Ở nước ta các hãng xe máy nổi tiếng như Honda, Yamaha, SYM,.. đã lần lượt đưa công nghệ phun xăng điện tử vào những dòng xe đời mới của mình. Trước đây công nghệ này chỉ được nhìn thấy trên những dòng xe đắt tiền như Dylan, SHi, PSi,… nhưng ngày nay nó đã trở nên phổ biến hơn và dần xuất hiện trên những dòng xe bình dân với giá cả hợp lý, phù hợp với thu nhập của đa số người dân Việt Nam. - Với sự ưu việt của mình, công nghệ phun xăng điện tử nói chung và trên xe gắn máy nói riêng chắc chắn sẽ có những bước phát triển mạnh mẽ, ngày một hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi hơn trong tương lai. - Trong quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp chúng em nhận thấy hệ thống phun xăng điện tử có thể được tối ưu hơn nữa như: tiết kiệm nhiên liệu hơn, khí thải ra sạch sẽ hơn, công suất được nâng cao hơn... và giải pháp chúng em hướng tới đó là sử dụng siêu tụ điện cung cấp điện cho xe gắn máy. Vì vậy, được sự phân công Bộ môn Động cơ ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô của khoa Đào tạo chất lượng cao – Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM và sự hướng dẫn của thầy Phan Nguyễn Quí Tâm, nhóm chúng em đã nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu, mô phỏng hệ thống điện kép accu – siêu tụ điện trên hệ thống điện động cơ xe máy Honda Wave RSX FI. - Mặc dù có những ưu điểm so với ắc quy, tuy nhiên để siêu tụ có thể thay thế hoàn toàn ắc quy trên xe gắn máy thì cần có thêm nhiều nghiên cứu, thực nghiệm, và mô hình đánh giá hiệu quả của ý tưởng. Đã có những nghiên cứu của các tác giả đi trước về hệ thống điện trên xe và siêu tụ điện, đây là nguồn tài liệu quý giá cộng với sự giúp đỡ của thầy Phan Nguyễn Quí Tâm chúng em quyết định xây dựng mô hình mô phỏng ảnh hưởng của siêu tụ điện đến hệ thống điện trên xe và hệ thống phun xăng điện tử bằng phần mềm MATLAB SIMULINK. ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 1.1.2. Mục tiêu của đề tài - Tìm hiểu hệ thống cung cấp điện xe máy Honda Wave RSX FI. - Tìm hiểu hệ thống điều khiển động cơ, khảo sát đặc tuyến các tín hiệu. - Tìm hiểu đặc tính siêu tụ điện, các phương trình đặc tính hệ thống và chi tiết. - Mô phỏng hệ thống phun xăng điện tử sử dụng accu - siêu tụ điện trên xe máy Honda Wave RSX FI. 1.1.3. Giới hạn đề tài - Chỉ mô phỏng trên một loại xe gắn máy. - Chỉ mô phỏng hệ thống phun xăng điện tử và hệ thống điện trên xe gắn máy. 1.1.4. Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng cơ sở lí thuyết của các nguồn tài liệu tham khảo để xây dựng mô hình mô phỏng. - Tính toán những thông số cần thiết đến mô hình hoặc tham khảo từ những thông số xe có sẵn trên thực tế để tiến hành mô phỏng.
TỔNG QUAN
Tổng quan về đề tài
Phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection) là một công nghệ tiên tiến, đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong ngành ô tô.
Công nghệ phun xăng điện tử hiện đang mở rộng ra thị trường mô tô và xe gắn máy, mang lại nhiều lợi ích vượt trội Nó giúp giảm đáng kể lượng khí thải ô nhiễm, tiết kiệm nhiên liệu, khởi động dễ dàng và vận hành êm ái Nhờ vào những ưu điểm này, phun xăng điện tử đang dần thay thế các bộ chế hòa khí cũ kỹ và lỗi thời trên các dòng xe máy hiện nay.
Tại Việt Nam, các hãng xe máy nổi tiếng như Honda, Yamaha và SYM đã áp dụng công nghệ phun xăng điện tử vào các dòng xe mới Trước đây, công nghệ này chỉ xuất hiện trên những mẫu xe cao cấp như Dylan, SHi, PSi, nhưng hiện nay đã trở nên phổ biến và được trang bị trên nhiều dòng xe bình dân với mức giá hợp lý, phù hợp với thu nhập của đa số người dân.
