Đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa hybrid trên các loại nhiên liệu

Đối với các hệ thống đánh lửa nguyên thủy, trong quá trình hoạt động, cuộn sơ cấp sinh ra suất điện động tự cảm khoảng 100 V đến 300 V, gây hư hỏng các công tắc, thiết bị đóng ngắt, gây

Trang 1

TPHCM ngày 24 tháng 7 năm 2019

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên nghành: Công nghệ kỹ thuật Ô tô

Tên đề tài ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA HYBRID

TRÊN CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU

GVHD: Th.S NGUYỄN TẤN NGỌC

SVTH: NGUYỄN VĂN BẢO MSSV: 15145191

NGUYỄN LÊ MINH MSSV: 15145292

TPHCM ngày 24 tháng 7 năm 2019

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 7 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Họ tên sinh viên : NGUYỄN VĂN BẢO MSSV: 15145191

NGUYỄN LÊ MINH MSSV:15145292 Nga ̀nh: Công nghê ̣ kỹ thuâ ̣t ô tô

Ma ̃ ngành: 52510205

Lơ ́ p : 151453B

2 Tên đề tài: Đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa Hybrid trên các

loại nhiên liệu

3 Nội dung thực hiện:

- Khảo sát nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa trên động cơ nguyên thủy

- Khảo sát nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa trên động cơ Hybrid

- Nghiên cứu quy trình thử nghiệm động cơ trên băng thử

- Thực nghiệm đo đạt và đánh giá kết quả

4 Sản phẩm đề tài: 01 tập báo cáo, file dữ liệu nội dung đề tài

5 Ngày giao đề tài: 1/5/2019

6 Ngày nộp đề tài: 24/7/2019

TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

ThS Nguyễn Tấn Ngọc

Trang 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: Đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa Hybrid trên các loại nhiên

liệu

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Bảo MSSV: 15145191

Nguyễn Lê Minh MSSV: 15145292

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện và

các thành viên trong Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn thành đúng theo

yêu cầu và nội dung

Trang 5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Tên đề tài: Đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa Hybrid trên các loại nhiên liệu

Họ tên sinh viên : NGUYỄN VĂN BẢO MSSV: 15145191

NGUYỄN LÊ MINH MSSV:15145292

Nga ̀nh: Công nghê ̣ kỹ thuâ ̣t ô tô I NHẬNXÉT 1 Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

2 Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG

Trang 6

III ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ

1 Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không):

2 Điểm đánh giá (theo thang điểm 10):

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019

Giảng viên hướng dẫn

Trang 7

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Tên đề tài: Đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa Hybrid trên các loại nhiên liệu

Họ tên sinh viên : NGUYỄN VĂN BẢO MSSV: 15145191

NGUYỄN LÊ MINH MSSV: 15145292 Nga ̀nh: Công nghê ̣ kỹ thuâ ̣t ô tô

I NHẬN XÉT

1 Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

2 Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG

Trang 8

III ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ

1 Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không):

2 Điểm đánh giá (theo thang điểm 10):

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019

Giảng viên phản biện

Trang 9

Suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM được sự chỉ đạo giảng dạy của thầy cô trong trường cũng như trong ngành Công nghê kỹ thuật ô tô Cho em được gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô nói chung và thầy Nguyễn Tấn Ngọc nói riêng đã giúp đỡ em trong thời gian qua để em có thể hoàn thành bài đề tài tốt nghiệp này

Trong quá trình nghiên cứu và làm bài báo cáo tốt nghiệp, do kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp thầy, cô để em học hỏi được nhiều kĩ năng, kinh nghiệm!

Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 10

MỤC LỤC

MỤC LỤC ··· 1

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TĂT ··· 7

DANH SÁCH CÁC HÌNH ··· 8

DANH SÁCH CÁC BẢNG ··· 18

Chương 1: TỔNG QUAN ··· 19

1.1 Lý do chọn đề tài ··· 19

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ··· 19

1.2.1 Trong nước ··· 19

1.2.2 Ngoài nước ··· 28

1.3 Mục đích đề tài ··· 32

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ··· 33

1.5 Phương pháp nghiên cứu ··· 33

1.6 Ý nghĩa đề tài ··· 33

1.7 Giới hạn đề tài ··· 33

1.8 Kết quả dự kiến đạt được ··· 33

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ··· 35

2.1 Sức điện động tự cảm ··· 35

2.1.1 Hiện tượng tự cảm ··· 35

2.1.2 Hiện tượng hỗ cảm ··· 36

Trang 11

2.2 Lý thuyết đánh lửa điện cảm ··· 38

2.2.1 Quá trình tăng trưởng mạch sơ cấp ··· 38

2.2.2 Quá trình ngắt dòng sơ cấp ··· 40

2.2.3 Quá trình phóng điện ở bu-gi ··· 41

2.3 Hệ thống đánh lửa Hybrid··· 42

2.3.1 Nguyên lý làm việc ··· 42

2.3.1.1 Mạch làm việc theo kiểu đánh lửa điện cảm ··· 42

2.3.1.2 Mạch làm việc theo kiểu đánh lửa điện dung ··· 43

2.3.2 Mô hình hệ thống đánh lửa Hybrid ··· 43

2.3.2.1 Quá trình tích lũy năng lượng ··· 43

2.3.2.2 Quá trình ngắt ··· 44

2.3.2.3 Tần số của i 1 (t) và V 1 (t) ··· 45

2.3.2.3.1 Tần số của i 1 (t) ··· 45

2.3.2.3.2 Tần số của V 1 (t) ··· 45

2.4 Mô hình đánh lửa Hybrid 4 máy ··· 46

Chương 3 QUY TRÌNH VẬN HÀNH PHÒNG THỬ ··· 47

3.1 Giới thiệu phòng thử nghiệm động cơ ··· 47

3.2 EMCON 400 ··· 47

3.2.1 Giới thiệu EMCON 400 ··· 47

3.2.2 Các nút chức năng của EMCON 400 ··· 54

Trang 12

3.3 Thiết bị đo lượng nhiên liệu tiêu thụ ··· 59

3.4 Vận hành phòng thí nghiệm ··· 60

3.4.1 Các chế độ cần biết trước khi tiến hành khởi động động cơ ··· 60

3.4.2 Các bước vận hành ··· 61

3.4.2.1 Chuẩn bị cơ bản ··· 61

3.4.2.2 Khởi động bơm nước, quạt làm mát băng thử ··· 64

3.4.2.3 Khởi động động cơ bằng băng thử ··· 65

3.4.2.4 Tắt động cơ ··· 66

3.4.2.5 Cho động cơ chạy ở một giá trị mong muốn (demand values – các chế độ như speed/alpha, speed/torque,…) ··· 66

3.4.2.6 Điều khiển động cơ chạy theo một vòng lặp (Recall Mode) ··· 67

3.4.3 Hoạt động trong phòng băng thử ··· 70

3.4.3.1 Điều khiển độ mở bướm ga bằng tủ điều khiển bướm ga (AVL throttle actuator) ··· 70

Chương 4 THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ ··· 77

4.1 Mục tiêu thí nghiệm ··· 77

4.2 Đối tượng, đặc điểm, địa điểm thực nghiệm ··· 77

4.2.1 Đối tượng thực nghiệm ··· 77

4.2.2 Nội dung và đặc điểm thực nghiệm ··· 78

4.2.3 Địa điểm thực nghiệm ··· 79

4.3 Nhiệm vụ, phương pháp ··· 79

Trang 13

4.3.1 Nhiệm vụ ··· 79

4.3.2 Phương pháp ··· 79

4.4 Kết quả thực nghiệm ··· 80

4.4.1 So sánh hiệu quả làm việc giữa hệ thống đánh lửa nguyên thủy và hệ thống đánh lửa Hybrid với xăng E5-RON 92 ··· 80

4.4.1.1 Chế độ tải 20 % vị trí bướm ga ··· 80

4.4.2 So sánh hiệu quả làm việc giữa hệ thống đánh lửa nguyên thủy và hệ thống đánh lửa hybrid với xăng RON 95 ··· 91

4.4.3 So sánh hiệu quả giữa xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống đánh lửa nguyên thủy và hệ thống đánh lửa Hybrid ··· 101

4.4.3.1 Động cơ Toyota 1NZ-FE sử dụng hệ thống đánh lửa nguyên thủy ··· 101

4.4.3.1.1 Chế độ tải 20% vị trí bướm ga ··· 101

Trang 14

4.4.3.2 Động cơ Toyota 1NZ-FE sử dụng hệ thống đánh lửa Hybrid ··· 116

4.4.4 So sánh hai hệ thống đánh lửa ··· 131

4.4.4.1 So sánh hai hệ thống đánh lửa với xăng RON 95 ··· 131

4.4.4.2 So sánh hai hệ thống đánh lửa với xăng E5-RON 92 ··· 133

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ··· 136

5.1 Kết quả thực nghiệm ··· 136

5.1.1 Mạch đánh lửa hybrid ··· 136

5.1.2 Công suất, moment và suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ sử dụng hệ thống đánh lửa Hybrid khi sử dụng xăng RON 95 ··· 136

5.1.3 Công suất, moment và suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ sử dụng hệ thống đánh lửa Hybrid khi sử dụng xăng E5-RON 92 ··· 137

5.1.4 Hiệu quả giữa hai loại nhiên liệu RON 95 và E5-RON 92 ··· 137

Trang 15

5.2 Kết luận và đề xuất ··· 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO ··· 140

Trang 16

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TĂT

SCR: Silicon Controlled Rectifier ··· 31

ECU: Electronic Control Unit ··· 31

RON: Research On Motor ··· 33

AVL: Anstalt für Verbrennungskraftmaschinen List ··· 70

AC: Alternating Current ··· 30

LED: Light Emitting Diode ··· 66

EFI: Electronic Fuel Injection ··· 79

Trang 17

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 Mạch đánh lửa lai ··· 20

Hình 1.2 So sánh điện áp cực đại của sức điện động tự cảm tính toán V1 với các giá trị thực nghiệm ở các thời gian tích lũy năng lượng khác nhau ··· 20

Hình 1.3 Mô hình hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung – điện cảm có khả năng tích lũy năng lượng tự cảm ··· 21

Hình 1.4 Điện áp trên bo-bin (a) và trên hai bản cực của tụ điện (b) ··· 21

Hình 1.5 Dạng sóng của dòng điện (a), điện áp qua cuộn sơ cấp của bo-bin đánh lửa điện cảm (b) và điện áp trên bo-bin đánh lửa điện dung (c) trên mô hình sử dụng một tụ điện ··· 22

Hình 1.6 Mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng hai bo-bin riêng biệt ··· 22

Hình 1.7 Mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng một bo-bin ··· 23

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống đánh lửa lai bốn xi-lanh ··· 23

Hình 1.9 So sánh giữa năng lượng tích lũy của các tụ điện khác nhau ··· 24

Hình 1.10 Mạch đánh lửa lai ··· 25

Hình 1.11 Thời gian sạc thực của tụ điện và thời gian sạc đầy của tụ điện bị ảnh hưởng bởi việc tang điện dung từ 0,22 F đến 9 ··· 25

Hình 1.12 Sự thay đổi năng lượng tích lũy trên tụ khi thay đổi điện dung tụ từ 0,22 μF – 9 μF với t ng =5.10 -3 (s), r=10 6 (Ω), R=1,48 (Ω), L 1 =1,25.10 -3 (H), U=12,54 (V) ··· 26

Hình 1.13 Năng lượng tích lũy trên tụ khi có tổn thất và khi không có tổn thất ··· 27

Hình 1.14 Sơ đồ thiết bị đánh lửa cho động cơ đốt trong ··· 28

Trang 18

Hình 1.15 Sơ đồ thiết bị đánh lửa cho động cơ xăng ··· 29

Hình 1.16 Sơ đồ hệ thống đánh lửa nạp xả với chu kỳ điện dung điện cảm ··· 29

Hình 1.17 Sơ đồ hệ thống đánh lửa hỗn hợp trên động cơ đốt trong ··· 30

Hình 1.18 Sơ đồ hệ thống đánh lửa nạp xả điện dung điện cảm điều biên ··· 31

Hình 2.1 Từ thông qua cuộn dây ··· 35

Hình 2.2 Hiện tượng hỗ cảm khi có dòng I ··· 36

Hình 2.3 Sơ đồ đánh lửa thông thường ··· 38

Hình 2.4 Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp ··· 38

Hình 2.5 Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp··· 39

Hình 2.6 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa ··· 40

Hình 2.7 Qui luật biến đổi của dòng sơ cấp i 1 và hiệu điện thế thứ cấp U 2m ··· 41

Hình 2.8 Sơ đồ mạch đánh lửa Hybrid ··· 42

Hình 2.9 Chế độ đánh lửa điện cảm ··· 42

Hình 2.10 Chế độ đánh lửa điện dung ··· 43

Hình 2.11 Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp ··· 43

Hình 2.12 Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp khi transistor công suất ngắt ··· 44

Hình 2.13 Mô hình đánh lửa lai sử dụng bốn bo-bin ··· 46

Hình 3.1 Hình ảnh bàn điều khiển EMCON 400 ··· 48

Hình 3.2 Bàn điều khiển EMCON 400 ··· 48

Hình 3.3 Màn hình hiển thị và nhập dữ liệu cho hệ thống ··· 49

Trang 19

Hình 3.4 Tủ điều khiển EMCON 400 ··· 49

Hình 3.5 Công tắt bật tủ điều khiển và đèn báo hiệu ··· 50

Hình 3.6 Giắc nối đầu ra của tủ điều khiển ··· 50

Hình 3.7 Giắt nối giữa bàn điều khiển với tủ điều khiển và màn hình vi tính hiển thị ··· 51

Hình 3.8 Bố trí băng thử động cơ ··· 51

Hình 3.9 Tủ điều khiển bướm ga ··· 52

Hình 3.10 Tủ điều khiển hệ thống làm mát ··· 52

Hình 3.11 Hệ thống nước làm mát ··· 53

Hình 3.12 Quạt làm mát động cơ ··· 53

Hình 3.13 Bàn điểu khiển EMCON 400 với một số nút chức năng ··· 54

Hình 3.14 Màn hình hiển thị và các nút điều khiển xung quanh của bàn điều khiển EMCON 400 ··· 58

Hình 3.15 Công tắc dừng khẩn cấp ··· 58

Hình 3.16 Núm điều khiển ··· 58

Hình 3.17 Xoay núm điều chỉnh để chọn ··· 59

Hình 3.18 Cân nhiên liệu ··· 60

Hình 3.19 Lọc nước ··· 62

Hình 3.20 Quạt làm mát ··· 62

Hình 3.21 Kiểm tra óc gá ··· 63

Trang 20

Hình 3.22 Nối cọc dương và âm của accu với động cơ ··· 63

Hình 3.23 Công tắc bật quạt làm mát, bơm nước ··· 64

Hình 3.24 Nút khởi động hệ thống làm mát ··· 64

Hình 3.25 Đèn led MANUAL sáng khi nhấn vào nó ··· 65

Hình 3.26 LED sáng lên khi nhấn vào Ignition ··· 65

Hình 3.27 LED Idle sang··· 66

Hình 3.28 LED sáng khi ta chọn chế độ Speed/alpha ··· 67

Hình 3.29 Màn hình hiển thị khi ta chọn chế độ speed/alpha ··· 67

Hình 3.30 Mức phân biệt step time và ramp time ··· 69

Hình 3.31 Tủ điều khiển bướm ga ··· 70

Hình 3.32 Tủ cất bộ kết nối điều khiển độ mở bướm ga ··· 71

Hình 3.33 Bộ điều khiển độ mở bướm ga··· 71

Hình 3.34 Hình lỗ giắt kết nối giửa bộ điều khiển và tủ điều khiển ··· 72

Hình 3.35 Đã cắm giắt kết nối ··· 72

Hình 3.36 Bộ điều khiển hiện thị ··· 73

Hình 3.37 Ta nhấn chọn end position menu/man ở trên ··· 73

Hình 3.38 Hiển thị điều chỉnh vị trí bướm ga ở 0% và 100% ··· 74

Hình 3.39 Nhấn giữ nút trên cùng bên trái để giảm độ mở bướm ga đến 0% ··· 74

Hình 3.40 Vị trí độ mở bướm ga ··· 75

Hình 3.41 Tăng vị trí mở bướm ga ··· 75

Trang 21

Hình 3.42 Động cơ trên băng thử ··· 76 Hình 3.43 Bướm ga ở vị trí 0% ··· 76 Hình 3.44 Bướm ga mở ở vị trí 100% ··· 76 Hình 4.1 Đồ thị công suất, moment ở chế độ 20% vị trí bướm ga của hệ thống đánh lửa nguyên

thủy và Hybrid khi sử dụng nhiên liệu xăng E5-RON 92 ··· 80

Hình 4.2 Đồ thị lượng nhiên liệu tiêu thụ và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ở chế độ 20%

bướm ga của hệ thống đánh lửa nguyên thủy và Hybrid khi sử dụng nhiêu liệu xăng E5-RON

92 ··· 81

Hình 4.3 Đồ thị công suất, moment ở chế độ 35% vị trí bướm ga của hệ thống đánh lửa nguyên

Hình 4.4 Đồ thị lượng nhiên liệu tiêu thụ và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ở chế độ 35 % vị

trí bướm ga của hệ thống đánh lửa nguyên thủy và Hybrid khi sử dụng nhiêu liệu xăng

E5-RON 92 ··· 83

Hình 4.5 Đồ thị công suất, moment ở chế độ 50% bướm ga của hệ thống đánh lửa nguyên

Hình 4.6 Đồ thị lượng nhiên liệu tiêu thụ và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ở chế độ 50 %

92 ··· 85

92 ··· 88

Trang 22

Hình 4.10: Đồ thị lượng nhiên liệu tiêu thụ và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ở chế độ 100 %

92 ··· 90

Hình 4.11: Đồ thị công suất, moment ở chế độ 20% bướm ga của hệ thống đánh lửa nguyên

thủy và Hybrid khi sử dụng nhiên liệu xăng RON 95 ··· 91

bướm ga của hệ thống đánh lửa nguyên thủy và Hybrid khi sử dụng nhiêu liệu xăng RON 95 ··· 92

bướm ga của hệ thống đánh lửa nguyên thủy và Hybrid khi sử dụng nhiêu liệu

xăng RON 95 ··· 94

Trang 23

Hình 4.21 Đồ thị công suất của xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống đánh lửa nguyên

thủy ··· 101

Hình 4.22 Đồ thị moment của xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống đánh lửa nguyên

thủy ··· 102

Hình 4.23 Đồ thị lượng nhiên liệu tiêu thụ của xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống

đánh lửa nguyên thủy ··· 103

Hình 4.24 Đồ thị suất tiêu hao nhiên liệu giữa xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống

Hình 4.25 Đồ thị công suất của xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống đánh lửa nguyên

thủy ··· 104

Hình 4.26 Đồ thị moment của xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống đánh lửa nguyên

thủy ··· 105

Hình 4.27 Đồ thị lượng nhiên liệu tiêu thụ giữa xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống

Trang 24

Hình 4.29 Đồ thị công suất giữa xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống đánh lửa nguyên

thủy ··· 107

Hình 4.30 Đồ thị moment giữa xăng RON 95 và E5-RON 92 92 trên hệ thống đánh lửa nguyên

thủy ··· 108

đánh lửa nguyên thủy ··· 109

thủy ··· 110

Hình 4.34 Đồ thị moment giữa xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống đánh lửa nguyên

thủy ··· 111

thủy ··· 113

Hình 4.38 Đồ thị moment giữa xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống đánh lửa nguyên

thủy ··· 114

Trang 25

Hình 4.41 Đồ thị công suất của xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống đánh lửa Hybrid

Trang 26

Hình 4.53 Đồ thị công suất giữa xăng RON 95 và E5-RON 92 trên hệ thống đánh lửa Hybrid

Trang 27

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật thiết bị FP7000 Classic ··· 59 Bảng 3.2: Bảng điều khiển ··· 61 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của động cơ Toyota 1NZ-FE ··· 77 Bảng 4.2: Các thông số đầu vào khi thử nghiệm hai hệ thống đánh lửa ··· 78 Bảng 4.3: Độ chênh lệch giá trị công suất động cơ (%) khi sử dụng xăng RON 95 ··· 131 Bảng 4.4: Độ chênh lệch giá trị moment động cơ (%) khi sử dụng xăng RON 95 ··· 132 Bảng 4.5: Độ chênh lệch giá trị suất tiêu hao nhiên liệu có ích (%) khi sử dụng xăng RON 95 ··· 132 Bảng 4.6: Độ chênh lệch giá trị công suất động cơ (%) khi sử dụng xăng E5-RON 92 ···· 133 Bảng 4.7: Độ chênh lệch giá trị moment động cơ (%) khi sử dụng xăng E5-RON92 ··· 134 Bảng 4.8: Độ chênh lệch giá trị suất tiêu hao nhiên liệu có ích (%) khi sử dụng xăng E5-RON 92 ··· 134

Trang 28

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài

Hệ thống đánh lửa là một trong những hệ thống quan trọng nhất trên ô tô Hệ thống đánh lửa ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu, tính ổn định

và chất lượng khí thải của xe nên được các nhà sản xuất cải tiến liên tục, một cải tiến tiêu biểu

đó là hệ thống đánh lửa lai Đối với các hệ thống đánh lửa nguyên thủy, trong quá trình hoạt động, cuộn sơ cấp sinh ra suất điện động tự cảm khoảng 100 V đến 300 V, gây hư hỏng các công tắc, thiết bị đóng ngắt, gây nhiễu một số thiết bị khác trên xe Để giải quyết vấn đề trên,

ở hệ thống đánh lửa lai điện dung điện cảm, năng lương tự cảm sinh ra sẽ được tích lũy vào một tụ điện và sử dụng năng lương này cho lần đánh lửa tiếp theo, điều này giúp tiết kiệm năng lượng đánh lửa, bảo vệ các thiết bị đóng ngắt và không gây nhiễu[1, 2]

Đề tài “Đánh giá hiệu quả của hệ thống đánh lửa Hybrid trên các loại nhiên liệu”

nhằm mục đích nghiên cứu đánh giá khả năng làm việc của hệ thống đánh lửa lai trên các loại nhiên liệu khác nhau

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Trong nước

❖ Bài báo “ Tính toán sức điện động tự cảm trên hệ thống đánh lửa lai” của nhóm tác giả

Đỗ Quốc Ấm, Đỗ Văn Dũng, Phan Nguyễn Quí Tâm, Lê Khánh Tân đăng ở tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật số 32 [3]

Bài báo đưa ra được mô hình của hệ thống đánh lửa lai hỗn hợp điện dung - điện cảm, trình bày các tính toán sức điện động tự cảm trên mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa lai hỗn hợp điện dung điện cảm và các kết quả thực nghiệm Các kết quả tính toán và thực nghiệm giúp

xác định dạng dao động và các thông số tác động lên các dao động nêu trên

Trang 29

Hình 1.1 Mạch đánh lửa lai

Các công thức tính cường độ dòng điện cuộn sơ cấp i1(t) và sức điện động tự cảm V1(t):

𝑉1(𝑡) = −𝐿1[(𝑎𝑥 + 𝑧𝑦)𝑒𝑥𝑡cos(𝑦𝑡) + (𝑥𝑧 − 𝑎𝑦)𝑒𝑥𝑡sin(𝑦𝑡)] (1-2)

So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm:

Hình 1.2 So sánh điện áp cực đại của sức điện động tự cảm tính toán V1 với các giá

trị thực nghiệm ở các thời gian tích lũy năng lượng khác nhau

Sai lệch kết quả giữa thực nghiệm và mô phỏng của sức điện động tự cảm vào khoảng 10%

Từ khóa: Sức điện động tự cảm, mạch sơ cấp, hệ thống đánh lửa lai, dao động

❖ Bài báo “Nghiên cứu mô hình đánh lửa Hybrid” của nhóm tác giả Đỗ Quốc Ấm, Đỗ Văn

Dũng, Lê Khánh Tân đăng ở Hội nghị Khoa học và Công nghệ toàn quốc về Cơ khí lần thứ

IV [4]

Trang 30

Bài báo trình bày nghiên cứu về mô hình hệ thống đánh lửa bao gồm hai kiểu đánh lửa riêng biệt, trong lần đánh lửa điện cảm, năng lượng tự cảm “thừa” sẽ được tích lũy vào một hay nhiều tụ điện và phần năng lượng này sẽ được sử dụng vào quá trình đánh lửa điện dung tiếp theo Việc tận dụng năng lượng tự cảm này sẽ giúp tiết kiệm năng lượng sử dụng trên hệ thống đánh lửa Qua đó giúp tiết kiệm nhiên liệu sử dụng và giảm phát thải trên ô tô

Hình 1.3 Mô hình hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung – điện cảm có khả năng tích

lũy năng lượng tự cảm

Hình 1.4 Điện áp trên bo-bin (a) và trên hai bản cực của tụ điện (b)

Trang 31

Hình 1.5 Dạng sóng của dòng điện (a), điện áp qua cuộn sơ cấp của bo-bin đánh lửa

điện cảm (b) và điện áp trên bo-bin đánh lửa điện dung (c) trên mô hình sử dụng một

tụ điện

Năng lượng tích lũy được trên tụ có dung lượng C = 2 μF đạt 9,36 mJ với thời gian tích lũy năng lượng tng = 2,67 ms, dòng điện cực đại I = 3,345 A, điện thế U= 12,54 V, R = 1,2 Ω và

L = 2,67 mH Năng lượng đánh lửa điện cảm QL = 15,55 mJ

Hai mô hình tích lũy năng lượng:

1 Mô hình mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng hai bo-bin riêng biệt

2 Mô hình mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng một bo-bin

Hình 1.6 Mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng hai bo-bin riêng biệt

Trang 32

Hình 1.7 Mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng một bo-bin

Từ khóa: tích lũy năng lượng, đánh lửa điện dung, đánh lửa điện cảm, đánh lửa lai, khí xả

❖ Bài báo “ Đánh giá sai số năng lượng tích lũy trong hệ thống đánh lửa lai” của nhóm

tác giả Đỗ Văn Dũng, Đỗ Quốc Ấm, Nguyễn Tấn Ngọc [5]

Trong bài báo này, nhóm tác giả nghiên cứu và phân tích khả năng tiết kiệm năng lượng trong hệ thống đánh lửa lai Mô hình nghiên cứu ở đây là mô hình đánh lửa lai bốn xi-lanh, có hai giai đoạn đánh lửa riêng biệt: giai đoạn phóng điện cảm và giai đoạn phóng điện tụ Kết quả cho thấy năng lượng tích lũy trong các tụ điện là đủ cho giai đoạn phóng điện tụ

3

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống đánh lửa lai bốn xi-lanh

Trang 33

Hình 1.9 So sánh giữa năng lượng tích lũy của các tụ điện khác nhau

Từ khóa: Hệ thống đánh lửa hybrid; điện dung; năng lượng tích lũy; suất điện động tự cảm;

dòng điện sơ cấp

❖ Bài báo “ Ảnh hưởng của tụ điện trong hệ thống đánh lửa lai” của nhóm tác giả Đỗ

Quốc Ấm, Đỗ Văn Dũng, Nguyễn Tấn Ngọc [6]

Trang 34

Hình 1.10 Mạch đánh lửa lai

Hình 1.11 Thời gian sạc thực của tụ điện và thời gian sạc đầy của tụ điện bị ảnh hưởng bởi

việc tang điện dung từ 0,22 F đến 9 F

Hình 1.12 cho thấy thời gian sạc thực của tụ lớn hơn nhiều so với thời gian sạc đầy của tụ Nó chắc chắn xác nhận rằng tụ điện sẽ được sạc đầy bởi V c= 99%V Supply Giai đoạn tích điện, chúng

