ii TÓM TẮT Trong bài nghiên cứu về “Nghiên cứu thiết kế và cải tiến động cơ HONDA WAVE 110 cho cuộc thi honda EMC 2021” dựa vào các kiến thức đã học và tài liệu tham khảo về động cơ, ch
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
Ngày nay ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu toàn cầu đang rất được quan tâm, ô nhiễm môi trường bắt nguồn từ nhiều nguyên nhân do rác thải sinh hoạt, do khí thải độc hại từ các nhà máy, khí thải từ các phương tiện giao thông Chính vì thế các tiêu chuẩn về khí thải đặt ra trên các dòng xe ô tô hiện nay là vô cùng nghiêm ngặt, bên cạnh đó các yêu cầu về công suất của động cơ cũng được quan tâm Việc thiết kế, chế tạo một động cơ tiết kiệm nhiên liệu nhưng vẫn giữ được công suất cao đáp ứng mong muốn của người tiêu dùng là mục tiêu hàng đầu của các nhà sản xuất Nguồn nhiên liệu hóa thạch là một nguồn nhiên liệu giới hạn và ngày cạn kiệt đang đến gần, việc động cơ tiết kiếm nhiên liệu vẫn đáp ứng nhu cầu di chuyển của người dùng, vừa bảo vệ môi trường, kéo dài thời gian nghiên cứu tiềm kiếm nguồn năng lượng thay thế trong tương lai Ngày nay các kỹ sư cũng đã nghiên cứu ra nhiều nhiên liệu thay thế như sử dụng nguồn năng lượng điện, điện mặt trời, khí thiên nhiên… Nhưng việc sử dụng xăng hay diesel vẫn mang lại sự tin tưởng cho người tiêu dùng Vấn đề trước mắt cần giải quyết đó là tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ Hiện nay trên thế giới cũng có rất nhiều cuộc thi về thiết kế, chế tạo động cơ tiết kiệm nhiên liệu nhằm tìm ra các phát minh đột phát, các kỹ sư giỏi và cũng nhằm nâng cao ý thức của mỗi người trong quá trình sử dụng xe máy, ô tô ảnh hưởng đến môi trường Trong các cuộc thi đó ta có thể tiếp cận đến cuộc thi Shell eco marathon và trong nước ta có thể tham gia
“Cuộc thi Lái xe sinh thái – Tiết kiệm nhiên liệu Honda”
Cuộc thi Lái xe sinh thái - Tiết kiệm nhiên liệu Honda nhằm nâng cao ý thức tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường, đặc biệt là trong thế hệ trẻ Bằng niềm vui sáng tạo và hoạt động làm việc nhóm, cuộc thi mang tới một sân chơi bổ ích và năng động cho các kỹ sư tương lai thỏa sức sáng tạo Cũng là sinh viên với niềm đam mê chuyển động quay tròn của bánh xe với đề tài này nhóm em mong muốn sẽ củng cố được những kiến thức mà chúng em được học, cũng như vận dụng nó vào một sản phẩm thực tế
“Nghiên cứu, thiết kế và cải tiến động cơ HONDA WAVE 110 cho Cuộc thi
HONDA EMC 2021” là một đề tài phù hợp với chúng em Chúng em hi vọng Sản phẩm
2 sẽ được sử dụng làm tài liệu giảng dạy, giúp cho người học trực quan và sinh động hơn trong quá trình học tập, nhằm nâng cao hiệu quả học tập, tiết kiệm thời gian và góp phần vào sự nghiệp phát triển động cơ Sinh thái sau này
Ngoài ra với sự chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế và cải tiến động cơ HONDA WAVE 110 cho cuộc thi HONDA EMC 2021” còn hướng dẫn quá trình chuyển đổi động cơ sử bộ chế hòa khí sang động cơ sử dụng phun xăng điện tử dùng ECU để điều khiển lượng xăng, góc đánh lửa, tỉ lệ AF…
Bằng những kiến thức đã học về Ngành công nghệ kỹ thuật Ô tô và sự hướng của thầy Th.S Nguyễn Tấn Ngọc chúng em tin rằng việc nghiên cứu và áp dụng những kinh nghiệm về Ô tô sẽ giúp chúng em đạt được kết quả mong muốn trên sản phẩm động cơ xe sinh thái.
Tình hình nghiên cứu đề tài
Bài báo “Thiết kế và kiểm tra xe tiết kiệm nhiên liệu cho xe một người ngồi” của nhóm tác giả Đỗ Nhựt Trí, Phạm Minh Quang của Trường Đại học Văn Lang
Bảo vệ môi trường sống để phát triển bền vững đang là mối quan tâm của nhân loại Trong đó, giảm lượng khí thải CO2 là tiêu chí hàng đầu Một số công nghệ bao gồm phương pháp cải thiện hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch đã được đưa vào ô tô mới nhằm hạn chế những tác động tiêu cực do CO2 gây ra Trong bài báo này, các giải pháp công nghệ mới sẽ được đề xuất Chúng được kết hợp theo một phương pháp mới để cải thiện hiệu suất động cơ xe, cải thiện hệ thống đánh lửa và hồi lưu khí cũng như giảm ma sát giữa xe và môi trường khi xe đang di chuyển Phương pháp đạo cụ được áp dụng trên một phương tiện mới thực hiện cho Eco Mileage Challenge (EMC) 2019 do Honda Vietnam Compapy tổ chức thường niên Tất cả các bài kiểm tra và kết quả thi đấu ở mức trung bình 240 km/lít xăng RON98 đều chứng minh rằng phương pháp đạo cụ là khả thi và hiệu quả trong việc tiết kiệm nhiên liệu
Hình 1 1: Hình vẽ 2D khung sườn trong bài báo
Bài báo tập trung nghiên cứu về thay đổi kết cấu của động cơ để phù hợp với mục đích cuộc thi cũng như đạt được quả mong đợi
Công trình “Nghiên cứu và phát triển của xe ba bánh tiết kiệm nhiên liệu” của tác giả Luo Jin, Ma Qihua, Luo Yiping thuộc Khoa Kỹ thuật Ô tô, Đại học Khoa học và Kỹ thuật Thượng Hải, Thượng Hải, Trung Quốc
Từ năm 2007, Honda China Eco Mileage Challenge được tổ chức trong 7 năm, đến nay đã có gần trăm đội tham gia cuộc thi Mặc dù xếp hạng quốc gia về ô tô tiết kiệm nhiên liệu của trường chúng tôi là lý tưởng, nhưng kết quả cạnh tranh giữa trường chúng tôi và các trường đại học cấp cao là rất xa Để nâng cao hạng ô tô kinh tế, bài báo này phân tích các bài báo về ô tô kinh tế đã xuất bản trong những năm gần đây, thảo luận về hướng nghiên cứu chính của ô tô kinh tế và những thành tựu chính, phân tích từ hướng nghiên cứu chính và phương pháp nghiên cứu, đưa ra công nghệ của xe kinh tế hiện tại trong nước, tóm tắt xu hướng nghiên cứu về ô tô kinh tế, đưa ra định hướng cho việc thiết kế ô tô kinh tế trong tương lai
Nhận xét: Ở bải nghiên cứu này đã tập phân tích và thay đổi kết cấu của piston, bài nghiên cứu đã tăng khối lượng piston bằng phương pháp Hàn làm tăng quán tính chuyển động quay của động cơ
Mỗi nhóm nghiên cứu sẽ đưa ra một vấn đề riêng, sẽ thay đổi những thứ mà họ cho rằng không cần thiết hoặc điều đó sẽ làm tiêu hao nhiên liệu Nhưng mục tiêu của các nghiên cứu vẫn hướng về một động tiêu tốn ít nhiên liệu nhưng lại cho công suất đủ dùng.
Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu, thiết kế và cải tiến động cơ HONDA WAVE 110 để tham gia cuộc thi
Xe sinh thái, mục tiêu quan trọng nhất chúng em đề ra chính là xây dựng được một động cơ tiết kiệm nhiên liệu nhưng vẫn đáp ứng đủ công suất và momen xoắn cần thiết để đẩy tốc độ xe theo yêu cần cuộc thi
Tạo ra một sản phẩm đáp ứng yêu cầu của cuộc thi và qua đó cũng là một sản phẩm để giúp cho Sinh viên Sư phạm kỹ thuật có thể tham khảo cho những cuộc thi tiếp theo mang lại kết quả tốt hơn Động cơ được cắt bỏ hộp số, cắt gọt một vài chi tiết cho động cơ nhẹ hơn và chuyển từ động cơ nguyên bản là sử dụng bộ chế hòa khí sang sử dụng phun xăng điện tử Qua đó nhóm cũng ôn lại các kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, sơ đồ mạch điện về hệ thống phun xăng điện tử cũng có phần tương tự và đơn giản như hệ thống phun xăng điện
Hình 1 2: Piston cơ bản (Bên trái) và Piston được thêm khối lượng (Bên phải)
Ngoài ra, mục tiêu của nhóm cũng là rèn luyện các kỹ năng hàn, cắt, lắp ráp, căn chỉnh, thi công trên sản phẩm một cách đúng kỷ thuật Đây cũng là cơ hội để chúng em nâng cao khả nâng xử lí, chẩn đoán, kiểm tra, sửa chữa động cơ khi có vấn đề xảy ra.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Động cơ WAVE RSX 110 của hãng HONDA sử dụng bộ chế hòa khí do HONDA Việt Nam cung cấp
Phạm vi nghiên cứu và thực hiện đề tài
Nghiên cứu động cơ HONDA WAVE RSX 110
Chuyển đổi hệ thống cung cấp nhiên liệu từ sử dụng bộ chế hòa khí sang sử dụng Phun xăng điện tử - FI
Thiết kế đường đi của hệ thống cung cấp nhiên liệu có sử dụng bôm màng
Thiết kế hệ thống ngắt động cơ động tạm thời
Thiết kế lại hệ thống bôi trơn cung cấp nhớt đến các chi tiết nhằm bôi trơn và làm mát động cơ
Nghiên cứu các phương pháp tăng hiệu suất động cơ và các biện pháp áp dụng trên được vào điều kiện thực tế
Nghiên cứu và Tunning ECU cho phù hợp với từng chế độ như khởi động, tăng tốc hay bắt đầu nổ lại khi xe đang có quán tính…
Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình thực hiện đề tài đã sử dụng một số phương pháp sau:
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Tham khảo tài liệu do giảng viên hướng dẫn cung cấp và các tài liệu giáo trình
6 đã học, đồng thời tham khảo một số nguồn tài liệu có uy tín trên mạng Internet
Phương pháp tham khảo, sưu tầm tài liệu chuyên ngành ô tô
Phương pháp sử dụng các phần mềm mô phỏng
Tham khảo ý kiến của các thầy và bạn bè để học hỏi những kinh nghiệm của thầy cô, bạn bè trong việc thi công và thiết kế các cụm chi tiết của mô hình
Phương pháp thực nghiệm tìm ra thông số ở số vòng quay mà nó tiết kiệm nhiên, công suất và momen xoắn ở con số hợp lí.
Ý nghĩa khoa học
Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và cải tiến động cơ HONDA WAVE 110 tham gia cuộc thi Xe sinh thái” Giải quyết các vấn đề sau:
Là công cụ để sinh viên có thể mở rộng tầm hiểu biết về các phương pháp nghiên cứu, cải tiến động cơ trong tương lai, từ đó việc hình thành các quá trình và giai đoạn nghiên cứu động cơ trở nên dễ dàng và ít tốn thời gian hơn
Tạo thêm sự hiểu biết sâu rộng và có cái nhìn tổng quát, giúp sinh viên có thêm ý tưởng tạo ra nhiều sản phẩm sáng tạo
Với đề tài này nhóm hi vọng là một tài liệu hữu ích giúp cho sinh viên tham khảo, cũng như cải tiến động cơ mà nhóm còn sai sót.
Giới hạn đề tài
Vì cơ sở vật chất và điều kiện kinh tế có giới hạn nên với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và cải tiến động cơ HONDA WAVE 110 tham gia cuộc thi Xe sinh thái” nhóm tập trung nghiên cứu và thiết kế một số bộ phận quan trọng trên động cơ và tinh chỉnh ECU.
Kết quả dự kiến đạt được
Hiểu rõ và áp dụng các lí thuyết về động cơ đốt trong Hiểu rõ được lý thuyết thử nghiệm động cơ Nắm rõ quy trình vận hành phòng thử
Mô phỏng và xây dựng được đồ thị mô-ment, công suất, lượng nhiên liệu tiêu thụ, suất tiêu hao nhiên liệu, áp suất khí nạ Đánh giá các kết quả đạt được.
