Tính toán thiết kế hệ thống phun xăng điện tử trên xe máy

Lê đăng đông

Bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội

***

Lê đăng đông

cơ khí động lực

tính toán thiết kế hệ thống
phun xăng điện tử trên xe máy

luận văn thạc sĩ khoa học
cơ khí động lực
khóa: 2008 - 2010

Hà nội Năm 2010


l
Bộ giáo dục và đào tạo

trờng đại học bách khoa hà nội

---------------------------------------

LÊ ĐĂNG ĐÔNG

TíNH TOáN, THIếT Kế Hệ THốNG

PHUN XĂNG ĐIệN Tử TRÊN XE MáY

Chuyên ngành: Động cơ đốt trong

luận văn thạc sĩ khoa học
cơ khí
khí động lực

Ngời hớng dẫn khoa học:
gs.ts PHạM MINH tuấn

Hà nội Năm 2010


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn GS.TS Phạm Minh Tuấn, người đã tận tình
hướng dẫn em trong suốt q trình thực hiện luận văn.
Em bày tỏ lịng biết ơn đến các thầy cơ giáo Viện Cơ khí Động lực, phịng
thí nghiệm Động cơ đốt trong, Viện Đào tạo Sau ñại học Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội cùng tồn thể các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện và giúp đỡ em hồn
thành bản luận văn này.
Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010.
HỌC VIÊN

Lê Đăng Đông


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập của tơi. Các
thơng tin, số liệu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng, cụ thể. Kết

quả nghiên cứu trong luận văn là ñúng ñắn, trung thực và chưa từng có ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác.

HỌC VIÊN

Lê Đăng Đông


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A eff

- Tiết diện lỗ kim phun

Vh
fp

- Dung tích xi lanh

F

- Hằng số Faraday

k

- Hệ số làm ñậm

L vp

- Độ tự cảm của vịi phun

L st

- Lượng khơng khí lý thuyết để ñốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu (14,66)

ma

- Khối lượng khơng khí

&a
m

- Lưu lượng khơng khí tính bằng khối lượng (kg/s)

mf

- Lượng nhiên liệu phun

&f
m

- Lượng xăng phun ra theo thời gian

m fcb

- Lượng phun cơ bản

M ftt

- Khối lượng phun tính tốn

Mk

- Khối lượng khơng khí

p

- Áp suất tuyệt ñối

pa

- Áp suất tuyệt ñối trên ñường ống nạp

- Tần số dao động của dịng khí trong đường ống nạp

po 2 kk - Áp suất riêng phần của khí ơxy trong khơng khí tiêu chuẩn
po 2 kt
- Áp suất riêng phần của khí ơxy trong khí xả
∆p

- Độ chênh lệch áp suất phía trước và sau kim phun

q inj

- Lưu lượng của vòi phun

Q

- Lượng nhiên liệu phun

ti

- Thời gian phun thực tế

tb

- Thời gian phun cơ bản

tc

- Thời gian phun hiệu chỉnh

t aq

- Thời gian hiệu chỉnh theo ñiện áp ắc quy


τi

- Trường ñộ xung

Tx

- Chu kỳ xung

Tpla

- Nhiệt ñộ ñiện cực bằng platin

Ta

- Nhiệt ñộ trên ñường ống nạp

T

- Nhiệt ñộ tuyệt ñối

U vp

- Điện áp ñặt vào vòi phun

V

- Thể tích khơng khí

v& a

- Lưu lượng thể tích của khơng khí (m3/s)

λ

- Hệ số dư lượng khơng khí

λa

- Hệ số nạp tương đối

ηv

- Hiệu suất nạp tính bằng thể tích

αt

- Góc mở bướm ga

ρ

- Khối lượng riêng khơng khí (kg/m3)

ρt

- Tỉ trọng nhiên liệu.

A/F

- Air/Fuel - Tỷ lệ không khí/nhiên liệu

ADC

- Analog to Digital Converter - Bộ chuyển đổi tương tự sang số

BPI

- BiPoint Injection - Hệ thống phun xăng hai ñiểm

CVS

- Constant Volume Sampling - Lấy mẫu với thể tích khơng đổi

DALY

- Disability Adjusted Life Years - Số năm trong ñời bị mất do tàn tật

DCE

- Data Communication Equipment - Các thiết bị trung gian

DTE

- Data Terminal Equipment - Thiết bị xử lý ñấu cuối

ECU

- Electronic Control Unit - Bộ ñiều khiển trung tâm

EFI

- Electronic Fuel Injection - Phun xăng ñiện tử

ESA

- Electronic Spark Advance - Đánh lửa ñiện tử

FDI

- Foreign Direct Investment - Đầu tư trực tiếp từ nước ngoài

FSI

- Fuel Stratified Injection - Phun xăng phân lớp (phân tầng)

GDI

- Gasoline Direct Injection - Phun xăng trực tiếp


HDV

- Cơng ty Honda Việt Nam

IDL

- Tín hiệu vị tri khơng tải

MAF

- Mass Air Flow - Lưu lượng khí nạp

MAP

- Manifold Absolute Pressure - Áp suất ñường nạp

MOSFET - Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - Transistor hiệu
ứng trường
MPI

- Multi Point Injection - Phun xăng đa điểm

PIM

- Tín hiệu lưu lượng khơng khí nạp

NIOEH

- Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trường

ROM

- Read Only Memory - Bộ nhớ chỉ ñọc

RAM

- Random Access Memory - Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên

Sở TNMT&NĐ

- Sở Tài nguyên Môi truờng và Nhà ñất

SPI

- Single Point Injection - Phun xăng ñơn ñiểm

STA

- Starter signal - Tín hiệu khởi động

TCCP

- Tiêu chuẩn cho phép

THA

- Tín hiệu nhiệt độ khí nạp

THW

- Tín hiệu nhiệt độ ñộng cơ

Tp. HCM - Thành phố Hồ Chí Minh
Vcc

- Nguồn cấp cho cảm biến

VĐK

- Vi ñiều khiển

VTA

- Tin hiệu ñộ mở bướm ga

VOCs

- Volatile Organic Compounds - Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

