Tài liệu Nghiên cứu thay thế bộ chế hòa khí bằng hệ thống phun nhiên liệu cho xe gắn máy

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƢƠNG VIỆT HƢNG NGHIÊN CỨU THAY THẾ BỘ CHẾ HÒA KHÍ BẰNG HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU CHO XE GẮN MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƢƠNG VIỆT HƢNG NGHIÊN CỨU THAY THẾ BỘ CHẾ HÒA KHÍ BẰNG HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU CHO XE GẮN MÁY CHUYÊN NGÀNH: Kỹ thuật cơ khí động lực MÃ SỐ: 60.52.01.16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Trương Việt Hưng LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ thì điều khiển tự động được áp dụng rất nhiều vào các lĩnh vực sản xuất, nghiên cứu cũng như các lĩnh vực khác của đời sống xã hội, đặc biệt là ngành động cơ đốt trong thì việc điều khiển tự động hóa các quá trình của động cơ là rất cần thiết. Hiện nay trên thế giới hệ thống phun xăng điện tử cho xe máy đã được sử dụng rộng rãi. Ở Việt Nam, xu hướng hiện nay là thay thế hệ thống nhiên liệu sử dụng bộ chế hòa khí bằng hệ thống phun xăng điện tử. Qua quá trình học tập và nghiên cứu em thấy rằng việc thay thế bộ chế hòa khí bằng hệ thống phun xăng điện tử là cần thiết. Với bộ điều khiển ECU cho phép điều chỉnh chính xác lượng phun nhiên liệu theo từng chế độ tải trọng của động cơ, nhờ đó cải thiện được đặc tính mô men cũng như tăng tính kinh tế của động cơ và giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường. Với những lý do trên em chọn đề tài “Nghiên cứu thay thế bộ chế hòa khí bằng hệ thống phun nhiên liệu cho xe gắn máy”. Với đề tài này em hy vọng sẽ góp phần nâng cao chất lượng dòng sản phẩm động cơ xe máy sản xuất tại Việt Nam. Em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của PGS.TS.Trần Thanh Hải Tùng cũng như sự giúp đỡ tạo điều kiện của các thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí Động Lực đã giúp em hoàn thành đề tài này. Nhưng do chưa có nhiều kinh nghiệm và trình độ bản thân còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai xót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, sự chỉ bảo của các thầy cô cũng như các bạn để em có thể ứng dụng đề tài này tốt hơn trong thực tế. Đà Nẵng, Ngày 24 tháng 04 năm 2019. Học viên thực hiện Trương Việt Hưng TÓM TẮT Tên đề tài: “Nghiên cứu thay thế bộ chế hòa khí bằng hệ thống phun nhiên liệu cho xe gắn máy” Học viên: Trương Việt Hưng Mã số: 60.52.01.16. Khóa: K32 Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng. Tóm tắt: Nghiên cứu thay thế bộ chế hòa khí bằng hệ thống phun nhiên liệu cho xe WAVE RSX 110 là việc sử dụng các cảm biến để xác định sự thay đổi của các thông số như tốc độ động cơ, tải trọng, nhiệt độ được mã hóa tín hiệu đưa vào ECU (electronic control unit) xử lý và tính toán để đưa ra lượng phun nhiên liệu và lượng không khí phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ. Lượng phun nhiên liệu được điều khiển qua thời gian đóng mở kim phun. Việc tối ưu tỷ lệ nhiên liệu nạp vào và không khí được lưu trong bộ nhớ để phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ sao cho tiêu hao nhiên liệu là thấp nhất mà vẫn đảm bảo công suất động cơ, cùng với đó giảm thiểu mức độ phát thải khí CO2, NOx, HC, CO … ra môi trường. ABSTRACT Title of the project: "Research on replacing carburetor with fuel injection system for motorcycles" Abstract:Research to replace carburetor by fuel injection system for vehicle WAVE RSX 110 is the use of sensors to determine the change of parameters such as engine speed, load, and temperature. Encode ECU (electronic control unit) input signal processing and calculation to provide the fuel injection volume and air volume suitable for each engine operation mode. The amount of fuel injection is controlled through the nozzle opening and closing time. The optimal rate of fuel input and air is stored in the memory to suit each engine operation mode so that fuel consumption is lowest while ensuring engine power, along with minimizing the level of emission of CO2, NOx, HC, CO ... into the environment. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1 LỜI NÓI ĐẦU ...........................................................................................................4 TÓM TẮT ..................................................................................................................5 DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................10 MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ..........................................................................................1 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................1 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................1 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..........................................................1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ............................2 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................7 2.1. Lý thuyết về hệ thống phun xăng điện tử .........................................................7 2.1.1. Nguyên lý hoạt động ......................................................................................7 2.1.2. Yêu cầu của hệ thống phun xăng điện tử.....................................................8 2.1.3. Tỷ lệ xăng – không khí ..................................................................................9 2.1.4. Điều khiển lượng phun cơ bản .....................................................................9 2.1.5. Thời điểm và khoảng thời gian phun .........................................................10 2.1.6. Đặc điểm của thành phần hỗn hợp cháy ....................................................10 2.1.7. Kết luận: .......................................................................................................14 2.2. Các loại cảm biến ..............................................................................................14 2.2.1. Cảm biến vị trí bướm ga ..............................................................................14 2.2.2. Cảm biến oxy................................................................................................16 2.2.3. Cảm biến áp suất đường ống nạp ...............................................................17 2.2.4. Cảm biến nhiệt độ động cơ ..........................................................................18 2.2.5. Cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu .................................19 2.3.Điều khiển hiệu chỉnh .......................................................................................20 2.3.1. Ở chế độ không tải chuẩn ...........................................................................21 2.3.2. Ở chế độ tăng tốc .........................................................................................21 2.3.3. Chế độ khởi động động cơ ...........................................................................21 2.3.4. . Quá trình sấy nóng động cơ ......................................................................23 2.3.5. Chế độ toàn tải .............................................................................................24 2.3.6. Chế độ giảm tốc đột ngột ( Quá trình không tải cưỡng bức) ....................24 2.3.7. Kết luận ........................................................................................................25 2.4.Lý thuyết về mạch điện tử ................................................................................25 2.4.1. Giới thiệu về board Arduino Uno ...............................................................25 2.4.2. Giới thiệu về board Arduino Nano .............................................................26 2.4.3. Giới thiệu về board Arduino Mega 2560 ....................................................27 2.5.Thiết bị và phần mềm thu nhận tín hiệu .........................................................28 2.5.1. Module LCD I2C .........................................................................................28 2.5.2. Màn hình LCD 20x4B .................................................................................29 2.6.Kết luận. .............................................................................................................31 CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM .............................................................32 3.1. Thiết kế lắp đặt hệ thống phun nhiên liệu lên động cơ sử dụng bộ chế hòa khí ............................................................................................................................33 3.1.1. Phương án lắp đặt hệ thống nhiên liệu ......................................................33 3.1.2. Phân tích lựa chọn và lắp đặt các cảm biến lên động cơ thử nghiệm ......36 3.2. Thiết kế chế tạo mạch điều khiển hệ thống phun nhiên liệu ........................41 3.2.1. Cơ sở điều khiển vòi phun ...........................................................................41 3.2.2. Phương pháp điều khiển kim phun ............................................................42 3.2.3. Điều khiển thời gian phun nhiên liệu ........................................................42 3.2.4. Tính thời gian phun theo một số tín hiệu cơ bản của động cơ .................46 3.2.5. Thiết kế chế tạo mạch điều khiển phun nhiên liệu ....................................54 3.3. Viết chƣơng trình điều khiển hệ thống phun nhiên liệu bằng arduino .......56 3.3.1. Xây dựng thuật toán hệ thống phun xăng..................................................56 3.3.2. Viết chương trình điều khiển ......................................................................57 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM .................................................................58 4.1. Kiểm tra và chạy thử ........................................................................................58 4.2. Kết quả đo .........................................................................................................60 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................64 PHỤ LỤC .....................................................................................................................65 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT EFI (Electronic Fuel Injection) ECU (Engine Control Unit) MAP (Manifold Absolute Pressure) IAT (Intake Air Temperature) ECT (Engine Coolant Temperature) TDC (Top Dead Center) BDC (Bottom Dead Center) WOT (Wide Open Throttle) RPM (Revolutions Per Minute) NTC (Negative Temperature Coefficient) VVT (Variable Valve Timing) GPS (Global Positioning System) LCD (Liquid Crystal Display) ADC (Analog to Digital Convert) TPS (Throttle Position Sensor) DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật động cơ Honda Wave RSX ..............................................33 Bảng 3.2: Phun nhiên liệu với thời gian ti và số lần phun 5000 lần ............................47 Bảng 3.3: Bảng khối lượng không khí theo tốc độ(rpm) và độ mở bướm ga(tps) trong 1 chu trình .........................................................................................................................50 Bảng 3.4: Bảng tỷ lệ hòa trộn giữa không khí và nhiên liệu theo tốc độ và độ mở bướm ga ...................................................................................................................................50 Bảng 3.5:Bảng khối lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình ...................................51 Bảng 3.6:Bảng thời quan phun trong 1 chu trình .........................................................52 Bảng 3.7: Bảng thời gian phun để nạp vào chương trình điều khiển ...........................53 Bảng 4.1: Bảng kết quả đo công suất ứng với đặc tính ngoài ở tay số 4 khi động cơ dùng bộ chế hòa khí thông thường và khi dùng hệ thống nhiên liệu phun xăng. ..........60 Bảng 4.2: Bảng so sánh suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi dùng bộ chế hòa khí và khi dùng hệ thống nhiên liệu phun xăng. ..................................................................61 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống phun xăng điện tử. ..................................................7 Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ phun xăng điện tử .............................9 Hình 2.3: Ngưỡng của tỷ lệ nhiên liệu không khí cần phải duy trì nhằm giúp bộ xúc tác