đồ án tốt nghiệp cải tiến Hệ thống đánh lửa và Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ xe máy sử dụng bộ chế hòa khí

Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu giải pháp cải tiến hệ thống đánh lửa và hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ xe máy nhằm giảm chi phí nhiên liệu cho động cơ xe máy nhằm sử dụng bộ chế hòa khí Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu giải pháp cải tiến hệ thống đánh lửa và hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ xe máy nhằm giảm chi phí nhiên liệu cho động cơ xe máy nhằm sử dụng bộ chế hòa khí

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2022 Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2022 Giáo viên phản biện

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển mạnh mẽ về cả số lượng và chấtlượng, nó đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội và khoa họccông nghệ Là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ô tô, máy kéo, tàuthuỷ, máy bay và các động cơ cỡ nhỏ khác

Đối với một sinh viên kỹ thuật đồ án tốt nghiệp vô cùng quan trọng Đồ tài tốt

nghiệp của em là “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp cải tiến các hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thống đánh lửa nhằm giảm chi phí nhiên liệu cho động cơ xe máy

sử dụng bộ chế hòa khí” Tuy là một đề tài quen thuộc đối với sinh viên nhưng mục

đích của đề tài rất thiết thực, nó không những giúp cho em có điều kiện để chuẩn lạicác kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúcvới thực tế Do đó việc tìm hiểu đề tài này thật sự đã đem đến cho em nhiều điều hay

em ngày càng hoàn thiện

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn cùng cácthầy cô trong khoa Cơ khí Động lực đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể hoàn thành đồ

án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Hưng Yên, ngày tháng năm 2022

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ii

LỜI NÓI ĐẦU iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Các nội dung chính trong đồ án 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Quá trình cháy trong động cơ xăng và các nhân tố ảnh hưởng 3

1.1.1 Diễn biến của quá trình cháy trong động cơ xăng 3

1.1.2 Những hiện tượng cháy không bình thường 4

1.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình cháy của động cơ xăng 6

1.2 Lý thuyết về đánh lửa trên động cơ 10

1.2.1 Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa 10

1.2.2 Yêu cầu đối với hệ thống đánh lửa 10

1.2.3 Phân loại hệ thống đánh lửa 10

1.3.Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ xăng 11

1.3.1 Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp nhiên liệu 11

1.3.3 Yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ xăng 11

1.3.3 Phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ xăng 11

CHƯƠNG II HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA VÀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 13

2.1 Những hệ thống đánh lửa cơ bản được sử dụng trên động cơ hiện nay 13

2.1.1 Hệ thống đánh lửa má vít 13

2.1.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại có tiếp điểm 14

2.1.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm 15

2.1.4 Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện 17

2.1.5 Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện sử dụng bô bin đôi 18 2.1.6 Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện, sử dụng bô bin đơn 19 2.2 Một số hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến 23

2.2.1 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ 23

2.2.2 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang 26

2.2.3 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall 28

2.3 Những hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ đốt trong 30

2.3.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bộ chế hòa khí 30

2.3.2 Hệ thống nhiên liệu sử dụng phun xăng điện tử 33

2.3.3 So sánh ưu điểm và nhược điểm của hai loại hệ thống cung cấp nhiên liệu .35

CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA VÀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ XE MÁY SỬ DỤNG BỘ CHẾ HÒA KHÍ 36

3.1 Giới thiệu chung về xe Piaggio 36

3.1.1 Quá trình hình thành và phát triển 36

3.1.2 Thông số kỹ thuật của xe Piaggio Liberty 36

3.2 Hệ thống đánh lửa trên xe Piaggio 37

3.2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu 37

3.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên xe Liberty 38 3.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu Piaggio 39

3.3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu 39

3.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu trên xe Liberty 40

3.4 Giải pháp cải tiến hệ thống đánh lửa 42

3.4.1.Thay đổi vị trí đặt bugi 42

3.4.2 Tăng năng lượng tia lửa 43

3.4.3 Tăng số lượng bugi và ảnh hưởng của số lượng bugi đến quá trình cháy 44

3.5 Giải pháp cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu 48

3.5.1 Thay đổi bộ chế hòa khí 48

3.5.2 Thay hệ thống nhiên liệu dùng phun xăng điện tử 48

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

TT Từ viết tắt Nghĩa của ký hiệu, từ viết tắt

11 ge Xuất tiêu hao nhiên liệu của động cơ

14 CDI Capacitor Discharged Ignition (Hệ thống

đánh lửa điện dung)

15 DC – CDI Hệ thống đánh lửa điện dung sử dụng nguồn

một chiều

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 So sánh ưu nhược điểm của hai loại hệ thống

cung cấp nhiên liệu ……… ………34Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của xe 36Bảng 3.2 Ảnh hưởng của vị trí bugi đến yêu cầu trị số

octan và áp suất trung bình có ích pe 42

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài

Bước sang thế kỷ 21, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật của nhân loại đã bước sangmột tầm cao mới Rất nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật, các phát minh sáng chế xuấthiện có tính ứng dụng cao

