Tài liệu Chuyển đổi và đánh giá động cơ chế hòa khí sang phun xăng điện tử

LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------------------- NGUYỄN THANH TÙNG CHUYỂN ĐỔI VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘNG CƠ CHẾ HÒA KHÍ SANG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Ô Tô – Máy Kéo (60 52 35) LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 năm 2008 CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån I. ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. Cán bộ chấm nhận xét 1:................................................................................... .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. Cán bộ chấm nhận xét 2: .................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, ngày ….… tháng 12 Năm 2008. CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---------------- ---oOo--Tp. HCM, ngày 25 tháng 01 năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Nguyễn Thanh Tùng Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 02 - 09 -1974 Nơi sinh : Vĩnh Long Chuyên ngành : Kỹ thuật ô tô máy kéo (60 52 35) Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: Chuyển đổi và đánh giá động cơ chế hòa khí sang phun xăng điện tử 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Nghiên cứu lý thuyết hệ thống nhiên liệu động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí và hệ thống phun xăng điện tử. - Tính toán chuyển đổi động cơ sử dụng bộ chế hòa khí sang sử dụng hệ thống phun xăng điện tử. - Thực nghiệm chuyển đổi và đánh giá động cơ chế hòa khí sang phun xăng điện tử. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21 / 01/ 2008 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01/ 12/ 2008 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Đỗ Văn Dũng Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû LỜI CẢM ƠN Tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường là những tiêu chí phấn đấu của những nhà sản xuất ô tô, là những đề tài nghiên cứu của các nhà khoa học và là mong ước của người sử dụng. Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, ngày nay người ta đã sản xuất được những động cơ xăng có công suất cao, tiết kiệm nhiên liệu và ít ô nhiễm môi trường như động cơ xăng sử dụng hệ thống phun xăng điện tử, động cơ phun xăng trực tiếp…v.v. Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam vẫn còn rất nhiều động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí đang họat động, những động cơ này có công suất thấp, tiêu thụ nhiều nhiên liệu và mức độ gây ô nhiễm môi trường rất cao. Được sự hướng dẫn của Thầy PGS.TS. Đỗ Văn Dũng tác giả đã chọn đề tài luận văn thạc sĩ " Chuyển đổi và đánh giá động cơ chế hòa khí sang phun xăng điện tử". Đây là một đề tài mang tính thời sự và nếu nghiên cứu thành công nó sẽ góp phần làm giảm chi phí cho người sử dụng ô tô và giảm thiểu được sự ô nhiễm môi trường. Tác giả xin tỏ lòng biết ơn về sự hướng dẫn tận tình của Thầy PGS.TS. Đỗ Văn Dũng đã định hướng và giúp đỡ tác giả nghiên cứu đề tài. Tác giả xin chân thành cảm ơn Quí Thầy Cô trong Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Kỹ thuật Giao thông Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, Ban Giám hiệu và Khoa Cơ khí Động lực Trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực hiện đề tài này. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quí Thầy Cô và các bạn để đề tài được hòan chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn! Học viên thực hiện Nguyễn Thanh Tùng CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû TÓM TẮT LUẬ N VĂN THẠC SĨ Để tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường cho động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí. Tác giả đã nghiên cứu chuyển động cơ Toyota 5A-F đang sử dụng bộ chế hòa khí sang sử dụng hệ thống phun xăng điện tử đa điểm với 3 phương án khác nhau: - Phương án 1: Giữ nguyên đường ống nạp cũ của động cơ Toyota 5A-F (ống nạp ngắn) và lắp vòi phun xăng trên nắp máy, gần supap nạp. - Phương án 2: Thay đường ống nạp của động cơ Toyota 5A-F (ống nạp ngắn) bằng