TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
Ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu toàn cầu đang trở thành vấn đề cấp bách, xuất phát từ nhiều nguyên nhân như rác thải sinh hoạt và khí thải độc hại từ các nhà máy, phương tiện giao thông Do đó, các tiêu chuẩn về khí thải cho ô tô ngày càng nghiêm ngặt, trong khi yêu cầu về công suất động cơ cũng được chú trọng Mục tiêu hàng đầu của các nhà sản xuất là thiết kế động cơ tiết kiệm nhiên liệu nhưng vẫn đảm bảo công suất cao, nhằm đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Với nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt, việc phát triển động cơ tiết kiệm nhiên liệu không chỉ bảo vệ môi trường mà còn kéo dài thời gian nghiên cứu nguồn năng lượng thay thế Hiện nay, nhiều loại nhiên liệu thay thế như điện, điện mặt trời, và khí thiên nhiên đã được nghiên cứu, nhưng xăng và diesel vẫn được người tiêu dùng tin tưởng Giải pháp cấp bách hiện nay là tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ Trên thế giới, nhiều cuộc thi thiết kế động cơ tiết kiệm nhiên liệu đã được tổ chức nhằm phát hiện những phát minh đột phá và nâng cao ý thức về bảo vệ môi trường trong sử dụng phương tiện giao thông, trong đó có cuộc thi Shell Eco Marathon.
“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 trong thế hệ trẻ Cuộc thi tạo ra một sân chơi bổ ích và năng động cho các kỹ sư tương lai, khuyến khích sự sáng tạo và làm việc nhóm Nhóm em, với niềm đam mê chuyển động của bánh xe, mong muốn củng cố kiến thức đã học và áp dụng vào 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
Tài liệu giảng dạy sẽ được sử dụng để giúp người học có trải nghiệm học tập trực quan và sinh động hơn, từ đó nâng cao hiệu quả học tập và tiết kiệm thời gian Điều này cũng góp phần quan trọng vào sự phát triển động cơ sinh thái trong tương lai.
Đề tài “Nghiên cứu thiết kế và cải tiến động cơ HONDA WAVE 110 cho cuộc thi HONDA EMC 2021” không chỉ tập trung vào việc nâng cao hiệu suất động cơ mà còn hướng dẫn quy trình chuyển đổi từ hệ thống chế hòa khí sang hệ thống phun xăng điện tử Sự chuyển đổi này sử dụng ECU để điều khiển lượng xăng, góc đánh lửa và tỉ lệ không khí-nhiên liệu (AF), nhằm tối ưu hóa hoạt động của động cơ.
Dựa trên kiến thức từ Ngành công nghệ kỹ thuật Ô tô và sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Tấn Ngọc, chúng em tin rằng việc nghiên cứu và áp dụng kinh nghiệm trong lĩnh vực ô tô sẽ giúp chúng em đạt được kết quả mong muốn trong 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 và Phạm Minh Quang từ Trường Đại học Văn Lang trình bày các phương pháp tối ưu hóa hiệu suất nhiên liệu cho xe một chỗ ngồi Nghiên cứu này không chỉ góp phần vào việc phát triển các giải pháp giao thông bền vững mà còn nâng cao nhận thức về tiết kiệm năng lượng trong ngành công nghiệp ô tô.
Bảo vệ môi trường sống và phát triển bền vững là ưu tiên hàng đầu của nhân loại, trong đó việc giảm lượng khí thải CO2 đóng vai trò quan trọng Các công nghệ mới, như cải thiện hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trên ô tô, đã được áp dụng để giảm thiểu tác động tiêu cực từ CO2 Bài báo này đề xuất các giải pháp công nghệ kết hợp nhằm nâng cao hiệu suất động cơ, cải thiện hệ thống đánh lửa và hồi lưu khí, cũng như giảm ma sát giữa xe và môi trường Phương pháp đạo cụ được thử nghiệm trên xe mới tại Eco Mileage Challenge (EMC) 2019 do Honda Vietnam tổ chức, với kết quả trung bình đạt 240 km/lít xăng RON98, chứng minh tính khả thi và hiệu quả trong việc tiết kiệm nhiên liệu.
Hình 1 1: Hình vẽ 2D khung sườn trong bài báo
Bài báo này nghiên cứu sự thay đổi kết cấu của động cơ nhằm đáp ứng yêu cầu của cuộc thi và đạt được kết quả mong muốn.
Công trình nghiên cứu mang tên “Nghiên cứu và phát triển của xe ba bánh tiết kiệm nhiên liệu” được thực hiện bởi tác giả Luo Jin, Ma Qihua và Luo Yiping từ Khoa Kỹ thuật Ô tô, Đại học Khoa học và Kỹ thuật Thượng Hải, Trung Quốc.