Là một quốc gia có nền kinh tế đang phát triển, nước ta đã và đang có những cảicách mở cửa mới để thúc đẩy nền kinh tế phát triển Việc tiếp nhận và áp dụng và áp dụngnhững thành tựu khoa học nhằm cải tạo và thúc đẩy sự phát triển của các ngành côngnghiệp mới, với mục đích đưa nước ta từ một nước nông nghiệp có nền kinh tế kém pháttriển thành một nước công nghiệp hiện đại

Trải qua rất nhiều năm phấn đấu và phát triển, hiện nay nước ta đã là một thành viêncủa khối kinh tế quốc tế WTO Với việc tiếp cận với các quốc gia có nền kinh tế pháttriển chúng ta có thể giao lưu học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu và ứng dụng các thành tựukhoa học tiên tiến để phát triển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bước những bước đi vữngchắc trên con đường xây dựng chủ nghĩa xã hội

Nền công nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô, xe máy tăngnhanh, mật độ lưu thông trên đường ngày càng lớn Các xe ngày càng được thiết kế vớicông suất cao hơn, tốc độ chuyển động nhanh hơn thì những yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế kỹthuật càng được coi trọng hơn, một trong những hệ thống ảnh hưởng chính là hện thốngđánh lửa trên động cơ Một ô tô có hệ thống đánh lửa tốt, có độ tin cậy cao thì mới có khảnăng phát huy hết công suất, xe mới có khả năng chạy ở tốc độ cao, tăng tính kinh tếnhiên liệu, tính an toàn và hiệu quả vận chuyển của ô tô tuy nhiên phải đảm bảo nhữngyếu tố về kinh tế kỹ thuật của xã hội ngày nay

Xuất phát từ những thực tiễn nói trên đồng thời được sự giúp đỡ hướng dẫn khoahọc của TS Đào Chí Cường, em được giao đề tài: “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp cải tiếncác hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thống đánh lửa nhằm giảm chi phí nhiên liệu chođộng cơ xe máy sử dụng bộ chế hòa khí”

2 M c tiêu nghiên c uục tiêu nghiên cứu ứu

- Nghiên cứu hệ thống cung cáp nhiên liệu và hệ thống đánh lửa

- Nghiên cứu, tìm hiểu về các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng làm việc của hệthống cung cấp nhiên liệu và hệ thống đánh lửa

- Nghiên cứu về các giải pháp cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thốngđánh lửa trên xe Piaggio

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ượng và phạm vi nghiên cứui t ng v ph m vi nghiên c uà phạm vi nghiên cứu ạm vi nghiên cứu ứu

Tập chung nghiên cứu về hệ thống đánh lửa trên động cơ, hệ thống đánh lửa xe máytrên xe piaggio và ảnh hưởng của chúng đối với chỉ tiêu kinh, tế kỹ thuật

Động cơ iget lắp trên piaggio liberty

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết

* Đọc và nghiên cứu tài liệu

Phương pháp này được dùng trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài, từviệc xây dựng đề cương nghiên cứu vấn đề, xác định các cơ sở lý luận của hệ thống đánhlửa và các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật v.v… Các tài liệu tham khảo là các tài liệu, giáo trình,tạp chí có liên quan đến đề tài

Dựa vào những tài liệu về phương pháp nghiên cứu khoa học, tài liệu chuyênngành ôtô để có hướng nghiên cứu thích hợp

5 Các nội dung chính trong đồ án

Thuyết minh của luận văn được trình bày gồm các phần:

- Mở đầu

- Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

- Chương 2 Hệ thống đánh lửa và hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động

cơ đốt trong

- Chương 3 Nghiên cứu giải pháp cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu và

hệ thống đánh lửa trên động cơ xe máy sử dụng bộ chế hòa khí

- Kết luận và kiến nghị

- Tài liệu tham khảo

Hình 1.1 Quá trình cháy của động cơ xăng

I - cháy trễ; II - cháy nhanh; III - cháy rớt;

1 - đánh lửa; 2 - hình thành màng lửa trung

tâm; 3 - áp suất lớn nhất p z

Hình 1.2 Sơ đồ lan truyền màng

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Quá trình cháy trong động cơ xăng và các nhân tố ảnh hưởng [1],[3]

1.1.1 Diễn biến của quá trình cháy trong động cơ xăng

Quá trình cháy của động cơ xăng

được bắt đầu tính từ lúc bugi bật tia lửa điện

(1) để hình thành trung tâm cháy và hình

thành nên màng lửa, màng lửa được lan

truyền cới tốc độ tăng dần theo mọi hướng

trong không gian buồng cháy để đốt cháy

hết hoà khí nhằm giúp cho hoà khí được

cháy hết, cháy kịp thời Về mặt kết cấu,

người ta bố trí sao cho bugi bật tia lửa điện

trước ĐCT một góc θ (θ là góc đánh lửa

sớm) Hình 1.1 giới thiệu một đồ thị P- f(φ))

điển hình của quá trình cháy 1- là điểm mà

bugi bắt đầu bật tia lửa điện cách ĐCT 1 góc ố được gọi là góc đánh lửa sớm; điểm 2 - làđiểm đường áp suất tách khỏi đường cong nén; điểm 3 - là thời điểm áp suất cực đại Dựavào đặc trưng biến thiên áp suất trên đồ thị P - ử người ta chia quá trình cháy của động cơxăng ra làm ba thời kỳ:

a) Thời kỳ cháy trễ I (điểm1 đến điểm 2)