Trang 35

ta có thể giả sử rằng điện áp cực đại của sóng điện từ cảm ứng trong sơ cấp cuộn dây bằng với điện áp trong tụ điện

Hình 1.12 Sự thay đổi năng lượng tích lũy trên tụ khi thay đổi điện dung tụ từ 0,22 μF

Trang 36

Hình 1.13 Năng lượng tích lũy trên tụ khi có tổn thất và khi không có tổn thất

Như vậy với các kết quả mô phỏng đã tính toán, từ các điều kiện như ảnh hưởng của thời gian ngậm, thời gian nạp tụ, điện áp nạp tụ, năng lượng tích lũy và độ sụt áp trên tụ, tụ có điện dung C = 1 μF sẽ đạt được năng lượng tích lũy cao nhất Đối với các hệ thống đánh lửa thông thường, năng lượng đánh lửa yêu cầu là 15 mJ Tuy nhiên để tăng thời gian duy trì tia lửa trên bu-gi và tính các tổn thất trên hệ thống thì năng lượng đánh lửa vào khoảng 30 mJ ÷ 50 mJ Với mô hình đánh lửa lai có khả năng tích lũy năng lượng tự cảm, ở mô hình thử nghiệm bốn bô-bin, có ít nhất ba tụ để tích lũy năng lượng, như vậy mỗi tụ cần ít nhất 10 mJ

❖ Nhận xét:

Các công trình nghiên cứu trong nước tập trung vào việc tối ưu hóa thời điểm đánh lửa, thay đổi các chi tiết và điện tử hóa hệ thống đánh lửa trên động cơ Các nghiên cứu về hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện cảm – điện dung mới chỉ dừng trên việc nghiên cứu lý thuyết, chưa thử nghiệm trên thực nghiệm và chưa đánh giá được khả năng tiết kiệm năng lượng cũng như bảo

vệ các chi tiết khác trên hệ thống đánh lửa

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Nang luong tich luy tren tu khong tinh den ton that va co tinh den ton that

Khong tinh den ton that

Co ton that

Trang 37

1.2.2 Ngoài nước

❖ Công trình “Thiết bị đánh lửa cho động cơ đốt trong” của tác giả Charles F Kettering,

Patent US1037491 [7]

Hình 1.14 Sơ đồ thiết bị đánh lửa cho động cơ đốt trong

Đây là hệ thống đánh lửa điện cảm được sử dụng phổ biến trên động cơ xăng Hệ thống gồm

có accu B, tiếp điểm I, bộ chia điện T, bo-bin bao gồm cuộn sơ cấp P và cuộn thứ cấp S Khi tiếp điểm I đóng, dòng điện chạy từ accu B qua bộ chia điện T xuống tiếp điểm I về mass Khi đến thời điểm làm việc, tiếp điểm K ngắt làm dòng sơ cấp giảm đột ngột, trên cuộn thứ cấp xuất hiện điện áp đánh lửa vào khoảng 15 kV – 40 kV, làm xuất hiện tia lửa trên bu-gi để đốt cháy hỗn hợp

Hệ thống này có cấu trúc đơn giản và thời gian phóng điện dài Tuy nhiên hệ thống cũng cần thời gian tích lũy năng lượng dài và thời gian phóng điện phụ thuộc vào lượng năng lượng tích lũy

❖ Công trình “Thiết bị đánh lửa cho động cơ xăng” của Nikola Tesla, Patent US609250

[8]

Trang 38

Hình 1.15 Sơ đồ thiết bị đánh lửa cho động cơ xăng

Đây là hệ thống đánh lửa điện dung thường được sử dụng trên xe máy hoặc trên các loại động

cơ cỡ nhỏ Hệ thống bao gồm accu E, tụ điện G, bo-bin gồm cuộn sơ cấp F và cuộn thứ cấp H

và bu-gi L Năng lượng sẽ được tích lũy trên tụ G từ mạch nạp, khi đến thời điểm đánh lửa, bu-gi sẽ nhận năng lượng từ tụ xả qua làm xuất hiện tia lửa

Hệ thống này có thời gian tích lũy năng lượng ngắn, hiệu điện thế thứ cấp tăng trưởng nhanh; nhưng lại có thời gian phóng điện và thời gian duy trì tia lửa trên bu-gi ngắn

❖ Công trình “Hệ thống đánh lửa nạp xả với chu kỳ điện dung điện cảm” của tác giả Martin

E.Gerry, Patent US4288723 [9]