đường ống nạp của động cơ Toyota 5A-FE (ống nạp dài) và lắp vòi phun xăng trên nắp máy, gần supap nạp. - Phương án 3: Thay đường ống nạp của động cơ Toyota 5A-F (ống nạp ngắn) bằng đường ống nạp của động cơ Toyota 5A-FE (ống nạp dài) và lắp vòi phun xăng trên đường ống nạp của động cơ. Sau khi chuyển đổi tác giả đã tiến hành thí nghiệm đo công suất, momen, lượng nhiên liệu tiêu thụ và nồng độ khí thải của động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hòa khí và hệ thống phun xăng điện tử, kết quả thí nghiệm đo được như sau: Thông số kỹ thuật Động cơ chế hòa khí Số vòng quay tối đa 6000 6200 6100 6100 Công suất có ích lớn nhất Ne max (KW) 49 58 55 53 Mômen có ích lớn nhất 99 114 109 106 Phun xăng Phun xăng Phun xăng điện tử, ống điện tử, ống điện tử, ống nạp ngắn, vòi nạp dài, vòi nạp dài, vòi phun lắp trên phun lắp phun lắp nắp máy trên nắp trên ống nạp máy nmax (v/ph) Me max (N.m) CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû Lượng nhiên liệu tiêu thụ trung bình 86,75 62,75 67,42 69,58 5,17 3,51 3,41 4,14 7471 509 1143 1152 Gnltb (g/ph) Nồng độ CO (% Vol) khí thải lớn nhất HC(ppmVol) Vậy khi chuyển động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hoà khí sang phun xăng điện tử sẽ giúp động cơ tăng công suất khoảng 18%, tăng momen khoảng 15%, tiết kiệm nhiên liệu khoảng 27,6% và giảm ô nhiễm môi trường: CO giảm khoảng 32%, HC giảm khoảng 93%. Tuy nhiên do kết cấu của đường ống nạp dài không phù hợp với hình dáng và kích thước của lỗ nạp trên nắp máy, nên khi lắp đường ống nạp dài động cơ làm việc không tốt bằng khi lắp đường ống nạp ngắn (đường ống nạp nguyên thủy của động cơ). CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû ABSTRACT To increase power, fuel economy and reduced emissions of carbureted engine. Author has studied to convert Toyota 5A-F carbureted engine to electronic fuel injection (EFI) by three different way: 1. The first way: The old manifold of Toyota 5A-F carbureted engine has remained (short manifold) and the injectors have been install in the cylinder head where near the intake valve. 2. The second way: The old manifold of Toyota 5A-F carbureted engine has been replaced by the Toyota 5A-FE long manifold and the injectors have been install in the cylinder head where near the intake valve. 3. The third way: The old manifold of Toyota 5A-F carbureted engine has been replaced by the Toyota 5A-FE long manifold and the injectors have been install in the manifold where near the intake valve. After converting, Author has tested the power, torque, speed, specific fuel consumption and emission of Toyota 5A-F carbureted engine and Toyota 5A-F EFI engine, the test result as follows: Specifications Max engine speed Carbureted EFI engine, engine short manifold and the injectors have been installed in the cylinder head EFI engine, long manifold and the injectors have been installed in the cylinder head EFI engine, long manifold and the injectors have been installed in the manifold 6000 6200 6100 6100 49 58 55 53 99 114 109 106 nmax (RPM) Max power Ne max (KW) Max torque Me max (N.m) CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû Average value fuel cosumption 86,75 62,75 67,42 69,58 CO (% Vol) 5,17 3,51 3,41 4,14 HC(ppmVol) 7471 509 1143 1152 Gnltb (g/min) Max emissions When the Toyota 5A-F carbureted engine has been converted to electronic fuel injection, the power increase about 18%, torque inrease about 15%, fuel economy about 27.6% and reduced emissions (CO reduced about 32%, HC reduced about 93%). However, the long manifold structure was not suitable for Toyota 5A-F engine structure so the long manifold EFI engine did not work as well as the short manifold EFI engine. CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû MỤC LỤC Nội dung Trang MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................1 3. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................1 4. Đối tượng nghiên cứu ..........................................................................................2 5. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................2 6. Giới hạn đề tài .....................................................................................................3 7. Ý nghiã khoa học và thực tiễn của đề tài.............................................................3 TỔNG QUAN ..............................................................................................................4 Chương 1: Cơ sở lý thuyết hệ thống nhiên liệu động cơ xăng ...............................6 1.1. Hệ thống nhiên liệu xăng sử dụng bộ chế hòa khí ..........................................6 1.1.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu xăng ...............................................................6 1.1.2. Lọc xăng ..................................................................................................6 1.2.3. Bơm xăng ................................................................................................7 1.2.4. Bộ chế hòa khí .........................................................................................8 1.2. Hệ thống phun xăng điện tử ............................................................................11 1.2.1. Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử ..........................................................11 1.2.2. Bơm xăng ................................................................................................11 1.2.3. Kim phun .................................................................................................13 1.2.4. Kim phun khởi động lạnh và công tắc nhiệt thời gian ............................14 1.2.5. Bộ điều áp ...............................................................................................17 1.2.6. Bộ dập dao động áp suất .........................................................................17 Chương 2: Lý thuyết điều khiển động cơ phun xăng điện tử ................................19 2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động cơ phun xăng điện tử .....................19 2.2. Lý thuyết điều khiển động cơ ..........................................................................19 2.3. Điều khiển phun xăng ......................................................................................22 CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû 2.3.1. Lượng xăng phun ....................................................................................22 2.3.2. Tính toán thời gian phun ........................................................................22 2.4. Các lọai cảm biến và tín hiệu ngõ vào .............................................................25 2.4.1. Cảm biến đo gió ......................................................................................25 2.4.2. Cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến vị trí piston ...............................37 2.4.3. Cảm biến vị trí cánh bướm ga .................................................................43 2.4.4. Cảm biến nhiệt độ ...................................................................................45 2.4.5. Cảm biến ôxy ..........................................................................................47 2.4.6. Cảm biến tốc độ xe ..................................................................................49 2.4.7. Cảm biến kích nổ ....................................................................................50 2.4.8. Một số tín hiệu đầu vào khác ..................................................................51 2.5. Bộ điều khiển điện tử (ECU – ELECTRONIC CONTROL UNIT) ...............56 2.5.1. Khái quát .................................................................................................56 2.5.2. Cấu tạo ECU ........................................................................................... 