Quá trình cháy trễ được tình từ lúc bugi bắt đầu bật tia lửa điện điểm 1 cho đến khiđường cong cháy tách khỏi đường cong nén điểm 2, ở thời kỳ này áp suất trong xilanhthay đổi tương tự như thời kỳ nén, lúc này trong không gian buông cháy xuất hiện mộtnguồn lửa được gọi là màng lửa trung tâm, quá trình cháy chưa được cháy ngay mà xuấthiện một loạt các phản ứng sơ bộ vì thế nhiệt lượng toả ra ở thời kỳ này rất nhỏ coi đườngcong cháy trùng với đường cong nén Thời kỳ cháy trễ dài hay ngắn phụ thuộc vào ápsuất và nhiệt độ cuối quá trình nén và năng lượng của tia lửa điện…

b) Thời kỳ cháy nhanh II (điểm 2 đến điểm 3)

Thời kỳ cháy nhanh được tính từ khi đường cong cháy tách khỏi đường cong nén vàđạt được áp suất và nhiệt độ cực đại Trong thời kỳ này màng lửa lan truyền với tốc độ tăngdần, hoà khí trong xilanh có phản ứng oxy hoá ngày một mãnh liệt, màng lửa lan truyềnkhắp không gian buồng cháy, nhiệt lượng toả ra nhiều

trong khi đó dung tích của xilanh hầu như không thay

đổi Thể tích không thay đổi sẽ làm cho áp suất và nhiệt độ tăng nhanh đây là giai đoạncháy chính của động cơ.

Hình 1.2 giới thiệu sơ đồ lan truyền màng lửa trong thời kỳ cháy nhanh của động cơxăng Tốc độ lan truyền và diện tích màng lửa càng lớn sẽ làm cho tốc độ cháy và nhảnhiệt càng lớn làm cho công suất và hiệu suất của động cơ được cải thiện tốt hơn Nhưngnếu tốc độ cháy quá lớn sẽ làm tăng tốc độ tăng áp suất gây va đập và tiếng ồn làm giảmtuổi thọ của động cơ

c) Thời kỳ cháy rớt III tính từ điểm 3 trở đi

Do hoà khí phân bố không đều, điều kiện áp suất và nhiệt đổ ở mọi khu vực trong buồngcháy không hoàn toàn giống nhau nên vẫn còn những khu vực nhiên liệu chưa cháy hết.Trong thời kỳ này lượng nhiệt nhả ra tương đối ít, dung tích xilanh lại tăng nhanh nên áp suấttrong xilanh giảm dần Thời kỳ cháy rớt dài hay ngắn phụ thuộc vào kết cấu của buồng cháy

và vị trí đặt bugi, cá biệt có trường hợp quá trình cháy lan cả sang thời kỳ xả

1.1.2 Những hiện tượng cháy không bình thường

1.1.2.1 Cháy kích nổ

* Hiện tượng cháy kích nổ

Hiện tượng tự cháy của hoà khí khi màng lửa chưa lan truyền tới gọi làn hiện tượngcháy kích nổ Tốc dộ lan truyền màng lửa của hiện tượng cháy kích nổ rất lớn có thể đạttới 1500 ÷ 2000 m/s làm cho hoà khí chưa cháy được bốc cháy với tốc độ cực lớn, làmcho áp suất và nhiệt độ tăng lên đột ngột tạo nên sóng áp suất va đập vào thành váchxilanh tạo nên tiếng gõ của kim loại sắc và đanh Hình 1.3 giới thiệu đồ thị P-V và đồ thịP-φ) của hiện tượng cháy kích nổ Từ đồ thị ta thấy, áp suất môi chất cuối quá trình cháynhanh dao động rất lớn

* Các nhân tố ảnh hưởng tới kích nổ

Nếu thời gian lan truyền màng lửa t1 nhỏ hơn thời gian từ lúc màng lửa bắt đầu lantruyền đến khi hoà khí chưa cháy phát hoả t2 sẽ không có kích nổ Còn nếu t1 > t2 sẽ xảy rakích nổ Có rất nhiều các nhân tố gây ảnh hưởng đến kích nổ như: Chỉ số ốctan, tỉ số nén

ồ, cấu tạo buồng đốt, thời gian đánh lửa, thành phân hoà khí và chế độ làm việc của độngcơ…Ngoài ra, chỉ số ốctan có ảnh hưởng quyết định đến sự phát sinh cũng như cường độcháy kích nổ, chỉ số ốctan càng cao thì hiện tượng kích nổ càng khó xảy ra và ngược lại

1.1.2.2 Cháy sớm

Cháy sớm là hiện tượng bốc cháy của hoà khí trước khi bugi bật tia lửa điện, hiệntượng đó làm sai quy luật cháy bình thường của động cơ nguyên nhân là do muội than bámtrên cực bugi hoặc tán xupáp…hiện tượng cháy sớm gây ra tiếng gõ mạnh hơi trầm, làmcho áp suất tăng cao gây phụ tải cho động cơ Hiện tượng cháy sớm và kích nổ là hai hiệntượng riêng rẽ với nhau nhưng chúng lại có quan hệ tương hỗ với nhau Khi hiện tượngcháy sớm sảy ra sẽ gián tiếp gây ra hiện tượng kích nổ, kích nổ lại làm xuất hiện thêmnhiều mặt nóng làm cho hiện tượng cháy sớm mãnh liệt hơn Cả hiện tượng cháy sớm vàcháy kích nổ đều có hại với động cơ

