Tính toán thiết kế hệ thống phun xăng điện tử trên xe máy

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Cùng với sức ép về tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải ô nhiễm môi trường, gần ñây những nghiên cứu xung quanh vấn ñề sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu phun xăng

Bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội

luận văn thạc sĩ khoa học

luận văn thạc sĩ khoa học

cơ khí động lực cơ khí động lực

l

Bộ giáo dục và đào tạo

trường đại học bách khoa hà nội

-

-LÊ ĐĂNG ĐÔNG LÊ ĐĂNG ĐÔNG

TíNH TOáN, THIếT Kế Hệ THốNG

TíNH TOáN, THIếT Kế Hệ THốNG PHUN XĂNG ĐIệN Tử TRÊN XE MáY

PHUN XĂNG ĐIệN Tử TRÊN XE MáY

Chuyên ngành: Động cơ đốt trong

luận văn thạc sĩ khoa học

luận văn thạc sĩ khoa học

cơ k cơ khí động lực hí động lực hí động lực

Người hướng dẫn khoa học: gs.ts PHạM MINH tuấn

Hà nội – Năm 2010

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn GS.TS Phạm Minh Tuấn, người ñã tận tình

hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em bày tỏ lòng biết ơn ñến các thầy cô giáo Viện Cơ khí Động lực, phòng thí nghiệm Động cơ ñốt trong, Viện Đào tạo Sau ñại học Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội cùng toàn thể các bạn ñồng nghiệp ñã tạo ñiều kiện và giúp ñỡ em hoàn thành bản luận văn này

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010

HỌC VIÊN

Lê Đăng Đông

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu khoa học ñộc lập của tôi Các thông tin, số liệu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng, cụ thể Kết quả nghiên cứu trong luận văn là ñúng ñắn, trung thực và chưa từng có ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

- Lưu lượng của vòi phun

a

v & - Lưu lượng thể tích của không khí (m3/s)

HDV - Công ty Honda Việt Nam

MOSFET - Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - Transistor hiệu

ứng trường

THA - Tín hiệu nhiệt ñộ khí nạp

Tp HCM - Thành phố Hồ Chí Minh

dữ liệu nối tiếp không ñồng bộ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-1 Dự báo năng lực sản xuất xe máy ñến 2020 8

Bảng 1-2 Ước tính thải lượng các chất gây ô nhiễm từ các nguồn thải chính của Việt Nam năm 2005 10

Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật xe SuperDream của hãng Honda 44

Bảng 3-2 Địa chỉ các cổng COM trên máy tính PC 59

Bảng 3-3 Các tín hiệu của các chân ñầu nối DB9 trên máy tính PC 59

Bảng 3-4 Lượng nhiên liệu phun theo tốc ñộ và tải trọng ñộng cơ 76

Bảng 4-1 Bảng kết quả ño công suất ứng với ñặc tính ngoài ở tay số 4 89

Bảng 4-2 Bảng kết quả ño suất tiêu hao nhiên liệu của ñộng cơ 90

Bảng 4-3 Kết quả thử nghiệm xe SuperDream khi dùng bộ chế hòa khí 92

Bảng 4-4 Kết quả thử nghiệm xe SuperDream khi dùng hệ thống EFI 92

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1-1 Sự tăng trưởng ôtô và xe máy hoạt ñộng ñến năm 2007 9

Hình 1-2 Số lượng xe máy trên 1.000 dân ở các thành phố lớn của Việt Nam năm 2006 9

Hình 1-3 Tỷ lệ phát thải chất ô nhiễm môi trường do các nguồn thải chính ở Việt Nam năm 2005 10

Hình 1-4 Tỷ lệ thải chất gây ô nhiễm môi trường từ phương tiện cơ giới ñường bộ của Việt Nam 11

Hình 1-5 Sơ ñồ bố trí cảm biến khí nạp trong hệ thống EFI 16

Hình 2-1 Kết cấu cơ bản của EFI 18

Hình 2-2 Sơ ñồ các hệ thống cơ bản của EFI 19

Hình 2-3 Sơ ñồ nguyên lý của hệ thống ñiều khiển ñộng cơ với liên hệ ngược 21

Hình 2-4 Thuật toán ñiều khiển thời gian phun nhiên liệu 23

Hình 2-5 Hiệu chỉnh khi khởi ñộng 24

Hình 2-6 Đặc tính hiệu chỉnh khi hâm nóng 24

Hình 2-7 Đặc tính hiệu chỉnh theo nhiệt ñộ khí nạp 25

Hình 2-8 Đặc tính hiệu chỉnh khi tăng tốc 25

Hình 2-9 Đặc tính hiệu chỉnh khi giảm tốc 26

Hình 2-10 Đặc tính hiệu chỉnh theo ñiện áp 26

Hình 2-11 Tỷ lệ hòa khí và ñặc tính hiệu chỉnh phản hồi 27

Hình 2-12 Cảm biến khí nạp MAP và sơ ñồ mạch ñiện 32

Hình 2-13 Đặc tuyến của cảm biến MAP 32

Hình 2-14 Cấu tạo, ñặc tính của cảm biến nhiệt ñộ ñộng cơ và nhiệt ñộ khí nạp 33

Hình 2-15 Kết cấu và ñặc tính của cảm biến bướm ga loại biến trở 34

Hình 2-16 Cảm biến trục khuỷu và tín hiệu của nó 35

Hình 2-17 Cảm biến ôxy loại ZrO 2 36

Hình 2-18 Đặc tính cảm biến lambda 37

Hình 2-19 Mạch ñiện sấy cảm biến ôxy 38

Hình 2-20 Bơm nhiên liệu 38

Hình 2-21 Bơm nhiên liệu có bộ ñiều áp 39

Hình 2-22 Cấu tạo và ñặc tính của bộ ñiều áp 39

Hình 2-23 Vòi phun ñiện từ 40

Hình 2-24 Đặc tính u, i, δ = f (t) trong cuộn dây vòi phun 41

Hình 2-25 Phương pháp ñiều khiển vòi phun theo ñiện áp 42

Hình 2-26 Phương pháp ñiều khiển vòi phun theo dòng ñiện 42

Hình 2-27 Vị trí lắp và kết cấu van không tải 43

Hình 3-1 Cổ họng gió TYPE 72 ñược tích hợp cảm biến bướm ga 46

Hình 3-2 Cảm biến SYNERJECT 46

Hình 3-4 Vòi phun DEKA và hướng tia phun 47

Hình 3-5 Mô hình cắt bổ ñường nạp của xe nguyên bản 48

Hình 3-6 Đường nạp mới sau khi thiết kế, mô phỏng lắp ghép 48

Hình 3-7 Đường nạp mới ñược chế tạo thử nghiệm 49

Hình 3-8 Đặc tính hoạt ñộng của chất xúc tác phụ thuộc nhiệt ñộ 50

Hình 3-9 Hình vẽ mô phỏng ñường thải sau khi cải tiến 50

Hình 3-10 Sơ ñồ bố trí ñường nhiên liệu 51

Hình 3-11 Sơ ñồ nguyên lý mạch khối cấp nguồn 51

Hình 3-12 Bo mạch khối cấp nguồn ổn áp 5V 52

Hình 3-13 Mạch xử lý tín hiệu tốc ñộ ñộng cơ 52

Hình 3-14 Mạch xử lý tín hiệu của các cảm biến dạng ñiện trở 53

Hình 3-15 Mạch xử lý tín hiệu IDL và STA 53

Hình 3-16 Mạch khuếch ñại tín hiệu cảm biến lambda 54

Hình 3-17 Sơ ñồ mạch ñiện ñiều khiển bơm xăng 55

Hình 3-18 Mạch ñiều khiển van ISC 55

Hình 3-19 Mạch ñiều khiển sấy nóng cảm biến lambda 55

Hình 3-20 Mạch ñiện ñiều khiển vòi phun nhiên liệu 56

Hình 3-21 Sơ ñồ chân và bố trí các tín hiệu vào ra tại các chân của VXL 57

Hình 3-22 Sơ ñồ mạch tạo xung nhịp (a) và mạch reset (b) 58

Hình 3-23 Sơ ñồ nguyên lý mạch kết nối với máy tính theo chuẩn RS232 61

Hình 3-24 Giao diện thiết kế mạch nguyên lý của phần mềm 62

Hình 3-25 Môi trường thiết kế mạch in trong phần mềm Attium Designer 62

Hình 3-26 Bo mạch sau khi thiết kế (a), sau khi hàn linh kiện hoàn thiện (b) 63

Hình 3-27 Hệ thống nạp, thải sau khi cải tiến và lắp ñặt 64

Hình 3-28 Thùng nhiên liệu sau khi cải tiến 64

Hình 3-29 Vị trí lắp cảm biến nhiệt ñộ và tốc ñộ ñộng cơ 65

Hình 3-30 Vị trí lắp van không tải 65

Hình 3-31 Vị trí lắp ECU trên xe 66

Hình 3-32 Nguyên lý ñiều khiển phun 70

Hình 3-33 Sơ ñồ quá trình nhận tín hiệu 72

Hình 3-34 Sơ ñồ nhận và xử lý giá trị 72

Hình 3-35 Sơ ñồ thực thi lệnh từ máy tính 73

Hình 3-36 Sơ ñồ ñọc giá trị cảm biến 73

Hình 3-37 Sơ ñồ tính vận tốc 73

Hình 3-38 Giao diện kết nối giữa ECU và máy tính 74

Hình 3-39 Sơ ñồ thuật toán ñiều khiển chung 77

Hình 3-40 Sơ ñồ thuật toán ñiều khiển ở chế ñộ khởi ñộng 78

Hình 3-41 Sơ ñồ thuật toán ñiều khiển chế ñộ chuyển tiếp khởi ñộng - không tải 78

Hình 3-42 Sơ ñồ thuật toán ñiều khiển lượng phun ở chế ñộ không tải 79

Hình 3-43 Sơ ñồ thuật toán ñiều khiển chế ñộ chuyển tiếp từ không tải - ổn ñịnh 80

Hình 3-44 Sơ ñồ thuật toán ñiều khiển lượng phun ở chế ñộ ổn ñịnh 81

Hình 3-45 Sơ ñồ thuật toán ñiều khiển chế ñộ chuyển tiếp ổn ñịnh - không tải 82

Hình 4-1 Xe SuperDream sau khi cải tiến lắp ñặt hệ thống EFI chuẩn bị ñưa vào thử nghiệm 83

Hình 4-2 Sơ ñồ tổng quát các trang thiết bị trong phòng thử nghiệm xe máy 84

Hình 4-3 Các trang thiết bị trong phòng thử xe máy 84

Hình 4-4 Hệ thống lấy mẫu CVS 85

Hình 4-5 Tủ phân tích khí xả CEBII 86

Hình 4-6 Sơ ñồ nguyên lý của hệ thống AVL 733S 87 Hình 4-7 Đặc tính ngoài của ñộng khi dùng bộ chế hòa khí và EFI 90 Hình 4-8 Suất tiêu hao nhiên liệu của ñộng cơ khi dùng bộ chế hòa khí và khi dùng

hệ thống phun xăng ñiện tử .91 Hình 4-9 Tỉ lệ các thành phần khí thải ño ñược và tiêu chuẩn EURO2 93

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam ñoan

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, ñồ thị

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn ñề tài 1

2 Lịch sử nghiên cứu 2

3 Mục ñích nghiên cứu, ñối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 4

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE MÁY 5

1.1 Giới thiệu chung về ngành công nghiệp xe máy 5

1.2 Ảnh hưởng của khí thải xe máy ñến môi trường 8

1.3 Quản lý khí thải môtô - xe máy ở việt nam 12

1.4 Khái quát về hệ thống phun xăng ñiện tử 14

1.4.1 Lịch sử và xu hướng phát triển của hệ thống EFI 14

1.4.2 Phân loại hệ thống phun xăng ñiện tử 15

1.4.3 Ưu ñiểm của hệ thống phun xăng ñiện tử 16

1.5 Cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu trên xe máy dùng bộ chế hòa khí thành hệ thống phun xăng ñiện tử 16

Chương 2 - HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE MÁY 18

2.1 Cấu trúc của hệ thống phun xăng ñiện tử 18

2.1.1 Kết cấu và nguyên lý chung của hệ thống 18

2.1.2 Đặc ñiểm hệ thống cấp gió của phun xăng ñiện tử 20

2.2 Điều khiển phun trong hệ thống phun xăng ñiện tử 21

2.2.1 Lý thuyết ñiều khiển 21

2.2.2 Thời gian phun nhiên liệu 23

2.2.3 Các chế ñộ hiệu chỉnh phun 23

2.3 Các chế ñộ làm việc của ñộng cơ và tỷ lệ hòa khí 28

2.3.1 Chế ñộ khởi ñộng 28

2.3.2 Chế ñộ hâm nóng 28

2.3.3 Chế ñộ không tải 29

2.3.4 Chế ñộ không tải cưỡng bức 30

2.3.5 Chế ñộ tăng tốc 30

2.3.6 Chế ñộ toàn tải 31

2.4 Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu EFI 31

2.4.1 Cảm biến khí nạp 31

2.4.2 Cảm biến nhiệt ñộ ñộng cơ và nhiệt ñộ khí nạp 32

2.4.3 Cảm biến vị trí bướm ga 33

2.4.4 Cảm biến trục khuỷu 34

2.4.5 Cảm biến ôxy 36

2.4.6 Bơm nhiên liệu và bộ ñiều áp xăng 38

2.4.7 Vòi phun 39

2.4.8 Van không tải 42

2.4.9 ECU 43

Chương 3 - THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ THAY CHO BỘ CHẾ HÒA KHÍ Ở XE MÁY 44

3.1 Đối tượng nghiên cứu 44

3.2 Lựa chọn các phần tử cho hệ thống EFI 45

3.2.1 Lựa chọn bơm xăng 45

3.2.2 Cổ họng gió 46

3.2.3 Cảm biến ño gió 46

3.2.4 Cảm biến lambda 46

3.2.5 Cảm biến nhiệt ñộ ñộng cơ 47

3.2.6 Vòi phun nhiên liệu 47

3.3 Thiết kế, chế tạo một số phần tử cho hệ thống EFI 47

3.3.1 Thiết kế chế tạo ñường nạp 47

3.3.2 Thiết kế, cải tiến ñường thải 49

3.3.3 Thiết kế, cải tiến thùng nhiên liệu 50

3.3.4 Thiết kế chế tạo ECU 51

3.3.5 Thiết kế bo mạch ECU 61

3.4 Thiết kế lắp ñặt hệ thống 63

3.4.1 Lắp ñặt ñường nạp, thải 63

3.4.2 Cải tiến lắp ñặt thùng nhiên liệu 64

3.4.3 Thiết kế, lắp ñặt cảm biến nhiệt ñộ ñộng cơ 64

3.4.4 Thiết kế lắp ñặt cảm biến tốc ñộ ñộng cơ 65

3.4.5 Thiết kế lắp ñặt van ñiều khiển không tải 65

3.4.6 Lắp ñặt ECU 66

3.5 Tính toán ñiều khiển phun xăng 66

3.5.1 Tính toán lượng phun 66

3.5.2 Tính toán thời gian phun 67

3.5.3 Tính toán ñộ rộng xung phun cơ bản 70

3.5.4 Điều khiển lượng phun 71

3.6 Xây dựng bộ tham số cho ECU 71

3.6.1 Xây dựng giao diện kết nối ECU với máy tính 71

3.6.2 Thực nghiệm xây dựng bộ tham số cho ECU 74

3.6.3 Sơ ñồ thuật toán ñiều khiển phun xăng 77

Chương 4 - THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 83

4.1 Xe máy thử nghiệm 83

4.2 Hệ thống thiết bị thử nghiệm 83

4.2.1 Bố trí các thiết bị phòng thử nghiệm xe máy 83

4.2.2 Hệ thống Chassis Dynamometer 20" 85

4.2.3 Hệ thống lấy mẫu khí xả CVS 85

4.2.4 Tủ phân tích khí CEBII 86

4.2.5 Thiết bị ño tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S 87

4.2.6 Hệ thống ñiều khiển 87

4.3 Thử nghiệm và ñánh giá kết quả 88

4.3.1 Quy trình thử nghiệm xe trên băng thử 88

4.3.2 Kết quả chạy thử nghiệm 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

PHỤ LỤC 98

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Cùng với sức ép về tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải ô nhiễm môi trường, gần ñây những nghiên cứu xung quanh vấn ñề sử dụng hệ thống cung cấp