hóa khử ba chức năng hoạt động tốt. ............................................................................10 Hình 2.4: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí  đối với công suất động cơ P và đối với suất tiêu hoa nhiên liệu ge .................................................................................11 Hình 2.5: Ảnh hưởng của  đến t và i .......................................................................12 Hình 2.6: Ảnh hưởng của  đến Ne và ge của động cơ xăng .......................................13 Hình 2.7 : Cảm biến vị trí bướm ga loại tiếp điểm .......................................................15 Hình 2.8 : Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính ......................................................15 Hình 2.9 : Cảm biến vị trí bướm ga loại Hall ...............................................................15 Hình 2.10: Cảm biến oxy loại nung nóng......................................................................16 Hình 2.11: Cảm biến oxy loại không nung nóng ...........................................................17 Hình 2.12: Cảm biến áp suất đường ống nạp ...............................................................18 Hình 2.13: Cảm biến động cơ. ......................................................................................19 Hình 2.14: Cảm biến vị trí trục cam loại cảm biến hiệu ứng điện từ ...........................20 Hình 2.15: Cảm biến vị trí trục cảm loại Hall ..............................................................20 Hình 2.16: Board Arduino Uno .....................................................................................25 Hình 2.17: Board Arduino Nano ...................................................................................26 Hình 2.18: Board Arduino Mega 2560..........................................................................27 Hình 2.19: Mạch điều khiển màn hình LCD giao tiếp I2C ...........................................29 Hình 2.20: Màn hình LCD 20x4B .................................................................................29 Hình 2.21: Sơ đồ chân màn hình LCD 20x4B ...............................................................30 Hình 3.1: Cụm ống nạp .................................................................................................33 Hình 3.2: Cụm bướm ga ................................................................................................34 Hình 3.3: Cụm kim phun xăng .......................................................................................34 Hình 3.4: Bộ họng ga ....................................................................................................35 Hình 3.5: Bình xăng ......................................................................................................35 Hình 3.6: Bản vẽ mặt bích .............................................................................................36 Hình 3.7: Vị trí lắp cảm biến vị trí bướm ga .................................................................37 Hình 3.8: Vị trí lắp đặt cảm biến oxy ............................................................................38 Hình 3.9: Cấu tạo và đặc tính cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP). .....................38 Hình 3.10: Vị trí lắp đặt cảm biến áp suất khí nạp .......................................................39 Hình 3.11: Vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt độ động cơ .....................................................40 Hình 3.12: Vị trí lắp đặt cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu .............41 Hình 3.13: Quá trình điều khiển phun của ECU. ..........................................................41 Hình 3.14: Sơ đồ điều khiển thời gian phun theo các chế độ làm việc của động cơ. ...43 Hình 3.15: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phun nhiên liệu .........................................54 Hình 3.16: Thiết kế mạch điều khiển hệ thống phun nhiên liệu ....................................55 Hình 3.17: Board mạch sau khi gia công ......................................................................55 