Từ năm 2007, cuộc thi Honda China Eco Mileage Challenge đã thu hút gần trăm đội tham gia trong suốt 7 năm Mặc dù trường chúng tôi có thứ hạng quốc gia lý tưởng về ô tô tiết kiệm nhiên liệu, nhưng vẫn còn khoảng cách lớn so với các trường đại học hàng đầu Bài viết này phân tích các nghiên cứu gần đây về ô tô kinh tế, thảo luận về các hướng nghiên cứu chính và những thành tựu nổi bật, đồng thời xem xét công nghệ xe kinh tế hiện tại trong nước Cuối cùng, bài viết tóm tắt xu hướng nghiên cứu và đề xuất định hướng thiết kế ô tô kinh tế cho tương lai.
Bài nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích và điều chỉnh cấu trúc của piston Qua việc tăng khối lượng piston bằng phương pháp hàn, nghiên cứu đã làm tăng quán tính chuyển động quay của động cơ.
Mỗi nhóm nghiên cứu sẽ xác định một vấn đề cụ thể và điều chỉnh những yếu tố mà họ cho là không cần thiết hoặc gây lãng phí nhiên liệu Tuy nhiên, mục tiêu chung của các nghiên cứu này vẫn là phát triển động cơ tiêu thụ ít nhiên liệu nhưng vẫn đảm bảo công suất hoạt động hiệu quả.
Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu, thiết kế và cải tiến động cơ HONDA WAVE 110 để tham gia cuộc thi
Mục tiêu chính của chúng em trong việc phát triển xe sinh thái là tạo ra một động cơ tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời đảm bảo đủ công suất và mô-men xoắn cần thiết để đạt tốc độ yêu cầu trong cuộc thi.
Nhóm đã tạo ra một sản phẩm đáp ứng yêu cầu cuộc thi, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên Sư phạm kỹ thuật trong các cuộc thi sau Sản phẩm bao gồm động cơ được cắt bỏ hộp số và tinh chỉnh một số chi tiết để giảm trọng lượng, chuyển từ hệ thống chế hòa khí sang phun xăng điện tử Qua quá trình này, nhóm đã ôn lại kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện của hệ thống phun xăng điện tử, cho thấy sự tương đồng và đơn giản của nó so với hệ thống phun xăng truyền thống.
Hình 1 2: Piston cơ bản (Bên trái) và Piston được thêm khối lượng (Bên phải)
Mục tiêu của nhóm không chỉ là rèn luyện các kỹ năng hàn, cắt, lắp ráp, căn chỉnh và thi công sản phẩm đúng kỹ thuật, mà còn là cơ hội để nâng cao khả năng xử lý, chẩn đoán, kiểm tra và sửa chữa động cơ khi gặp sự cố.
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 từ thầy cô và bạn bè là cách hiệu quả để tích lũy kinh nghiệm quý báu 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:
Công cụ này giúp sinh viên mở rộng kiến thức về các phương pháp nghiên cứu và cải tiến động cơ trong tương lai, từ đó làm cho quá trình và giai đoạn nghiên cứu động cơ trở nên dễ dàng và tiết kiệm 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
Nhóm hy vọng tài liệu này sẽ trở thành nguồn tham khảo hữu ích cho sinh viên, đồng thời giúp cải tiến động cơ mà nhóm còn mắc sai sót.
Giới hạn đề tài
Do hạn chế về cơ sở vật chất và điều kiện kinh tế, nhóm nghiên cứu tập trung vào đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và cải tiến động cơ HONDA WAVE 110 tham gia cuộc thi Xe sinh thái” Nhóm đã thực hiện nghiên cứu và thiết kế một số bộ phận quan trọng của động cơ, đồng thời tinh chỉnh ECU để nâng cao hiệu suất.
Kết quả dự kiến đạt được
Hiểu và áp dụng các lý thuyết về động cơ đốt trong là rất quan trọng Nắm vững lý thuyết thử nghiệm động cơ giúp nâng cao hiệu quả công việc Bên cạnh đó, việc hiểu rõ quy trình vận hành phòng thử cũng đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu suất của động cơ.
Mô phỏng và xây dựng đồ thị về mô-ment, công suất, lượng nhiên liệu tiêu thụ, suất tiêu hao nhiên liệu và áp suất khí nạ là rất quan trọng Qua đó, chúng ta có thể đánh giá hiệu quả hoạt động và tối ưu hóa quá trình sử dụng năng lượng Những kết quả này cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu suất và khả năng tiết kiệm nhiên liệu của hệ thống.
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 diễn ra tại Việt Nam từ năm 2010, với 11 lần tổ chức và tiếp tục phát triển qua từng năm Đây là cơ hội cho sinh viên các trường trên toàn quốc giao lưu và cọ sát với nhau.