nhiên liệu phun xăng ñiện tử cho môtô-xe máy (sau ñây gọi chung là xe máy) ñược

các hãng sản xuất quan tâm EFI ñã chứng tỏ ưu ñiểm nổi trội nhờ tối ưu lượng nhiên liệu theo từng chế ñộ làm việc của ñộng cơ và thân thiện với môi trường Tại Việt Nam vài năm trở lại ñây ñã có một số mẫu xe máy mới ñưa ra thị trường ứng dụng công nghệ này như: hãng Honda với Future Neo FI, Lead, AirBladeFI, SH; hãng Piaggio với Vespa GTS125 Super i.e và VMEP với Attila Elizabeth EFI… Tuy nhiên trong tổng số khoảng 30 triệu xe ñang lưu hành thì ước tính có khoảng 5% số xe sử dụng EFI Mặt khác giá thành xe dùng EFI còn khá cao

Việt Nam là nước ñang phát triển, xe máy là loại phương tiện giao thông chủ yếu, hiệu quả trong sinh hoạt và mưu sinh Với cơ sở hạ tầng ít phát triển và không ñồng ñều, dân số ñông với mức thu nhập chung còn thấp nên lượng xe giá rẻ ñược

sử dụng khá phổ biến

Số lượng xe máy ngày một tăng nhanh, phần lớn xe hiện ñang lưu hành xe có thời gian sử dụng dưới 7 năm nhưng cũng có khoảng 25% số xe là trên 10 năm sử dụng Đa phần các loại xe này ñã ñược sản xuất trên những dây chuyền công nghệ

cũ, có kết cấu, công nghệ lạc hậu, phần lớn xe sử dụng bộ chế hòa khí với hệ thống ñánh lửa ñơn giản và thiếu các hệ thống kiểm soát, xử lý khí thải trên xe như phun không khí thứ cấp, hệ thống phun xăng ñiện tử, ñánh lửa ñiện tử, hệ thống thu giữ hơi xăng, bộ chuyển ñổi xúc tác…

Các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của xe máy sử dụng bộ chế hòa khí không cao, khó kiểm soát ñược quá trình hoạt ñộng của ñộng cơ và không xử lý ñược khí thải gây ô nhiễm môi trường Như vậy khó có thể ñáp ứng ñược các tiêu chuẩn về khí thải ñối với xe ñược lưu hành

Mặt khác, các tiêu chuẩn về khí thải ngày càng ñược thắt chặt Để kiểm soát khí thải xe máy, Thủ tướng chính phủ ñã ra quyết ñịnh số 909/QĐ-TTg ngày 17/06/2010 phê duyệt Đề án kiểm soát khí thải xe máy tham gia giao thông tại các tỉnh, thành phố và sẽ thực hiện từ năm 2011 Trong khi ñó, số lượng xe máy ñang lưu hành không ñạt tiêu chuẩn khí thải khá lớn [5], [7], [13]

Để tìm một lối thoát chuyển ñổi cho các xe hiện ñang sử dụng bộ chế hòa khí

tác giả ñã quyết ñịnh chọn ñề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống phun xăng ñiện tử

trên xe máy” Đề tài nghiên cứu nhắm tới mục tiêu chế tạo hoàn chỉnh hệ thống

phun xăng ñiện tử với chi phí thấp nhất tiến tới chuyển ñổi hoàn toàn hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hoà khí trên các xe máy cũ và xe máy giá rẻ sản xuất lắp ráp

từ nguồn Trung Quốc sang phun xăng ñiện tử

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

Thời gian gần ñây, trên thế giới việc ứng dụng hệ thống EFI cho xe máy ñã ñược nhiều hãng nghiên cứu phát triển Đi tiên phong trong lĩnh vực này là hãng Honda với thương hiệu là PGM-FI, EFI ñược ñưa vào xe gắn máy từ năm 1992 với

xe scooter Pantheon ở châu Âu Tuy nhiên, việc nghiên cứu ứng dụng EFI cho dòng

xe giá rẻ chưa ñược các hãng sản xuất xe máy ứng dụng, kể cả xe Trung Quốc

Ở nước ta, việc nghiên cứu về EFI cũng ñã có một số công trình nghiên cứu, tuy nhiên các công trình này chủ yếu là nghiên cứu ñối với xe ôtô như:

thành công trong việc thiết kế, chế tạo ECU thay thế cho ñộng cơ xe Toyota COROLLA 94, góp phần giải quyết vấn ñề thay thế phụ tùng ôtô trong nước [12]

ñiện tử bằng bộ ñiều khiển phụ” tác giả ñã thành công trong việc thay thế, lắp lẫn cảm biến ño gió trên một số ñộng cơ ôtô của một số hãng phổ biến ở Việt Nam [8]

Ngoài ra cũng ñã có một số ñồ án nghiên cứu về hệ thống EFI dùng cho xe máy Tuy nhiên, do khuôn khổ là một ñồ án tốt nghiệp nên mức ñộ hoàn thiện chưa cao như: chưa ñiều khiển ñược tốc ñộ không tải theo nhiệt ñộ, chưa thiết kế-chế tạo

ñược ñường nạp gây khó khăn cho việc lắp ñặt yếm xe, không sử dụng ñược bầu lọc gió cũ của xe [11], [15] Vì vậy tác giả ñã chọn và thực hiện nghiên cứu ñề tài thiết kế chế tạo hệ thống EFI tại Phòng thí nghiệm Động cơ ñốt trong, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Mục ñích nghiên cứu

Từ các vấn ñề ñã phân tích, ñề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống phun xăng

ñ iện tử trên xe máy” ñược thực hiện với các mục ñích sau:

- Cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu cũ của xe gắn máy dùng bộ chế hòa khí thành hệ thống phun xăng ñiện tử

cơ xe máy

phun xăng ñiện tử của nước ngoài, tăng tỷ lệ nội ñịa hóa trong công nghiệp xe máy

Đố i tượng

Qua tìm hiểu thông tin, số liệu về sự thông dụng, thị phần của các hãng cũng như các loại xe máy phổ biến ở nước ta, tác giả nhận thấy dòng xe Dream của hãng Honda ñược sử dụng phổ biến nhất tại Việt Nam Chính vì vậy, tác giả ñã lựa chọn

xe SuperDream của hãng Honda cho việc ứng dụng nghiên cứu thực hiện ñề tài

Phạm vi nghiên cứu

Do ñiều kiện hạn chế trong khuôn khổ của một luận văn thạc sỹ nên tác giả chỉ mới giới hạn nghiên cứu trên phạm vi 01 xe máy ở các chế ñộ làm việc bình thường của ñộng cơ như: không tải, tải cục bộ, toàn tải ở trong phòng thí nghiệm ñộng cơ ñốt trong và trên ñường

Nội dung nghiên cứu

Phân tích ưu nhược ñiểm của từng loại từ ñó lựa chọn hệ thống phun xăng thích hợp lắp trên ñộng cơ xe máy

- Thiết kế, cải tiến hệ thống nạp thải, phân tích khí ñộng hệ thống ñường nạp thải từ ñó xác ñịnh ñược vị trí bố trí thiết bị thích hợp, lắp ñặt chuyển ñổi hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng bộ chế hoà khí sang phun xăng ñiện tử