56 2.5.3. Cấu trúc ECU ..........................................................................................57 2.5.4. Mạch giao tiếp ngõ vào ...........................................................................58 2.6. Điều khiển cơ cấu chấp hành ...........................................................................60 2.6.1. Điều khiển bơm xăng ..............................................................................60 2.6.2. Điều khiển kim phun ...............................................................................63 2.6.3. Điều khiển kim phun khởi động lạnh ......................................................65 2.6.4. Điều khiển không tải ...............................................................................66 Chương 3: Tínhtoánvà chuyển đổi động cơ chế hòakhí sangphunxăng điện tử .....................71 3.1. Các phương ánchuyển đổi động cơchế hoà khí sang phun xăng điện tử .......................................71 3.1.1. Đối với những động cơ có đường ống nạp ngắn ..................................... 71 3.1.2. Đối với những động cơ có đường ống nạp dài ....................................... 71 3.2. Phương pháp chuyển đổi động cơ chế hoà khí sang phun xăng điện tử .........71 3.3. Lý thuyết tính toán cơ bản ...............................................................................72 3.3.1. Tính lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy hòan tòan 1kg xăng ....72 3.3.2. Tính tóan khối lượng nhiên liệu cần cung cấp cho động cơ ...................73 CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû 3.4. Tính tóan lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ Toyota 5A-F ....................74 Chương 4: Thực nghiệm chuyển đổi và đánh giá động cơ Toyota 5A-F chế hòa khí sang phun xăng điện tử .............................................................77 4.1. Thực nghiệm chuyển đổi động cơ Toyota 5A-F chế hoà khí sang phun xăng điện tử ...................77 4.2. Kiểm tra đánh giá nồng độ khí thải của động cơ .............................................92 4.3. Đánh giá suất tiêu hao nhiên liệu, công suất và momen của động cơ Toyota 5A-F chế hòa khí và phun xăng điện tử .........................................................107 4.3.1 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm động cơ Weinlich MP 100S .....................107 4.3.2. Đo lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ Toyota 5A-F .........................111 4.3.3. Đo công suất và momen của động cơ Toyota 5A-F ...............................125 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI.........................................136 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................138 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .......................................................................................139 PHỤ LỤC ....................................................................................................................140 1. Tổng hợp số liệu phương tiện giao thông trong cả nước ....................................140 2. Thống kê ô tô đang lưu hành ở Việt Nam ..........................................................141 3. Thống kê số lượng phương tiện ở Việt Nam ......................................................142 4. Bảng lưu lượng phun xăng của một số loại động cơ ..........................................144 5. Kết quả đo khí thải động cơ Toyota 5A-F chế hòa khí và phun xăng điện tử ...148 6. Kết quả đo lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ Toyota 5A-F chế hòa khí và phun xăng điện tử ..............................................................................................156 7. Kết quả đo công suất và momen động cơ Toyota 5A-F .....................................................160 CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG Trang 1 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài - Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường, năm 2002 các phương tiện giao thông vận tải của Việt Nam đã sử dụng khoảng 1,5 triệu tấn xăng và dầu diezen, tương ứng với lượng phát thải là 6 triệu tấn CO2, 61.000 tấn CO, 35.000 tấn NOX, 12.000 tấn SO2 và trên 22.000 tấn HC. Tại các nút giao thông ở một số đô thị, nồng độ bụi vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 1,5 