Cuộc thi Lái xe sinh thái - Tiết kiệm nhiên liệu HONDA khuyến khích người tham gia sáng tạo và áp dụng công nghệ độc đáo để chế tạo phương tiện sử dụng động cơ 4 kỳ của HONDA, với mục tiêu đi được quãng đường xa nhất chỉ với 1 lít xăng.
Cuộc thi Lái xe sinh thái - Tiết kiệm nhiên liệu HONDA được tổ chức với mục tiêu nâng cao nhận thức về việc tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường, đặc biệt trong giới trẻ Sự kiện này không chỉ mang lại niềm vui sáng tạo mà còn khuyến khích tinh thần làm việc nhóm, tạo ra một sân chơi bổ ích và năng động cho các kỹ sư tương lai phát huy khả năng sáng tạo của mình.
Tất cả cá nhân và tổ chức đều có cơ hội tham gia vào hạng mục xe tự chế Mỗi đội gồm 5 thành viên sẽ chế tạo phương tiện sử dụng động cơ HONDA WAVE 110cc, do HONDA Việt Nam sản xuất, với mục tiêu 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 có hai hoặc nhiều phương tiện có mức tiêu thụ nhiên liệu giống nhau, phương tiện nào có tốc độ trung bình cao hơn sẽ được xếp hạng cao hơn.
Nếu có hai hoặc nhiều phương tiện có cùng tốc độ trung bình, phương tiện nào có người lái nặng cân hơn sẽ được xếp 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 của động cơ phải đạt tiêu chuẩn từ 108 đến 110cc, tương đương với động cơ HONDA Việt Nam, đảm bảo đúng thông số kỹ thuật về đường kính xi lanh và hành trình piston Động cơ yêu cầu phải sử dụng hệ thống hút khí tự nhiên, và ban tổ chức có quyền kiểm tra để xác nhận dung tích động cơ tuân thủ 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 cần có kích thước lớn và được lắp đặt đúng cách để ngăn nước chảy vào và chống rung khi phương tiện di chuyển.
Xác định dung tích động cơ:
Dung tích động cơ được tính toán dựa trên công thức thể tích xy lanh, trong đó đường kính xy lanh 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 của một phương tiện giao thông được xác định thông qua giá thành theo đơn vị tấn-km hoặc hành khách-km Tổng giá thành vận chuyển phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kết cấu và tình trạng kỹ thuật của phương tiện, giá nhiên liệu tiêu thụ, điều kiện đường xá, khí hậu sử dụng, và chi phí lao động.
Tính kinh tế nhiên liệu của ô tô được đánh giá qua mức tiêu hao nhiên liệu trên 100km hoặc cho một tấn-km Đối với ô tô khách, tiêu chí này được tính theo mức tiêu hao nhiên liệu trên một hành khách-km hoặc trên 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 quãng đường không tính đến khối lượng hàng hóa hay con người, nhưng khi xe chuyên chở hàng hóa, lượng nhiên liệu tiêu thụ sẽ tăng lên Do đó, để đánh giá tính kinh tế nhiên liệu, cần tính theo 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 có thể được tính theo công thức cụ thể.
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 di chuyển, hiệu suất nhiên liệu của nó phụ thuộc vào hiệu suất của động cơ và năng lượng tiêu hao để vượt qua lực cản Qua các thử nghiệm trên bệ thử nghiệm, ta có thể xác định mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian (kg/h) và công suất đầu ra của động cơ (kW).
Mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian được xác định theo biểu thức [1]:
Để đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của động cơ, cần xem xét thời gian làm việc của động cơ (t) tính bằng giờ (h) và sử dụng suất tiêu hao nhiên liệu có ích.
Pe – Công suất có ích của động cơ (kW)
Thông qua các thí nghiệm động cơ và tính toán, chúng ta có thể xây dựng đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu và số vòng quay của trục khuỷu, cùng với moment xoắn động cơ, độ mở bướm ga hoặc công suất động cơ Cụ thể, mối quan hệ này được biểu diễn bằng công thức: \( g_e = f(n, T(e, e)) \).
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 di chuyển, công suất động cơ cần thiết để vượt qua các lực cản chuyển động được thể hiện qua phương trình cân bằng công suất.
F F F – Các lực cản chuyển động (N) v – Vận tốc chuyển động của ôtô (m/s)
Mức tiêu hao nhiên liệu của ôtô phụ thuộc vào suất tiêu hao nhiên liệu hiệu quả của động cơ và công suất cần thiết để vượt qua các lực cản trong quá trình di chuyển.
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
Để đạt được tính kinh tế nhiên liệu cao cho phương tiện khi vận hành, chúng ta có hai giải pháp chính dựa trên công thức tính mức tiêu hao nhiên liệu.