Công nghệ phun xăng điện tử, đặc biệt là trên xe gắn máy, đang có những bước phát triển mạnh mẽ và sẽ ngày càng hoàn thiện, được ứng dụng rộng rãi hơn trong tương lai nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em nhận thấy rằng hệ thống phun xăng điện tử có thể được tối ưu hóa để tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải và nâng cao công suất Giải pháp mà chúng em đề xuất là sử dụng siêu tụ điện để cung cấp điện cho xe gắn máy Được sự phân công của Bộ môn Động cơ thuộc ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô và dưới sự hướng dẫn của thầy Phan Nguyễn Quí Tâm, nhóm đã tiến hành nghiên cứu và mô phỏng hệ thống điện kép giữa accu và siêu tụ điện trên xe máy Honda Wave RSX FI.
Mặc dù siêu tụ điện có nhiều ưu điểm so với ắc quy, việc thay thế hoàn toàn ắc quy trên xe gắn máy vẫn cần thêm nghiên cứu và thực nghiệm Các mô hình đánh giá hiệu quả của ý tưởng này là rất cần thiết Nhiều nghiên cứu trước đây về hệ thống điện trên xe và siêu tụ điện đã cung cấp nguồn tài liệu quý giá, cùng với sự hỗ trợ từ thầy Phan.
Chúng em, Nguyễn Quí Tâm, đã quyết định phát triển một mô hình mô phỏng ảnh hưởng của siêu tụ điện đối với hệ thống điện trên xe và hệ thống phun xăng điện tử bằng phần mềm MATLAB SIMULINK.
1.1.2 Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu hệ thống cung cấp điện xe máy Honda Wave RSX FI
- Tìm hiểu hệ thống điều khiển động cơ, khảo sát đặc tuyến các tín hiệu
- Tìm hiểu đặc tính siêu tụ điện, các phương trình đặc tính hệ thống và chi tiết
- Mô phỏng hệ thống phun xăng điện tử sử dụng accu - siêu tụ điện trên xe máy Honda Wave RSX FI
- Chỉ mô phỏng trên một loại xe gắn máy
- Chỉ mô phỏng hệ thống phun xăng điện tử và hệ thống điện trên xe gắn máy
- Sử dụng cơ sở lí thuyết của các nguồn tài liệu tham khảo để xây dựng mô hình mô phỏng
- Tính toán những thông số cần thiết đến mô hình hoặc tham khảo từ những thông số xe có sẵn trên thực tế để tiến hành mô phỏng
- Sử dụng Matlab Simulink để xây dựng mô hình theo các chu trình thử nghiệm
- So sánh đánh giá đặc tuyến mô phỏng và đặc tuyến thực tế.
Giới thiệu các thông số kỹ thuật của đối tượng nghiên cứu
1.2.1 Giới thiệu dòng xe Honda Wave RSX
Mẫu xe Wave RSX được Honda ra mắt tại Việt Nam vào ngày 5/4/2008, sở hữu thiết kế đầu xe và bửng xe hình chữ "V" độc đáo, mang đến phong cách hiện đại và trẻ trung Phiên bản này sử dụng bộ chế hòa khí, góp phần nâng cao hiệu suất vận hành.
Vào tháng 2 năm 2014, Honda Việt Nam lần đầu tiên giới thiệu phiên bản Wave RSX sử dụng công nghệ phun xăng điện tử Fi, mang đến thiết kế mới mẻ và hiện đại Wave RSX Fi được trang bị động cơ 4 kỳ 110cc, giúp tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả hơn 15% so với các phiên bản trước.
- 12/10/2017, Honda Việt Nam công bố ra mắt mẫu xe Wave RSX 2017 với một số thay đổi chủ yếu ở ngoại thất
Wave RSX 2017 được trang bị động cơ phun xăng điện tử 110cc, 4 kỳ, xy-lanh đơn, làm mát bằng không khí, giúp tối ưu hóa khả năng tăng tốc và tiết kiệm nhiên liệu Mẫu xe này đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 3 và theo thử nghiệm của Honda Việt Nam, Wave RSX 2017 tiết kiệm nhiên liệu hơn 7% so với phiên bản trước đó sử dụng phun xăng điện tử và 20% so với các mẫu xe khác.
3 bản chế hòa khí (trích thử nghiệm của hãng Honda Việt Nam năm 2017: https://www.honda.com.vn/products/waversx110/dong-co-va-cong-nghe.html)
Hình 1.1 Xe Honda Wave RSX FI 2017 1.2.2 Thông số kỹ thuật
Bảng 1.1 Một số thông số kỹ thuật của xe Honda Wave RSX Động cơ Đường kính xy lanh và hành trình piston 50,0 x 55,6 mm
Dung tích xy lanh 109,1 cm 3
Truyền động xu páp hai xu páp, dẫn động xích
Xu páp hút mở nâng 1 mm 5° trước điểm chết trên đóng nâng 1 mm 30° sau điểm chết dưới
Xu páp xả mở nâng 1 mm 34° trước điểm chết dưới đóng nâng 1 mm 0° sau điểm chết trên
Hệ thông bôi trơn Bơm ướt và áp suất cưỡng bức
Hệ thống làm mát Làm mát bằng không khí
Lọc gió Lọc giấy nhờn
Phân tích tiềm năng của siêu tụ điện
Siêu tụ điện đã tồn tại trong lĩnh vực năng lượng mới nhiều thập kỷ và không phải là thuật ngữ xa lạ Mặc dù có chức năng tương tự như pin, siêu tụ điện thường được ưu tiên sử dụng thay cho pin trong nhiều ứng dụng thực tế.