VXL

- Vi xử lý

UART

- Universal Ansynchronous Receiver/ Transmitting - Truyền/ Nhận
dữ liệu nối tiếp khơng đồng bộ

WTO

- Worrld Trade Organnization - Tổ chức Thương mại Thế giới


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1. Dự báo năng lực sản xuất xe máy đến 2020 ..............................................8
Bảng 1-2. Ước tính thải lượng các chất gây ô nhiễm từ các nguồn thải chính của
Việt Nam năm 2005...................................................................................10
Bảng 3-1. Thơng số kỹ thuật xe SuperDream của hãng Honda................................44
Bảng 3-2. Địa chỉ các cổng COM trên máy tính PC ................................................59
Bảng 3-3. Các tín hiệu của các chân đầu nối DB9 trên máy tính PC ......................59
Bảng 3-4. Lượng nhiên liệu phun theo tốc ñộ và tải trọng ñộng cơ .........................76
Bảng 4-1. Bảng kết quả ño cơng suất ứng với đặc tính ngồi ở tay số 4 .................89
Bảng 4-2. Bảng kết quả ño suất tiêu hao nhiên liệu của ñộng cơ ............................90
Bảng 4-3. Kết quả thử nghiệm xe SuperDream khi dùng bộ chế hịa khí.................92
Bảng 4-4. Kết quả thử nghiệm xe SuperDream khi dùng hệ thống EFI ...................92


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1-1. Sự tăng trưởng ơtơ và xe máy hoạt động đến năm 2007 ............................9
Hình 1-2. Số lượng xe máy trên 1.000 dân ở các thành phố lớn của Việt Nam năm
2006.............................................................................................................9
Hình 1-3. Tỷ lệ phát thải chất ô nhiễm môi trường do các nguồn thải chính ở Việt
Nam năm 2005 .........................................................................................10
Hình 1-4. Tỷ lệ thải chất gây ô nhiễm môi trường từ phương tiện cơ giới đường bộ
của Việt Nam ............................................................................................11

Hình 1-5. Sơ ñồ bố trí cảm biến khí nạp trong hệ thống EFI ...................................16
Hình 2-1. Kết cấu cơ bản của EFI ............................................................................18
Hình 2-2. Sơ đồ các hệ thống cơ bản của EFI..........................................................19
Hình 2-3. Sơ ñồ nguyên lý của hệ thống ñiều khiển động cơ với liên hệ ngược.......21
Hình 2-4. Thuật tốn điều khiển thời gian phun nhiên liệu ......................................23
Hình 2-5. Hiệu chỉnh khi khởi động..........................................................................24
Hình 2-6. Đặc tính hiệu chỉnh khi hâm nóng ............................................................24
Hình 2-7. Đặc tính hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp................................................25
Hình 2-8. Đặc tính hiệu chỉnh khi tăng tốc...............................................................25
Hình 2-9. Đặc tính hiệu chỉnh khi giảm tốc ..............................................................26
Hình 2-10. Đặc tính hiệu chỉnh theo điện áp ............................................................26
Hình 2-11. Tỷ lệ hịa khí và đặc tính hiệu chỉnh phản hồi........................................27
Hình 2-12. Cảm biến khí nạp MAP và sơ đồ mạch ñiện...........................................32
Hình 2-13. Đặc tuyến của cảm biến MAP ................................................................32
Hình 2-14. Cấu tạo, đặc tính của cảm biến nhiệt độ động cơ và nhiệt độ khí nạp ..33
Hình 2-15. Kết cấu và đặc tính của cảm biến bướm ga loại biến trở.......................34
Hình 2-16. Cảm biến trục khuỷu và tín hiệu của nó .................................................35
Hình 2-17. Cảm biến ơxy loại ZrO2 ..........................................................................36
Hình 2-18. Đặc tính cảm biến lambda ......................................................................37
Hình 2-19. Mạch điện sấy cảm biến ôxy ...................................................................38


Hình 2-20. Bơm nhiên liệu ........................................................................................38
Hình 2-21. Bơm nhiên liệu có bộ điều áp .................................................................39
Hình 2-22. Cấu tạo và đặc tính của bộ điều áp ........................................................39
Hình 2-23. Vịi phun điện từ......................................................................................40
Hình 2-24. Đặc tính u, i, δ = f (t) trong cuộn dây vịi phun......................................41
Hình 2-25. Phương pháp điều khiển vịi phun theo điện áp .....................................42
Hình 2-26. Phương pháp điều khiển vịi phun theo dịng điện .................................42
Hình 2-27. Vị trí lắp và kết cấu van khơng tải ..........................................................43