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 của động cơ xăng phụ thuộc vào tình trạng kỹ thuật và trạng thái làm việc của động cơ Trong quá trình nhiệt động lực học diễn ra bên trong buồng đốt, suất tiêu hao nhiên liệu liên quan chặt chẽ đến các đặc tính kỹ thuật của động cơ.
Hiệu suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị, hiệu suất cơ giới và hệ số nạp là các chỉ số quan trọng của động cơ Hiệu suất chỉ thị đo lường tỷ lệ giữa nhiệt lượng chuyển hóa thành công chỉ thị và nhiệt lượng do nhiên liệu đốt cháy cung cấp Hiệu suất cơ giới thể hiện tỷ lệ giữa công suất hữu ích tại đầu ra trục khuỷu và công suất chỉ thị tại piston Hệ số nạp phụ thuộc vào tốc độ dòng khí qua ống nạp, pha phân phối xupap và góc mở bướm ga Hệ số dư lượng không khí là tỷ lệ giữa lượng không khí nạp thực tế và lượng nhiên liệu lý thuyết cần thiết để đốt cháy trong buồng đốt, trong khi ne là tốc độ động cơ.
Trong bản đồ đặc tính động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu tối ưu thường đạt giá trị thấp nhất, cho thấy hiệu quả sử dụng nhiên liệu cao nhất ở vùng tốc độ và moment xoắn trung bình Vùng tối ưu này có giá trị cụ thể và khác nhau tùy thuộc vào từng loại động cơ, chẳng hạn như trong bản đồ động cơ.
Hình 2 1: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ trong thực tế
Dựa trên các phân tích đã thực hiện, có thể rút ra những biện pháp hiệu quả nhằm giảm suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ, phù hợp với các phương tiện nghiên cứu trong đề tài này.
Vận hành động cơ ở vùng làm việc tối ưu Thực tế, trong thuật toán điều khiển
Hộp số tự động và hệ thống truyền lực hybrid được thiết kế để duy trì động cơ hoạt động trong vùng tiêu hao nhiên liệu thấp nhất Việc điều chỉnh tải và tốc độ xe thông qua tỉ số truyền hộp số hoặc công suất động cơ điện là rất quan trọng Đối với xe sử dụng hộp số sàn, người lái cần chọn tay số phù hợp với tốc độ và tải động cơ, đồng thời duy trì tốc độ ổn định để động cơ hoạt động hiệu quả Tránh tăng tốc hoặc giảm tốc đột ngột sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất Khi thiết kế hệ thống truyền lực, cần tính toán số tay số và tỉ số truyền để phù hợp với điều kiện hoạt động thường xuyên nhất của xe.
Để tăng hiệu suất chỉ thị, cần giảm nhiệt lượng hao phí và lan tỏa ra môi trường Một số biện pháp hiệu quả bao gồm bọc động cơ bằng giấy bạc để giữ nhiệt, giảm số lượng và kích thước các cánh tản nhiệt của buồng đốt, cũng như tăng tỷ số nén của 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
Quá trình cháy trong động cơ cháy cưỡng bức bắt đầu từ cực bugi, tạo ra màng lửa và lan tỏa với tốc độ ngày càng tăng cho đến khi đốt hết hòa khí Dựa vào đặc trưng biến thiên áp suất trên đồ thị p-φ, quá trình cháy được chia thành ba thời kỳ.
Giai đoạn 1 của quá trình cháy trễ bắt đầu từ khi bu gi bật lửa cho đến khi ngọn lửa tách khỏi đường nén Trong giai đoạn này, các nguồn lửa đầu tiên xuất hiện từ bu gi và bắt đầu di chuyển màng lửa Lượng hỗn hợp tham gia phản ứng rất ít, chỉ khoảng 1.5%, do đó lượng nhiệt tỏa ra không đủ để làm thay đổi áp suất của đường nén Các thông số đặc trưng cho giai đoạn cháy trễ bao gồm thời gian cháy trễ τ1 (s) và góc cháy trễ φ1.
Hiệu suất của động cơ (TK) phụ thuộc chủ yếu vào thành phần và tính chất của nhiên liệu, cũng như mức độ chuyển động rối của môi chất Nhiệt độ lân cân bu gi tại thời điểm đánh lửa và năng lượng tại lửa cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Giai đoạn 2, hay giai đoạn cháy nhanh, diễn ra từ điểm 2 đến điểm 3, với màng lửa lan tràn nhanh chóng Nhờ vào hỗn hợp nhiên liệu được chuẩn bị kỹ lưỡng, đặc biệt là xăng dễ bay hơi, hầu hết nhiên liệu bị đốt cháy trong giai đoạn này Tốc độ tỏa nhiệt rất lớn trong khi thể tích xy lanh thay đổi ít, gần giống với quá trình cấp nhiệt đẳng tích Cuối giai đoạn, màng lửa đã lan tỏa khắp buồng cháy, khiến áp suất trong xy lanh đạt cực đại Tốc độ tăng áp suất là thông số đặc trưng của giai đoạn cháy nhanh này.