Trọng lượng động cơ khô 22,2 kg
Bố trí xy lanh Xy lanh đơn nghiêng 80° so với phương thẳng đứng
Hệ thống cấp nhiên liệu
Hệ thống điện Hệ thống đánh lửa PGM-FI
Hệ thống khởi động Cần khởi động và mô tơ khởi động điện
Hệ thống sạc Máy phát điện xoay chiều đầu ra một pha
Tiết chế/chỉnh lưu Chỉnh lưu nửa sóng bằng
Hệ thống chiếu sáng Máy phát
Truyền động Hệ thống ly hợp Loại nhiều đĩa ma sát, ướt
Hệ thống vận hành ly hợp Loại ly tâm tự động
Truyền động 4 số, ăn khớp không đổi
Kiểu sang số Hệ thống trả số vận hành bằng chân trái (hệ thống số vòng; chỉ khi xe dừng)
Siêu tụ điện mặc dù gặp phải nhược điểm về chi phí cao và khó khăn kỹ thuật, nhưng sự đột phá trong công nghệ siêu tụ có thể thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng mới Chính vì vậy, bất chấp những thách thức trong quá trình phát triển, siêu tụ điện ngày càng thu hút nhiều sự quan tâm và nghiên cứu.
1.3.1 Tình hình hiện tại của siêu tụ điện
Siêu tụ đã trải qua hơn 30 năm phát triển và hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như hệ thống bộ nhớ máy tính, máy ảnh và thiết bị âm thanh Các siêu tụ kích thước lớn được ứng dụng trong ngành ô tô nhờ vào khả năng lưu trữ năng lượng tự nhiên Dự đoán cho thấy siêu tụ điện có tiềm năng lớn trong tương lai, đặc biệt trong hai lĩnh vực này.
- Các sáng chế nghiên cứu về siêu tụ điện được đăng ký vào cuối thập niên 60, từ năm
1967 đến nay đã có khoảng 8.129 sáng chế đăng ký
Hình 1.2 Thông tin đăng ký sáng chế về nghiên cứu siêu tụ điện theo thời gian
(theo nghiên cứu của Derwent Innovation (2015))
Trong hai thập niên đầu của thế kỷ 20, đặc biệt là những năm 70 và 80, nghiên cứu về siêu tụ điện còn ở giai đoạn đầu, dẫn đến số lượng sáng chế đăng ký trong lĩnh vực này khá hạn chế, trung bình chỉ khoảng 7 sáng chế mỗi năm.
Sang thập niên 90, lượng sáng chế đăng ký về nghiên cứu siêu tụ điện tăng nhẹ, trung bình mỗi năm có khoảng 48 sáng chế đăng ký
Từ năm 2000 đến nay, số lượng sáng chế đăng ký liên quan đến nghiên cứu siêu tụ điện đã tăng mạnh, bắt đầu với 221 sáng chế vào năm 2000 và đạt đỉnh 796 sáng chế vào năm 2014 Trong giai đoạn 2012 – 2015, số lượng sáng chế đăng ký về siêu tụ điện duy trì ở mức cao, trên 700 sáng chế, cho thấy tiềm năng lớn của công nghệ này.
Siêu tụ điện nổi bật với bốn đặc điểm chính: tuổi thọ lâu dài, khả năng thích ứng môi trường mạnh mẽ, hiệu suất xả cao và mật độ năng lượng cao Những đặc điểm này đã giúp siêu tụ điện trở thành một trong những lĩnh vực giá trị nhất hiện nay Các quốc gia hàng đầu trong nghiên cứu siêu tụ điện bao gồm Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Pháp, Đức, Canada và Hoa Kỳ, trong đó Châu Á hiện đang dẫn đầu về quy mô sản xuất và trình độ kỹ thuật.
Hình 1.3 Thông tin đăng ký bảo hộ sáng chế về nghiên cứu siêu tụ ở các quốc gia
(theo nghiên cứu của Derwent Innovation (2015))
Sáng chế liên quan đến nghiên cứu siêu tụ điện đã được đăng ký bảo hộ tại khoảng 48 quốc gia trên toàn cầu, cùng với 2 tổ chức quốc tế, bao gồm Tổ chức Sở hữu trí tuệ thế giới (WO) với 762 sáng chế và Tổ chức Sở hữu trí tuệ châu Âu (EP) với 498 sáng chế.