Hình 3-1. Cổ họng gió TYPE 72 được tích hợp cảm biến bướm ga ........................46
Hình 3-2. Cảm biến SYNERJECT .............................................................................46
Hình 3-4. Vịi phun DEKA và hướng tia phun ..........................................................47
Hình 3-5. Mơ hình cắt bổ đường nạp của xe ngun bản.........................................48
Hình 3-6. Đường nạp mới sau khi thiết kế, mơ phỏng lắp ghép ...............................48
Hình 3-7. Đường nạp mới được chế tạo thử nghiệm ................................................49
Hình 3-8. Đặc tính hoạt động của chất xúc tác phụ thuộc nhiệt độ .........................50
Hình 3-9. Hình vẽ mơ phỏng đường thải sau khi cải tiến .........................................50
Hình 3-10. Sơ đồ bố trí đường nhiên liệu .................................................................51
Hình 3-11. Sơ đồ ngun lý mạch khối cấp nguồn ...................................................51
Hình 3-12. Bo mạch khối cấp nguồn ổn áp 5V .........................................................52
Hình 3-13. Mạch xử lý tín hiệu tốc độ động cơ ........................................................52
Hình 3-14. Mạch xử lý tín hiệu của các cảm biến dạng điện trở..............................53
Hình 3-15. Mạch xử lý tín hiệu IDL và STA .............................................................53
Hình 3-16. Mạch khuếch đại tín hiệu cảm biến lambda ...........................................54
Hình 3-17. Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm xăng ...................................................55
Hình 3-18. Mạch điều khiển van ISC ........................................................................55
Hình 3-19. Mạch điều khiển sấy nóng cảm biến lambda..........................................55
Hình 3-20. Mạch điện điều khiển vịi phun nhiên liệu ..............................................56
Hình 3-21. Sơ đồ chân và bố trí các tín hiệu vào ra tại các chân của VXL .............57
Hình 3-22. Sơ đồ mạch tạo xung nhịp (a) và mạch reset (b) ....................................58


Hình 3-23. Sơ đồ ngun lý mạch kết nối với máy tính theo chuẩn RS232 ..............61
Hình 3-24. Giao diện thiết kế mạch ngun lý của phần mềm .................................62
Hình 3-25. Mơi trường thiết kế mạch in trong phần mềm Attium Designer.............62
Hình 3-26. Bo mạch sau khi thiết kế (a), sau khi hàn linh kiện hồn thiện (b) ........63
Hình 3-27. Hệ thống nạp, thải sau khi cải tiến và lắp đặt ........................................64
Hình 3-28. Thùng nhiên liệu sau khi cải tiến ............................................................64
Hình 3-29. Vị trí lắp cảm biến nhiệt độ và tốc độ động cơ.......................................65

Hình 3-30. Vị trí lắp van khơng tải ...........................................................................65
Hình 3-31. Vị trí lắp ECU trên xe .............................................................................66
Hình 3-32. Ngun lý điều khiển phun......................................................................70
Hình 3-33. Sơ đồ q trình nhận tín hiệu .................................................................72
Hình 3-34. Sơ đồ nhận và xử lý giá trị......................................................................72
Hình 3-35. Sơ đồ thực thi lệnh từ máy tính...............................................................73
Hình 3-36. Sơ đồ đọc giá trị cảm biến ......................................................................73
Hình 3-37. Sơ đồ tính vận tốc ...................................................................................73
Hình 3-38. Giao diện kết nối giữa ECU và máy tính...............................................74
Hình 3-39. Sơ đồ thuật tốn điều khiển chung..........................................................77
Hình 3-40. Sơ đồ thuật tốn ñiều khiển ở chế ñộ khởi ñộng.....................................78
Hình 3-41. Sơ ñồ thuật tốn điều khiển chế độ chuyển tiếp khởi động - khơng tải ..78
Hình 3-42. Sơ đồ thuật tốn điều khiển lượng phun ở chế độ khơng tải ..................79
Hình 3-43. Sơ đồ thuật tốn điều khiển chế độ chuyển tiếp từ khơng tải - ổn định..80
Hình 3-44. Sơ đồ thuật tốn điều khiển lượng phun ở chế độ ổn định .....................81
Hình 3-45. Sơ đồ thuật tốn điều khiển chế độ chuyển tiếp ổn định - khơng tải......82
Hình 4-1. Xe SuperDream sau khi cải tiến lắp ñặt hệ thống EFI chuẩn bị đưa vào
thử nghiệm................................................................................................83
Hình 4-2. Sơ đồ tổng qt các trang thiết bị trong phịng thử nghiệm xe máy ........84
Hình 4-3. Các trang thiết bị trong phịng thử xe máy...............................................84
Hình 4-4. Hệ thống lấy mẫu CVS..............................................................................85
Hình 4-5. Tủ phân tích khí xả CEBII ........................................................................86


Hình 4-6. Sơ đồ ngun lý của hệ thống AVL 733S ..................................................87
Hình 4-7. Đặc tính ngồi của động khi dùng bộ chế hịa khí và EFI .......................90
Hình 4-8. Suất tiêu hao nhiên liệu của ñộng cơ khi dùng bộ chế hịa khí và khi dùng
hệ thống phun xăng điện tử......................................................................91
Hình 4-9. Tỉ lệ các thành phần khí thải đo được và tiêu chuẩn EURO2 ..................93

MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam ñoan
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, ñồ thị
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn ñề tài.....................................................................................................1
2. Lịch sử nghiên cứu ..................................................................................................2
3. Mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................3
4. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................4
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE MÁY......................... 5
1.1. Giới thiệu chung về ngành công nghiệp xe máy..................................................5
1.2. Ảnh hưởng của khí thải xe máy đến mơi trường .................................................8
1.3. Quản lý khí thải mơtơ - xe máy ở việt nam........................................................12
1.4. Khái quát về hệ thống phun xăng ñiện tử ..........................................................14
1.4.1. Lịch sử và xu hướng phát triển của hệ thống EFI...........................................14
1.4.2. Phân loại hệ thống phun xăng ñiện tử.............................................................15
1.4.3. Ưu ñiểm của hệ thống phun xăng ñiện tử .......................................................16
1.5. Cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu trên xe máy dùng bộ chế hịa khí thành hệ
thống phun xăng ñiện tử.....................................................................................16
Chương 2 - HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE MÁY........18
2.1. Cấu trúc của hệ thống phun xăng ñiện tử...........................................................18
2.1.1. Kết cấu và nguyên lý chung của hệ thống ......................................................18
2.1.2. Đặc ñiểm hệ thống cấp gió của phun xăng điện tử .........................................20
2.2. Điều khiển phun trong hệ thống phun xăng ñiện tử...........................................21
2.2.1. Lý thuyết ñiều khiển........................................................................................21
2.2.2. Thời gian phun nhiên liệu ...............................................................................23

