Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm dùng cho động cơ daewoo a16dms

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN MINH TÂN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU CHỈNH GÓC ĐÁNH LỬA SỚM DÙNG CHO ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS Chuyên ngành : Kỹ thuật ô tô, máy kéo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN MINH TÂN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO

BỘ ĐIỀU CHỈNH GÓC ĐÁNH LỬA SỚM DÙNG CHO ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS

Chuyên ngành : Kỹ thuật ô tô, máy kéo

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2013

DaihocDaNang

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS PHAN MINH ĐỨC

Phản biện 1: TS LÊ VĂN TỤY

Phản biện 2: TS NHAN HỒNG QUANG

Luận văn được bảo về trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 15 tháng 12 năm 2013

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng

DaihocDaNang

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Việc sử dụng nhiên liệu mới mới như E5, E10, E15, BU 10 v v vào động cơ xăng chắc chắn công suất, ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu v v sẽ khác, do mỗi nhiên liệu có tốc độ cháy khác nhau, vì thế nếu ECU điều khiển góc đánh lửa giống như nhiên liệu xăng truyền thống thì không còn phù hợp Động cơ Da oo

D được trang b hệ thống đánh lửa tr c tiếp E không có bộ chia điện, vì thế không có cơ cấu thay đ i góc đánh lửa sớm uyển chuyển, mà khi mỗi khi muốn thay đ i góc đánh lửa sớm phải dừng động cơ, việc này sẽ không thuận tiện trong quá trình nghiên cứu

Chính vì lý do này học viên chọn đề tài “ Nghiên cứu thiết kế chế

tạo bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm dùng cho động cơ Daewoo A16DMS ” để giải quyết vấn đề nêu trên

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng điện tử sử dụng cho động cơ Da oo D tại PTN động cơ của Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu đề tài : hệ thống đánh lửa động cơ Daewoo A16DMS và bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm

Phạm vi nghiên cứu: hệ thống đánh lửa của động cơ Daewoo A16DMS và các hệ thống đánh lửa cùng loại

3 Phương pháp nghiên cứu

- Lý thuyết: + phân tích, thiết kế bộ điều chỉnh đánh lửa

- Th c nghiệm: + kiểm tra (calip) bộ điều chỉnh

+ th c nghiệm khả năng làm việc của bộ điều chỉnh trên động cơ th c tế

4 Cấu trúc của luận văn

DaihocDaNang

Luận văn gồm có 4 chương, có cấu trúc như sau:

Chương TỔNG QU N

Chương 2 CÁC GIẢI PHÁP TH Y ĐỔI GÓC ĐÁNH LỬ

Ớ ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ D EWOO D

Chương 3 THỰC NGHIỆ BỘ ĐIỀU CHỈNH GÓC ĐÁNH

LỬ Ớ TRÊN ĐỘNG CƠ D EWOO D

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Hiện nay một số nhiên liệu sạch được sử dụng trên x ô tô ngày càng nhiều nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường Động cơ ô tô

sử dụng nhiên liệu thay thế như E5, E 0, BU5, v v…….Khi động

cơ sử dụng nhiên liệu mới quá trình cháy của từng loại nhiên liệu có

s khác nhau so với nhiên liệu xăng xăng truyền thống, do đó cần điều chỉnh góc đánh lửa cho phù hợp với từng loại nhiên liệu Tuy nhiên, khi làm thí nghiệm để tìm ra góc đánh lửa tối ưu cho động cơ thì rất khó khăn, đặt biệt trong hệ thống đánh lửa tr c tiếp hệ thống đánh lửa điện tử E Vì việc này hoàn toàn do ECU t quyết đ nh bằng cách nhận các tín hiệu của các cảm biến đưa về như: cảm biến

v trí tr c khuỷu (NE), cảm biến v trí piston (G), cảm biến áp suấp tuyệt đối trên đường ống nạp ( P), cảm biến v trí cánh bướm ga (VT ) v…v Nên không thể t thay đ i góc đánh lửa trong quá trình động cơ làm việc, rất cần thiết cho việc tác động (cưỡng bức) thay

đ i góc đánh lửa để nghiên cứu ảnh hưởng góc đánh lửa đến những vấn đề liên quan đến động cơ

