MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................1
LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................. 4
1. Khái quát về lịch sử vấn đề nghiên cứu.................................................... 5.
2. Mục tiêu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài......................................... 5.
2.1. Mục tiêu........................................................................................... 5
2.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài................................................ 5.
3. Nội dung nghiên cứu................................................................................. 6.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 6.
4.1. Đối tượng......................................................................................... 6.
4.2. Phạm vi nghiên cứu.......................................................................... 6.
5. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 6.
5.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận...................................................... 6.
5.2. Phương pháp chuyên gia, phỏng vấn............................................... 6.
5.3. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn................................................... 7.
Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.... 8
1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu động cơ đốt trong…...8
1.1.1. Những vấn đề chung.............................................................................. 8
1.1.2. Nhóm đặc tính động cơ......................................................................... 8
1.1.3. Nhóm đặc tính truyền động................................................................... 15
1.1.4. Các đặc tính và kết cấu ôtô................................................................... 18
1.2. Các yếu tố sử dụng................................................................................. 22
1.2.1 Chu trình chạy xe................................................................................... 22
1.2.2. Khởi động sấy nóng động cơ................................................................. 22
1.2.3. Các đặc điểm,tính năng của ôtô mới...................................................... 22
1.2.4. Điều kiện môi trường........................................................................... 22
1.2.5. Các đặc tính của đường......................................................................... 22
1.2.6. Tình trạng kỹ thuật của xe.................................................................... 22
1.2.7. Kỹ thuật lái xe....................................................................................... 22
1.3. Kết luận nội dung chương 1................................................................... 23
Chương 2: NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH CHÁY ĐẾN VIỆC TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ...... 25
2.1. Đặc điểm của quá trình cháy không bình thường và quan hệ của chúng.........25
2.2. Định nghĩa và phương pháp xác định các thông số của quá trình cháy không bình thường.......... 30
2.2.1. Các định nghĩa...................................................................................... 31
2.2.2. Phương pháp xác định các thông số của các quá trình cháy kích nổ và cháy sớm 32
2.2.3. Đặc tính động cơ và cháy kích nổ......................................................... 32
2.3. Lý thuyết về cháy kích nổ...................................................................... 33
2.3.1. Vùng hỗn hợp cuối cùng....................................................................... 33
2.3.2. Lý thuyết về sự kích nổ......................................................................... 34
2.4. Lý thuyết cháy sớm................................................................................ 34
Chương 3: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ ĐIỀU KHIỂN NHẰM TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ ÔTÔ...... 35
3.1. Đối với động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí...................................... 35
3.1.1. Phân loại và nguyên lý điều khiển cơ bản............................................. 35
3.1.2. Nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm nhiên liệu sử dụng chế hòa khí....... 35
3.1.3. Giải pháp kết cấu sử dụng chế hòa khí.................................................. 36
3.1.4. Chế hòa khí điều khiển bằng điện trong mạch khép kín........................ 39
3.2. Đối với động cơ xăng sử dụng hệ thống phun xăng điều khiển điện tử... 44
3.2.1. Các vấn đề chung.................................................................................. 44
3.2.2. Nguyên lý điều khiển cơ bản của hệ thống phun xăng điều khiển điện tử. 52
3.2.3. Hệ thống phun xăng kiểu D-Jectronic................................................... 55
3.2.4. Hệ thống phun xăng kiểu L-Jectronic.................................................... 58
3.2.5. Hệ thống phun xăng kiểu Mono-Jectronic............................................. 61
3.2.6. Hệ thống phun xăng kiểu KE-Jectronic................................................. 63
3.2.7. Hệ thống phun xăng kiểu M-Motronic.................................................. 67
3.2.8. Hệ thống phun xăng kiểu ME-Motronic................................................ 71
3.2.9. Hệ thống phun xăng kiểu MED-Motronic............................................. 72
3.3. Kết luận................................................................................................... 74
Chương 4: MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHÁC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU ĐẾN KHÍ XẢ.....75
4.1. Một số giải pháp khác............................................................................ 75
4.2. Ảnh hưởng của tính kinh tế nhiên liệu đến mức độ độc hại khí xả...... 80
4.2.1. Khái niệm cơ bản.................................................................................. 84
4.2.2. Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm........................................................ 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 92
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng những cơ hội đầy tiềm năng và ngành công nghiệp ô tô Việt Nam cũng không ngoại lệ. Ở nước ta số lượng ô tô hiện đại đang được lưu hành ngày một tăng. Các loại ô tô này đều được cải tiến theo hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá quá trình điều khiển và hạn chế mức thấp nhất thành phần ô nhiễm trong khí xả động cơ.
