Nghiên cứu thiết bị làm sạch trực tiếp kim phun trên động cơ đốt trong

Nội dung text: Nghiên cứu thiết bị làm sạch trực tiếp kim phun trên động cơ đốt trong

1. NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ LÀM SẠCH TRỰC TIẾP KIM PHUN TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nguyễn Huỳnh Minh (*) Nguyễn Hữu Hường ( ) (*) - Trường Đại Học Sư Phạm KT TP.HCM ( ) - Trường Đại Học Bách khoa TP.HCM TÓM TẮT Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mới “Thiết bị làm sạch trực tiếp kim phun trên động cơ đốt trong” ứng dụng trên động cơ phun xăng điện tử. Thiết bị làm sạch trực tiếp kim phun trên động cơ đốt trong kết hợp với nhiên liêu làm sạch đề xuất mới cho phép rút ngắn rất nhiều thời gian bảo dưỡng động cơ (không cần tháo rời kim phun ra khỏi động cơ). Thiết bị vận hành an toàn và chính xác, mang tính hiệu quả rất cao. Đây là thiết bị mới được chế tạo ở Việt Nam kết hợp được tiến bộ mới về công nghệ kỹ thuật điện - điện tử và công nghệ thông tin, góp phần giảm phát thải ô nhiễm môi trường, có thể ứng dụng cho độngcơ xăng, Diesel lắp trên ô tô con (du lịch) đạt Tiểu chuẩn EURO 2. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng ngay vào thực tế chế tạo với giá thành rẻ, phù hợp khả năng công nghệ trong nước, rút ngắn thời gian bảo trì sửa chữa động cơ đốt trong phun xăng. ABSTRACT The paper presents the results of the research, the design, and the new manufacture that is the directly cleaning eject needle equipment of the combustion engine which is used in electronical fuel-injected engine. It combines with the cleaning proposed fuel and let shorten the maintain engine time (no need take eject needle away the engine). The equipment operates safely and exactly, it has high economic effects. It is new equipment made in Vietnam and it combines with great progress of electronic and information technology that contributes to reduce the environmental pollution. The epuipment is applied for the fuel and diesel injection-engine, that they are installed in the automobile at EURO 2 standard (European emission standards). The result of the research could applies in manufacture reality with low cost, in accordance with domesstic ability technology, and shorten the maintain time for the fuel-injected combustion engine. 1. Giới thiệu Thiết bị làm sạch trực tiếp kim phun trên điều kiện hiện nay, so với thiết bị và hóa chất động cơ xăng, rút ngắn được thời gian bảo súc rửa ở ngoài nước tiết kiệm được chi phí dưỡng động cơ kiểu thủ công. Thông thường, rất nhiều, sản phẩm của đề tài có thể ứng dụng cứ sau mỗi 20000 km cần phải súc rửa kim rộng rãi, hữu dụng trong ngành ôtô Việt Nam. phun nhằmcháy sạch nhiên liệu, giảmphát Nội dung nghiên cứu là: thảiô nhiễm môi trường Đánh giá nhiên liệu -Tính toán thiết kế và chế tạo thiết bị làm súc rửa ở ngoài thị trường so với nhiên liệu đã sạch trực tiếp kim phun trên động cơ đốt được nghiên cứu. trong. Thiết bị tích hợp súc rửa trên động cơ xăng -Nghiên cứu chọn và đánh giá hỗn hợp và diesel, thiết bị chưa sản xuất ở Việt Nam, nhiên liệu súc rửa so với nhiên liệu súc rửa cũng như nhiên liệu súc rửa cho động cơ xăng sẵn có ở thị trường. chưa có thương mại hóa, đây là điều kiện rất -Thực nghiệm trên nhiều loại động cơ để tốt chúng ta cần nghiên cứu, rất phù hợp với đánh giá thiết bị và đề xuất ứng dụng 1/6