1.1 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

1.1.1 Hệ thống đánh lửa thường hay hệ thống đánh lửa cơ khí

DaihocDaNang

1.1.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn

1.1.3 Hệ thống đánh lửa điện tử có bộ chia điện

1.1.4 Hệ thống đánh lửa điện tử không có bộ chia điện (đánh lửa trực tiếp)

1.2 VAI TRÒ CỦA GÓC ĐÁNH LỬA SỚM

1.2.1 Góc đánh lửa sớm

1.2.2 Cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí

a) Điều chỉnh góc đánh lửa sớm ly tâm

Bộ điều chỉnh góc đánh lửa ly tâm có tên gọi đầy đủ của nó là

bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm th o số vòng quay kiểu ly tâm Bộ điều chỉnh này làm việc t động tùy thuộc vào tốc độ của động cơ

b) Điều chỉnh góc đánh lửa sớm chân không

Bộ điều chỉnh góc đánh lửa chân không còn có tên gọi đầy đủ là: bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm th o phụ tải động cơ, kiểu chân không

Cơ cấu này làm việc t động tùy thuộc vào mức tải của động cơ

1.2.3 Điều khiển góc đánh lửa sớm theo chương trình (ESA-electronic spark advance)

Trên các ô tô hiện đại, kỹ thuật số đã được áp dụng vào trong

hệ thống đánh lửa từ nhiều năm nay Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện sẽ được ECU đảm nhận

a) Loại có bộ chia điện

b) Loại không có bộ chia điện (đánh lửa trực tiếp)

1.3 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS

1.3.1 Lý thuyết hệ thống đánh lửa ESA trên động cơ Daewoo A16DMS

1.3.2 Cấu tạo các bộ phận chính

1.4 KẾT LUẬN

DaihocDaNang

Tín hiệu IGT

(gốc ‎)

Tín hiệu IGT (đã

xử

lý ‎)

CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP THAY ĐỔI GÓC ĐÁNH LỬA SỚM ĐỐI VỚI

ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS 2.1 CÁC GIẢI PHÁP THAY ĐỔI

2.1.1 Giải pháp làm thay đổi thời điểm đánh lửa ban đầu bằng cách thay đổi sớm hoặc muộn vị trí đặt cảm biến CPS bằng thiết bị cơ học

Với giải pháp này ta có thể d ch chuyển cảm biến tốc độ động

cơ bằng thiết b cơ khí t chế tạo, khi v trí cảm biến thay đ i v trí so

với v trí ban đầu từ đó sẽ thay đ i được góc đánh sớm

2.1.2 Giải pháp làm thay đổi thời điểm đánh lửa ban đầu bằng cách thay đổi sớm hoặc muộn vị trí đặt cảm biến CPS bằng thiết bị điện tử

Với giải pháp này, phải thiết kế và chế tạo một bo mạch điện

tử có khả năng làm thay đ i thời điểm xung số vòng quay động cơ ( tín hiệu NE) thông qua máy vi tính

2.1.3 Giải pháp làm thay đổi thời điểm xung đánh lửa (tín hiệu IGT) bằng thiết bị điện tử

ình h i th i th i iểm un ánh lử

Tín hiệu NE

ạch điều khiển góc đánh lửa sớm ( t chế tạo)

Bôbin đánh lửa Hộp ECU

Máy vi tính

DaihocDaNang

2.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU CHỈNH GÓC ĐÁNH LỬA SỚM DÙNG CHO ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS

2.2.1 Lựa chọn các linh kiện chính

a) Vi điều khiển

b) Linh kiện ổn áp

c) Trasistor điều khiển xung ra IGT1 out, IGT2 out

d) Giao tiếp máy tính qua cổng USB

f) Mạch giao tiếp máy tính qua cổng USB

2.2.3 Kết quả sau khi thiết kế và chế tạo

Hình 2.17 Mặt trước củ bộ iều chỉnh óc ánh lử sớm

DaihocDaNang

2.2.5 Tính toán dữ liệu cho vi điều khiển

LPC23 8 có 4 bộ Tim r 32 bit và 4 bộ chia xung tim r 32 bit

tương ứng Chọn xung clock sử dụng là 48 Hz, chu kỳ /48µ

a) Thiết lập bộ đo tốc độ

Chọn Tim r0 làm bộ đo thời gian của xung cảm biến 0

răng, chu kỳ xung /48µ Tốc độ được tính:

][0

4800000010

*48

1

*60

Timer

b) Tính toán góc đánh lửa sớm

Chọn Tim r làm bộ đo thời gian của xung đánh lửa so với

dấu răng khuyết, chu kỳ xung /48µ V trí đánh lửa được tính:

0

36060

*0

Chọn Tim r2 làm bộ đo thời gian điều khiển đánh lửa so với dấu răng khuyết, chu kỳ xung /48µ V trí đánh lửa được tính:

hc in

60

*0

*360

b) Cài đặt Driver

C ng U B sẽ t nhận hoặc chỉ đường dẫn đến thư mục driv r trong đĩa CD, sau khi cài đặt xong Chọn R fr sh để chọn c ng CO đúng với thiết b (rút thiết b ra chọn R fr sh, nhớ các c ng CO hiển th , cắm thiết b vào sẽ xuất hiện c ng CO mới, đó chính là của thiết b ) Nếu driv r đã cài đặt và chọn đúng c ng CO thì 2 đèn

LED dưới mạch sẽ chớp

2.3 KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ

2.3.1 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm

a) Thông số máy hiện sóng GW Instek GDS-2064

b) Thiết bị tạo xung giả định

DaihocDaNang

ình 5 Thiết bị tạo un iả ịnh

b) Điều chỉnh xung IGT1 in, IGT2 in ở 2500 [rpm], cấp nhiệt

độ trực tiếp lên bộ điều chỉnh ở 300C , 400C và 500C

CPS hi IGT2 in

IGT2 USB

USB

oscilloscope

Thiết bị tạo xung Máy vi tính

CPS hi IGT2 in

IGT2 USB

USB

oscilloscope

Thiết bị tạo xung Máy vi tính

DaihocDaNang

c) Điều chỉnh xung IGT1 in, IGT2 in ở 3500 [rpm], cấp nhiệt độ trực tiếp lên bộ điều chỉnh ở 300C , 400C và 500C

2.3.3 Kết quả

a) Điều chỉnh xung IGT1 in, IGT2 in ở 1500 [rpm], cấp nhiệt

độ trực tiếp lên bộ điều chỉnh ở 300C , 400C và 500C

ình 8 Đ thị óc ánh lử hi iều chỉnh trễ ở 1500[ rpm]

Hình 2.29.Đ thị óc ánh lử hi iều chỉnh sớm ở 1500[ rpm]

DaihocDaNang

b) Điều chỉnh xung IGT1 in, IGT2 in ở 2500 [rpm], cấp

nhiệt độ trực tiếp lên bộ điều chỉnh ở 300C , 400C và 500C

ình 0 Đ thị óc ánh lử hi iều chỉnh trễ ở 2500 [rpm]

ình 1 Đ thị óc ánh lử hi iều chỉnh sớm ở 500 [rpm]

a) Điều chỉnh xung IGT1 in, IGT2 in ở 3500 [rpm], cấp nhiệt

độ trực tiếp lên bộ điều chỉnh ở 300C , 400C và 500C

Qua bảng số liệu [ Bản ] ta xây d ng đồ th diễn biến như sau:

DaihocDaNang

ình Đ thị óc ánh lử hi iều chỉnh trễ ở 500 [rpm]

ình Đ thị óc ánh lử hi iều chỉnh sớm ở 3500 [rpm]

2.4 KẾT LUẬN

- Thời gian quay được 10 là rất nhanh tính bằng [µs]

- Trong quá trình bộ điều chỉnh làm việc thì luôn luôn có độ trễ là

40 [µs] ở ba cấp tốc độ, lý do là vi xử lý phải có thời gian tính toán chính vì thế tồn tại độ trễ là điều hiển nhiên Nhưng ta có thể

DaihocDaNang

triệt tiêu độ trễ này bằng cách trong quá trình lập trình ta trừ đi

40 [µs]

- Giả sử bỏ qua độ trễ 40 [µs] thì mạch làm việc có độ sai số khi điều chỉnh là 0

1 ,

0 , so với thời gian quay cho 0

1 thì sai

số này hoàn toàn chấp nhận được

- ạch làm việc n đ nh trong dãy nhiệt độ khác nhau

- Biên dạng xung hoàn toàn không thay đ i so với tín hiệu vào

và không có hiện tượng mất xung đột ngột, điều này là cơ sở

để có thể lắp mạch lên động cơ th c nghiệm Da oo A16DMS

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM BỘ ĐIỀU CHỈNH GÓC ĐÁNH LỬA SỚM