Trong số các quốc gia có số lượng sáng chế đăng ký bảo hộ cao, Trung Quốc dẫn đầu với 2.356 sáng chế, tiếp theo là Mỹ với 1.335 sáng chế, Nhật Bản với 1.313 sáng chế, Hàn Quốc với 636 sáng chế và Đài Loan cũng góp mặt trong danh sách này.
201 sáng chế Trong 5 quốc gia dẫn đầu về số lượng sáng chế đăng ký bảo hộ thì có đến 4 quốc gia thuộc khu vực Châu Á
Sự phát triển của siêu tụ điện đã bị overshadow bởi pin nickel-hydride và pin lithium, nhờ vào sự hỗ trợ tài chính lớn từ chính phủ và các nhà đầu tư Điều này đã giúp pin nickel-hydride và pin lithium trở nên phổ biến trên toàn cầu Ngược lại, siêu tụ điện gặp khó khăn trong việc thu hút nguồn tài trợ mạnh mẽ do những hạn chế về công nghệ, dẫn đến việc nó dần bị lãng quên ở nhiều khu vực.
1.3.2 Cơ hội cho siêu tụ
Mặc dù chi phí sản xuất siêu tụ điện giảm hơn 10% mỗi năm, công nghệ này vẫn chưa thể mở rộng quy mô trong ngành vận tải và năng lượng tự nhiên So với công nghệ pin, siêu tụ điện hiện tại vẫn còn lạc hậu Để thu hẹp khoảng cách về nghiên cứu và phát triển giữa hai công nghệ này, cần ưu tiên giải quyết các vấn đề tồn tại.
➢ Tăng số lượng các nhà sản xuất siêu tụ và kích thích sự phát triển của các công nghệ liên quan thông qua cạnh tranh thị trường
➢ Mở rộng quy mô sản xuất siêu tụ điện dung lượng cao và đặt sản lượng hàng năm vượt quá một triệu sản phẩm
➢ Giảm chi phí sản xuất hiện tại của siêu tụ điện xuống 50%
➢ Xây dựng một chiến lược phát triển bền vững siêu tụ điện, chủ yếu cho việc phát triển các vật liệu điện cực hiệu quả hơn
Để đạt được các mục tiêu đề ra, các nhà sản xuất cần thực hiện đầu tư hàng năm vào thị trường siêu tụ điện, tập trung vào phát triển và sản xuất thiết bị Ngoài ra, việc gia tăng ngân sách và hỗ trợ kỹ thuật từ chính phủ cũng sẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
1.3.3 Phân tích triển vọng ứng dụng của siêu tụ điện
- Siêu tụ điện là một loại pin tuyệt vời! Trong tương lai, mật độ lưu trữ năng lượng có thể tăng thêm 10-100 lần
Mật độ lưu trữ năng lượng của siêu tụ điện hiện nay đạt 10 đến 20 kWh/kg, gấp 500-1000 lần so với pin axít-chì thông thường chỉ có 0,02 kWh/kg Điều này cho thấy tiềm năng vượt trội của siêu tụ điện trong tương lai, không chỉ về khả năng lưu trữ mà còn về tốc độ sạc và xả cực nhanh, chỉ mất vài giây.
Trong quá khứ, pin axít-chì nặng 50 kg chỉ có khả năng lưu trữ 1 kilowatt điện, thường gặp phải tình trạng hỏng hóc sau một thời gian dài sử dụng, cùng với thời gian sạc và xả rất lâu.
Siêu tụ có khối lượng 50 kg có khả năng lưu trữ từ 500 đến 1000 kWh, đủ để một chiếc xe trung bình di chuyển khoảng 5000 km, trong khi một chiếc xe buýt có thể chạy gần 2000 km.
- Trong tương lai, siêu tụ graphene sẽ được phát triển thêm, và công suất sẽ được tăng thêm gần mười lần
Trong ngắn hạn, siêu tụ có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong ngành xe điện thương mại, với khả năng sạc nhanh chóng chỉ trong vài giây mà không gây ô nhiễm Công nghệ này cho phép sử dụng năng lượng mà không cần thay thế trung gian và có thể chuyển hóa năng lượng gió và mặt trời thành điện thông qua hệ thống phanh tái sinh, góp phần tiết kiệm năng lượng Khi ngành xe điện tiếp tục phát triển, siêu tụ sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành một ngành công nghiệp mới.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tụ điện
Tụ điện là thiết bị điện tử gồm hai phần chính: bản cực và chất điện môi Cùng với điện trở và cuộn cảm, tụ điện là một trong những thành phần thụ động cơ bản nhất trong các ứng dụng điện tử.