ñặt ECU, cải tiến thùng nhiên liệu với chi phí thấp nhất

ñộng của hệ thống phun xăng

trình hoạt ñộng của hệ thống so với xe nguyên bản

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong quá trình thực hiện ñề tài, tác giả ñã kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết

và thực nghiệm ñể thiết kế tính toán hệ thống EFI trên xe máy

Về lý thuyết, tính toán lựa chọn một số thông số lý thuyết, trang thiết bị cho

hệ thống như: bơm xăng, vòi phun Thiết kế, cải tiến hệ thống nạp thải, chế tạo ECU và lập trình ñiều khiển hệ thống

Thực nghiệm, ño ñạc phân tích các thông số thể hiện sự hoạt ñộng của ñộng

cơ, từ ñó tìm ra các thông số tối ưu cho quá trình ñiều khiển lượng phun, ñặc biệt là ñiều khiển lượng phun theo chế ñộ hiệu chỉnh phản hồi vòng kín

Thử nghiệm, ño ñạc thông số và so sánh ñối chứng giữa 2 loại hệ thống cung cấp nhiên liệu về công suất, tính kinh tế và ô nhiễm môi trường

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE MÁY

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGÀNH CƠNG NGHIỆP XE MÁY

Tại các nước phát triển, ơtơ được xem là phương tiện giao thơng hàng ngày thì xe máy được nhìn nhận như một thú chơi theo sở thích Tuy nhiên xu hướng sử dụng xe máy ở các quốc gia cĩ khác nhau

Ở châu Âu và Bắc Mỹ lượng xe máy tiêu thụ hàng năm khơng lớn, sản lượng

xe được sản xuất thấp, sản phẩm chủ yếu là loại xe chạy đường cao tốc cĩ kích thước, phân khối lớn (>250cc) hoặc xe thời trang cao cấp với giá bán khoảng vài ngàn đến hàng chục ngàn USD Các dịng xe này được ứng dụng cơng nghệ hiện đại, giá trị cao và tiêu thụ tại chỗ là chính, xuất khẩu chỉ một phần nhỏ

Lượng xe tiêu thụ hàng năm tại thị trường các nước phát triển khơng nhiều Tuy nhiên doanh thu tại đây chiếm một tỷ trọng đáng kể trong tổng doanh thu hàng năm của các nhà sản xuất Tại thị trường Châu Á - Thái Bình Dương, Honda tiêu thụ trên 75% sản lượng, nhưng doanh thu chỉ đạt được 25%; ngược lại tại thị trường Bắc Mỹ, khoảng 7% sản lượng đã đem lại trên 30% tổng doanh thu [13] (tr.5) Điều này cho thấy xe máy tiêu thụ ở thị trường Châu Á - Thái Bình Dương chủ yếu là loại xe thơng dụng, giá rẻ ứng dụng cơng nghệ cũ

Về các nước đang phát triển, xe máy là loại phương tiện giao thơng thiết yếu, hiệu quả, khu vực này cĩ cơ sở hạ tầng kém phát triển và khơng đồng đều, dân số đơng với mức thu nhập chung cịn thấp Số lượng xe máy tiêu thụ hàng năm tại thị trường này chiếm khoảng 90% lượng xe tiêu thụ tồn cầu Nhưng vì hạ tầng giao thơng kém phát triển, thu nhập thấp nên hiện nay chủ yếu là sử dụng các dịng xe kích thước nhỏ, phân khối thấp (50cc ÷ 150cc), với giá khoảng một vài ngàn USD Nhật Bản là quốc gia sản xuất xe máy đa dạng và cĩ giá bán thấp, hiện tại sản xuất trong nước của Nhật Bản khơng nhiều (năm 2005: 1,5 triệu xe) Các Tập đồn Honda, Yamaha, Suzuki, Kawasaki đã tìm hướng đầu tư mạnh ra nước ngồi Năm

2005, các Cơng ty của Nhật ở Đơng Nam Á đã sản xuất khoảng 10 triệu xe Hiện

quốc gia dẫn đầu về sản xuất xe máy là Trung Quốc, chiếm gần 50% tổng sản lượng Châu Á, khoảng trên 17 triệu xe/năm Với sản lượng khoảng hơn 2 triệu xe/năm, Việt Nam cũng là một trong những quốc gia sản xuất nhiều xe máy trên thế giới [13] (tr.6-7)

Châu Á là nơi sản xuất xe máy nhiều nhất thế giới và cũng là thị trường tiêu thụ lớn nhất Trung Quốc là nước dẫn đầu các quốc gia tiêu thụ xe máy với mức tiêu thụ bình quân trên 10 triệu xe/năm Các thị trường tiêu thụ đáng kể khác là Ấn Độ

và Indonesia tiêu thụ khoảng trên 5 triệu xe/năm, Thái Lan và Việt Nam khoảng trên dưới 2 triệu xe/năm

Ngành cơng nghiệp sản xuất và lắp ráp xe máy Việt Nam hình thành từ sau năm 1990, ban đầu trên cơ sở thu hút đầu tư từ các Tập đồn sản xuất xe máy của Nhật Bản và Đài Loan (các doanh nghiệp FDI: HONDA, YAMAHA, SUZUKI, VMEP), đã cĩ bước phát triển rất nhanh trong những năm gần đây cùng với sự tham gia của nhiều thành phần kinh tế trong và ngồi nước Sự phát triển khả quan của ngành cơng nghiệp xe máy nĩi trên bắt nguồn từ nhu cầu tiêu dùng xe máy khá lớn của thị trường trong nước và những tác động của chính sách khuyến khích thu hút đầu tư nước ngồi của Chính phủ

Làm chủ cơng nghệ, chủ động trong thiết kế và nhất là thị phần hiện đang chiếm khá cao tại thị trường trong nước nên một số doanh nghiệp hiện cĩ sản lượng

đã đạt xấp xỉ cơng suất thiết kế ban đầu Đặc biệt HVN, YAMAHA là doanh nghiệp

đã vượt cơng suất thiết kế và đang tiếp tục mở rộng quy mơ, tăng sản lượng [13] Trước áp lực cạnh tranh gay gắt, một số doanh nghiệp đã thay đổi chiến lược phát triển Cơng ty Lifan Việt Nam đã giảm sản lượng xe máy và chuyển hướng đẩy mạnh sản xuất động cơ cung cấp cho thị trường Cơng ty Sufat Việt Nam chuyển dần sang thiết kế nội địa hĩa, lắp ráp và sản xuất đồng thời cả động cơ và xe máy cung cấp cho thị trường Cơng ty Vina Siam cũng chuyển sang lắp ráp xe tay ga và cung cấp linh kiện nhập khẩu cho thị trường nội địa Cơng ty GMN đã tách thành 2 doanh nghiệp là cơng ty kinh doanh GMN và cơng ty sản xuất phụ tùng ơtơ xe máy VAP, trong đĩ VAP trở thành thành viên và là nhà cung cấp linh kiện cho HVN

Bên cạnh ñó, ñể phát triển lâu dài, một số doanh nghiệp sản xuất lắp ráp nội ñịa ñã bắt ñầu phát triển thương hiệu riêng như Sufat, Detech, Hoa Lâm Kymco Chính sách nội ñịa hoá của Chính phủ Việt Nam ñã góp phần thúc ñẩy sự hình thành mạnh mẽ ngành công nghiệp hỗ trợ sản xuất và lắp ráp xe máy Theo kết quả kiểm tra của Bộ Công nghiệp, ñối với dòng xe số, hiện tại các doanh nghiệp ñã ñạt ñược tỷ lệ nội ñịa hoá ở mức khá cao, khoảng 70 ÷ 80%, một số doanh nghiệp

ñã ñạt tới 90% tỷ lệ nội ñịa hoá ñối với toàn xe và trên 60% ñối với ñộng cơ [13] (tr.47) Với dòng xe tay ga hiện có tỷ lệ nội ñịa hoá thấp hơn so với dòng xe số, tuy nhiên cùng với xu hướng sử dụng ñang ngày càng gia tăng, các doanh nghiệp cũng ñang nỗ lực nâng dần tỷ lệ nội ñịa hoá ñối với dòng xe này