Quá trình cháy trong động cơ xăng diễn ra càng mạnh mẽ, áp suất tăng càng nhanh, dẫn đến hoạt động không êm ái của động cơ Thực tế, áp suất của động cơ xăng thường dao động trong khoảng 0.1 đến 0.2 MN/m² (ở nhiệt độ không khí).
Quá trình cháy đạt hiệu quả sinh công tối ưu khi hai góc φ1 và φ2 đối xứng qua đường trung tâm (ĐCT) Điều này cung cấp cơ sở quan trọng để xác định góc đánh lửa sớm (φ2) một cách tối ưu.
Giai đoạn 3, hay còn gọi là giai đoạn cháy rớt, diễn ra từ điểm 3 đến điểm 4 Trong giai đoạn này, tốc độ cháy giảm do chỉ còn lại những phần hỗn hợp chưa cháy, chủ yếu là ở lớp sát vách hoặc trong các khe kẽ của buồng.
Trong điều kiện nồng độ oxy giảm, tốc độ tỏa nhiệt trong quá trình cháy cũng giảm theo, dẫn đến hiệu quả sinh công thấp do piston di chuyển xa khỏi DCT Nhiệt sinh ra chủ yếu chỉ làm nóng các chi tiết máy Để hạn chế hiện tượng cháy rớt, có thể áp dụng các biện pháp như chọn góc đánh lửa sớm, điều chỉnh cường độ xoáy lốc của môi chất cho phù hợp và sử dụng đúng loại nhiên liệu theo 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 gây ra việc hỗn hợp nhiên liệu cháy hoàn toàn trong kỳ nén, làm cản trở chuyển động của piston Kết quả là công sinh ra trong kỳ cháy giản nở trở thành công âm, dẫn đến giảm công suất động cơ và tăng tải trọng lên các chi tiết như piston và thanh truyền Điều này không chỉ làm động cơ nóng lên mà còn có thể gây ra hiện tượng kích nổ và nóng máy.
Đánh lửa muộn gây ra quá trình cháy tiếp diễn trong giai đoạn giãn nở, dẫn đến việc nhiên liệu có thể không cháy hết trong xylanh và tiếp tục cháy ra ống xả Hậu quả là động cơ sẽ nóng hơn do thể tích vùng cháy và lượng nhiệt truyền cho nước làm mát tăng, đồng thời công suất động cơ cũng bị giảm.
Góc đánh lửa sớm tối ưu là yếu tố quan trọng giúp động cơ đạt hiệu suất cao nhất mà không gặp hiện tượng cháy kích nổ, ngay cả khi hoạt động ở chế độ toàn tải Giá trị của góc này phụ thuộc vào các thông số như tỷ số nén, thành phần hỗn hợp cháy và nhiệt độ khí nạp Để xác định góc đánh lửa sớm tối ưu, cần thực hiện các thí nghiệm cụ thể.
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
Đường đặc tính phụ tải của động cơ là biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa hao nhiên liệu (ge) và số vòng quay (n) khi công suất hữu ích (Ne) không đổi Thông qua đặc tính này, chúng ta có thể xác định mức tiêu hao nhiên liệu giờ ở các chế độ vòng quay và phụ tải khác nhau, cũng như xác định chế độ làm việc kinh tế tối ưu cho động cơ.
Chất lượng quá trình cháy trong động cơ phụ thuộc vào nhiều thông số, trong đó thành phần hỗn hợp cháy và góc đánh lửa sớm là hai yếu tố quan trọng cần được tối ưu hóa thông qua thử nghiệm động cơ Việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm có thể giúp tăng hiệu suất kinh tế của động cơ Đặc tính điều chỉnh này được thể hiện qua đồ thị quan hệ giữa công suất có ích và góc đánh lửa sớm.
Mức tiêu hao nhiên liệu của Gnl và suất tiêu hao nhiên liệu ge phụ thuộc vào góc đánh lửa sớm, trong khi vị trí bướm ga và số vòng quay trục khuỷu được giữ ổn định cùng với chế độ nhiệt không thay đổi.
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 HONDA Nhật Bản sản xuất, được sử dụng cho nhiều dòng xe như WAVE-α, WAVE-S và WAVE-RS Được giới thiệu lần đầu tại thị trường châu Á và châu Âu vào năm 1995, động cơ này đã nhanh chóng trở thành lựa chọn phổ biến tại Việt Nam.