Hình 1.4 Hiện tượng cháy sớm

Hình 1.3 Cháy kích nổ

a) đồ thị p - V ; b) đồ thị p – φ

Hình 1.5 Ảnh hưởng của thành

phần hòa khí tới tốc độ lan truyền màng lửa u

1.1.2.3 Những hiện tượng cháy không bình thường khác

- Hiện tượng ngắt điện nhưng động cơ vẫn còn làm việc bình thường khá lâu ở chế

độ không tải, tạo ra tiếng gõ máy rất đanh và không ổn định hiện tượng đó là do động cơ

có tỉ số nén cao làm cho hoà khí tự bốc cháy khi nén

- Hiện tượng nổ trên ống xả nguyên nhân là do hiện tượng bỏ lửa của một vài xilanhtạo nên sự tồn tại của hoà khí chưa cháy trên đường thải, số hoà khí trên được châm cháybởi khí thải của một số xilanh khác hoặc do góc đánh lửa muộn của một số động cơ

1.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình cháy của động cơ xăng

1.1.3.1 Ảnh hưởng của chất lượng hoà khí tới quá trình cháy

* Thành phần hoà khí

Quá trình cháy có thể được cháy kiệt và kịp thời hay không phụ thuộc vào tốc độ lantruyền màng lửa, mà thành phần hoà khí là nhân tố gây ảnh hưởng chính tới tốc độ lantruyền màng lửa Kết quả thực nghiệm cho thấy với mỗi một thành phần hoà khí khácnhau sẽ có tốc độ lan truyền màng lửa khác nhau (H.1.5) với α = 0,85 ÷ 0,95 thì tốc độ lantruyền màng lửa cao nhất, áp suất và nhiệt độ cực đại cũng lớn nhất Nếu thành phần hoàkhí nhạt dần đến một giá trị nào đó sẽ làm cho màng lửa không thể lan truyền được khiếncho động cơ hoạt động không ổn định hoặc có thể không hoạt động được Còn nếu hoàkhí quá đậm sẽ dẫn đến thiếu oxy hoà khí không cháy

được Thông thường thành phần hoà khí thường được

giới hạn từ: α = 0,8 ÷ 1,2

* Phân phối hoà khí vào các xilanh

Trong động cơ nhiều xilanh chất lượng hoà khí còn

liên quan đến sự phân phối số lượng và thành phần hoà

khí vào các xilanh, nếu phân phối không đều thì các

xilanh động cơ sử dụng hoà khí có thành phần và số

lượng không đồng đều do đó làm giảm công suất và hiệu

suất động cơ

Hình 1.6 Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm tới quá trình cháy

Hình 1.7 Ảnh hưởng của vị trí

đặt bugi tới quá trình cháy

J - xupáp nạp ; p - xupáp xả ;

A, B, C các vị trí đặt bugi

1.1.3.2 Ảnh hưởng của tia lửa điện tới quá trình cháy

Ảnh hưởng của tia lửa điện tới quá trình cháy gồm có: góc đánh lửa sớm, vị trí đặtbugi, năng lượng của tia lửa điện…

* Góc đánh lửa sớm

Góc đánh lửa sớm ố

(độ, góc quay trục khuỷu

H.3.40) được tính từ thời

điểm bắt đầu bật tia lửa

điện cho tới ĐCT, nó có

ảnh hưởng tới quá trình

390, do phần hoà khí được bốc cháy ở trước

ĐCT, điều đó không những làm cho áp suất trong xilanh tăng lên quá sớm mà còn làm tăng ápsuất lớn nhất khi cháy Nhiệt độ của hoà khí tăng cao sẽ làm tăng khuynh hướng kích nổ

- Đồ thị công a được xác định khi θ = 00 do đánh lửa quá muộn nên quá trình cháycủa hoà khí kéo dài sang thời kỳ giãn nở, áp suất và nhiệt độ cao nhất đều giảm, làm giảmhiệu suất của động cơ

- Đồ thị công được xác định khi θ = 260 đó là góc đánh lửa sớm hợp lý, quá trìnhcháy diễn ra triệt để, công và hiệu suất động cơ đạt giá

trị cao nhất Góc đánh lửa như vậy gọi là góc đánh lửa

tối ưu

* Vị trí đặt bugi

Vị trí đặt bugi trong buồng cháy gây ảnh hưởng

lớn tới hiện tượng kích nổ Khoảng cách từ bugi đến

Hình 1.8 Các loại bugi

a) Bugi nóng; b) Bugi lạnh

khu vực xa nhất của buồng cháy càng dài thì khuynh hướng kích nổ càng lớn Nếu đặtbugi gần xupáp nạp, xa xupáp xả cũng làm tăng khuynh hướng kích nổ Vị trí của bugitrong buồng cháy khác nhau sẽ đòi hỏi số ốctan khác nhau của nhiên liệu H.1.7

