(Tiểu luận) phần ii cơ sở lý luận của đề tài chương i khái quát về hệ thống đánh lửa

Khoa Cơ khí Động lực PHẦN II: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐN ĐÁNH LỬA CÔNG DỤNG , YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1.1 Công dụng Hệ thống đánh lửa động có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều chiều có hiệu điện thấp (12 24 V) thành xung điện cao (từ 15.000 đến 40.000 V) Các xung hiệu điện cao phân bố đến bougie xylanh đứng thời điểm để tạo tia lửa điện cao đốt cháy hịa khí 1.2 Tổng quan hệ thống đánh lửa Trong động xăng, hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu đánh lửa để đốt cháy áp lực sinh từ bốc cháy đẩy piston xuống Năng lượng nhiệt biến thành động lực có hiệu cao áp lực nổ cực đại phát sinh vào thời điểm trục khuỷu vị trí 10 sau điểm chết (ATDC- After Top dead center) Vì phải đánh lửa sớm cho áp lực nổ cực đại Hình 1.1 : Góc đánh lửa sớm tạo vào thời điểm 100 sau TDC Thời điểm đánh lửa để động sinh áp lực nổ cực đại thường xuyên thay đổi tùy thuộc vào điều kiện làm việc động Góc đánh lửa sớm góc quay trục khuỷu động tính từ thời điểm xuất tia lửa bougie piston lên tới TDC Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng lớn đến cơng suất, tính kinh tế độ nhiễm khí thải động Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Trong đó: - :Áp suất buồng đốt thời điểm đánh lửa - : nhiệt độ buồng đốt : Áp suất đường ống nạp Đồ án tốt nghiệp Trang Khoa Cơ khí Động lực - : nhiệt độ nước làm mát động - : nhiệt độ môi trường : số vịng quay động khí : số octan động xăng a Quá trình cháy hòa Giai đoạn cháy trễ Sự bốc cháy hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu khơng phải xuất sau đánh lửa Thoạt đầu , khu vực nhỏ ( hạt nhân) sát tia lửa bắt đầu cháy, trình bắt cháy lan khu vực xung quanh Quãng thời gian từ hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu đánh lửa bốc cháy gọi giai đoạn cháy trễ ( khoảng A đến B sơ đồ) Giai đoạn cháy trễ đo gần khơng thay đổi khơng bị ảnh hưởng điều kiện làm việc động Giai đoạn lan truyền lửa Sau hạt nhân lửa hình thành , lửa nhanh chóng lan truyền xung quanh Tốc độ lan truyền gọi tốc độ lan truyền lửa, thời kỳ gọi thời kỳ lan truyền lửa ( B-C-D sơ đồ) Khi có lượng lớn khơng khí nạp vào, hỗn hợp khơng khí- nhiên liệu trở nên có mật độ cao Vì thế, khoảng cách hạt hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu giảm xuống, nhờ tốc độ lan truyền lửa tăng lên Ngoài ra, luồng hỗn hợp khơng khí- nhiên liệu xốy lốc mạnh tốc độ lan truyền lửa cao Khi tốc độ lan truyền lửa cao, cần phải định thời đánh lửa sớm Do cần phải điều khiển thời điểm đánh lửa theo điều kiện làm việc động Đồ án tốt nghiệp Trang Khoa Cơ khí Động lực 1.3 Yêu cầu Một hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải đảm bảo yêu cầu sau : Hệ thống đánh lửa phải sinh sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bougie tất chế độ làm việc động Tia lửa bougie phải đủ lượng thời gian phóng để cháy bắt đầu Góc đánh lửa sớm phải chế độ hoạt động động Các phụ kiện hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt điều kiện nhiệt độ cao độ rung xóc lớn Sự mài mòn điện cực bougie phải nằm khoảng cho phép LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA 1.4 Các thông số chủ yếu hệ thống đánh lửa a Hiệu điện thứ cấp cực đại U Hiệu điện thứ cấp cực đại hiệu điện cực đại đo hai đầu cuộn dây thứ cấp tách dây cao áp khỏi bougie Hiệu điện thứ cấp cực đại phải đủ lớn để có khả tạo tia lửa điện hai điện cực bougie, đặc biệt lúc khởi động b Hiêu điện đánh lửa U Hiệu điện thứ cấp mà q trình đánh lửa xảy ra, gọi hiệu điện đánh lửa Hiệu điện đánh lửa hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân theo định luật Pashen = Trong đó: : áp suất buồng đốt thời điểm đánh lửa : khe hở bougie : nhiệt độ điện cực trung tâm bougie thời điểm đánh lửa : số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện đánh lửa nhiệt độ điện cực bougie thấp tăng khoảng 20 đến 30 % Khi độn-g tăng tốc