đến 3 lần, nồng độ SO2 gấp 2-3 lần. Các hoạt động giao thông vận tải là nguyên nhân chủ yếu làm cho không khí bị ô nhiễm. Trong đó động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí là thủ phạm gây ra ô nhiễm môi trường nhiều nhất. Hiện nay Việt Nam có khoảng 800.000 ô tô các loại, trong đó có khoảng 320.000 ô tô du lịch và còn khoảng 80.000 ô tô sử dụng bộ chế hòa khí [8]. - Mặt khác, động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí còn tồn tại nhiều nhược điểm so với động cơ phun xăng điện tử như: tiêu hao nhiều nhiên liệu, công suất thấp, khả năng tăng tốc kém…v.v. - Do đó việc chuyển đổi động cơ sử dụng bộ chế hòa khí sang phun xăng điện tử là thật sự cần thiết trong tình hình hiện nay. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu và đề xuất phương pháp chuyển đổi động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hoà khí sang sử dụng hệ thống phun xăng điện tử. - Nghiên cứu đánh giá các chỉ tiêu ô nhiễm, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hoà khí và sử dụng hệ thống phun xăng điện tử. 3. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết về cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính của bộ chế hòa CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG Trang 2 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû khí và hệ thống phun xăng điện tử. - Nghiên cứu lý thuyết điều khiển động cơ phun xăng điện tử. - Tính toán chuyển đổi bộ chế hòa khí sang hệ thống phun xăng điện tử. - Đề xuất các phương án chuyển đổi động cơ sử dụng bộ chế hòa khí sang hệ thống phun xăng điện tử. - Thực nghiệm chuyển đổi động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hòa khí sang phun xăng điện tử. - Thực nghiệm đo và đánh giá các chỉ tiêu ô nhiễm, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hòa khí và hệ thống phun xăng điện tử. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hòa khí và hệ thống phun xăng điện tử. - Phạm vi nghiên cứu: Tính toán chuyển đổi động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hoà khí sang sử dụng hệ thống phun xăng điện tử và đánh giá các chỉ tiêu ô nhiễm, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hoà khí và sử dụng hệ thống phun xăng điện tử. 5. Phương pháp nghiên cứu - Phân tích lý thuyết cơ bản của bộ chế hòa khí và hệ thống phun xăng điện tử. - Thực nghiệm chuyển đổi động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hòa khí sang phun xăng điện tử. - Thực nghiệm đo các chỉ tiêu ô nhiễm, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hòa khí và hệ thống phun xăng điện tử. - Quan sát, thống kê kết quả thực nghiệm. - Phân tích, đánh giá các chỉ tiêu ô nhiễm, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ. CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG Trang 3 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû 6. Giới hạn đề tài - Chỉ thực nghiệm chuyển đổi động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hòa khí sang phun xăng điện tử. - Chỉ khảo sát đánh giá công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và các chỉ tiêu ô nhiễm của động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hòa khí và phun xăng điện tử. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Hiện nay Việt Nam có khoảng 800.000 ô tô các loại, trong đó có khoảng 320.000 ô tô du lịch và còn khoảng 80.000 ô tô sử dụng bộ chế hòa khí [8]. - Dựa vào các thông số chủ yếu của động cơ chế hoà khí Toyota 5A-F, tác giả tính toán sức tiêu hao nhiên liệu và lựa chọn hệ thống phun xăng điện tử phù hợp có sẵn trên thị trường để thay thế cho bộ chế hoà khí. Sau đó, thực nghiệm đo công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và các chỉ tiêu ô nhiễm của động cơ Toyota 5A-F sử dụng bộ chế hòa khí và hệ thống phun xăng điện tử. - Theo quyết định số 249/2005/QĐ-TTg ký ngày 10/10/2005 của Thủ Tướng Chính Phủ, từ ngày 1/7/2008 sẽ áp dụng tiêu chuẩn khí thải tương đương mức Euro 2 cho tất cả các lọai phương tiện giao thông đường bộ mới sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu, còn các loại phương tiện đang tham gia giao thông sẽ áp dụng mức 1 