Tụ điện nổi bật nhờ khả năng lưu trữ năng lượng, tương tự như một pin điện được sạc đầy Chúng đóng vai trò quan trọng trong nhiều mạch điện, với các ứng dụng phổ biến như lưu trữ năng lượng cục bộ, triệt tiêu điện áp và lọc tín hiệu phức tạp.
2.1.2 Ký hiệu và đơn vị
2.1.2.1 Ký hiệu trong mạch điện
Có hai cách phổ biến để biểu diễn tụ điện trong sơ đồ mạch điện, bao gồm ký hiệu với hai đường thẳng song song, phẳng hoặc cong Cả hai đường thẳng này phải song song và gần nhau nhưng không chạm vào nhau, điều này cũng tượng trưng cho nguyên lý hoạt động của tụ điện Hình ảnh minh họa dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cách biểu diễn này.
Hình 2.2 Các ký hiệu của tụ điện trong mạch
(1) và (2) là các ký hiệu tụ điện tiêu chuẩn (3) là một ví dụ về các ký hiệu tụ điện đang hoạt động trong mạch ổn áp
- Biểu tượng với đường cong (tụ số 2 trong ảnh trên) biểu thị rằng tụ điện bị phân cực, có nghĩa nó có thể là tụ điện điện phân
- Mỗi tụ điện phải được kèm theo một tên – C1, C2, v.v - và một giá trị Giá trị phải chỉ ra điện dung của tụ điện, nó có bao nhiêu Farad
Không phải tất cả các tụ điện đều giống nhau; mỗi loại tụ điện có giá trị điện dung riêng Điện dung cho biết khả năng lưu trữ điện tích của tụ điện, với giá trị cao hơn đồng nghĩa với khả năng lưu trữ nhiều điện tích hơn Đơn vị đo điện dung tiêu chuẩn là farad, viết tắt là F.
Một farad là đơn vị đo điện dung rất lớn, với 0,001F (1 mili-farad - 1mF) được coi là một tụ điện lớn Các tụ điện thường được xếp hạng trong các khoảng pico-farad, cho thấy sự đa dạng trong khả năng lưu trữ điện năng của chúng.
Bảng 2.1 Chuyển đổi đơn vị của Farad (F)
Prefix Name Abbreviation Weight Equivalent Farads
2.1.3 Cấu tạo của một tụ điện
Ký hiệu trong sơ đồ mạch điện cho tụ điện phản ánh cấu tạo của nó, bao gồm hai tấm kim loại và một vật liệu cách điện gọi là điện môi Hai tấm kim loại này được đặt song song và gần nhau, trong khi chất điện môi nằm giữa để ngăn không cho chúng tiếp xúc.
Hình 2.3 Cấu tạo bên trong của tụ điện
Chất điện môi có thể được sản xuất từ nhiều loại vật liệu cách điện khác nhau như giấy, thủy tinh, cao su, gốm, nhựa và các vật liệu khác có khả năng ngăn chặn dòng điện.
Các tấm được chế tạo từ các vật liệu dẫn điện như nhôm, tantalum, bạc và các kim loại khác Mỗi tấm đều được kết nối với một dây dẫn, dây này sẽ kết nối với phần còn lại của mạch điện.
Điện dung của tụ điện, đo bằng farad, phụ thuộc vào cấu tạo của nó Tụ điện lớn hơn sẽ có điện dung cao hơn, trong khi diện tích bề mặt của các tấm chồng chéo nhiều hơn sẽ cung cấp điện dung lớn hơn Ngược lại, khoảng cách giữa các tấm càng lớn thì điện dung càng giảm Hơn nữa, loại vật liệu của chất điện môi cũng ảnh hưởng đến giá trị farad mà tụ điện có thể đạt được Tổng điện dung có thể được tính bằng một phương trình cụ thể.
Hằng số điện môi εr, được xác định bởi vật liệu điện môi, là một yếu tố quan trọng trong các tính toán điện Diện tích A của các bản cực chồng lên nhau cùng với khoảng cách d giữa chúng cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống điện.
- Hằng số điện môi của một chất cách điện thông dụng để làm tụ điện có trị số như bảng sau:
Dòng điện là dòng điện tích mà các thiết bị điện sử dụng để thực hiện chức năng như phát sáng hoặc quay tròn Khi dòng điện đi vào tụ điện, các điện tích bị giữ lại trên các bản do không thể vượt qua lớp điện môi cách điện Các electron, hạt tích điện âm, bị hút vào một bản, khiến nó trở nên tích điện âm tổng thể Điều này dẫn đến việc một lượng lớn điện tích âm tích tụ trên một tấm, đẩy điện tích giống trên tấm còn lại, làm cho tấm đó tích điện dương.