Trong quá trình phát triển, nhiều doanh nghiệp ñã tiếp tục ñầu tư vào sản xuất linh kiện xe máy nhưng nhìn chung còn thiếu ñồng bộ Vì thế, ngành xe máy Việt Nam hàng năm vẫn phải nhập khẩu một lượng lớn linh kiện

Các doanh nghiệp ñã ñầu tư mới các dây chuyền thiết bị, công nghệ ñể sản xuất các chi tiết quan trọng như khung xe, bộ ly hợp, bộ chế hoà khí và một số chi tiết của ñộng cơ chất lượng các linh kiện, phụ tùng do các doanh nghiệp nội ñịa sản xuất ngày càng ñược cải thiện Tuy nhiên các sản phẩm ứng dụng công nghệ tiên tiến như hệ thống phun xăng ñiện tử, các hệ thống kiểm soát ñộng cơ bằng ñiện

tử hiện tại vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài và ña phần ñược ứng dụng trên các loại xe tay ga thời trang cao cấp

Mặc dù có sản lượng tương ñối lớn, song mẫu mã và chủng loại xe của các doanh nghiệp trong nước còn ñơn ñiệu Sản phẩm chủ yếu là xe giá thấp, công nghệ

cũ ñược cải tiến dựa trên các xe thông dụng, chiếm thị phần lớn trên thị trường như Dream và Wave của hãng Honda Các xe này phù hợp với thị hiếu người dân, ứng dụng công nghệ cũ truyền thống dùng bộ chế hòa khí nên có giá thấp, tuy nhiên khả năng hạn chế phát thải ñộc hại kém, tiêu hao nhiên liệu lớn Xét trong tất cả các doanh nghiệp sản xuất xe máy trong cả nước thì các dòng xe ứng dụng công nghệ EFI, sử dụng các biện pháp công nghệ thân thiện môi trường rất ít Nếu có, thì các

xe này có giá khoảng từ 2000 USD trở lên và chủ yếu là xe ga

Hiện tại, sản xuất xe máy ở nước ta ñang có xu thế phát triển mạnh, sản lượng sản xuất và lắp ráp ñang ñược nâng cao HVN ñang ñặt mục tiêu phát triển tới công suất 1,3 triệu xe/năm vào 2010, Yamaha tăng sản lượng lên 640 ngàn xe/năm vào

2010 Theo quy hoạch phát triển ngành công nghiệp xe máy Việt Nam của Viện Nghiên cứu Chiến lược chính sách công nghiệp dự báo năng lực sản xuất và lắp ráp

xe máy của các doanh nghiệp vẫn tiếp tục ñược nâng cao, thể hiện trong bảng 1-1

Bảng 1-1 Dự báo năng lực sản xuất xe máy ñến 2020 [13] (tr.69-70)

1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ THẢI XE MÁY ĐẾN MÔI TRƯỜNG

Trong những năm qua, cùng với quá trình công nghiệp hoá, hiện ñại hoá ñất nước là quá trình ñô thị hoá tương ñối nhanh Đô thị càng phát triển thì số lượng phương tiện lưu hành trong ñô thị càng tăng nhanh, ñây là áp lực rất lớn ñối với môi trường ñô thị Theo Cục Đăng kiểm Việt Nam và Vụ Khoa học Công nghệ Bộ Giao thông Vận tải năm 2007 lượng phương tiện ñược thống kê trên hình 1-1

Cùng với sự phát triển kinh tế, tốc ñộ tăng xe máy hàng năm ở nước ta trong hơn một thập kỷ qua nằm trong khoảng 10 ÷ 20% Ước tính vào thời ñiểm 2010 có

khoảng 29 triệu xe máy hoạt ñộng Theo Hội thảo quốc tế "Phát triển và quản lý xe máy tại Việt Nam", Viện Nghiên cứu chiến lược, chính sách công nghiệp cho biết,

số lượng xe máy tăng mới trong giai ñoạn từ nay ñến 2015 sẽ ñạt khoảng 1,7 triệu chiếc mỗi năm

Hình 1-1 Sự tăng trưởng ôtô và xe máy hoạt ñộng ñến năm 2007 [7] (tr.2)

Một ñặc trưng của các ñô thị Việt Nam là môtô, xe máy chiếm tỷ trọng rất lớn, số lượng phương tiện này tập trung chủ yếu tại các ñô thị lớn, ñặc biệt là ở

Tp HCM và Hà Nội, hình 1-2 [7]

Trong những năm qua, tỷ lệ

sở hữu xe ôtô tăng nhanh, tuy

nhiên lượng xe máy vẫn tăng quá

lớn Theo thống kê của Chi cục

Bảo vệ Môi trường ở Tp HCM

năm 2007 có tới 98% hộ dân sở

hữu xe máy Còn tại Hà Nội theo

Sở TNMT&NĐ Hà Nội thì xe máy

chiếm hơn 87% tổng lưu lượng xe

hoạt ñộng trong nội thành Hà Nội

Hình 1-2 Số lượng xe máy trên 1.000 dân

ở các thành phố lớn của Việt Nam năm 2006

Theo nghiên cứu cho thấy xe máy là phương tiện giao thông chính của người dân tại các thành phố lớn Phát thải gây ô nhiễm môi trường từ hoạt ñộng giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm không khí lớn nhất ở ñô thị

471

255

425 529

0 100 200 300 400 500 600

Hà N ộ i Tp.HCM H ả i Phòng Đ à N ẵ ng

s ố xe

Số xe/1000 dân

Xét các nguồn thải gây

ra ô nhiễm không khí trên

phạm vi toàn quốc năm 2006

cho thấy, hoạt ñộng giao

thông thải ra tới gần 85%

lượng khí CO, 95% lượng

VOCs [7] Trong khi ñó, các

hoạt ñộng công nghiệp là

và hoạt ñộng sản xuất công

Hình 1-3 Tỷ lệ phát thải chất ô nhiễm môi trường

do các nguồn thải chính ở Việt Nam năm 2005

Bảng 1-2 Ước tính thải lượng các chất gây ô nhiễm từ các nguồn thải chính của

Việt Nam năm 2005 (Đơn vị: tấn/năm) [7]

Mặt khác tỷ lệ phát thải gây ô nhiễm của các loại phương tiện là khác nhau,

ñược thể hiện trên hình 1-4

Theo số liệu quan trắc của Trung tâm môi trường các khu ñô thị và khu công nghiệp cho thấy từ 2000 ÷ 2004 các chất khí gây ô nhiễm môi trường nhiều nơi cao hơn nhiều TCCP Nghiên cứu của NIOEH trong năm 2003 cho thấy vào giờ cao ñiểm tại nhiều nút giao thông nồng ñộ bụi trong không khí cao gấp 4 lần TCCP

Nồng ñộ CO cao hơn 2,5 ÷ 4,4 lần, HC cao hơn 2,1 ÷ 2.000 lần Các chất NO2, SO2,

Hình 1-4 Tỷ lệ thải chất gây ô nhiễm môi trường từ

phương tiện cơ giới ñường bộ của Việt Nam

Bảng 1-3 Nồng ñộ chất ô nhiễm tại các nút giao thông

ở Hà Nội vào giờ cao ñiểm, năm 2003

VOCs có ảnh hưởng tiêu cực ñến sức khoẻ con người, có thể gây ra các bệnh về ñường hô hấp, thị giác hoặc có thể dẫn ñến chết yểu Người mắc bệnh hen suyễn, hô

như một mối ñe doạ nghiêm trọng ñến sức khoẻ cộng ñồng ở Việt Nam và một số quốc gia khác trong khu vực

