Nguyên lý hoạt động của hệ thống “Idling Stop” trên xe Honda SH
Trải qua gần 10 năm nghiên cứu và phát triển, Hiệu quả mà Idling Stop – do Honda ứng dụng cho các dòng xe tay ga, 4 thì – mang lại là tiết kiệm nhiên liệu, thải khí sạch hơn và đặc biệt thân thiện với môi trường.
Từ năm 1999, Honda đã phát triển hệ thống ngắt/khởi động động cơ tự động với cái tên Idling Stop. Một trong những mẫu xe được trang bị đầu tiên là “Crea Scoopy-I”. Tuy nhiên, càng về sau công nghệ này càng được cải tiến về hiệu quả hoạt động cũng như độ bền. Trển thực, tại Việt Nam đã được khẳng định qua sản phẩm Honda PCX. Trong chuyên đề giới thiệu hệ thống Idling Stop và những hệ thống liên quan.
Phần 1: Nguyên lý hoạt hệ thống Idling Stop
Idling Stop đã xuất hiện từ thế kỷ trước
Với tiêu chí xuyên suốt là phải sáng tạo và ứng dụng một hệ thống nhằm mang lại khả năng tiết kiệm nhiên liệu và khí thải phải sạch đối với dòng xe tay ga, động cơ 4 thì, Honda đã giới thiệu hệ thống tạm ngắt động cơ (Idling Stop) khi dừng đèn đỏ hoặc do tắc đường và sẽ tái khởi động trở lại khi người điều khiển tăng ga đi tiếp.
Crea Scoopy-I – Sản phẩm đầu tiên ứng dụng hệ thống Idling Stop.
Với tiêu chí đó, thế hệ động cơ được ứng dụng công nghệ Idling Stop đã vượt xa tới 50% so với tiêu chuẩn khí thải của Nhật đặt ra vào năm 2008. Thế hệ động cơ mới này cũng có mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn tới 30% so với thế hệ động cơ trước đó. Đó là lý do mà hệ thống này ngày càng phổ biến đối với dòng xe tay ga của Honda trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Thêm vào đó, những lợi ích mà thế hệ động cơ mới này mang lại là tối ưu hoá chế độ hoạt động không tải, tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu, đạt tiêu chuẩn khí thải sạch, giảm độ rung và ồn của động cơ.
Nếu so sánh với động cơ không trang bị hệ thống Idling Stop thì thế hệ động cơ mới ứng dụng công nghệ tiên tiến trên có mức tiêu thụ nhiên liệu trung bình thấp hơn là 5,1%.
Năm 2001, mẫu xe tay ga đầu tiên được trang bị hệ thống Idling Stop là “Crea Scoopy-I”, động cơ 4 kỳ, dung tích 50cc, làm mát bằng nước. Nó có trọng lượng nhẹ hơn nhờ trang bị thêm hệ thống đề ACG hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ. Sự kết hợp của hai hệ thống trên giúp sản phẩm này tiết kiệm tới 5,5% mức tiêu thụ nhiên liệu, nồng độ CO2 trong khí thải giảm 5,1%, CO là 8% và HC là 2% so với động cơ không được trang bị hai hệ thống trên (số liệu trích từ Honda Motor Global).
Nguyên lý hoạt động
Trong hệ thống Idling Stop, ECU điều khiển hoạt động của động cơ là trái tim của hệ thống. Nó nhận tín hiệu đầu vào từ các cảm biến, sau đó xử lý tín hiệu đầu vào để đưa ra tín hiệu điều khiển ngắt hoặc tái khởi động động cơ tuỳ theo tín hiệu nhận được.
Mô phỏng sơ đồ bố trí cảm biến trên xe máy Honda.
Trong đó hệ thống tái khởi động do một hệ thống khởi động ACG hoạt động theo nguyên lý điện từ đóng một vai trò rất quan trọng (chúng tôi xin giới thiệu chi tiết ở phần 2). Còn các cảm biến để cấp tín hiệu cho ECU bao gồm: cảm biến tốc độ, cảm biến nhiệt độ động cơ, cảm biến bướm ga, cảm biến xung điện và cảm biến vị trí người ngồi. Từ đó, ECU sẽ xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển chính xác đến từng chế độ hoạt động của động cơ như khi bắt đầu khởi động, ngắt động cơ khi xe dừng quá một khoảng thời gian xác định (đối với Honda SH mới là 3s) và tái khởi động động cơ… Cụ thể, đối với hệ thống Idling Stop thì ECU có 4 chế độ điều khiển như sau.
4 chế độ điều khiển của ECU.
1. Khởi động lần đầu
Việc khởi động lần đầu tương đương với khoá điện từ trạng thái OFF chuyển sang ON. Ở chế độ này, người lái phải ấn nút khởi động thì động cơ mới khởi động và động cơ sẽ hoạt động ở chế độ không tải. Động cơ cũng không bị ngắt khi dừng quá 3s ở chế độ này với mục đích làm nóng động cơ cũng như bảo đảm hiệu suất hoạt động của hệ thống bôi trơn.
2. Chuyển sang chế độ Idling Stop
Sau khi khởi động, xe di chuyển với tốc độ vượt hơn 10km/h, cảm biến tốc độ xác định được nhiệt độ động cơ lớn hơn 50 độ C, ECU hiểu được rằng động cơ đã được “làm nóng” nên sẽ cho phép hệ thống Idling Stop bắt đầu được hoạt động.
3. Khi xe dừng chuyển động (chế độ Idling Stop sẵn sàng hoạt động)
Mô phỏng hoạt động hệ thống Idling Stop.
Khi xe dừng chuyển động quá 3s, ECU sẽ ra lệnh đóng bướm ga, tắt hệ thống đánh lửa, cảm biến thông báo rằng vẫn có người điều khiển trên xe thì động cơ sẽ ngưng hoạt động. Trong quá trình chờ này, thì hệ thống điều khiển tín hiệu còi, đèn,… vẫn hoạt động bình thường.
4. Chế độ tái khởi động
Khi người lái vặn tay ga, bướm ga được mở trở lại, cảm biến bướm ga gửi thông tin cho ECU và ECU ra lệnh tái khởi động động cơ, cùng lúc đó hệ thống hệ thống đánh lửa, hệ thống cấp nhiên liệu hoạt động trở lại và động cơ hoạt động bình thường, người lái có thể tăng ga đi tiếp.
0,9 giây cho quá trình khởi động
Quảng thời gian từ lúc mở bướm ga tới khi động cơ được đề nổ là 0,5 giây khi động cơ ở chế độ Idling Stop và là 0,9 giây khi không hoạt động. Tức là độ trễ là 0,4 giây. Thực tế cho thấy độ trễ trên trong quá trình khởi động động cơ là không đáng kể.
Đồ thị này so sánh quãng thời gian từ khi mở bước ga tới khi xe chuyển động trong trường hợp động cơ chạy không tải và động cơ ngưng hoạt động. Quãng thời gian từ khi mở bước ga được minh họa bằng trục hoành (nằm ngang), những vòng quay động cơ được thể hiện trên trục tung (thẳng đứng) bên trái, và khoảng cách xe di chuyển được thể hiện trên trục tung bên phải.
.