GIỚI THIỆU
Giới thiệu về cuộc thi EMC
2.1.1 Lịch sử hình thành Được khởi nguồn từ HONDA Nhật Bản từ năm 1981, cuộc thi lái xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu là một cuộc thi, sự kiện hướng đến bảo vệ môi trường Tính đến nay, cuộc thi đã trãi qua quãng đường tròn 33 năm Cuộc thi’ Lái xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu HONDA” là một sân chơi lành mạnh nời những người tham gia kết hợp sự sáng tạo, trí tưởng tượng và những hiểu biết về công nghệ để thiết kế ra những chiếc xe và cạnh tranh về hiệu suất tiêu hao nhiên liệu Cuộc thi mỗi năm thường hướng tới mục đích nâng cao niềm vui sáng tạo trong làm việc nhóm của các thành viên, cũng như ý thức bảo vệ môi trường của giới trẻ hiện nay và tương lai Và hiện nay, không chỉ Nhật Bản mà cuộc thi còn lan rộng ra các nước lân cận ở Châu Á như: Thái Lan, Trung Quốc và cả Việt Nam ta Với khẩu hiệu “Bạn có thể đi được bao nhiêu km chỉ với 1 lít xăng?”, kỷ lục tiết kiệm nhiên liệu cao nhất từ trước đến nay là: 3.644,86 Km/lít xăng đã được đội FireBall xác lập vào năm 2011 tại Nhật Bản với động cơ HONDA 50cc và 1800 Km/lít đối với động cơ 110 cc của đội Elite của Trung Quốc
2.1.2 Cuộc thi lái xe tiết kiệm nhiên liệu ở Việt Nam
Cuộc thi Lái xe tiết kiệm nhiên liệu đã được tổ chức ở Việt nam từ năm 2010 cho đến nay đã tổ chức được 11 lần và vẫn đang tiếp tục phát triển qua từng năm Đây là sân chơi để sinh viên các trường trên cả nước có cơ hội giao lưu cọ sát với nhau
Cuộc thi Lái xe sinh thái - Tiết kiệm nhiên liệu HONDA là cuộc thi trong đó người tham gia sẽ ứng dụng các ý tưởng và công nghệ độc đáo để chế tạo ra phương tiện sử dụng động cơ 4 kỳ của HONDA đi được quãng đường xa nhất chỉ với 1 lít xăng
Mục đích của Cuộc thi Lái xe sinh thái - Tiết kiệm nhiên liệu HONDA nhằm nâng cao ý thức tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường, đặc biệt là trong thế hệ trẻ Bằng niềm vui sáng tạo và hoạt động làm việc nhóm, cuộc thi mang tới một sân chơi bổ ích và năng động cho các kỹ sư tương lai thỏa sức sáng tạo
8 Đối tượng tham gia: Tất cả cá nhân, tổ chức đều có thể đăng ký tham gia vào hạng mục xe tự chế Mỗi đội (5 thành viên) sẽ chế tạo phương tiện sử dụng động cơ HONDA WAVE 110cc do HONDA Việt Nam sản xuất để cạnh tranh về mức tiêu hao nhiên liệu
Nhóm I: Học sinh, sinh viên các trường học
Nhóm II: Các Doanh nghiệp, tổ chức
Nhóm III: Nội bộ HONDA Việt Nam
Tốc độ chạy: tốc độ trung bình tối thiểu 25 km/h
Quãng đường và Thời gian chạy
Bảng 2 1: Số vòng đua, số kilomet và thời gian hoàn thành
Hạng mục xe tự chế
Lượng nhiên liệu tiêu hao được tính theo công thức:
[khối lượng ban đầu – khối lượng sau khi về đích]
Công thức tính toán mức tiêu hao nhiên liệu: Mức tiêu hao nhiên liệu (km/l) Quãng đường chạy ÷ (Lượng nhiên liệu tiêu hao ÷ tỷ trọng nhiên liệu)
Thứ hạng sẽ được xác định như sau:
Mức tiêu thụ nhiên liệu càng ít, thứ hạng càng cao
Nếu hai hay nhiều phương tiện có cùng mức tiêu thụ nhiên liệu, phương tiện nào chạy với tốc độ trung bình cao hơn sẽ xếp thứ hạng cao hơn
Nếu hai hay nhiều phương tiện từ mục 2 có cùng mức tốc độ trung bình như nhau, phương tiện nào có người lái nặng cân hơn sẽ xếp thứ hạng cao hơn
2.1.3 Các quy định về cuộc thi về động cơ
Sử dụng động cơ 4 thì, 110cc do HONDA Việt Nam sản xuất Được phép thực hiện các thay đổi tuân thủ theo các quy định dưới đây [10]:
Dung tích buồng đốt phải đảm bảo giống động cơ từ 108~110cc của HONDA Việt Nam (đảm bảo đường kính xi lanh và hành trình piston theo đúng thông số kỹ thuật gốc) và động cơ phải được hút khí tự nhiên (Ban tổ chức có quyền kiểm tra dung tích động cơ đảm bảo đúng quy định)
Dầu bôi trơn phải đảm bảo không rò rỉ vào lốp xe, phanh, hoặc ra đường chạy
Các tấm chắn dầu phải ngăn không cho dầu bôi trơn rò rỉ ra ngoài phương tiện
Các tấm chắn phải có kích thước đủ lớn và phải được lắp đặt sao cho có thể chống nước chảy vào, hoặc chống rung khi phương tiện đang chạy
Xác định dung tích động cơ:
Dung tích động cơ được tính toán theo công thức về thể tích xy lanh Đối với xy lanh, đường kính là đường kính bên trong và khoảng chạy pittong là khoảng cách giữa điểm chết trên và điểm chết dưới
Dung tích (cc) = (D x D x 3,14 x C ÷ 4) x số xy lanh
Dung tích sẽ được làm tròn đến 1 chữ số thập phân
Cơ sở lí thuyết
2.2.1 Cơ sở lý thuyết về tính kinh tế nhiên liệu của phương tiện
Tính kinh tế chung của một phương tiện giao thông được đánh giá bằng giá thành theo đơn vị số lượng và quãng đường vận chuyển: tấn - km hoặc một hành khách - km Tổng giá thành vận chuyển của phương tiện phụ thuộc vào: kết cấu, tình trạng kỹ thuật của chúng, giá thành lượng nhiên liệu tiêu thụ, điều kiện đường xá, điều kiện khí hậu khi sử dụng, chi phí lao động phải trả…
Tính kinh tế nhiên liệu của ôtô được đánh giá bằng mức tiêu hao nhiên liệu trên quãng đường 100km hoặc mức tiêu hao nhiên liệu cho một tấn-km Đối với ôtô khách được tính theo mức tiêu hao nhiên liệu trên một hành khách-km hoặc 100km
Mức tiêu hao nhiên liệu cho một đơn vị quãng đường chạy qd của một phương tiện được tính theo biểu thức [1]:
Q – Lượng tiêu hao nhiên liệu (l)
S– Quãng đường chạy được của ôtô (km)
Mức tiêu hao nhiên liệu trên đơn vị quãng đường chạy tính theo công thức trên không kể đến khối lượng hàng hóa hay con người mà phương tiện vận chuyển được mặc dù khi xe chuyên chở hàng hóa thì lượng nhiên liệu tiêu thụ sẽ lớn hơn khi không có chuyên chở hàng hóa Cho nên cần đánh giá tính kinh tế nhiên liệu còn có thể đánh giá theo một đơn vị hàng hóa vận chuyển Ví dụ đối với phương tiện vận tải, mức tiêu hao nhiên liệu cho một đơn vị hàng hóa qc được tính theo biểu thức sau [1]:
Gt – Khối lượng hàng hóa chuyên chở (tấn)
St – Quãng đường chuyên chở của ôtô khi có hàng hóa (km)
n – Tỷ trọng nhiên liệu (kg/l)
Khi xe chuyển động, tính kinh tế nhiên liệu của nó phụ thuộc vào tính kinh tế nhiên liệu của động cơ đặt trên và tiêu hao công suất để khắc phục lực cản chuyển động Khi thí nghiệm động cơ trên bệ thí nghiệm, ta xác định được mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian (kg/h) và công suất phát ra của động cơ Pe (kW)
Mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian được xác định theo biểu thức [1]:
Trong đó: t – Thời gian làm việc của động cơ (h) Để đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của động cơ, ta dùng suất tiêu hao nhiên liệu có ích [1]
Pe – Công suất có ích của động cơ (kW)
