Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đánh lửa cho động cơ một xy lanh có tỉ số nén thay đổi

T TẮT Luận văn trình bày nội dung thiết kế chế tạo hệ thống đánh lửa và bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm trên động cơ một xy lanh Diesel D28 thay đổi tỉ số nén dùng trong thí nghiệm.. Đề t

I H C G TRƯỜ G I H C BÁCH KHOA -

I H C G TRƯỜ G I H C BÁCH KHOA -

ỜI CA OA

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Công trình được phát triển trên động cơ Diesel D28 có tỉ số nén thay đổi là đề tài luận văn cao học cùng khóa K32, chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí động lực của Kỹ sư Lê Đức Trọng Nguyễn

Vì vậy, các số liệu và kết quả đã nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực, không sửa đổi và chưa được công bố ở trong bất kỳ công trình nào khác

Với luận văn này, nay tôi xin trình bày và công bố trước hội đồng xét duyệt Nếu có gì sai sót tôi xin chịu mọi hoàn toàn trách nhiệm trước hội đồng xét duyệt

Tác giả

ĐỖ PHÚ NGƯU

ỜI CẢ

Sau một thời gian học tập và thực hiện luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, ngoài sự nổ lực của bản thân, tác giả chân thành cảm ơn các thành viên thực hiện trong nhóm đề tài luận văn tốt nghiệp thực hiện trên động cơ cải tạo từ động cơ Diesel D28, đến nay luận văn đã hoàn thành

Tác giả vô cùng biết ơn quý thầy trong Khoa Cơ khí Giao thông - Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, đặc biệt là Thầy PGS TS Dương Việt Dũng đã hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình và đóng góp quan trọng trong định hướng nghiên cứu của đề tài

Do hạn chế về khả năng, đề tài được thực hiện mới hoàn toàn, trong điều kiện thiếu thiết bị kiểm thử, thiếu thời gian cũng như nguồn thông tin nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong tiếp tục nhận được những ý kiến đóng góp

để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận văn

T TẮT

Luận văn trình bày nội dung thiết kế chế tạo hệ thống đánh lửa và bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm trên động cơ một xy lanh Diesel D28 thay đổi tỉ số nén dùng trong thí nghiệm Thực nghiệm so sánh khả năng phát công suất của động cơ ở tốc độ 2

v ng phút và 4 v ng phút khi sử dụng nhiên liệu xăng thương phẩm RON 92 với góc đánh lửa thay đổi từ 50 đến 250 và các tỉ số nén từ 9,75 đến 11,0 Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi sử dụng nhiên liệu xăng RON 92, khi tăng tỉ số nén động cơ từ 9,75 lên 10,0, kết quả thực nghiệm cho thấy góc đánh lửa tối ưu động cơ thay đổi tương ứng giảm 2,50 Ở cùng tỉ số nén, động

cơ thí nghiệm Diesel D28 thay đổi tỉ số nén chạy nhiên liệu xăng RON 92 khi tăng tốc

độ động cơ từ 2 v ng phút đến 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm động cơ tăng tương ứng 250

Công suất động cơ thí nghiệm Diesel D28 thay đổi tỉ số nén cao nhất

ở tốc độ 4 ứng với tỉ số nén 10,25, góc đánh lửa sớm 17,50

, khi chạy ở tỉ số nén 11,0 động cơ bị kích nổ

Đề tài luận văn Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đánh lửa cho động cơ một xy lanh có tỉ số nén thay đổi được phát triển trên cơ sở động cơ có tỉ số nén thay đổi được kỹ sư Lê Đức Trọng Nguyễn thiết kế trong luận văn nghiên cứu cao học, Nghiên cứu thiết kế động cơ thí nghiệm một xy lanh có tỉ số nén thay đổi

ABSTRACT

The thesis presents the design of the ignition system and the ignition timing control on a diesel engine D28 changes the compression ratio used in the experiment Experimental comparison of engine power output at 1200 rpm and 1400 rpm when using petrol RON 92 fuel with ignition angle varies from 150 to 250 and the compression ratio from 9,75 to 11,0 Research results show that the D28 test engine has a variable compression ratio using RON 92 gasoline fuel, as the engine compression ratio increases from 9,75 to 10,0, the experimental results show that the optimum ignition angle Mechanical change decreased by 2,50 At the same compression ratio, the D28 diesel engine changes the compression ratios of the RON

92 gasoline fueled gasoline fueled engines by increasing the engine speed from 1200 rpm to 1400 rpm, early engine ignition angle increased by 1,250 The engine power of the D28 diesel engine changes the compression ratio to the highest at 1400 with a compression ratio of 10,25, an early ignition angle of 17,50, when running at the compression ratio of 11,0 engines being detonated

Thesis "Study design and manufacture of ignition system for a cylinder engine with variable compression ratio" was developed on the basis of a variable compression ratio engine designed by engineer Le Duc Trong Nguyen "Study on engine design for

a cylinder with variable compression ratio"

ỤC ỤC

LỜI CAM ĐOAN i

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

T NH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ T I 1

2 MỤC TI U NGHI N CỨU 1

3 Đ I TƯ NG V PH M VI NGHI N CỨU 1

4 PHƯƠNG PHÁP NGHI N CỨU 2

5 CỤC ĐỀ T I 2

Chương TỔNG QUAN 4

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL D28 4

Thông số kỹ thuật 4

2 Đặc điểm kết cấu động cơ Diesel D28 4

2 .2 Nắp máy 5

2 .2.2 Cơ cấu phân phối khí 6

2.1.2.3 Thân máy 6

2.1.2,5 Pít tông 7

2 .2.6 Thanh truyền 8

2 .2.7 Trục khuỷu 9

2.1.2.8 Hệ thống bôi trơn và làm mát 10

2 .2.9 Hệ thống nhiên liệu 11

2 TỔNG QUAN VỀ HỆ TH NG ĐÁNH LỬA 13

2 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa trên ôtô 13

1.2.1.1 Nhiệm vụ 13

2 .2 Yêu cầu 13

1.2.1.3 Phân loại 14

2.2 Các hệ thống đánh lửa cơ bản dùng trên ô tô 15

2.2 Hệ thống đánh lửa bằng tiếp điểm vít lửa 16

2.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 22

2.2.3 Hệ thống đánh lửa điều khiển từ ECU có bộ chia điện 34

2.2.4 Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng ECU không bộ chia điện 35

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 41

2 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ DIESEL D28 THAY ĐỔI TỈ S NÉN 41

2 ản vẽ kết cấu nắp máy động cơ Diesel D28 thay đổi tỉ số nén 41

2 .2 Nắp máy động cơ Diesel D28 thay đổi tỉ số nén 44

2 .3 Động cơ Diesel D28 thay đổi tỉ số nén 8.5 – .5 thiết kế chế tạo hệ thống đánh lửa của đề tài 46

2 .3 Phương án thiết kế 46

2 .3.2 Tính toán pít tông động cơ ở tỉ số nén .5 47

2.2 CÁC THÔNG S CHỦ YẾU CỦA HỆ TH NG ĐÁNH LỬA 50

2.2 Thông số hệ thống đánh lửa 50

2.2 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m 50

2.2 .2 Hiệu điện thế đánh lửa Uđl 50

2.2 .3 Hệ số dự trữ Kdt 51

2.2 .4 Năng lượng dự trữ Wdt 51

2.2 .5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S 52

2.2 .6 Tần số và chu kỳ đánh lửa 52

2.2 .7 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 52

2.2 .8 Góc đánh lửa sớm 53

2.2.2 Lý thuyết đánh lửa trong ô tô 53

2.2.2 Quá trình tăng trưởng d ng sơ cấp 54

2.2.2.2 Quá trình ngắt d ng sơ cấp 57

2.2.2.3 Quá trình phóng điện ở điện cực bugi bugi 59

2.2.3 Sự cần thiết phải điều khiển thời điểm đánh lửa 61

2.2.2 Giai đoạn cháy trễ 62

2.2.2.2 Giai đoạn lan truyền ngọn lửa 63

2.2.3 Điều khiển thời điểm đánh lửa 64

2.2.3 Điều khiển tốc độ động cơ 64

2.2.3.2 Điều khiển theo tải trọng của động cơ 64

2.2.3.3 Điều khiển tiếng gõ động cơ 65

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, CHẾ T O HỆ TH NG ĐÁNH LỬA 67