Hình 2.4 Nguyên lý tích điện của tụ
Các điện tích dương và âm trên các tấm tụ điện thu hút lẫn nhau do tính chất của các điện tích trái dấu Tuy nhiên, với sự hiện diện của chất điện môi, các điện tích này bị giữ cố định trên bề mặt tấm cho đến khi có một lối thoát khác Những điện tích đứng yên này tạo ra một điện trường, ảnh hưởng đến năng lượng và điện thế trong hệ thống Khi các điện tích này tập trung lại trong tụ điện, chúng có khả năng lưu trữ năng lượng điện tương tự như pin và ắc quy.
2.1.5 Sự nạp và phóng điện
Khi điện tích dương và âm kết hợp trên các bản tụ, tụ điện sẽ tích trữ điện Tụ điện có khả năng giữ lại điện trường và điện tích của nó nhờ vào sự thu hút giữa các điện tích dương và âm, mặc dù chúng không bao giờ tiếp xúc với nhau.
Khi một bản tụ điện nạp đầy điện tích, nó đạt đến mức tối đa mà không thể nhận thêm, với điện tích âm đủ để đẩy lùi các vật thể khác Đây là lúc điện dung (farad) của tụ điện thể hiện vai trò quan trọng, cho biết khả năng lưu trữ sạc tối đa của nó.
Khi một đường dẫn trong mạch được hình thành, các điện tích sẽ tìm thấy một lối đi khác để di chuyển, dẫn đến việc chúng rời khỏi tụ điện và gây ra hiện tượng phóng điện.
Hệ thống điện trên xe Honda Wave RSX FI
2.2.1.1 Sơ đồ mạch của hệ thống khởi động
Hình 2.15 Sơ đồ khởi động bằng điện của xe Wave RSX 2.2.1.2 Cấu tạo hệ thống khởi động
Hình 2.16 Sơ đồ các chi tiết
- Công tắc máy: cắt nối mạch điện từ accu đến một đầu dây của cuộn đồng trong rơ le khởi động
- Nút ấn khởi động: cũng là một công tắc cắt nối mạch điện của cuộn dây đồng trong rơ le khởi động với mass
- Accu: nguồn điện (DC), cực dương (+) nối với rơ le khởi động (dây tiết diện lớn) và nối với công tắc máy, cực âm (-) nối masse sườn
Rơ le khởi động (starter relay) là một thiết bị điện được cấu tạo từ lõi sắt non cuốn dây đồng, với một đầu dây kết nối với khóa công tắc và đầu còn lại nối với nút ấn khởi động Bên trong cuộn dây đồng, có một thanh thép nhỏ di chuyển tự do, gắn với một lá kim loại mỏng Dưới lá kim loại này, hai đầu dây có tiết diện lớn được kết nối từ cực dương (+) của ắc quy và mô tơ khởi động, giúp truyền điện năng cần thiết để khởi động động cơ.
- Mô tơ khởi động: để chuyển đổi điện năng thành cơ năng Cấu tạo của mô tơ khởi động gồm hai phần chính:
Phần cảm điện, hay còn gọi là starter, là vỏ của mô tơ, có chức năng tạo ra từ trường điện để quay phần ứng điện Bên trong starter có 2 hoặc 4 cuộn dây đồng được nối tiếp và cách đều nhau, mỗi cuộn dây bao quanh một lõi sắt non cách điện Các cuộn dây và lõi sắt này được gọi là từ cực; khi có dòng điện đi qua, các lõi sắt biến thành nam châm với cực tính khác nhau Công dụng của các cuộn dây này là để kích thích nối tiếp với phần ứng điện, tức rotor Chúng được nối tiếp song song từng đôi, một đầu dây được hàn với các cọc để kết nối với dây điện dương (+) của accu, trong khi đầu còn lại của cuộn kích thích nối với một đầu chổi than, đầu chổi than còn lại nối với mass.
Phần ứng điện, hay còn gọi là rotor, là bộ phận chuyển động của máy, được cấu tạo từ một khối trụ tròn làm từ nhiều lá thép cách điện và có rãnh xoắn Dây đồng có tiết diện lớn được cuốn vào các rãnh này và được cách điện với khối sắt Ở hai đầu của cuộn dây, các dây điện được hàn dính vào chổi than, được sắp xếp thành một vòng tròn và cách điện với nhau bằng các lá fibre xen kẽ Những chổi than này được gọi là cổ góp điện.
- Ly hợp và xích đề có nhiệm vụ truyền động moment của mô tơ khởi động đến trục cơ để dẫn động trục cơ quay
Khi mở khóa công tắc máy và nhấn nút khởi động, dòng điện DC từ accu sẽ tác động vào cuộn dây đồng của rơ le, tạo ra từ trường điện.