Thông qua thí nghiệm động cơ và tính toán, ta xây dựng được đồ thị quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay của trục khuỷu và moment xoắn động cơ (hoặc độ mở bướm ga, hoặc công suất động cơ) [1]: g e f n T e , e (2.5)
Từ đó ta rút ra được biểu thức để xác định mức tiêu hao nhiên liệu như sau [1]:
t là vận tốc chuyển động của ôtô (km/h)
Khi ô tô chuyển động, công suất của động cơ phát ra cần thiết để khắc phục các lực cản chuyển động và được biểu thị theo phương trình cân bằng công suất như sau [1]:
F F F – Các lực cản chuyển động (N) v – Vận tốc chuyển động của ôtô (m/s)
Như vậy mức tiêu hao nhiên liệu của ôtô phụ thuộc vào suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ và công suất tiêu hao để khắc phục các lực cản chuyển động
Ta có công thức tính mức tiêu hao nhiên liệu:
Phương trình trên gọi là phương trình đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu cho phương tiện chuyển động trong điều kiện tổng quát
2.2.2 Các giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế nhiên liệu
Từ công thức tính mức tiêu hao nhiên liệu, để phương tiện đạt tính kinh tế nhiên liệu cao khi vận hành, chúng ta có hai giải pháp chính:
Một là giảm suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ
Hai là giảm các công suất tiêu hao và các công suất cản chuyển động của xe
2.2.2.1 Giảm suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích phụ thuộc vào tình trạng kỹ thuật và trạng thái làm việc của động cơ Xét quá trình nhiệt động lực học diễn ra bên trong buồng đốt động cơ xăng, ta có suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ liên hệ với các đặc tính kỹ thuật của động cơ như sau [1]:
lần lượt là hiệu suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị, hiệu suất cơ giới và hệ số nạp của động cơ Hiệu suất chỉ thị là tỉ số giữa phần nhiệt lượng được chuyển hóa thành công chỉ thị với nhiệt lượng cấp cho động cơ do nhiên liệu đốt cháy trong xi lanh Hiệu suất cơ giới là tỉ số giữa công suất có ích tại đầu ra trục khuỷu với công suất chỉ thị tại piston Hệ số nạp có giá trị phụ thuộc vào sự thay đổi tốc độ dòng khí từ đường ống nạp qua xupap nạp, pha phân phối xupap và góc mở bướm ga. là hệ số dư lượng không khí, tỉ lệ giữa lượng không khí nạp thực tế và lượng nhiên liệu lý thuyết để đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt ne là tốc độ động cơ
Trong bản đồ đặc tính bộ phận của động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu có ích thường có giá trị thấp nhất, có nghĩa là hiệu quả sử dụng nhiên liệu cao nhất tại vùng tốc độ trung bình và moment xoắn trung bình Vùng tối ưu này có giá trị cụ thể và khác nhau tùy thuộc theo từng động cơ, ví dụ như bản đồ động cơ
Hình 2 1: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ trong thực tế
Từ những phân tích trên, ta rút ra được các biện pháp để giảm suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ có thể ứng dụng với phương tiện nghiên cứu trong đề tài này như sau:
Vận hành động cơ ở vùng làm việc tối ưu Thực tế, trong thuật toán điều khiển
14 hộp số tự động các loại hay điều khiển hệ thống truyền lực hybrid, động cơ luôn được cố gắng giữ hoạt động trong hoặc xung quanh vùng có suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất, còn sự thay đổi của tải và tốc độ xe được điều chỉnh thông qua sự thay đổi tỉ số truyền hộp số hoặc công suất động lực học của motor điện trong xe hybrid Đối với các xe sử dụng hộp số sàn, chọn tay số phù hợp với tốc độ và tải động cơ Người lái nên vận hành xe ở tốc độ không đổi, ứng với tay số mà đưa động cơ hoạt động trong vùng tối ưu, đồng thời tránh quá trình tăng tốc, giảm tốc đột ngột và liên tục Khi thiết kế hệ thống truyền lực, tính toán số tay số và tỉ số truyền phù hợp với hoạt động tối ưu của động cơ và điều kiện chuyển động thường xuyên nhất của xe
Tăng hiệu suất chỉ thị, bằng cách giảm nhiệt lượng hao phí, lan tỏa ra môi trường Biện pháp là bọc động cơ bằng giấy bạc giữ nhiệt, giảm số lượng và kích thước các cánh tản nhiệt buồng đốt, tăng tỉ số nén động cơ
Ảnh hưởng của góc đánh lửa đến tính kinh tế và công suất động cơ
2.3.1 Quá trình cháy trong động cơ đánh lửa cưỡng bức
Hình 2 2: Đồ thị thể hiện các giai đoạn đánh lửa
Diễn biến bình thường của quá trình cháy động cơ cháy cưỡng bức đều bắt đầu từ cực bugi, tạo nên màng lửa rồi lan truyền với tốc độ tăng dần theo mọi hướng tới khi đốt hết hòa khí Dựa vào đặc trưng biến thiên áp suất trên đồ thị p-, người ta chia quá trình cháy của động cơ cháy cưỡng bức thành ba thời kì [2]
Giai đoạn 1: Giai đoạn cháy trể tính từ lúc bu gi bật lữa điện tại điểm đến khi đường cháy tách khỏi đường nén tại điểm 2 Trong giai đoạn này hình thành những nguồn lữa đầu tiên từ bu gi và bắt đầu dịch chuyển màng lửa Lượng hỗn hợp tham gia phản ứng ít (chỉ tới khoảng 1.5%) nên lượng nhiệt tỏa ra nhr không làm thay đổi áp suất đường nén Các thông số đặc trưng của giai đoạn cháy trể là thời gian cháy trể τ1 (s) hay góc cháy trể φ1
( o TK), phụ thuộc trước hết vào thành phần và tính chất của nhiên liệu, mức độ chuyển động rối của môi chất, nhiệt độ lân cân bu gi tại thời điểm đánh lửa và năng lượng tai lửa
Giai đoạn 2: Giai đoạn cháy nhanh, diển ra từ điểm 2 đến điểm 3, màng lửa lan tràn với tốc độ lởn Do hỗn hợp đã được chuẩn bị rất tốt từ trước (xăng rất dể bay hơi, hơn nữa thời gian chuẩn bị dài: từ bên ngoài xy lanh và tiếp tục trong quá trình nạp và quá trình nén) nên phần lớn bị đốt cháy trong quá trình này Do đó, tốc độ tỏa nhiệt rất lớn trong khi thể tích xy lanh thay đổi ít nên gần với quá trình cấp nhiệt đẳng tích Cuối giai đoạn này màng lửa hầu như lan tràn khắp buồng cháy và áp suất trong xy lanh đạt cực đại Thông số đặc trung của giai đoạn cháy nhanh là tốc độ tăng áp suất:
Quá trình cháy diển ra càng mãnh liệt thì tốc độ tăng áp suất càng lớn động cơ làm việc không êm và ngược lại Trong thực tế, của động cơ xăng nằm trong khoảng 0.1 ÷ 0.2 MN/m 2 ( o TK)
Từ lý thuyết và kinh nghiệm người ta rút ra quy luật sau: Quá trình cháy có hiệu quả sinh công tốt nhất nếu như φ1 và φ2, đối xứng nhau qua ĐCT Đây chính là một cơ sở để lựa chọn góc đánh lửa sớm (φ2) tối ưu
Giai đoạn 3: Giai đoạn cháy rớt, diển ra từ điểm 3 đến điểm 4 Tốc độ cháy giảm vì chỉ chays nốt những phần hổn hợp chưa cháy như lớp sát vách hay ở khe kẽ của buồng
18 cháy…trong điều kiện nồng độ o xy gã giảm nhiều nên tốc độ tỏa nhiệt nhỏ Ngoài ra, piston đi càng khỏi DCT Do đó hiệu quả sinh công ít Nhiệt sinh ra chủ yếu làm nóng các chi tiết Để hạn chế cháy rớt có thể áp dụng các biện pháp như chọn góc đánh lửa sớm, cường độ xoáy lốc của môi chất thích hợp và sử dụng đúng loại nhiêu liệu yêu cầu
