Giảm tiêu hao xăng cho xe gắn máy bằng phương pháp điều chỉnh chế hòa khí

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 VAÁN ÑEÀ TRAO ÑOÅI GIẢM TIÊU HAO XĂNG CHO XE GẮN MÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH CHẾ HÒA KHÍ REDUCE THE GASOLINE CONSUMPTION FOR MOTORCYCLES BY ADJUSTING CARBURATEUR METHOD Phùng Minh Lộc1, Đoàn Phước Thọ2 Ngày nhận bài: 15/1/2015; Ngày phản biện thông qua: 27/11/2015; Ngày duyệt đăng: 15/6/2016 TÓM TẮT Bài báo này trình bày ý tưởng và cơ sở khoa học của việc giảm tiêu hao xăng cho xe gắn máy bằng phương pháp điều chỉnh. Đây là giải pháp khả thi, ít tốn kém, cho phép tiết kiệm xăng đến 30%. Bài báo còn đề xuất các thiết bị cần chế tạo để thực hiện gải pháp đã nêu. Từ khóa: động cơ xe gắn máy, tiêu hao xăng, giải pháp điều chỉnh ABSTRACT This paper presents the idea and the scientifi c basis of reducing gasoline consumption for motorcycle by adjusting method. This solution is feasible, inexpensive, allowing saving gasoline to 30%. The paper also proposes the equipment needed to perform as made above. Keywords: motorcycle engine, gasoline consumption, adjusted solutions I. MỞ ĐẦU II. NỘI DUNG Hiện nay ở nước ta có đến 34 triệ u xe má y đang lưu hà nh, hầu hết đã qua sử dụng 1. Cơ sở khoa học của giải pháp thì đều dùng hệ thống nhiên liệu kiểu cơ khí Hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng có (carburateur - bộ chế hòa khí). Sau vài năm, chức năng là cung cấp hỗn hợp nhiên liệu - các bộ phận của bộ chế hòa khí hao mòn, bảo không khí (hỗn hợp cháy) cho động cơ hoạt trì không đúng cách... dẫn đến tiêu hao nhiên liệu tăng cao, đặc biệt các xe tay ga, 1 lít xăng động với tỷ lệ nhất định. Thành phần của hỗn chỉ chạy được khoảng 25 - 30 km. Điều này hợp cháy thường được đánh giá bằng một đại gây sức ép tài chính cho đại bộ phận người lao lượng có tên là hệ số dư lượng không khí, kí động. Giải pháp điều chỉnh tỷ lệ hòa khí ít tốn hiệu là λ. kém tiền bạc và thời gian có khả năng giảm tiêu hao xăng (đến 30%) được xem là hữu hiệu Phân loại hệ thống chủ yếu căn cứ vào cả về kinh tế và xã hội. phương thức điều chỉnh λ. 1, 2 Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang 138 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 Bảng 1. Phân loại tổng quát hệ thống nhiên liệu động cơ xăng [1] Tiêu chí phân loại Phân loại Phương pháp cấp nhiên liệu cho • Loại cưỡng bức bộ chế hoà khí • Loại tự chảy Phương pháp cung cấp nhiên liệu • Loại dùng bộ chế hoà khí vào động cơ • Loại dùng vòi phun Hệ số dư lượng không khí được định nghĩa là tỷ số giữa lượng không khí thực tế đi vào buồng cháy (L) và lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị số lượng nhiên liệu (Lo) [1]. Về lý thuyết, hệ số dư lượng không khí λ có thể biến động trong giới hạn bốc cháy của khí hỗn hợp, giới hạn bốc cháy dưới là λ = 1.3÷1.4 và giới hạn bốc cháy trên là λ = 0.4÷0.5. λ = 1: Lượng không khí nạp bằng lượng Hình 1. Ảnh hưởng của λ đến N và g không khí lý thuyết, hỗn hợp này gọi là hỗn e e của động cơ xăng [1] hợp lý thuyết hay hỗn hợp hoá định lượng. Hình 1. Giới thiệu dạng điển hình của đường Ne và ge theo đặc λ = 1.05 ÷1.1: Hỗn hợp cháy hơi nhạt, tính điều chỉnh thành phần hỗn hợp cháy của động cơ xăng, tức là đường cong thể hiện đặc điểm biến thiên của Ne và ge theo λ nhiên liệu bốc cháy gần hết, lượng không khí khi động cơ chạy ở tốc