CHO ĐỘNG CƠ MỘT XY LANH CÓ TỈ S NÉN THAY ĐỔI 67

3 PHƯƠNG ÁN CHỌN HỆ TH NG ĐÁNH LỬA THIẾT KẾ 67

3.1.1 Phương án thiết kế tương tự hệ thống đánh lửa xe gắn máy 67

3 Hệ thống đánh lửa xoay chiều AC - CDI : 67

3 .2 Hệ thống đánh lửa một chiều DC - CDI: 67

3 .2 Phương án thiết kế tương tự HTĐL bán dẫn không tiếp điểm của ô tô 68

3 .3 Hệ thống đánh lửa thiết kế: 68

3.2 PHƯƠNG ÁN CHỌN CÁC THIẾT Ị HTĐL 69

3.2 Phương án chọn cảm biến điện từ: 69

3.2.2 Phương án chọn IC đánh lửa: 70

3.2.3 Phương án chọn Bô bin đánh lửa: 71

3.2.4 Phương án chọn dây cao áp: 72

3.2,5 Phương án chọn Bugi đánh lửa: 72

3.3 PHƯƠNG ÁN TR HỆ TH NG ĐÁNH LỬA TR N ĐỘNG CƠ 74

3.3 Phương án bố trí lắp đặt bugi trên nắp máy 74

3.3.2 Phương án bố trí lắp đặt cảm biến đánh lửa trên động cơ 77

3.3.2 Phương án bố trí cảm biến đánh lửa 77

3.3.2.2 Phương án gia công lắp đặt v ng thay đổi từ 78

3.3.3 Chế tạo hệ thống đánh lửa trên động cơ 79

3.3.3 Gia công, gá lắp bugi 79

3.3.3.2 Gia công v ng thép thay đổi từ 80

3.3.3.3 Gia công bách lắp cảm biến 80

3.4 THIẾT KẾ ĐIỀU CHỈNH GÓC ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ 82

3.4 Phương án thiết kế: 82

3.4.2 Phương án lựa chọn 83

3.4.3 Thiết kế chế tạo bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm động cơ 83

3.5 HO T ĐỘNG V THỬ NGHIỆM HỆ TH NG ĐÁNH LỬA 84

3.5 Kiểm tra thông số hệ thống đánh lửa 84

3.5.2 Kiểm tra hoạt động hệ thống đánh lửa 84

KẾT LUẬN: 85

CHƯƠNG 4: TH C NGHIỆM ĐÁNH GIÁ T NH N NG K THUẬT ĐỘNG CƠ KHI THAY ĐỔI GÓC ĐÁNH LỬA SỚM, THAY ĐỔI TỈ S NÉN 86

4 MỤC Đ CH THỬ NGHIỆM 86

4.2 Đ I TƯ NG THỬ NGHIỆM 86

4.3 QUY TRÌNH V PH M VI THỬ NGHIỆM 86

4.3 Quy trình thực nghiệm 86

4.3.2 Phạm vi thử nghiệm 87

4.4 SƠ ĐỒ TR THỬ NGHIỆM V TRANG THIẾT Ị THỬ NGHIỆM 87

4.4 Giới thiệu về thiết bi thử công suất động cơ 87

4.4.2 Các bộ phận thuộc băng thử công suất 89

4.4.2 Hệ thống đo lường 89

4.4.2.2 Phanh thủy lực 89

4.4.2.3 Các tín hiệu cảm biến đầu vào 90

4.4.2.4 Các thiết bị xử lý tín hiệu 93

4.4.2,5 Tổng quan phần mềm 95

4.5 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 97

4.5 Kết quả đo công suất động cơ trên băng thử tải 97

4.5.2 Đánh giá kết quả thử nghiệm 100

KẾT LUẬN V TRIỂN VỌNG 101

T I LIỆU THAM KHẢO 102

DA H ỤC HÌ H Ả H

Hình Động cơ Diesel D28 4

Hình 2 Kết cấu nắp máy động cơ Diesel D28 5

Hình 3 Nắp máy động cơ Diesel D28 5

Hình 4 Cấu tạo của hệ thống phân phối khí 6

Hình 5 Thân máy động cơ Diesel D28 7

Hình 6 Kết cấu pít tông động cơ Diesel D28 8

Hình 7 Đỉnh pít tông động cơ Diesel D28 8

Hình 8 Cấu tạo thanh truyền 9

Hình 9 Thanh truyền động cơ Diesel D28 9

Hình Kết cấu của trục khuỷu 10

Hình Trục khuỷu động cơ Diesel D28 10

Hình 2 Cấu tạo bơm cao áp 11

Hình 3 V i phun nhiên liệu 12

Hình 4 Thời điểm đánh lửa sớm 13

Hình 5 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bằng tiếp điểm vít lửa) 16

Hình 6 Vít điều khiển hệ thống đánh lửa 16

Hình 7 Cấu tạo, hình dạng Bô bin điện 18

Hình 8 Hình dạng bộ chia điện 19

Hình 9 Hình dạng, kết cấu dây cao áp 20

Hình 2 Hình dạng bugi 21

Hình 2 Kết cấu bugi 21

Hình 22 Tụ điện 22

Hình 23 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển bằng tiếp điểm 24

Hình 24 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển của Motorola 25

Hình 25 Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên 25

Hình 27 Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng điện từ 27

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý làm việc của cảm biến quang 29

Hình 3 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall 30

Hình 32 Sơ đồ cấu tạo cảm biến Hall 30

Hình 33 Cấu tạo bộ chia điện với cảm biến Hall 31

Hình 34 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall 32

Hình 35 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall OSCH 32

Hình 36 Hệ thống đánh lửa điều khiển từ ECU có bộ chia điện 34

Hình 37 Bô bin hệ thống đánh lửa không bộ chia điện 36

Hình 38 Sơ đồ mạch đánh lửa động cơ Uaz 36 2 dùng bô bin đôi 37

Hình 39 Sơ đồ mạch của động cơ 4 xylanh kiểu igniter đặt trong bô bin 38

Hình 4 Sơ đồ của động cơ 4 xylanh ở hãng Toyota 39

Hình 4 Kết cấu modul đánh lửa trực tiếp hãng Toyota 40

Hình 2 Hình chiếu đứng nắp máy trước khi gia công 41

Hình 2.2 Mặt cắt nắp máy trước khi gia công 42

Hình 2.3 Mặt cắt xy lanh pít tông thứ nhất bố trí trên nắp máy 42

Hình 2.4 Mặt cắt xy lanh pít tông thứ hai bố trí trên nắp máy 43

Hình 2,5 Mặt cắt xy lanh pít tông thứ hai bố trí trên nắp máy 43

Hình 2.6 Cơ cấu thay đổi tỉ số nén bố trí trên nắp máy động cơ D28 44

Hình 2.7 Nắp máy động cơ D28 bố trí cơ cấu thay đổi tỉ số nén 44

Hình 2.8 Cơ cấu thay đổi tỉ số nén bố trí trên nắp máy động cơ D28 45

Hình 2.9 Động cơ Diesel D28 thay đổi tỉ số nén 45

Hình 2 Mặt cắt pít tông động cơ D28 nguyên bản 47

Hình 2 Mặt cắt đỉnh pít tông dùng nhiên liệu xăng động cơ có tỉ số 7 48

Hình 2.13 Pít tông động cơ nhiên liệu xăng ở tỉ số nén 50

Hình 2 4 Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải động cơ 51

Hình 2 5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa 54

Hình 2 6 Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa 54

Hình 2 7 Quá trình tăng trưởng d ng sơ cấp I 55

Hình 2 8 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa 58

Hình 2 9 Qui luật biến đổi d ng điện sơ cấp I và hiệu điện thế thứ cấp U2m 59

Hình 2.2 Qui luật biến đổi hiệu điện thế thứ cấp U2m và cường độ d ng điện thứ cấp I2 khi transistor công suất ngắt 60

