch n (v/ph) φ (độ) p (bar) emaxtt emaxđo s f (N.m) (N.m) (%) 1000 10,44 542,29 27,59 27,55 -0,145 1200 12,61 575,2 28,45 28,55 0,35 1400 15,14 588,2 29,46 29,5 0,136 1600 16,98 598,5 30,38 30,2 -0,6 1800 17,47 608,1 31,19 31,1 -0,289 2000 17,64 615,7 31,61 31,5 -0,35 2200 17,87 614,8 31,33 31,25 -0,256 2400 18,11 621,8 30,59 30,6 0,0327 2600 18,5 622,6 30,18 30,20 0,066 2800 19,07 627,5 29,58 29,5 -0,271 3000 19,52 650 28,97 29 0,103 Sai lệch trung bình -0,111
24. - 24 - 4.6. Kết luận chương 4 Đã xây dựng bộ dữ liệu chuẩn với hai thông số điều chỉnh (φs, pf ) cho động cơ AVL 5402 theo quy trình đã xây dựng, bằng QHTN trực giao cấp II với phần mềm DX6. Áp dụng phương pháp QHTG cấp II, tại mỗi điểm làm việc của động cơ cần thực hiện 10 thí nghiệm để xác định được giá trị (φs, pf). Bộ thông số (φs, pf) tối ưu cơ sở của động cơ được xác định thông qua thực hiện tuần tự tại các điểm làm việc cơ sở. Tìm ra được bộ thông số tối ưu ở các điểm cơ sở và từ đó tìm bộ thông số tối ưu toàn bộ dựa theo phương pháp nội suy. Bộ thông số (φs, pf) tối ưu sẽ là bộ thông số cơ sở nạp vào ECU để điều khiển động cơ trong qua trình làm việc thực tế. Đã đánh giá độ tin cậy của bộ dữ liệu thu được theo qui định của QHTN. KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận chung Đưa ra một cách hệ thống về phương pháp xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của HTNL ĐKĐT. Xây dựng bộ dữ liệu các tham số điều khiển tối ưu của HTNL CR cho ECU của động cơ AVL 5402 như một ví dụ của phương pháp đã nêu. Thiết lập quy trình xây dựng và bộ dữ liệu (φs, pf) tối ưu của động cơ. Kết quả đạt được có thể coi là cơ sở để tiến hành nghiên cứu sâu thêm hoặc mở rộng hơn nữa cho các ĐCĐT có trang bị HTNL điện tử. Kết quả luận án là tài liệu tham khảo trong nghiên cứu phát triển động cơ và đào tạo chuyên sâu về chuyên ngành ĐCĐT. Các nhà nghiên cứu và khai thác sẽ chủ động trong sử dụng bảo dưỡng và sửa chữa các động cơ có HTNL ĐKĐT. Phương hướng phát triển - Mở rộng các thông số điều chỉnh khác như phun mồi, phun sau hoặc giải bài toán tối ưu đa mục tiêu như Me, khí thải, độ rung động. - Nghiên cứu tự động hóa quá trình xây dựng bộ dữ liệu chuẩn trên băng thử động cơ.