2.2.3. Các chế ñộ hiệu chỉnh phun ............................................................................23
2.3. Các chế ñộ làm việc của ñộng cơ và tỷ lệ hòa khí .............................................28
2.3.1. Chế độ khởi động ............................................................................................28
2.3.2. Chế độ hâm nóng ............................................................................................28
2.3.3. Chế độ khơng tải .............................................................................................29
2.3.4. Chế độ khơng tải cưỡng bức ...........................................................................30
2.3.5. Chế ñộ tăng tốc................................................................................................30
2.3.6. Chế ñộ toàn tải ................................................................................................31
2.4. Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu EFI ..........................................................31
2.4.1. Cảm biến khí nạp ............................................................................................31
2.4.2. Cảm biến nhiệt độ động cơ và nhiệt độ khí nạp..............................................32
2.4.3. Cảm biến vị trí bướm ga .................................................................................33
2.4.4. Cảm biến trục khuỷu .......................................................................................34
2.4.5. Cảm biến ôxy ..................................................................................................36
2.4.6. Bơm nhiên liệu và bộ điều áp xăng.................................................................38
2.4.7. Vịi phun..........................................................................................................39
2.4.8. Van khơng tải ..................................................................................................42
2.4.9. ECU.................................................................................................................43
Chương 3 - THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU PHUN XĂNG ĐIỆN
TỬ THAY CHO BỘ CHẾ HỊA KHÍ Ở XE MÁY.................................................................44
3.1. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................44
3.2. Lựa chọn các phần tử cho hệ thống EFI ............................................................45
3.2.1. Lựa chọn bơm xăng.........................................................................................45
3.2.2. Cổ họng gió .....................................................................................................46
3.2.3. Cảm biến đo gió ..............................................................................................46
3.2.4. Cảm biến lambda.............................................................................................46
3.2.5. Cảm biến nhiệt ñộ ñộng cơ .............................................................................47
3.2.6. Vòi phun nhiên liệu.........................................................................................47
3.3. Thiết kế, chế tạo một số phần tử cho hệ thống EFI ...........................................47

3.3.1. Thiết kế chế tạo ñường nạp .............................................................................47
3.3.2. Thiết kế, cải tiến ñường thải............................................................................49
3.3.3. Thiết kế, cải tiến thùng nhiên liệu...................................................................50
3.3.4. Thiết kế chế tạo ECU ......................................................................................51
3.3.5. Thiết kế bo mạch ECU....................................................................................61
3.4. Thiết kế lắp ñặt hệ thống....................................................................................63
3.4.1. Lắp ñặt ñường nạp, thải...................................................................................63
3.4.2. Cải tiến lắp ñặt thùng nhiên liệu .....................................................................64
3.4.3. Thiết kế, lắp ñặt cảm biến nhiệt ñộ ñộng cơ ...................................................64
3.4.4. Thiết kế lắp ñặt cảm biến tốc ñộ ñộng cơ .......................................................65
3.4.5. Thiết kế lắp ñặt van ñiều khiển khơng tải .......................................................65
3.4.6. Lắp đặt ECU....................................................................................................66
3.5. Tính tốn điều khiển phun xăng.........................................................................66
3.5.1. Tính tốn lượng phun ......................................................................................66
3.5.2. Tính tốn thời gian phun .................................................................................67
3.5.3. Tính tốn độ rộng xung phun cơ bản ..............................................................70
3.5.4. Điều khiển lượng phun....................................................................................71
3.6. Xây dựng bộ tham số cho ECU..........................................................................71
3.6.1. Xây dựng giao diện kết nối ECU với máy tính...............................................71
3.6.2. Thực nghiệm xây dựng bộ tham số cho ECU .................................................74
3.6.3. Sơ đồ thuật tốn điều khiển phun xăng ...........................................................77
Chương 4 - THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ......................................................83
4.1. Xe máy thử nghiệm ............................................................................................83
4.2. Hệ thống thiết bị thử nghiệm .............................................................................83
4.2.1. Bố trí các thiết bị phịng thử nghiệm xe máy..................................................83
4.2.2. Hệ thống Chassis Dynamometer 20" ..............................................................85
4.2.3. Hệ thống lấy mẫu khí xả CVS ........................................................................85
4.2.4. Tủ phân tích khí CEBII ...................................................................................86

4.2.5. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S ................................87


4.2.6. Hệ thống ñiều khiển ........................................................................................87
4.3. Thử nghiệm và ñánh giá kết quả ........................................................................88
4.3.1. Quy trình thử nghiệm xe trên băng thử...........................................................88
4.3.2. Kết quả chạy thử nghiệm ................................................................................89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................................94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................................96
PHỤ LỤC ......................................................................................................................................................98


MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Cùng với sức ép về tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải ô nhiễm mơi
trường, gần đây những nghiên cứu xung quanh vấn ñề sử dụng hệ thống cung cấp
nhiên liệu phun xăng ñiện tử cho môtô-xe máy (sau ñây gọi chung là xe máy) ñược
các hãng sản xuất quan tâm. EFI ñã chứng tỏ ưu ñiểm nổi trội nhờ tối ưu lượng
nhiên liệu theo từng chế ñộ làm việc của ñộng cơ và thân thiện với môi trường. Tại
Việt Nam vài năm trở lại đây đã có một số mẫu xe máy mới đưa ra thị trường ứng
dụng cơng nghệ này như: hãng Honda với Future Neo FI, Lead, AirBladeFI, SH;
hãng Piaggio với Vespa GTS125 Super i.e và VMEP với Attila Elizabeth EFI…
Tuy nhiên trong tổng số khoảng 30 triệu xe ñang lưu hành thì ước tính có khoảng
5% số xe sử dụng EFI. Mặt khác giá thành xe dùng EFI còn khá cao.
Việt Nam là nước ñang phát triển, xe máy là loại phương tiện giao thông chủ
yếu, hiệu quả trong sinh hoạt và mưu sinh. Với cơ sở hạ tầng ít phát triển và khơng
đồng đều, dân số đơng với mức thu nhập chung còn thấp nên lượng xe giá rẻ ñược
sử dụng khá phổ biến.
Số lượng xe máy ngày một tăng nhanh, phần lớn xe hiện ñang lưu hành xe có
thời gian sử dụng dưới 7 năm nhưng cũng có khoảng 25% số xe là trên 10 năm sử

dụng. Đa phần các loại xe này ñã ñược sản xuất trên những dây chuyền cơng nghệ
cũ, có kết cấu, cơng nghệ lạc hậu, phần lớn xe sử dụng bộ chế hịa khí với hệ thống
đánh lửa đơn giản và thiếu các hệ thống kiểm sốt, xử lý khí thải trên xe như phun
khơng khí thứ cấp, hệ thống phun xăng ñiện tử, ñánh lửa ñiện tử, hệ thống thu giữ
hơi xăng, bộ chuyển ñổi xúc tác…
Các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của xe máy sử dụng bộ chế hòa khí khơng cao,
khó kiểm sốt được q trình hoạt động của động cơ và khơng xử lý được khí thải
gây ơ nhiễm mơi trường. Như vậy khó có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn về khí
thải đối với xe ñược lưu hành.

-1-


Mặt khác, các tiêu chuẩn về khí thải ngày càng được thắt chặt. Để kiểm sốt
khí thải xe máy, Thủ tướng chính phủ đã ra quyết định số 909/QĐ-TTg ngày
17/06/2010 phê duyệt Đề án kiểm sốt khí thải xe máy tham gia giao thông tại các
tỉnh, thành phố và sẽ thực hiện từ năm 2011. Trong khi đó, số lượng xe máy đang
lưu hành khơng đạt tiêu chuẩn khí thải khá lớn [5], [7], [13].
Để tìm một lối thốt chuyển ñổi cho các xe hiện ñang sử dụng bộ chế hịa khí
tác giả đã quyết định chọn đề tài “Tính tốn, thiết kế hệ thống phun xăng điện tử
trên xe máy”. Đề tài nghiên cứu nhắm tới mục tiêu chế tạo hồn chỉnh hệ thống
phun xăng điện tử với chi phí thấp nhất tiến tới chuyển đổi hồn tồn hệ thống
nhiên liệu dùng bộ chế hồ khí trên các xe máy cũ và xe máy giá rẻ sản xuất lắp ráp
từ nguồn Trung Quốc sang phun xăng ñiện tử.
2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU
Thời gian gần ñây, trên thế giới việc ứng dụng hệ thống EFI cho xe máy ñã
ñược nhiều hãng nghiên cứu phát triển. Đi tiên phong trong lĩnh vực này là hãng
Honda với thương hiệu là PGM-FI, EFI ñược ñưa vào xe gắn máy từ năm 1992 với
xe scooter Pantheon ở châu Âu. Tuy nhiên, việc nghiên cứu ứng dụng EFI cho dịng
xe giá rẻ chưa được các hãng sản xuất xe máy ứng dụng, kể cả xe Trung Quốc.

Ở nước ta, việc nghiên cứu về EFI cũng đã có một số cơng trình nghiên cứu,
tuy nhiên các cơng trình này chủ yếu là nghiên cứu đối với xe ôtô như:
- “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống Digital Motor Electronics” đề tài đã
thành cơng trong việc thiết kế, chế tạo ECU thay thế cho ñộng cơ xe Toyota
COROLLA 94, góp phần giải quyết vấn đề thay thế phụ tùng ơtơ trong nước [12].
- “Tương thích hóa một số loại cảm biến khí nạp trong hệ thống phun xăng
ñiện tử bằng bộ ñiều khiển phụ” tác giả ñã thành công trong việc thay thế, lắp lẫn
cảm biến đo gió trên một số động cơ ơtơ của một số hãng phổ biến ở Việt Nam [8].
Ngoài ra cũng ñã có một số ñồ án nghiên cứu về hệ thống EFI dùng cho xe
máy. Tuy nhiên, do khuôn khổ là một đồ án tốt nghiệp nên mức độ hồn thiện chưa
cao như: chưa điều khiển được tốc độ khơng tải theo nhiệt ñộ, chưa thiết kế-chế tạo
-2-