Hình 3.18: Board mạch điều khiển hệ thống phun nhiên liệu và đánh lửa điện tử hoàn chỉnh ..............................................................................................................................56 Hình 3.19: Thuật toán hệ thống phun xăng ...................................................................57 Hình 4.1: Mô hình xe máy được thử nghiệm .................................................................58 Hình 4.2: Động cơ chạy ở tốc độ 1850 vòng/phút ........................................................59 Hình 4.3: So sánh đặc tính ngoài của động cơ khi dùng bộ chế hòa khí và khi dùng hệ thống phun xăng điện tử. ...............................................................................................60 Hình 4.4: So sánh suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi dùng bộ chế hòa khí và khi dùng hệ thống phun xăng điện tử. .................................................................................61 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay động cơ xe máy sử dụng bộ chế hòa khí ngày càng cũ và sử dụng công nghệ lạc hậu làm việc đốt cháy triệt để nhiên liệu càng bị giảm đi, khí thải độc hại vì thế càng tăng. Mặc khác, động cơ sử dụng hệ thống phun nhiên liệu giải quyết được các khuyết điểm của bộ chế hòa khí vì vậy tôi chọn đề tài “Nghiên cứu thay thế bộ chế hòa khí bằng hệ thống phun nhiên liệu cho xe gắn máy” để góp phần làm giảm tiêu hao nhiên liệu và lượng khí thải thải ra môi trường . 2. Mục đích nghiên cứu Thay thế bộ chế hòa khí của động cơ bằng hệ thống phun xăng điều khiển điện tử để tận dụng các ưu điểm của hệ thống phun nhiên liệu làm giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm lượng khí thải thải ra môi trường bên ngoài. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Động cơ Honda Wave RSX 110. Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống phun xăng điện tử. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lắp đặt các cảm biến lên động cơ, thay thế bộ chế hòa khí bằng hệ thống phun xăng. Nghiên cứu phần mềm Arduino, viết chương điều khiển hệ thống phun xăng. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Sử dụng hệ thống phun xăng thay cho bộ chế hòa khí trên động cơ đốt trong sẽ làm giảm mức độ phát thải khí CO2, NOx, HC, CO … góp phần thực hiện các Công ước Quốc tế về môi trường mà Việt Nam đã cam kết tham gia. 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Tài nguyên và môi trường có vị trí đặc biệt quan trọng đối với con người và sự phát triển của xã hội. Hàng ngày chúng ta sử dụng không khí, nước, thực phẩm để tồn tại và sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường để đáp ứng các nhu cầu thiết yếu của cuộc sống. Mỗi sự biến đổi của tự nhiên, của môi trường đều liên hệ mật thiết đến chúng ta, sự đe dọa nào đối với thiên nhiên, môi trường cũng chính là đe dọa đối với chúng ta. Trong quá trình sản xuất và sinh hoạt, con người đã và đang thải vào môi trường hàng triệu tấn các chất độc hại có rất nhiều nguyên nhân khác nhau như: do quá trình sản xuất công nghiệp thải ra khí thải độc hại, do quá trình khai thác tài nguyên thiên nhiên, các loại hóa chất sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp, do việc sử dụng nhiên liệu của các phương tiện giao thông vận tải gây ra… Mới đây, bản đồ của Đại học Yale được tạp chí Forbes Việt Nam dẫn lại thể hiện màu đỏ và đỏ sẫm chủ đạo tại khu vực miền Bắc, Việt Nam - cho thấy nơi này là khu vực bị ô nhiễm không khí nặng nhất cả nước, trong đó, nặng hơn cả là Thủ đô Hà Nội và các tỉnh thành lân cận. Với những số liệu thu thập được, Đại học Yale xếp hạng chất lượng không khí của Việt Nam là 54,76/100 điểm, đứng thứ 170/180 nước nghiên cứu. Chỉ số PM 2.5 (Particulate Matter - nghĩa là chất dạng hạt) của Việt Nam hiện tại là 43.95, xếp thứ 170/180 nước. Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ, những khu vực có chỉ số PM 2.5 tiêu cực, người dân rất hay mắc các bệnh về phổi và đường hô hấp, đặc biệt là với người già cũng như trẻ nhỏ. Ở Việt Nam, ô nhiễm không khí phổ biến nhất là ô nhiễm khói bụi, sau đó là ô nhiễm CO2 và một số loại khí khác như SO2, NOx... Hai tác nhân chủ yếu gây ra ô nhiễm không khí là khí thải từ các phương tiện cơ giới và hoạt động sản xuất công nghiệp. Theo một số nghiên cứu, hiện tại khí thải từ các phương tiện giao thông cơ giới chiếm 70% tác nhân gây ô nhiễm không khí tại Việt Nam. Năm 2000, Việt Nam tiêu thụ khoảng 7,5 triệu tấn xăng dầu thì đến năm 2015 con số này đã vọt lên 17,5 triệu (số liệu từ Petrolimex) - trong đó quá nửa phục vụ hoạt động giao thông vận tải. Ô nhiễm không khí do phương tiện cơ giới gây ra nhiều khả năng sẽ còn nghiêm trọng hơn nữa trong những năm tới bởi các phương tiện giao 3 thông cá nhân sẽ tiếp tục tăng vọt. Ước tính của Bộ Công nghiệp thời điểm năm 2007 cho thấy đến năm 2025, tiêu thụ xăng dầu cả nước sẽ đạt 40-50 triệu tấn. Các phương tiện giao thông vận tải chủ yếu sử dụng nhiên liệu truyền thống như xăng và diesel. Chính vì vậy trong khí thải của động cơ chứa rất nhiều khí độc hại như: NOX, SOX, HC cháy không hoàn toàn, kèm theo những hạt bụi rắn thải vào môi trường không khí làm cho hàm lượng khí độc hại trong bầu khí quyển ngày càng tăng lên. Ở Việt Nam, xe máy cũng chính là loại phương tiện giao thông phổ biến nhất. Theo điều tra xác định tỷ lệ các loại xe trong một dòng xe thì có tới 85,8% xe là xe máy, 12,3% là ô tô, 1,2% là xe tải và xe buýt chỉ chiếm 0,7%. Từ đó, người ta tính toán ví dụ như ở Hà Nội thì cứ 1km đường sẽ có tới 2.500 xe máy hoạt động. Hiện nay ở các thành phố lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh, xe máy chiếm tới 95% các phương tiện giao thông và tiêu thụ 56% xăng, lượng phát thải hydrocarbon chiếm 94%, carbon monoxide (CO) chiếm 87% và ôxit nitơ chiếm 57%. Điều này cho thấy, tình trạng ô nhiễm không khí do các phương tiện cơ giới gây ra ngày càng ở mức báo động. Tại hội thảo về: “Công tác bảo vệ môi trường - ứng phó biến đổi khí hậu trong tình hình hiện nay” do Ủy ban MTTQ Việt Nam TP Hồ Chí Minh tổ chức, các nhà khoa học đã báo động về tình trạng ô nhiễm không khí, đặc biệt là sự gia tăng nồng độ các chất độc hại trong không khí với những thông số đáng lo ngại. PGS.TS Nguyễn Lê Ninh cho biết: Hiện nồng độ bụi đặc trưng PM10 có nơi đạt tới 80 microgram/m³, trong khi nồng độ cho phép nhỏ hơn con số này nhiều lần. Nồng độ SO2 lên đến 30 microgram/m³, nồng độ benzen có nơi đạt 35 - 40 microgram/m³. Hằng năm, tại Việt Nam, các phương tiện giao thông đã thải ra 6 triệu tấn CO2, 61.000 tấn CO, 35.000 tấn NO2, 12.000 tấn SO2... Nồng độ các chất có hại trong không khí ở các đô thị lớn vượt quá mức cho phép nhiều lần, riêng SO2 cao gấp 2-3 lần. Từ năm 1995, Việt Nam đã ban hành quy định kiểm soát khí thải ôtô, trong đó ngành Giao thông vận tải tập trung quản lý mức khí thải của phương tiện ôtô và kiểm soát chất lượng phương tiện đối với xe máy. 4 Trên thực tế, hiện nay chỉ kiểm soát được khí thải từ khâu sản xuất, lắp ráp, lưu hành và nhập khẩu đối với ôtô, nhưng chưa có quy định cụ thể về niên hạn, kiểm soát khí thải đối với phương tiện xe máy đang lưu hành. Sở Giao thông vận tải TP.HCM cũng gấp rút đề nghị chính quyền thành phố kiến nghị đến Thủ tướng Chính phủ sớm thông qua đề án kiểm tra, kiểm soát khí thải xe máy do Bộ Giao thông đề ra. Theo đó, việc áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với môtô gắn máy có dung tích từ 175cm3 trở lên trong giai đoạn 2018-2020 làm tiền đề để áp dụng cho các dòng xe khác. Được biết, trước đây, Bộ cũng đã xây dựng Đề án Kiểm soát khí thải đối với xe mô tô, gắn máy tại một số thành phố lớn, sau đó sẽ tiến hành triển khai đại trà. Theo ông Nguyễn Hữu Trí - Phó Cục trưởng Cục Đăng kiểm Việt Nam, hiện nay cả nước có khoảng 40 triệu xe máy, trong số này có những xe hoạt động từ những năm 80 - 90 của thế kỷ trước nhưng vẫn còn lưu thông. Không chỉ mất an toàn giao thông, trong quá trình hoạt động những chiếc xe "quá đát" này còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe người dân. Những chiếc xe này do sử dụng công nghệ lạc hậu nên khả năng đốt cháy nhiên liệu không hết, thải ra ngoài môi trường gấp nhiều lần ô tô và phần lớn khí thải độc hại là hydrocarbon, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người. Còn theo các nhà khoa học thì trong