Khảo sát và đánh giá thiết bị làm sạch kim phun trực tiếp trên động cơ đốt trong

Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học lớp cao học chuy n ngành Kỹ thuật Cơ Khí Động Lực, tôi đã tiếp thu được nhiều kiến thức quý báu từ qúy Thầy, Cô để làm cơ sở và

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HUỲNH MINH

KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ LÀM SẠCH KIM PHUN

TRỰC TIẾP TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116

S K C0 0 4 3 6 5

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC -60520116 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ & tên: Nguyễn Huỳnh Minh Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 17 / 01 / 1973 Nơi sinh: Ninh Thuận

Quê quán: TP Phan Rang – Ninh Thuận Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 715 Thống Nhất – TP Phan Rang – N.Thuận Điện thoại nhà riêng: 0907653372

E-mail: minhdaynghe@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 7/1992 đến 7/1995

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Tháng 7 năm 1999, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 09 năm 2014

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Huỳnh Minh

LỜI CẢM ƠN

Trải qua khóa học cao học cũng như trong quá trình thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, tôi chân thành cảm ơn đến:

- Ban giám hiệu, bộ phận Sau Đại Học – Phòng Đào Tạo, quý Thầy Cô khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh

đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học lớp cao học chuy n ngành Kỹ thuật

Cơ Khí Động Lực, tôi đã tiếp thu được nhiều kiến thức quý báu từ qúy Thầy,

Cô để làm cơ sở và nền tảng trong việc nghi n cứu và tiếp cận th m tài liệu mới, từ đó giúp tôi hoàn thiện th m tr n rất nhiều lĩnh vực nhất là về lĩnh vực chuyên môn

- Bộ môn ô tô – Khoa Cơ Khí Giao Thông, Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Động cơ đốt trong trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

- Xin cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Hữu Hường Thầy đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình giúp tôi hoàn thành tập luận văn này, xin chúc Thầy mạnh khỏe và hạnh phúc

- Xin cảm ơn Công ty TNHH ô tô Minh Hùng trường Đại Học Trần Đại Nghĩa TP HCM

- Xin cảm ơn Trạm Đăng Kiểm PTCGĐB - 5001S TP Hồ Chí Minh

- Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báo giúp tôi hoàn thiện nội dung tập luận văn

- Xin cảm ơn các học vi n lớp cao học 12B – Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực,

đã có nhiều hỗ trợ và giúp đỡ tôi hoàn thành tập luận văn

- Về phía trường Cao Đẳng Nghề Ninh Thuận, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, Khoa Cơ khí động lực đã tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình để tôi tham gia khóa học và hoàn thành tốt luận văn này

TP Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 09 năm 2014 Học vi n

Nguyễn Huỳnh Minh

TÓM TẮT

"Thiết bị làm sạch kim phun trực tiếp trên động cơ đốt trong” ứng dụng trên động cơ phun xăng điện tử Thiết bị làm sạch trực tiếp kim phun trên động cơ đốt trong kết hợp với nhiên liêu làm sạch đề xuất mới cho phép rút ngắn rất nhiều thời gian bảo dưỡng động cơ (không cần tháo rời kim phun ra khỏi động cơ) Thiết bị vận hành an toàn và chính xác, mang tính hiệu quả rất cao

Đây là thiết bị mới được chế tạo ở Việt Nam kết hợp được tiến bộ mới về công nghệ kỹ thuật điện - điện tử và công nghệ thông tin, góp phần giảm phát thải ô nhiễm môi trường, có thể ứng dụng cho độngcơ xăng, diesel lắp trên ô tô con (du lịch) đạt Tiểu chuẩn EURO 2 Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng ngay vào thực tế chế tạo với giá thành rẻ, phù hợp khả năng công nghệ trong nước, rút ngắn thời gian bảo trì sửa chữa động cơ đốt trong phun xăng

ABSTRACT

"The directly cleaning eject needle equipment of the combustion engine'' which is used in electronical fuel-injected engine It combines with the cleaning proposed fuel and let shorten the maintain engine time (no need take eject needle away the engine) The equipment operates safely and exactly, it has high economic effects

It is new equipment made in Vietnam and it combines with great progress of electronic and information technology that contributes to reduce the environmental pollution The epuipment is applied for the fuel and diesel injection-engine, that they are installed in the automobile at EURO 2 standard (European emission standards) The result of the research could applies in manufacture reality with low cost, in accordance with domesstic ability technology, and shorten the maintain time for the fuel-injected combustion engine