Với sự phát triển mạnh mẽ của tin học trong vai trò dẫn đường, quá trình tự động hóa đã đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của chúng, một trong số đó là ô tô. Nhờ sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việc nhằm đạt hiệu quả cao và chống ô nhiễm môi trường, tối ưu hoá quá trình điều khiển dẫn đến kết cấu của động cơ và ô tô thay đổi rất phức tạp, làm cho người sử dụng và cán bộ công nhân kỹ thuật ngành ô tô ở nước ta còn nhiều lúng túng và sai sót nên cần có những nghiên cứu cụ thể về hệ thống điện tử trên động cơ ô tô.
Vì vậy là một học viên của nghành ô tô sắp ra trường, em chọn đề tài: “Nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ đốt trong” làm đề tài tốt nghiệp của mình. Em rất mong với đề tài này em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ra trường em có thể đóng góp vào ngành công nghiệp ô tô của nước ta, để góp phần vào sự phát triển chung của ngành.
Cuối cùng em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn:ThS …………….. đã chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong khi hoàn thành đồ án của mình. Bên cạnh đó em cảm ơn các thầy trong khoa đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn !
TP, Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
…………………..
MỞ ĐẦU
1. Khái quát về lịch sử vấn đề nghiên cứu
Sau hơn 100 năm kể từ ngày đầu xuất hiện, ngành công nghiệp ô tô đã đạt được nhiều thành tựu về khoa học công nghệ, phát triển thành một trong những ngành công nghiệp quan trọng hàng đầu trên thế giới. Để có được những điều đó, các kỹ sư ô tô đã ứng dụng nhiều thành tựu trong nghiên cứu khoa học vật liệu, công nghệ điện tử, điều khiển tự động trong quá trình thiết kế và chế tạo...
2. Mục tiêu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.1 Mục tiêu
- Việc nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm nhiên liệu bằng điện tử giúp học viên hiểu được cơ chế hoạt động của các bộ phận trong hệ thống.
- Qua đó, học viên còn hiểu được các nguyên nhân hư hỏng cũng như các phương pháp kiểm tra xem các bộ phận có hoạt động tốt hay không.
2.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
- Ngoài mục đích chính là báo cáo tốt nghiệp, nghiên cứu giải pháp tiết kiệm nhiên liệu bằng điện tử còn giúp học viên nâng cao kiến thức về hệ thống này. Qua đó, học viên có thể khám phá các công nghệ mới, các thiết bị mới của các hãng danh tiếng khác nhau và tích lũy kinh nghiệm có ích cho công việc sau này.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và nguyên lý hoạt động của giải pháp tiết kiệm nhiên liệu bằng điện tử. Nội dung nghiên cứu bao gồm:
- Mở đầu
- Chương 1. Cơ sở lý luận của tính kinh tế nhiên liệu trên ĐCĐT
- Chương 2. Nghiên cứu và đánh giá đặc điểm quá trình cháy đến việc tiết kiệm nhiên liệu trên động cơ
- Chương 3. Nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm nhiên liệu cho ĐCĐT
- Chương 4. Một số giải pháp khác và ảnh hưởng của TKTNL đến khí xả
- Kết luận
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng
Nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm nhiên liệu trên động cơ đốt trong
4.2 Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung vào các nội dung công việc như sau:
- Tìm hiểu chung về các giải pháp cũng như hệ thống tiết kiệm nhiên liệu bằng điện tử;
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết;
5. Phương pháp nghiên cứu
5.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận
Mục đích: tìm hiểu cơ sở lý thuyết về giải pháp tiết kiệm nhiên liệu bằng phương pháp điều khiển điện tử.
Cách tiến hành: tham khảo, phân tích tài liệu chuyên ngành, các công trình nghiên cứu đã được công nhận.
5.2 Phương pháp chuyên gia, phỏng vấn
Mục đích: dùng để tăng tính thực tế khi nghiên cứu giải pháp tiết kiệm nhiên liệu bằng điện tử.
Cách tiến hành: tiếp xúc trực tiếp với các chuyên gia của các hãng xe về các vấn đề có liên quan để trao đổi, tìm hiểu và phân tích nguyên lý.
5.3 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
Mục đích: tìm hiểu và thực hành khai thác sử dụng trên xe.
Cách tiến hành: thực hành trực tiếp trên 1 số mô hình động cơ xăng và diesel ở xưởng thực hành 52-2 với sự hướng dẫn của giảng viên.