2. 2. Kết quả nghiên cứu khiển, LCD, LED ) và mạch nguồn công 2.1 Thiết kế phần cứng của thiết bị suất (kích relay và chạy động cơ). +12V Nguồn ắc quy: Cung cấp điện áp 12V cho Khoi Nguon +5V +3V3 LM1117-3V3 D1 FUSE U1 L1 P2 toàn bộ hệ thống, điện áp 12V sử dụng trên ô 1 2 3 2 VIN OUT Vin Vout 100uH 5 4 ON/OFF FB R2 3 6 GND TAB GND TAB C5 330 tô. Cầu chì, rơley bảo vệ cho mạch điều khiển C8 C9 LM2576S-5.0 C6 C104 100uF/16V 1 4 100uF/16V 100uF/16V D3 hai bơm xăng DC1và diesel DC2. LED_1 D Schottky LED0 P1 +12V 2 Bơm xăng, diesel: Dẫn động bơm động cơ 1 GND GND GND GND GND GND GND GND điện 12V, với các cực từ nam châm vĩnh cửu có đánh dấu (+) và (-), áp suất nhiên liệu do bơm Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn cho bộ cung cấp từ 2,5kG/cm2 đến 3,1kG/cm2 đối với điều khiển động cơ xăng, và do sự khống chế của bộ điều Thiết kế nguồn: áp của một số động cơ (thay thế công tắc điều Yêu cầu: chỉnh điện áp trên mô hình), từ 3kG/cm2 đến - Nguồn 3,3V cung cấp cho Vi điều khiển, 6kG/cm2 đối với động cơ diesel [4]. LED, - Nguồn 5V cung cấp cho LCD, và các linh kiện khác. - Nguồn 12V để kích relay, chạy các động cơ, nguồn này sử dụng chung mass. Thiết kế: Tính tổng dòng tiêu thụ phần nguồn 5V: Bảng 2.1. Công suất tiêu thụ của các linh kiện chung nguồn 5v VDC Hình 2.1. Mặt trước của mô hình Fuse: cầu chì để bảo vệ khi bị ngắn mạch, quá dòng. Hình 2.2. Mặt sau của mô hình D1: chống hư hỏng mạch do cắm ngược 2.2 Thiết kế mạch điều khiển thiết bị và lập nguồn DC ở ngõ vào. trình. Các tụ điện dùng để lọc nguồn Mạch nguồn: (Xem hình 2.3) LED1: báo có nguồn vào. Mạch nguồn thiết bị bao gồm 2 phần: * Phần nguồn công suất là nguồn 12VDC để mạch nguồn vi điều khiển (cấp cho vi điều kích các Relay và cung cấp nguồn cho các động cơ. 2/6
3. Mạch vi điều khiển: sử dụng vi điều khiển thực nghiệm, dùng để súc rửa trực tiếp kim STM32F103RTC6. Vi điều khiển sử dụng phun động cơ đạt hiệu quả tốt. thạch anh ngoài 8MHz, mạch Reset mức thấp. 2.4.1.Thành phần nhiên liệu Acetone Mạch LCD, nút nhấn (hình 2.4, 2.5) CH3-CO-CH3 + H2 > CH3-CH(OH)-CH3 Mạch LCD (hình 2.4): Mạch LCD sử dụng Acetone khó bị oxy hóa vì các gốc LCD character 16 x4 để hiển thị những menu hydrocacbon đã cản trở không gian. Tuy chức năng cho mạch điều khiển. LCD này nhiên, nó có thể bị oxy hóa bởi dung dịch được kết nối đến PORTC của vi điều khiển thuốc tím đun nóng với axit sunfuric tạo ra theo sơ đồ như trên. Điều khiển LCD này theo hỗn hợp các axit cacboxylic. phương pháp 4 bits data (có 2 cách là 8 bits Phản ứng ở gốc hydrocacbon: data và 4 bits data). CH3-CO-CH3+Br2 >CH3-CO-CH2Br+HBr Phản ứng xảy ra khi dùng brom khan và có xúc tác axit acetic đun nóng tạo chất dễ cháy. Rơ le bảo vệ STM 32F103x6 Hình 2.4. Mạch LCD thiết kế và chế tạo Hình 2.5. Màn hình hiển thị mạch LCD Mạch nút nhấn Bao gồm 6 nút nhấn được kết nối đến PORTB của vi điều khiển. Các nút nhấn này được dùng cho việc cài đặt chế độ cho mạch điều khiển (DC1, DC2, START, STOP, UP, DOWN: chọn động cơ chỉnh thời gian Hình 2.6. Lưu đồ thuật toán mạch điều khiển khởi động (hoặc dừng). 2.4.2 Thành phần nhiên liệu Toluen 2.3 Lưu đồ thuật toán (Xem hình 2.6). (Xem chương 2, [5]). 2.4 Nghiên cứu chọn nhiên liệu súc rửa Tổng quan và thuộc tính nhiên liệu nhiên Ngoài tất cả hóa chất súc rửa làm sạch kim liệu cho trong bảng 2.2. phun đã có trên thị trường “FUEL INJECTION” do Mỹ sản xuất, chúng tôi đã nghiên cứu tìm ra hai loại nhiên liệu Toluen, Acetone pha trộn với nhiên liệu xăng theo tỉ lệ 3/6