MỤC LỤC Trang

Quyết định giao đề tài

Xác nhận của cán bộ hướng dẫn

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC CÁC BẢNG x

DANH MỤC CÁC HÌNH xi

Chương 1 xi

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1

1.1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu về thiết bị làm sạch kim phun trực tiếp trên ô tô hiện nay 1

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 2

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 3

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 9

1.3 Mục tiêu và ý nghĩa của đề tài 9

1.4 Phương pháp tiếp cận và hướng nghiên cứu 9

Chương 2 10

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1 Hệ thống phun xăng điện tử L – JETRONIC 10

2.2 Hệ thống phun xăng điện tử GDI 10

2.3 Kim phun 12

2.4 Tổng quan về quá trình cháy của động cơ xăng 13

2.5 Tính chất của màng lửa 18

2.6 Cháy hoàn toàn lý thuyết 19

2.7 Phản ứng hoá học của hỗn hợp 21

2.8 Cơ chế hình thành khí thải 22

2.8.1 Cơ chế hình thành các oxyde nitơ (NOX) 22

2.8.2 Cơ chế hình thành monoxyde nitơ (NO) 22

2.8.3 Cơ chế hình thành dioxyde nitơ (NO2) 22

2.8.4 Cơ chế hình thành protoxyde nitơ (N2O) 23

2.8.5 Cơ chế hình thành CO 23

2.8.6 Cơ chế hình thành HC 24

2.9 Mức giới hạn khí thải 25

Chương 3 28

THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÀM SẠCH KIM PHUN TRỰC TIẾP TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 28

3.1 Thiết kế mẫu, tính toán và lựa chọn các chi tiết 28

3.1.1.Tổng quan thiết kế mẫu thiết bị làm sạch kim phun 28

3.1.2 Các bộ phận cơ bản của thiết bị 29

3.1.3 Tóm tắt các dòng của chip STM32F103 điều khiển mạch điện 29

3.2 Thiết kế phần cứng dựa trên ý tưởng thiết kế mẫu 31

3.2.1 Phạm vi ứng dụng 31

3.2.2 Các đặc điểm chính của phần cứng 32

3.2.3 Thiết kế phần cứng cho mạch hiển thị 35

3.2.4 Tổng quan về Chíp STM32F 36

3.2.5 Tính toán thiết kế thực tế các mạch điều khiển và lập trình 41

Chương 4 48

ĐÁNH GIÁ NHIÊN LIỆU SÚC RỬA KIM PHUN TRỰC TIẾP TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG 48

4.1 Nhiên liệu xăng (gasoline) 48

4.1.1 Tính chất của nhiên liệu 48

4.1.2 Đánh giá tính chống kích nổ của nhiên liệu xăng 49

4.2 Acetone 50

4.2.1.Tính chất hoá học 50

4.2.2 Sản xuất Acetone 51

4.3 Toluen 52

4.3.1 Tính chất vật lí của Benzen & Toluen 52

4.3.2 Tính chất hóa học của toluen 53

4.4 Kết quả kiểm nghiệm thành phần nhiên liệu mới 55

4.5 Ảnh hưởng của nhiên liệu súc rửa đến động cơ xăng 56

Chương 5 58

THỰC NGHIỆM THIẾT BỊ LÀM SẠCH KIM PHUN TRỰC TIẾP TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG 58

5.1 Qui trình sử dụng thiết bị làm sạch kim phun 58

5.2 Giới thiệu thiết bị đo khí thải HESHBON-Model HG 520 61

5.3 Thực nghiệm thiết bị súc rửa trên động cơ TOYOTA- D4 model 1997 63

5.3.1 Đánh giá hóa chất súc rửa ở thị trường FUEL INJECTION của Mỹ 63

5.3.2 Đánh giá nhiên liệu súc rửa đã được nghiên cứu, kết nối trên động cơ TOYOTA D4 64

5.4 Thực nghiệm thiết bị súc rửa trên xe SYM model 2010 66

Chương 6 68

KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 69

6.1 Kết luận 69

6.2 Hướng phát triển của đề tài 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 1: Điều khiển chương trình 73

PHỤ LỤC 2: Sơ đồ khối mạch điện điều khiển 101

PHỤ LỤC 3: Kết nối thiết bị với động cơ D4 102

PHỤ LỤC 4: Kiểm nghiệm thực tế 103

LPG: Liquified petroleum gas

CNG: Compressed natural gas

SCAI: Sonex Controlled Auto Ignition

GDI: Gasoline Direct Injected

MC: Micro-chamber

AC: Alternating current

ECU: Electronic control unit

PCB: Printed Circuit Board

RTC: Real Time Clock

VBAT: Voltage battery

ADC: Analog digital converter

VREF: Voltage references

POR: Power On Reset

PDR: Power Down Reset

LCD Liquid crytal display

LED Light emitting diode

ISP: Internet service provider

TDC: Tử điểm chết

NC: Nghiên cứu

QCVN: Qui chuẩn Việt nam

BGTVT: Bộ giao thông vận tải

TCVN: Tiêu chuẩn Việt nam

PTCGĐB: Phương tiện cơ giới đường bộ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Nhóm hợp chất của dầu mỏ là Ankan 16