2.3.2 Ảnh hưởng của góc đánh lửa tới công suất động cơ
Do đó ảnh hưởng của góc đánh lửa tới quá trình cháy làm giảm công suất và chất lượng hoạt động của động cơ, cụ thể:
Đánh lửa sớm: Sẽ làm cho hỗn hợp cháy hoàn toàn trong kỳ nén sinh công cản lại chuyển động của piston đi lên điểm chết trên tức công sinh ra trong kỳ cháy giản nở là công âm cho nên làm giảm công suất của động cơ, gia tăng tải trọng lên các chi tiết nhóm piston thanh truyền là cho động cơ nóng lên sinh ra kích nổ và nóng máy
Đánh lửa muộn: thì quá trình cháy sẽ vẫn tiếp tục xảy ra trong trong kỳ giãn nở, thậm chí nhiên liệu có thể không kịp cháy hết trong xylanh mà còn tiếp tục cháy rớt ra ống xả Trong trường hợp này động cơ sẽ rất nóng vì thể tích vùng cháy và lượng nhiệt truyền cho nước làm mát tăng, công suất động cơ giảm
Góc đánh lửa sớm có trị số tối ưu khi ở đó một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật quan trọng của động cơ đạt giá trị cao nhất đồng thời đảm bảo không có cháy kích nổ ngay cả khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào các thông số như: tỷ số nén, thành phần hỗn hợp cháy, nhiệt độ khí nạp Nó được xác định bằng thực nghiệm
2.3.3 Ảnh hưởng của góc đánh lửa tới tính kinh tế của động cơ Đường đặc tính ngoài của động cơ (có khi còn gọi là đặc tính tốc độ ngoài) là các đường cong công suất (Ne), mô men (Me), suất tiêu hao nhiên liệu (ge) diễn biến theo tốc độ quay n (vg/ph) của động cơ ở chế độ toàn tải (mở 100% bướm ga ở động cơ xăng hoặc phun nhiên liệu cực đại ở động cơ diesel) Đây là đường đặc tính quan trọng nhất của một động cơ dùng để đánh giá các chỉ tiêu công suất (Nemax) và tiết kiệm nhiên liệu (gemin) của động cơ Các đường cong biểu thị quan hệ giữa mức tiêu hao nhiên liệu (Gnl), suất tiêu
19 hao nhiên liệu riêng (ge) khi số vòng quay (n) không đổi với công suất hữu ích (Ne) được gọi là đường đặc tính phụ tải của động cơ Nhờ đặc tính, ta có thể xác định được giá trị tuyệt đối mức tiêu hao nhiên liệu giờ ở các chế độ vòng quay và phụ tải khác nhau hoặc xác định được chế độ làm việc kinh tế của động cơ [3]
Chất lượng của quá trình cháy phụ thuộc vào hàng loạt các thông số mà giá trị tối ưu của chúng xác định bằng cách thí nghiệm động cơ Trong động cơ xăng, các thông số đó là thành phần hỗn hợp cháy và góc đánh lửa sớm Nên từ đó ta có thể hiệu chỉnh góc đánh lửa để tăng kinh tế nhất có thể Đặc tính điều chỉnh theo góc đánh lửa sớm là đồ thị quan hệ của công suất có ích
Ne, mức tiêu hao nhiên liệu giờ Gnl, suất tiêu hao nhiên liệu ge với góc đánh lửa sớm khi vị trí bướm ga và số vòng quay trục khuỷu không đổi và chế độ nhiệt ổn định [3]
Hình 2 3: Đồ thị thể hiện các mối quan hệ có tính đến tiêu hao nhiên liệu
TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ HONDA WAVE RSX 110 VÀ HỆ THỐNG
Giới thiệu về động cơ WAVE 110 sử dụng bộ chế hòa khí
Động cơ 1 xilanh WAVE RSX do hãng HONDA Nhật Bản chế tạo và được sử dụng chung cho nhiều dòng xe như WAVE- α, WAVE-S, WAVE-RS của hãng Nó được giới thiệu lần đầu cho thị trường châu Á và châu Âu vào năm 1995 Còn tại Việt Nam vào năm
2002 HONDA cho ra mắt dòng xe WAVE phiên bản đầu tiên Đây là dòng xe có ưu điểm bền máy và tiêu thụ ít xăng nhất trong các dòng xe máy của HONDA và cho đến nay dòng xe này được sử dụng phổ biến tại nước ta
1-Chốt khuỷu; 2-Piston; 3-Thân máy; 4-Xilanh; 5-Xupap; 6-Cò mổ; 7-Trục cò mổ;
8-Trục cam; 9-Lò xo xupap; 10-Thanh truyền
Hình 3 1: Mặt cắt ngang của động cơ
Hình 3 2: Mặt cắt thẳng đúng của động cơ
1-Trục khuỷu; 2-Bánh răng bơm dầu; 3-Đĩa xích cam; 4-Nắp đầu máy;
5-Con lăn cò mổ; 6-Ổ lăn; 7-Bu gi; 8-Chốt piston; 9-Bơm dầu; 10-Lọc dầu bôi trơn Đây là loại động cơ xăng 4 kỳ, 110 cc phân phối (thể tích công tác), xi lanh đơn và được làm mát bằng không khí Một số đặc điểm của các hệ thống chính trong động cơ:
Hệ thống bôi trơn của động cơ là loại cácte ướt dùng bơm dầu để vẩn chuyển dầu bôi trơn và kiểu bơm dầu là bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Hệ thống phân phối khí loại SOHC bố trí 1 trục cam trên nắp máy
Hệ thống đánh lửa của động cơ trang bị loại đánh lửa DC-CDI
Trọng lượng động cơ khô là 22,6 kg
Bố trí xilanh được đặt nghiêng 80 0 so với phương thẳng đứng
Bảng 3 1: Thông số kỹ thuật của động cơ
Loại động cơ Động cơ xăng 4 thì,1 xy lanh làm mát bằng không khí
Công suất tối đa 6,18 kW/7.500 vòng/phút
Dung tích nhớt máy 0.8 lít khi thay nhớt và 1 lít khi rã máy
Hệ thống khởi động Đạp chân/Điện
Momen cực đại 8.65 Nm / 5500 vòng / phút
Dung tích xy-lanh 109,1 cm3 Đường kính x Hành chình pít tông 50 mm x 55.6 mm
Hệ thống phun xăng Bộ chế hòa khí
Hình 3 3: Thông số kỹ thuật của động cơ WAVE RSX 110
Xây dựng đồ thị đặc tính ngoài của động cơ
Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm [4]:
Đường công suất : Ne = f(ne)
Đường mômen xoắn : Me = f(ne)
𝑛 𝑁 với động cơ xăng không hạn chế tốc độ có (λ = 1,1 ÷ 1,2)
Chọn λ = 1,1 (đối với động cơ xăng)
(3.2) Động cơ xăng: a = b = c =1 (a, b, c là các hệ số thực nghiệm), vmax
G: Tổng khối lượng của xe
Vmax > 22 (𝑚 𝑠⁄ ) Vậy hệ số cản lăn f được tính:𝑓 = 𝑓 0 ∗ (1 + 𝑉 𝑚𝑎𝑥 2
K – hệ số cản khí động học (chọn K = 0,25)
F: diện tích cản chính diện
Hệ số cản tổng cộng của đường: 𝜓 𝑚𝑎𝑥 = 0,4
Công suất cực đại của động cơ: Nemax = 6.18 kw
Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài:
Tính công suất của động cơ ở số vòng quay khác nhau: (sử dụng công thức ledeman) (3.1) → Ne = (Ne)max [𝑎 λ + 𝑏 λ 2 − 𝑐 λ 3 ] (kW)
Trong đó : - Ne max và nN –công suất cực đại của động cơ và số vòng quay tương ứng
N e và ne : công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính
Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay ne khác nhau :
Lập bảng: Các thông số nN; Ne ; Me đã có công thức tính,cho λ = 𝑛 𝑒
Bảng 3 2: Các thông số của đồ thị đặc tính ngoài λ ne (v/f) Me (N.m) Ne (kW) 0.10 750 8.58 0.67 0.20 1500 9.13 1.43 0.30 2250 9.52 2.24 0.40 3000 9.76 3.07 0.50 3750 9.84 3.86 0.60 4500 9.76 4.60 0.70 5250 9.52 5.23 0.80 6000 9.13 5.74 0.90 6750 8.58 6.06 1.00 7500 7.87 6.18 1.10 8250 7.00 6.05
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 vòng/phút Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ
Hình 3 4: Đồ thị đặc tính ngoài
3.1.1 Cấu tạo của động cơ
3.1.1.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hỗn hợp nhiên liệu và không khí được chuẩn bị một cách thích hợp bên ngoài động cơ trong một thiết bị riêng gọi là bộ chế hòa khí sau đó được đưa vào động cơ thông qua hệ thống nạp.