của bộ tiêu chuẩn khí thải này. Nếu áp dụng theo tiêu chuẩn khí thải này thì hầu hết các động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí sẽ không đạt tiêu chuẩn và sẽ bị cấm lưu hành. Vì vậy việc nghiên cứu tính tóan chuyển đổi động cơ xăng sử dụng bộ chế hoà khí sang phun xăng điện tử là đề tài mang tính thời sự và cấp bách. Nếu nghiên cứu thành công đề tài sẽ đem lại lợi ích thiết thực cho xã hội và góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường. CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG Trang 4 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû TỔNG QUAN Năm 2003, Brian Higgins, August Goers, Allen Lipper và Lynn Mosher ở Đại học Bách khoa California đã nghiên cứu chuyển đổi động cơ Wolkwagen Jetta 1.6L 1997 sử dụng bộ chế hoà khí sang hệ thống phun xăng đơn điểm. Thực nghiệm đo khí thải ở tốc độ không tải và ở tốc độ 2500 v/ph khi có lắp và khi không có lắp bộ TWC - three way catalyst. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi chuyển từ bộ chế hoà khí sang hệ thống phun xăng điện tử thì mức độ phát sinh ô nhiễm giảm [1]. Hình 1. Mức độ phát sinh khí thải của động cơ Wolkwagen Jetta 1.6L 1997 sử dụng bộ chế hoà khí và hệ thống phun xăng điện tử Sau đó Viện công nghệ Bắc Kinh thẩm định lại và so với tiêu chuẩn hiện hành của Trung Quốc. Kết quả đo khi có bộ TWC - three way catalyst như sau: Bảng 1. Bảng nồng độ khí thải của động cơ Wolkwagen Jetta 1.6L 1997 chuyển sang sử dụng hệ thống phun xăng điện tử được đo tại Viện Công nghệ Bắc Kinh. CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG Trang 5 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû Hiện nay, có một số cơ sở sửa chữa ô tô ở thành phố Hồ Chí Minh đã thử lấy hệ thống phun xăng điện tử của các động cơ tương tự lắp vào động cơ đang sử dụng bộ chế hòa khí, nhưng do không có tính tóan chính xác và không có thử nghiệm cụ thể trên các thiết bị chuyên dùng nên không đánh giá chính xác được kết quả chuyển đổi. Hơn nữa, phương pháp chọn lắp lẫn của họ rất hạn chế, chỉ có thể thực hiện được cho một ít xe có cùng chủng loại, còn những xe khác chủng loại họ không thể thực hiện được. Dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS.TS. Đỗ Văn Dũng, tác giả sẽ nghiên cứu tính toán chuyển đổi động cơ chế hoà khí bất kỳ sang hệ thống phun xăng điện tử. Nhưng để thuận lợi trong quá trình nghiên cứu và việc đánh giá kết quả thực nghiệm được chính xác, được sự đồng ý của thầy hướng dẫn tác giả chọn động cơ Toyota 5A-F để thực nghiệm. CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG Trang 6 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 1: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG 1.1. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG SỬ DỤNG BỘ CHẾ HÒA KHÍ 1.1.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu xăng sử dụng bộ chế hòa khí Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu xăng sử dụng bộ chế hòa khí 1.1.2. Lọc xăng Hình 1.2. Cấu tạo và họat động của bầu lọc Lọc xăng có nhiệm vụ lọc sạch các cặn bẩn lẫn trong xăng trước khi đưa CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG Trang 7 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû xăng tới bộ chế hòa khí, để tránh hiện tượng tắc bộ chế hòa khí. Khi động cơ làm việc, xăng từ thùng chứa theo đường xăng vào  vỏ bầu lọc  lõi lọc  đường xăng ra  bộ chế hòa khí. Xăng sau khi đi qua lõi lọc các cặn bẩn sẽ bị giữ lại và lắng dưới đáy bầu lọc. 1.1.3. Bơm xăng Bơm xăng có nhiệm vụ hút xăng từ thùng chứa đưa đến bộ chế hòa khí với một áp suất nhất định. Khi cam đội, cần bẩy kéo trục màng bơm và màng bơm đi xuống, tạo độ chân không ở buồng trên của màng, van thóat đóng kín, van nạp mở ra, nhiên liệu từ thùng chứa được hút vào bơm. Hình 1.3. Bơm xăng ở hành trình nạp Khi cam không đội, lò xo hồi vị màng bơm đẩy màng bơm đi lên nén nhiên liệu, lúc này van nạp đóng lại và van thóat mở ra, nhiên liệu được bơm tới bộ chế hòa khí. Hình 1.4. Bơm xăng ở hành trình bơm Khi áp suất nhiên liệu trên đường xăng ra cao hơn qui định, lúc này áp lực xăng phía trên của màng bơm lớn hơn lực