Thiết kế chế tạo thiết bị đo kiểm lưu lượng và vệ sinh kim phun xe gắn máy
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.46 MB, 82 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỢNG LỰC
----------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chun nghành: Cơng nghệ Kỹ thuật ô tô
THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KIỂM LƯU LƯỢNG
VÀ VỆ SINH KIM PHUN XE GẮN MÁY.
GVHD: THS. NGUYỄN TRỌNG THỨC.
SVTH: NGUYỄN QUỐC HÙNG.
MSSV: 13145101.
SVTH: LÊ MINH THỌ.
MSSV: 13145258.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
Năm học 2007 -
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỢNG LỰC
----------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chun nghành: Cơng nghệ Kỹ thuật ô tô
Đề tài:
THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KIỂM LƯU LƯỢNG
VÀ VỆ SINH KIM PHUN XE GẮN MÁY.
GVHD: THS. NGUYỄN TRỌNG THỨC.
SVTH: NGUYỄN QUỐC HÙNG.
MSSV: 13145101.
SVTH: LÊ MINH THỌ.
MSSV: 13145258.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
Năm học 2007 -
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỢNG LỰC
CỢNG HỊA XÃ HỢI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
TP. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 7 năm 2017
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: LÊ MINH THỌ
- MSSV: 13145258
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN QUỐC HÙNG
- MSSV: 13145101
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
- Mã ngành đào tạo: 52510205
Hệ đào tạo: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
- Mã hệ đào tạo:..............................
Khóa: 2013
Lớp 131454C
1. Tên đề tài:
THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KIỂM LƯU LƯỢNG VÀ VỆ SINH KIM
PHUN XE GẮN MÁY.
2. Nhiệm vụ đề tài:
-
Tìm hiểu về hệ thống phun xăng điện tử.
-
Nghiên cứu lập trình Arduino, cảm biến khối lượng loadcell, hiển thị lcd và các
linh kiện điện tử.
-
Thiết kế mơ hình đo lưu lượng kim phun.
-
Đo thực nghiệm kim phun trên mơ hình.
-
Thiết kế phải nhỏ gọn, tiện lợi trong việc thử các loại kim phun khác nhau.
3. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 20/03/2017
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/07/2017
TRƯỞNG BỘ MÔN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỢNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn ……………………………..
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: LÊ MINH THỌ
MSSV: 13145258
Hội đồng:
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN QUỐC HÙNG
MSSV: 13145101
Hội đồng:
Tên đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KIỂM LƯU LƯỢNG VÀ VỆ SINH KIM
PHUN XE GẮN MÁY.
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: ThS. NGUYỄN TRỌNG THỨC
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(khơng đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2.3.Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
3. Đánh giá:
TT
1.
Điểm
Mục đánh giá
tối đa đạt được
30
10
10
10
50
5
Hình thức và kết cấu ĐATN
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài
2.
Điểm
Nội dung ĐATN
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
15
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
15
5
10
10
100
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
3.
4.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
Tổng điểm
4. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng 07 năm 2017
Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỢNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn ……………………………..
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: LÊ MINH THỌ
MSSV: 13145258
Hội đồng:
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN QUỐC HÙNG
MSSV: 13145101
Hội đồng:
Tên đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KIỂM LƯU LƯỢNG VÀ VỆ SINH KIM
PHUN XE GẮN MÁY.
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV)..................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
6. Đánh giá:
TT
1.
Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài
2.
Nội dung ĐATN
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật,
Điểm
Điểm đạt
tối đa
30
10
10
10
50
5
được
khoa học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy
10
15
trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên
15
5
ngành…
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
10
100
Tổng điểm
7. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng 07 năm 2017
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỢNG LỰC
XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài:
THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KIỂM LƯU LƯỢNG VÀ VỆ SINH KIM
PHUN XE GẮN MÁY
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN QUỐC HÙNG
MSSV: 13145101
Họ và tên sinh viên: LÊ MINH THỌ
MSSV: 13145258
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Ơtơ.