Năm 2002, HONDA đã giới thiệu phiên bản đầu tiên của dòng xe WAVE, nổi bật với độ bền máy cao và mức tiêu thụ xăng thấp nhất trong các mẫu xe máy của hãng Đến nay, WAVE đã trở thành một trong những dòng xe phổ biến nhất tại Việt Nam.
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;
Động cơ xăng 4 kỳ 110 cc với cấu trúc xi lanh đơn và hệ thống làm mát bằng không khí bao gồm nhiều thành phần quan trọng như con lăn cò mổ, ổ lăn, bu gi, chốt piston, bơm dầu và lọc dầu bôi trơn Những bộ phận này đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo hiệu suất hoạt động và độ bền của động cơ.
Hệ thống bôi trơn của động cơ sử dụng cácte ướt và bơm dầu bánh răng ăn khớp ngoài để vận chuyển dầu bôi trơn hiệu quả.
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 thể hiện mối quan hệ giữa công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu Những đường đặc tính này rất quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất hoạt động của động cơ.
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 bên ngoài động cơ trong một thiết bị gọi là bộ chế hòa khí, sau đó được đưa vào động cơ thông qua hệ thống nạp.
Hệ thống nhiên liệu trên xe sử dụng bộ chế hòa khí để cung cấp nhiên liệu, hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp tối ưu cho động cơ Xăng từ bình xăng chảy qua ống dẫn, đi qua bộ lọc và van khóa xăng đang mở, trước khi vào buồng phao của bộ chế hòa khí Tại đây, bộ chế hòa khí sẽ tạo ra hỗn hợp không khí và nhiên liệu phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ.
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 vai trò quan trọng trong việc trộn xăng và không khí theo tỷ lệ tối ưu để đảm bảo khí hỗn hợp cháy hoàn toàn trong buồng nổ, với tỷ lệ lý tưởng là 1 xăng và 15 không khí Tuy nhiên, tỷ lệ này có thể thay đổi từ 1/9 đến 1/18 tùy thuộc vào chế độ làm việc của động cơ Khi xe hoạt động, có thể xảy ra tình trạng chết máy sau quãng đường ngắn, chạy không mượt ở tốc độ cao, thải khói đen hoặc hoạt động ì ạch.
3.1.1.2 Hệ thống phân phối khí
Cơ cấu phối khí đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thời điểm và điều khiển quá trình đóng mở xupap, giúp nạp hỗn hợp cháy và thải sản phẩm cháy ra khỏi xy lanh động cơ Trên xe WAVE RSX 110, cơ cấu phối khí động cơ xăng 1 xylanh được trang bị xupap treo, với hai xupap và trục cam đơn truyền động bằng xích đơn (SOHC) Nhiệm vụ của xupap trong cơ cấu này là đóng mở cửa nạp và xả, đảm bảo nạp khí sạch và thải sản phẩm cháy hiệu quả.
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 bao gồm 2 xupáp: 1 xupáp nạp và 1 xupáp thải, giúp nạp đầy hòa khí và thải sạch khí cháy, tối ưu hóa quá trình cháy Các xupáp di chuyển trong ống dẫn hướng, trong đó xupáp nạp được trang bị vòng làm kín để hạn chế dầu rò rỉ vào khe hở giữa thân xupáp 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
Để ép xu páp vào đế xu páp, thân xu páp được gia công với một rãnh để cài móng hãm đuôi xupáp và lò xo tỳ ép vào đế Trục cam của động cơ được dẫn động từ trục khuỷu qua bộ truyền xích, với cơ cấu căng xích điều chỉnh được để đảm bảo độ căng trong quá trình làm việc Dẫn động xích thường được sử dụng cho các động cơ có khoảng cách giữa hai trục lớn, với trục cam đặt trên nắp máy.
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
Xupap cho động cơ được thiết kế với cấu trúc đỉnh bằng, bao gồm các thành phần chính như thân xupap, đuôi xupap, nấm xupap và bề rộng mặt côn Các thông số hình học cơ bản của xupap rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ.
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 phổ biến trong các động cơ nhờ vào những ưu điểm nổi bật như kết cấu đơn giản và dễ chế tạo Loại nấm này được sử dụng cho cả xupáp nạp và xupáp thải, phù hợp với đa số các loại động cơ hiện nay.
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 bảo vệ thân máy và nắp xilanh khỏi sự hao mòn do lực va đập của xu páp, việc sử dụng đế xupáp ép vào họng đường ống nạp và ống thải là rất cần thiết.