Từ trường tạo ra lực hút đối với miếng kim loại trên đầu thanh thép di động, giúp kết nối hai dây của accu và mô tơ khởi động Cả hai dây này đều có tiết diện lớn, cho phép dòng điện từ accu tác động hiệu quả vào mô tơ khởi động.
- Các cuộn dây kích thích của vỏ mô tơ, qua chổi than, kích động cho rotor quay
Moment của rotor khởi động thông qua sên khởi động dẫn động trục cơ (cốt máy) quay Khi nhấn nút khởi động và buông tay, ly hợp khởi động sẽ chính thức can thiệp, cho phép trục cơ hoạt động mà không làm ảnh hưởng đến mô tơ khởi động.
2.2.1.4 Nhược điểm của accu dùng trong hệ thống khởi động
Mặc dù accu có nhiều ưu điểm, nhưng chúng cũng tồn tại nhược điểm như dung lượng hạn chế và sản phẩm phế thải không thân thiện với môi trường Thêm vào đó, thời gian nạp accu thường kéo dài nhiều giờ.
Acquy axit-chì có nhược điểm lớn nhất là tuổi thọ ngắn, thường chỉ kéo dài tối đa 5 năm Điều này dẫn đến một lượng lớn acquy hết hạn sử dụng bị thải loại và trở thành rác thải Mặc dù không có số liệu cụ thể về nguồn phế thải này, ước tính hàng triệu bình acquy bị vứt bỏ mỗi năm.
Lượng ắc quy phế thải là một nguồn ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, do chì (Pb) trong ắc quy được xem là chất thải cực kỳ độc hại Chỉ với hàm lượng vài ppm/kg trọng lượng cơ thể, chì có thể gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người.
Chì là một kim loại độc hại có thể gây tổn thương hệ thần kinh, đặc biệt ở trẻ em, dẫn đến các rối loạn não và máu Ngộ độc chì thường xảy ra qua thực phẩm hoặc nước uống nhiễm chì, cũng như do nuốt phải đất, bụi hoặc sơn chứa chì Tiếp xúc lâu dài với chì hoặc các muối của nó có thể gây bệnh thận và cơn đau bất thường Đối với phụ nữ mang thai, tiếp xúc với chì ở mức cao có nguy cơ sẩy thai, trong khi nam giới có thể gặp phải giảm khả năng sinh sản khi tiếp xúc lâu dài với kim loại này.
2.2.1.5 Những hư hỏng thường xảy ra của hệ thống khởi động điện
- Máy khởi động không có tác dụng
- Mô tơ khởi động hoạt động không ngừng
- Mô tơ khởi động hoạt động nhưng cốt máy không quay được
2.2.2 Hệ thống cung cấp điện
Khi khởi động xe gắn máy bằng cần đạp hoặc động cơ điện, nguồn điện đầu tiên được tạo ra là nguồn điện xoay chiều, hay còn gọi là nguồn điện cảm ứng Nguồn điện này có hiệu điện thế thấp, thường là 6 volts hoặc 12 volts.
2.2.2.2 Cấu tạo máy phát điện xoay chiều
Máy phát điện xoay chiều gồm các bộ phận sau đây:
- Phần chuyển động là một volant hay một rotor có gắn các miếng nam châm, có thiết kế cho quay đồng tốc với trục cơ (cốt máy)
Mâm nhôm cố định vào catte máy chứa các chi tiết quan trọng như cuộn nguồn (bô bin lửa), cuộn đèn (bô bin đèn) và cuộn khiển, với vị trí của cuộn khiển có thể nằm bên trong hoặc bên ngoài mâm tùy theo từng loại xe.
2.2.2.3 Nguyên lý sinh ra điện
Khi volant hoặc rotor quay, từ trường của nam châm dao động và từ thông biến thiên, cuộn nguồn và cuộn khiển sẽ cảm ứng sự biến thiên này, tạo ra các xung điện xoay chiều Những xung điện này sau đó được dẫn đến CDI để chuyển đổi thành điện một chiều, nạp vào bô bin sườn, từ đó tăng thành điện cao thế và cung cấp cho bugi để tạo ra tia lửa điện.
Cuộn đèn hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra xung điện xoay chiều, trong đó một phần điện năng được cung cấp cho mạch đèn đêm, trong khi phần còn lại được chuyển đổi thành điện một chiều để nạp cho accu và cung cấp cho mạch đèn tín hiệu cùng còi.
2.2.2.4 Nguồn điện xoay chiều được đổi thành điện một chiều
Các xung điện xoay chiều từ cuộn đèn có thể được dẫn đến diode thường hoặc diode ổn áp để chuyển đổi thành dòng điện một chiều Dòng điện này sẽ được sử dụng để nạp cho accu hoặc cung cấp năng lượng cho hệ thống đèn còi của xe.