độ quay không đổi trong điều kiện giữ nguyên vị trí kim ga. Theo đặc tính điều chỉnh thành phần hỗn dư ít, lúc đó hiệu suất hi đạt giá trị cực đại và hợp cháy của động cơ xăng, Ne giảm dần theo chiều tăng của λ do tốc độ cấp nhiệt giảm tiêu hao nhiên liệu ge có giá trị nhỏ nhất. Khi hỗn hợp cháy được làm đậm dần, công λ > 1.1: Lượng không khí dư nhiều, tốc độ suất của động cơ sẽ tăng và đạt tới trị số cực cháy giảm, quá trình cháy kéo dài sang đường đại ứng với λ = λN, tại đó lượng nhiên liệu được dãn nở làm cho công suất, hiệu suất giảm. tăng thêm do giảm λ cân bằng với lượng nhiên λ = 0.85÷0.9: Lượng không khí thiếu so liệu cháy không hoàn toàn do thiếu oxy. Nếu với lượng không khí lý thuyết, tốc độ cháy lớn, tiếp tục làm đậm hỗn hợp cháy, công suất của động cơ sẽ giảm do chất lượng quá trình cháy công suất động cơ đạt cực đại. bị ảnh hưởng, nhiên liệu cháy không hoàn λ < 0.85: Lượng không khí thiếu so với toàn tăng. lượng không khí lý thuyết khoảng 15÷25%, Về phương diện hiệu quả biển đổi năng nhiên liệu cháy không hết, công suất giảm, lượng, ge sẽ giảm mạnh theo chiều tăng của suất tiêu hao nhiên liệu tăng, sinh nhiều muội λ trong phạm vi λ < 1 do lượng nhiên liệu cháy không hoàn toàn giảm. Trị số của hệ số dư than trong buồng cháy, khói đen lượng không khí ứng với suất tiêu hao nhiên Dưới đây sẽ trình bày ảnh hưởng của liệu cực tiểu (λg) tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố thành phần hỗn hợp cháy đến công suất và như: Tải, tốc độ quay, giới hạn loãng có ích tiêu hao xăng của động cơ Nếu tiếp tục làm loãng hỗn hợp cháy (λ>λg), TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 139 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 suất tiêu thụ nhiên liệu sẽ tăng do tốc độ cháy lượng khí ứng với chế độ công suất cực đại giảm, quá trình cháy không ổn định. (đường 2) và suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất Trong thực tê, tùy theo công dụng và (đường 3). Như vậy, bằng cách can thiệp vào điều kiện hoạt động của động cơ mà người Carburateur ta có thể hiệu chỉnh lại hệ số dư ta có thể thực hiện điều chỉnh để công suất lượng không khí theo lưu lượng khí nạp, từ đó và suất tiêu hao nhiên liệu biến thiên theo cho phép động cơ hoạt động với chế độ công thành phần hòa khí, với giới hạn để đảm bảo suất cao hay chế độ tiết kiệm nhiên liệu ở mỗi cho động cơ xăng có thể hoạt động ổn định vòng quay cụ thể. Sự dịch chuyển này có thể là: 0,6< λ <1,3. Điều này được phản ảnh rõ minh họa qua đường 4 (có thể điều chỉnh để qua đồ thị bên dưới (hình 2): thể hiện sự biến dịch chuyển trong phạm vi giữa đường 2 và thiên của hệ số dư lượng không khí theo lưu đường 3). Hình 2. Đặc tính hiệu chỉnh tỷ lệ hòa khí theo lưu lượng khí nạp [2] Giới hạn không tải; 1. Giá trị λ khi bướm ga mở 100%; 2. Biến thiên λ theo Gk với công suất động cơ lớn nhất; 3. Biến thiên λ theo Gk với suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất; 4. khi thay đổi λ theo Gk để động cơ hoạt động theo chế độ công suất hoạt tiết kiệm. Rõ ràng, nếu điều chỉnh λ phù hợp với chế Xe đạt mức tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất khi độ thường dùng, chắc chắn sẽ giảm tiêu hao chạy ổn định trong khoảng 40 – 60 km/h. Ở tốc xăng cho xe gắn máy. độ quá cao, mức tiêu thụ nhiên liệu tăng một Ví dụ 1: Xe Yamaha Jupiter FI 2012 phần do tổn thất ma sát tăng, hiệu suất nhiệt