Theo tính toán của WTO mỗi năm trên thế giới có khoảng 800 ngàn người chết do ô nhiễm không khí, trong số ñó có khoảng 500 ngàn người sống tại châu Á Chỉ số DALY cho thấy trong số 6,4 triệu người bị ảnh hưởng do ô nhiễm không khí, khoảng 3,8 triệu người Châu Á Theo số liệu thống kê năm 2005 phần lớn các bệnh

hô hấp tại Việt Nam bắt nguồn từ ô nhiễm không khí [13] (tr.22-23)

Tính toán của chương trình công nghệ giảm phát khí thải nhà kính Việt Nam cho thấy, ñến năm 2010, ước tính tỷ lệ người tử vong do ô nhiễm không khí từ khí thải phương tiện giao thông cơ giới tại Tp.HCM vào khoảng 10 người/ngày và lên tới 14 người/ngày vào năm 2015 Số trường hợp nhập viện tương ứng là 15 và 20 người/ngày [15]

Năm 2004, Viện Y tế lao ñộng công bố: riêng Hà Nội mỗi ngày bị tổn thất 1

tỉ ñồng do ô nhiễm không khí Các nhà nghiên cứu ñã tính toán và ñưa ra con số về mức ñộ thiệt hại chủ yếu là do khí thải xe máy, ở Tp.HCM là hơn 50 triệu, ở Hà Nội

là hơn 20 triệu USD/năm, chiếm từ 0,3 ñến 0,6% GDP của thành phố [16]

1.3 QUẢN LÝ KHÍ THẢI MÔTÔ - XE MÁY Ở VIỆT NAM

Chính phủ Việt Nam ñã sớm nhận thấy sự suy thoái môi trường và những ảnh hưởng tiêu cực tới sức khoẻ cộng ñồng do ô nhiễm không khí Sau khi Luật Bảo vệ môi trường có hiệu lực pháp lý từ năm 1994, Chính phủ ñã ban hành chỉ thị, quyết ñịnh về bảo vệ môi trường trong thời kỳ Công nghiệp hoá và Hiện ñại hoá

Sự phát thải ô nhiễm môi trường từ xe máy là rất lớn và ñã ñược nhận ñịnh một trong số nguyên nhân là xe máy không có các hệ thống kiểm soát, xử lý khí thải trên xe và phần lớn là do xe không ñược bảo dưỡng trong quá trình sử dụng

Vấn ñề ô nhiễm không khí do các phương tiện giao thông ñược qui ñịnh trong các văn bản như:

thông ñường bộ (2003)

- Quyết ñịnh 249/2005/QĐ-TTg về lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải ñối với phương tiện giao thông cơ giới ñường bộ (áp dụng EURO II cho xe cơ giới)

môtô, xe gắn máy tham gia giao thông tại các tỉnh, thành phố (tháng 6/2010)

Hiện nay Việt Nam ñang áp dụng tiêu chuẩn TCVN 7357: 2003 (tương ñương: EURO II) theo Quyết ñịnh 249/2005/QĐ-TTg Tuy nhiên, ngày 24/9/2010, tại Hà Nội, Cục Đăng kiểm Việt Nam ñã tổ chức Hội thảo quốc gia về “Đánh giá tình hình áp dụng Tiêu chuẩn khí thải châu Âu Euro 2 và ñề xuất lộ trình áp dụng các mức tiêu chuẩn khí thải Euro 3,4,5 ñối với xe cơ giới” ña phần các ý kiến ñều

cho rằng cần phải triển khai áp dụng sớm các tiêu chuẩn khí thải cao hơn

Trên thực tế, từ Chương trình thử nghiệm “Khám xe máy” do Sở TNMT&NĐ

Hà Nội phối hợp với Chương trình không khí sạch Việt Nam - Thụy Sỹ và Ngân hàng Thế giới tổ chức ñã ñược công bố năm 2006 có tới 59% số xe máy ñang lưu hành trên ñường phố Hà Nội không ñạt tiêu chuẩn cho phép về khí thải [17]

Theo quyết ñịnh số 909/QĐ-TTg, bắt ñầu từ 1/1/2011, tất cả môtô-xe gắn máy sản xuất, lắp ráp mới, nhập khẩu sẽ ñược kiểm tra khí thải lần ñầu, dán tem trước khi xuất xưởng hoặc nhập khẩu ñể ñảm bảo ñạt tiêu chuẩn khí thải trước khi ñưa vào sử dụng Cùng thời ñiểm này, môtô-xe gắn máy tại Hà Nội và Tp.HCM sử dụng trên 10 năm phải ñược kiểm tra ñịnh kỳ một năm/lần

Từ 1/7/2012 sẽ áp dụng kiểm tra ñịnh kỳ một năm/lần với xe máy trên 7 năm Đến ngày 1/7/2013, tất cả xe máy trên 3 năm sử dụng tham gia giao thông tại Hà Nội và Tp.HCM sẽ ñược kiểm tra ñịnh kỳ một năm/lần Riêng xe máy trong vòng

ba năm ñầu sử dụng không phải kiểm ñịnh

Sau giai ñoạn 1, bắt ñầu từ 1/7/2014 sẽ tiếp tục thực hiện giai ñoạn 2 ñối với

xe máy tham gia giao thông trên ñịa bàn các thành phố loại 1 Từ ngày 1/7/2015 ñối với ñịa bàn các thành phố loại 2 và tiến tới phạm vi trên cả nước

Mặt khác, việc giảm khí thải cần phải bắt ñầu từ chính các hãng sản xuất xe máy, cụ thể là phải kiểm soát công nghệ sản xuất xe máy, bắt buộc các nhà sản xuất

áp dụng các biện pháp công nghệ, kỹ thuật mới trong việc kiểm soát quá trình hoạt

ñộng của ñộng cơ, xử lý khí thải trên xe hoặc nghiên cứu phát triển ñộng cơ thân thiện với môi trường, sử dụng nhiên liệu sạch ñể giảm lượng phát thải ñộc hại

1.4 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ

1.4.1 Lịch sử và xu hướng phát triển của hệ thống EFI

Hệ thống phun xăng ñã có lịch sử hơn 100 năm, năm 1898 hãng DEUTZ ñã chế tạo những ñộng cơ phun xăng ñầu tiên Năm 1912 hãng BOSCH lần ñầu tiên thử nghiệm bơm cao áp với xăng Năm 1937 ñộng cơ máy bay ñầu tiên ñã vận hành với hệ thống phun xăng của hãng BOSCH Năm 1951 hệ thống phun xăng của BOSCH ñược lắp trên các xe nhỏ và sau ñó là xe ñua của hãng DAIMLER- BENZ Năm 1966, hãng BOSCH ñã chế tạo hệ thống phun xăng cơ khí Ở hệ thống này nhiên liệu ñược phun liên tục vào trước xupáp nạp nên có tên gọi là K Jetronic (K - Kontinuerlich, tiếng Đức: liên tục) và tới năm 1967 hệ thống EFI ra ñời gọi là

D Jetronic (D - Druck, tiếng Đức: áp suất) Sau ñó các hệ L Jetronic ra ñời 1974 và năm 1982 Bosch giới thiệu một hệ có cảm biến ño trực tiếp khối lượng khí nạp gọi

là LH Jetronic, ñó là một hệ EFI hoàn chỉnh ñầu tiên làm cơ sở cho sau này

Năm 1984, người Nhật mua bản quyền của BOSCH ñã ứng dụng hệ thống phun xăng L và D Jetronic trên các xe của hãng Toyota Năm 1987, hãng Nissan dùng L Jetronic trên xe Nissan Sunny Honda cũng ñã áp dụng giới thiệu một số kiểu xe giá rẻ ở Bắc Mỹ dùng EFI dưới tên gọi PGM-FI Khởi nguồn từ xe ñua,

PGM-FI ñã tìm ñường vào xe hơi Honda và ngày nay là xe máy

Song song, với sự phát triển của EFI, ESA cũng ñược ñưa vào sử dụng vào những năm ñầu thập kỷ 80

Ngày nay, gần như tất cả các ôtô ñều ñược trang bị hệ thống ñiều khiển ñộng

cơ, giúp ñộng cơ ñáp ứng ñược các yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào ñó, công suất ñộng cơ cũng ñược cải thiện rõ rệt