ñược ñường nạp gây khó khăn cho việc lắp ñặt yếm xe, khơng sử dụng được bầu lọc
gió cũ của xe... [11], [15]. Vì vậy tác giả đã chọn và thực hiện nghiên cứu ñề tài
thiết kế chế tạo hệ thống EFI tại Phịng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Viện Cơ khí
Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Mục đích nghiên cứu
Từ các vấn đề đã phân tích, đề tài “Tính tốn, thiết kế hệ thống phun xăng
ñiện tử trên xe máy” ñược thực hiện với các mục đích sau:
- Cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu cũ của xe gắn máy dùng bộ chế hịa
khí thành hệ thống phun xăng điện tử.
- Góp phần giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải ô nhiễm môi trường do động
cơ xe máy.
- Góp phần giảm thiểu sự lệ thuộc vào cơng nghệ chế tạo, lắp đặt hệ thống
phun xăng điện tử của nước ngồi, tăng tỷ lệ nội địa hóa trong cơng nghiệp xe máy.
Đối tượng
Qua tìm hiểu thông tin, số liệu về sự thông dụng, thị phần của các hãng cũng

như các loại xe máy phổ biến ở nước ta, tác giả nhận thấy dòng xe Dream của hãng
Honda ñược sử dụng phổ biến nhất tại Việt Nam. Chính vì vậy, tác giả đã lựa chọn
xe SuperDream của hãng Honda cho việc ứng dụng nghiên cứu thực hiện ñề tài.
Phạm vi nghiên cứu
Do ñiều kiện hạn chế trong khuôn khổ của một luận văn thạc sỹ nên tác giả
chỉ mới giới hạn nghiên cứu trên phạm vi 01 xe máy ở các chế ñộ làm việc bình
thường của động cơ như: khơng tải, tải cục bộ, tồn tải... ở trong phịng thí nghiệm
động cơ đốt trong và trên ñường.
Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về hệ thống ñiều khiển phun xăng ñiện tử.
Phân tích ưu nhược ñiểm của từng loại từ đó lựa chọn hệ thống phun xăng thích hợp
lắp trên ñộng cơ xe máy.
-3-


- Thiết kế, cải tiến hệ thống nạp thải, phân tích khí động hệ thống đường nạp
thải từ đó xác ñịnh ñược vị trí bố trí thiết bị thích hợp, lắp ñặt chuyển ñổi hệ thống
cung cấp nhiên liệu dùng bộ chế hồ khí sang phun xăng điện tử.
- Tìm hiểu thực tế kết cấu của xe, nghiên cứu cải tiến, thiết kế chế tạo và lắp
ñặt ECU, cải tiến thùng nhiên liệu với chi phí thấp nhất.
- Thực nghiệm để tìm ra các thơng số tối ưu cho q trình điều khiển hoạt
động của hệ thống phun xăng.
- Thử nghiệm ño ñạc, so sánh ñối chứng nhằm ñánh giá kiểm nghiệm q
trình hoạt động của hệ thống so với xe nguyên bản.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trong quá trình thực hiện ñề tài, tác giả ñã kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết
và thực nghiệm để thiết kế tính tốn hệ thống EFI trên xe máy.
Về lý thuyết, tính tốn lựa chọn một số thông số lý thuyết, trang thiết bị cho
hệ thống như: bơm xăng, vòi phun... Thiết kế, cải tiến hệ thống nạp thải, chế tạo
ECU và lập trình điều khiển hệ thống.

Thực nghiệm, đo đạc phân tích các thơng số thể hiện sự hoạt động của động
cơ, từ đó tìm ra các thơng số tối ưu cho q trình điều khiển lượng phun, đặc biệt là
điều khiển lượng phun theo chế độ hiệu chỉnh phản hồi vịng kín.
Thử nghiệm, đo đạc thơng số và so sánh đối chứng giữa 2 loại hệ thống cung
cấp nhiên liệu về cơng suất, tính kinh tế và ơ nhiễm mơi trường.

-4-


Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ
PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE MÁY
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP XE MÁY
Tại các nước phát triển, ơtơ được xem là phương tiện giao thơng hàng ngày
thì xe máy được nhìn nhận như một thú chơi theo sở thích. Tuy nhiên xu hướng sử
dụng xe máy ở các quốc gia có khác nhau.
Ở châu Âu và Bắc Mỹ lượng xe máy tiêu thụ hàng năm khơng lớn, sản lượng
xe được sản xuất thấp, sản phẩm chủ yếu là loại xe chạy ñường cao tốc có kích
thước, phân khối lớn (>250cc) hoặc xe thời trang cao cấp với giá bán khoảng vài
ngàn ñến hàng chục ngàn USD. Các dịng xe này được ứng dụng cơng nghệ hiện
đại, giá trị cao và tiêu thụ tại chỗ là chính, xuất khẩu chỉ một phần nhỏ.
Lượng xe tiêu thụ hàng năm tại thị trường các nước phát triển khơng nhiều.
Tuy nhiên doanh thu tại đây chiếm một tỷ trọng ñáng kể trong tổng doanh thu hàng
năm của các nhà sản xuất. Tại thị trường Châu Á - Thái Bình Dương, Honda tiêu
thụ trên 75% sản lượng, nhưng doanh thu chỉ ñạt ñược 25%; ngược lại tại thị trường
Bắc Mỹ, khoảng 7% sản lượng ñã ñem lại trên 30% tổng doanh thu [13] (tr.5). Điều
này cho thấy xe máy tiêu thụ ở thị trường Châu Á - Thái Bình Dương chủ yếu là
loại xe thơng dụng, giá rẻ ứng dụng cơng nghệ cũ.
Về các nước đang phát triển, xe máy là loại phương tiện giao thông thiết yếu,
hiệu quả, khu vực này có cơ sở hạ tầng kém phát triển và khơng đồng đều, dân số
đơng với mức thu nhập chung còn thấp. Số lượng xe máy tiêu thụ hàng năm tại thị

trường này chiếm khoảng 90% lượng xe tiêu thụ tồn cầu. Nhưng vì hạ tầng giao
thông kém phát triển, thu nhập thấp nên hiện nay chủ yếu là sử dụng các dịng xe
kích thước nhỏ, phân khối thấp (50cc ÷ 150cc), với giá khoảng một vài ngàn USD.
Nhật Bản là quốc gia sản xuất xe máy đa dạng và có giá bán thấp, hiện tại sản
xuất trong nước của Nhật Bản không nhiều (năm 2005: 1,5 triệu xe). Các Tập đồn
Honda, Yamaha, Suzuki, Kawasaki đã tìm hướng đầu tư mạnh ra nước ngồi. Năm
2005, các Cơng ty của Nhật ở Đơng Nam Á đã sản xuất khoảng 10 triệu xe. Hiện
-5-