Chương 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu
1.1.1. Những vấn đề chung
- Nhóm các đặc tính của động cơ
- Nhóm các đặc tính của bộ truyền động
- Trọng lượng
- Khí động học
1.1.2. Nhóm đặc tính động cơ
Khi xem xét tính kinh tế nhiên liệu người ta thường tập trung chú ý tới động cơ ô tô. Nói chung như vậy là không hoàn toàn đúng, mặc dù động cơ là một bộ phận rất quan trọng của ô tô. Năng lượng của nhiên liệu ở dạng hóa năng được đưa vào động cơ, ở đó xảy ra quá trình biến đổi (cháy), và kết quả là mômen quay được truyền tới trục chủ động.
Rõ ràng là không tổn tại một trị số tối ưu nào đó của tỷ lệ lượng không khí với lượng nhiên liệu cho mọi chỉ tiêu của động cơ.
1.1.3 Nhóm đặc tính truyền động
Ở các ô tô hiện nay hệ thống truyền động gồm có các cơ cấu sau: hộp số có khớp nối (hoặc có bộ truyền thủ)), trục cacđăng, trục truyền chính, bộ vi sai, các bộ bán trục bánh xe, trong đó hộp số và truyền lực chính cùng bộ vi sai là hai cụm có ảnh hưởng rất lớn đến tính kinh tế nhiên liệu.
1.1.4 Các đặc tính và kết cấu ôtô
- Khí động học: Sức cản khí động luôn luôn gây ảnh hưởng lớn tới sự chuyển động của các phương tiện vận tải, có tốc độ lớn, đặc biệt là máy bay. Hiện nay sức cản khí động và tải do gió gây ra đối với phương tiện vận tải mặt đất cũng đáng được quan tâm.
- Kết cấu ô tô: Tính toán bền ô tô và cảí thiện tính năng về trọng lượng có mối liên quan chặt chẽ với nhau, chúng là đối tượng của các nghiên cứu khoa học và các đồ án thiết kế. Rõ ràng là việc giảm trọng lượng là một trong những biện pháp hiệu quả nhất để tăng tính kinh tế nhiên liệu. Nhưng việc giảm trọng lượng chỉ do giảm kích thước bị vấp phải một loạt những hạn chế.
1.2. Các yếu tố sử dụng
- Khởi động, sấy nóng động cơ và truyền động của ô tô: Khởi động động cơ ở điều kiện thời tiết lạnh và sấy nóng: khởi động cũng gây ảnh hưởng đáng kể tới tính kinh tế nhiên liệu. Khi khởi động động cơ nguội thì ma sát trong động cơ rất lớn, ngoài ra, để khởi động động cơ xăng yêu cầu phải có hỗn hợp công tác giầu.
- Các tính năng của ô tô mới: Ở ô tô mới hoặc ô tô vừa mới sửa chữa xong thì tổn thất ma sát có thể lớn hơn đáng kể. Trạng thái bề mặt của nhóm pit tong xi lanh có ý nghĩa quyết định đến tổn thất ma sát của cả động cơ. Trong quá trình chạy rà trơn thì ma sát sẽ giảm dần.
1.3. Kết luận nội dung chương 1
- Nghiên cứu và đánh giá được các yếu tố ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu của ôtô.
- Phân tích và tìm hiểu các thông số chính của nhóm đặc tính động cơ đến việc tiêu hao nhiên liệu trên ôtô.
- Làm tiền đề cho nội dung chương 2, tập trung nghiên cứu các ảnh hưởng quá trình cháy trên động cơ đến việc tiêu hao nhiên liệu.
Chương 2
NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH CHÁY ĐẾN VIỆC TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ
2.1. Đặc điểm của quá trình cháy không bình thường và quan hệ của chúng
Chúng ta biết rằng tính KTNL của động cơ đốt cháy cưỡng bức phụ thuộc vào tỷ số nén. Cơ sở của vấn đề này về mặt nhiệt động học đã được đưa ra ở nhiều sách giáo khoa và việc tăng tỷ số nén trong thực tế đã được nghiên cứu từ lâuĐối với động cơ xăng khi tăng tỉ số nén sẽ làm tănghiệu suất chỉ thị của tru trìnhcông tác và do vậy làm tăng tính kinh tế nhiên liệu của động cơ.
2.1.1. Định nghĩa và phương pháp xác định các thông số của quá trình cháy không bình thường
* Định nghĩa:
Quá trình cháy bình thường là qúa trình được bắt đầu từ tia lửa được bật vào một thời điểm xác định và quá trình này phải là quá trình tăng dần tốc độ lan truyền màng lửa trong buồng cháy cho tới khi cháy hết hỗn hợp.Ở quá trình cháy bình thường có thể có tiếng ồn gây ra bởi cácsóng xung kích tác dụng lên các chi tiết chuyển động của động cơ mà nguyên nhân của nó là do tốc độ tăng áp suất rất cao trong các xilanh.
