NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG HỆ THỐNG PHUN NHIÊN LIỆU ĐIỆN TỬ CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG TRỤC KHUỶU
1. Giới Thiệu
Động cơ không trục khuỷu (Free Piston Engine) là một công nghệ tiên tiến, hứa hẹn cách mạng hóa ngành công nghiệp động cơ đốt trong nhờ khả năng loại bỏ trục khuỷu truyền thống. Tuy nhiên, hệ thống nhiên liệu sử dụng bộ chế hòa khí trên các động cơ này vẫn tồn tại nhiều hạn chế, như tỷ lệ hòa khí không ổn định, tiêu hao nhiên liệu cao và phát thải ô nhiễm. Bài viết này phân tích nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử (EFI) cho động cơ không trục khuỷu, nhằm tối ưu hiệu suất, giảm tiêu thụ nhiên liệu và đáp ứng tiêu chuẩn môi trường.
2. Ưu Điểm Của Hệ Thống Phun Nhiên Liệu Điện Tử
Hệ thống EFI sử dụng kim phun điện tử, cảm biến lưu lượng khí, ECU (hộp điều khiển động cơ) và cảm biến lambda để điều chỉnh tỷ lệ xăng-không khí (A/F) chính xác. Khác với bộ chế hòa khí truyền thống, EFI tự động tính toán lượng nhiên liệu dựa trên tín hiệu từ cảm biến, đảm bảo quá trình đốt cháy hoàn toàn. Nhờ đó, động cơ hoạt động ổn định hơn, tiết kiệm nhiên liệu tới 15-20% và giảm phát thải CO2, NOx.
3. Thiết Kế Mô Hình Động Cơ Không Trục Khuỷu
Thông Số Kỹ Thuật
- Số xi lanh: 2
- Loại động cơ: 2 thì
- Đường kính piston: 34 mm
- Hành trình tối đa: 31 mm
- Tỷ số nén: 10.5:1
- Nhiên liệu: Xăng pha nhớt
Thiết kế mô hình động cơ
4. Cấu Tạo Hệ Thống
Mô hình thực nghiệm bao gồm:
- Kim phun điện tử (vị trí trước van một chiều).
- Cảm biến tiệm cận để theo dõi vị trí và tốc độ piston.
- Thiết bị NI USB 6212 điều khiển thời gian phun và thu thập dữ liệu.
- Máy phát điện một chiều đo điện áp đầu ra.
Cấu tạo Mô hình thực nghiệm phun xăng điện tử của động cơ không trục khuỷu
5. Tính Toán Lượng Phun Nhiên Liệu Tối Ưu
Bước 1: Xác Định Lượng Nhiên Liệu Ban Đầu
Sử dụng Matlab Simulink, nhóm nghiên cứu mô phỏng chu kỳ chuyển động của piston. Kết quả cho thấy:
- Lượng nhiên liệu phun trong một chu kỳ (5 ms) là 0.00162g.
- Tỷ lệ A/F lý tưởng: 14.7:1 (đảm bảo đốt cháy hoàn toàn).
Số lần phun nhiên liệu trong 5 giây
Bước 2: Điều Chỉnh Thời Gian Phun
Thực nghiệm điều chỉnh thời gian phun từ 0.6 ms đến 1.5 ms:
- 0.6 ms: Lượng phun 0.00230g, động cơ khởi động nhưng không duy trì ổn định.
- 0.8 ms: Lượng phun 0.00237g, tỷ lệ A/F ≈ 14.7:1 → động cơ hoạt động ổn định ở chế độ không tải.
- 1.5 ms: Lượng phun 0.00298g, tỷ lệ A/F thấp → động cơ dễ tắt máy.
6. Kết luận
Về cơ bản đã hoàn thành được mục tiêu đặt ra bao gồm: Nghiên cứu và áp dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử cho động cơ không trục khuỷu. Quá trình nghiên cứu được bắt đầu từ động cơ không trục khuỷu phun nhiên liệu bằng bộ chế hòa khí cải tiến lên hệ thống phun nhiên liệu bằng điện tử mang lại hiệu quả hơn không khí và quá trình phun nhiên liệu được tối ưu hóa hơn và tiết kiệm được nhiên liệu hơn. Từ những kết quả đo kiểm được khi động cơ hoạt động, bước tiếp theo nhóm sẽ tiếp tục nghiên cứu phát triển và hoàn thiện hơn hệ thống điều khiển phun nhiên liệu điện tử,…, để động cơ không trục khuỷu có thể hoạt động tối ưu hơn, Từ đó sẽ có cơ sở đánh giá và kết luận chính xác hơn về tính hiệu quả của mẫu động cơ này so với động cơ truyền thống và cũng để hoàn thành luận văn Thạc sĩ và đồng thời làm tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo. Dù hiện tại động cơ có thể hoạt động và tự duy trì được với tần số ổn định nhưng khả năng thay đổi tốc độ kém, vẫn có hiện tượng mất lửa. Vì vậy, nhóm đề xuất sử dụng phương pháp phun xăng trực tiếp cho động cơ này.