Những năm gần ñây, một thế hệ mới của ñộng cơ EFI ñã ra ñời ñó là ñộng cơ GDI, với hệ thống phun trực tiếp xăng vào buồng cháy ñộng cơ Trong tương lai gần, GDI sẽ ñược sử dụng rộng rãi trên các loại ñộng cơ xăng

1.4.2 Phân loại hệ thống phun xăng ñiện tử

Phân loại hệ thống phun xăng ñiện tử theo nhiều tiêu chí như: theo số vòi phun, theo nguyên lý ñiều khiển quá trình phun hay theo nguyên lý ño lưu lượng khí nạp…

1.4.2.1 Phân loại theo số lượng vòi phun

Đây là cách phân loại ñơn giản, rõ ràng, dễ hiểu và dễ nhận biết nhất là phân loại theo số vòi phun xăng

Hệ thống phun xăng SPI chỉ dùng một vòi phun trung tâm thay thế cho bộ chế

hoà khí Xăng ñược phun vào ñường nạp trước bướm ga và tạo thành khí hỗn hợp trên ñường nạp Hệ thống này ñược dùng cho ñộng cơ công suất nhỏ do cấu tạo ñơn giản và giá thành hạ

Hệ thống phun xăng BPI là một biến thể của hệ phun xăng một ñiểm Trong

hệ thống phun xăng hai ñiểm, dùng thêm một vòi phun thứ hai ñặt sau bướm ga nhằm cải thiện chất lượng quá trình nạp

Hệ thống phun xăng MPI dùng nhiều vòi phun, mỗi xi lanh ñược cung cấp

nhiên liệu bởi một vòi phun riêng biệt phun xăng vào ñường nạp ở vị trí gần xupáp nạp (hệ EFI) hoặc phun xăng trực tiếp vào buồng cháy (hệ GDI hay FSI) Hệ thống phun xăng ña ñiểm có nhiều ưu ñiểm, ñạt tính kinh tế cao và giảm thiểu ô nhiễm môi trường nên hiện nay ñược sử dụng trên hầu hết các xe hiện ñại

1.4.2.2 Phân loại theo phương pháp ño lượng khí nạp

L-EFI (ño lưu lượng không khí xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là

không khí): loại này sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp ñể phát hiện lượng không khí ñi vào ñường ống nạp Có hai phương pháp phát hiện: một loại trực tiếp ño khối lượng không khí nạp và một loại thực hiện các hiệu chỉnh dựa vào thể tích không khí (cảm biến loại cánh trượt, cảm biến ño dây nhiệt, cảm biến gió kiểu siêu âm…)

D-EFI (loại ño áp suất chân không ñường ống nạp, xuất phát từ chữ Druck

trong tiếng Đức là áp suất): loại này ño áp suất trong ñường ống nạp ñể phát hiện lượng không khí nạp theo tỷ trọng của không khí nạp bằng cảm biến MAP

Các sơ ñồ bố trí cảm biến khí nạp ñược trình bày trên hình 1-5

Hình 1-5 Sơ ñồ bố trí cảm biến khí nạp trong hệ thống EFI

1.4.3 Ưu ñiểm của hệ thống phun xăng ñiện tử

ñược lượng xăng phun phù hợp với lượng khí nạp cũng như chế ñộ hoạt ñộng của ñộng cơ ñồng thời ngắt phun xăng khi không cần thiết

phù hợp chế ñộ hoạt ñộng của ñộng cơ thông qua cảm biến lambda, kết hợp với bộ xúc tác khí xả ba thành phần làm giảm nồng ñộ phát thải khí ñộc hại của ñộng cơ, giảm ô nhiễm môi trường

1.5 CẢI TIẾN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN XE MÁY DÙNG BỘ CHẾ HÒA KHÍ THÀNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ

Công việc chuyển ñổi hệ thống thành phun xăng ñiện tử ñược thực hiện với các bước như sau:

liệu có ích và thành phần khí xả của xe SuperDream nguyên bản dùng bộ chế hòa

khí làm cơ sở ñể so sánh ñối chứng với hệ thống EFI ñược cải tiến sau này Các bảng 4-1, bảng 4-2 và bảng 4-3 lần lượt thể hiện các thông số này

chọn phương án thiết kế lắp ñặt hệ thống và tính toán, nghiên cứu xác ñịnh các vị trí lắp ñặt thích hợp các trang thiết bị cho hệ thống EFI mới

tác chuyển ñổi hệ thống Ngoài ra cần phải tính toán thiết kế ñường nạp-thải, xác ñịnh vị trí ñặt vòi phun, cảm biến ño gió sau ñó tiến hành chế tạo ñường nạp Cải tiến hệ thống thải, thùng chứa nhiên liệu xác ñịnh các vị trí và lắp ñặt các cảm biến,

bộ phận cho hệ thống EFI như: cảm biến nhiệt ñộ ñộng cơ, cảm biến lambda, van ñiều khiển tốc ñộ không tải

Delphi giữa ECU và máy tính tạo ñiều kiện cho quá trình thực nghiệm xác ñịnh bộ tham số tối ưu cho quá trình ñiều khiển phun nhiên liệu

xác ñịnh bộ tham số tối ưu cho ECU ñiều khiển phun nhiên liệu

ích và thành phần khí xả của xe sau khi chuyển ñổi, so sánh ñối chứng với xe nguyên bản Các bảng 4-1, bảng 4-2 và bảng 4-4 lần lượt thể hiện các thông số này

Chương 2 - HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ

TRÊN XE MÁY

2.1 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ

2.1.1 Kết cấu và nguyên lý chung của hệ thống

Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến khác nhau ñể phát hiện chế ñộ hoạt ñộng của ñộng cơ và ñiều kiện vận hành của xe ECU ñộng cơ tính toán phun nhiên liệu tối ưu và ñiều khiển các vòi phun phun nhiên liệu Hình 2.1 thể hiện kết cấu cơ bản của EFI, với các bộ phận như sau:

- ECU ñộng cơ: có nhiệm vụ tính thời gian phun nhiên liệu tối ưu dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến

- Cảm biến ño gió: ño khối lượng không khí nạp hoặc áp suất của ñường nạp

- Cảm biến vị trí trục khuỷu: xác ñịnh vị trí trục khuỷu và tốc ñộ của ñộng cơ

- Cảm biến vị trí trục cam: phát hiện vị trí piston

Hình 2-1 Kết cấu cơ bản của EFI

- Cảm biến nhiệt ñộ ñộng cơ: phát hiện nhiệt ñộ của ñộng cơ

- Cảm biến vị trớ bướm ga: phỏt hiện gúc mở của bướm ga

- Cảm biến ụxy: phỏt hiện nồng ủộ của ụxy trong khớ xả

Hệ thống EFI ủược chia làm 3 hệ thống nhỏ ủược thể hiện ở hỡnh 2-2

Hỡnh 2-2 Sơ ủồ cỏc hệ thống cơ bản của EFI

Từ tớn hiệu cơ bản là tớn hiệu ủo lưu lượng khớ nạp, kết hợp với cỏc tớn hiệu

do cỏc cảm biển khỏc gửi ủến ECU sẽ ủiều chỉnh tớn hiệu phun xăng cho phự hợp và gửi tới vũi phun nhiờn liệu Khi nhận ủược tớn hiệu vũi phun mở, xăng cú ỏp suất

Vòi phun khởi

động lạnh

Lọc gió

Cảm biến

đo gió (loại D)

Bướm ga Van

khí

Cảm biến đo gió

Đo lưu lượng khí nạp hoặc độ

HỆ THỐNG NẠP KHÍ

cao do bơm xăng tạo ra thường trực tại ống phân phối ñược phun vào ñường nạp kết hợp với không khí tạo thành hỗn hợp

2.1.2 Đặc ñiểm hệ thống cấp gió của phun xăng ñiện tử

Từ phân loại hệ thống EFI ta nhận thấy ñặc ñiểm kết cấu của hệ thống mạch khí nạp và phương pháp ño của L-EFI và D-EFI là khác nhau