Bảng 2.2 Giá trị giới hạn khí thải cho xe lắp động cơ cháy cƣỡng bức – mức EURO 2 25

Bảng 2.3 Giá trị giới hạn khí thải lắp động cơ diesel – mức EURO 2 26

Bảng 2.4 Giá trị giới hạn khí thải của động cơ xe – mức EURO 2 27

Bảng 3.1 Công suất tiêu thụ của các linh kiện chung nguồn 5V VDC 42

Bảng 4.1 Tính chất của nhiên liệu 54

Bảng 4.2 Thành phần nhiên liệu súc rửa mới 55

Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị đo khí thải HG – 520 60

Bảng 5.2 So sánh kết quả thành phần khí thải sau thử nghiệm 64

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Piston Sonex GDI 4

Hình1.2 Phần bên trong piston 4

Hình 1.3 Thiết bị kiểm tra kim phun và bugi 5

Hình 1.4 Thiết bị làm sạch trực tiếp kim phun 6

Hình 1.5 Thiết bị làm sạch 3M 6

Hình 1.6 Các bộ phận cơ bản của máy 7

Hình 2.1 Hệ thống phun xăng trên đường ống nạp 10

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI) 11

Hình 2.3 Sơ đồ phân bố hai hệ thống phun xăng 12

Hình 2.4 Mạch điều khiển kim phun 13

Hình 2.5 Biểu diễn biến thiên tỉ số (A/F)lt theo y 21

Hình 2.8 Biểu đồ ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến nồng độ CO 24

Hình 3.1 Sơ đồ khối của thiết bị làm sạch trực tiếp kim phun 28

Hình 3.2 Vị trí chân của Chip STM32F103xC, STM32F103xD 30

Hình 3.3 Vị trí chân của Chip STM32F103xC, STM32F103xE 31

Hình 3.4 Mô hình thực tế 32

Hình 3.5 Sơ đồ nối dây điện của hệ thống 32

Hình 3.6 Mặt bên cạnh và mặt trước của thiết bị 33

Hình 3.7 Sơ đồ bơm xăng 34

Hình 3.8 Mặt sau của thiết bị 35

Hình 3.9 Mặt hiển thị điều khiển thiết bị 35

Hình 3.10 Cấu trúc bộ nhớ 37

Hình 3.11 Các miền năng lượng bên trong STM32 38

Hình 3.12 Sơ đồ bố trí tụ chóng nhiễu cho STM32 39

Hình 3.13 Đồ thì đặc tính của mạch reset bên trong STM32 39

Hình 3.14 Sơ đồ cơ bản cho một thiết kế thực tế của STM32 40

Hình 3.15 Mạch điều khiển (chế tạo) 41

Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn cho bộ điều khiển 43

Hình 3.17 Sơ đồ mạch vi điều khiển 44

Hình 3.18 Thiết kế thực tế mạch LCD, nút nhấn 45

Hình 3.19 Sơ đồ mạch LCD, nút nhấn 45

Hình 3.20 Lưu đồ thuật toán điều khiển 47

Hình 4.1 Tỉ lệ pha Acetone và Toluen 55

Hình 5.1a Hiển thị chức năng khi khởi động 59

Hình 5.1b Chọn động cơ DC1 60

Hình 5.1c Chọn thời gian súc rửa 60

Hình 5.2 Thiết bị đo khí thải HG 520 61

Hình 5.3 Pha trộn hóa chất Feul Injection với xăng 63

Hình 5.4 Thành phần khí thải sau khi súc rửa sử dụng nhiên liệu Fuel Injection 64

Hình 5.5 Thành phần khí thải sau khi sử dụng nhiên liệu súc rửa mới (NC) 64

Hình 5.6 Muội than bám trên đầu bugi trước và sau khi sử dụng nhiên liệu súc rửa đã được nghiên cứu 65