TRÊN ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS

b) hiên liệu thực nghiệm

ẫu nhiên liệu là xăng 5 thương ph m

3.2.3 Giới thiệu tính năng kỹ thuật, trang thiết bị thực nghiệm

3.2.4 Quy trình thực nghiệm

a) Lắp đặt bộ điều chỉnh góc đánh lửa lên động c thực nghiệm

DaihocDaNang

ình 9 Lắp ặt bộ iều chỉnh với ộn c thực n hiệm D ewoo

A16DMS

b) Lập quy trình thực nghiệm

3.2.5 Kết quả thực nghiệm với các thông số động lực học

a) Kết quả thực nghiệm ở chế độ không tải

* Báo cáo kết quả th c nghiệm ở chế độ không tải

ình 10 ình ảnh hi iểu chỉnh óc ánh lử ở t c ộ hôn tải

* Nhận xét: Qua hình [3.10], nhận thấy rằng ở tốc độ không tải thì

bộ điều chỉnh làm việc rất n đ nh và đã thay đ i được thời điểm đánh lửa r rệt khi số vòng quay động cơ và tải không thay đ i Bên cạnh đó thì khi điều chỉnh góc đánh lửa sớm hơn so với góc chu n thì công suất động cơ tăng, suất tiêu hao nhiên liệu giảm r rệt và ngược lại

Điều này là cơ sở để học viên tiến hành các thí nghiệm ở các chế độ làm việc khác có số vòng quay động cơ và tải cao hơn

chuẩn

DaihocDaNang

10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00

10 11 12 13 14 16 17

10 11 12 14 15 16

c) Kết quả thực nghiệm chế độ 2500 [rpm]

*Biểu diễn kết quả thực nghiệm

ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC Góc đánh lửa chu n-2500rpm

10 15 20 25 30 35

10 15 20 25 30 35

10 20 30 40

10 20 30 40 50

10 20 30 40

b) Kết quả so sánh các thành phần ô nhiễm ở chế độ 2500 [rpm]

c) Kết quả so sánh các thành phần ô nhiễm ở chế độ 3500 [rpm]

3.3 KẾT LUẬN

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VỀ CÔNG SUẤT VÀ SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS KHI THAY ĐỔI GÓC ĐÁNH LỬA SỚM

4.1.1 Diễn biến công suất và suất tiêu hao nhiên liệu ở 1500 [rpm]

Công suất: trễ 4 độ Công suất: trễ 2 độ Công suất: Góc chu n

Công suất: ớm 2 độ Công suất: ớm 4 độ

ình 4 1 Diễn biến côn suất qu 05 chế ộ vận hành ở 1500 [rpm]

DaihocDaNang

DIỄN BIẾN UẤT TIÊU H O NHIÊN LIỆU các chế độ thay đ i góc đánh lửa- 500rpm

Hình 4.3 Diễn biến côn suất qu 05 chế ộ vận hành ở 500 [rpm]

DIỄN BIẾN UẤT TIÊU H O NHIÊN LIỆU các chế độ thay đ i góc đánh lửa-2500rpm

4.1.2 Diễn biến công suất và suất tiêu hao nhiên liệu ở

Hình 4.5 Diễn biến côn suất qu 05 chế ộ vận hành ở 3500 [rpm]

DIỄN BIẾN UẤT TIÊU H O NHIÊN LIỆU các chế độ thay đ i góc đánh lửa-3500rpm

ge:Trễ 4 độ ge: Góc chu n ge: ớm 4 độ ge: ớm 2 độ ge: Trễ 2 độ

Hình 4.6 Diễn biến ge[g/KW.h] qu 05 chế ộ vận hành ở 3500

[rpm]

DaihocDaNang

4.2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VỀ PHÁT THẢI Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ DAEWOO A16DMS KHI THAY ĐỔI GÓC ĐÁNH LỬA SỚM