Hình 2.2 Thời điểm đánh lửa sớm 62

Hình 2.22 Giai đoạn cháy trễ 62

Hình 2.23 Giai đoạn lan truyền ngọn lửa 63

Hình 2.24 Thời điểm đánh lửa 64

Hình 2.25 Thay đổi góc đánh lửa sớm theo tải của động cơ 65

Hình 2.26 Thay đổi góc đánh lửa sớm theo tiếng gõ động cơ 66

Hình 3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng điện từ 68

Hình 3.2 Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên 69

Hình 3.3 Kết cấu cảm biến, và cuộn dây nhận tín hiệu cảm biến đánh lửa 70

Hình 3.4 Sơ đồ cấu tạo IC đánh lửa Toyota 71

Hình 3.5 IC đánh lửa Toyota 71

Hình 3.6 Kết cấu bô bin điện, bô bin Toyota 72

Hình 3.7 Hình dạng, kết cấu dây cao áp 72

Hình 3.8 Dây cao áp Toyota 72

Hình 3.9 Hình dạng bugi 73

Hình 3 ản vẽ mặt cắt dọc nắp máy 74

Hình 3 ản vẽ mặt bề mặt nắp máy 75

Hình 3 2 ản vẽ kết cấu v i phun dầu và bugi chọn gia công 76

Hình 3 3 ản vẽ Bugi trong l ng v i phun 76

Hình 3 4 Mặt trước và mặt sau động cơ Diesel D28 77

Hình 3 5 ản vẽ thiết kế vành thay đổi từ lắp trên bánh đà 78

Hình 3 6 Cảm biến đánh lửa thiết kế 79

Hình 3.17 Bugi được gia công lắp trong l ng v i phun 79

Hình 3 8 Vành rô to thay đổi từ 80

Hình 3 9 ách gá lắp và cảm biến sau gia công 80

Hình 3.2 Vị trí vành rô to thay đổi từ 81

Hình 3.2 Vị trí tương ứng cảm biến sau gia công 81

Hình 3.22 Hệ thống đánh lửa bán dẫn sau gia công chế tạo 82

Hình 3.22 Hệ thống đánh lửa bán dẫn lắp đặt trên động cơ 82

Hình 3.23 ản vẽ cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa 83

Hình 3.24 Cơ cấu thay đổi góc đánh lửa sớm 84

Hình 4 Các bộ phận của băng thử công suất POWER TEST 5 HP 88

Hình 4.2 Đường đặc tính tốc độ gây tải 89

Hình 4.3 Cấu tạo phanh thủy lực 90

Hình 4.4 Cảm biến lực cánh tay đ n 90

Hình 4.5 Cảm biến tốc độ 91

Hình 4.6 Cảm biến tiêu hao nhiên liệu 91

Hình 4.7 Cảm biến áp suất nhớt 92

Hình 4.8 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 92

Hình 4.9 Cảm biến nhiệt độ nước phanh thủy lực 92

Hình 4 Cảm biến áp suất nước vào 93

Hình 4 Hệ thống điều khiển ga tự động 93

Hình 4 2 iến tần điều khiển động cơ điện 94

Hình 4 3 Thiết bị hiệu chuẩn cảm biến lực 94

Hình 4 4 Máy tính để thu thập xử lý tín hiệu 95

Hình 4 5 Giao diện phần mềm 95

Hình 4 6 Giao diện chương trình chạy thử nghiệm thủ công 96

Hình 4 7 Giao diện chương trình chạy thử nghiệm tự động 96

Hình 4 8 So sánh đặc tính cục bộ khi động cơ D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng RON 92 ở tỉ số nén 9,75 với các tốc độ 2 , 4 v ng phút 97

Hình 4 9 So sánh đặc tính cục bộ khi động cơ D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng RON 92 ở tỉ số nén 10,0 với các tốc độ 2 , 4 v ng phút 98

Hình 4.2 So sánh đặc tính cục bộ khi động cơ D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng RON 92 ở tỉ số nén 10,25 với các tốc độ 2 , 4 v ng phút 98

Hình 4.2 So sánh đặc tính cục bộ khi động cơ D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng RON 92 ở tỉ số nén 10,5 với các tốc độ 2 , 4 v ng phút 99

Hình 4.22 So sánh đặc tính cục bộ khi động cơ D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng RON 92 ở tỉ số nén 11,0 với các tốc độ 2 , 4 v ng phút 100

DA H ỤC BẢ G

ảng Thông số kỹ thuật động cơ Diesel D28 4 ảng 2 Thông số kỹ thuật động cơ Diesel D28 có tỉ số nén thay đổi 46 ảng 4 Kết quả thực nghiệm công suất khi động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng thương phẩm Ron 92 ở tỉ số nén 9,75 với các tốc độ 2

v ng phút, 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm thay đổi từ 50 đến 250 97 ảng 4.2 Kết quả thực nghiệm công suất khi động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng thương phẩm Ron 92 ở tỉ số nén 10,0 với các tốc độ 2

v ng phút, 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm thay đổi từ 50

đến 250 97 ảng 4.3 Kết quả thực nghiệm công suất khi động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng thương phẩm Ron 92 ở tỉ số nén 10,25 với các tốc độ 2

v ng phút, 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm thay đổi từ 50

đến 250 98 ảng 4.4 Kết quả thực nghiệm công suất khi động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng thương phẩm Ron 92 ở tỉ số nén 10,5 với các tốc độ 2

v ng phút, 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm thay đổi từ 50 đến 250 99 ảng 4.5 Kết quả thực nghiệm công suất khi động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng thương phẩm Ron 92 ở tỉ số nén 11,0 với các tốc độ 2

v ng phút, 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm thay đổi từ 50 đến 250 99

DA H ỤC CÁC KÝ HI U

đánh lửa

Pbđ [kg/cm2] Áp suất trong buồng cháy tại thời điểm đánh lửa

ECU (Electronic Control Unit) bộ xử lý

và điều khiển điện tử trung tâm

Ở ẦU

1 T H CẤ THI T CỦA T I

Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm và tỉ số nén của động cơ đến hiệu quả của quá trình cháy của động cơ đốt trong luôn là đề tài nghiên cứu của các nhà phát triển ô tô Hiệu suất của quá trình cháy động cơ xăng phụ thuộc rất lớn vào tỉ lệ h a trộn nhiên liệu, góc đánh lửa sớm, tỉ số nén động cơ, nếu hệ thống đánh lửa tốt, đúng thời điểm, tỉ

số nén cao thì quá trình cháy càng diễn ra triệt để Theo những nghiên cứu cho thấy khi tăng tỉ số nén từ 8: lên 4: thì hiệu suất của quá trình cháy bên trong động cơ có thể tăng từ 5 % lên đến 65% mức tăng 5% tuy nhiên việc thay đổi tỉ số nén cao hơn thì góc đánh lửa sớm tối ưu của động cơ cũng thay đổi để công suất động cơ đạt cao nhất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm khí xả

ên cạnh đó việc thay đổi tỉ số nén đối với các động cơ xăng không thể tăng mãi bởi nếu tỉ nén quá lớn thì hỗn hợp xăng và nhiên liệu khi đi vào bên trong buồng cháy

có thể sẽ tự bốc cháy mà không cần bugi và gây ra hiện tượng kích nổ của động cơ, cháy không kiểm soát làm giảm công suất và có thể làm hư hỏng động cơ

Yêu cầu đặt ra cần có thiết bị để có thể nghiên cứu, thí nghiệm đánh giá được ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến công suất động cơ đốt trong ở các tỉ số nén khác nhau Đồng thời nghiên cứu thời điểm kích nổ của động cơ dùng nhiên liệu xăng với các tỉ số nén cao