Hình 1.16 Sơ đồ hệ thống đánh lửa nạp xả với chu kỳ điện dung điện cảm

Trang 39

Hệ thống bao gồm một bộ biến áp có cuộn sơ cấp mắc song song với tụ điện (tụ 80) và được cấp một xung điện xoay chiều liên tục trong một chu kỳ đánh lửa, làm cho tụ điện phóng nhiều lần qua cuộn sơ cấp Việc phóng nạp liên tục của tụ giúp tạo ra nhiều xung điện áp cao thế ở cuộn thứ cấp trong một chu kỳ đánh lửa

Ắc-quy 12 cung cấp dòng điện đến tiếp điểm 21 và cuộn dây 31 của mạch tạo nguồn AC 30, cuộn dây 32 cung cấp điên áp đến cuộn sơ cấp 71 và tụ điện 80 Khi tiếp điểm 21 đóng, dòng chạy từ nguồn 12 đến cuộn dây 31, không có dòng chạy trong cuộn dây 32 Khi tiếp điểm 21 ngắt, dòng AC sinh ra ở cuộn 32 cấp cho cuộn sơ cấp 71 và tụ điện 80

Tụ điện được sạc đầy và rất nhanh trong khoảng thời gian từ t0 đến t1, trong khoảng thời gian

từ t1 đến t2 tiếp theo, tụ điện phóng điện qua cuộn sơ cấp 71, trong khoảng từ t2 đến t3 tụ tiếp tục được sạc và tiếp tục phóng điện trong khoảng thời gian từ t3 đến t4 Tiếp tục như vậy, trong một chu kỳ đánh lửa, tụ điện phóng nhiều lần qua cuộn sơ cấp, có thể làm thay đổi từ thông đến 60 lần thay vì chỉ một lần trong các hệ thống thông thường

Hệ thống này chỉ sử dụng có một tiếp điểm là tiếp điểm 21 nên giảm tổn thất năng lượng Đồng thời trong một chu kỳ đánh lửa, tụ phóng nạp liên tục lên cuộn sơ cấp 71 giúp tăng năng lượng đánh lửa và tạo ra nhiều xung điện áp cao liên tục trên cuộn thứ cấp

❖ Công trình “Hệ thống đánh lửa hỗn hợp trên động cơ đốt trong” của tác giả Michael J

French và Matthew Joseph Edwards, Patent US5806504 [10]

Hình 1.17 Sơ đồ hệ thống đánh lửa hỗn hợp trên động cơ đốt trong

Trang 40

Hệ thống sử dụng biến áp đánh lửa gồm ba cuộn sơ cấp 54, 58, 62; ECU (bộ điều khiển) 34 điều khiển cặp transistor đồng bộ với mạch nạp và xả tụ 82 để kéo dài thời gian tạo tia lửa

Tụ 74 có thể được sạc bằng bất kỳ nguồn nào trên xe, ví dụ như lấy nguồn từ ắc-quy, máy phát (mạch 82)

Bộ phát điện xoay chiều 46 bao gồm hai transistor 90 và 106 được điều khiển bởi ECU 34 Khi hoạt động, tụ 74 được sạc xấp xỉ 300 V Khi đến thời điểm đánh lửa, ECU 34 phát tín hiệu cho SCR 78 hoạt động, tụ 74 sẽ phóng điện qua cuộn sơ cấp 54, làm xuất hiện tia lửa đầu tiên trên bu-gi Sau đó, ECU điều khiển cặp transistor 90 và 106 đóng ngắt dòng qua cuộn 58

và 62 để tiếp tục tạo tia lửa trên bugi Các transistor được điều khiển đồng bộ với mạch nạp

và xả tụ để tạo tia lửa đủ sức đốt cháy hòa khí

Hệ thống này có thể điều khiển dễ dàng với ECU, kéo dài thời gian xuất hiện tia lửa trên

bu-gi, qua đó làm tăng hiệu suất của động cơ

❖ Công trình “Hệ thống đánh lửa nạp xả điện dung điện cảm điều biên” của tác giả Martin

E.Gerry, Patent US4291661 [11]

Hình 1.18 Sơ đồ hệ thống đánh lửa nạp xả điện dung điện cảm điều biên

Hệ thống bao gồm mạch nguồn AC 200 cấp điện liên tục cho bộ biến áp có cuộn sơ cấp mắc nối tiếp với tụ điện trong một chu kỳ đánh lửa, làm cho tụ điện phóng nhiều lần qua cuộn sơ cấp Mạch nguồn AC được điều khiển bởi mạch tạo xung 180, qua đó thay đổi được biên độ của dòng điện đầu ra

Các bộ phận của hệ thống: ắc-quy 12, mạch tạo xung 180, mạch nguồn AC 200, mạch bô-bin

300 Mạch tạo xung 180 bao gồm cuộn dây 185 quấn quanh nam châm 183 và bánh răng 186

Định dạng
Số trang	150
Dung lượng	4,93 MB