2.1.2. Phương pháp xác định các thông số của các quá trình cháy kích nổ và cháy sớm
Phương tiện đầu tiên để phát hiện cháy kích nổ và đánh giá mức độ của nó là tai con người và ngay cả trong các phòng thí nghiệm hiện đại nhất trong nhiều trường hợp chính tai con người là trọng tài để đưa ra những kết luận. “Cái tai” được luyện tập tốt còn hiệu quả hơn bất kỳ một dụng cụ điện tử nào mặc dù các dụng cụ điện tử hơn con người ở chỗ là khách quan hơn và không bị mêt mỏi.
2.1.3. Đặc tính động cơ và cháy kích nổ:
Sự làm việc của động cơ có đánh lửa đặc biệt là các động cơ có chức năng làm việc ở giới hạn của cháy kích nổ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Các yếu tố quan trọng nhất đó là:
- Tỷ số nén
- Vị trí bướm ga
- Hệ số nạp 71
2.2. Lý thuyết về cháy kích nổ
Từ khi có những quan sát đầu tiên về cháy kích nổ đến nay người ta đã đưa ra nhiều lý thuyết khác nhau về nguồn gốc của hiện tượng này, nhưng có thể nói rằng cho đến bây giờ hiện tượng này vẫn chưa được giải thích một cách đầy đủ. Điều này không có gì là ngạc nhiên bởi vì chính bản thân hiện tượng này cũng thay đổi một cách đáng kể: từ cháy kích nổ ở các buồng cháy "dài" có tỷ số nén bằng 4, tới cháy kích nổ ở các buồng cháy “gọn ngắn" với tỷ số nén bằng 14.
2.2.1. Vùng hỗn hợp cuối cùng.
Trước khi xem xét các lý thuyết cháy kích nổ cần phải nói một ít về vùng hỗn hợp cuối cùng. Các dấu vết của sự tróc bề mặt và ăn mòn của pít tông và xi lanh đã chứng tỏ rằng vùng này đựơc hạn chế ở phía ngoài biên cuả buồng cháy. Thỉnh thoảng người ta thấy có các vết tróc kim loại ở phần dưới của đầu piston, phía trên rãnh xecmăng và thỉnh thoảng là các dấu vết ở vùng trong rãnh xecmăng.
2.2.2. Lý thuyết về sự kích nổ
Hiện tượng kích nổ trong các đường ống đã làm các nhà vật lý chú ý đến từ lâu, trước khi phát hiện ra kích nổ ở động cơ. Các đặc tính của hiện tượng này là sự tăng tốc độ ban đầu của lan truyền ngọn lửa, sự chuyển tiếp tức thời sang cháy với tốc độ rất cao, gây ra sóng xung kích khi lượng hỗn hợp nóng đưọc đưa vào liên tục.
2.3. Lý thuyết cháy sớm
Sự nung nóng quá mức các chi tiết của buồng cháy, khi nhiệt độ của chúng vượt quá giói hạn (700 - 800°C) có thể gây ra cháy sớm của hỗn hợp cháy trong quá trình nén, trước khi pit tông đi đến ĐCT.
Cháy sớm kèm theo sự mất nhiệt rất lớn do công âm được tạo ra. Sự truyền nhiệt lớn từ khí cháy sẽ dẫn tới việc nung nóng các chi tiết của động cơ, điều này lại càng làm gia tăng sự cháy sớm, có khi dẫn tới làm cháy một số chi tiết.
2.4. Kết luận
- Nghiên cứu và phân tích được quá trình cháy của động cơ đến việc tiêu hao nhiên liệu.
- Tìm hiểu và phân tích được các quá trình cháy bình thường,không bình thường trên động cơ.
- Làm tiền đề cho nội dung chương 3, nghiên cứu các giải pháp về kết cấu và điều khiển điện tử trên động cơ đốt trong nhằm tiết kiệm nhiên liệu.
Chương 3
NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ NHẰM TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU
3.1. Đối với động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí
3.1.1. Phân loại và nguyên lý điều khiển cơ bản
Dựa theo nguyên tắc cung cấp xăng vào hệ thống phun chính, người ta chia tất cả các bộ chế hòa khí thành hai loại:
* Loại không có buồng phao:
+ Loại hút.
+ Loại phun.