Hệ thống phun xăng điện tử trên xe Honda (PGM-FI)
Hệ phun xăng điện tử đầu tiên được Bosch thương mại hóa vào năm 1955 trên động cơ Wright R-3350, được cải tiến từ hệ động cơ diesel áp lực cao với cánh bướm ga Hệ thống này sử dụng bơm xăng thông thường để cung cấp nhiên liệu cho vòi phun, giúp tăng áp vào buồng đốt Đến năm 1957, Chrysler đã áp dụng hệ phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection) trên sản phẩm của Bendix Corporation.
1958 trên xe Chrysler 300D, Dodge D500, Plymouth Fury và DeSoto Adventurer Nhưng bản quyền sáng chế lại về tay Bosch
Bosch đã phát minh ra hệ thống EFI D-Jetronic trên xe VW 1600TL vào năm 1967, sử dụng vận tốc và tỉ trọng không khí để tính toán khối lượng khí và thể tích nhiên liệu cần thiết Hệ thống này áp dụng cảm biến cơ điện tử, sau đó phát triển thành K-Jetronic và L-Jetronic vào năm 1974 với cảm biến lưu lượng khí, tiếp theo là cảm biến áp suất, nhiệt độ và khối lượng Năm 1982, Bosch giới thiệu LH-Jetronic, hệ thống đầu tiên có cảm biến đo trực tiếp khối lượng khí nạp, sử dụng cuộn platin nung nóng trong luồng khí nạp để xác định khối lượng khí LH-Jetronic được coi là hệ EFI hoàn chỉnh đầu tiên, đặt nền tảng cho các hệ thống sau này.
Với sự phát minh của hệ thống phun xăng điện tử EFI, Honda đã nhanh chóng áp dụng công nghệ PGM-FI trên các mẫu xe giá rẻ tại Bắc Mỹ Bắt đầu từ xe đua, PGM-FI đã được tích hợp vào các mẫu xe hơi như Honda Accord và Prelude vào cuối thập niên 1980, sử dụng các động cơ A20A, A20A3 và A20A4 Năm 1986, Honda Civic cũng được trang bị PGM-FI, và đến năm 1998, VFR800FI trở thành xe gắn máy đầu tiên trên thế giới sử dụng công nghệ này.
Hình 2.22 Thế hệ xe gắn máy đầu tiên sử dụng PGM-FI
2.3.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển động cơ
Hình 2.23 Sơ đồ căn bản của hệ thống EFI
Hệ thống phun xăng điện tử PGM-FI trên xe Honda bao gồm ba thành phần chính: các cảm biến, ECM động cơ và các cơ cấu chấp hành Các cảm biến cung cấp tín hiệu về chế độ hoạt động của động cơ, trong khi ECM xử lý thông tin này và gửi tín hiệu điện áp đến các cơ cấu chấp hành Đồng thời, ECM cũng nhận tín hiệu phản hồi từ các cơ cấu chấp hành, tạo nên sự điều khiển chính xác cho hệ thống phun xăng điện tử.
Hình 2.24 Sơ đồ dạng khối của PGM-FI
1 ECM – Bộ điều khiển động cơ
2 Cảm biến góc quay trục khuỷu
3 Cảm biến áp suất khí nạp
4 Cảm biến độ mở bướm ga
5 Cảm biến nhiệt độ khí nạp
6 Luồng khí nạp vào động cơ
7 ISC – Điều khiển tốc độ không tải
10 Cảm biến nhiệt độ động cơ
Từ tốc độ chậm đến tốc độ cao, kim phun nhiên liệu được điều khiển bởi ECM, phun ra lượng nhiên liệu đã được cài đặt trước, tương ứng với lượng không khí nạp ECM nhận tín hiệu điện áp từ các cảm biến để điều chỉnh chính xác lượng nhiên liệu phun vào ống nạp, phụ thuộc vào thể tích không khí nạp Thời gian phun nhiên liệu cơ bản được tính toán để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho động cơ.
Bộ nhớ ECM lưu trữ hai loại bản đồ dựa trên số vòng quay động cơ và lượng khí nạp Lượng khí nạp được tính toán theo công thức cài đặt trước, sử dụng dữ liệu từ các cảm biến MAP, IAT và TP.
Thời gian phun nhiên liệu được xác định chính xác bởi ECM dựa trên hiệu điện thế đầu ra của các cảm biến và các điều kiện hoạt động của động cơ.
2.3.5 Vị trí các bộ phận trên xe
Hình 2.25 Vị trí các bộ phận của hệ thống PGM-FI xe Wave RSX
(nguồn: www.oto-hui.com)
Hình 2.26 Sơ đồ hệ thống PGM-FI xe Wave RSX
(nguồn: www.oto-hui.com)