Sự phát triển của hệ thống phun xăng
Hệ thống phun xăng đã ra đời từ lâu nhưng không được áp dụng do công nghệ chế tạo hạn chế Ngày nay, nhờ vào những tiến bộ trong kinh tế và kỹ thuật, các nhà sản xuất đã cải tiến và phát triển hệ thống này Hệ thống phun xăng hoạt động bằng cách phun nhiên liệu vào đường ống nạp bên cạnh xu pap nạp thông qua các bộ phận cơ khí hoặc điện tử, thay vì dựa vào sức hút của dòng khí như ở động cơ sử dụng bộ chế hòa khí.
Khi nhiên liệu được phun vào, nó sẽ được hòa trộn với không khí để tạo thành hỗn hợp tối ưu giữa không khí và nhiên liệu Hỗn hợp này sau đó sẽ được hút vào xy lanh của động cơ khi xú pap nạp mở.
Trong hệ thống phun xăng, nhiên liệu được phun với áp suất tối ưu để tạo ra hỗn hợp hoàn hảo cho quá trình cháy Hệ thống này giúp các nhà chế tạo nâng cao công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm khí thải.
Vào cuối thế kỷ 19, kỹ sư người Pháp Stévaan phát minh ra phương pháp phân phối nhiên liệu bằng máy nén khí Sau đó, người Đức thử nghiệm phun nhiên liệu vào buồng đốt nhưng không đạt hiệu quả cao Đến năm 1887, người Mỹ đã có những đóng góp quan trọng trong việc triển khai hệ thống phun xăng cho động cơ tĩnh Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng thành công hệ thống phun xăng trên động cơ 4 kỳ tĩnh, từ đó phát triển công nghệ cung cấp nhiên liệu cho máy bay tại Đức.
Hệ thống phun xăng đã được áp dụng rộng rãi trên các loại ôtô tại Đức, thay thế dần động cơ sử dụng bộ chế hòa khí Công ty BOSCH tiên phong trong việc áp dụng hệ thống phun xăng cho mô tô 2 kỳ, cung cấp nhiên liệu dưới áp lực cao.
Hãng BOSCH đã áp dụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt, mặc dù điều này dẫn đến chi phí chế tạo cao và hiệu quả thấp Kỹ thuật này đã được sử dụng hiệu quả trong Thế chiến thứ hai.
Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng đã bị gián đoạn trong một thời gian dài, nhưng vào năm 1962, người Pháp đã triển khai công nghệ này trên ôtô Peugeot 404 Tuy nhiên, việc điều khiển phân phối nhiên liệu bằng cơ khí dẫn đến hiệu quả không cao và công nghệ vẫn chưa đáp ứng tốt Đến năm 1966, người Đức đã có những bước tiến vượt bậc bằng việc áp dụng kỹ thuật điều khiển tiên tiến hơn.
Vào năm 1973, các kỹ sư Đức đã phát triển hệ thống phun xăng cơ khí K-Jetronic, được ứng dụng đầu tiên trên xe Mercedes.
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
Mặc dù hệ thống K-Jetronic và KE-Jetronic đã đạt được nhiều thành công trong ngành ô tô, nhưng chúng gặp khó khăn trong việc bảo trì và có chi phí sản xuất cao Do đó, các kỹ sư đã nghiên cứu và phát triển các hệ thống khác như L-Jetronic, Mono-jetronic và Motronic để khắc phục những nhược điểm này.
Người Mỹ đã theo người Đức cho chế tạo K-Jetronic dùng trên các xe của hãng
GM và Chrysler đã áp dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic, Mono-Jetronic và Motronic cho các mẫu xe Cadillac Đến năm 1984, Toyota là hãng xe Nhật Bản đầu tiên ứng dụng công nghệ phun xăng này, theo sau là Nissan cũng sử dụng hệ thống L-Jetronic thay thế cho bộ chế hòa khí.
3.2.2 Các yêu cầu của một hệ thống phun xăng
Tỉ lệ không khí và nhiên liệu cần phải được điều chỉnh phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ Hạt nhiên liệu phải nhỏ và chủ yếu ở dạng hơi, đảm bảo hỗn hợp đồng nhất trong từng xy lanh Thời gian hình thành hỗn hợp cần hiệu quả khi động cơ hoạt động ở số vòng quay cao, và hỗn hợp phải thích ứng với nhiệt độ, áp suất môi trường cũng như nhiệt độ của động cơ Cuối cùng, lượng nhiên liệu sử dụng cần đạt chất lượng tốt.
3.2.3 Hệ thống điều khiển dòng nhiên liệu
Hệ thống điều khiển dòng nhiên liệu, bao gồm bộ chế hòa khí và hệ thống phun nhiên liệu, có nhiệm vụ chính là chuẩn bị hỗn hợp hòa khí tối ưu cho điều kiện tải của ôtô Phương pháp phun nhiên liệu hiện nay được xem là tối ưu, giúp nâng cao công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và hạn chế ô nhiễm môi trường Có hai kiểu điều khiển phun nhiên liệu chính.