quốc gia dẫn ñầu về sản xuất xe máy là Trung Quốc, chiếm gần 50% tổng sản lượng
Châu Á, khoảng trên 17 triệu xe/năm. Với sản lượng khoảng hơn 2 triệu xe/năm,
Việt Nam cũng là một trong những quốc gia sản xuất nhiều xe máy trên thế giới
[13] (tr.6-7).
Châu Á là nơi sản xuất xe máy nhiều nhất thế giới và cũng là thị trường tiêu
thụ lớn nhất. Trung Quốc là nước dẫn ñầu các quốc gia tiêu thụ xe máy với mức tiêu
thụ bình quân trên 10 triệu xe/năm. Các thị trường tiêu thụ ñáng kể khác là Ấn Độ
và Indonesia tiêu thụ khoảng trên 5 triệu xe/năm, Thái Lan và Việt Nam khoảng
trên dưới 2 triệu xe/năm.
Ngành công nghiệp sản xuất và lắp ráp xe máy Việt Nam hình thành từ sau
năm 1990, ban đầu trên cơ sở thu hút đầu tư từ các Tập đồn sản xuất xe máy của
Nhật Bản và Đài Loan (các doanh nghiệp FDI: HONDA, YAMAHA, SUZUKI,
VMEP), đã có bước phát triển rất nhanh trong những năm gần ñây cùng với sự tham
gia của nhiều thành phần kinh tế trong và ngoài nước. Sự phát triển khả quan của
ngành công nghiệp xe máy nói trên bắt nguồn từ nhu cầu tiêu dùng xe máy khá lớn
của thị trường trong nước và những tác ñộng của chính sách khuyến khích thu hút
ñầu tư nước ngồi của Chính phủ.
Làm chủ cơng nghệ, chủ động trong thiết kế và nhất là thị phần hiện ñang
chiếm khá cao tại thị trường trong nước nên một số doanh nghiệp hiện có sản lượng
đã đạt xấp xỉ cơng suất thiết kế ban ñầu. Đặc biệt HVN, YAMAHA là doanh nghiệp

đã vượt cơng suất thiết kế và đang tiếp tục mở rộng quy mô, tăng sản lượng [13].
Trước áp lực cạnh tranh gay gắt, một số doanh nghiệp ñã thay ñổi chiến lược
phát triển. Công ty Lifan Việt Nam ñã giảm sản lượng xe máy và chuyển hướng ñẩy
mạnh sản xuất động cơ cung cấp cho thị trường. Cơng ty Sufat Việt Nam chuyển
dần sang thiết kế nội địa hóa, lắp ráp và sản xuất ñồng thời cả ñộng cơ và xe máy
cung cấp cho thị trường. Công ty Vina Siam cũng chuyển sang lắp ráp xe tay ga và
cung cấp linh kiện nhập khẩu cho thị trường nội ñịa. Cơng ty GMN đã tách thành 2
doanh nghiệp là cơng ty kinh doanh GMN và công ty sản xuất phụ tùng ơtơ xe máy
VAP, trong đó VAP trở thành thành viên và là nhà cung cấp linh kiện cho HVN...
-6-


Bên cạnh đó, để phát triển lâu dài, một số doanh nghiệp sản xuất lắp ráp nội
ñịa ñã bắt ñầu phát triển thương hiệu riêng như Sufat, Detech, Hoa Lâm Kymco...
Chính sách nội địa hố của Chính phủ Việt Nam đã góp phần thúc đẩy sự
hình thành mạnh mẽ ngành công nghiệp hỗ trợ sản xuất và lắp ráp xe máy. Theo kết
quả kiểm tra của Bộ Cơng nghiệp, đối với dịng xe số, hiện tại các doanh nghiệp đã
đạt ñược tỷ lệ nội ñịa hoá ở mức khá cao, khoảng 70 ÷ 80%, một số doanh nghiệp
đã đạt tới 90% tỷ lệ nội địa hố đối với tồn xe và trên 60% đối với động cơ [13]
(tr.47). Với dịng xe tay ga hiện có tỷ lệ nội địa hố thấp hơn so với dòng xe số, tuy
nhiên cùng với xu hướng sử dụng ñang ngày càng gia tăng, các doanh nghiệp cũng
ñang nỗ lực nâng dần tỷ lệ nội địa hố đối với dịng xe này.
Trong q trình phát triển, nhiều doanh nghiệp ñã tiếp tục ñầu tư vào sản xuất
linh kiện xe máy nhưng nhìn chung cịn thiếu ñồng bộ. Vì thế, ngành xe máy Việt
Nam hàng năm vẫn phải nhập khẩu một lượng lớn linh kiện.
Các doanh nghiệp ñã ñầu tư mới các dây chuyền thiết bị, cơng nghệ để sản
xuất các chi tiết quan trọng như khung xe, bộ ly hợp, bộ chế hồ khí và một số chi
tiết của ñộng cơ... chất lượng các linh kiện, phụ tùng do các doanh nghiệp nội ñịa
sản xuất ngày càng ñược cải thiện. Tuy nhiên các sản phẩm ứng dụng công nghệ
tiên tiến như hệ thống phun xăng ñiện tử, các hệ thống kiểm soát ñộng cơ bằng ñiện