Đề tài được phát triển dựa trên đề tài luận văn cao học u t t

t t t s t cải tạo từ động cơ diesel D28

của Kỹ sư Lê Đức Trọng Nguyễn, với hướng phát triển theo tên gọi của đề tài luận văn

2 ỤC TI U GHI CỨU

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm giải quyết 2 vấn đề cơ bản sau:

- Thiết kế và chế tạo hệ thống đánh lửa trên động cơ thay đổi tỉ số nén sử dụng đa nhiên liệu dùng trong thí nghiệm

- Thực nghiệm kiểm nghiệm, đánh giá sự ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến công suất động cơ với từng tỉ số nén khác nhau

3 I TƯ G V H VI GHI CỨU

- i tượng nghi n cứu:

Thực hiện chế tạo hệ thống đánh lửa trên động cơ một xy lanh có tỉ số nén thay đổi cải tạo từ động cơ Diesel D28

Đây là động cơ diesel truyền thống, một xylanh, không tăng áp, làm mát bằng nước, động cơ này sử dụng 2 xupap nạp, thải , hành trình pít tông (S = 115mm), đường kính xy lanh (Dxl = 125 mm), số v ng quay (n = 1500 vòng/phút) với công suất cực đại là (Nemax = 17,2 Kw), được thiết kế thay đổi tỉ số nén ℇ = (8.5 – 16.3))

- hạm vi nghi n cứu

Thiết kế và chế tạo được hệ thống đánh lửa cho động cơ một xy lanh có tỉ số nén thay đổi cải tạo từ động cơ diesel D28 Thiết kế, chế tạo động cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa của động cơ

Kiểm nghiệm, đánh giá sự ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến công suất của động cơ ở các tỉ số nén khác nhau

4 HƯ G HÁ GHI CỨU

- Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận:

+ Nghiên cứu lý thuyết, tìm kiếm tài liệu, thu thập thông tin, dựa trên các công trình báo cáo khoa học đã công bố, tạp chí khoa học có uy tín về hệ thống đánh lửa và động cơ đa nhiên liệu

Căn cứ hệ thống đánh lửa sử dụng trên động cơ một xy lanh và nhiều xy lanh hiện hành, tính toán, phân tích, so sánh, tổng hợp, khái quát trên cơ sở lý luận trong và ngoài nước

- Tác giả nghiên cứu thiết kế chế tạo:

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đánh lửa trên động cơ một xy lanh có

tỉ số nén thay đổi Thiết kế chế tạo cơ cấu thay đổi góc đánh lửa sớm

- Phương pháp thực nghiệm, phân tích đánh giá:

Tham khảo ý kiến của cán bộ hướng dẫn Thực nghiệm kiểm tra ảnh hướng góc đánh lửa sớm đến công suất động cơ khi thay đổi tỉ số nén

Nghiên cứu thực nghiệm trên băng thử công suất POWER TEST 5 HP tại xưởng X2, Xưởng sửa chữa ô tô thuộc đơn vị 387- Cục kỹ thuật, Quân khu 5, số 2 Nguyễn Văn Thoại, TP Đà Nẵng

5 B CỤC T I

CHƯƠNG TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về động cơ Diesel D28

1.2 Tổng quan về hệ thống đánh lửa

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Đặc điểm kết cấu động cơ Diesel D28 thay đổi tỉ số nén

2.2 Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, CHẾ T O HỆ TH NG ĐÁNH LỬA CHO ĐỘNG CƠ

MỘT XY LANH THAY ĐỔI TỈ S NÉN

3.1 Phương án chọn hệ thống đánh lửa thiết kế

3.2 Phương án chọn các thiết bị hệ thống đánh lửa

3.3 Phương án bố trí hệ thống đánh lửa trên động cơ

3.4 Thiết kế bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm trên động cơ

3.5 Hoạt động và thử nghiệm hệ thống đánh lửa

CHƯƠNG 4: NGHI N CỨU TH C NGHIỆM ĐÁNH GIÁ T NH N NG K THUẬT ĐỘNG CƠ KHI THAY ĐỔI GÓC ĐÁNH LỬA SỚM, THAY ĐỔI TỈ S NÉN

Chư ng 1 TỔ G QUAN

1.1 TỔ G QUA V G C DIESE D28

1 1 1 Thông s ỹ thuật

Bả 1.1 T ô s ỹ t uật D ese D28

2.1.2.1 Nắp máy

Nắp máy được đúc bằng gang nguyên khối buồng cháy thống nhất cháy trực tiếp , đỉnh pít tông có thiết kế dạng lõm, trong nắp máy có bố trí khoang nước làm mát, có đường dầu để bôi trơn các chi tiết thuộc cơ cấu phân phối khí, trên nắp máy

c n bố trí đường ống nạp-thải, vị trí lắp v i phun nhiên liệu…

Hình 1.2 Kết cấu nắp má ng c Diese D28

1 Đũa đẩy, 2 Cần bẩy, 3 Lò xo xupáp, 4 áo nước,

5 Đường ống nạp- xả, 6 Xupáp

Hình 1 3 ắp má ng c Diese D28

1 Vị trí lắp vòi phun, 2 Lổ bu long nắp máy, 3 Lổ bu lông cơ cấu phối khí

4 Đường dầu bôi trơn, 5 Lổ bố trí đũa đẩy cò mổ

1

2 3

4

5

6

2.1.2.2 Cơ cấu phân phối khí

Động cơ sử dụng cơ cấu phân phối khí sử dụng xupap treo có trục cam đặt trong thân máy có 2 xupap nạp, thải truyền động từ trục cam đến xupap thông qua các chi tiết trung gian con đội đũa đẩy đ n gánh Nấm xupáp đƣợc bố trí sát mép với bề mặt của nắp máy

Hình 1.4 Cấu tạo của hệ th ng phân ph i h

1 Đũa đẩy , 2 Cần bẩy, 3 lò xo Xu páp, 4 Áo nươc

5 Đường nạp- xả, 6 Xupáp, 7 Trục cam 2.1.2.3 Thân máy

Thân máy (blốc máy) bằng gang đƣợc đúc liền với hộp trục khuỷu, bên trên thân máy bố trí các ổ lắp đặt ổ bi gối đỡ trục khuỷu, gối đỡ trục cam dẫn động cơ cấu phối khí và bơm dầu cao áp của hệ thống nhiên liệu, có bi gối đỡ cho 2 đối trọng giúp cân bằng động cơ

Phần phía trên thân máy có bố trí 6 gujông để liên kết với nắp máy

Xy lanh là loại lót xy lanh ƣớt đƣợc đúc rời và lắp chặt với vỏ thân máy mặt ngoài làm việc tiếp xúc trực tiếp với thân máy

Trên thân máy có bố trí bơm dầu và đường ống dầu bôi trơn cơ cấu phân phối khí trên nắp máy, riêng cơ cấu khuỷu trục thanh truyền tự bôi trơn trong quá trình làm việc

Đỉnh pít tông được khoét sâu dạng omega tạo điều kiện làm tăng cường độ tạo

d ng xoáy hướng kính qua đó cải thiện được điều kiện hình thành h a khí bên trong động cơ

Cường độ d ng xoáy tỉ lệ thuận với (Với D đường kính xylanh, d đường kính miệng khoét lõm tỉ lệ ( ) , tỉ lệ giữa đường kính trong và chiều sâu của phần lõm

Pít tông sử dụng loại phần đầu bố trí 4 rãnh xéc măng (3 xéc măng khí , 1 xéc măng dầu nằm phía trên chốt pít tông gồm: xéc măng số : có vát mặt trên, xéc măng

số 2, 3: là loại xéc măng côn cắt phía dưới, xéc măng số dầu 4: loại xéc măng có lò xo bung