đẩy của lò xo, nên màng bơm bị đẩy nằm CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG Trang 8 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû ở vị trí thấp nhất. Mặc dù, cam vẫn quay, cần bẩy vẫn lắc, nhưng màng bơm và thanh kéo không di chuyển, bơm xăng ngưng làm việc. Màng bơm sẽ dịch chuyển trở lại khi áp suất nhiên liệu trên đường xăng ra nhỏ hơn áp suất qui định. Hình 1.5. Bơm xăng ở vị trí bão hòa 1.1.4. Bộ chế hòa khí của động cơ Toyota 5A-F Bộ chế hòa khí của động cơ Toyota 5A-F gồm có năm mạch xăng cơ bản sau: - Mạch xăng không tải: Khi động cơ chạy ở chế độ không tải, bướm ga (18) đóng gần kín làm cho độ chân không ở phía dưới bướm ga và miệng lỗ phun không tải (16) lớn, nên nhiên liệu được hút từ buồng phao qua ziclơ xăng chính (14)  ziclơ xăng không tải (8), hòa trộn với không khí từ ngoài qua ziclơ không khí vào tạo thành hỗn hợp  van từ (7)  tiếp tục hòa trộn với không khí từ ngoài vào để tạo thành hỗn hợp xăng không khí, rồi phun qua lỗ không tải (16) phía dưới bướm ga. Để điều chỉnh lượng hỗn hợp xăng không khí cung cấp cho động cơ làm việc ở chế độ không tải, ta xoay vít điều chỉnh (15) sẽ làm thay đổi tiết diện của lỗ phun. Khi mở lớn bướm ga, lúc này độ chân không tại miệng lỗ không tải giảm, nên mạch xăng không tải ngưng làm việc. - Mạch xăng chính: Khi động cơ làm việc có tải, nhiên liệu từ buồng phao qua giclơ xăng chính (14) vào mạch xăng chính, hòa trộn với không khí qua giclơ gió của mạch xăng chính tạo thành hỗn hợp xăng không khí, rồi phun vào họng khuếch tán qua vòi phun chính (6). Khi bướm ga mở càng lớn thì độ chân không ở miệng vòi phun càng tăng, làm mực xăng trong giếng xăng giảm xuống, không khí từ bên ngòai qua giclơ gió vào mạch xăng chính nhiều nên tránh được hiện tượng CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG Trang 9 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ: Chuyeån ñoåi vaø ñaùnh giaù ñoäng cô cheá hoøa khí sang phun xaêng ñieän töû giàu xăng ở tốc độ cao. - Mạch xăng làm đậm dẫn động bằng chân không: Khi bướm ga mở nhỏ, lúc này độ chân không trên đường ống nạp lớn, hút piston chân không (9) đi lên  van làm đậm đóng lại. Khi bướm ga mở lớn hơn 80%, độ chân không trên đường ống nạp nhỏ, lò xo đẩy piston chân không (9) đi xuống  van làm đậm mở ra cho xăng từ buồng phao qua van làm đậm vào mạch xăng chính. Lúc này lượng xăng tới vòi phun tăng lên nên khí hỗn hợp đậm hơn giúp cho động cơ có thể phát ra công suất lớn nhất. - Bơm gia tốc dẫn động bằng cơ khí: Khi mở nhanh bướm ga, hệ thống tay đòn sẽ đi xuống nén lò xo đẩy piston đi xuống làm cho nhiên liệu trong không gian phía dưới piston bị nén, van thoát (22) mở cho nhiên liệu qua vòi phun gia tốc phun vào họng bộ chế hòa khí. Nếu mở từ từ bướm ga thì nhiên liệu qua các khe hỡ giữa thành xy lanh, piston và van bi của bơm gia tốc trở về buồng phao. Tuy nhiên, hệ thống gia tốc dẫn động bằng cơ khí có một nhược điểm là sau một lần gia tốc, nếu cần gia tốc tiếp thì bướm ga phải đóng bớt lại để nạp nhiên liệu cho bơm, do đó tốc độ của xe sẽ bị giảm. - Hệ thống khởi động: Lúc khởi động, số vòng quay của động cơ rất nhỏ, nên tốc độ không khí đi qua họng của bộ chế hòa khí rất thấp, nhiên liệu phun ít và chất lượng phun kém. Mặt khác, động cơ lạnh nên nhiên liệu khó bốc hơi, dễ tạo thành màng nhiên liệu trên thành đường ống nạp, do đó hỗn hợp đưa vào xylanh rất loãng, động cơ khó khởi động. Để khắc phục hiện tượng này, người ta bố trí một cơ cấu khởi động hoặc một mạch xăng khởi động riêng. Khi khởi động ta đóng bướm gió (5) lại, dẫn đến độ chân không ở không gian phía dưới bướm gió tăng, nên cả mạch xăng chính và mạch xăng không tải đều làm việc, đo đó hỗn hợp xăng không khí sẽ đậm, giúp cho động cơ dễ khởi động. - Cơ cấu mở bướm ga thứ cấp: Khi động cơ chạy tốc độ thấp, độ chân không tại họng khuếch tán nhỏ, nên lò xo đẩy màng và ty đẩy về bên phải  bướm ga thứ cấp (19) đóng lại. Khi động cơ chạy tốc độ cao, độ chân không tại họng khuếch tán lớn, nên màng và ty đẩy bị hút về bên trái  bướm ga thứ cấp (19) mở CBHD: PGS.TS. ÑOÃ VAÊN DUÕNG HVTH: KS. NGUYEÃN THANH TUØNG