* Loại có buồng phao: Tất cả các bộ chế hòa khí đều là chế hòa khí hút, chúng chỉ khác nhau về nguyên tắc điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp. Hiện nay có 4 phương pháp điều chỉnh thành phần khí hỗn hợp sau đây:
+ Điều chỉnh tiết diện lưu thông của Zic-lơ chính phối hợp với hệ thống không tải.
+ Lắp thêm zic-lơ bổ sung.
+ Điều khiển bằng phương pháp cộng zic-lơ:
GTi = f S1 + S2 + tmStt)
S1: tiết diện của zic-lơ chính họng số 1.
S2: tiết diện của zic-lơ chính họng số 2.
tm: Tỷ lệ mở tiết lưu toàn tải
+ Điều khiển bằng điện (ECU), điều khiển bằng chuỗi xung.
Stt: Tiết diện của zic-lơ toàn tải.
Sp: Tiết diện các zic-lơ phụ.
3.1.3. Giải pháp kết cấu
a. Mạch xăng chính:
- Đặt ống không khí sau zíc-lơ xăng chính: Để cho bộ chế hòa khí cung cấp hỗn hợp có tỷ lệ nhiên liệu không khí hợp lý, phía sau zíc-lơ xăng chính bố trí một ống không khí. Ống này có tác dụng làm giảm bớt mức tăng lượng nhiên liệu để phù hợp với mức tăng của lượng không khí.
- Kết cấu vòi phun xăng: Vòi phun xăng được làm có dạng hình vành khuyên, với hình dạng này tia nhiên liệu khi phun ra sẽ dễ được xé nhỏ hơn.
b. Họng khuếch tán:
- Để làm tăng tốc độ của dòng khí đi ngang qua lỗ phun xăng, họng khuếch tán được làm từ 2 đến 3 họng lồng vào nhau. Điều này sẽ giúp cho nhiên liệu được xé nhỏ dễ dàng hơn nhưng không làm tăng sức cản trên đường ống nạp.
3.1.5. Chế hòa khí điều khiển bằng điện trong mạch khép kín
a. Khái quát:
Bộ chế hòa khí điều khiển bằng điện là một lĩnh vực mới phát triển. Khái niệm được căn cứ trên giả thiết rút ra từ vô số những hệ thống trên bộ chế hòa khí hiệu suất cao và điều khiển điện, đo hỗn hợp nhiên liệu chủ yếu trong một bộ chế hòa khí cơ bản và đơn giản.
b. Cắt nhiên liệu thừa:
Trong lúc hoạt động quá mức, nhiên liệu cung cấp bị cắt bằng nhiều cách để tiết kiệm lượng nhiên liệu tiêu thụ, tới một phạm vi nào đó để giảm bớt nhiệt lượng phát ra.Bộ điều chỉnh bướm ga mở (bật) bướm ga chính của giai đoạn đầu tiên giữa không tải và thừa.
c. Dạng hình học của hệ thống hình thành hỗn hợp và ảnh hưởng của sự phân phối hỗn hợp:
* Tổng quát:
Hệ thống tạo hỗn hợp có hai nhiệm vụ chính: Hòa trộn hỗn hợp và định lượng hỗn hợp. Được mô tả chi tiết trong phần trước.
Hệ thống hình thành khí hỗn hợp thiết kế theo cách ổn định và gián tiếp ảnh hưởng sự phân phối hỗn hợp, sự hình thành màng xăng trên đường ống nạp.
Đại thể có thể nói rằng, sự phun tập trung, sự bốc hơi của nhiên liệu và hình thành hỗn hợp với sự giảm không khí làm cho nhiên liệu tạo màng trên đường ống nạp làm biến đổi thuận lợi phân phối hỗn hợp tới các xylanh.
3.2. Đối với động cơ xăng sử dụng hệ thống phun xăng điều khiển điện tử
3.2.1. Các vấn đề chung
Hệ thống phun nhiên liệu (HTPNL) có điều khiển điện tử là hệ thống có thể điều khiển được lượng nhiên liệu phun hoặc điều khiển được cả lượng nhiên liệu phun, thời điểm phun và thời điểm đánh lửa (động cơ xăng) phù hợp với các chế độ làm việc và điều kiện môi trường khai thác cụ thể của động cơ để nâng cao công suất riêng, tính kinh tế nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm khí thải.
3.2.2. Nguyên lý điều khiển cơ bản hệ thống phun xăng điều khiển điện tử
A. nguyên tắc chung
a. Nguyên tắc cơ bản
Trong HTPNL điều khiển điện tử thì nguyên tắc cơ bản là phải có hai thông số đặc trưng cho tải và chế độ tốc độ cấp cho bộ điều khiển điện tử ECU làm cơ sở tính thời gian phun, đồng thòi cũng là lượng nhiên liệu phun.