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn. Đồ án tốt nghiệp
đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng: .................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Giảng viên hướng dẫn: ...........................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Giảng viên phản biện: ............................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Tp. HCM, ngày
tháng 07 năm 2017
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và hoạt động tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM thuộc khoa Cơ khí Động lực của trường thì chúng em cũng đã hồn thành được
chương trình học của trường, và đủ tiêu chuẩn thực hiện đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng
chúng em cũng đã hoàn thành được đề tài đồ án tốt nghiệp.
Trong khoảng thời gian thực hiện đề tài đồ án, em đã vận dụng được nhiều kiến
thức học tập trong thời gian qua vào thực tiễn. Và giúp chúng em trau dồi được nhiều
kiến thức và kinh nghiệm mới, biết cách sắp xếp chuẩn bị thời gian thực hiện một đề tài
cho hợp lý. Và cũng thông qua lần thực hiện đề tài đồ án này mà em cũng nhận ra được
nhiều thiếu xót của kiến thức học tập của mình, và tìm cách khắc phục chỗ thiếu xót đó,
bổ sung thêm kiến thức mới về cơng nghệ trong lĩnh vực ô tô.
Để thực hiện được đề tài này thì em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo và giúp đỡ
tận tình của thầy Nguyễn Trọng Thức (Giáo viên hướng dẫn). Trong khoảng thời gian
thực hiện đề tài, thì thầy Thức ln tận tâm hướng dẫn chúng em cách thực hiện đề tài, và
cách xây dựng một bố cục đầy đủ cho bài báo cáo.
i
TÓM TẮT
Ngày nay với sự phát triển nhanh và mạnh mẽ của các công nghệ thuộc về lĩnh
vực ô tô, chính xác hơn là sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống phun xăng điện tử. Cho
nên hầu như tất cả các xe ô tô đều sử dụng hệ thống phun xăng điện tử, ngày càng rộng
rãi và phổ biến hơn. Với lý do hệ thống phun xăng điện tử giúp cho động cơ tăng về công
suất, giảm về tiêu hao nhiên liệu và điều đặc biệt là giảm thiểu về khí thải gây ơ nhiễm
mơi trường.
Qua các kiến thức đã học và các tài liệu về hệ thống phun xăng điện tử thì em đã
thấy được tính vượt trội của hệ thống phun xăng điện tử so với các hệ thống nhiên liệu
trước đó về tiết kiệm nhiên liệu, công suất, và vấn đề môi trường. Để mang lại những
thành cơng vượt trội đó, thì hệ thống phun xăng điện tử đã được trang bị rất nhiều thiết bị
điện tử tiên tiến để tính tốn lượng nhiên liệu phun vào động cơ. Trong số những thiết bị
quan trọng đó thì kim phun nhiên và áp suất lại giữ vai trò quan trọng trong việc giúp
nhiên liệu được phun tơi, và vào đúng thời điểm. Cũng chính vì lý do đó mà em đã chọn
đề tài: “Thiết kế chế tạo thiết bị đo kiểm lưu lượng và vệ sinh kim phun xe gắn máy”,
với tính chất vệ sinh kim phun sạch sẽ và đo được lượng nhiên liệu phun ra của kim
phun.
Được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy Nguyễn Trọng Thức đã tạo điều kiện
cho tôi hồn thành đồ án này. Do kiến thức và trình độ của bản thân cịn hạn hẹp nên đồ
án khơng tránh khỏi những sai xót. Rất mong q thầy cơ chỉ bảo để đồ án ngày càng
được hoàn thiện hơn.
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... I
TÓM TẮT........................................................................................................................ II
MỤC LỤC...................................................................................................................... III
DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................VI
DANH MỤC BẢNG...................................................................................................VIII
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................................1
1.1.
ĐẶT VẤN ĐỀ.......................................................................................................1
1.2.
LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI..........................................................................................2
1.3.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI..............................................................................................3
1.4.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.........................................................................3
1.5.