Hình 1 6 Kết cấu pít tông ng c Diese D28

Hình 1 7 ỉnh pít tông ng c Diese D28

2.1.2.6 Thanh truyền

Thanh truyền sử dụng loại đúc liền, thân có biên dạng chữ I không có đường dầu bôi trơn ở giữa, đầu to thanh truyền gồm 2 nữa nối với nhau bằng bulông, có lổ dầu ở đầu to và đầu nhỏ thanh truyền để dầu bôi trơn có thể bôi trơn bạc đầu to và bạc đầu nhỏ khi làm việc, đồng thời đưa dầu bôi trơn pít tông và xy lanh qua lổ dầu của chốt pít tông và các lổ dầu trên pít tông

Hình 1 8 Cấu tạo thanh tru ền

1 Đầu to thanh truyền, 2.Thân thanh truyền, 3 Đầu nhỏ thanh truyền,

4 Bulông đầu to thanh truyền, 5 Bạc đầu to thanh truyền

Hình 1 9 Thanh tru ền ng c Diese D28

2.1.2.7 Trục khuỷu

Trục khuỷu là loại trục đúc liền Tuy nhiên đối trọng đƣợc làm rời và đƣợc gắn với trục khuỷu nhờ bulông Đuôi trục khuỷu có dạng côn, gắn với bánh đà bằng đai ốc, đầu trục khuỷu có thiết kế lắp bánh răng dẫn động cam và đối trọng cân bằng động cơ,

và dẫn động bánh rang trung gian ăn khóp có thiết kế để lắp tay quay khởi động bằng tay

Ø74 Ø36

Hình 1 10 Kết cấu của trục huỷu

Hình 1.11 Trục huỷu ng c Diese D28

2.1.2.8 Hệ thống bôi trơn và làm mát

Hệ thống bôi trơn sử dụng hệ thống bôi trơn cưỡng bức cacte ướt có các te gồm các chi tiết bơm nhớt bơm bánh răng ăn khớp trong , lọc nhớt, các đường dầu bôi trơn Dầu bôi trơn được bơm hút qua lọc nhớt đặt dưới cacte qua bơm lên đường dầu bôi trơn phân phối đến các bề mặt cần bôi trơn

Hệ thống làm mát sử dụng kiểu bốc hơi: ộ phận chứa nước bao gồm các khoang chứa nước làm mát ở thân máy, nắp máy và bình chứa nước lắp ở phía trên của thân máy Quá trình làm mát dựa vào sự chênh lệch của tỉ trọng giữa nước nóng sẽ nổi lên trên bề mặt tạo thành d ng đối lưu tự nhiên

Trên động cơ thiết kế chế tạo, hệ thống làm mát được cải tiến thành hệ thống làm mát một v ng tuần hoàn hở, lấy nước làm mát bên ngoài cho chạy ngang qua đường nước làm mát được bố trí trên nắp máy

- Bên trong vỏ bơm có chứa cụm xylanh, pít tông Đây là bộ phận chính để ép tạo

áp suất và phân lượng nhiên liệu Ngoài pít tông là một khâu răng để điều khiển pít tông xoay nhờ thanh răng, pít tông bơm luôn được đẩy xuống nhờ một lòxo, hai đầu của lò xo có chén chận, tất cả được đậy lại bởi một đệm đẩy và khóa lại bên trong vỏ bơm nhờ một khoen chận

- Phía trên xylanh là bệ xupáp, xupáp giảm áp (cao áp) trên xupáp là hai lò xo, tất

cả được xyết giữ trong vỏ bơm bằng lục giác, đầu ốc lục giác là chỗ để bắt ống cao áp dẫn dầu tới vòi phun

- Xylanh bơm có một lổ dầu, lổ dầu ra ở phía vít chận xylanh, vít chận ngoài có nhiệm vụ định vị, xylanh còn lại có nhiệm vụ chịu sức tác dụng của áp lực dầu về để tránh xói mòn vỏ bơm

- Pít tông bơm có rãnh xyên phía trên để phân bố lượng nhiên liệu, đuôi pít tông

có hai tai để ăn khớp với hai rãnh khoét trên vành răng răng Ở rãnh khoét trên vành răng và tại đuôi pít tông có dấu khi ráp phải để chúng trùng nhau

b) Vò p u u: ượ s dụ ểu vò p u

Hình 1 13 Vòi phun nhi n iệu

1 Lổ phun, 2 M t côn tựa của kim, 3 Vòi phun, 4 Êcu tròng

5 và 16 Đường dẫn nhiên liệu, 6 Ty đẩy, 7 D a lò xo, 8 Lò xo, 9 Cốc

10 Vít điều chỉnh, 11 Bulông, 12 Lổ nối với đường dẫn nhiên liệu thừa

13 Chụp, 14 Lọc lưới,15 Thân vòi phun, 17 Thân vòi phun

Kết cấu chung của một v i phun nhiên liệu gồm ba phần chính:

- Thân: Trên thân kim có ống dầu dẫn đến, ống dẫn về và vít xả gió Trong thân

có l xo, cây đẩy, phía trên có đai ốc chặn để hiệu chỉnh sức căng của l xo, trên cùng

là chụp đậy đai ốc hiệu chỉnh

- Đầu đót kim : Được nối liền với thân kim bằng một khâu nối êcu tr ng bên trong có đường dầu cao áp, khoang chứa dầu cao áp và chứa van kim Phần dưới đầu vòi phun có 5 lổ phun dầu rất bé

- Khâu nối: Dùng để nối thân và đầu v i phun V i phun được lắp vào nắp quy lát nhờ gujon và mặt bích

Kết uận: Động cơ Diesel D28 là động cơ máy nổ truyền thống dùng nhiên liệu

dầu Diesel, động cơ có một xylanh, không tăng áp, làm mát bằng nước, động cơ này

sử dụng 2 xupap nạp, thải , hành trình pít tông S = 5mm , đường kính xy lanh (Dxl = 125 mm), số v ng quay n = 5 v ng phút với công suất cực đại là Nemax = 7,2 Kw , được thiết kế thay đổi tỉ số nén ℇ = 17)

để tạo ra tia lửa điện cao thế đốt cháy h a khí

Nó phải tạo ra sự đánh lửa chính xác hàng nghìn lần phút trên mỗi xy lanh của động cơ Nếu sự đánh lửa bị ngƣng trễ trong khoảng giây, động cơ sẽ hoạt động yếu

ml giây, công sản ra một tia lửa là 2  30 mêgajun

b T ờ ể :

Hệ thống đánh lửa trên xe cần làm việc phù hợp với các hệ thống khác của động

cơ Nó cần phát ra tia lửa chính xác ở một thời điểm nhất định để đốt cháy hỗn hợp khi dãn nở trong xy lanh phát huy hết công suất Nếu đánh lửa sai thời điểm thì công suất động cơ bị giảm đi, tiêu hao nhiên liệu và lƣợng chất độc hại khí xả tăng lên

Hình 1 14 Thời iểm ánh ửa sớm

Tia lửa bật ra ở bugi phải đúng thời điểm là pít tông gần điểm chết trên cuối kỳ nén để khi pít tông đến điểm chết trên thì hỗn hợp đốt cháy gần hoàn toàn tạo ra áp suất cao nhất dịch chuyển pít tông sinh công, vì nhiên liệu phải cháy mất một thời gian (2 40) ml giây

Trong thực tế pít tông c n cách ĐCT một khoảng x nghĩa là khuỷu tay quay trục khuỷu tạo với trục đứng xy lanh một góc 0 thì tia lửa điện bugi phải bật ra ở cuối kỳ nén)

Nếu thời điểm đánh lửa quá sớm (x,  lớn quá quy định , quá trình cháy hỗn hợp nhiên liệu diễn khi pít tông c n đang đi lên theo quán tính, áp lực khí thể sinh ra sau khi đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu đẩy pít tông đi xuống làm cho pít tông, xy lanh, vòng xéc măng, biên, bạc, chốt pít tông chịu va đập mạnh, chóng hao m n, công suất động

cơ giảm, có tiếng gõ kim loại trong máy

Nếu thời điểm đánh lửa quá muộn (x,  nhỏ hơn quy định , quá trình cháy xảy ra

ở thì sinh công, cháy dọc xy lanh do đó giảm công suất, máy nóng khó khởi động, nhiên liệu cháy không cạn kiệt ô nhiễm môi trường, nhiệt độ động cơ cao có thể sôi nước làm mát