Đối với cấu trúc HTPNL điều khiển điện tử dùng trên động cơ thì thành phần cơ bản (quan trọng) nhất là trung tâm điều khiển hay được gọi là bộ điều khiển điện tử (ECU). Do vậy ECU không chỉ lấy hai thông tin là lưu lượng không khí nạp và số vòng quay để xử lý đưa ra tín hiệu điều khiển cho cơ cấu chấp hành là vòi phun.
3.2.3. Hệ thống phun xăng kiểu D - Jectronic
- D-Jetronic (D-J) là HTPX dựa trên quan hệ áp suất trong đường ống nạp và lượng nhiên liệu phun. Chữ cái D-J viết tắt của hai từ bằng tiếng Đức là Druck (áp suất) và Jection (phun). HTPX kiểu D-J lần đầu được đưa vào sử dụng năm 1967 trên động cơ xe Volkswagen 1600 LE.
- Sơ đồ nguyên lý:
Sơ đồ nguyên lý của HTPX kiểu D-J được giới thiệu trên Hình 3.6.
- Hoạt động của hệ thống:
+Xác định chế độ tải của động cơ
Từ hình 3.6 ta thấy đường ống nạp được ngăn cách với môi trường bằng một bướm ga. Áp suất trước bướm ga bằng áp suất môi trường, còn áp suất phía sau bướm ga nhỏ hơn áp suất môi trường.
3.2.4. Hệ thống phun xăng kiểu L-Jetronic (L-J)
HTPX kiểu L-Jetronic (L-J) là HTPX dựa trên quan hệ lưu lượng không khí nạp và lượng nhiên liệu phun. Chữ L-J viết tắt hai từ bằng tiếng Đức là Luft (không khí) và Jection (phun). HTPX kiểu L-J lần đầu được đưa vào sử dụng năm 1973. Bắt đầu từ HTPX kiểu L-J người ta đã sử dụng phương pháp đo lưu lượng không khí nạp bằng lưu lượng kế và sử dụng cảm biến lambda để kiểm soát thành phần hỗn hợp cháy theo sơ đồ vòng lặp kín (Closed-loop) để giảm thiểu các thành phần độc hại trong khí thải của động cơ.
Độ rộng xung phun đồng thời cũng chính là lượng xăng phun cần phải được hiệu chỉnh, thí dụ ở các chế độ khởi động, sấy nóng, toàn tải ứng với một độ rộng Tm được hiệu chỉnh ở tầng nhân và kết quả độ rộng xung phun sẽ là:
Tj = Tp + Tm + Tu
Trong đó: Tp- độ rộng xung cơ bản
Tm- độ rộng xung hiệu chỉnh theo trạng thái nhiệt động cơ và đk MT
Tu- độ rộng xung hiệu chỉnh theo sự sụt áp của ắc quy Trên Hình 3.9 giới thiệu sơ đồ tạo lập xung phun của HTPX kiểu L-J cho động cơ 4 xi lanh thứ tự làm việc 1-3-4-2.
3.2.5. Hệ thống phun xăng kiểu Mono - Jectronic
HTPX kiểu Mono-Jetronic là HTPX đơn điểm hoặc hệ thống phun tập trung, áp suât phun thấp dùng cho động cơ xăng 4 xi lanh. Thông thường hệ thống này được ký hiệu là SPI (Single-Point Injection)- phun đơn điểm. HTPX kiểu Mono-Jetronic lần đầu duoc đưa vào sử dụng năm 1979.
3.2.6. Hệ thống phun xăng kiểu KE – Jectronic
HTPX kiểu KE-Jetronic được phát triển trên cơ sở của HTPX kiểu K- Jetronic. HTPX kiểu K-Jetronic (1973) là HTPX kiểu cơ khí thủy lực. Còn HTPX kiểu KE-Jetronic là HTPX kiểu điện-cơ khí thuỷ lực điều khiển từ ECU. HTPX kiểu KE-Jetronic lần đầu được đưa vào sử dụng năm 1982
3.2.7. Hệ thống phun xăng kiểu M - Motronic
HTPX kiểu M-Motronic được bắt đầu sử dụng năm 1979 vừa điều khiển phun và đánh lửa với mục đích cải thiện các đặc tính của động cơ và giảm thiểu ồ nhiễm môi trường.
* Về hệ thống nhiên liệu:
+ Hệ thống nhiên liệu rất kín và thường sử dụng phương án bố trí bơm xăng trong thùng xăng. Hơi xăng được hấp thụ lại và cấp vào đường nạp qua vạn (3).