Ý NGHĨA THỰC TIỄN........................................................................................3
1.6.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI...............................................................................................3
CHƯƠNG 2. KHÁI QUÁT VỀ PHUN NHIÊN LIỆU (FUEL INJECTION)..............4
2.1.
MỤC TIÊU............................................................................................................ 5
2.2.
LỢI ÍCH CỦA VIỆC PHUN NHIÊN LIỆU..........................................................5
2.2.1. Lợi ích về mặt mơi trường.................................................................................6
2.3.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG............................................................................6
2.4.
XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIÊN LIỆU CẦN CUNG CẤP.......................................7
2.5.
CUNG CẤP NHIÊN LIỆU VÀO ĐỘNG CƠ.......................................................7
2.6.
CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG EFI.............................................8
2.6.1. Các cảm biến và tín hiệu đầu vào......................................................................8
2.6.2. Bộ điều khiển điện tử ECU...............................................................................8
2.6.3. Cơ cấu chấp hành và tín hiệu đầu ra..................................................................9
2.6.4. Những ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử EFI......................................14
2.7.
MỤC TIÊU TỈ LỆ HÒA TRỘN HỊA KHÍ (AIR – FUEL RATIO, AFR)...........15
2.7.1. Air – Fuel ratio (AFR).....................................................................................15
2.7.2. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tỷ lệ AFR với công suất và sức tiêu hao
nhiên liệu..................................................................................................................... 16
2.7.3. Những vấn đề xảy ra đối với kim phun bị nghẹt.............................................17
2.7.4. Nguyên nhân gây cho kim phun nghẹt............................................................18
iii
2.7.5. Lợi ích khi vệ sinh kim phun...........................................................................18
CHƯƠNG 3. LÝ THUYẾT VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
......................................................................................................................................... 19
3.1.
GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO..............................................................................19
3.1.1. Giới thiệu về boad Arduino Nano...................................................................20
3.2.
GIỚI THIỆU VỀ LCD........................................................................................21
3.2.1. LCD là gì........................................................................................................21
3.2.2. LCD 20x4.......................................................................................................22
3.3.
GIỚI THIỆU VỀ I2C..........................................................................................23
3.3.1. Thế nào là giao tiếp I2C..................................................................................23
3.3.2. Nguyên lý I2C.................................................................................................23
3.3.3. Thông tin chi tiết về module I2C.....................................................................24
3.4.
GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN LOADCELL.......................................................24
3.4.1. Khái niệm về Loadcell....................................................................................24
3.4.2. Nguyên lý hoạt động của Loadcell..................................................................25
3.4.3. Thông số kỹ thuật cơ bản................................................................................27
3.4.4. Loadcell 200g..................................................................................................28
3.5.
GIỚI THIỆU VỀ MODULE HX711...................................................................29
3.5.1. Tính năng........................................................................................................29
3.5.2. Thơng số kỹ thuật............................................................................................29
3.6.
GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO IDE VÀ NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH ARDUINO
ﾵ 30 ﾵﾵ
ﾵ CHƯƠNG NGỮ LẬP TRÌNH ARDUINO........ PAGEREF _Toc48886334_Toc48THI
CƠNG – THỰC N488863oc488863342" ﾵ 4.1............................................SƠ ĐỒ KHỐI
ﾵ 32
4.2.1. Sơ đồ thiết kế phần cơ khí (phần tạo áp suất cho kim phun)...........................33
4.2.2. Sơ đồ thiết kế phần điều khiển kim phun (phần điện tử).................................34
4.3.
THIẾT KẾ PHẦN MỀM (LẬP TRÌNH CHO ARDUINO NANO)....................38
4.3.1. Lập trình tạo xung nhịp kim phun bằng thanh ghi Timer-Counter..................38
4.3.2. Lập trình hiển thị LCD và nút nhấn................................................................41
4.3.3. Lập trình cho Loadcell....................................................................................47
iv
4.3.4. Các thư viện được dùng trong lập trình...........................................................48
4.4.
MƠ HÌNH THỰC TẾ..........................................................................................48
4.5.
THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH...............................................................................56
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................60
5.1. KẾT LUẬN............................................................................................................... 60
5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................61
PHỤ LỤC........................................................................................................................ 61
v
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Hình mặt cắt kim phun......................................................................................4
Hình 2.2. Sơ đồ khối của hệ thống phun xăng điện tử.......................................................8
Hình 2.3. Sơ đồ kiểu bố trí kim phun xăng........................................................................9
Hình 2.4. Sơ đồ tổng quát hệ thống phun nhiên liệu........................................................10
Hình 2.5. Kết cấu kim phun.............................................................................................10
Hình 2.6. Xung điều khiển kim phun ứng với các chế độ làm việc của động cơ.............11
Hình 2.7. Điều khiển khơng tải ở chế độ hâm nóng.........................................................14
Hình 2.8. Biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa AFR (hoặc λ) với cơng suất và tính kinh tế.
......................................................................................................................................... 16
Hình 3.1. Những thành viên khởi xướng Arduino...........................................................19
Hình 3.3. LCD 20x4........................................................................................................22
Hình 3.4. Phương thức truyền I2C...................................................................................23
Hình 3.5. Module I2C......................................................................................................24
Hình 3.6. Mạch cầu Wheatstone......................................................................................25
Hình 3.7. Cách thức hoạt động của loadcell....................................................................26
Hình 3.8. Hoạt động của loadcell....................................................................................27
Hình 3.9. Loadcell 200g..................................................................................................28
Hình 3.10. Module HX711..............................................................................................29
Hình 3.11. Sơ đồ kết nối giữa module HX711 với Loadcell............................................29
Hình 3.12. Giao diện phần mềm Arduino IDE................................................................30
Hình 4.1. Sơ đồ thiết kế hệ thống tạo áp suất cho kim phun............................................33
Hình 4.2. Sơ đồ thiết kế nút bấm với Arduino Nano........................................................34
Hình 4.3. Sơ đồ kết nối giữa LCD với Arduino Nano.....................................................35
Hình 4.4. Sơ đồ kết nối giữa Loadcell với Arduno Nano.................................................36
Hình 4.5. Sơ đồ nối kim phun, nguồn 12V, transistor, diode tương ứng với chân Arduino
Nano................................................................................................................................. 37
Hình 4.6. Mặt trước của mơ hình.....................................................................................49
Hình 4.7. Nhóm các nút nhấn và màn hình hiển thị LCD................................................50
Hình 4.8. Van điều áp và đồng hồ hiển thị áp suất...........................................................50
Hình 4.9. Bình xăng và cụm dẫn xăng vào kim phun......................................................51
vi
Hình 4.10. Ống đựng xăng và load cell...........................................................................52
Hình 4.11. Mặt sau của mơ hình......................................................................................53
Hình 4.12. Bộ xử lý và nguồn tổ ong 12V.......................................................................54
Hình 4.13. Bình khí nén..................................................................................................54
Hình 4.14. Đồng hồ hiển thị áp suất khí nén...................................................................55
Hình 4.15. Lưu lượng đo lần thứ nhất (tốc độ cao)..........................................................56
Hình 4.16. Lưu lượng đo lần hai (tốc độ cao)..................................................................57
Hình 4.17. Lưu lượng đo lần thứ nhất (tốc độ trung bình)...............................................57
Hình 4.18. Lưu lượng đo lần thứ hai (tốc độ trung bình).................................................58
Hình 4.19. Lưu lượng đo lần thứ nhất (tốc độ thấp)........................................................58
Hình 4.20. Lưu lượng đo lần thứ hai (tốc độ thấp)..........................................................59
vii
DANH MỤC BẢNG
BẢNG 3.1. CÁC CHÂN TRÊN LCD............................................................................22
BẢNG 4.1. SƠ ĐỒ KẾT NỐI CHÂN NÚT BẤM VỚI CHÂN ARDUINO TƯƠNG
ỨNG................................................................................................................................ 35
BẢNG 4.2. SƠ ĐỒ KẾT NỐI CHÂN I2C TƯƠNG ỨNG VỚI CHÂN ARDUINO
NANO.............................................................................................................................. 36
BẢNG 4.3. SƠ ĐỒ KẾT NỐI DÂY LOADCELL TƯƠNG ỨNG VỚI CHÂN
MODULE HX711...........................................................................................................36
BẢNG 4.4. SƠ ĐỒ KẾT NỐI CHÂN MODULE HX711 TƯƠNG ỨNG VỚI CHÂN
ARDUINO NANO..........................................................................................................37
BẢNG 4.5. SƠ ĐỒ KẾT NỐI GIỮA KIM PHUN, MODULE HẠ ÁP 5V VỚI
NGUỒN 12V...................................................................................................................37
BẢNG 4.6. SƠ ĐỒ KẾT NỐI GIỮA TRANSISTOR, MODULE HẠ ÁP TƯƠNG
ỨNG VỚI CHÂN ARDUINO NANO...........................................................................38
viii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
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 ơ nhiễm mơi 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 hịa khí cũng ngày càng được phức tạp
hóa hơn, để đảm bảo động cơ hoạt động một cách hiệu quả nhất. Tuy bộ chế hịa 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 hịa khí, vì
vậy ngày nay trên các động cơ hầu hết đều dùng hệ thống phun xăng điện tử .
Sự ra đời của hệ thống phun xăng điện tử bắt đầu từ thế kỷ 19, một kỹ sư người
Pháp, ông Stevan đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời
gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu
quả nên không được thực hiện. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên
liệu trong động cơ 4 kỳ tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị
kích nổ và hiệu suất thấp). Tuy nhiên sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công
trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966 hãng
Bosch đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống
phun xăng này nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupap.
Do hệ thống phun cơ khí cịn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80 Bosch đã
cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện.
Đến năm 1984 người Nhật mua bản quyền của Bosch đã ứng dụng hệ thống phun xang
bằng điện trên các xe của hãng Toyota.
Ngày nay gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống phun xăng và diesel giúp
động cơ 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 cấp hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu đồng đều đến từng xilanh
+ Có thể đạt được tỷ lệ khơng khí – nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ của
động cơ
1
+ Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga
+ Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp không khí – nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn
hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc độ.
+ Hiệu suất nạp hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu cao.
+ Do kim phun được bố trí gần supap hút nên dịng khí nạp trên ống góp hút có khối
lượng thấp sẽ đạt tốc độ xốy lốc cao, nhờ vậy nhiên liệu sẽ khơng bị thất thốt trên
đường ống nạp và hịa khí sẽ được hịa trộn tốt hơn.
Nhờ những ưu điểm vượt trội đó mà mặc dù ra đời rất muộn nhưng hệ thống phun
xăng điện tử đã phát triển rất mạnh mẽ. Trong khi hiện nay nền công nghiệp của các nước
trên thế giới đang phải đối mặt với vấn đề khan hiếm nhiên liệu khi các tài nguyên đang
ngày càng cạn kiệt và ô nhiễm môi trường một cách trầm trọng làm ảnh hưởng tới mơi
trường và khí hậu tồn thế giới. Chính vì vậy sự ra đời của hệ thống phun xăng điện tử
như một lời giải về sự tiết kiệm nhiên liệu và ơ nhiễm mơi trường cho cơng nghiệp ơtơ
nói riêng và cơng nghiệp thế giới nói chung.
2. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ở Việt Nam thì hệ thống phun xăng điện tử mới phát triển gần đây, trên xe ô tô
cũng như xe máy. Cũng nhờ vào hội nhập vào thị trường quốc tế mà những năm gần đây
hệ thống phun xăng điện tử trên ô tô cũng như trên xe máy ngày càng phát triển mạnh
mẽ. Song song bên việc phát triển mạnh mẽ của hệ thống thì nhiều vấn đề nảy sinh. Đó
chính là vấn đề hệ thống bị hư hỏng các bộ phận của hệ thống, và một trong những vấn
đề dẫn tơi hư hỏng ,như công suất động cơ giảm sút, gây hao nhiên liệu, khí thải không
đạt tiêu chuẩn, là hư hỏng về kim phun, gây cho kim phun phun không tơi nhiên liệu. Do
chất lượng xăng không tốt, cặn bẩn trong xăng nhiều, lọc xăng khơng sạch,… Vì vậy, để
kiểm tra chất lượng kim phun (phun có tơi hay khơng, lượng phun có như nhau sau các
lần phun,…) thì ta cần một thiết bị đo đạc về vấn đề này. Đó là lí do nhóm quyết định
chọn đề tài “Thiết Kế Chế Tạo Thiết Bị Đo Kiểm Lưu Lượng Và Vệ Sinh Kim Phun Xe
Gắn Máy.” nhằm phục vụ cho xu hướng ngày càng tăng của xe phun xăng điện tử.
2
3. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Tìm hiểu về hệ thống phun xăng điện tử.
Nghiên cứu lập trình Arduino, cảm biến khối lượng loadcell, hiển thị lcd và
các linh kiện điện tử.
Thiết kế mơ hình đo lưu lượng kim phun.
Đo thực nghiệm kim phun trên mơ hình.
Thiết kế phải nhỏ gọn, tiện lợi trong việc thử các loại kim phun khác nhau.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để đề tài hồn thành nhóm đã sử dụng rất nhiều phương pháp để nghiên cứu,
thông qua sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trọng Thức và tìm kiếm tài liệu trên mạng,
trên các diễn đàn, tìm đọc tài liệu… Từ đó, có cơ sở để tìm ra những ý tưởng mới để hoàn
thành đề tài một cách tốt nhất.
5. Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Đề tài hoàn thành mang đến sự hỗ trợ cần thiết cho những cơ sở bảo dưỡng và sửa
chữa xe máy. Mơ hình có thể vệ sinh kim phun và kiểm tra tình trạng hoạt động của kim
phun. Là thiết bị cần thiết trong lĩnh vực nghiên cứu về kim phun.
6. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Đối với đồ án “Thiết kế chế tạo thiết bị đo kiểm lưu lượng và vệ sinh kim
phun xe gắn máy”, thì nhóm chỉ thi cơng và thiết kế một mơ hình với chức năng vệ sinh
- đo lưu lượng nhiên liệu phun ra trên một kim phun và hiển thị thơng số (số vịng quay,
thời gian phun, lưu lượng phun kg/s,…) lên màn hình LCD, và chỉ có thể áp dụng đối với
kim phun xe máy.
3
CHƯƠNG 2. KHÁI QUÁT VỀ PHUN NHIÊN LIỆU (FUEL INJECTION)
Phun nhiên liệu (Fuel injection) là sự mở đầu về nhiên liệu trong động cơ đốt
trong, ở hầu hết các động cơ xe ô tô, được định nghĩa bằng từ “kim phun” (injector).
Tất cả các động cơ Diezel đều được thiết kế để phun nhiên liệu trực tiếp vào
buồng đốt. Ở động cơ xăng, xăng có thể được phun trực tiếp vào buồng đốt hoặc được
phun gián tiếp ngoài đương ống nạp để hịa trộn vào khơng khí tạo thành hỗn hợp hịa
khí.
Trên động cơ xăng thì hệ thống phun nhiên liệu đã thay thế bộ chế hịa khí
(Carburetors) từ trước những năm 1980. Những khác biệt cơ bản giữa bộ chế hịa khí và
phun nhiên liệu là hệ thống phun nhiên liệu sẽ phun tơi nhiên liệu thông qua một lỗ nhỏ
dưới áp suất cao, trong khi bộ chế hòa khí thì dựa vào việc hút, thì việc hút này được tạo
ra bằng gia tốc khí nạp vào thơng qua ống Venturi (ống khuếch tán của bộ chế hịa khí),
để đưa nhiên liệu vào dịng khí nạp.
Hình 2.1 Hình mặt cắt kim phun.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
2.1.