khí thải của các phương tiện có rất nhiều thành phần độc hại như ôxit nitơ, hydrocarbon, CO, khi thải ra môi trường sẽ xảy ra phản ứng hóa học tạo ra các loại khí độc hại, làm cho con người bị ngộ độc, thậm chí ngạt thở. Bởi đốt cháy nhiên liệu chính là quá trình phân giải các chất hữu cơ. Thành phần khí thải này lại phụ thuộc nhiều vào chất lượng động cơ. Động cơ càng cũ, công nghệ càng lạc hậu thì việc đốt cháy triệt để nhiên liệu càng bị giảm đi, khí thải độc hại vì thế càng tăng. Trong quá trình hoạt động, các phương tiện "quá đát" thải ra môi trường một lượng khí thải độc hại cao gấp 2-4 lần các loại xe mới, được bảo dưỡng định kỳ.[7] Hiện nay nước ta xe máy đa phần sử dụng hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí và hệ thống đánh lửa thông thường, đây là những hệ thống có nhiều nhược điểm như: + Thành phần hòa khí phụ thuộc chủ yếu vào áp suất đường ống nạp và tốc độ động cơ, nhưng trên thực tế thành phần hòa khí còn phụ thuộc vào nhiệt độ động cơ, 5 nhiệt độ khí nạp, độ mở bướm ga…Hơn nữa cơ cấu điều chỉnh lượng nhiên liệu bằng cơ khí, không đảm bảo điều khiển chính xác lượng và chất của hổn hợp phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ. + Do sử dụng họng tiết lưu nên làm tăng tổn thất cơ khí, giảm hệ số nạp của động cơ. + Khi muốn lắp thêm bộ xúc tác khí xả do không duy trì được  = 1 nên hiệu suất của bộ xúc tác không cao. + Góc đánh lửa sớm được giữ cố định do đó không phù hợp với tải trọng và tốc độ của động cơ. Do những nhược điểm trên mà các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ xe máy không cao, nhất là vấn đề phát thải các khí thải độc hại. Cùng với sự ra đời và phát triển của động cơ đốt trong, hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ đốt trong cũng ngày càng phát triển để đảm bảo yêu cầu về giảm khí thải, giảm ô nhiễm môi trường, tiết kiệm tối đa nhiên liệu.... Suốt thời gian qua, các hệ thống nhiên liệu trong xe hiện nay đã thay đổi rất nhiều, những yêu cầu cho nó ngày càng khắt khe hơn. Cùng với sự phát triển đó bộ chế hòa khí cũng ngày càng được phức tạp hóa hơn, để đảm bảo động cơ hoạt động một cách hiệu quả nhất. Tuy bộ chế hòa khí đã ngày càng phát triển nhưng vẫn tồn tại những khuyết điểm không thể khắc phục. Sự ra đời của hệ thống phun xăng đã khắc phục được những nhược điểm của bộ chế hòa khí, vì vậy ngày nay trên các động cơ hầu hết đều dùng hệ thống phun xăng điện tử để cơ bản đáp ứng được những nhu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu với những ưu điểm nổi bật của hệ thống phun xăng: - Có thể cung cấp hỗn hợp không khí và nhiên liệu đồng đều đến từng xilanh. - Đạt được tỉ lệ hòa trộn không khí và nhiên liệu chính xác ở tất cả các dải tốc độ. - Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ thay đổi kịp thời với sự thay đổi của góc mở bướm ga. - Có khả năng thay đổi tỉ lệ hỗn hợp không khí và nhiên liệu để phù hợp với tình trạng làm việc của động cơ như chế độ khởi động, tăng tốc, toàn tải hoặc giảm tốc. - So với kiểu cung cấp nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí thì hệ thống phun xăng có hiệu suất nạp cao hơn vì giảm cản trên đường nạp. 6 - Sự hòa trộn không khí và nhiên liệu được tốt hơn nhờ dòng khí được tăng sự xoáy lốc và giảm sự thất thoát nhiên liệu do bám trên đường ống nạp. - Nhờ tỉ lệ không khí nhiên liệu được hòa trộn theo tỉ lệ lí tưởng và có hệ thống xử lí khí thải nên động cơ phun xăng ít ô nhiễm môi trường hơn. Xuất phát từ những yêu cầu thực tế nhằm khắc phục các nhược điểm đã nêu của động cơ xe máy sử dụng bộ chế hòa khí cũng như mong muốn được nghiên cứu tiếp cận và làm chủ các công nghệ hiện đại trong lĩnh vực ôtô xe máy. Tôi đã tiến hành “Nghiên cứu thay thế bộ chế hòa khí bằng hệ thống phun nhiên liệu cho xe gắn máy”. 