+ Không sử dụng vòi phun khởi động lạnh và công tắc nhiệt-thời gian vì chất lượng khởi động lạnh của động cơ đã được khắc phục do những ưu việt của động cơ và của HTPX.
Về hệ thống cấp không khí:
+ HTPX kiểu M-Motronic sử dụng cảm biến đo lưu lượng không khí (6) kiểu màng nóng (Hot-film Air-mass Sensor).
Khả năng giao diện của ECU động cơ:
+ ECU của động cơ có khả năng giao tiếp, trao đổi dữ liệu với các hệ thống điện tử của ô tô như hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS), hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS)...
3.2.8. Hệ thống phun xăng kiểu ME - Motronic
HTPX kiểu ME-Motronic được bắt đầu chế tạo năm 1994 trên cơ sở của hệ thống M-Motronic. Trên HTPX kiểu ME-Motronic người ta áp dụng phương pháp điều khiển đóng mở bướm ga bằng điện tử.
3.2.9. Hệ thống phun xăng kiểu MED - Motronic
HTPX kiểu MED-Motronic là HTPX trực tiếp vào xi lanh và điều khiển tích hợp cả phun xăng và đánh lửa. HTPX kiểu MED-Motronic được áp dụng lần đầu tiên vào năm 2000.
3.3. Kết luận chương 3
- Phân tích được về kết cấu và giải pháp thay đổi kết cấu trên động cơ nhằm tiết kiệm nhiên liệu.
- Tìm hiểu và đưa ra được sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ.
- Đánh giá được việc tiết kiệm nhiên liệu trên các hệ thống điều khiển điện tử.
Chương 4
MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHÁC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU ĐẾN KHÍ XẢ
4.1. Một số giải pháp khác
4.1.1. Hệ thống van điều khiển xoáy lốc
- Đặc điểm chung:
* Đường ống nạp được chia làm 2 lối đi theo chiều dọc được biểu diễn trong hình minh họa như trên:
- Van điều khiển xoáy lốc được mở ra và đóng lại bởi độ chân không trên đường ống nạp. Nó được đặt trên lối đi A. Khi động cơ đang làm việc ở phụ tải nhỏ hay dưới tốc độ nào đó, van này đóng lại sẽ tạo nên sự xoáy lốc mạnh. Hiệu suất cháy tăng lên, bằng cách đó cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu.
Dưới mức tải nặng hay trên một tốc độ nào đó, van mở hiệu suất nạp sẽ tăng lên. Theo cách đó công suất động cơ sẽ tăng.
* Ở phụ tải nhỏ:
- Khi phụ tải của động cơ nhỏ, VSV được tắt bởi ECU của động cơ. Kết quả là độ chân không trên đường ống nạp phụ thuộc bộ khởi động điều khiển xoáy lốc, đóng van điều khiển xoáy lốc lại. Điều này sẽ tạo ra sự xoáy lốc mạnh làm cho hiệu suất đốt cháy nhiên liệu được cải thiện.
- Hiệu quả của sự xoáy lốc: Sự xoáy lốc mạnh sinh ra trong xylanh làm cho sự cháy ổn định. Nó giúp cho động cơ có thể hoạt động khi tỷ lệ nhiên liệu không khí “nghèo”.
4.1.2. Hệ thống cảm ứng điều khiển thay đổi chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp ACIS
* Cấu tạo: các bộ phận chính của hệ thống được mô tả như sau:
+ Van điều khiển khí nạp
Van điều khiển khí nạp nằm trong khoang khí nạp,được mở và đóng để thay đổi chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp thành 2 trạng thái
+ Van VSV
Tùy theo tín hiệu ACIS từ ECU động cơ, VSV điều khiển chân không, đóng vai trò nguồn động lực để vận hành bộ chấp hành của van điều khiển khí nạp.
+ Bình chân không
Bình chân không có lắp một van một chiều. Và nó lưu chân không tác dụng lên bộ chấp hành sao cho van điều khiển khí nạp có thể đóng lại hoàn toàn thậm chí ở trạng thái chân không thấp
4.1.3. Hệ thống AI
Hệ thống điều khiển AI/AS là một hệ thống mà cung cấp không khí vào đường ống xả để đốt cháy lại khí chưa cháy hết trong khí xả nhawmf làm giảm khí ô nhiễm HC và CO.Sự chênh lệch giữa hai hệ thống này là hệ thống AI sử dụng bơm để cung cấp cưỡng bức không khí còn hệ thống Á điều khiển sử dụng độ chân không trong đường ống xả để hút không khí vào. Hệ thống điều khiển AI sẽ được mô tả ở đây.