Fuel Injector: Kim phun nhiên liệu.
Fuel Filter: Lọc nhiên liệu.
Solenoid: Nam châm điện.
Valve Spring: Van lò xo.
Plunger: Thoi đẩy.
Spray Tip: đầu phun.
Atomised Fuel: nhiên liệu phun tơi.
MỤC TIÊU
4
Các mục tiêu hoạt động cho hệ thống phun nhiên liệu có thể thay đổi. Tất cả việc
này đều đóng góp vào cơng việc chính là cung cấp nhiên liệu vào q trình đốt cháy.
Nhưng nó là một thiết kế quyết định hệ thống đặc trưng được tối ưu hóa như thế nào. Sau
đây là một vài mục tiêu cạnh tranh:
Công suất đầu ra.
Hiệu quả nhiên liệu.
Hiệu suất khí thải.
Vẫn hoạt động khi thay đổi nhiên liệu.
Độ an toàn và ổn định.
Sử dụng và vận hành dễ.
Giá thành ban đầu.
Giá thành bảo dưỡng.
Khả năng chẩn đoán bệnh.
Mức độ hoạt động trong các môi trường khác nhau.
Điều chỉnh động cơ.
Các hệ thống phun xăng điện tử hiện đại ngày nay ngày càng tối ưu hóa các mục
tiêu cạnh tranh này một cách hiệu quả và phù hợp hơn các hệ thống cung cấp nhiên liệu
trước (như bộ chế hịa khí).
2.2.
LỢI ÍCH CỦA VIỆC PHUN NHIÊN LIỆU
Phun nhiên liệu đáp ứng được sự chuyển tiếp của bướm ga ngay lập tức
và ổn định hơn, như vị trí bướm ga thay đổi liên tục, khởi động lạnh.
Phun nhiên liệu giúp cho việc điều chỉnh chính xác hơn trong việc tính
tốn các dải biên nhiệt độ và các sự thay đổi về áp suất khơng khí.
Cân bằng chế độ khơng tải, giảm được khả năng bảo dưỡng và có hiệu
quả về nhiên liệu hơn.
Phun nhiên liệu cũng không cần thêm một cánh bướm gió riêng (choke
valve – van này có tác dụng điều chỉnh được lượng hỗn hợp hịa khí
giàu hay nghèo, cho từng chế độ hoạt động của xe), chẳng hạn như trên
xe có lắp bộ chế hịa khí thì cánh bướm gió phải được điều chỉnh khi
nhiệt độ động cơ đi từ ấm tới bình thường.Thêm vào đó, trên động cơ
đánh lửa, phun nhiên liệu (nhất là phun trực tiếp) thuận lợi về việc dễ
dàng tạo ra sự đốt cháy phân tầng. Tức nhiên điều này là không thể trên
động cơ sử dụng bộ chế hịa khí.
5
Khi kết cấu động cơ bắt đầu hướng tới việc phun nhiên liệu đa điểm, thì
như các động cơ 5 xy lanh thẳng hàng mới có thể dễ dàng sản xuất số
lượng lớn. Trên các động cơ gắn bộ chế hịa khí truyền thống thì việc bố
trí các bộ chế hịa khí đơn hay đơi cũng khơng thể cung cấp và phân
phối nhiên liệu đến các xy lanh. Trừ phi trên mỗi xy lanh đươc gắn
riêng một bộ chế hòa khí.
Hệ thống phun nhiên liệu có thể hoạt động bình thường mà không cần
đến sự định hướng, như bộ chế hịa khí với phao nổi thì khơng thể di
chuyển lên xuống hoặc trong môi trường vi trọng lực, chẳng hạn như
chúng ta bắt gặp được vấn đề này ở máy bay.