7 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Lý thuyết về hệ thống phun xăng điện tử Phun xăng điện tử (Fi) là một khái niệm không còn xa lạ đối với những ai đang sử dụng xe máy. Nguyên lý hoạt động cơ bản của Fi là sử dụng một hệ thống điều khiển điện tử để can thiệp vào quá trình phun nhiệu liệu vào buồng đốt động cơ nhằm tối ưu hóa việc sử dụng nhiên liệu. 2.1.1.Nguyên lý hoạt động Phun xăng điện tử có thể chia thành ba hệ thống : hệ thống nhiên liệu, hệ thống nạp khí và hệ thống điều khiển điện tử. Ba hệ thống này sẽ được mô tả chi tiết như sau: Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống phun xăng điện tử. 8  Hệ thống nạp khí: Không khí đi từ lọc gió qua cảm biến áp suất khí nạp rồi đến bướm ga và van khí phụ (nếu có điều khiển không tải), qua đường dẫn khí đến xilanh của động cơ.  Hệ thống nhiên liệu: Nhiên liệu từ bình xăng được đưa đến bơm nhiên liệu, qua lọc nhiên liệu đến vòi phun khởi động lạnh (nếu có) và bộ ổn định áp suất tới các vòi phun.  Hệ thống điều khiển điện tử: Bao gồm ECU, các cảm biến và hệ thống điều khiển các cơ cấu chấp hành. Trên cơ sở thông tin từ các cảm biến đầu vào và tín hiệu đánh lửa, ECU sẽ tiến hành tính toán để điều khiển các cơ cấu chấp hành như cuộn đánh lửa, vòi phun… 2.1.2.Yêu cầu của hệ thống phun xăng điện tử + Để động cơ sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử hoạt động bình thường thì ECU cần nhiều thông số như vị trí trục cam, trục khuỷu, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ động cơ, nồng độ O2 ở khí thải… Những số liệu này được thu thập từ các cảm biến đặt khắp nơi trên động cơ. Sau khi nhận tín hiệu từ cảm biến ECU sẽ tính toán để điều khiển lượng phun nhiên liệu phù hợp với các chế độ làm việc khác nhau của động cơ. + Trên động cơ nguyên thủy sử dụng bộ chế hòa khí không có bơm xăng mà xăng được đưa vào bình xăng con từ bình xăng lớn, khi động cơ hoạt động sẽ tạo áp suất để hút xăng và không khí vào theo tỷ lệ được canh chỉnh sẵn trên bình xăng con, còn hệ thống phun xăng thì sử dụng bơm nhiên liệu để tạo áp suất và vòi phun để phun nhiên liệu ở dạng sương tinh vào không khí nạp. Nhờ đó làm tăng diện tích bề mặt hóa hơi của nhiên liệu. Vì vậy nhiên liệu hóa hơi nhanh hơn, giúp hòa trộn với không khí tốt hơn làm cháy hết hoàn toàn và ít phát thải ô nhiễm. Hệ thống phun phải luôn luôn phun cùng một lượng nhiên liệu và phương pháp điều chỉnh là thay đổi thời gian phun. + So với động cơ sử dụng bộ chế hòa khí thì động cơ hệ thống phun xăng có thêm một số bộ phận: - Các cảm biến: Tiếp nhận các thông số của động cơ. - Bộ điều khiển: Nhận tín hiệu từ các cảm biến, điều khiển vòi phun để hòa khí có tỷ lệ phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ. - Vòi phun: Phun nhiên liệu điều khiển bằng tín hiệu điện. - Bơm xăng: Đưa nhiên liệu từ bình chứa đến vòi phun với áp suất nhất định. 9 Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ phun xăng điện tử 2.1.3.Tỷ lệ xăng – không khí Hệ thống nhiên liệu trên động cơ xăng có chức năng làm thay đổi tỷ lệ xăng không khí để có được khí hỗn hợp tối ưu cho mọi chế độ làm việc khác nhau của động cơ. Thông thường 1 gram xăng hòa trộn lẫn với 15 gram không khí, ta có tỷ lệ khí hỗn hợp cung cấp cho động cơ trong nhiều chế độ làm việc khác nhau. Lúc khởi động trởi lạnh, tỷ lệ khí hỗn hợp là 1/9. Trong chế độ chạy cầm chừng 1/12, ở vận tốc trung bình khí hỗn hợp nghèo xăng hơn, vào khoảng 1/15. Lúc lái xe tăng tốc, tỷ lệ khí hỗn hợp được thể hiện bằng các đường cong đứt quãng khi mở lớn tối đa bướm ga, khí hỗn hợp cũng được thêm xăng. Việc thay đổi tỷ lệ thích hợp nhằm mục đích luôn luôn nạp đủ nhiên liệu vào xilanh. Ví dụ lúc khởi động trời lạnh, hay lúc động cơ xăng đang nguội phải cần đến một tỷ lệ khí hỗn hợp rất giàu xăng. Bởi lúc này chỉ có một phần nhỏ xăng bốc hơi, do đó phải cần thật nhiều xăng để xilanh nhận đủ lượng nhiên liệu cần thiết. Tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng 1/14,7 gọi là lý tưởng bởi vì lượng oxy trong khí hỗn hợp này hoàn toàn thích ứng với lượng hydrocacbon trong xăng giúp cho quá trình cháy của khí hỗn hợp được hoàn chỉnh nhất. Sẽ xảy ra tình trạng nhiều xăng đối với tỷ lệ 1/14, cũng như quá dư thừa oxy đối với tỷ lệ hỗn hợp 1/16. 2.1.4.Điều khiển lượng phun cơ bản Lượng không khí cảm nhận tại cảm biến đo lưu lượng gió được chuyển hóa thành điện áp, điện áp này được gửi đến ECU như một tín hiệu. Tín hiệu đánh lửa sơ cấp theo số vòng quay động cơ cũng được gửi đến ECU từ cuộn dây đánh lửa. ECU sau đó tính toán bao nhiêu nhiên liệu cần cho lượng khí đó và