4.2.1 Diễn biến các thành phần ô nhiễm ở chế độ 1500[rpm]

1 1.5 2 2.5 3

Điều chỉnh góc đánh lửa

Thành phần CO2 Chế độ 1500rpm-25% Alpha

12.9 12.6

12.7

11 12 13 14

0 0.5 1 1.5 2

-4 -2 0 2 4 Điều chỉnh góc đánh lửa

Thành phần CO2 Chế độ 1500rpm-50% Alpha

13.8 13.6 13.3 13.5 13.2 10

12 14 16

-4 -2 0 2 4 Điều chỉnh góc đánh lửa

1.43 1.51 1.45 1.48

1.79

0 0.5 1 1.5 2

Điều chỉnh góc đánh lửa

THÀNH PHẦN CO2 chế độ 500 [rpm]- 80% alpha 13.5 13.413.3 13.3 13.1

12 12.5 13 13.5 14

4.2.2 Diễn biến các thành phần ô nhiễm ở chế độ 2500[rpm]

1.14 2.08 2.79 2.23 3.12

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Điều chỉnh góc đánh lửa

THÀNH PHẦN CO2 chế độ 2500 [rpm] -25% alpha

13.4 13.312.8 13.112.4

11.5 12 12.5 13 13.5 14

-4 -2 0 2 4 Điều chỉnh góc đánh lửa

1.58 1.41 1.66 2.02 2

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Điều chỉnh góc đánh lửa

THÀNH PHẦN CO2 chế độ 2500[rpm]-50% alpha 13.8

13.7 13.6 13.5 13.5

13.2 13.4 13.6 13.8

2.68 2.14

0 1 2 3

12.9 13.5

12 12.5 13 13.5 14

4.2.3 Diễn biến các thành phần ô nhiễm ở chế độ 3500[rpm]

1.34 2.59 2.91 2.74

3.88

0 2 4 6

-4 -2 chu n 2 4 Điều chỉnh góc đánh lửa

THÀNH PHẦN CO2 chế độ 3500 [rpm]-25% alpha 13.8 13.6

13 13.1 12.3

11 12 13 14

-4 -2 chu n 2 4 điều chỉnh góc đánh lửa

4.42 4.8 5.3 5.04 5.36

4 4.5 5 5.5

11.9 11.5 11.6 11.4

10.5 11 11.5 12 12.5

2 3 4 5

10 11 12 13

-4 -2 chu n 2 4 Điều chỉnh góc đánh lửa

Thành phần O2[%vol]

ình 4 15 Diễn biến các thành phần ô nhiễm ở chế ộ

3500[rpm]/alpha 80%

DaihocDaNang

au một thời gian nghiên cứu và th c hiện, đề tài đạt được một

số kết luận như sau:

Kết luận 1: Bằng kiến thức về động cơ, điện tử và lập trình vi

điều khiển học viên đã chế tạo thành công bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm dùng cho động cơ Da oo D Khi sử dụng bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm cho phép thay đ i thời điểm đánh lửa của động cơ

từ máy vi tính

Kết luận 2: Khả năng điều chỉnh góc đánh lửa linh hoạt ở mọi

chế độ trong khi động cơ đang hoạt động mà không cần phải dừng động cơ

Kết luận 3: Bằng th c nghiệm khi lắp bộ điều chỉnh góc đánh

lửa sớm dùng cho động cơ Da oo D nhận thấy biên dạng và tần số của xung đánh lửa sau khi đã điều chỉnh thì hoàn toàn không thay đ i

Kết luận 4: Bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm dùng cho động cơ

Da oo D mà học viên chế tạo có thể ứng dụng cho những động cơ có hệ thống đánh lửa tr c tiếp có số xylanh là 4 sử dụng bôbin đơn hoặc bôbin đôi

DaihocDaNang

2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

ặc dù bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm đạt được những kết quả nhất đ nh, tuy nhiên vẫn còn những mặc hạn chế như: khi điều chỉnh còn còn s chậm trễ, chỉ sử dụng cho động cơ có số xilanh

4, vì vậy hướng phát triển của đề tài cần phát triển những điều sau:

- Triệt tiêu thời gian trễ khi điều chỉnh

- Nghiên cứu cải tiến bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm dùng cho động cơ có số xilanh lớn hơn 4

- Nghiên cứu chế tạo bộ điều chỉnh thời điểm phun trong động

cơ di s l phun dầu điện tử ( hệ thống common rail)

3 KIẾN NGHỊ

Khoa cơ khí giao thông cho ứng dụng bộ điều chỉnh góc đánh lửa do học viên chế tạo khi có đề tài nghiên cứu khoa học liên quan đến thay đ i góc đánh lửa cho động cơ sử dụng nhiên liệu mới như : E5, E10, BU10, BU15 v v

Đ y mạnh việc nghiên cứu ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến động cơ khi sử dụng nhiên liệu sinh học, để góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường c ng như tạo môi trường sống xanh sạch hơn

DaihocDaNang