Thiết kế, chế tạo hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử thay thế cho bộ chế hòa khí trên động cơ xăng tĩnh tại cỡ nhỏ
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ THAY
THẾ CHO BỘ CHẾ HÒA KHÍ TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG TĨNH TẠI CỠ NHỎ
DESIGN AND MANUFACTURE OF ELECTRONIC FUEL INJECTION AND
IGNITION SYSTEMS REPLACE CARBURETOR BASIC ON SMALL
GASOLINE ENGINE
Trịnh Văn Vinh
Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
TÓM TẮT
Hiện nay, đa số các loại động cơ tĩnh tại cỡ nhỏ được dùng trong nông nghiệp ở Việt Nam
thường sử dụng bộ chế hoà khí (BCHK) và đánh lửa bán dẫn IC thường. Loại động cơ này khi hoạt
động, chưa đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật như: khả năng gia tốc kém, khí thải gây ô nhiễm môi
trường cao, suất tiêu hao nhiên liệu lớn và hiệu suất thấp. Vì vậy, việc thiết kế, chế tạo hệ thống phun
xăng, đánh lửa điện tử (TCCS) thay thế cho bộ chế hòa khí nhằm khắc phục những hạn chế của bộ
chế hòa khí nguyên thủy là cần thiết. Đề tài nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và tính toán, lựa chọn thiết
bị phù hợp để gia công lắp đặt hệ thống điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử cho mô hình. Lựa
chọn và lắp đặt hệ thống (TCCS) cho động cơ mẫu là loại D-Jetronic, với lượng xăng phun được xác
định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP và được điều chỉnh liên tục theo hệ số phản
hồi từ cảm biến O2. ECU tính toán lượng khí nạp cho động cơ, để xác định lượng nhiên liệu phun vào
đảm bảo cho động cơ hoạt động. Sử dụng các thiết bị băng tải để điều khiển tải, lượng phun nhiên
liệu tìm được sơ đồ lưới phun nhiên liệu, góc đánh lửa và công suất động cơ, từ đó tìm ra các thông
số tối ưu cho mô hình.
Từ khóa: Phun xăng, đánh lửa điện tử; EFI; TCCS; MAP; động cơ tĩnh tại; bộ điều khiển điện
tử, tiêu thụ nhiên liệu.
ABSTRACT
Currently, most small static engines used in agriculture in Vietnam often use carburetor and
transistor controlled ignition system. When this type of engine operates, it do not met the technical
requirements such as: poor acceleration, exhaust gas causing high environmental pollution, large fuel
consumption and low efficiency. Therefore, the design and manufacture of electronic fuel injection
and ignition systems (TCCS) replace carburetors to overcome the limitations of the original
carburetors are necessary. Research projects, design, manufacture and calculate, select appropriate
equipment for processing and installation of fuel injection control systems, electronic ignition for the
model. Select and install the TCCS system for the D-Jetronic model engine, with the amount of fuel
injection is determined by the pressure behind the throttle by the MAP sensor and is continuously
adjusted according to the feedback coefficient from the sensor O2. ECU calculates intake air for
engines to determine the amount of fuel injected to ensure engine performance. Using conveyor
devices to control the load, the fuel injection volume finds the fuel injection grid diagram, ignition
angle, thereby finding the optimal parameters for the model.
đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật như khả năng
1. Đặt vấn đề
gia tốc kém, nồng độ khí gây ô nhiễm môi trường
cao và suất tiêu hao nhiên liệu lớn, hiệu suất thấp.
Tại Việt Nam, đặc biệt là tỉnh Đắk Lắk đang
Đây cũng là một nhược điểm tồn tại trên hầu hết
sử dụng khá nhiều động cơ tĩnh tại cỡ nhỏ dùng
các loại động cơ xăng sử dụng bộ chế hoà khí
để chế tạo các loại máy móc phục vụ cho nông
nghiệp như: kéo máy phát điện, máy bơm nước,
(BCHK) được dùng trong nông nghiệp hiện nay.
Tuy nhiên người ta vẫn sử dụng bộ chế hòa khí
làm đất, chế biến sản phẩm nông nghiệp sau thu
cho các loại động cơ tĩnh tại cỡ nhỏ này là do nhà
hoạch… loại động cơ này đa số vẫn sử dụng hệ
sản xuất muốn giảm giá thành động cơ, dể cạnh
thống cấp nhiên liệu (xăng) bằng bộ chế hòa khí.
tranh thị trường.
Khi hoạt động hiệu quả sử dụng không cao, chưa
Nhằm góp phần tìm những giải pháp khả thi
để giảm tiêu hao nhiên liệu, phát thải ô nhiễm
môi trường và tăng hiệu suất làm việc cho động
cơ. Đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống phun xăng
đánh lửa điện tử thay thế cho bộ chế hòa khí trên
động cơ xăng tĩnh tại cỡ nhỏ” được nghiên cứu
nhằm hỗ trợ cải thiện cho loại động cơ tĩnh tại
được hiệu quả hơn. Kết quả cụ thể đã đạt mục
tiêu ban đầu đề ra, đó là giảm tiêu thụ nhiên liệu
và phát thải độc hại, tăng công suất động cơ.
390x330x
350
16 Dài x cao x rộng
mm
2.2. Phương án thiết kế, chế tạo, thay thế bộ chế
hòa khí và đánh lửa nguyên thủy bằng hệ thống
phun xăng, đánh lửa điều khiển điện tử (ECCS)
2.2.1. Sơ đồ thiết kế lắp đặt hệ thống ECCS cho
động cơ mẫu
2. Thiết kế, chế tạo hệ thống phun xăng, đánh
lửa điện tử cho động cơ mẫu Huahei 5,5 HP
Cuộn đánh lửa
Cảm biến O2
2.1. Các thông số kỹ thuật và đặc tính của động
cơ Huahie 5,5 HP
Bảng 2.1. Các thông kỹ thuật cơ bản của động
cơ Huahie 5,5 HP
Đơn
vị
Huahie
5,5 HP
4 kꢀ, 1 xi
lanh
TT
Thông số
1 Loại (số xilanh, kꢀ)
Hình 1: Sơ đồ hoạt động hệ thống ECCS [1]
Đường kính x hành
trình piston (D, S)
2
mm
mm
68x45
2.2.2. Lựa chọn các thiết bị hệ thống ECCS lắp
đặt cho động cơ mẫu
Chiều dài thanh
truyền (l)
3
Các thiết bị cần chuẩn bị gồm: bơm xăng, cổ
họng gió, ống dẫn xăng cao áp, van không tải, các
cảm biến, vòi phun, bộ dây điện, giắc cắm kết
nối, bình ắc quy, bộ phận đánh lửa được chọn từ
thiết bị Honda Lead 110. ECU là loại Apitech 9.1
(Honda Winner 150).
4 Thể tích xi lanh (Vc) cc
168
Công suất định mức
Hp/rp 4,0/3300
m
5 (Ne); Công suất tối
đa (Nmax
5,5/2600
)
Kgf.
m/rp 10,8/2600
m
Mômen cực đại
(Mmax
Thùng nhiên liêu: Được cải tiến từ thùng
nhiên liệu của động cơ nguyên thủy, sao cho lắp
được bơm xăng vào bên trong giống như ở các xe
máy phun xăng điện tử hiện có trên thị trường.
6
)
7
8
Tỉ số nén (ε)
Nhiên liệu
8,5:1
Xăng A92
Bugi: Giữ nguyên bugi đánh lửa nguyên thuỷ
của động cơ.
Thể tích thùng
nhiêu liệu
Suất tiêu thụ nhiên g/(K
9
Lít
3.6
360
2.2.3. Thiết kế, lắp đặt hệ thống ECCS
10
* Tháo bỏ hệ thống đánh lửa và bộ chế hòa
khí nguyên thủy
liệu
W/h)
11 Dầu bôi trơn
25W, 50W
0,6
- Tháo bộ phận đánh lửa gồm cuộn kích từ
phát điện và thanh nam châm gắn trên bánh đà để
tránh nhiễu tín hiệu khi đặt cảm biến tốc độ và
xác định góc đánh lửa.
Thể tích dầu bôi
trơn
12
Lít
Bộ chế
hòa khí
13 Hệ thống nhiên liệu
- Tháo bộ chế hòa khí ra khỏi động cơ.
* Thay thế, lắp đặt hệ thống ECCS
Hệ thống khởi
động
14
Bằng tay
- Lắp đặt cảm biến số vòng quay và góc đánh
lửa (CKP)
15 Hệ thống làm mát
Không khí
Tháo bánh đà ra, gia công các răng để cảm
biến CKP đọc xung. Tháo bỏ thanh nam châm từ
trên bánh đà để chống nhiễu xung và bù lại khối
lượng thép bằng khối lượng nam châm đã lấy ra.
vặn vít gió cầm chừng để tăng/giảm khe hở giữa
vít và vách ngăn khí trong thân bướm ga.
- Lắp đặt bơm xăng
Vít gió cầm chừng
Gia công bánh đà: gia công và lắp treen bánh
đà vành 11 răng, cách đều nhau để đọc xung, tuy
nhiên bỏ 02 răng liền nhau, mục đích khi đếm
xung biết số vòng quay, cũng như vị trí đánh lửa
và phun xăng cho động cơ. Để cảm biến nhận tín
hiệu báo về ECU xử lý thời điểm phun xăng và
góc đánh lửa. Lắp cảm biến CKP trên thân máy,
đầu đọc của cảm biến hướng sát vào các răng để
đọc xung, đầu kia nối dây với ECU (Hình 2).
Cuối cùng là cân bằng động cho bánh đà để động
cơ hoạt động êm.
Đường dẫn khí
Hình 3: Cấu tạo của vít gió cầm chừng [3]
Gia công lắp đặt bơm xăng: khoét lỗ tròn bình
xăng bắt bu lông gá giữ bơm xăng vào bình xăng
đảm bảo hoạt động ổn định.
RELUCTOR
(Răng đếm xung)
- Lắp đặt vòi phun xăng (kim phun)
Vòi phun nhiên liệu là van điện từ bao gồm
van kim/piston, cuộn dây điện từ, lò xo điện từ
và bộ lọc.
CK
Đọc xung
- Lắp đặt hệ thống đánh lửa
Hình 2: Sơ đồ gia công lắp đặt cảm biến CKP [2]
- Lắp đặt cảm biến nhiệt độ động cơ (ECT)
Giữ nguyên Bugi của động cơ, gắn thêm
cuộn đánh lửa vào, một đầu lắp vào bugi, đầu kia
kết nối với ECU
Gia công lắp đặt cảm biến ECT: Khoan trên
phần cánh tản nhiệt nắp máy (có thể chỗ khác nếu
đáp ứng điều kiện đo nhiệt độ động cơ) ta rô ren
lắp cảm biến ECT vào và đầu kia nối dây điện với
ECU.
Cuộn
đánh lửa
(+)
Bugi
Y/Bu
BI/W
- Lắp đặt cảm biến vị trí bướm ga (TP) và
cảm biến áp suất khí nạp (MAP)
PV
Các cảm biến TP, MAP được lắp trên cổ
họng gió đồng bộ theo nhà sản xuất Honda Lead
CKP
ECT
Bình
Ắc quy
ECU
- Lắp đặt cảm biến nhiệt độ không khí (IAT)
(-)
Cảm biến này đặt trước cạnh đường khí
nạp (đo nhiệt độ môi trường).
Hình 4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ
thống điều khiển đánh lửa.
- Lắp đặt cảm biến ô xi (O2)
* Nạp chương trình cho ECU điều khiển
phun xăng, đánh lửa điện tử
Gia công lắp đặt cảm biến O2: Khoan lỗ trên
đường ống xả, hàn ốc để gắn cảm biến O2 vào,
đầu dây còn lại kết nối ECU.
Sử dụng phần mềm điều khiển đánh lửa,
phun xăng điện tử cho ECU API II là phần mềm
điều khiển của ECU của Winner 150 được lập
trình sẳn có phần mềm kèm theo.
- Vít gió cầm chừng:
Vít gió cầm chừng được đặt trong thân bướm
ga. Đường khí cầm chừng cung cấp một lượng khí
cần thiết trong suốt quá trình hoạt động không tải.
Đường đi của khí cầm chừng được thiết kế theo
dạng khúc khuỷu nên không dễ bị ảnh hưởng bởi
bụi bẩn bị thổi ngược từ buồng đốt.
* Xây dựng bộ dữ liệu điều khiển cho ECU
Trong hệ thống phun xăng điện tử, lượng
xăng phun trong mỗi chu trình chỉ phụ thuộc vào
thời gian mở vòi phun hay độ rộng xung phun.
Độ rộng xung điều khiển vòi phun thay đổi dựa
Lượng khí có thể được điều chỉnh bằng cách
trên nguyên tắc sử dụng mạch đếm lập trình
timer. Khi có tín hiệu xung điều khiển phun G,
timer sẽ bắt đầu đếm và xung phun sẽ chuyển
trạng thái sang mức cao để nâng vòi phun lên.
Khi giá trị đếm cua timer bằng giá trị đặt trước
cũng là lúc xung phun được hạ xuống mức thấp,
vòi phun được đóng lại, kết thúc quá trình phun.
Sơ đồ thực nghiệm
Máy tính
Động cơ
điện
ECU
Động cơ TN
Phụ tải
0,5KW
Đồng hồ
đo điện
áp
Trong khuôn khổ đề tài, ECU được thiết kế
điều khiển vòi phun theo các chế độ sau. Chế độ
khởi động, chế độ chuyển tiếp từ khởi động sang
không tải, chế độ hâm nóng máy, chế độ chuyển
tiếp từ không tải sang chế độ có tải, chế độ tăng
tốc, chế độ giảm tốc, chế độ ổn định, chế độ cắt
nhiên liệu khi động cơ bị kéo tải, chế độ cắt nhiên
liệu khi quá tốc độ, chế độ ổn định điều khiển tải
trung bình và động cơ đã đủ nóng.
Demmer
Phụ tải
4KW
Hình 5: Sơ đồ thực nghiệm
3.1. Điều khiển góc đánh lửa cho động cơ thực
nghiệm sử dụng hệ thống ECCT
Đặt góc đánh lửa sớm theo từng chế độ theo
lý thuyết động cơ ban đầu θs = 50 và tối ưu bằng
thực nghiệm ở các chế độ như sau: ở nhiệt độ
không khí nạp từ 00C đến 600C (nhận từ cảm biến
IAT), nhiệt độ động cơ từ 00C đến 1000C tốc độ
từ cầm chừng đến 2.000v/p (nhận từ cảm biến
CKP), ECU không thực hiện sự hiệu chỉnh góc
đánh lửa sớm theo nhiệt độ, và số vòng quay. Sau
đó điều chỉnh góc đánh lửa theo tốc độ động cơ
bắt đầu hơn 2000v/p góc đánh lửa điều chỉnh sớm
tăng độ lên tới tốc độ cực đại động cơ 3.600v/p,
góc đánh lửa sớm tăng lên đến 210 (trung bình
tăng 100 v/p, tăng lên 10).
Các chế độ này được thử nghiệm và tối ưu
trên băng thử. Để thay đổi và điều chỉnh các số
liệu trong quá trình thí nghiệm, ECU được điều
khiển bởi máy tính, trên máy tính thể hiện các
thông số làm việc của động cơ như: tốc độ. áp
suất đường nạp, nhiệt độ động cơ, nhiệt độ không
khí nạp, vị trí bướm ga, tỷ lệ không khí/nhiên
liệu, góc đánh lửa...
Bộ dữ liệu cơ sở được xây dựng khi thử
nghiệm ở chế độ ổn định (vị trí bướm ga, tốc dộ
vòng quay cố định, nhiệt độ động cơ > 80°C).
3. Thực nghiệm điều chỉnh góc đánh lửa, phun
xăng tối ưu, đo suất tiêu hao nhiên liệu và đặc
tính ngoài của động cơ thực nghiệm.
Khi nhiệt độ 1100C, sẽ dễ gây ra hiện tượng
kích nổ và tăng hàm lượng NOx trong khí thải, vì
vậy ECU sẽ điều khiển giảm góc đánh lửa xuống,
góc tối đa giảm xuống là 5°C.
Thiết bị thực nghiệm: Động cơ điện, đồng hồ
đo điện áp, tần số, công suất, số KWh tiêu thụ,
cân đo tiêu hao nhiên liệu, phụ tải, Demmer điều
chỉnh điện áp, máy tính (tất cả các thiết bị trên
đều có công suất lớn hơn công suất của động cơ
thực nghiệm 5,5 HP ≈ 4,1KW)). Người nghiên
cứu chọn động cơ điện 5KW, phụ tải 4,5 KW (4
bóng điện, mỗi bóng 1.000W được điều chỉnh bởi
Demmer 4.000W và 01 bóng 500W nối trực
tiếp), cân đo nhiên liêu max 7,5kg, đồng hồ đo
max 22KW và các phụ kiện như phic cắm, dây
điện, cáp nối ECU của động cơ và máy tính
laptop, trục nối động cơ và động cơ điện.
Cụ thể góc đánh lửa được điều chính tối ưu
như sau:
Đồ thị góc đánh lửa được điều chỉnh
Thực nghiệm đo động cơ mẫu dùng bộ chế
hoà khí nguyên thuỷ và động cơ mẫu đã chuyển
đổi sang hệ thống đánh lửa, phun xăng điện tử để
so sánh. Vì vậy chế độ và điều kiện thực nghiệm
là như nhau:
Hình 6: Đồ thị góc đánh lửa động cơ đã được
điều chỉnh
3.2. Điều khiển lượng xăng phun cho động cơ
thực nghiệm
Đo công suất: cho động cơ thực nghiệm hoạt
động ở nhiệt độ hoạt động ổn định (800C) bắt đầu
kéo động cơ điện không tải.
Sau khi cài đặt chương trình điều khiển cho
ECU ở chế độ phun của động cơ xe Winner, khởi
động động cơ đã hoạt động tuy nhiên vẫn chưa
tối ưu, ta tiến hành điều chỉnh lượng xăng phun
như sau:
Cho động cơ hoạt động 100% (mở bướm ga
mở 100%) tăng tải bằng cách bật phụ tải trực tiếp
bóng 500KW và điều chỉnh Demmer tăng đến
khi động để động cơ hoạt động ổn định ở mức số
vòng quay n = 3.500v/p tiếp tục tăng tải, động cơ
tự điều chỉnh (nhờ bộ điều tốc) đến khi động cơ
giảm xuống dưới 3.500v/p mà không thể tự điều
chỉnh về lại. Ghi nhận đồng hồ báo công suất thời
điểm này. Tiếp tục tăng tải cho động cơ hoạt động
ổn định ở mức n = 3.000v/p, 2.500v/p, 2.000v/p,
1.500v/p ta có kết quả như bảng 1 như sau.
- Chế độ khởi động, chọn cố định mức phun
nhiên liệu đủ đậm để khởi động tốt nhất (dễ khởi
động).
- Chọn chế độ cầm chừng, hiệu chỉnh tối ưu
nhất mà không cần kéo tải: cho động cơ hoạt
động chế độ cầm chừng giảm đến mức có thể
lượng xăng phun mà vần hoạt động ổn định
(không tắt máy).
Từ số liệu đo công suất ta tính được mô men
động cơ theo công thức sau:
- Chế độ hoạt động của động cơ: Chia bướm
ga thành nhiều thang, mỗi thang là 3% cho động
cơ hoạt động kéo băng tải là động cơ điện thông
qua phụ tải, tăng tải bằng cách chỉnh phụ tải tăng
bằng cách tăng điện áp thông qua Demmer (vặn
nút Demmer tăng điện áp theo ý muốn nếu động
cơ hoạt động quá 4KW sẽ bật bóng 500W điều
chỉnh lại Demmer), lúc này động cơ bắt đầu chậm
lại, điều chỉnh tăng lượng xăng phun lên đến khi
cảm biến ô xi báo đến về mức gần bằng 0, chọn
số liệu và cứ như vậy ta được bộ số liệu điều
khiển lượng xăng phun tối ưu cho động cơ.
N = M.ω
Trong đó: ω vận tốc góc
ω = n x 2π/60 (rad/s)
Ta có bảng số liệu kết quả đo thực nghiệm
công suất và mô men động cơ dùng BCHK và sau
khi được thay thế lắp đặt hệ thống ECCS mô hình
như sau:
Bảng 1: Số liệu thực nghiệm tại vị trí bướm ga
100% khi dùng BCHK
n [v/p]
1500
2000
2500
3000
3500
Me [N.m]
10.51
Ne [KW]
1.65
Điều chỉnh lượng nhiên liệu ta thu được đồ
thị lưới phun nhiên liệu động cơ
10.99
2.30
11.08
2.90
10.99
3.45
10.65
3.90
Bảng 2: Số liệu thực nghiệm tại vị trí bướm ga
100% khi dùng ECCS
Hình 7: Đồ thị lưới phun nhiên liệu động cơ
n [v/p]
1500
2000
2500
3000
3500
Me [N.m]
11.09
Ne [KW]
1.74
3.3. Đo thực nghiệm đặc tính ngoài động cơ
(công suất)
Phương pháp đo: Cho cả 2 động cơ thực
nghiệm dùng bộ chế hòa khí và động cơ đã được
thay hệ thống điều khiển đánh lửa phun xăng điện
tử thực nghiệm chế độ như nhau (đối với động cơ
dùng BCHK ta sử dụng thiết bị đo tốc độ số vòng
quay động cơ n (súng bắn n), chuyển sang ECCS
đã hiển thị số n trên máy tính).
11.59
2.40
11.69
3.06
11.59
3.64
11.23
4.11
Bảng 3: Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ
động cơ dùng BCHK với ECCS
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
TIÊU THỤ XĂNG [g/h]
%Tải
25%
50%
75% 100%
BCHK
BCHK
EFI
490
820
1.200 1.650
g (nhiên
liệu)
1500
2000
2500
3000
3500
n (v/p)
EFI
460
760
1.100 1.530
g (nhiên
liệu)
Hình 8: Đồ thị so sánh công suất của động cơ.
Cải thiện
6,1%
7,3% 8,3% 7,3%
%
13.0
12.0
11.0
10.0
9.0
So sánh kết quả thực nghiệm, động cơ dùng
ECCT đã cải thiện tiêu hao nhiên liệu so với động
cơ sử dụng bộ chế hòa khí nguyên thủy khá tốt,
bình quân ở chế độ thực nghiệm trên đã cải thiện
được 7,25%.
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
EFI
BCHK
3.5. Đo khí xả động cơ
Sử dụng thiết bị chuyên dụng đo QRO-401
sử dụng đo khí xả đối với động cơ sử dụng nhiên
liệu xăng. Đo thực nghiệm động cơ mẫu ở chế độ
không tải và ở chế độ số vòng quay n = 1.000v/p,
2.000v/p, 3000v/p. Kết quả đo như sau:
1500
2000
2500
3000
3500
n (v/p)
Hình 9: Đồ thị so sánh mô men của động cơ.
Kết quả thực nghiệm ở động cơ dùng ECCS
cho giá trị công suất lớn hơn kết quả thực nghiệm
ở động cơ dùng BCHK. Ở khu vực tốc độ thấp,
sự khác biệt lớn nhất khoảng 5 ÷ 6%, tại vị trí
1.500 ÷ 2.000v/p. Khu vực tốc độ định mức, sự
khác biệt lớn nhất khoảng 6 ÷ 8%.
Bảng 4: So sánh giá trị khí thải giữa BCHK
và ECCS ở n = 1.000v/p.
Tiêu
chuẩn
Thay
đổi
Giá trị
Thành Đơ
phần n vị
EURO
2
3.4. Đo lượng tiêu hao nhiên liệu
Suất tiêu hao nhiên liệu được thử nghiệm
trên động cơ thực nghiệm sử dụng BCHK và
động cơ sử dụng ECCS (ở cùng chế độ thực
nghiệm). Cho động cơ hoạt động tại các chế độ
tải 25%, 50%, 70%, 100%, tương đương 1KW,
2KW, 3KW, 4KW (do động cơ phát ra công suất
cực đại trên 4KW), (ở 25% tải, bật 01 bóng điện
1KW, 50%, bật 2 bóng, 3KW, 3 bóng, 4KW 4
bóng) cho hoạt động ở tốc độ định mức của động
cơ tĩnh tại là 3.000v/p, dùng đồng hồ điện tử đo
thời gian (ms) đếm, ta cho mỗi chế độ hoạt động
03 phút (đổi ra giờ ta nhân cho 20) ta đo được
suất tiêu hao nhiên liệu như sau:
BCHK ECCS
CO
%
8.66 0.20 - 8.46 1.2
-
1.2 x
1000
HC ppm 376
102
274
CO2
%
5.4
38
4.9 - 0.5
25 -13
-
1.2 x
1000
NOX ppm
So sánh nồng độ các chất ở chế độ 1.000 v/p
thì nồng độ ô nhiễm khí thải được cải thiện đáng kể
Bảng số liệu đo suất tiêu hao nhiên liệu động
cơ thực nghiệm dùng BCHK và dùng ECCS.
nhất là nồng độ CO (giảm 97,69%) và HC (giảm
72,87%), các chất còn lại thay đổi không đáng kể
và nằm trong mức cho phép so với tiêu chuẩn
EURO2.
4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
4.1 Kết luận
Với những kết quả đã trình bày ở trên, có
thể rút ra một số kết luận sau:
Chế độ không tải, n = 2000 v/p
- Để giảm tiêu thụ nhiên liệu cũng như giảm
thiểu ô nhiễm môi trường đối với động cơ tĩnh tại
cở nhỏ, cụ thể là động cơ có công suất 5,5HP, thì
việc chuyển đổi từ hệ thống nhiên liệu dùng bộ
chế hòa khi sang ECCS là phù hợp và cần thiết.
Bảng 5: So sánh giá trị khí thải giữa BCHK
và ECCS ở n = 2.000v/p.
Giá trị
Tiêu
chuẩn
Thành Đơn
phần vị
Thay
đổi
- Việc tính toán thiết kế, chế tạo và lắp đặt
hệ thống ECCS cho động cơ tỉnh tại Huahie 5,5
HP, với kết cấu nhỏ gọn, ảnh hưởng không đáng
kể các tính năng vận hành động cơ và tận dụng
lại một số chi tiết các thiết bị hiện có của động
cơ, nhằm giảm chi phí khi chuyển đổi.
BCH Phun
EURO
2
K
xăng
CO
HC
%
9.07
0.65 - 8.46
1.2
pp
m
-
134
1.2 x
1000
244
6.1
43
110
- Qua thực nghiệm, thử nghiệm cho thấy,
công suất động cơ thay thế hệ thống ECCS tăng
từ 5 - 6% so với động cơ thực nghiệm dùng
BCHK theo đặc tính ngoài của động cơ ở tốc độ
từ 1.500 – 3.500 v/p. Suất tiêu hao nhiên liệu
cũng giảm được 7,25% khi thử nghiệm theo quy
trình thực nghiệm. Ngoài ra, dùng hệ thống
ECCS còn cải thiện được phát thải độc hại, đặc
biệt là giảm đáng kể lượng khí thải độc hại CO
và HC; bình quân nồng độ CO giảm 96,58%, HC
giảm 61,8% so với động cơ dùng BCHK.
CO2
NOX
%
16.9 - 1.2
-
pp
m
1.2 x
1000
47
- 18
Ở chế độ 2.000v/p, nồng độ ô nhiễm khí thải
được cải thiện đáng kể, nhất là CO (giảm 92,83%),
HC (giảm 45,08%) tuy nhiên CO2 (tăng 177,05%)
nhưng ở mức thấp, còn lại khí NOx thay đổi không
đáng kể.
Đây là những kết quả bước đầu khá khả
quan, tuy nhiên, do thời gian và kinh phí thực
hiện còn hạn chế nên kết quả đạt được vẫn còn
khá khiêm tốn, như động cơ hoạt động còn chưa
êm dịu (cân bằng động bánh đà chưa tốt), chi phí
cho thiết bị lắp đặt còn cao, các thí nghiệm còn
hạn chế, số lần thử nghiệm và thực nghiệm chưa
nhiều ở các chế độ hoạt động của động cơ nên kết
quả vẫn chưa được như mong muốn.
Chế độ không tải, n = 3.000 v/p
Bảng 6: So sánh giá trị khí thải giữa BCHK
và ECCS ở n = 3000v/p.
Giá trị
Tiêu
chuẩn
Đơn
Thành
Thay
đổi
phần
vị
BCHK ECCS
EURO2
CO
HC
%
8.91
243
7.0
52
0.07 - 8.84
1.2
4.2 Hướng phát triển
Để có thể áp dụng nghiên cứu vào thực tế
có kết quả, cần phải tiếp tục nghiên cứu hoà
thiện hệ thống, cụ thể như sau:
pp
m
79 - 164 1.2x1000
CO2
NOX
%
14.2
56
7.2
3
-
- Tiếp tục các thí nghiệm nhiều hơn các số
liệu đo mẫu ở nhiều chế độ đo, cũng như để xác
định các thông số điều chỉnh lượng nhiên liệu
phun và góc đánh lửa để chọn ngưỡng tối ưu nhất
cho động cơ hoạt động ở nhiều chế độ, để cải
thiện các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và khí thải của
động cơ tốt hơn nữa.
pp
m
1.2x1000
Chế độ n = 3000v/p, nồng độ các chất ô
nhiễm khí thải được cải thiện đáng kể nhất là CO
(giảm 99.21%) và HC giảm (67,49%), tuy nhiên
khí CO2 (tăng 102,867%) nhưng ở mức thấp, còn
lại khí NOx thay đổi không đáng kể và ở mức cho
phép.
- Tiếp tục nghiên cứu, thiết kế hoàn thiện
ECU và phần mềm điều khiển động cơ ở nhiều
hơn nữa các chế độ hoạt động và giảm chi phí
thiết bị lắp đặt chuyển đổi cũng như giảm tiêu
hao nhiên liệu khi động cơ hoạt động.
trong, Nhà xuất bản giáo dục, 2000.
TIẾNG NƯỚC NGOÀI
- Cần tính toán mô phỏng và thực nghiệm
đối với lượng khí nạp đi vào động cơ tại cảm biến
MAP khi lắp đặt CPU và bộ phận nạp (cổ hút)
điều chỉnh tốt nhất để tối ưu hoá điều chỉnh lượng
xăng phun cho động cơ ở các chế độ hoạt động.
1. Bosch, Electronic Fuel Injection, 2005.
2. Denso, Electronic Fuel Injection, 2007.
3. Delphi, Electronic Fuel Injection, 2007.
- Tiếp tục nghiên cứu thay đổi các loại nhiên
liệu khác cho động cơ hoạt động như khí gas,
xăng sinh học (etanol) E5, E10.
4. J Allen, P Ravenhill, B Smither, R Hoolahan,
G Farmer, Low cost electronic fuel injection for
2 and 3 wheeled motorcycles, 2011
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
5. Mohd Taufiq Muslim, HazlinaSelamat,
AhmadJaisAlimin, Noorfaizah MohdRohi,
Mohd Faisal Hushim, A review on retrofit fuel
injection technology for small carburetted
motorcycle engines towards lower fuel
consumption and cleaner exhaust emission,
2014.
[1] Tài liệu đào tạo TEAM 21, Toyota, 2003.
[2] Tài liệu đặc tính kỹ thuật của Honda Lead,
2009.
[3] Tài liệu đặc tính kỹ thuật của Honda Vision,
2011.
[4] Đỗ Văn Dũng, Điện động cơ & Điều khiển
động cơ, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia
TPHCM, 2013.
.
[5] Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động cơ đốt
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:
Họ tên: Trịnh Văn Vinh
Đơn vị: Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
Điện thoại: 0914585577
Email: [email protected]m
8 trang
10/01/2024
20580
Free
Bạn đang xem tài liệu "Thiết kế, chế tạo hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử thay thế cho bộ chế hòa khí trên động cơ xăng tĩnh tại cỡ nhỏ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- thiet_ke_che_tao_he_thong_phun_xang_danh_lua_dien_tu_thay_th.pdf
