Nghiên cứu cải hoán hệ thống đánh lửa ô tô quân sự зил 130

Nội dung nghiên cứu trong luận văn thể hiện qua bốn chương: chương đầu tiên trình bày tổng quan vấn đề nghiên cứu; chương hai là cơ sở lý thuyết về đánh lửa trên động cơ ô tô; chương ba

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Người hướng dẫn khoa học:

TS NGUYỄN THANH TUẤN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Nghiên cứu cải hoán hệ thống

đánh lửa ô tô quân sự ЗИЛ 130” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi và

chưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này

Khánh Hòa, ngày 29 tháng 12 năm 2018

Tác giả luận văn

Vũ Trung Kiên

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của quý phòng, ban của Trường Ðại học Nha Trang, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa

Kỹ thuật giao thông, Trường Trung cấp Kỹ thuật miền Trung, Trạm kiểm định

xe – máy quân sự số 14, Viện kỹ thuật cơ giới quân sự đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành được đề tài Đặc biệt là TS Nguyễn Thanh Tuấn, người thầy

đã hướng dẫn, định hướng, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và tận tình giúp tôi hoàn thành đề tài Qua đây tôi xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ

vô cùng quý báu này

Xin chân thành cảm các quý thầy trực tiếp giảng dạy chương trình cao học ngành Cơ khí động lực và quý thầy trong Hội đồng bảo vệ luận văn đã đóng góp cho bản thân những ý kiến, những luận cứ khoa học để bản thân tôi hoàn thiện hơn về chuyên môn và có khả năng nghiên cứu tiếp theo

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và tất cả bạn bè

đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Khánh Hòa, ngày 29 tháng 12 năm 2018

Tác giả luận văn

Vũ Trung Kiên

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH x

DANH MỤC ĐỒ THỊ xii

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN xiii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước đối với đề tài 2

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 2

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 3

1.3 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nội dung và phương pháp nghiên cứu 3

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 3

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu 3

1.3.3 Phạm vi nghiên cứu 4

1.3.4 Phương pháp nghiên cứu 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa trên ô tô 5

2.1.1 Nhiệm vụ 5

2.1.2 Yêu cầu 5

2.1.3 Phân loại 5

2.2 Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa trên ô tô 6

2.2.1 Giai đoạn tăng dòng sơ cấp khi tiếp điểm đóng 7

2.2.2 Quá trình ngắt dòng sơ cấp 10

2.2.3 Quá trình phóng điện ở điện cực bugi 12

2.3 Các thống số cơ bản của hệ thống đánh lửa 13

2.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m 13

2.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa Uđl 13

2.3.3 Hệ số dự trữ Kdt 15

2.3.4 Năng lượng dự trữ Wdt 15

2.3.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S 15

2.3.6 Tần số và chu kỳ đánh lửa 16

2.3.7 Góc đánh lửa sớm opt 16

2.3.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 18

2.4 Đặc tính của hệ thống đánh lửa 18

2.4.1 Đặc tính của hệ thống đánh lửa thường 18

2.4.2 Đặc tính đánh lửa của HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển 20

2.5 Giới thiệu sơ lược về các loại hệ thống đánh lửa trên xe ô tô quân sự 21

2.5.1 Hệ thống đánh lửa thường 21

2.5.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 21

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA BÁN DẪN KHÔNG CÓ TIẾP ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN 25

3.1 Đặc điểm kỹ thuật chính của động cơ ЗИЛ 130 25

3.2 Các thông số của hệ thống đánh lửa xe ô tô ЗИЛ 130 26

3.2.1 Bộ chia điện (Delco) P4Д 26

3.2.2 Biến áp đánh lửa (bobine) Б -114 33

3.2.3 Hộp điện trở phụ C-107 33

3.2.4 Hộp bán dẫn TK-102 33

3.2.5 Bugi 34

3.2.6 Tình hình làm việc 35

3.2.7 Nhận xét 37

3.3 Lựa chọn giải pháp chuyển đổi hệ thống đánh lửa 37

3.3.1 Phương án 1: Chuyển sang hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA 37

3.3.2 Phương án 2: Chuyển sang hệ thống đánh lửa điện tử 39

3.3.3 Phương án 3: Chuyển sang hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển 41

3.4 Thiết kế, chế tạo và lựa chọn các bộ phận của HTĐL bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển 41

3.4.1 Thiết kế, chế tạo bộ phận tạo xung 41

3.4.2 Lựa chọn các bộ phận, chi tiết trong hệ thống đánh lửa 42

3.4.3 Tình hình làm việc 43

3.4.4 Kiểm tra xung điện điều khiển 45

3.4.5 Xác định thời điểm đánh lửa và góc đánh lửa sớm 45

3.5 Nhận xét 47

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐO TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ VÀ NỒNG ĐỘ KHÍ XẢ 48

4.1 Bố trí thiết bị và tiến hành thí nghiệm 48

4.1.1 Bố trí thí nghiệm đo đặc tính động cơ 48

4.1.2 Bố trí thí nghiệm đo lượng tiêu hao nhiên liệu động cơ 55

4.1.3 Bố trí thí nghiệm đo thành phần khí xả trong động cơ 55

4.2 Kết quả thí nghiệm 63

4.2.1 Kết quả thực nghiệm đo đặc tính động cơ 63

4.2.2 Kết quả thí nghiệm đo thành phần khí xả trong động cơ 65

4.3 Đánh giá kết quả theo tiêu chuẩn 72

4.3.1 Đánh giá theo công suất động cơ 72

4.3.2 Đánh giá theo suất tiêu hao nhiên liệu 72

4.3.3 Đánh giá theo tiêu chuẩn khí thải 72

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 74

4.1 Kết luận 74

4.2 Khuyến nghị 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

HTĐL: Hệ thống đánh lửa

Ne : Công suất có ích của động cơ

Me : Mô men có ích của động cơ

CO: Monoxit cacbon

CO2: Dioxit cacbon

HC: Hydro cacbon

 Hệ số dư lượng không khí

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Đặc điểm kỹ thuật chính của động cơ xe ЗИЛ 130 25 Bảng 4.1 Kết quả kiểm tra công suất động cơ 63 Bảng 4.2 Kết quả đo khí xả động cơ ЗИЛ 130 sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển 67 Bảng 4.3 Kết quả đo khí xả động cơ ЗИЛ 130 sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển 67