2.1.2.1 Hệ L-EFI

Cảm biến ño lưu lượng khí nạp (air flowmeter) ñược ñặt ngay sau lọc gió Vì

vậy, toàn bộ lượng không khí vào ñộng cơ ñều ñi qua cảm biến này

Các cảm biến ño lưu lượng khí nạp chỉ ño ñược lưu lượng không khí bằng thể tích Chính vì vậy, hệ thống ñiều khiển cần phải có thêm cảm biến nhiệt ñộ và áp suất khí nạp Sau ñó, ECU tính ra lưu lượng khí nạp theo khối lượng:

v& - Lưu lượng không khí tính bằng thể tích (m3/s)

ρ - Khối lượng riêng không khí (kg/m3)

trong các sổ tay vật lý hoặc sổ tay kỹ thuật

Ngày nay, các cảm biến ño lưu lượng khí nạp dạng thể tích dần ñược thay bởi cảm biến ño lưu lượng tính bằng khối lượng Nhờ vậy, cảm biến nhiệt ñộ khí nạp và

áp suất khí trời ñược loại bỏ ECU nhận trực tiếp tín hiệu ño lưu lượng khí nạp tính bằng khối lượng ñể tính ra lượng nhiên liệu cần phun

2.1.2.2 Hệ D-EFI

Trong D-EFI, phương pháp tốc ñộ - tỷ trọng ñược sử dụng ñể xác ñịnh lưu lượng không khí nạp, từ ñó ECU tính ñược lượng nhiên liệu yêu cầu

Lượng xăng phun ñược tính toán dựa vào áp suất sau bướm ga, tốc ñộ ñộng

cơ, nhiệt ñộ khí nạp và áp suất khí trời

2.2 ĐIỀU KHIỂN PHUN TRONG HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 2.2.1 Lý thuyết ñiều khiển

Thuật toán ñiều khiển lập trình cho ñộng cơ ñược viết và cài ñặt sẵn trong ECU Tùy thuộc vào từng chế ñộ làm việc hay tình trạng ñộng cơ mà ECU tính toán dựa trên lập trình ñể ñưa ra những tín hiệu ñiều khiển tối ưu cho ñộng cơ làm việc

Hệ thống ñiều khiển cổ ñiển thường ñược thiết kế với mối liên hệ ngược

(feedback control) Sơ ñồ của hệ thống này ñược trình bày trên hình 2-3 dưới ñây

Hình 2-3 Sơ ñồ nguyên lý của hệ thống ñiều khiển ñộng cơ với liên hệ ngược

Các thông số thể hiện trạng thái làm việc của ñộng cơ thông qua tín hiệu µ(t) ñược các cảm biến ño ñạc và chuyển thành tín hiệu chuẩn hóa V(t) tỷ lệ thuận với µ(t) theo biểu thức V(t) = ks µ (t)

Tín hiệu thực V(t) ñược so sánh với tín hiệu ñặt trước của VĐK r(t), khi ñó sẽ xuất hiện sự chênh lệch giữa tín hiệu thực và tín hiệu ñặt trước Ve:

Ve(t)= r(t) – V(t) Nếu hệ thống làm việc lý tưởng thì giá trị Ve(t) trong một khoảng thời gian nào ñó phải bằng 0 Tuy nhiên trên thực tế, giữa hai tín hiệu nêu trên luôn có sự chênh lệch và mạch ñiều khiển sẽ chuyển ñổi những sai lệch này thành tín hiệu ñiều khiển Va(t) Việc thay ñổi này sẽ tác ñộng ñến thông số ñầu vào U(t) của ñộng cơ Ngày nay, có rất nhiều phương pháp ñiều khiển ñộng cơ dựa trên cơ sở sử dụng máy tính ñể xử lý tín hiệu Thông thường máy tính này giải bài toán tối ưu, mục tiêu của bài toán tối ưu là ñiều khiển ñộng cơ ñạt công suất lớn nhất với mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất trong các ñiều kiện giới hạn về ñộ ñộc hại của khí thải Việc lựa chọn thuật toán ñiều khiển phun xăng phụ thuộc vào các tiêu chí mà

ta quan tâm như: chất lượng khí thải, công suất ñộng cơ hay suất tiêu hao nhiên liệu

2.2.1.1 Điều khiển theo tiêu chí chống ô nhiễm

Việc hòa trộn hỗn hợp thực hiện bằng cách phun trên ñường nạp, nếu ñủ thời gian hòa khí sẽ phân bố ñồng nhất trong xi lanh với tỷ lệ thay ñổi trong khoảng

Quá trình cháy bắt ñầu từ khi có tia lửa và ñược ñặc trưng bởi: ngọn lửa màu xanh với hỗn hợp ñồng nhất, tỷ lệ lý tưởng, trường hợp này không có muội than; ngọn lửa màu vàng với hỗn hợp phân lớp, hòa khí nghèo, muội than hình thành

nhất do ñó khí thải sau bộ xúc tác sẽ ít ô nhiễm hơn

buồng cháy giảm dần, hàm lượng HC tăng dần do tồn tại những vùng hòa khí nhạt

2.2.1.2 Điều khiển theo tiêu chí tăng công suất ñộng cơ

liệu tăng Tỷ lệ này phổ biến ở chế ñộ tải lớn trước năm 1970, ngày nay nó chỉ ñược dùng trong chế ñộ hâm nóng ñộng cơ và chế ñộ tăng tốc do hàm lượng chất thải ñộc

cao và ñược sử dụng ñể tăng hiệu suất xử lý của bộ xúc tác khí thải

tăng, tỷ lệ này ñược sử dụng ở chế ñộ tải nhỏ trước năm 1980 Hỗn hợp nghèo

2.2.2 Thời gian phun nhiên liệu

ECU ñộng cơ làm thay ñổi lượng phun nhiên liệu bằng cách thay ñổi thời gian phun nhiên liệu thực tế ñược xác ñịnh bằng tổng số các thời gian sau:

tốc ñộ ñộng cơ

xác ñịnh bằng các cảm biến khác nhau, hình 2-4

c b

i t t

t = +

Hình 2-4 Thuật toán ñiều khiển thời gian phun nhiên liệu

2.2.3 Các chế ñộ hiệu chỉnh phun

2.2.3.1 Làm ñậm trong và sau khi khởi ñộng

Để nâng cao khả năng khởi ñộng, giúp ñộng cơ hoạt ñộng ổn ñịnh trong một khoảng thời gian nhất ñịnh sau khi khởi ñộng Trong quá trình khởi ñộng, rất khó xác ñịnh chính xác lượng khí nạp vào do có sự thay ñổi lớn của tốc ñộ ñộng cơ Vì vậy, ECU lấy từ trong bộ nhớ thời gian phun cơ bản tương ứng với nhiệt ñộ ñộng

cơ Sau ñó ECU cộng thêm thời gian hiệu chỉnh theo ñiện áp ắc quy ñể tạo ra thời

Tỷ lệ hòa khí ở chế ñộ này

theo nhiệt ñộ ñộng cơ Ở chế ñộ

này, tín hiệu từ cực ST của khóa

ñiện ñược gửi ñến ECU ñể nhận

biết ñộng cơ ñang khởi ñộng,

ngoài ra tín hiệu từ cảm biến nhiệt

ñộ ñộng cơ cũng ñược gởi tới ñể

2.2.3.2 Làm ñậm khi hâm nóng ñộng cơ

Để nâng cao khả năng tải khi ñộng cơ còn lạnh, lượng phun ñược tăng lên khi nhiệt ñộ ñộng cơ thấp Tuy nhiên tỷ lệ làm ñậm sẽ giảm xuống khi tiếp ñiểm không tải ở cảm biến bướm ga ñóng, hình 2-6

Hình 2-6 Đặc tính hiệu chỉnh khi hâm nóng

Sau thời gian khởi ñộng ñộng cơ, ECU xác ñịnh thời gian phun theo biểu thức

aq c

b