tử hiện tại vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài và ña phần ñược ứng dụng trên các
loại xe tay ga thời trang cao cấp.
Mặc dù có sản lượng tương ñối lớn, song mẫu mã và chủng loại xe của các
doanh nghiệp trong nước cịn đơn điệu. Sản phẩm chủ yếu là xe giá thấp, cơng nghệ
cũ được cải tiến dựa trên các xe thông dụng, chiếm thị phần lớn trên thị trường như
Dream và Wave của hãng Honda. Các xe này phù hợp với thị hiếu người dân, ứng
dụng cơng nghệ cũ truyền thống dùng bộ chế hịa khí nên có giá thấp, tuy nhiên khả
năng hạn chế phát thải ñộc hại kém, tiêu hao nhiên liệu lớn. Xét trong tất cả các
doanh nghiệp sản xuất xe máy trong cả nước thì các dịng xe ứng dụng cơng nghệ
EFI, sử dụng các biện pháp công nghệ thân thiện môi trường rất ít. Nếu có, thì các
xe này có giá khoảng từ 2000 USD trở lên và chủ yếu là xe ga.
-7-


Hiện tại, sản xuất xe máy ở nước ta ñang có xu thế phát triển mạnh, sản lượng
sản xuất và lắp ráp ñang ñược nâng cao. HVN ñang ñặt mục tiêu phát triển tới công
suất 1,3 triệu xe/năm vào 2010, Yamaha tăng sản lượng lên 640 ngàn xe/năm vào
2010. Theo quy hoạch phát triển ngành công nghiệp xe máy Việt Nam của Viện
Nghiên cứu Chiến lược chính sách cơng nghiệp dự báo năng lực sản xuất và lắp ráp
xe máy của các doanh nghiệp vẫn tiếp tục ñược nâng cao, thể hiện trong bảng 1-1.
Bảng 1-1. Dự báo năng lực sản xuất xe máy ñến 2020 [13] (tr.69-70)
2005
Tr.xe %

2010
Tr.xe %

2015
Tr.xe %

2020
Tr.xe %

1 HONDA

0,760 31,26

1,30

1,30

39,88

1,30

39,88

2 YAMAHA

0,350 14,40 0,640 19,63 0,640 19,63

0,64

19,63

3 SUZUKI

0,120

4,94

0,120

3,68

0,120

3,68

0,12

3,68

4 VMEP

0,20

8,23

0,20

6,13

0,20

6,13

0,2

6,13

TT

Năm
Hãng sản xuất

39,88

5 Nội ñịa và Trung Quốc 1,00 41,15 1,00 30,67 1,00 30,67 1,00 30,67
Tổng cộng

2,43

100,0 3,260 100,0 3,260 100,0 3,260 100,0

1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ THẢI XE MÁY ĐẾN MÔI TRƯỜNG
Trong những năm qua, cùng với quá trình cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất
nước là q trình đơ thị hố tương đối nhanh. Đơ thị càng phát triển thì số lượng
phương tiện lưu hành trong đơ thị càng tăng nhanh, ñây là áp lực rất lớn ñối với môi
trường ñô thị. Theo Cục Đăng kiểm Việt Nam và Vụ Khoa học Công nghệ Bộ Giao
thông Vận tải năm 2007 lượng phương tiện ñược thống kê trên hình 1-1.
Cùng với sự phát triển kinh tế, tốc độ tăng xe máy hàng năm ở nước ta trong
hơn một thập kỷ qua nằm trong khoảng 10 ÷ 20%. Ước tính vào thời điểm 2010 có
khoảng 29 triệu xe máy hoạt ñộng. Theo Hội thảo quốc tế "Phát triển và quản lý xe
máy tại Việt Nam", Viện Nghiên cứu chiến lược, chính sách cơng nghiệp cho biết,
số lượng xe máy tăng mới trong giai ñoạn từ nay ñến 2015 sẽ ñạt khoảng 1,7 triệu
chiếc mỗi năm.

-8-

800

nghìn xe ô tô

triệu xe máy

Ôtô con
Ôtô tải

700

Ôtô khách
Ôtô khác

20
18

Tổng sè xe m¸y

16

600

14

500

12

400

10
8

300

6
200

4

100

2

0

0
1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

7/2007

Hình 1-1. Sự tăng trưởng ơtơ và xe máy hoạt ñộng ñến năm 2007 [7] (tr.2)
Một ñặc trưng của các đơ thị Việt Nam là mơtơ, xe máy chiếm tỷ trọng rất
lớn, số lượng phương tiện này tập trung chủ yếu tại các đơ thị lớn, đặc biệt là ở
Tp. HCM và Hà Nội, hình 1-2 [7].
Trong những năm qua, tỷ lệ

600

sở hữu xe ôtô tăng nhanh, tuy

500

nhiên lượng xe máy vẫn tăng quá

400

lớn. Theo thống kê của Chi cục

300

số xe/1000
xe
Số
dân
529

471
425

Bảo vệ Môi trường ở Tp. HCM

255

200
100

năm 2007 có tới 98% hộ dân sở

0
Hà Nội

hữu xe máy. Cịn tại Hà Nội theo
Sở TNMT&NĐ Hà Nội thì xe máy
chiếm hơn 87% tổng lưu lượng xe

Tp.HCM

Hải Phịng

Đà Nẵng

Hình 1-2. Số lượng xe máy trên 1.000 dân
ở các thành phố lớn của Việt Nam năm 2006

hoạt ñộng trong nội thành Hà Nội.
Theo nghiên cứu cho thấy xe máy là phương tiện giao thơng chính của người
dân tại các thành phố lớn. Phát thải gây ơ nhiễm mơi trường từ hoạt động giao
thơng vận tải là nguồn gây ơ nhiễm khơng khí lớn nhất ở đơ thị.

-9-