8500C Nếu nhiệt độ <5800C sẽ gây tích than trên cực

bugi, gây nên hiện tượng bỏ lửa, còn nếu nhiệt độ

>8500C sẽ làm cho cực bugi trở thành điểm nóng gây

đánh lửa bề mặt

Hình 1.8 a,b giới thiệu cấu tạo các loại bugi Với

loại bugi lạnh dùng cho động cơ có tỉ số nén cao còn

loại bugi nóng dùng cho động cơ có tỉ số nén thấp

* Năng lượng đánh lửa

Muốn cho quá trình cháy được thực hiện tốt thì

tia lửa điện phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy hoà khí Năng lượng của tia lửa điệnphải được giữ tương đối ổn định ở các chế độ tải trọng khác nhau của động cơ, để làmđược điều đó người ta dùng hệ thống đánh lửa bán dẫn thay cho hệ thống đánh lửathường

1.1.3.3 Ảnh hưởng của tốc độ và phụ tải tới quá trình cháy

* Ảnh hưởng của tốc độ

Khi tăng tốc độ của động cơ sẽ làm tăng nhanh tốc độ lan truyền màng lửa (H.1.9).Khi tăng tốc độ động cơ, nếu giữ nguyên góc phun sớm sẽ làm cho thời kỳ cháy kéo dàisang quá trình giãn nở làm giảm hiệu suất động cơ Do đó phải tăng góc phun sớm khităng tốc độ động cơ

Hình 1.9 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ tới tốc độ lan truyền màng lửa

* Ảnh hưởng của tải trọng

Khi động cơ hoạt động ở chế độ tải nhỏ sẽ làm tăng thời gian cháy trễ và kéo dài thờigian cháy như vậy ở chế độ tải nhỏ cần phải tăng góc đánh lửa sớm

Khi động cơ hoạt động ở chế độ tải lớn lượng hoà khí nạp vào xilanh tăng, làm tăng

áp suất cháy, mặt khác do hệ số khí sót ór giảm nên dễ gây hiện tượng kích nổ

1.1.3.4 Ảnh hưởng của tỉ số nén và loại buồng cháy tới quá trình cháy

* Ảnh hưởng của tỉ số nén

Khi tăng tỉ số nén nhiệt độ và áp suất cuối quá trình nén đều tăng, tạo điều kiện chohoà khí cháy tốt, rút ngắn thời gian cháy trễ, làm tăng tốc độ lan truyền màng lửa, tănghiệu suất của động cơ

* Ảnh hưởng của loại buồng cháy tới quá trình cháy

- Loại buồng cháy hình chem.: có cấu tạo gọn, hành trình của màng lửa ngắn, tổn thấtnhiệt ít, đường nạp ít bị uốn cong nên tính năng nạp tương đối tốt Do đặc điểm xupáp đượctreo hơi nghiêng, giữa nắp máy và đỉnh piston có mặt chèn nên cường độ dòng xoáy củahoà khí tương đối cao thúc đẩy quá trình lan truyền màng lửa, tăng chỉ tiêu kinh tế của động

cơ Nhược điểm của loại buồng cháy này là hoà khí trong khu vực chèn rất khó có thể gâyphản ứng oxy hoá nên có một phần nhiên liệu chưa cháy

- Buồng cháy hình chậu: có cấu tạo gọn, diện tích mặt chén lớn, mật độ dòng xoáy củahoà khí mạnh, hành trình của màng lửa ngắn, do đó có khả năng chống kích nổ Nhưng tínhnăng nạp của loại buồng cháy này kém hơn so với buồng cháy hình nêm

- Buồng cháy hình bán cầu: xupáp nạp cĩ đường kính lớn hơn xupáp xả do đĩ tăngtính năng nạp hịa khí mới, hành trình màng lửa ngắn, tốc độ cháy cao tổn thất nhiệt ít,làm tăng tính năng động lực của buồng cháy, nhược điểm của loại buồng cháy này làcường độ dịng xốy yếu, dễ gây kích nổ.

1.2 Lý thuy t v ánh l a trên ết về đánh lửa trên động cơ ề đánh lửa trên động cơ đánh lửa trên động cơ ửa trên động cơ đánh lửa trên động cơộng cơng cơ

1.2.1 Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa trên động cơ cĩ nhiệm vụ biến dịng điện một chiều cĩ hiệuđiện thế thấp (12V hoặc 24V) thành các xung điện thế cao từ (15.000V đến 40.000V) đủ

để tạo nên tia lửa điện cao thế để đốt cháy hổn hợp khí nhiên liệu trong xi lanh của động

cơ xăng ở thời điểm thích hợp với các chế độ làm việc của động cơ và theo một thứ tự nổnhất định

1.2.2 Yêu cầu đối với hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa phải đảm bảo hệ thống đánh lửa đủ lớn để phĩng qua khe hởgiữa các điện cực của nến đánh lửa

Tia lửa điện cao thế phải cĩ năng lượng đủ lớn để đốt cháy hổn hợp khi khởi độngcũng như các chế độ làm việc khác của động cơ

Thời điểm đánh lửa phải ứng với các gĩc đánh lửa sớm hợp lí nhất cho mọi chế độlàm viêc của động cơ