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa 7

Hình 2.2 Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa 8

Hình 2.3 Quá trình tăng dòng sơ cấp i1 9

Hình 2.4 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa 10

Hình 2.5 Qui luật biến đổi của dòng điện sơ cấp và điện áp thứ cấp 11

Hình 2.6 Sự thay đổi hiệu điện thế U2 khi phóng tia lửa điện 12

Hình 2.7 Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải của động cơ 14

Hình 2.8 Bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ 17

Hình 2.9 Đặc tính của hệ thống đánh lửa thường 19

Hình 2.10 Sự biến thiên của dòng điện sơ cấp I1 19

Hình 2.11 Đặc tính của HTĐL thường và HTĐL bán dẫn có tiếp điểm 20

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý HTĐL bán dẫn có tiếp điểm 21

Hình 2.13 Sơ đồ mạch điện của HTĐL TK – 200 23

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống đánh lửa xe ЗИЛ 130 26

Hình 3.2 Cấu tạo bộ chia điện P4Д 27

Hình 3.3 Cấu tạo tụ điện 29

Hình 3.4 Cơ cấu tự động điều chỉnh đánh lửa sớm kiểu ly tâm 31

Hình 3.5 Bộ điều chỉnh đánh lửa sớm bằng sức hút chân không 32

Hình 3.6 Biến áp đánh lửa 33

Hình 3.7 Bugi 34

Hình 3.8 Sơ đồ mạch HTĐL bán dẫn có tiếp điểm TK-102 36

Hình 3.9 Bộ phận tạo xung điện điều khiển 42

Hình 3.10 Mô đun đánh lửa 42

Hình 3.11 Biến áp đánh lửa 43

Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý làm việc của HTĐL bán dẫn không có tiếp điểm 44

Hình 3.13 Kiểm tra xung điện điều khiển 45

Hình 3.14 Vị trí lấy dấu trên puly trục khuỷu 46

Hình 4.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 48

Hình 4.2 Hình dạng bên ngoài của phanh thủy lực 49

Hình 4.3 Cụm thân phanh thủy lực 49

Hình 4.4 Cụm cân đo lực 50

Hình 4.5 Cụm cấp nước cho phanh 50

Hình 4.6 Cụm đo tốc độ hiện số 51

Hình 4.7 Sơ đồ cơ cấu hiệu chỉnh phanh 52

Hình 4.8 Cụm chi tiết động cơ ЗИЛ 130 54

Hình 4.9 Cơ cấu điều chỉnh ga 54

Hình 4.10 Máy kiểm định chẩn đoán thành phần khí xả 56

Hình 4.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 56

Hình 4.12 Cửa sổ chọn chế độ kiểm định 57

Hình 4.13 Cửa sổ nhập dữ liệu 58

Hình 4.14 Cửa sổ chọn bước kiểm tra khí xả 58

Hình 4.15 Cửa sổ bắt đầu tiến hành việc kiểm định 59

Hình 4.16 Cửa sổ kiểm tra sự dò khí 60

Hình 4.17 Quá trình kiểm tra dò khí đang được thực hiện 60

Hình 4.18 Quá trình dò khí đã thực hiện xong 60

Hình 4.19 Chọn giới hạn tốc độ vòng quay cần kiểm định 61

Hình 4.20 Quá trình chạy ấm máy 61

Hình 4.21 Quá trình kiểm tra lượng dư HC 61

Hình 4.22 Quá trình kiểm tra HC đang được thực hiện 62

Hình 4.23 Quá trình kiểm tra HC đã xong 62

Hình 4.24 Cửa sổ đầu vào để kiểm tra khí xả 62

Hình 4.25 Tổng hợp kết quả trên máy tính 63

DANH MỤC ĐỒ THỊ

Đồ thị 4.1 Công suất của động cơ 64

Đồ thị 4.2 Momen xoắn của trục khuỷu 64

Đồ thị 4.3 Thành phần HC trong khí xả 68

Đồ thị 4.4 Thành phần CO trong khí xả 70

Đồ thị 4.5 Thành phần CO2 trong khí xả 71

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Xe ô tô ЗИЛ 130 – một huyền thoại trong cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước, một kỳ tích trong công cuộc xây dựng đất nước trước đây, cho đến nay vẫn đóng vai trò quan trọng trong nhiệm vụ sẵn sàng chiến đấu bảo vệ tổ quốc của quân đội ta Trải qua nhiều năm sử dụng, một số cơ cấu, hệ thống trên xe đã không còn đáp ứng tốt

về các chỉ tiêu kỹ thuật, trong đó có hệ thống đánh lửa Trong thực tế hệ thống đánh lửa trên xe phát sinh những hao mòn, hư hỏng như cặp tiếp điểm bị cháy rỗ, biến áp đánh lửa bị chạm chập một số vòng dây làm cho biến áp đánh lửa bị nóng trong quá trình làm việc và tia lửa điện cao áp bị yếu đi rõ rệt Tuy nhiên công tác sửa chữa, thay thế lại rất khó khăn do nguồn vật tư chính hãng không còn, nguồn vật tư không chính hãng khan hiếm và giá thành cao Bên cạnh đó số lượng xe ô tô ЗИЛ 130 trong quân đội còn nhu cầu sử dụng nhiều mà chưa có điều kiện thay thế hàng loạt ngay được

Để giải quyết vấn đề nêu trên, mục tiêu của đề tài là cải tiến hệ thống đánh lửa nhằm giảm sụt áp do tiếp điểm của hệ thống đánh lửa cũ gây ra, từ đó làm tăng tính năng động cơ, giảm ô nhiễm từ nồng độ khí thải và giảm chi phí bảo dưỡng Muốn vậy phải thiết kế lại hệ thống đánh lửa và lựa chọn các chi tiết thay thế cặp tiếp điểm để chuyển đổi thành hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển Đảm bảo cung cấp tia lửa điện mạnh, đúng thời điểm để động cơ hoạt động tốt