Điều khiển nhiên liệu bằng cơ khí
Dùng trên động cơ Diesel: kiểu điều khiển này hoàn toàn dẫn động bằng cơ khí
Hệ thống K-Jetronic được sử dụng cho động cơ xăng, trong đó sự phân phối nhiên liệu được điều khiển bằng cơ khí và bơm nhiên liệu hoạt động bằng điện Hệ thống này bao 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 được phun vào động cơ thông qua việc mở các van kim phun Các van này được điều khiển bởi một cuộn dây, mở và đóng khi có dòng điện đi qua, giúp kiểm soát lượng nhiên liệu cung cấp cho quá trình đốt cháy.
Các kim phun được điều khiển bởi bộ điều khiển điện tử (ECU), sử dụng xung điện dạng vuông với chiều dài xung thay đổi Chiều dài xung này xác định thời gian mở của kim phun, từ đó điều chỉnh lượng nhiên liệu phun ra 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 thấp đến cao, lượng nhiên liệu được phun ra từ kim phun được điều chỉnh theo lượng không khí nạp, với sự kiểm soát của ECM ECM nhận tín hiệu điện áp từ các cảm biến để xác định lượng nhiên liệu cần thiết, đảm bảo kim phun cung cấp chính xác lượng nhiên liệu vào ống nạp dựa trên thể tích không khí nạp và thời gian phun.
Thời gian phun nhiên liệu cơ bản được xác định dựa trên hai loại bản đồ lưu trong bộ nhớ ECM, dựa vào số vòng quay của động cơ và lượng khí nạp Lượng khí nạp được tính toán theo công thức cài đặt trước, sử dụng các thông số từ MAP, IAT và TP.
Thời gian phun nhiên liệu được xác định chính xác bởi ECM dựa trên hiệu điện thế đầu ra của các cảm biến và các điều kiện vận hành của động cơ.
Khi giảm tốc với hệ thống PGM FI, bướm ga sẽ đóng và phanh được sử dụng, ECM nhận diện tín hiệu từ cảm biến TP và CKP để xác định bướm ga đã đóng hoàn toàn Để ngăn chặn việc tiêu hao nhiên liệu, ECM sẽ ngắt nguồn nhiên liệu đến xy-lanh bằng cách đặt thời gian phun nhiên liệu về không, tránh thải khí chưa cháy ra môi trường.
3.4.3 Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng điện tử
Phản ứng của động cơ khi vặn ga nhanh chóng và ổn định hơn, nhờ vào khả năng điều chỉnh chính xác theo nhiệt độ động cơ và thay đổi áp suất không khí Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả.
Hình 3 49: Sơ đồ điều khiển của ECU
Hệ thống phun nhiên liệu hiệu quả giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy, giảm thiểu tình trạng dư hòa khí, từ đó tiết kiệm nhiên liệu và ngăn ngừa sự hình thành muội đen trong buồng đốt.
Cải thiện chất lượng khí thải bằng cách sử dụng số liệu đo đạc nhiên liệu chính xác, giúp giảm thiểu nồng độ khí độc hại từ quá trình đốt cháy ra môi trường.
3.4.4 Quy trình của hệ thống phun xăng điện tử
Quy trình tạo hỗn hợp không khí – nhiên liệu trong bộ phun xăng điện tử diễn ra đơn giản với sự hỗ trợ của bơm xăng và kim phun Khi người lái kéo ga, bơm xăng điện tử hoạt động, cung cấp xăng trực tiếp vào buồng đốt qua kim phun Nhờ áp suất cao và lượng xăng được điều chỉnh chính xác, xăng được phun ra sẽ được chia nhỏ và bay hơi, kết hợp với không khí để tạo ra hỗn hợp lý tưởng 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 ổn định không chỉ đảm bảo xe di chuyển êm ái mà còn giúp các bộ phận của xe duy trì độ bền bỉ tối ưu.
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 tử hoạt động hiệu quả ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cực thấp mà không cần điều chỉnh bướm gió Chỉ cần xoay chìa khóa để khởi động bộ phun xăng, động cơ sẽ nổ ngay lập tức Độ nhạy của phun xăng điện tử vượt trội hơn 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
Trong quá trình hoạt động, các mạch xăng trong chế hòa khí được điều khiển bằng cơ khí tại bộ chế hòa khí, dẫn đến việc thành phần hỗn hợp không thể đạt được mức 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 khởi động xe trong điều kiện nhiệt độ thấp, xăng sẽ bám vào thành xi lanh và ngưng tụ, dẫn đến việc hệ thống bướm gió cung cấp hỗn hợp khí nghèo, gây khó khăn trong việc 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