Hình 5.7 Thành phần khí thải trước khi sử dụng nhiên liệu súc rửa 66

Hình 5.8 Thành phần khí thải sau khi sử dụng nhiên liệu súc rửa mới (NC) 67

Hình 5.9 Muội than bám trên đầu bugi sau khi sử dụng nhiên liệu súc rửa mới 67

Hình P 3.1 Thực nghiệm động cơ D4 102

Hình P 4.1 Thử nghiệm trên ô tô Daewoo Lacetti ( động cơ FI) 103

Hình P 4.2 Thành phần khí thải trước khi sử dụng nhiên liệu súc rửa 104

Hình P 4.3 Thành phần khí thải sau khi sử dụng nhiên liệu súc rửa mới 104

Hình P 4.4 Muội than đã được làm sạch sau khi sử dụng nhiên liệu súc rửa mới 105

Chương 1

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu về thiết bị làm sạch kim phun trực tiếp trên ô tô hiện nay

Ngày nay, chúng ta đang tiến bước vào thế kỷ mới, thế kỷ của nền kinh tế tri thức Thế kỷ mà kỹ thuật số dần dần khẳng định vị trí của mình và là sự kế thừa nền tảng của kỹ thuật tương tự Với tốc độ phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, nhiều sản phẩm công nghệ cao được tích hợp với mật độ ngày càng tinh vi đã ra đời làm việc với tốc độ cao, chính xác đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực điều khiển để đáp ứng nhu cầu của xã hội Ngành công nghiệp ô tô đã có những tiến bộ vượt bậc về công nghệ, đặc biệt đã ứng dụng được những công nghệ mới nhất của các ngành công nghệ hỗ trợ lên các chiếc

xe nhằm đem lại sự tiện nghi sang trọng, kinh tế… và hơn hết là vấn đề bảo vệ môi trường

Hiện nay vấn đề này đă trở thành đối tượng điều chỉnh của luật bảo vệ môi trường, ô tô là thủ phạm chính gây ra ô nhiễm môi trường như NOx, CO, HC,

bồ hóng có xu hướng gia tăng mạnh mẽ ở nước ta Luật bảo vệ môi trường ở Việt Nam đã được áp dụng 1994 đối với khí xả ô tô, nồng độ các chất trong khí

xả phụ thuộc vào loại động cơ và chế độ vận hành, động cơ diesel nồng độ CO rất nhỏ, nồng độ HC chiếm khoảng 20% nồng độ HC của động cơ xăng, nồng

độ NOx có giá trị tương đương nhau, sự gia tăng nhiệt độ của nồng độ CO chất gây hiệu ứng nhà kính

Vấn đề cần giải quyết tiếp theo chính nguồn năng lượng từ dầu mỏ, sự khai thác cạn kiệt của các nguồn năng lượng này là thách thức lớn đối vơí những nhà khoa học, do nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của con người sử dụng ngành công nghiệp ô tô những năm gần đây, đã sử dụng nguồn năng lượng sạch khai thác từ thiên nhiên dần dần sẽ thay thế cho nhiên liệu xăng, giảm mức độ phát thải rất nhiều đến quá trình cháy của động cơ, hỗn hợp nhiên liệu được đốt

cháy hoàn toàn tiết kiệm được nhiên liệu, chính là bài toán kỹ thuật làm cho càng trở nên khó khăn hơn, nhờ kỹ thuật điện điện tử và công nghệ thông tin đã giúp cho các nhà kỹ thuật giải quyết bài toán khó trở nên đơn giản và chính xác hơn Từ vấn đề nêu trên với sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Nguyễn Hữu

Hường, tác giả đã thực hiện đề tài: "Khảo sát và đánh giá thiết bị làm sạch

kim phun trực tiếp trên động cơ đốt trong" Đây cũng chính là hướng nghiên

cứu mới so với ở nước ta hiện nay, mục tiêu sản xuất với chi phí thấp, đồng thời làm chủ được công nghệ cao để có được sự chủ động trong công việc

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ô tô sản xuất ngày nay được trang bị hệ thống điện-điện tử khá phức tạp như hệ thống phun xăng, hệ thống đánh lửa điện tử, hệ thống kiểm soát khí thải…Ở Việt Nam nền công nghiệp này còn khá non trẻ so với các nước khác Tuy nhiên trong những năm gần đây, ô tô Việt nam đã có những bước phát triển rất nhanh đòi hỏi một số lượng lớn đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật, công nhân lành nghề Nội địa hoá sản phẩm, đẩy mạnh nền công nghệ sản xuất trong nước là một yêu cầu tất yếu để hạ giá thành sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao tính cạnh tranh của các sản phẩm Việt Nam trên thị trường trong nước cũng như quốc tế

Một số thiết bị tự chế làm sạch trực tiếp hoặc tháo rời kim phun động cơ xăng ở tất cả Gara ô tô Việt Nam, vẫn còn mang tính thủ công chưa có khoa học hầu như sử dụng hóa chất làm sạch bên ngoài thị trường Từ sự mới mẽ