Hệ thống nhiên liệu trên xe dùng bộ chế hòa khí, có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu đến hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp Sau dó hỗn hợp này được cấp cho động cơ với số lượng và thành phần tối ưu cho từng chế độ làm việc Xăng từ bình xăng (1) tự chảy qua đường ống (2) qua lọc (3) vào van khóa xăng (4) (Khóa xăng đang mở) vào buồng phào của bộ chế hòa khí (5), tại đây bộ chế hòa khí hòa tạo hòa khí thích hợp khi động cơ làm việc
1-Bầu lọc khí; 2-Bộ chế hòa khí; 3-Thùng xăng; 4-Ống dẫn xăng;
5- Lọc xăng; 6- Buồng đốt động cơ Trong hệ thống nhiên liệu động cơ trên xe thì thùng xăng được lắp đặt ở vị trí cao hơn vị trí động cơ và bộ hòa chế nên xăng có thể tự chảy xuống mà không cần bơm xăng vận chuyển Lọc xăng được lắp ngay cửa ra của ống xăng từ thùng xăng đi xuống trên đường ống có van khóa xăng (4) mục đích đóng mở xăng đến với bộ chế Khi tháo lắp bộ chế ra thì phải khóa van xăng lại Sử dụng bộ chế hòa khí thương hiệu KeiKin
Hình 3 5: Sơ đồ hê thống cung cấp nhiên liệu
Bộ chế hòa khí có công dụng trộn lẫn xăng với không khí theo một tỷ lệ tối ưu giúp khí hỗn hợp cháy trọn vẹn trong buồng nổ Tỷ lệ hỗn hợp hoàn hảo gồm 1 xăng và 15 không khí Tuy nhiên tùy theo chế độ làm việc khác nhau của động cơ mà tỷ lệ này thay đổi trong khoảng 1/9-1/18 Trong khi hoạt động, xe của bạn có thể bị chết máy sau một quãng đường ngắn, chạy không ngọt ở tốc độ cao, nhả khói đen hoặc ì ạch không bốc
3.1.1.2 Hệ thống phân phối khí
Cơ cấu phối khí có nhiệm vụ xác định thời điểm và điều khiển quá trình đóng mở xupap để thực hiện việc nạp hỗn hợp cháy cũng như thải sản phẩm cháy ra khỏi xy lanh động cơ Cơ cấu phối khí động cơ xăng 1 xylanh lắp trên xe WAVE RSX 110 là cơ cấu phối khí sử dụng xupap treo, hai xupap trục cam đơn truyền động xích đơn (SOHC) Xu páp của cơ cấu phối khí có nhiệm vụ đóng, mở cửa nạp, xả để thực hiện nạp khí sạch và thải sản phẩm cháy ra ngoài
Hình 3 6: Bộ chế hòa khí thực tế
1- Trục cam; 2,4- Đĩa xích; 3- Dây xích; 4- Trục khuỷu
Cơ cấu phối khí có 2 xupap, 1 xupáp nạp và 1 xupáp thải nhằm nạp đầy hòa khí thải sạch khí cháy tạo điều kiện cho quá trình cháy tối ưu Xu páp dịch chuyển trong ống đẫn hướng, trên ống dẫn hướng của xu páp nạp người ta đặt vòng làm kín để hạn chế dầu đi vào khe hở giữa thân xu páp và ống dẫn hướng
Hình 3 7: Cơ cấu xích của hệ thống phân phối khí
Hình 3 8: Các chí tiết của hệ thống phân phối khí
29 Để ép xu páp vào đế xu páp, phần cuối của thân xu páp có gia công một rãnh để cài móng hãm đuôi xupáp, lò xo tỳ ép vào đế Trục cam của động cơ được dẫn động từ trục khuỷu thông qua bộ truyền xích Để đảm bảo cho xích luôn có độ căng nhất định trong quá trình làm việc người ta lắp cơ cấu căng xích điều chỉnh được trên xe Dẫn động xích thường sử dụng trên các động cơ có khoảng cách giữa hai trục khá lớn như động cơ trên Trục cam đặt trên nắp máy Loại này có đặc điểm:
Quá trình truyền động gây tiếng ồn
Phải bôi trơn thường xuyên cho xích và bánh xích
Phải chăm sóc thường xuyên bộ truyền động
1- Đế xupap; 2- Xupap ;3- Ống dẫn hướng xupap; 4- Lò xo xupap; 5-Phớt chắn dầu; 6- Trục cam; 7- Đủa đẩy;8- Trục cò mổ; 9- Vít điều chỉnh khe hở nhiệt;
10 - Đuôi xupap; 11- Đĩa lò xo dưới
Hình 3 9: Mặt cắc ngang của nắp động cơ
1-Thân xupap; 2- Đuôi xupap; 3- Nấm xupap; 4- Bề rộng mặt côn Xupap dùng cho động cơ là loại đỉnh bằng có kết cấu như hình trên Các thông số hình học cơ bản của xupap:
Tán xupáp được gia công vát một góc 45 0
Bảng 3 3:Thông số kỹ thuật của xupap
Stt Tên thông số Giá trị (mm)
1 Đường kính ngoài thân xupap (d0)(Hút - Xả) 4,985 -4,965
2 Chiều rộng nấm xupap (d2) (Hút - Xả) 32,543- 30,433
3 Bề rộng mặt côn (b) (Hút – Xả) 5,557 -5,299
Nấm xupáp là loại nấm bằng vì có những ưu điểm sau: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dùng cho cả xupáp nạp và xupáp thải đa số động cơ được dùng loại này
Nhiệm vụ thân xupáp là dẫn hướng và tải nhiệt cho xupáp, để dẫn hướng tốt thì chiều dài thân và chiều dài ống dẫn hướng phải đủ lớn
Để tránh hao mòn thân máy hoặc nắp xilanh khi chịu lực va đập của xu páp, người ta dùng đế xupáp ép vào họng đường ống nạp và đường ống thải
Sự phát triển của hệ thống phun xăng
Hệ thống phun xăng đã được phát minh từ lâu, nhưng vào thời kỳ đó công nghệ chế tạo còn rất kém, nên nó không được sử dụng trong thực tế Ngày nay nhờ vào các thành tựu về kinh tế, kỹ thuật đã giúp cho các hãng chế tạo hoàn thiện và phát triển hệ thống phun xăng Với hệ thống phun xăng, nhiên liệu được phun vào đường ống nạp bên cạnh xu pap nạp bằng các bộ phận bằng cơ khí hay điện tử, chớ không nhờ vào sức hút của dòng khí như ở các động cơ dùng bộ chế hòa khí
Khi nhiên liệu phun vào, nó sẽ đuợc hòa trộn với không khí để tạo thành hỗn hợp có tỉ lệ không khí và nhiên liệu là tối ưu Sau khi hòa trộn, hỗn hợp được hút vào xy lanh của động cơ khi xú pap nạp mở
Trong hệ thống phun xăng, nhiên liệu được phun vào với một áp suất nhất định Áp suất này phải đảm bảo cho sự hình thành hỗn hợp để quá trình cháy xảy ra là tốt nhất.Nhờ hệ thống phun xăng, các nhà chế tạo nâng được công suất của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giải quyết phần lớn về vấn đề độc hại của khí thải
Vào cuối thế kỹ 19, một kỹ sư người Pháp ông Stévaan đã nghĩ ra cách phân phối nhiên liệu khi dùng một máy nén khí Sau đó một thời gian, người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng việc này không đạt được hiệu quả cao nên không thực hiện Đến năm 1887 người Mỹ đã có đóng góp to lớn trong việc triển khai hệ thống phun xăng vào sản xuất, áp dụng trên động cơ tỉnh tại Đầu thế kỹ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng trên động cơ 4 kỳ tỉnh tại, với sự đóng góp này đã đưa ra một công nghệ chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức
Từ đó trở đi, hệ thống phun xăng được áp dụng trên các loại ôtô ở Đức và nó đã thay dần động cơ sử dụng bộ chế hòa khí Công ty BOSCH đã áp dụng hệ thống phun xăng trên mô tô 2 kỳ, bằng cách cung cấp nhiên liệu dưới áp lực cao
Hãng BOSCH đã sử dụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt nên gía thành chế tạo cao và hiệu quả lại thấp Với kỹ thuật này nó được ứng dụng trong thế chiến thứ hai một cách có hiệu quả
Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn trong một khoảng thời gian dài Đến năm 1962, người Pháp triển khai nó trên ôtô Peugoet 404 Họ điều khiển sự phân phối nhiên liệu bằng cơ khí nên hiệu quả không cao và công nghệ vẫn chưa đáp ứng tốt được Đến năm 1966, người Đức đã đưa thế giới tiến bộ bằng kỹ thuật áp dụng trong điều khiển
Năm 1973, các kỹ sư người Đức đã đưa ra hệ thống phun xăng kiểu cơ khí gọi là K- Jetronic Loại này được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên hãng xe Mercedes Vào năm
1981 hệ thống Kjetronic được cải tiến thành KE-Jetronic và nó được sản xuất hàng loạt vào năm 1984 và được trang bị trên các xe của hãng Mercedes
Dù đã có nhiều thành công lớn khi ứng dụng hệ thống K-Jetronic và KE-Jetronic trên ôtô Nhưng các kiểu này có khuyết điểm là bảo dưỡng sửa chữa khó và giá thành chế tạo rất cao Do vậy các kỹ sư đã không ngừng nghiên cứu và đưa ra các loại khác như L- Jetronic, Mono-jetronic và Motronic
Người Mỹ đã theo người Đức cho chế tạo K-Jetronic dùng trên các xe của hãng
GM, Chrysler, Ngoài ra họ còn cho ứng dụng hệ thống L-Jetronic, Mono-Jetronic và Motronic trên các xe Cadilac Đến năm 1984, người Nhật mới ứng dụng hệ thống phun xăng trên các xe của hãng Toyota Sau đó các hãng khác như Nissan của Nhật cũng ứng dụng kiểu L-Jetronic thay cho bộ chế hoà khí
3.2.2 Các yêu cầu của một hệ thống phun xăng
Tỉ lệ không khí và nhiên liệu phải thích hợp với các chế độ làm việc của động cơ Hạt nhiên liệu cung cấp phải nhỏ và phần lớn phải ở dạng hơi Hỗn hợp phải đồng nhất trong xy lanh và như nhau ở mỗi xy lanh Thời gian hình thành hỗn hợp phải đáp ứng tốt khi động cơ làm việc ở số vòng quay cao Hỗn hợp cung cấp phải phù hợp với sự ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất môi trường và nhiệt độ của động cơ Lượng nhiên liệu sử dụng phải có chất lượng tốt
3.2.3 Hệ thống điều khiển dòng nhiên liệu
Hệ thống điều khiển dòng nhiên liệu có thể là bộ chế hòa khí hay hệ thống phun nhiên liệu Nhiệm vụ chính của hệ thống là chuẩn bị một hỗn hợp có tỉ lệ hòa khí tốt nhất để đáp ứng điều kiện tải của ôtô Điều khiển bằng cách cho phun nhiên liệu là phương pháp tối ưu nhất hiện nay Nó vừa nâng cao được công suất của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và hạn chế ô nhiểm môi trường là tốt nhất Có hai kiểu điều khiển phun nhiên liệu:
Điều khiển nhiên liệu bằng cơ khí
Dùng trên động cơ Diesel: kiểu điều khiển này hoàn toàn dẫn động bằng cơ khí
Dùng trên động cơ xăng: Sự phân phối nhiên liệu được dẫn động bằng cơ khí Bơm nhiên liệu được dẫn động bằng bơm điện Điều khiển kiểu này người Đức gọi là K-Jetronic Hệ thống K-Jetronic gồm bộ đo lưu lượng không khí nạp, hệ thống cung cấp nhiên liệu, các cảm biến và bộ phận định lượng-phân phối nhiên liệu
Điều khiển bằng điện tử
Nhiên liệu được cung cấp bằng một bơm dẫn động bằng điện
Nhiên liệu phun nhờ sự mở của các van kim phun Bên trong các kim phun có các van được điều khiển đóng mở bằng một cuộn dây khi có dòng điện đi qua nó
Các kim phun được điều khiển từ bộ điều khiển điện tử, gọi tắt là ECU (Electronic Control Unit) ECU điều khiển khiển các kim phun bằng xung điện dạng xung vuông, có chiều dài xung thay đổi Dựa vào chiều dài xung này các kim phun sẽ mở với thời gian dài hay ngắn, từ đó định lượng nhiên liệu phun nhiều hay ít
Cấu tạo, nguyên lí, nhiệm vụ và quy trình của hệ thống phun xăng điện tử
Bộ phận cảm biến: Cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến oxy, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến nhiệt độ, …
Bộ phận điều khiển trung tâm ECU
Bộ phận chấn: bô bin, kim phun và bơm xăng…
Hình 3 46: Sơ đồ đường đi của nhiên liệu
Bảng 3 14: Chi tiết của hê thống phun xăng điện tử
Stt Tên chi tiết Stt Tên chi tiết
1 Bộ vít 8 Khớt nối kim phun
2 Phớt O 9 Cụm ống cấp xăng
3 Giá giữ dây 10 Đai ốc U 6mm
4 Bộ họng ga (GQRSA A) 11 Phớt O 6.3 x 2.2
5 Thân họng ga 12 Vít có đệm
6 Cụm kim phun 13 Bu long mặt bích 6 x 28
7 Phớt làm kín 14 Bu long mặt bích 6 x 18
Hình 3 48: Các cảm biến trong hệ thống phun xăng điện tử của WAVE RSX 110
Hình 3 47: Các chi tiết trong bộ phận cung cấp nhiên liệu
3.4.2 Nguyên lí của hệ thống phun xăng điện tử
Từ tốc độ cầm chừng tới tốc độ cao, một lượng nhiên liệu được cài đặt trước phun ra từ kim xăng tương ứng với lượng không khí nạp, kim phun được điều khiển bởi ECM và ECM nhận tín hiệu điện áp từ các cảm biến Kim phun phun một lượng nhiên liệu chính xác vào trong ống nạp, phụ thuộc vào thể tích không khí nạp bằng cách thêm vào khoảng thời gian phun xính xác tới cơ bản
Khoảng thời gian phun nhiên liệu cơ bản được tính bởi 2 loại bản đồ được lưu trong bộ nhớ ECM mà được tìm bởi số vòng quay động cơ và lượng khí nạp (được tính theo công thức cài đặt trước và do MAP, IAT và TP để tính)
Khoảng thời gian phun nhiên liệu chính xác được tính toán bởi ECM theo hiệu điện thế ngỏ ra của mỗi cảm biến và điều kiện vận hành của động cơ
Bên cạnh nguyên lý hoạt động cơ bản trên, với PGM FI, khi giảm tốc, bướm ga đóng và phanh được sử dụng, ECM phát hiện bướm ga đóng hoàn toàn theo tín hiệu cảm biến TP và cảm biến CKP ECM ngắt nguồn nhiên liệu đến xy - lanh bằng cách đặt thời gian phun nhiên liệu về không, ngăn nhiên liệu chưa cháy hết thải ra ngoài không khí để tránh tiêu hao
3.4.3 Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng điện tử
Phản ứng khi vặn ga nhanh hơn và ổn định hơn Khả năng điều chỉnh chính xác để phù hợp với nhiệt độ động cơ, thay đổi áp suất không khí giúp ổn định và tiết kiệm nhiên
Hình 3 49: Sơ đồ điều khiển của ECU
Hệ thống phun nhiên liệu tối ưu, giúp quá trình đốt cháy không bị dư nhiều hòa khí dẫn đến tiêu tốn nhiên liệu khiến buồng đốt nhanh bị muội đen
Góp phần giúp cho khí thải sạch hơn nhờ các số liệu được đo đạc nhiên liệu chính xác, làm giảm nồng độ khí dư đốt cháy độc hại thải ra ngoài môi trường
3.4.4 Quy trình của hệ thống phun xăng điện tử
Quy trình tạo hỗn hợp không khí – nhiên liệu ở bộ phun xăng điện tử diễn ra khá đơn giản nhờ có một bộ bơm xăng và kim phun Lúc kéo ga xe, bơm xăng điện tử hoạt động, bơm xăng thẳng tới buồng đốt thông qua đầu kim phun Bởi được phun ra bởi áp suất cao và khoảng lượng chính xác bằng điện tử thông qua kim phun nên xăng sẽ được chia nhỏ, bay hơi kết hợp cùng không khí tạo ra hòa khí bên trong buồng đốt.
So sánh ưu điểm và nhược điểm của động cơ dùng bộ chế hòa khí và động cơ sử dụng phun xăng điện tử
3.5.1 So sánh ưu điểm của động cơ dùng bộ chế hòa khí và động cơ sử dụng phun xăng điện tử
Ưu điểm của động cơ sử dụng bộ chế hòa khí
Chế hòa khí có cấu tạo khá đơn giản
Chi phí thấp hơn rất nhiều so với phun xăng điện tử
Chế hòa khí còn cho cảm giác về độ giật, hay độ bốc của động cơ
Điều chỉnh linh hoạt bằng tay với nhiều trường hợp
Khá dễ để sửa chữa và thực hiện căn chỉnh, nhất là ở môi trường khắc nghiệt
Ưu điểm của động cơ sử dụng phun xăng điện tử
Tiết kiệm nhiên liệu tối đa
Nhiên liệu được cung cấp đủ ổn định nên xe luôn di chuyển êm ái nhất Đây cũng là cách giúp các bộ phận của xe trở lên bền bỉ nhất
Cung cấp đủ nhiên liệu cho động cơ trong mọi chế độ và tải trọng cực nhanh,
68 hiệu quả bởi khả năng tuyệt vời từ bộ xử lý trung tâm ECU
Phun xăng điện từ luôn làm việc hiệu quả ngay cả trong khi nhiệt độ môi trường cực thấp, nó không cần tới hiệu chỉnh bướm gió, mà chỉ cần tiến hành xoay chìa khóa đợi bộ phun xăng hoạt động là động cơ sẽ nổ ngay lập tức Có thể nói độ nhạy của phun xăng điện tử cao hơn rất nhiều so với chế hòa khí
Tính thẩm mĩ hơn so bộ chế hòa khí
3.5.2 So sánh nhược điểm của động cơ dùng bộ chế hòa khí và động cơ sử dụng phun xăng điện tử
Nhược điểm của động cơ sử dụng bộ chế hòa khí
Các mạch xăng trong chế hòa khí khi hoạt động sẽ được điều khiển bằng cơ khí ở bộ chế hòa khí, nên thành phần hỗ hợp sẽ không thể tối ưu nhất
Thường xuyên tạo ra hiện tượng thừa, thiếu xăng tại buồng đốt
Bộ chế hòa khí bởi được điều chỉnh bằng cơ nên sẽ có khi vật liệu cảm thấy
“mỏi” đặc biệt là zic lơ, phao xăng
Bộ chế hòa khí nếu lắp cho xe nhìn sẽ khá cồng kềnh, và thiếu thẩm mỹ
Khi xe được khởi động tại thời điểm có nhiệt độ thấp, thì xăng sẽ bam ở thành xi lanh đồng thời ngưng tụ trên đó Lúc này hệ thống bướm gió có hỗn hợp khí nghèo nên cực khó để khởi động xe
Nhược điểm của động cơ sử dụng phun xăng điện tử
Cấu tạo tương đối phức tạp
Chi phí bảo dưỡng cao
Sửa chữa khó và phức tạp Giá thành cao hơn khá nhiều so với bộ chế hòa khí