Kết quả đề tài thu được là đã tìm ra cơ sở để minh chứng rằng: khi thay thế bằng hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm đã giải quyết được mục tiêu của

đề tài đề ra, đảm bảo tính khoa học, tính thực tế, tính khả thi cao Việc chế tạo, lắp ráp, lựa chọn các chi tiết trong hệ thống được thực hiện đơn giản, nhanh chóng, không làm thay đổi nhiều về kết cấu, giá thành rẻ Hệ thống làm việc ổn định ở mọi chế độ động

cơ, được kiểm nghiệm hết sức kỹ càng bằng máy móc, thiết bị kiểm tra chuyên dùng

và trong thực tế

Nội dung nghiên cứu trong luận văn thể hiện qua bốn chương: chương đầu tiên trình bày tổng quan vấn đề nghiên cứu; chương hai là cơ sở lý thuyết về đánh lửa trên động cơ ô tô; chương ba trình bày nội dung về thiết kế, chế tạo và lựa chọn các chi tiết đồng bộ cho hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển trên cơ sở hệ thống đánh lửa cũ trên xe; chương bốn mô tả quá trình thí nghiệm, phân tích kết quả thí nghiệm đo tính năng động cơ và nồng độ khí xả; chương năm đưa ra nhận xét, kết luận và khuyến nghị về vấn đề nghiên cứu

Từ khóa: “hệ thống đánh lửa”; “cải hoán hệ thống đánh lửa”; “đánh lửa bán dẫn”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài

Động cơ đốt trong muốn hoạt động tốt và có hiệu suất, hiệu quả cao phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, một trong những yếu tố quan trọng nhất là phải có hệ thống đánh lửa hoạt động tốt, tạo ra tia lửa điện cao áp (phóng qua khe hở bugi) đốt cháy hỗn hợp làm việc trong các xy lanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp, tương ứng với trình tự xy lanh và chế độ làm việc của động cơ

Để đáp ứng được các chế độ vận hành của động cơ ô tô, hệ thống đánh lửa tốt phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Hệ thống đánh lửa phải sinh ra dòng thứ cấp đủ lớn để tạo ra tia lửa điện 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 độ hoạt động của động cơ trong đó

có 2 yếu tố chính là tải và tốc độ của động cơ

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

- Sự mài mòn điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép

- Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tin cậy tương ứng với chế độ làm việc của động cơ

- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ

Đối với xe ЗИЛ 130 sử dụng trong quân đội hiện nay có xuất sứ từ Liên Xô cũ, sản xuất từ thập niên 80 nhưng vẫn còn sử dụng khá nhiều Trên xe sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển Kết cấu gồm có hộp chuyển mạch TK102; hộp điện trở phụ; bộ chia điện; biến áp đánh lửa; bugi đánh lửa… Tuy nhiên, qua quá trình sử dụng lâu năm làm cho tiếp điểm của bộ chia điện bị mòn và cháy rỗ, cuộn dây của biến áp đánh lửa bị chạm chập một số vòng Do đó chất lượng tia cao áp kém đi làm ảnh hưởng không nhỏ đến công suất động cơ, lượng tiêu hao nhiên liệu và nồng

độ khí xả Chính vì vậy trong luận văn này tác giả có định hướng sẽ nghiên cứu tính toán lại một số các thông số chính trong hệ thống đánh lửa nhằm cải tiến hệ thống

đang được sử dụng nhiều cho mục đích quốc phòng và giảng dạy cho đối tượng lái xe quân sự tại Trường Trung cấp Kỹ thuật miền Trung - Bộ Quốc phòng Sau khi có các thông số, tác giả sẽ chuyển đổi hệ thống đánh lửa hiện tại thành Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển Sau khi cải tiến có thể có một số ưu điểm như sau:

- Tia lửa điện cao áp có thể sẽ cao hơn

- Động cơ hoạt động tốt hơn, ổn định hơn ở mọi chế độ, đặc biệt là chế độ khởi động và chạy không tải Rất phù hợp với yêu cầu trong đào tạo lái xe ô tô quân sự hạng C tại Trường Trung cấp Kỹ thuật miền Trung

- Nâng cao hiệu quả quá trình cháy, từ đó có thể cải thiện công suất, giảm suất tiêu hao nhiên liệu và nồng độ các chất gây ô nhiễm môi trường…

- Giảm thiểu thời gian cho việc bảo dưỡng Hệ thống đánh lửa

- Giải quyết được vấn đề khan hiếm vật tư bởi thực tế hệ thống đánh lửa có tiếp điểm điều khiển đã quá cũ và rất khó tìm kiếm thiết bị thay thế cùng chủng loại

Từ sự nhận thức đó cùng với những kiến thức có được về chuyên môn và thực tế,

tác giả được giao thực hiện đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu cải hoán hệ thống đánh lửa ô tô quân sự ЗИЛ 130” theo Quyết định số 398/QĐ-ĐHNT ngày 02/4/2018

của Hiệu trưởng Trường Đại học Nha Trang

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước đối với đề tài

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong nước hiện các công trình về nghiên cứu cải tiến hệ thống đánh lửa mang tính chất cụ thể và chi tiết thực tế chưa được công bố nhiều Tuy nhiên, các cơ sở sản xuất, sửa chữa, bảo dưỡng chỉ quan tâm tới việc thay thế, sửa chữa, gia công các chi tiết trên hệ thống đánh lửa như bugi, dây cao áp, biến áp đánh lửa Đặc biệt là việc cải hoán để loại bỏ tiếp điểm của bộ chia điện mà chưa đưa ra được luận chứng và cơ sở của việc thay thế, sửa chữa này

Trong quân sự cũng có một số nghiên cứu tập trung vào vấn đề này như đề tài nghiên cứu “Cải tiến kỹ thuật Bộ kiểm tra hỏng hóc hệ thống đánh lửa một số loại ô tô dòng xe XHCN” của đồng chí Khuất Đình Kiên – Học viện Phòng không Không quân làm chủ nhiệm Đề tài đã giải quyết tốt những khó khăn của đơn vị sở tại như vấn đề sửa chữa trong điều kiện dã ngoại, kiểm tra các chi tiết trong hệ thống đánh lửa trước

và sau khi sửa chữa Đây là thiết bị có thể kiểm tra hỏng hóc được 7 bộ phận trong hệ thống đánh lửa của xe ô tô trong điều kiện dã ngoại Thiết bị sử dụng được 2 nguồn điện là 220VAC và 12VDC, có kết cấu gọn, nhẹ, đồng thời tiết kiệm được thời gian và nhân lực trong quá trình khắc phục sửa chữa, góp phần đảm bảo bảo tốt công tác huấn luyện và sẵn sàng chiến đấu trong các đơn vị Quân đội Đề tài quan tâm nhiều đến Hệ thống đánh lửa tiếp điểm trong đó có cả việc sửa chữa, cải hoán hệ thống này thông qua bộ kiểm tra mà tác giả đề xuất Tuy nhiên, cũng chưa công bố những cơ sở lý thuyết việc thay thế sửa chữa và cũng chưa có kết quả ảnh hưởng tới tính năng, suất tiêu hao nhiên liệu hay nồng độ phát thải ô nhiễm của các dòng ô tô này sau khi sửa chữa cải hoán hệ thống đánh lửa

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Tình hình nghiên cứu về cải hoán hệ thống đánh lửa trên ô tô được các hãng ô tô công bố và ứng dụng liên tục vào các dòng ô tô đã sản xuất thương mại Tuy nhiên, mỗi chủng loại ô tô được sử dụng một hệ thống đánh lửa cố định Chính vì vậy ngày nay hệ thống đánh lửa có thể tập hợp thành các chủng loại chính thông qua quá trình cải tiến theo thứ tự như sau: hệ thống đánh lửa có tiếp điểm; hệ thống đánh lửa bán dẫn loại có tiếp điểm và loại không có tiếp điểm (xe ô tô ЗИЛ 130 đang sử dụng loại

có tiếp điểm); hệ thống đánh lửa điện tử; hệ thống đánh lửa trực tiếp Tuy nhiên tại các nước phát triển việc cải hoán để tận dụng giá trị sử dụng của các loại ô tô ít diễn ra mà tập trung chủ yếu vào việc cải hoán hệ thống đánh lửa cho mục đích sử dụng các loại nhiên liệu thay thế với tính chất vật lý có những khác biệt so với nhiên liệu truyền thống

1.3 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là cải tiến hệ thống đánh lửa nhằm giảm sụt áp do tiếp điểm của hệ thống đánh lửa cũ gây ra, từ đó làm tăng tính năng động cơ, giảm ô nhiễm từ nồng độ khí thải và giảm chi phí bảo dưỡng

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống đánh lửa trên ô tô quân sự ЗИЛ 130 Thay thế hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm bằng hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm

1.3.3 Phạm vi nghiên cứu

Trong nội dung đề tài không đặt vấn đề nghiên cứu sâu về quá trình cháy trong động cơ và các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện đánh lửa tới tính năng và phát thải ô nhiễm Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ ứng dụng những lợi thế của hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm để cải tiến, thay thế hệ thống đánh lửa cũ trên xe ЗИЛ

130, từ đó đánh giá hiệu quả thực sự của hệ thống đánh lửa mới này so với hệ thống đánh lửa ban đầu

1.3.4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài chủ yếu tập trung vào sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm theo ứng dụng thực tế trên cơ sở sử dụng kết quả lý thuyết sẵn có từ các nghiên cứu đã có trước đây

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa trên ô tô

2.1.1 Nhiệm vụ

Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp (6V,12V, hay 24V) thành các xung điện cao thế (12.000- 40.000) vôn đủ để tạo nên tia lửa (phóng qua khe hở bugi) đốt cháy hỗn hợp làm việc trong các xy lanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp và tương ứng với trình tự xy lanh và chế độ làm việc

của động cơ

Trong một số trường hợp thì hệ thống đánh lửa còn dùng để hỗ trợ khởi động, tạo

điều kiện động cơ khởi động được dễ dàng ở nhiệt độ thấp

2.1.2 Yêu cầu

Một hệ thống đánh lửa tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- HTĐL phải sinh ra dòng thứ cấp đủ lớn để tạo ra tia lửa điện 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 độ 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 xóc lớn

- Sự mài mòn điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép

- Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tin cậy tương ứng với chế độ

làm việc của động cơ

- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ

2.1.3 Phân loại

Ngày nay, hệ thống đánh lửa được trang bị trên ô tô có rất nhiều loại khác nhau Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển, người ta phân loại hệ thống đánh

lửa theo các cách phân loại sau:

* Phân loại theo đặc điểm cấu tạo:

- HTĐL thường hay HTĐL kiểu cơ khí: được sử dụng hầu hết trên các ô tô trước đây

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn:

+ Loại có tiếp điểm: là HTĐL bán dẫn kết hợp cơ khí

+ Loại không có tiếp điểm: có nhiều ưu điểm nên được dùng trên đa số các ô tô

trước đây

* Phân loại theo phương pháp tích lũy năng lượng trước khi đánh lửa:

- HTĐL điện cảm: năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong từ trường của

cuộn dây biến áp đánh lửa (TI – transistor ignition system)

- HTĐL điện dung: năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong điện trường của

tụ điện (CDI– capacitor discharged ignition system)

* Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến:

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ (electromagnetic sensor) gồm hai

loại: loại nam châm đứng yên và loại nam châm quay

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang

* Phân loại theo cách phân bố điện cao áp:

- Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện Delco

- Hệ thống đánh lửa trực tiếp (không có Delco)

* Phân loại theo phương pháp góc đánh lửa sớm:

- Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí

- Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử

(ESA - electronic spark advance)

2.2 Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa trên ô tô

Hệ thống đánh lửa sau khi có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều có nguồn điện thế thấp thành dòng điện với nguồn điện thế cao có năng lượng đủ lớn sẽ sinh ra

tia lửa để phóng qua khe hở giữa hai điện cực của bugi đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu

Để tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, quá trình đánh lửa được chia

làm ba giai đoạn: Quá trình tăng trưởng của dòng sơ cấp hay còn gọi là quá trình tích lũy

năng lượng, quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá trình xuất hiện tia lửa điện ở cực bugi

2.2.1 Giai đoạn tăng dòng sơ cấp khi tiếp điểm đóng

Trong giai đoạn này có thể sử dụng hệ thống đánh lửa có tiếp điểm và mô tả

như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa [3]

Trong sơ đồ trên gồm có:

Rf: Điện trở phụ, R1: Điện trở cuộn sơ cấp, L1, L2: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, T: Transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc tiếp điểm điều khiển

Ta có thể chuyển sơ đồ mạch điện sơ cấp thành sơ đồ tương đương như bên dưới Khi KK' đóng, sẽ có dòng sơ cấp i1 chạy theo mạch:

(+)AQ  Kđ  Rf  W1  Cần tiếp điểm 2  KK'  (-)AQ

Dòng điện i1 tăng từ 0 đến một giá trị giới hạn xác định bởi điện trở của mạch sơ cấp Mạch thứ cấp lúc này coi như hở Do sức điện động tự cảm, dòng i1 không thể tăng tức thời mà tăng dần trong một khoảng thời gian nào đó Theo Đỗ Văn Dũng [3] trong giai đoạn gia tăng dòng sơ cấp ta có thể viết phương trình và trình bày như sau:

Trong đó: Ung - Thế hiệu của nguồn điện (ắc quy hoặc máy phát) [V]

eL1 - sức điện động tự cảm trong cuộn sơ cấp [V]

R1 - Điện trở thuần của mạch sơ cấp []

T Accu

Mà: 1 1 1

1 1

1

dt

di L U dt

di L

R

L



 - Hằng số thời gian của mạch sơ cấp

Hình 2.2 Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa [3]

Biểu thức (2.3) cho thấy: Dòng sơ cấp tăng theo quy luật đường tiệm cận

Khi t = 0 (tiếp điểm vừa đóng lại) thì i1 = 0

Khi t =  (tiếp điểm đóng rất lâu) thì:

0

&

1 1

dt

di R

U

i ng (2.5)

Từ các biểu thức trên ta thấy rõ rằng, tốc độ gia tăng dòng sơ cấp phụ thuộc vào giá trị Ung và L1 L1 càng lớn thì tốc độ tăng dòng sơ cấp càng giảm Tốc độ này có giá trị cực đại vào thời điểm tiếp điểm bắt đầu đóng (t = 0)

Giá trị nhỏ nhất của tốc độ tăng dòng sơ cấp 

được xác định bởi thời điểm

mở tiếp điểm Trong quá trình làm việc của hệ thống đánh lửa, tốc độ này không bao giờ giảm đến 0 Vì thời gian tiếp điểm đóng ngắn nên dòng sơ cấp không kịp đạt giá trị

Giá trị cực đại mà dòng sơ cấp có thể đạt được (i1max) phụ thuộc vào điện trở mạch sơ cấp và thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng Thay giá trị t = tđ vào phương trình (2.3), ta xác định được:

1

ng ng

1 max

R

U I

i

Trong đó: I1ng - Giá trị dòng sơ cấp khi tiếp điểm mở [A]

tđ - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng [s]

Hình 2.3 Quá trình tăng dòng sơ cấp i 1 [3]

Đường (1) ứng với xe đời cũ có biến áp đánh lửa độ tự cảm lớn, tốc độ tăng dòng

sơ cấp chậm hơn so với biến áp đánh lửa xe đời mới có độ tự cảm nhỏ đường (2) Chính vì điều này làm cho lửa yếu lúc xe có tốc độ cao Trên xe đời mới đã được khắc phục nhờ sử dụng biến áp đánh lửa có độ tự cảm nhỏ

Theo Đinh Ngọc Ân [1] Nếu ký hiệu

ck d m d

d d

T

t t t

t

e d ck d

120 - Tần số đóng mở của tiếp điểm (đối với động cơ 4 kỳ)

Biểu thức này có thể chứng minh với lập luận như sau: Trong 2 vòng quay của

trục khuỷu, tức là trong thời gian (60/ne)x 2 giây, tiếp điểm phải đóng mở Z lần để thực hiện đánh lửa Vậy trong thời gian 1 giây tiếp điểm cần phải đóng mở [Z/(120/ne)] hay f = (neZ/120));

Z - Số xy lanh của động cơ 4 kỳ

ne - Số vòng quay của động cơ [v/ph]

120 L

R (

1

ng ng

d 1 1

e1R

UI

Từ biểu thức (2.8) ta rút ra các nhận xét sau:

- Giá trị dòng I1ng phụ thuộc các thông số của mạch sơ cấp (R1 và L1)

- I1ng giảm đi khi tăng số vòng quay và số xy lanh động cơ

- I1ng tăng lên khi tăng thời gian đóng tiếp điểm tương đối, thời gian này được ấn định bởi dạng cam và việc điều chỉnh tiếp điểm Thường đ không thể làm tăng quá 0,63 vì lúc đó cam sẽ rất nhọn, gây ra rung động và va đập cần tiếp điểm khi làm việc

và mau mòn [1]

2.2.2 Quá trình ngắt dòng sơ cấp

Như ta đã biết, khi transitor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảm đột ngột Trên cuộn thứ cấp của biến áp đánh lửa sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng 15kV  40kV Giá trị của hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào rất nhiều thông số của mạch sơ cấp và thứ cấp Để tính toán hiệu điện thế thứ cấp cực đại

ta sử dụng sơ đồ tương đương dưới đây

Hình 2.4 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa [3]

Rm - Điện trở mất mát []

Rr - Điện trở rò qua điện cực bugi []

Theo Đỗ Văn Dũng [3], ta có thể bỏ qua hiệu điện thế ắc quy vì hiệu điện thế ắc quy rất nhỏ so với sức điện động tự cảm xuất hiện trên dòng sơ cấp lúc transistor công

suất ngắt, năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa được chuyển thành năng lượng điện trường trên tụ điện C1 và C2 và một phần mất mát Để xác định hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m ta lập phương trình cân bằng lúc transistor công suất ngắt như sau:

Q U C U C I

2

2 2 2 2 1 1 1

Trong đó:

C1 - Điện dung của tụ điện mắc song song với transistor công suất [F]

C2 - Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp [F]

U1m, U2m - Hiệu điện thế sơ cấp, thứ cấp lúc transistor công suất ngắt [V]

Q - Tổn thất dưới dạng nhiệt [J]

U2m= kbb.U1m

Kbb= W1/W2 - Hệ số biến áp của biến áp đánh lửa

W1,W2 - Số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp [vòng]

W

W C I

L W

W U

1 2

1 2

Hình 2.5 Qui luật biến đổi của dòng điện sơ cấp và điện áp thứ cấp [3]

Sau khi biến đổi ta có:

'

2

2 1 1

1 1

C W

W C

L I

Trong đó ' là Hệ số tính đến sự giảm U2 do tổn thất năng lượng dưới dạng nhiệt trong cả hai mạch sơ cấp và thứ cấp (' = 0,75 0,85)

Khi Transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một sức điện động khoảng

100300 V

2.2.3 Quá trình phóng điện ở điện cực bugi

Khi thế hiệu U2 vừa đạt đến giá trị Uđl, đủ để xuyên qua khe hở giữa các điện cực của bugi, thì ở đó sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế (hình 2.6) Khi xuất hiện tia lửa điện thì U2 giảm đột ngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại

Kết quả của nhiều công trình nghiên cứu đã xác định được rằng: Tia lửa điện có hai phần rõ rệt là phần điện dung và phần điện cảm

Hình 2.6 Sự thay đổi hiệu điện thế U 2 khi phóng tia lửa điện [3]

a Thời gian tia lửa điện dung; b Thời gian tia lửa điện cảm

Xét thời điểm đầu của quá trình phóng điện, phần điện dung xuất hiện trước Đó

là sự phóng tĩnh điện do năng lượng của điện trường tích luỹ trong điện dung C1 và C2của hệ thống đánh lửa, tia lửa điện dung có màu xanh lam và rất chói do nhiệt độ của

nó cao tới 10.000OC Điện áp cao và dòng điện phóng rất lớn nên công suất tức thời của nó cũng khá lớn (có thể đạt đến hàng chục kW) Tuy nhiên, thời gian tồn tại tia lửa này rất ngắn (<1s) nên năng lượng điện trường cũng không lớn lắm

i đc

tt

U2m

b

ta

idl

11220

i2, A300

(kv)

Udl

U2m

t

Đặc trưng của phần tia lửa điện dung là có tiếng nổ lách tách, tần số dao động lớn tới (106 107) Hz, nên gây nhiễu xạ vô tuyến mạnh

Tia lửa điện dung làm điện thế U2 giảm đột ngột, chỉ còn khoảng 1.500-2.000V

Vì tia lửa xuất hiện trước khi U2 đạt giá trị cực đại, nên phần tia lửa điện dung chỉ tiêu tốn một phần năng lượng của từ trường tích luỹ trong biến áp đánh lửa là:

2

2

dl C

W C

Phần năng lượng còn lại được tiếp tục phóng qua khe hở bugi dưới dạng tia lửa điện cảm hay còn gọi là đuôi lửa Do U2 đã giảm nhiều nên dòng phóng lúc này cũng rất nhỏ, chỉ khoảng (80 100) mA Tia lửa điện cảm có màu tím nhạt-vàng, kéo dài khoảng vài s đến vài ms, phụ thuộc vào giá trị năng lượng điện cảm tích luỹ trong mạch sơ cấp:

2

2 1

1 ng

L

I L

Trong điều kiện thực tế, tia lửa có thể chỉ có phần điện dung hoặc điện cảm thuần túy hoặc hỗn hợp cả hai phần, tuỳ thuộc vào các thông số của hệ thống đánh lửa và các điều kiện vật lý khi xuất hiện tia lửa Nói chung các xoáy khí hình thành trong buồng cháy ở số vòng quay cao của động cơ, cản trở việc tạo thành phần điện cảm của tia lửa Đuôi lửa có tác dụng tốt khi khởi động động cơ nguội Vì khi khởi động nhiên liệu bốc hơi kém, khó cháy Nên khi nhiên liệu đã bén lửa của phần điện dung, nó sẽ bốc hơi và hòa trộn tiếp, đuôi lửa sau đó sẽ đốt cho nhiên liệu cháy hết [1]

2.3 Các thống số cơ bản của hệ thống đánh lửa

2.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U 2m

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m

phải đủ lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt là lúc khởi động [3]

2.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa U đl

Hiệu điện thế thứ cấp mà ở đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện thế đánh lửa U đl Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân

T : nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điểm đánh lửa

K : hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí

Hình 2.7 Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa

vào tốc độ và tải của động cơ [3]

1.Toàn tải ; 2 Nửa tải ; 3 Tải nhỏ ; 4 Khởi động và cầm chừng

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng: Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa U đl tăng khoảng 20 đến 30 % do nhiệt độ điện cực bugi thấp

Khi động cơ tăng tốc độ, thoạt tiên U đltăng, do áp suất nén tăng nhưng sau đó Uđlgiảm từ từ do nhiệt độ điện cực bugi tăng và áp suất nén giảm do quá trình nạp xấu đi Hiệu điện thế đánh lửa có giá trị cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc, có giá trị cực tiểu ở chế độ ổn định khi công suất cực đại (hình 2.7)

Trong quá trình vận hành xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, Uđl tăng 20% do điện cực bugi bị mài mòn Sau đó U đl tiếp tục tăng do khe hở bugi tăng Vì vậy để giảm

U2

Đối với hệ thống đánh lửa thường, do U2m thấp nênK dtthường nhỏ hơn 1,5 Trên những động cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh lửa điện tử, hệ số dự trữ đánh lửa có giá trị khá cao (K dt 1 ,5 2,0), đáp ứng được việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở của bugi [3]

2.3.4 Năng lượng dự trữ Wdt

Theo Đỗ Văn Dũng [3], năng lượng dự trữ W dt là năng lượng tích lũy dưới dạng

từ trường trong cuộn dây sơ cấp của biến áp đánh lửa Để đảm bảo tia lửa điện có đủ năng lượng để đốt cháy hoàn toàn hòa khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa ở một giá trị xác định:

mJ Trong đó: W dt: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp

L1 : Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa

I ng: Cường độ dòng điện sơ cấp khi transistor công suất ngắt

2.3.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S

Trong đó:

S : Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

u2 : Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

t : Thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S càng lớn thì tia lửa điện xuất hiện ở điện cực bugi càng mạnh nhờ đó dòng không bị rò qua muội than trên điện cực bugi, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm [3]

2.3.6 Tần số và chu kỳ đánh lửa

Theo các nghiên cứu trước đây, đối với động cơ xăng 4 kỳ số tia lửa trong một giây hay còn gọi là tần số đánh lửa được xác định bởi công thức:

) (

t : Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt

Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với vòng quay trục khuỷu động cơ và số xylanh Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh lửa f tăng và do đó chu

kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến 2 thống số là chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh [3]

,,,,,( bđ bđ wt mt o

t : nhiệt độ môi trường

n : số vòng quay của động cơ

0

N : chỉ số octan của xăng

Hình 2.8 Bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ

và tải động cơ trên ô tô đời mới [3]

Ở các xe đời cũ như ЗИЛ 130, ЗИЛ 157, ΓAЗ 69, ΓAЗ 53… góc đánh lửa sớm được điều khiển theo các thông số: tốc độ (bằng sức văng ly tâm), tải (bằng sức hút chân không) và cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng trị số octan của động cơ Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa ở một số xe như Toyota, Honda… có trang bị thêm van nhiệt và sử dụng bộ phận đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ Trên các xe đời mới, góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo các thống số nêu trên Trên hình 2.8 trình bày bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc

độ và tải động cơ trên xe đời mới

2.3.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện

Thông thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là thành phần điện dung và thành phần điện cảm Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:

L C

U C

Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bugi tùy theo vào loại hệ thống đánh lửa Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng của tia lửa phải đủ lớn và thời gian phóng đủ dài để đốt cháy được hòa khí ở mọi chế độ làm việc của động cơ

2.4 Đặc tính của hệ thống đánh lửa

2.4.1 Đặc tính của hệ thống đánh lửa thường

Đặc tính của HTĐL là đồ thị đặc trưng cho sự thay đổi của điện áp thứ cấp của biến áp đánh lửa phụ thuộc vào số vòng quay của trục khuỷu động cơ Nhược điểm cơ bản của hệ thống đánh lửa loại này thường là ở số vòng quay cao nó có đường đặc tính đánh lửa kém Đặc tính của hệ thống đánh lửa được xác định bằng thực nghiệm đối với động cơ bốn và sáu xy lanh như hình 2.9:

Hình 2.9 Đặc tính của hệ thống đánh lửa thường [1]

Sự biến thiên của dòng điện sơ cấp I1 khi động cơ làm việc ở: Số vòng quay thấp (a) và Số vòng quay cao (b):

Hình 2.10 Sự biến thiên của dòng điện sơ cấp I 1 [1]

Quy luật biến thiên của dòng sơ cấp i1 trong hệ thống đánh lửa có tiếp điểm điều khiển ở số vòng quay khác nhau của trục khuỷu động cơ Phân tích các công thức tính U2m, i1ng các đặc tính và ảnh i1 có thể kết luận như sau:

- Số vòng quay của trục khuỷu động cơ càng tăng thì thời gian tiếp điểm đóng càng giảm , và vì vậy i1ng ngăt cũng giảm đi i1ng giảm làm cho U2m giảm và đây là nhược điểm cơ bản của hệ thống đánh lửa thường ở vùng số vòng quay cao

- Nếu các điều kiện khác như nhau thì việc tăng số xy lanh của động cơ sẽ làm cho thời gian tiếp điểm đóng giảm và U2m giảm, đặc biệt ở số vòng quay cao

- Theo lý thuyết, ở số vòng quay thấp U2 phải có giá trị lớn (đường chấm khuất) nhưng thực tế ở trong vùng này U2 lại có giá trị thấp Lý do là ở vùng này do

tốc độ mở tiếp điểm chậm nên tia lửa hồ quang còn kịp phóng qua khoảng khe hở giữa

2 má vít của BCĐ trong 1 thời gian sau khi tiếp điểm mở và vì vậy tốc độ biến thiên của từ thông do nó sinh ra giảm đi, làm cho U2 giảm Đây có thể coi là phần năng lượng của từ trường trong lõi thép của cảm biến đánh lửa mất mát cho tia lửa hồ quang

2.4.2 Đặc tính đánh lửa của HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển

Đặc tính của HTĐL bán dẫn có tiếp điểm là có trị số điện áp thay đổi ít hơn HTĐL thường khi số vòng quay trục khuỷu tăng

Hình 2.11 Đặc tính của HTĐL thường và HTĐL bán dẫn có tiếp điểm [1]

Qua thực nghiệm trước đây thì các đường đặc tính của HTĐL bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển (đường nét đứt) cao hơn các đường đặc tính của HTĐL thường (những đường nét liền) khi điện trở rò ở bugi bằng vô cùng (khi bugi sạch) Khi điện trở rò = 3 MΩ thì đặc tính đánh lửa của 2 hệ thống không khác biệt ở số vòng quay thấp, còn ở số vòng quay cao chỉ lớn hơn rất ít [1]