Xe lắp động cơ 4 kỳ, mô-men xoắn cực đại giảm, một phần khác do cản không khí cũng 9,9 Nm ở 6.500 vòng/phút, công suất tối đa 9,92 tăng tỷ lệ với vận tốc xe. mã lực tại tốc độ 7.750 vòng/phút. Dải tốc độ Ví dụ 2: Đặc tính kỹ thuật động cơ xe thiết kế trong khoảng 6.500 - 7.750 vòng/phút. Honda Wave 110RS Bảng 2. Các thông số kỹ thuật động cơ xe Wave 110RS [2] Tên gọi Giá trị Đường kính xy lanh x Hành 50 x 55,6 mm trình Piston Dung tich xy lanh 109.1cc Công suất tối đa 6,05 kW/7.500 vòng/phút Mô men cực đại 8.67 N.m/5.500 vòng/phút Hình 3 và 4 biểu diễn sự biến thiên Công suất và Tiêu hao xăng theo tốc độ quay của động cơ xe Honda [3]. 140 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 Hình 3. Sự biến thiên Công suất theo tốc độ Hình 4. Sự biến thiên Tiêu hao xăng theo tốc độ động cơ xe Wave 110RS [2] động cơ xe Wave 110RS [2] Hình 4 cho thấy, có một giải tốc độ mà tại 5. Tiêu hao xăng sẽ hiển thị ngay trong khi đó tiêu hao xăng thấp hơn khoảng 15% so với điều chỉnh hệ thống nhiên liệu. các vùng khác. 6. Kết hợp vệ sinh lọc gió sẽ xác lập vị trí Ngoài ra cũng cần lưu ý: Những công điều chỉnh hợp lý, so sánh % xăng tiết kiệm. trình khảo nghiệm động cơ xe máy kết luận Để xác định công suất tiêu thụ Ne có thể rằng, khi chăm sóc không đúng thì sức cản sử dụng máy phát điện được dẫn động từ con của lọc gió tăng 1,2 - 2 lần. Sức cản tăng sẽ lăn ma sát nhận năng lượng từ bánh xe. Đo làm giảm công suất và tăng tiêu hao xăng công suất tiêu thụ từ các điện trở được cung 10 - 15%. cấp điện từ máy phát để xác định công suất của động cơ. 2. Giải pháp kỹ thuật Tốc độ quay n của động cơ được xác định Có thể mô tả sơ lược giải pháp điều chỉnh nhờ vào cảm biến đặt tại bánh đà hoặc có thể như sau: lấy tín hiệu từ cảm biến đánh lửa. 1. Thiết kế thiết bị gây tải cho xe gắn máy Lượng nhiên liệu tiêu thụ xăng được xác để xác định công suất động cơ định thông qua việc chế tạo các két đo chuẩn 2. Lắp đặt tốc độ kế phù hợp với mức độ tiêu thụ nhiên liệu từ động 3. Chế tạo bộ đo tiêu hao xăng (lít /100 km) cơ xe gắn máy. 4. Viết chương trình kết nối máy tính, xuất Các thông số nêu trên sẽ được thu thập số liệu và đồ thị trên màn hình. tự động thông qua một kit điện tử có kết nối TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 141 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 máy tính. Các số liệu từ các cảm biến sẽ được dạng biểu bảng và đồ thị. chương trình máy tính tính toán, chuyển đổi về Sơ đồ bố trí thiết bị để thực hiện giải pháp các đơn vị cần thiết và được hiển thị dưới hai được trình bày ở hình 5: Hình 5. Sơ đồ bố trí thiết bị thực hiện giải pháp 1. Kit thu thập dữ liệu 5. Đường dẫn nhiên liệu từ két đo đến Chế hòa khí 2. Chương trình máy tính 6. Cảm biến tín hiệu tốc độ máy 3. Két chứa nhiên liệu 7. Con lăn truyền động ma sát 4. Két đo Gnl/h 8. Máy phát điện 3. Kết luận Giải pháp đã nêu có tính khả thi cao, thiết kế và chế tạo thiết bị không quá tốn kém. Sản phẩm dễ thương mại hóa, ngoài ra thiết bị này còn phục vụ đắc lực đào tạo và nghiên cứu khoa học. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Văn Nhận (2009), Lý thuyết động cơ đốt trong,Trường Đại học Nha Trang. 2. Nguyễn Tất Tiến (2002), Lý thuyết động cơ đốt trong, NXB Giáo dục. 3. Kết của thử nghiệm động cơ Wave 110RS (2009), Công ty Honda Việt Nam. 142 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG