Nghiên cứu thực nghiệm hệ thống đánh lửa lai bô bin đôi trên động cơ đốt trong

Nội dung text: Nghiên cứu thực nghiệm hệ thống đánh lửa lai bô bin đôi trên động cơ đốt trong

1. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LAI BÔ BIN ĐÔI TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG PGS-TS. Đỗ Văn Dũng, KS. Phan Văn Tuấn Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh TÓM TẮT Bài báo này giới thiệu kết quả “Nghiên cứu thực nghiệm hệ thống đánh lửa lai bô bin đôi trên động cơ đốt trong”. Sau khi nghiên cứu và thực nghiệm, chúng tôi đã thiết kế được một hệ thống đánh lửa lai, đó là sự kết hợp giữa hệ thống đánh lửa điện dung và đánh lửa điện cảm. Hiệu quả mang lại của hệ thống này là: Tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và đặc biệt là giá thành sản phẩm thấp so với các hệ thống đánh lửa ngày nay. Bên cạnh đó, để đánh giá một cách chính xác các kết quả cũng như ưu điểm của hệ thống. Chúng tôi tiến hành thực nghiệm trên thiết bị Oscilloscope. Kết quả cho thấy các tính năng mà hệ thống đánh lửa lai đều đáp ứng được các yêu cầu về hệ thống đánh lửa. Ngoài ra, để cụ thể hóa kết quả nghiên cứu chúng tôi đã nghiên cứu, bố trí các chi tiết của hệ thống trên một sa bàn. Với cách bố trí này, sa bàn có thể được dùng như một mô hình học cụ phục vụ một cách đắc lực, hiệu quả cho công tác đào tạo, nghiên cứu chuyên ngành công nghệ ô tô tại các trường đại học, cao đẳng. ABSTRACT This paper introduces results "Experimental study hybrid system ignition coil pair on the internal combustion engine." After research and experimentation, we have designed a hybrid ignition system, which is a combination of capacitive ignition system and ignition sense. The effectiveness of this system brings is: fuel economy, reduce environmental pollution and especially low production costs compared to the ignition system today. Besides, in order to correctly evaluate the results and advantages of the system. We conduct experiments on the oscilloscope device. The results show that features hybrid ignition system meets all requirements for rating systems fire. In addition to specifying the research results we study the detailed layout of the system on a maquette. With this arrangement, clay can be used as a learning tool for modeling a powerful, effective training, specialized study automotive technology at universities and colleges. I. Giới thiệu: Các hệ thống mới cũng được ra đời và hệ Trong vài thập niên trở lại đây, công thống đánh lửa lai cũng được nghiên cứu nghiệp ôtô đã có những sự thay đổi lớn lao. và thực nghiệm trên động cơ. Đặc biệt, hệ thống điện và điện tử trên ôtô Một mạch điện được chế tạo bởi sự kết đã có bước phát triển vượt bậc nhằm đáp hợp của hai hệ thống đánh lửa gồm hệ ứng các yêu cầu: Tăng công suất động cơ, thống đánh lửa điện dung và hệ thống đánh giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại lửa điện cảm và được thực nghiệm trên của khí xã, tăng tính an toàn và tiện nghi động cơ 5S-FE Toyota Camry 2.2L đời cho ôtô. Ngày nay, chiếc ôtô là một hệ 1997. thống phức tạp bao gồm cơ khí và điện tử. II. Cơ sở lý thuyết: Trên hầu hết các hệ thống điện ô tô đều có 1. Xây dựng lý thuyết hệ thống các bộ vi xử lý để điều khiển các hệ thống. đánh lửa lai.
2. trưởng trong cuộn sơ cấp bô bin1. Một khi dòng tăng trưởng đạt đến mức tối đa trong khoảng thời gian ngập td, T1 ngắt đột ngột gây ra suất điện động cảm ứng với hiệu điện thế khoảng 15 đến 20 kV trên cuộn thứ cấp phóng qua điện cực bougie và suất điện động tự cảm khoảng vài trăm vôn trên cuộn sơ cấp. Với hệ thống đánh lửa TI thường thi suất điện động này cần được dập tắt dần nhờ 1 tụ điện để bảo đảm an Hình 1: Mạch điện hệ thống đánh lửa lai toàn cho hệ thống. Nhưng với hệ thống đánh lửa lai như trong sơ đồ trên, suất điện Trong quá trình khảo sát hệ thống động này được hấp thụ vào tụ C1 và dữ lại đánh lửa điện dung và điện cảm. Ta thấy nhờ diode D1. Năng lượng này sẽ phục vụ rằng với hệ thống đánh lửa điện dung, yếu cho quá trình đánh lửa điện dung. Như vậy tố cần thiết nhất là nguồn điện có điện áp phần đánh lửa điện dung như sơ đồ trên từ 150 đến 400 vôn. Để có được nguồn không cần nguồn điện nạp vào tụ C1 mà lấy điện này, hệ thống đánh lửa điện dung cần nguồn điện trung áp từ âm bô bin của quá có một bộ nguồn AC hoặc DC. Trong khi trình đánh lửa điện cảm. Khi IGT2 kích cuối quá trình đánh lửa của hệ thống điện hoạt Opto Triac, dòng điện từ chính tụ C1 cảm, tại âm bô bin xuất hiện một suất điện sẽ kích hoạt SCR D3, SCR mở và dòng động tự cảm lên tới 300 vôn. Suất điện điện tích lũi trong C1 được phóng băng qua động này hoàn toàn không mang lại lợi ích cuộn sơ cấp bobine 2 và gây ra quá trình cho hệ thống mà còn làm hỏng một số thiết đánh lửa trên bobine 2. bị. Vì thế người ta phải dập suất điện động 2. Chế tạo mạch đánh lửa lai. này bằng tụ và diode. Xuất phát từ thực tế a. Chế tạo mạch. này, người làm đề tài kết hợp hai hệ thống Mạch điện là cách kết hợp hai kiểu này lại thành một. Hệ thống đánh lửa điện đánh lửa đã có là: Đó là kiểu đánh lửa điện dung sử dụng suất điện động tự cảm của cảm và đánh lửa điện dung. Vì vậy khi kết cuộn sơ cấp trong hệ thống đánh lửa điện hợp hai loại trên lại với nhau hoàn toàn dựa cảm để nạp năng lượng vào tụ phục vụ cho trên nguyên lý ưu điểm của mỗi loại và quá trình đánh lửa điện cảm. Hệ thống kết khắc phục các nhược điểm của chúng. Ưu hợp này gọi là hệ thống đánh lửa lai. điểm của mỗi loại được giữ lại, nhược Trong sơ đồ trên, bô bin 1 và Transistor điểm của loại này lại dùng vào cho loại kia. công suất T1 thộc hệ thống đánh lửa điện Sơ đồ nguyên lý được thiết kế là sự kết hợp cảm. Diode D1, tụ C1,SCR D3 diode D2 của hai loại đánh lửa đã có sơ đồ. Mạch thuộc hệ thống đánh lửa điện dung. Sơ đồ điện như trên sơ đồ hình 1. thiết kế cho động cơ 4 xi lanh. Mỗi hệ Mạch đánh lửa lai như hình1 nhận hai thống đánh lửa cho hai máy song hành sử tín hiệu lửa từ ECU động cơ. IGT1 làm dụng bô bin đôi. Hệ thống hoạt động theo đóng ngắt transistor T1 để điều khiển bô hai giai đoạn nối tiếp nhau trong một chu bin 1. Khi IGT2 kích hoạt Opto Triac để trình đánh lửa đó là đánh lửa điện cảm và mở cho SCR D3 hoạt động. Tuy nhiên sau đánh lửa điện dung. Hai giai đoạn này chia khi bô bin 1 có lửa và kết thúc quá trình thành ba qua trình nhỏ như sau: Quá trình đánh lửa. Năng lượng dư thừa với điện áp tăng trưởng dòng sơ cấp bô bin1, quá trình khoảng 300V mới được nạp vào tụ C1, vì đánh lửa bô bin1 và nạp năng lượng vào tụ vậy kết thúc việc đánh lửa của bô bin 1 thì C1 và quá trình đánh lửa bô bin 2. Khi sẽ có tín hiệu lửa IGT2. Như vậy vấn đề IGT1 xuất tín hiệu điều khiển Transistor T1 dẫn, dòng điện từ nguồn bắt đầu tăng
3. của mạch đánh lửa Lai chính là giải bài Vì vậy khi bobine thứ hai đánh lửa thì đồng toán về tìm giá trị tụ C1 sao cho phù hợp. thời bobine thứ nhất cũng đánh lửa. điều Thí nghiệm các giá trị của tụ được này rất nguy hiểm cho động cơ. thực hiện dựa vào mạch điện điều khiển Mạch điện trên hình 2 được tính toán thông qua vi xử lý Atmega8 cũng như dùng và bố trí các linh kiện chống nhiễu như đồng hồ chuyên dụng để đo dòng nạp và xả sau: Một diode D5, tụ C2 và một điện trở theo thời gian t. Các tín hiệu lửa IGT có công suất 10kΩ giá trị 2w được bố trí như thời gian ngậm điện xem như không thay hình vẽ trên. Tụ C2 là một tụ sét giá trị là đổi, giá trị này gần như là cố định. Để kiểm 471u. nghiệm dòng nạp của tụ có đáp ứng được III. Kết quả thực nghiệm. khi tốc độ động cơ tăng, như thế thời gian 1. Kết quả thực nghiệm điện áp nạp gián đoạn giữa thời gian xuất hiện hai xung tụ. tín hiệu IGT. Khi ta cho gian đoạn tín hiệu lửa IGT1 bằng cách ngắt ngắn thời gian tín Thời gian nạp tụ phụ thuộc rất nhiều hiệu thì kết quả nạp vào tụ C1 sẽ như thế yếu tố như: nào, có ảnh hưởng tới quá trình nạp và - Giá trị của tụ bao nhiêu. đánh lửa của bô bin thứ hai không. Tuy - Tốc độ động cơ nhanh hay chậm. nhiên một giải pháp tăng dòng nạp để đáp - Nguồn điện sau quá trình đánh lửa ứng thời gian nạp cho tụ C1 thì trên sơ đồ thứ nhất là bao nhiêu Vôn. mạch gắn một Diode D2 như trong sơ đồ - Giá trị của tụ không được lớn quá mạch. nhưng cũng không được nhỏ quá. b. Hoàn thành mạch. Mạch nguyên lý đánh lửa lai như hình1 về cơ bản là hoạt động, tuy nhiên khi thực nghiệm thì các bobine bị nhiễu khi đánh lửa. Hiện tượng nhiễu xuất hiện khi lửa xuất hiện ở bobine thứ hai, lúc này khi bobine thứ hai có lửa thì đồng thời bobine một cũng có lửa. Bài toán đặt ra là giải hình 2: Mạch kết hợp chống nhiễu quyết nhiễu cho các bobine cũng như cho mạch. Giá trị của tụ nhỏ thì về phương diện Mạch đánh lửa lai được chia thành hai lý thuyết thì dù tốc độ thấp hay tốc độ cao mạch, mạch công suất và mạch điều khiển. của động cơ đều đảm bảo được điện áp nạp Khi đánh lửa, xung điện áp cao sinh ra, tụ. Tuy nhiên giá trị tụ nhỏ lại không đảm hiện tượng nhiễu sẽ gây ra làm chết các bảo về năng lượng đánh lửa. Giá trị của tụ linh kiện điện tử cũng như làm giảm năng lớn thì đảm bảo năng lượng đánh lửa lượng đánh lửa. Hiện tượng nhiễu nhưng ở tốc độ cao thì dòng nạp tụ không được sinh ra chủ yếu ở cuộn đánh lửa đảm bảo đủ cho tụ nên năng lượng đánh bobine thứ hai, vì vậy chống nhiễu cho lửa yếu dẩn đến thời gian tồn tại tia lửa ở mạch đánh lửa là điều cần thiết nhất. Quá các bougie CDI sẽ ngắn và yếu. trình thử nghiệm đã tìm ra được Qua rất nhiều các thí nghiệm cũng nguyên nhân là khi SCR dẫn cũng là lúc tụ như các thuật toán lập trình thì tìm ra được C1 xã, đến thời điểm SCR ngắt là thời kỳ tụ có giá trị là 1.55 µF, và thuật toán lập đánh lửa xẩy ra. Dòng ngắt đột ngột trên trình như sau. cuộn sơ cấp của bobine thứ hai sẽ sinh ra Trước hết vi điều khiển nhận tín dòng nhiễu, dòng nhiễu này sẽ dẫn qua hiệu IGT1 và vi điều khiển sẽ kích hoạt diode D làm nhiễu lên cuộn sơ cấp của 4 cho transistor dẫn bảo hòa. Khi hết tín hiệu bobine thứ nhất. IGT1 là quá trình đánh lửa điện cảm. Hết
4. quá trình đánh lửa điện cảm là quá trình nạp cho tụ. Tuy nhiên thời gian nạp này không đủ nên tiếp tục delay một khoảng thời gian là 150 micaro giây (con số này cũng chỉ là tính toán dựa trên cơ sở thời gian nạp tụ), với thời gian này thì hoàn toàn tụ sẽ được nạp đầy. Khi có tín hiệu lửa IGT2 thì vi điều khiển tiếp nhận. Nếu vi Hình 6. Hình ảnh thể hiện điện áp nạp vào tụ ở điều khiển kích SCR lúc này tụ sẽ xả qua tốc độ 2500 v/p SCR và qua cuộn đánh lửa thứ hai. Như 1 - Tín hiệu điện áp nạp tụ; 2 - Tín hiệu IGT1 vậy bản chất hai máy đánh lửa CDI sẽ là đánh lửa sớm còn hai máy đánh lửa TI là đúng thời điểm, như vậy là hoàn toàn sai. Để khắc phục điều này thì thuật toán lập trình như sau. Khi có tín hiệu IGT2 thì vi điều khiển tiếp nhận khi hết tín hiệu IGT2 thì mới kích hoạt SCR để tụ xã. Với cách lập trình này cùng với khoảng thời gian Hình 7. Hình ảnh thể hiện điện áp nạp vào tụ ở delay phù hợp thì quá trình đánh lửa được tốc độ 3000 v/p đảm bảo, và dưới đây là hình ảnh quá trình 1 - Tín hiệu điện áp nạp tụ; 2 - Tín hiệu IGT1 nạp tụ theo tốc độ động cơ ở các vòng tua, Trên hình thể hiện xung điện áp của qua đó bằng phương pháp đồ thị xây dựng tín hiệu đánh lửa ở đường thứ 2 còn đường một đồ thị thể hiện điện áp nạp theo tốc độ thứ 1 là điện áp nạp vào tụ. Điện áp nạp động cơ. vào tụ có giá trị khoảng 270V đến 280V ở tốc độ cầm chừng 800v/p. Như vậy dựa vào biểu đồ ta thấy thời gian nạp vào tụ là hoàn toàn đủ cho tới khi có tín hiệu đánh lửa tiếp theo. Hình 3. Hình ảnh thể hiện điện áp nạp vào tụ ở Khi có tín hiệu đánh lửa tiếp theo thì tốc độ 800 v/p 1- tín hiệu điện áp nạp tụ; 2 - Tín hiệu IGT1 tụ xã rất nhanh đồng thời có dòng nhiễu, dòng nhiễu này do quá trình đánh lửa CDI ảnh hưởng lên cuộn sơ cấp của TI nên trên biểu đồ thể hiện dòng nhiễu trên đường thứ nhất của điện áp nạp. Hình 5 thể hiện tốc độ 2000v/p lúc này điện áp nạp giảm xuống khoảng 180V đến 200V. Hình 4. Hình ảnh thể hiện điện áp nạp vào tụ ở Như vậy khi tốc độ động cơ tăng lên tốc độ 1500 v/p thì điện áp nạp của tụ sẽ giảm xuống do 1- Tín hiệu điện áp nạp tụ; 2 - Tín hiệu IGT1 thời gian nạp của tụ ngắn lại. Để giải quyết vấn đề này tác giả đã đưa ra hai phương pháp. - Giảm thời gian ngậm lửa của IGT1 để bù cho thời gian nạp tụ khi tốc độ động cơ cao, điều này nhận biết được dựa + - vào tín hiệu Ne , Ne . Hình 5. Hình ảnh thể hiện điện áp nạp vào tụ ở - Dùng tín hiệu IGT2 kích hoạt tốc độ 2000 v/p 1-Tín hiệu điện áp nạp tụ; 2 - Tín hiệu IGT1 SCR sớm hơn khi kết thúc IGT2, ở tốc độ
5. cầm chừng thì dòng kích sẽ diễn ra vào lúc quan sát hình ảnh của xung. Qua bảng thời điểm sườn sau IGT2. số liệu ta xây dựng được đồ thị sau: Tuy nhiên để đảm bảo được thời điểm đánh lửa thì sườn sau TI và sườn đầu CDI phải đều nhau. Hình 7 thể hiện tốc độ động cơ 3000v/p thì dòng nạp cũng có giảm xuống khoảng 160V đến 180V. Qua các bảng thực nghiệm trên ta xây dựng được bảng số liệu sự phụ thuộc của dòng nạp so với tốc đô động cơ như sau. Hình 8. Biểu đồ sự phụ thuộc của điện áp nạp của tụ vào tốc độ động cơ 2- Kết luận. Các số liệu trên bảng mang tính ước Mạch điện hệ thống đánh lửa lai có thể lượng dựa vào hình ảnh thu được ở máy đo được ứng dụng vào giảng dạy lý thuyết và oscilloscope, ở các vòng tua hiển thị trên thực hành tại các trường dạy nghề, cao đồng hồ táp lô của mô hình. Số liệu cũng đẳng hoặc đại học chuyên ngành công nghệ mang tính tương đối do sai số trong quá ô tô. Đồng thời nghiên cứu này cũng là tài trình thao tác và chụp hình ảnh từ màn hình liệu giúp cho việc nghiên cứu chế tạo các máy oscilloscope đồng thời sự đáp ứng của mô hình dạy học sau này mang tính thực tế máy khi chụp ở các xung điện áp tạo ra quá cao hơn. Cao hơn nữa là sẽ hoàn thiện đầy nhanh nên sẽ không bắt được các điểm đủ các thông số cũng như tiến hành nhiều điện áp phù hợp với yêu cầu của tác giả thí nghiệm cần thiết để ráp lên trên xe ô tô. cần. Vì vậy các số liệu chưa được sát với TÀI LIỆU THAM KHẢO A. TIẾ NG VIÊṬ 1. PGS.TS Đỗ Văn Dũng, trang bị điên và điện tử trên ô tô hiện đại, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2013. 2. GS.TSKH Nguyễn Hữu Cẩn, Lý Thuyết Ô Tô Máy Kéo – NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, 2005. 3. TS Hoàng An Quốc, KS Phạm Văn Kiên (2011), Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Điều Hoà Không Khí Trên Ô Tô Kiểu Hấp Thụ Sử Dụng Nhiệt Khí Thải – đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM. 4. Tổng hợp thống kê bề rộng đường sá toàn thành phố - Sở Giao Thông Vận Tải TPHCM, 2012. 5. Ngô Diên Tập, Kỹ Thuật Vi Điều Khiển với AVR, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2003. 6. Phần mềm chuyên ngành điện – điện tử ô tô Mitchell OnDemand, 2011
6. 7. Wikipedia.org B. TIẾNG NƢỚC NGOÀI 8. A high-efficiency, compoundnNH3/H2O-H2O/LiBr absorption-refrigeration system. 9. Toyota service training. 10. Autoevolution.com 11. Carsmind.com 12. www.datasheet.com
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.