4. Bảng 2.2. Thành phần nhiên liệu toluen 3.1.Giới thiệu thiết bị đo khí thải Toluen HESHBON - Model HG 520 Tổng quan Danh pháp Metylbenzen Penylmetan Tên khác Toluen Toluol Công thức hóa học C7H8 Phân tử gam 92,14 g/mol Bề ngoài Chất lỏng không màu Thuộc tính Tỷ trọng và pha 0,8669 g/cm3, lỏng Độ hòa tan trong nước 0,053 g/100ml (20-25oC) Hình 3.1. Thiết bị đo khí thải HG 520 Trong etanol Có thể trộn lẫn hoàn toàn 3.2. Thực nghiệm thiết bị súc rửa kim phun Tính chất Dễ cháy trên xe tải nhẹ SYM model 2010 Giá thành của nhiên liệu acetone và toluen: Thử nghiệm trên xe SYM đã thực hiện tại 30. 000 VND/500ml Acetone Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Động cơ đốt 30. 000 VND/500ml Toluen trong ĐHQG, tại Đại học Bách Khoa TP. Hồ Sau nhiều lần thử nghiệm trên các động cơ Chí Minh, sử dụng thiết bị súc rửa kim phun 4 XL phun xăng cho thấy có thể pha trộn xăng trực tiếp kim phun và đo đạc thành phần khí với Acetone và Toluen theo tỷ lệ như trong thải động cơ được tiến hành với thiết bị (có bảng 2.3 là hợp lý nhất, súc rửa kim phun thực hiện quay video). sạch. Sau khi súc rửa kim phun 25 phút, nhiên 3.2.1.Thành phần nhiên liệu súc rửa (xem liệu hoàn toàn, đáp ứng Tiêu chuẩn EURO 2 bảng 2.3) (xem bảng Qui chuẩn khí thải VN - 2009) Sử dụng thành phần nhiên liệu như bảng Bảng 2.3. Tỷ lệ nhiên liệu súc rửa kim phun 2.3 để súc rửa cho động cơ SYM phun xăng trên đường ống nạp. 3.2.2.Kết quả đo thành phần khí thải 3. Kết quả thực nghiệm Sau khi nghiên cứu chế tạo thiết bị làm sạch trực tiếp kim phun trên động cơ và nhiên liệu súc rửa Toluen - Acetone, chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm đánh giá để so sánh với nhiên liệu súc rửa trên thị trường. Thực nghiệm đã Hình 3.2.Thành phần khí thải trước khi sử súc tiến hành trên nhiều loại động cơ xăng, kết hợp rửa kim phun với máy đo thành phần khí thải HESHBON- HG.520, kiểm tra muội than bám trên bugi, thành phần khí thải. Quá trình thực nghiệm được thực hiện tại PTN Động cơ Đốt trong ĐHBK TP.HCM, Trạm Đăng Kiểm PTCGĐB 5001S, Trường ĐH Trần Đại Nghĩa. 4/6
5. Bảng 3.1. Tỷ lệ nhiên liệu súc rửa kim phun Hình 3.3. Thành phần khí thải sau khi sử dụng thiết bị và nhiên liệu súc rửa mới Sau khi dùng thiết bị và nhiên liệu làm sạch mới đã không còn muội than bám trên bugi (màu đồng, hình nghiệm thực tế trên bugi). Muội than trên đầu bugi đã được làm sạch, động cơ phun nhiên liệu trên đường ống nạp, quá trình cháy hoàn toàn hơn. Hình 3.5. Hóa chất Fuel Injection 3.3.2 Kết quả đo được thành phần khí thải Hình 3.4.Muội than sau khi sử dụng thiết bị và Hình 3.5. Thành phần khí thải sau khi súc rửa, nhiên liệu súc rửa nghiên cứu sử dụng hóa chất Fuel Injection 3.3. Thực nghiệm thiết bị súc rửa trên động cơ TOYOTA- D4 model 1997 Thực nghiệm được tiến hành CT TNHH ô tô Minh Hùng (ĐH Trần Đại Nghĩa TPHCM) cũng với việc sử dụng thiết bị đo khí thải HESHBON - Model HG 520. Thử nghiệm áp dụng cho hai động cơ TOYOTA D4 có thông số kỹ thuật và hiện trạng làm việc như nhau (muội than, thành phần khí thải nhau). Thử Hình 3.6 Thành phần khí thải sau khi sử dụng nghiệm động cơ đầu dùng hóa chất làm sạch nhiên liệu súc rửa đã được nghiên cứu kim phun FUEL INJECTION, động cơ thứ hai Kết quả kiểm nghiệm thực tế trên bugi dùng nhiên liệu làm sạch mới. Sau khi kiểm nghiệm thành phần muội than 3.3.1 Giới thiệu hóa chất súc rửa FUEL trên bu gi động cơ D4, lớp muội than giảm INJECTION (Mỹ) nhiều so với hóa chất súc rửa thị trường. Lưu Thành phần hóa chất pha trộn với xăng ý động cơ D4 là loại động cơ phun xăng trực theo chỉ định (bảng 3.1), giá 60.000 VNĐ/ sp tiếp(DI) có hệ số  tương đối nghèo, cũng (330ml). (hình 3.4) như kết quả thành phần khí thải sau khi súc 5/6