4.1.4. Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu
Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu ngãn không cho nhiên liệu bay hơi từ bình nhiên liệu xả vào bên trrong khí quyển bằng cách làm cho hơi nhiên liệu tạm thời hấp thụ bằng bộ lọc than hoạt tính.Hơi này sau đó được đưa vào đốt cháy sau khi động nóng lên.
4.2. Ảnh hưởng của tính kinh tế nhiên liệu đến mức độ độc hại khí xả
4.2.1. Khái niệm cơ bản
Mối liên hệ giữa tính kinh tế nhiên liệu (TKTNL) của ô tô với thành phần khí xả được các cơ quan Nhà nước kiểm tra, là mối quan hệ rất phức tạp. Khi phân tích mối quan hệ này cần phải tính đến hàng loạt các yếu tố chủ quan. Thí dụ như, theo các kết quả đánh giá chủ quan người ta xác định các tính năng sử dụng hợp lý của ô tô khi khởi động ở điều kiện lạnh, cũng như khí lái xe ở các điều kiện bình thường.
4.2.2. Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm
a. Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường:
Sử dụng vòng lặp kín kết hợp với BXLKT kiểu xúc tác 3 chức năng:
- Sơ đồ nguyên ỉý điều khiển lambda vòng lập kín
Trên các động cơ sử dụng HTPX điều khiển điện tử đều sử dụng BXLKT kiểu xúc tác 3 chức năng (Three-way Catalytic Converter) để xử lý ba chất ô nhiễm điển hình, thể khí trong khí thải là HC, co và NOx. Để BXLKT này làm việc hiệu quả thì thành phần hỗn hợp cháy trong xi lanh phải là hỗn hợp chuẩn alpha=l với sai lệch cho phép nhỏ hơn 1%. Một thay đổi nhỏ vế thành phần hỗn hợp sẽ dẫn đến sự rối loạn các chức năng xử lý của BXLKT.
* Giai đoạn tích NOx
Trên bề mặt của lớp phủ platin, các ô xít nitơ (NOx) được ô xy hoá thông qua xác tác thành dioxit nitơ N02. N02 sau đó tác dụng với chất phụ gia trên bề mặt bộ xúc tác và với ô xy để tạo thành các nitrat. Thí dụ, N02 tác dụng hoá học với ô xít Bari (BaO) và ô xy (02) tạo thành nitrat Bari-Ba(N03)2
* Giai đoạn giải thoát và chuyển hoá NOx
Nếu hàm lượng NOx tích càng nhiều thì khả năng liên kết hoá học tiếp theo của ô xít nitơ càng kém. Do vậy, cần phải giải thoát và chuyển hoá chúng. Việc giải thoát NOx xảy ra như sau: dùng co làm chất khử.
4.3 Kết luận chương 4
- Đề ra một số giải pháp khác nhằm tiết kiệm nhiên liệu trên động cơ
- Đánh giá mức độ độc hại khí xả và đề ra biện pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
- Đã nghiên cứu về giải pháp tiết kiệm nhiên liệu trên động cơ đốt trong.
- Đánh giá được tình trạng tiêu hao nhiên liệu của động cơ. Trên cơ sở tính toán được các giải pháp tiết kiệm nhiên liệu trên động cơ đốt trong và đã đưa ra được các phương án sửa chữa tiết kiệm nhiên liệu phù hợp với quy định kỹ thuật trong công tác sửa chữa phục hồi;
2. Kiến nghị hướng nghiên cứu mở rộng
Hướng phát triển của sáng kiến sẽ tập trung giải quyết các vấn đề như:
- Tiếp tục hoàn thiện và bổ sung những thiếu sót trong phần tiết kiệm nhiên liệu trên động cơ tại các xưởng sửa chữa trong toàn quân.
- Mở rộng phạm vi áp dụng;
- Nghiên cứu biện pháp khắc phục những hư hỏng không thể sửa chữa trên cơ sở thay thế những cụm chi tiết có tính năng tương tự.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. “Lý thuyết động cơ đốt trong” - PGS. TS Hà Quang Minh; HVKTQS, NXB QĐND, năm 2000.
2. “Kết cấu tính toán Động cơ đốt trong” - Lại Văn Định, Vy Hữu Thành ;HVKTQS; NXB QĐND, năm 1996.
3. “ Tính kinh tế nhiên liệu của ô tô” - Lại Văn Định, HVKTQS; NXB QĐND, năm 2006.
4. “ Phun nhiên liệu điều khiển điện tử trên động cơ đốt trong” - PGS.TS Hà Quang Minh, TS Nguyễn Hoàng Vũ, HVKTQS, NXB QĐND, năm 2010.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"