C u t ả ưở t ờ ể :

Số v ng quay trục khuỷu càng cao thì góc đánh lửa càng lớn, tải trọng động cơ càng nhỏ thì góc đánh lửa càng lớn, nhiên liệu xăng có tính chống kích nổ tốt trị số

ốc tan lớn thì góc đánh lửa càng nhỏ

- Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động thứ cấp đủ để phóng điện qua khe

hở bugi trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ

- Tia lửa trên bugi phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt đầu

- Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế hoạt động của động cơ

- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xoáy lốc lớn

- Sự mài m n điện cực của bugi phải nằm trong phạm vi cho phép

- Thời điểm phát sinh tia lửa trên bugi trong từng xy lanh phải đúng theo góc độ đánh lửa và đánh lửa theo đúng thứ tự làm việc của động cơ

+ Loại dùng ECU điều khiển: được phát triển đầu thập niên 8 khi công nghệ về điện tử phát triển

b H t ô b (distributorless ignition system)

- Được phát triển vào giữa thập kỷ 8 Hệ thống này được điều khiển bằng máy tính và không có phụ tùng nào cần phải xoay chỉnh cả, do vậy nó trở nên đáng tín cậy hơn Hệ thống này không yêu cầu phải bảo dưỡng định kỳ, ngoại trừ việc thay bugi sau mỗi km hoặc 5 km xe chạy

Hệ thống này gồm 2 loại:

+ Loại một bô bin dùng cho 2 bugi

+ Loại một bô bin dùng cho 4 bugi

H t trự t p (d re t ignition system)

Hệ thống này gồm 2 loại:

+ Loại bô bin và IC tách rời

+ Loại bô bin và IC tích hợp

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ sản xuất động cơ nói riêng

và sản xuất ô tô nói chung đã đạt được nhiều thành tựu cao trong mọi lĩnh vực, từ công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí đến sự đột phá trong công nghệ chế tạo vật liệu mới

Với sự trợ giúp đắc lực của lĩnh vực công nghiệp điện tử và điện tự động, hệ thống đánh lửa ngày nay đã trở nên hoàn hảo Động cơ ngày nay đều được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp với hệ thống đánh lửa sớm điện tử được điều khiển hoàn toàn bằng máy tính dựa vào các tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau Nhờ đó, có thể xác định chính xác tình trạng của làm việc của động cơ và đưa ra tín hiệu điều khiển đánh lửa tốt nhất, giúp động cơ đạt công suất cao nhất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm khí xả

1.2.2 C t bả d tr ô tô

Hệ thống đánh lửa đã được sử dụng hơn 75 năm qua và hầu như không thay đổi

về cấu trúc gồm có các bộ phận chính như: bô bin, bugi, bộ phận điều khiển đánh lửa

Nó chỉ thay đổi phương thức đánh lửa và phân phối đánh lửa

Hệ thống đánh lửa chia làm 2 phần, phần mạch sơ cấp và mạch thứ cấp :

Phần mạch sơ cấp hoạt động dựa trên nguồn điện của ắc quy, hoặc nguồn điện sinh ra từ máy phát điện như của xe gắn máy, có nhiệm vụ tạo ra sự thay đổi từ thông trong cuộn dây sơ cấp

Mạch sơ cấp gồm có nguồn cung cấp, cuộn sơ cấp và bộ phận điều khiển

Mạch thứ cấp hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, biến đổi d ng điện

từ d ng 2 hoặc 24 V trở thành d ng cao áp từ 2 V - 5 V Điện cao áp này

sẽ được cung cấp trực tiếp hoặc gián tiếp cho bugi tại đúng thời điểm để đốt cháy h a khí Mạch thứ cấp gồm có cuộn thứ cấp, dây cao áp có thể không có , bugi

1.2.2.1 Hệ thống đánh l a b ng ti p đi m vít l a

S ồ

Hình 1 15 S ồ hệ th ng ánh ửa b ng tiếp iểm v t ửa

1.Khóa điện , 2 B chia điện, 3.Bugi, 4 Ti p đi m

5 Cam, 6 Tụ điện, 7 Điện trở, 8 Bi n áp đánh l a

Hình 1 16 V t iều hiển hệ th ng ánh ửa

1 Dây nối với Bô bin đánh l a, 2 Má vít, 3.Vít điều chỉnh khe hở má vít

4 Cam dẫn, 5 Cam quay, 6 Tụ điện

b u ý v :

Những bộ phận chính của hệ thống đánh lửa gồm có: ắc quy, cầu chì, khoá điện, điện trở phụ, bô bin, bộ chia điện, có tụ điện C, cam, các tiếp điểm KK’, bộ phận phân phối điện cao áp , Bugi , các dây cao áp v.v

* K t p ể 4 :

ật khóa điện, có d ng điện sơ cấp chạy qua cuộn dây sơ cấp W1 của bô bin điện theo mạch nhƣ sau:

30A AM2

8

5

4

67

IG2

ST AM2

1

3

2

Wthø Ws¬

ắc quy → cầu chì → khoá điện IG2 → Điện trở phụ → W1 → KK’ đóng ra mát → (- ắc quy

D ng điện này tạo từ trường trong cuộn dây sơ cấp của bô bin điện

* K t p ể 4 ở:

D ng điện sơ cấp bị cắt đột ngột, từ thông trong lõi thép biến thiên nhanh chóng

do đó trong cả hai cuộn dây sơ cấp đều xuất hiện suất điện động tự cảm

Ở cuộn thứ cấp do có số v ng dây lớn, sinh ra suất điện động có trị số tới (12.00020,000)Vôn, suất điện động này được dẫn đến đến các bugi, tạo thành tia lửa điện cao áp, đốt cháy hỗn hợp động cơ theo đúng thứ tự nổ nhất định

D ng điện thứ cấp đi như sau: cuộn dây thứ cấp W2 → con quay → bộ chia điện

→ dây cao áp → bugi → ra mát → (- ắc quy → cầu chì → khoá điện → điện trở phụ

- Má vít hoạt động bị va đập cần phải chế tạo từ vật liệu tốt

- Cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa hoạt động theo kiểu cơ khí nên hoạt động không đáng tin cậy, điều chỉnh góc đánh lửa sớm ban đầu phải điều chỉnh bằng kinh nghiệm nên độ chính xác không cao

- Các bộ phận hoạt động cơ khí làm việc theo thời gian sẽ bị m n, do đó cần phải bảo dưỡng và sửa chữa thường xuyên

- Tiếp điểm KK’ đóng mở thường xuyên khi hoạt động sẽ bị m n và bị cháy khi điện áp cao

- Các chi tiết dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt như con quay chia điện, chuổi than, nắp bộ chia điện

- Nếu góc đánh lửa quá sớm sẽ xảy ra đánh lửa ở hai đầu dây cao áp kề nhau trong hệ thống bộ chia điện

- Bô bin đánh lửa không cao khoảng 2.000Vôn điện áp đánh lửa của hệ thống đánh lửa trực tiếp ECU điều khiển có thể đánh lửa lên tới 5 000Vôn)

- Khi hoạt động vít lửa tạo ra lực quán tính lớn làm cho vít không ngậm nữa nên không thể đánh lửa tốt ở tốc độ cao vì thế hệ thống này không dùng được với động cơ tốc độ cao

- Sự nhiễu điện do bộ chia điện và dây cao áp là rất lớn

- Tuổi thọ của bugi thấp do điện áp đánh lửa sinh ra thấp Thường bugi phải thay sau 16.000km

K t ấu, ô dụ t t

- Bô bin (bô bin): Một bô bin thông thường bao gồm:

Hình 1 17 Cấu tạo, hình dạng Bô bin iện

1 Lổ cắm dây cao áp, 2 Lò xo nối, 3 Cu n giấy cách điện, 4 Lõi thép từ

ta không quấn các v ng dây sát nhau mà quấn cách nhau một khoảng - 1,5)mm, vì đây là dây cao áp của bô bin Đầu của v ng dây đầu tiên đó được hàn ngay với lõi thép rồi thông qua l xo dẫn lên cực trung tâm của nắp bộ chia điện

Cuộn thứ cấp sau khi quấn xong được đặt trong ống cáctông cách điện, mà trên

đó có quấn cuộn dây sơ cấp với số v ng quấn W = 25 - 4 v ng , đường kính dây (0,69 – ,8 mm, điện trở cuộn dây khoảng – 2 ) Một đầu của cuộn sơ cấp được bắt vào vít dẫn tới bộ chia điện, đầu c n lại nối với điện trở phụ Toàn bộ khối gồm các cuộn dây và lõi thép được đặt trong ống thép từ, được ghép từ những lá thép biến thế uốn cong theo mặt trụ hở và các khe của những lá thép này đặt chênh lệch nhau Cuộn dây và ống thép đặt trong lõi thép, được cách điện với đáy bằng miếng cách điện Nắp cách điện làm bằng vật liệu cách điện cao cấp

Đa số các bô bin thường được đổ dầu biến thế nhằm làm tăng khả năng cánh điện

và làm mát cho các cuộn dây, nhưng việc làm kín tương đối khó

- B (B ): ộ chia điện có thể chia làm 3 bộ phận: ộ phận

tạo xung điện đóng ngắt d ng điện qua cuộn sơ cấp của bộ bin điện, bộ phận chia điện cao thế và bộ phận điều chỉnh góc đánh lửa sớm

Hình 1 18 Hình dạng b chia iện

1 Nắp b chia điện, 2 Con quay chia điện, 3 B chia điện

Khi trục bộ chia điện quay cam đội sẽ đẩy vít lửa mở làm mất d ng điện qua cuộn sơ cấp tạo d ng cao áp ở cuộn thứ cấp bô bin và d ng cao áp được dẫn đến bộ chia điện

ộ chia điện còn có nắp bộ chia điện và con quay chia điện D ng điện từ cuộn thứ cấp bô bin được đưa đến con quay chia điện thông qua nắp bộ chia điện, khi con quay chia điện quay thì nó sẽ đi ngang qua một trong số các điện cực bên ở nắp bộ chia điện (số điện cực bằng số máy và d ng điện được đưa đến bugi theo đúng thứ tự thì nổ

Khe hở giữa đầu con quay chia điện và điện cực bên khoảng 0,8 mm (0,031 in)

ộ chia điện xe ô tô đời cũ c n có các bộ phận tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm nhờ quả văng ly tâm ở tốc độ cao, và điều chỉnh góc đánh lửa sớm hơn bằng sức hút chân không ở tốc độ thấp

- Dây cao áp:

Dây cao áp dùng để dẫn điện cao áp từ cực trung tâm của bôbin đến cực trung tâm của nắp bộ chia điện và từ nắp bộ chia điện đến các bugi Dây cao áp sẽ chuyển tải điện thế 12.000V ÷ 50.000V Nhiệm vụ của dây cao áp là nhận điện cao áp từ bô bin điện gửi cho bugi và không để lọt ra ngoài

Dây cao áp phải chịu một nhiệt lượng cao của động cơ đang vận hành và sự thay đổi đáng kể của thời tiết Để hoàn thành nhiệm vụ của mình, dây cao áp phải rất dày,

và độ dày đó dùng để cách ly với dây bán dẫn nằm tại trung tâm của ruột dây cáp Đồng thời, lớp vỏ dày sẽ cách ly điện với các bộ phận của động cơ và sức nóng của động cơ, do đó sẽ tránh bị hao mòn, đứt gãy nói cách khác là các hỏng hóc

Dây cao áp được sử dụng hiện nay là dây có điện trở cao để chống nhiễu Lõi được chế tạo từ sợi thủy tinh thấm cacbon, được bọc bởi một lớp cao su cách điện và một vỏ bọc ở bên ngoài Điện trở của một dây cao áp không quá 25K ở nhiệt độ 20°C

Hình 1.19 Hình dạng, ết cấu dâ cao áp

- Bugi: nó là công cụ để nguồn điện phát ra hồ quang qua một khoảng trống

giống như tia sét Nguồn điện này phải có điện áp rất cao để tia lửa có thể phóng qua khoảng trống và tia lửa mạnh Thông thường, điện áp giữa hai cực của bugi khoảng từ 12.000 - 100.000 vôn

Một số xe đ i hỏi phải sử dụng loại bugi nóng Loại bugi này được thiết kế có chất sứ bao bọc tiếp xúc với kim loại ít hơn do vậy việc trao đổi nhiệt kém hơn và nến nóng hơn và làm sạch bụi bẩn tốt hơn

Bugi lạnh thì ngược lại, thiết kế với vùng trao đổi nhiệt lớn hơn vì vậy sẽ nguội hơn khi hoạt động Động cơ hiệu suất cao sẽ sinh nhiều nhiệt hơn do vậy phải sử dụng bugi nguội hơn Nếu bugi quá nóng, sẽ làm cho hỗn hợp cháy trước khi tia lửa phát ra

Hình 1.20 Hình dạng bugi

1 Điện cực giữa, 2 Điện cực nối mát, 3 Rãnh chữ V

4 Rãnh chữ U, 5 Sự khác nhau giữa đ nhô ra của điện cực

Hình 1.21 Kết cấu bugi

1 Đầu ti p xúc với chụp bugi, 2 Phần nhăn sóng, 3 Vỏ cách điện

4 Làm kín, 5 Phần lục giác, 6 Lõi dẫn điện, 7 Vỏ, 8 Đệm làm kín

9 Điện cực trung tâm, 10 Khe hở đánh l a, 11 Cực âm

- Tụ C ắ s s vớ t p ể 4:

Có tác dụng bảo vệ cặp tiếp điểm KK’ ít bị cháy rỗ do d ng điện tự cảm cuộn sơ cấp sinh ra, đồng thời thúc đẩy quá trình biến thiên d ng sơ cấp trong lõi thép nhanh hơn để có suất điện động tự cảm lớn hơn

Hình 1.22 Tụ iện

1 Bản cực, 2 Lớp cách điện, 3.Hai lớp kim loại

4 Vỏ alumium, 5 Vỏ nhựa ho c kim loại

- Đ trở p ụ:

Đặc tính điện áp thứ cấp của hệ thống đánh lửa thường có nhược điểm là khi số

v ng quay động cơ tăng thì điện áp đánh lửa U2 giảm Để khắc phục nhược điểm này người ta mắc thêm một điện trở phụ nối tiếp với cuộn sơ cấp

Điện trở phụ có hệ số nhiệt điện trở dương được mắc nối tiếp vào mạch sơ cấp Đối với loại hệ thống đánh lửa không có bộ điều khiển điện tử thì việc mắc thêm điện trở phụ sẽ cải thiện được một phần đặc tính đánh lửa ở tốc độ cao Khi động cơ làm việc ở tốc độ thấp, thời gian tích lũy năng lượng trong mạch sơ cấp dài, Ing lớn, làm nhiệt độ tỏa trên Rf cao, điện trở Rf tăng làm tăng tổng trở R trên mạch sơ cấp Kết quả là d ng Ing giảm Điều này hạn chế được một phần năng lượng lãng phí vô ích do thời gian tích lũy năng lượng trên cuộn sơ cấp quá dài Khi động cơ làm việc ở tốc độ cao, vì thời gian tích lũy năng lượng ngắn nên Ing giảm làm nhiệt độ tỏa ra trên Rf giảm, điện trở Rf giảm và d ng Ing được tăng lên Kết quả là U2m tăng