Phải cĩ hệ số dự trữ điện thế

K đl=

U 2 mã

U dl =1,2÷1,5 Trong đĩ: U2max thế hiệu lớn nhất của biến áp đánh lửa

Udl điện thế cần đủ để tạo nên tia lửa điện phĩng qua khe hở giữa các điện cựccủa nến lửa

1.2.3 Phân loại hệ thống đánh lửa

1.2.3.1 Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc

HTĐL kiểu cơ khí(loại thường)

HTĐL Manhêtơ và vơ lăng Manhetic

HTĐL bán dẫn

HTĐL điện tử

1.2.3.2 Theo kiểu cảm biến đánh lửa (HTĐL bán dẫn không tiếp điểm)

HTĐL không có bộ chia điện(đánh lửa trực tiếp)

1.3.H th ng cung c p nhiên li u cho ệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ xăng ối tượng và phạm vi nghiên cứu ấp nhiên liệu cho động cơ xăng ệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ xăng đánh lửa trên động cơộng cơng c x ngơ ăng

1.3.1 Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp nhiên liệu

- Lọc sạch không khí, nhiên liệu đảm bảo cung cấp cho động cơ một lượng hỗnhợp đúng về thành phần, đủ về số lượng phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ

- Dự trữ một lượng nhiên liệu đảm bảo cho động cơ làm việc được trong thời giannhất định

1.3.3 Yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ xăng

- Cung cấp hỗn hợp với thành phần thích hợp với từng chế độ làm việc của độngcơ

- Phần lớn nhiên liệu trong hỗn hợp ở dạng hơi xăng, phần còn lại được tồn tại ởdạng hạt có kích thước rất nhỏ

- Hệ số dư lượng không khí phải đồng đều giữa các xy lanh

Hiện nay hệ thống nhiên liệu động cơ xăng có hai loại chính là hệ thống nhiên liệudùng bộ chế hòa khí hay thường gọi là cacbuarator và hệ thống nhiên liệu phun xăng

1.3.3 Phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ xăng

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ có hai loại: dùng bộ chế hòa khí vàphun xăng Loại dùng bộ chế hòa khí được dùng trên các xe đời cũ, nhiên liệu được cungcấp vào động cơ thông qua một thiết bị đó là bộ chế hòa khí Bộ chế hòa khí hòa trộnkhông khí với nhiên liệu trước khi cho vào trong xy lanh Đây là thiết bị cơ khí hoàn toàn,dùng hiệu ứng Ventury: khi dòng không khí đi qua chỗ hẹp, áp suất và tốc độ đồng thờităng lên, hút nhiên liệu trong một ngăn chứa

- Loại phun xăng, hay còn gọi là loại được điều khiển điện tử Nhiên liệu đượcbơm được đưa đến kim phun Lượng nhiên liệu đi vào xy lanh được quyết định bằng thờigian nhấc kim phun Khoảng thời gian này do bộ điều khiển tính toán thông qua rất nhiềucảm biến như cảm biến đo lượng không khí nạp vào, nhiệt độ không khí nạp, nhiệt độnước làm mát, tốc độ động cơ.

CHƯƠNG II HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA VÀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN

LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.1 Nh ng h th ng ánh l a c b n ệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ xăng ối tượng và phạm vi nghiên cứu đánh lửa trên động cơ ửa trên động cơ ơ ản được sử dụng trên động cơ hiện nay [10], đánh lửa trên động cơượng và phạm vi nghiên cứu ửa trên động cơ ục tiêu nghiên cứuc s d ng trên đánh lửa trên động cơộng cơng c hi n nay [10],ơ ệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ xăng[11]

2.1.1 Hệ thống đánh lửa má vít

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa má vít

2 Khóa điện 6 Cuộn thứ cấp 10 Cặp tiếp điểm

3 Điện trở phụ 7 Con quay chia điện 11 Cam chia điện

4 Cuộn sơ cấp 8 Thân bộ chia điện 12 Tụ điện

- Nguyên lý làm việc

Theo sơ đồ hệ thống trên hình 2.1 ta thấy, khi tiếp điểm đóng, dòng điện từ cực (+)

ắc quy  cực (+) của cuộn sơ cấp  tiếp điểm và ra mát  âm ắc quy (lúc này tiếp điểmđóng).Khi trục khuỷu động cơ quay làm trục bộ chia điện quay, vấu cam quay bộ chiađiện quay và làm mở tiếp điểm, dòng điện chạy qua cuộn dây sơ cấp bị ngắt đột ngột Do

đó từ thông sinh ra trong cuộn sơ cấp giảm, do hiện tượng tự cảm của cuộn sơ cấp và cảmứng tương hỗ của cuộn thứ cấp nên ngăn cản sự giảm từ thông Suất điện động tự cảmtăng khoảng 500 V, trong khi đó suất điện đọng cảm ứng tương hỗ tăng lên khoảng 30

KV, gây nên phóng tia lửa điện ở bugi

Khi tiếp điểm đóng trở lại, dòng điện bắt đầu chạy qua cuộn sơ cấp và từ thông củacuộn sơ cấp bắt đầu giảm Kết quả là dòng điện không tăng đột ngột và sinh ra suất điệnđộng cảm ứng tương hỗ không đáng kể trong cuộn thứ cấp [4-8]