2.2.1. Lợi ích về mặt mơi trường
Hiển nhiên nếu ta sử dụng động cơ phun nhiên liệu thì sẽ làm tăng về mặt hiệu quả
nhiên liệu. Với việc cải thiện được việc phân phối nhiên liệu giữa các xy lanh bằng phun
đa điểm, thì càng ít nhiên liệu bị tiêu hao cho cùng một công suất đầu ra (khi sự phân
phối giữa các xy lanh thay đổi đáng kể, thì vài xy lanh sẽ nhận được lượng nhiên liệu dư
thừa, trong khi đó phải đảm bảo được nhiên liệu phải được phân phối đến từng xy lanh
một cách hợp lý.
Khí thải thì sạch hơn bởi vì việc tính tốn nhiên liệu trước một cách chính xác
giúp cho việc giảm sản phẩm cháy độc hại vào môi trường. Càng biết trước được sự
khơng thay đổi trong thành phần khí thải làm cho thiết bị kiểm sốt khí thải, như bộ xúc
tác (catalytic converter), càng dễ dàng thiết kế phù hợp.
2.2.2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Quá trình xác định rõ lưu lượng nhiên liệu cần thiết, và sự phân phối nhiên liệu tới
động cơ, đươc hiểu như là tính tốn lượng nhiên liệu. Ở các hệ thống phun nhiên liệu
trước thì dùng phương pháp cơ khí để xác định lượng nhiên liệu cần phun, trong khi
những năm trở lại đây hệ thống phun nhiên liệu hiện đại sử dụng phương pháp điên tử để
tính tốn lượng nhiên liệu.
2.3.
XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIÊN LIỆU CẦN CUNG CẤP
Các nhân tố cơ bản trong việc xác định là lượng nhiên liệu đưa vào động cơ phải
phù hợp với lượng khơng khí (khối lượng khơng khí) đưa vào cho công việc đốt cháy.
6
Ở hệ thống hiện đại sử dụng cảm biến đo khối khơng khí để gửi thơng tin này tới
khối xử lý.
Dữ liệu thể hiện mức công suất đầu ra mong muốn của người lái (cũng được biết
đến là tải động cơ), và dữ liệu này cũng được khối xử lý sử dụng để tính tốn lượng nhiên
liệu cần thiết. Một cảm biến vị trí bướm ga (TPS) cung cấp thơng tin trên. Các cảm biến
động cơ khác được sử dụng trên hệ thống EFI bao gồm: cảm biến nhiệt độ làm mát, cảm
biến vị trí trục cam – trục khuỷu (một vài hệ thống lấy thơng tin vị trí từ bộ chia điện), và
một cảm biến oxy được lắp trên hệ thống xả để nó có thể được sử dụng để xác định lượng
nhiên liệu được đốt cháy như thế nào, đây là một chu trình đóng.
2.4.
CUNG CẤP NHIÊN LIỆU VÀO ĐỘNG CƠ
Nhiên liệu sẽ được vận chuyển từ thùng nhiên liệu thông qua ống nhiên liệu, và sử
dụng bơm để tạo ra áp suất. Để giữ nguyên mức áp suất người ta sử dụng bộ điều áp
nhiên liệu. Thông thường thì một ống rail (fuel rail) được sử dụng để phân lượng nhiên
liệu cung cấp vào các xy lanh theo yêu cầu. Kim phun sẽ phun lượng nhiên liệu vào
khơng khí nạp vào (vị trí của kim phun có thể thay đổi theo từng hệ thống).
Không như trên hệ thống sử dụng bộ chế hịa khí, nơi mà buồng phao cung cấp
bình chứa nhiên liệu, thì hệ thống phun nhiên liệu phụ thuộc vào dòng nhiên liệu liên tục.
Để tránh thiếu nhiên liệu khi vật thể gần với lưc G (Lực g hay lực G của một vật là một
lực ảo dạng quán tính dùng để giải thích gia tốc tương đối của một vật khi đổi hướng
hoặc thay đổi tốc độ so với khi rơi tự do), thì phương tiện sẽ được lắp thêm một bình
chống dao động, thường thì bình này được lắp trong thùng nhiên liệu, và đơi khi nó được
thiết kế riêng biệt bên ngồi thùng nhiên liệu.
2.5.
CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG EFI
7