Ổn định d ng điện mạch sơ cấp

1.2.2.2 Hệ thống đánh l a bán dẫn

Hệ thống đánh lửa bán dẫn có ưu điểm tạo ra được tia lửa mạnh ở điện cực bugi, đáp ứng tốt ở các chế độ làm việc của động cơ, tuổi thọ cao…Quá trình phát triển hệ thống đánh lửa điện tử được chế tạo, cải tiến với nhiều loại khác nhau, xong có thể chia thành hai loại chính sau:

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển: trong hệ thống này cam quay ngắt điện vít lửa vẫn c n, việc đóng ngắt d ng điện qua cuộn sơ cấp được thực hiện nhờ transistor công suất

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít điều khiển: trong hệ hống này bộ tạo tín hiệu cảm biến đánh lửa được trang bị trên bộ chia điện để thay thế cho cam ngắt điện transistor thay thế cho vít lửa để đóng ngắt d ng sơ cấp

H t b dẫ v t ều ể

* Ưu iểm :

- Loại có tiếp điểm thì d ng qua KK’ nhỏ, không hoặc ít cháy tiếp điểm, mà d ng điện sơ cấp lớn (7  8 ampe ; điện áp thứ cấp đến 2  5 vôn, đốt cháy được hỗn hợp nghèo, bình thường, giàu triệt để không ô nhiễm môi trường ở bất kỳ số v ng quay nào của trục khuỷu

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển đóng mở một cách dứt khoát transistor điều khiển mạch sơ cấp

- Tuồi thọ làm việc của transistor cao hơn vít lửa

- Điện áp đánh lửa cao hơn hệ thống có vít lửa

- Kết cấu bộ chia điện gọn hơn hệ thống dùng vít lửa

- Có thể cường hóa động cơ nhờ tăng số v ng quay trục khuỷu, tăng số xy lanh Z=8 mà tia lửa đốt cháy vẫn mạnh

- Dễ khởi động

* hược iểm :

- Cấu tạo phức tạp, sửa chữa khó khăn, má vít cần phải chế tạo từ vật liệu tốt

- Cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa hoạt động theo kiểu cơ khí nên hoạt động không đáng tin cậy, điều chỉnh góc đánh lửa sớm phải điều chỉnh bằng kinh nghiệm nên độ chính xác không cao

- Các chi tiết dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt như con quay chia điện, chuổi than, nắp bộ chia điện

- Nếu góc đánh lửa quá sớm sẽ xảy ra đánh lửa ở hai đầu dây cao áp kề nhau trong hệ thống bộ chia điện

- Khi hoạt động vít lửa tạo ra lực quán tính lớn làm cho vít không ngậm nữa nên không thể đánh lửa tốt ở tốc độ cao vì thế hệ thống này không dùng được với động cơ tốc độ cao Sự nhiễu điện do bộ chia điện và dây cao áp là rất lớn

- Các bộ phận hoạt động cơ khí làm việc theo thời gian sẽ bị m n, do đó cần phải bảo dưỡng và sửa chữa thường xuyên

- Bô bin đánh lửa không cao khoảng 2 V điện áp đánh lửa của hệ thống đánh lửa trực tiếp ECU điều khiển có thể đánh lửa lên tới 5 V)

Trên thực tế, sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm phức tạp hơn Để sử dụng transistor công suất loai PNP, người ta có thể sử dụng 2 transistor như hình dưới

Hình 1.23 S ồ hệ th ng ánh ửa bán d n iều hiển b ng tiếp iểm

1 Khóa điện, 2 B chia điện, 3.Bugi, 4 Transito (IC)

5 Cam quay, 6 Tụ điện, 7 Điện trở, 8 Bi n áp đánh l a

gu n ý àm việc

Tiếp điểm KK’ của bộ chia điện mắc vào cực gốc của Transistor T loại 701A,loại P-N-P)

TT-* Khi ti p đi m KK’ đóng:

Có d ng điện gốc IB = (0,5  0,7)A làm Transistor mở ra, và có d ng điện góp IC

= (5  7)A Nhƣ vậy d ng điện sơ cấp ISC = IB+ IC lớn

- D ng điện gốc IB đi: ắcquy → ampe kế A → Khoá K3 → RP → W1 → Cực phát E → Cực gốc → KK’ đóng → mát → (- ắc quy

- D ng điện này làm mở transistor, khi Transistor mở có d ng góp đi nhƣ sau: ắcquy → ampe kế A → Khoá K3 → RP → W1 → Cực phát E → Cực góp C

→ mát → (- ắc quy điện trở lúc Transistor mở ,  0,15 , thời gian mở mạch :

Cuộn sơ cấp W1 xuất hiện sức điện động tự cảm (200 – 400)vôn, d ng điện này đƣợc nạp vào tụ và tự triệt tiêu khi tiếp điểm ở trạng thái đóng

IG2

ST AM2

1

3

2

E B C

Wthø Ws¬

* Hệ th ng ánh ửa bán d n có tiếp iểm của h ng otoro a

Hình 1.24 Hệ th ng ánh ửa bán d n có v t iều hiển của otoro a

1 Khóa điện, 2 Điện trở, 3.B chia điện

4 Bô bin đánh l a, 5 Cam quay, 6 IC đánh l a

b H t b dẫ ô v t ều ể :

- Ở loại này người ta dùng cảm biến gắn trên bộ chia điện để thay thế cho vít lửa

Có các loại cảm biến đánh lửa như: cảm biến điện từ, cảm biến quang, cảm biến Hall

* oại dùng cảm biến iện từ:

Có hai loại là loại nam châm đứng yên và loại nam châm quay

- oại nam châm ứng n:

Hình 1.25 Cảm biến iện từ oại nam châm ứng n

1 Cu n dây nhận tín hiệu, 2 Khung thép từ, 3.Nam châm 4.Ro to, 5 Vít điều chỉnh, K Khe hở không khí

R4 R3

AM2

1

IG2

E1 B1

C1 T1 R2

R1

5 2

* gu n ý àm việc

Hình 1.26 Vị trí tương đối của rô to và cuộn dây nhận tín hiệu

Khi rotor ở vị trí như hình 26a , điện áp trên cuộn dây cảm biến bằng 0 Khi

răng cảm biến của rotor tiến lại gần cực từ của lõi thép, khe hở giữa rotor và lõi thép

giảm dần và từ trường mạnh dần lên Sự biến thiên của từ thông xuyên qua cuộn dây

(hình 1.26b)

Khi răng cảm biến của rotor đối diện với lõi thép, độ biến thiên của từ trường

bằng 0 và sức điện động trong cuộn cảm biến nhanh chóng giảm về 0 (hình 1.26c)

Khi rotor đi xa ra lõi thép, từ thông qua lõi thép giảm dần và sức điện động xuất

hiện trong cuộn dây cảm biến có chiều ngược lại hình 1.26d)

Hiệu điện thế sinh ra ở hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc vào tốc độ động cơ

Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên có ưu điểm là rất bền, xung tín hiệu có

dạng nhọn nên ít ảnh hưởng đến sự sai lệch về thời điểm đánh lửa Tuy nhiên, xung

điện áp ra ở chế độ khởi động nhỏ, vì vậy ở đầu vào của Igniter phải sử dụng transistor

có độ nhạy cao và phải chống nhiễu cho dây tín hiệu

* Hệ th ng ánh ửa bán d n dùng cảm biến iện từ oại nam châm ứng

yên của h ng To ota (hình 1.26): Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện

từ được sử dụng phổ biến trên các loại xe ôtô vì nó có cấu tạo khá đơn giản, dễ chế tạo

và ít hư hỏng

gu n ý àm việc

* Khi cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm, transistor

T1 ngắt nên T2 ngắt, T3 dẫn cho d ng qua cuộn sơ cấp về mass

- Điện áp điều khiển T3 như sau :

Từ (+) ắc quy → cầu chì → khóa điện → IG) → R4 → T3(B3 → C3) mass → (-) ắc quy

- Điện áp chính qua cuộn sơ cấp W như sau

Từ (+) ắc quy → cầu chì → khóa điện → IG) → W1 → T3(E3 → C3) mass → (-) ắc quy