2.1.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại có tiếp điểm

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm gồm có: nguồn điện, khoá điện, điện trởphụ R1 ,R2 được đặt chung trong một hộp Transistor thuận đóng cắt dòng cung cấp códòng làm việc 12 A, điện áp định mức làm việc 120 V Dể transistor làm việc tích cực ta

sử dụng một biến áp xung gồm hai cuộn dây W1’, W’2 Trong đó cuộn W’1 đóng vai trònhư một điện trở phân cực R4 là điện trở phân áp cho cực bazơ của transistor khi nó làmviệc Tụ C2 là tụ một chiều có trị số điện dung lớn khoảng 50  F duy trì điện áp làm việccủa mạch khi điện áp nguồn có sự thay đổi Transistor được điều khiển bởi tiếp điểm ĐL

và được bảo vệ nhờ điốt Db khi dòng sơ cấp bị mất đột ngột ĐB được mắc nối tiếp với điốtcách ly ĐC có tác dụng ngăn không cho dòng điện đi qua Transistor và không đi qua W1.ởtrạng thái bình thường mạnh dao động R3- C1 giúp cho quá trình làm việc của Transistorđược tốt hơn Người ta bố trí các bộ phận C2, Transistor, biến áp xung, Đb , Đc, R3 ,C1,trong cùng một hộp và gọi là hộp chuyển mạch TK102 Biến áp đánh lửa gồm hai cuộn

dây, cuộn sơ cấp W1 cuộn dây thứ cấp W2 Biến áp có hệ số tự cảm nhỏ hệ số biến áp lớn

số vòng dây của cuộn W1 khoảng 180 vòng cuộn W2 có khoảng 41000 vòng Hai cuộndây không đấu chung một đầu dây W1 nối với mát

2.1.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm

+ Hệ thống gồm : Các bóng transistor (T1, T2, T3) điều khiển dòng sơ cấp Biến ápxung (W1, W2) giúp T1 đóng tích cực Điôt hồi tiếp Đht và điện trở R1 giúp T2 đóng tíchcực và bộ phát lệnh PL (∞) giúp T3 đóng tích cực ở chu kỳ (+) Bộ phát lệnh là một máyphát xoay chiều cỡ nhỏ có chức năng thay tiếp điểm điều khiển transistor T3 Điôt cách ly(ĐC) và điôt bảo vệ (ĐB) có nhiệm vụ bảo vệ transistor T1

+ Nguyên lý làm việc:Khi khoá điện đóng nhưng chưa khởi động động cơ, bộ phátlệnh chưa làm việc(chưa phát ra điện), BT3 nối với (+) nguồn qua điện trở R4 và các cuộndây của bộ phát lệnh Cực phát ET3 nối với (+) nguồn, không tạo ra sự chênh áp nêntransistor khoá Lúc này cực gốc của transistor T2 được nối mát qua điện trơ R5 , còn cựcphát ET3 nối với (+) ắc quy Có sự chênh lệch điện áp giữa cực phát và cực gốc Transistor

T2 mở dòng điều khiển Ib2 có chiều :

(+) ắc quy  Khoá điện  Đht W1W2 EBT2 R5Mát  (-) ắc quy

Lập tức xuất hiện dòng làm việc IC2 có chiều như sau :

(+) ắc quy  KĐhtW1W2ET2ECT2CT2Rđ2R1R2 Mát (-) ắc quy

Khi có dòng điện qua biến áp xung (W1, W2) tạo nên sự chênh áp giữa cực phát, vàcực góp của transistor T1, T2 mở dòng điều khiển Ib1 có chiều:

(+) ắc quy Khoá điện  ĐhtET1 EBt1 BT1W2 ECT2 Rf2 Rf1 Mát

đồng thời dòng làm việc IC2:

+) ắc quy  Khoá điện  Đht ET1 ECT1 CT1W1 Rf2 Rf1 Mát

Như vậy đã có dòng sơ cấp của biến áp đánh lửa, làm xuất hiện sức điện động tựcảm có chiều chống lại sự gia tăng của dòng sơ cấp I1 Do hệ số tự cảm nhỏ, sự cản trở làkhông đáng kể trong cuộn sơ cấp W2 xuất hiện suất điện động tự cảm nhỏ, chưa đủ nănglượng để cung cấp cho bugi Đó chính là thời gian gia tăng dòng sơ cấp I1 Khi ta khởiđộng động cơ, bộ phát lệnh làm việc.Vì P1 là máy phát điện xoay chiều nên xét hai trườnghợp :

- Khi thế âm đặt vào cực gốc T3 (ET3), tức là đã xuất hiện phân cực thuận cho T3 nên

T3 lúc này mở, xuất hiện dòng điều khiển IB3 có chiều:

(+) PL  ET3 EBT3 R4 (-) PL

đồng thời làm xuất hiện dòng làm việc IC3 có chiều:

(+) PL  ET3 ECT3 CT3 BT2

Lúc này T3 giúp T2 phân cực ngược nên T2 khoá do đó dòng điều khiển IB1 bị ngắt,

T1 khoá, IC1 mất đột ngột Tương ứng dòng sơ cấp I1 bị cắt đột ngột Theo hiện tượng cảmứng điện từ cuộn W2 sinh ra một sức điện động cảm ứng lớn (25KV 30KV), ở cuộn sơcấp W1 cũng có một sức điện động tự cảm khoảng 100(V), nhờ có ĐB1 Khi vượt qua100(V), ĐB1 sẽ đánh thủng tạo thành mạch kín, xảy ra sự sụt áp tại Rf1 và Rf2 dẫn đến điện

áp tự cảm luôn nhỏ hơn điện áp đánh thủng của transistor T1 nên T1 được bảo vệ Đồngthời mạch thứ cấp biến áp đánh lửa đủ năng lượng phóng điện tạo tia lửa cho bugi.Khi bộphát lệnh đặt thế (+) vào cực gốc của transistor T3., có nghĩa đã phân cực ngược cho T3

nên T3 khoá

2.1.4 Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện

Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện

1 Tín hiệu tốc độ động cơ 5 Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát

2 Tín hiệu vị trí trí trục khủy 6 Tín hiệu điện áp ắc quy

3 Tín hiệu lưu lượng khí nạp 7 Tín hiệu kích nổ

4 Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga

Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu gửi về, trong đó quan trọng nhất là các xung

G, xung NE và tín hiệu của cảm biến đo gió, bộ xử lý của ECU sẽ tính toán và chọnngay ra một điểm trên bề mặt lập trình, tức là chọn ngay một góc đánh lửa sớm tối ưu ởtốc độ và mức tải đó (chương trình đánh lửa sớm ESA - Electronic Spark Advance) Rồithông qua một bóng điều khiển trong ECU xuất xung IGT (ignition timing) tới IC đánhlửa.Khi IC đánh lửa nhận được xung IGT ở đầu vào mạch transisitor, mạch này điềukhiển bóng Transistor ON để nối mát cho cuộn sơ cấp W1 của bôbin qua chân C của ICđánh lửa Khi đó xuất hiện dòng sơ cấp trong bôbin tạo ra từ trường, từ trường tồn tại

trong bôbin cho tới khi bóng Transistor OFF, khi đó từ thông biến thiên cực nhanh vàcảm ứng ra xung cao áp ở cuộn dây thứ cấp W2 của bôbin Xung cao áp này được bộ chiađiện đưa đến bugi theo thứ tự nổ của động cơ (hoặc tới thẳng bugi), tạo tia lửa điện đốtcháy hòa khí

2.1.5 Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện sử dụng bô bin đôi

Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện sử dụng bô bin đôi

Loại này sử dụng 2 bobin: (cho động cơ 4 xilanh)

+ Bobin thứ nhất có 2 đầu của cuộn dây thứ cấp được nối trực tiếp với bugi số 1

và bugi số 4

+ Bobin thứ 2 được nối với bugi số 2 và bugi số 3

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện sử dụng bô

bin đôi

Phân phối điện cao áp được thực hiện như sau:

- Ở thời điểm đánh lửa xilanh số 1 và số 4 cùng ở vị trí điểm chết trên, nhưng điệntrở của 2 bugi thì lại khác nhau R1#R4

- Ví dụ như xilanh số 1 ở kỳ nén thì điện trở R1 của bugi số 1 rất lớn, ngược lại ởxilanh số 4 đang ở kỳ xả nên điện trở R4 của bugi số 4 là rất nhỏ do sự xuất hiện của nhiềuion ở phản ứng cháy và nhiệt độ cao Do đó mà : R1>>R4 như vậy thì hiệu điện thế củabugi số 1 là cao, còn hiệu điện thế ở bugi số 4 sấp sỉ bằng 0 nên chỉ có bugi số 1 có thểđánh lửa

- Ngược lại khi R4>>R1 thì chỉ có duy nhất bugi số 4 đánh lửa

- Việc đánh lửa ở bugi số 2 và số 3 cũng tương tự như bugi số 1 và số 4

- ECU sẽ đưa ra xung điều khiển để đóng mở transitor T1 và T2 tuần tự theo thứ tự

nổ của động cơ: 1-3-4-2 hoặc 1-2-4-3

- Đối với động cơ 6 xilanh thì để đảm bảo cho thứ tự nổ sẽ sử dụng 3 bobin, mộtbobin cho bugi (xinlanh) số 1 và số 6, một bobin cho bugi (xilanh) số 2 và số 5, một bobincho bugi (xilanh) số 3 và số 4

2.1.6 Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện, sử dụng bô bin đơn

Trong hệ thống đánh lửa lập trình bộ chia điện không còn được sử dụng nữa.Thayvào đó, hệ thống đánh lửa lập trình cung cấp một bô bin cùng với một IC đánh lửa độc lậpcho mỗi xy-lanh

Vì hệ thống này không cần sử dụng bộ chia điện hoặc dây cao áp nên nó có thể giảmtổn thất năng lượng trong khu vực cao áp và tăng độ bền.Đồng thời nó cũng giảm đếnmức tối thiểu nhiễu điện từ, bởi vì không sử dụng tiếp điểm trong khu vực cao áp.Chứcnăng điều khiển thời điểm đánh lửa được thực hiện thông qua việc sử dụng ESA (đánh lửasớm bằng điện tử)