6. rửa giảm nhiều, đốt cháy nhiên liệu hoàn toàn - Hoàn thiện và sớm thương mại hóa kết hơn. quả nghiên cứu thiết bị và nhiên liệu súc rửa đối với động cơ xăng vào thực tế sửa chữa ô tô ở Việt Nam. Thiết bị này cũng rất hữu ích cho công tác đào tạo tại các trường kỹ thuật. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Tất Tiến-Nguyên lý động cơ đốt trong. Nhà xuất bản giáo dục Hà nội(2000). [2]. Bùi Văn Ga -Quá trình cháy trong động cơ đốt trong. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật a) trước khi súc rửa b) sau khi súc rửa Hà nội (2002). Hình 3.7.Muội than bám đầu bugi trước, sau [3]. Đỗ Văn Dũng -Trang bị điện và điều khi sử dụng thiết bị và nhiên liệu súc rửa khiển điện tử trên ô tô hiện đại. Nhà xuất bản Để dễ so sánh hiệu quả của thiết bị súc rửa Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí làm sạch trực tiếp kim phun và nhiên liệu làm Minh(2004). sạch trực tiếp kim phun đã nghiên cứu, có thể [4]. Đỗ Văn Dũng - Điện động cơ và điều xem và đối chiếu trong hai bảng 3.2. khiển động cơ trên ô tô hiện đại. Nhà xuất bản Bảng 3.2 Kết quả đo khí thải đã thử nghiệm Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh Thành phần khí thải HC + (2013). CO Động cơ thử [5]. Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông- Phạm Xuân NOx TOYOTA Sau khi dùng thiết bị súc 1,65 0,516 Mai, Trần Văn Nam - Ô tô và ô nhiễm môi D4 -1997 rửa với FUEL INJECTION trường. Nhà xuất bản giáo dục Hà Hà nội Sau khi dùng thiết bị súc 1,45 0,470 rửa với nhiên liệu mới (2005). Trước lúc súc rửa kim 0,04 0,197 [6]. Hoàng Xuân Quốc- Giáo trình phun xăng SYM -2010 Sau khi dùng thiết bị súc 0,03 0,188 điện tử dùng xe du lịch. Nhà xuất bản khoa rửa với nhiên liệu mới học kỹ thuật Hà nội (1996). 4. Kết luận và hướng phát triển: [7]. Ngô Diên Tập -Kỹ thuật kết nối máy tính. Qua kết quả nghiên cứu, chế tạo và thực Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật nội(1999). nghiệm thiết bị làm sạch trực tiếp kim phun [8]. Bùi Văn Ga, Phạm Xuân Mai, Trần Văn trên động cơ xăng, cho thấy: Nam, Trần Thanh Hải Tùng- Mô hình hóa quá -Thiết bị làm việc rất ổn định; trình cháy trong động cơ đốt trong. Nhà xuất -Có thể kết hợp với việc kiểm tra các bề bản giáo dục Hà nội( 1997). mặt chi tiết của thiết bị súc rửa, kim phun [9]. J. Warnaer, U. Maas and R. W Dibble, động cơ v v mà không ảnh hưởng; Combustion.Springer- Verlag Berlin -Sử dụng nhiên liệu súc rửa mới nghiên heidelberg 2006, 4th Editon. cứu có hiệu quả cao, giảm nồng độ CO, HC, [10]. Tom Dnton, Automobile Electrical and NO , nhiên liệu cháy hoàn toàn, giảm muội x Electronic Systems, Cataloguing in than trên đầu bugi. Publicating Data, Third Edition, 2004-British -Tiết kiệm nhiên liệu đáng kể. Library. Hướng sắp tới cần: [11]. -Nghiên cứu mô hình hóa quá trình hòa su-dung-flash-loader-demonstrator-nap- trộn và cháy đối với nhiều loại nhiên liệu động chuong-trinh-cho-chip-arm-cortex-m3.8639/ cơ đốt trong và phân tích lớp muội than trong buồng cháy động cơ xăng. 6/6
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.