Tuy HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển đã được cải thiện về sự thay đổi điện áp thứ cấp ở vùng số vòng quay trục khuỷu cao nhưng tại số vòng quay thấp điện

áp thứ cấp vẫn nhỏ do vẫn tồn tại tiếp điểm điều khiển Do vậy cần phải có biện pháp nâng cao đặc tính đánh lửa bằng cách cải tiến sang hệ thống đánh lửa bán dẫn không

có tiếp điểm điều khiển

Đặc tính đánh lửa của HTĐL bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển sau khi cải hoán sẽ khắc phục được nhược điểm của HTĐL có tiếp điểm Cụ thể là:

- Có trị số điện áp thay đổi ít hơn khi số vòng quay trục khuỷu tăng

- Tuy HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển đã được cải thiện về sự thay đổi điện áp thứ cấp ở vùng số vòng quay trục khuỷu cao nhưng tại số vòng quay thấp điện

áp thứ cấp vẫn nhỏ do vẫn tồn tại tiếp điểm điều khiển Khi cải hoán sang HTĐL bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển thì điện áp thứ cấp tại số vòng quay thấp tăng lên vì

sẽ không còn tổn hao năng lượng phóng qua khe hở tiếp điểm Đường đặc tính đánh lửa ổn định và không thay đổi nhiều ở tất cả các chế độ của động cơ

2.5 Giới thiệu sơ lược về các loại hệ thống đánh lửa trên xe ô tô quân sự

2.5.1 Hệ thống đánh lửa thường

Được sử dụng trên động cơ xe ЗИЛ - 157, ΓAЗ - 69, ΓAЗ - 53 Các xe này hiện nay trong quân đội không còn sử dụng nhiều

2.5.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn

2.5.2.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

Được sử dụng trên động cơ xe ЗИЛ 130, M24 “Vonga”

Sơ đồ, nguyên lý làm việc chung như sau:

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý HTĐL bán dẫn có tiếp điểm [1]

- Sơ đồ nguyên lý: HTĐL bán dẫn có tiếp điểm có sơ đồ nguyên lý như hình 2.9 HTĐL bán dẫn có tiếp điểm mạch sơ cấp được bố trí 1 transistor thuận T, tiếp giáp EB được nối với cặp tiếp điểm K1 Biến áp đánh lửa có 2 cuộn dây W1, W2 quấn chung trên cùng 1 lõi sắt

Cuộn W2 có một đầu dây được nối mát, một đầu được đưa ra cọc cao áp trung tâm Cuộn W1 có một đầu dây được nối với (+) nguồn, một đầu được nối với tiếp giáp

W1

W2 E

c B

xy lanh động cơ Đồng thời trong W1 xuất hiện Sức điện động tự cảm ES1 = (200  300)V [1]

- Nhận xét:

Dòng điện chạy qua cặp tiếp điểm K1 chỉ là dòng điện điều khiển có trị số nhỏ nên giảm được tia lửa ở cặp tiếp điểm, tuổi thọ HTĐL tăng

Dòng điện chạy qua cuộn dây W1 có trị số lớn: I1 = IB + IC

Trong đó: IC = .IB với  là hệ số khuếch đại, với transistor thường dùng  10 Sức điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây W2 có trị số lớn, tạo ra tia lửa điện cao áp tốt hơn, đốt cháy hỗn hợp nhiêu liệu đạt hiệu suất cao

Sức điện động tự cảm ES1 có trị số cao sinh ra trong cuộn dây W1 đặt vào transistor, gây hỏng transistor Trong thực tế trong HTĐL này còn đặt thêm bộ bảo vệ cho transistor

Trong HTĐL này được sử dụng biến áp đánh lửa có hệ số Kbt cao hơn so với HTĐL thường và có L1 nhỏ hơn

2.5.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm điều khiển

Theo tài liệu tiếng Nga [6] hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điển hình, có hộp bán dẫn TK-200 lắp trên xe ЗИЛ - 131, ЦРAЗ - 375, ΓAЗ - 66 thường được lắp đồng bộ với bộ phát tín P - 351, hoặc bộ phát tín P- 352 Cấu tạo và nguyên

lý làm việc như sau:

- Cấu tạo bao gồm: Bộ chia điện P-351; Biến áp đánh lửa Б-118; Điện trở phụ C

Do có dòng điện chạy qua R1, R3, R9, nên có điên áp rơi trên các điện trở đó mà

UR1 = UB2E2; UR3 = UB3E3; UR9 = UB4E4 nên có dòng điều khiển của T2, T3, T4

A

 E4 M  (-)AQ

IC4: (+)AQ  A  BZ  C-326  BK-12  BK-12  BK  W1 P  Kz

 Đ6 C4 E4 M  (-)AQ

Do có sự khuếch đại qua các Transistor T2, T3, nên IC4 có giá trị lớn Dòng điện

IC4 chạy qua cuộn dây W1, vì vậy trong W1 có từ trường lớn

+ Khi động cơ làm việc, rôto bộ phát tín P-351 quay, trong cuộn dây bộ phát tín sinh ra sức điện động xoay chiều

Ở nửa chu kỳ dương của sức điện động xoay chiều bộ phát tín đặt vào cực Д qua diode Đ1, R7 đặt vào cực B1, Transistor T1 được phân cực thuận, nên có dòng điều khiển

đi như sau:

RC4E4 tăng lên rất lớn) dòng điện chạy trong cuộn dây W1 bị ngắt

Trong cuộn dây W1 có từ thông biến thiên, móc vòng sang cuộn dây W2 Trong cuộn dây W2 sinh ra sức điện động cao áp đưa đến nắp chia điện, chia đến các bugi đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong xy lanh động cơ

Ở nửa chu kỳ âm hoặc bằng 0 của sức điện động xoay chiều bộ phát tín, Transistor T1 khoá lại Lúc này Transistor T2, T3, T4 mở ra có dòng điện chạy qua W1,

có từ trường Quá trình, chu kỳ sau bộ phát tín lặp lại