độ, tiên, tăng, áp suất nén tăng sau Uđl giảm từ từ nhiệt độ điện cực bougie tăng áp suất nén giảm trình nạp xấu Hiệu điện đánh lửa có giá trị cực đại chế độ khởi động tăng tốc, có giá trị cực tiểu chế độ ổn định cơng suất cực đại ( hình 1.1) Đồ án tốt nghiệp Trang Khoa Cơ khí Động lực Trong trình vận hành xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, Uđl tăng 20% điện cực bougie bị mài mịn Sau tiếp tục tăng khe hở bougie tăng Vì để giảm phải hiệu chỉnh lại khe hở bougie sau 10.000 km (đối với loại bougie điện cực thường) 1.Toàn tải ; Nửa tải ; Tải nhỏ ; Khởi động cầm chừng Hình 1.2 : Sự phụ thuộc hiệu điện đánh lửa vào tốc độ tải động c Hệ số dự trữ K Hệ số dự trữ tỷ số hiệu điện cực đại hiệu điện đánh lửa : = Đối với hệ thống đánh lửa thường, thấp nên thường nhỏ 1,5 Trên động xăng đại với hệ thống đánh lửa điện tử, hệ số dự trữ đánh lửa có giá trị cao ( quay tăng khe hở bougie d Năng lượng dự trữ W ), đáp ứng việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng Năng lượng dự trữ lượng tích lũy dạng từ trường cuộn dây sơ cấp bobine Để đảm bảo tia lửa điện có đủ lượng để đốt cháy hồn Đồ án tốt nghiệp Trang Khoa Cơ khí Động lực tồn hịa khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo lượng dự trữ cuộn sơ cấp bobine giá trị xác định: mJ = Trong đó: - : Năng lượng dự trữ cuộn sơ cấp - : Độ tự cảm cuộn sơ cấp bobine - : Cường độ dòng điện sơ cấp thời điểm transistor công suất ngắt e Tốc độ biến thiên hiệu điện thứ cấp S = = V/ = Trong đó: - S : Là tốc độ biến thiên hiệu điện thứ cấp - : Độ biến thiên hiệu điện thứ cấp :Thời gian biến thiên hiệu điện thứ cấp Tốc độ biến thiên hiệu điện thứ cấp S lớn tia lửa điện xuất điện cực bougie mạnh nhờ dịng khơng bị rị qua muội than điện cực bougie, lượng tiêu hao mạch thứ cấp giảm f Tần số chu kỳ đánh lửa Đối với động xăng kỳ, số tia lửa giây hay gọi tần số đánh lửa xác định công thức: Đối với động kỳ: Trong đó: - : Tần số đánh lửa - : Số vòng quay trục khuỷu động (min ) Z : Số xylanh động Chu kỳ đánh lửa : thời gian hai lần xuất tia lửa = / = Trong đó: - : Thời gian vít ngậm hay transistor cơng suất bão hòa Đồ án tốt nghiệp Trang Khoa Cơ khí Động lực - : Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt Tần số đánh lửa tỷ lệ thuận với vòng quay trục khuỷu động số xylanh Khi tăng số vòng quay động số xylanh, tần số đánh lửa tăng chu kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, thiết kế cần ý đến thống số chu kỳ tần số đánh lửa để đảm bảo số vòng quay cao động tia lửa mạnh g Góc đánh lửa sớm Góc đánh lửa sớm góc quay trục khuỷu động tính từ thời điểm xuất tia lửa điện bougie piston lên tới điểm chết Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng lớn đến cơng suất, tính kinh tế độ nhiễm khí thải động Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc nhiều yếu tố: Trong đó: - : Áp suất buồng đốt thời điểm đánh lửa - : nhiệt độ buồng đốt : Áp suất đường ống nạp - : nhiệt độ nước làm mát động - : nhiệt độ môi trường : số vòng quay động - : số octan động xăng Ở xe đời cũ, góc đánh lửa sớm điều khiển theo hai thông số: tốc độ ( sớm ly tâm) tải( sớm áp thấp) động Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa số xe( TOYOTA, HONDA…), có trang bị thêm van nhiệt sử dụng phận đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ Trên xe đời mới, góc đánh lửa sớm điều khiển điện tử nên góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh theo thống số nêu Trên hình 1.3 trình bày đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ tải động xe đời Đồ án tốt nghiệp Trang Khoa Cơ khí Động lực Hình 1.3:Bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ tải động ô tô đời h Năng lượng tia lửa thời gian phóng điện Thông thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần thành phần điện dung thành phần điện cảm Năng lượng tia lửa tính theo cơng thức: Trong đó: - : lượng tia lửa W C : lượng thành phần tia lửa có tính điện dung - :năng lượng thành phần tia lửa có tính điện cảm - :điện dung ký sinh mạch thứ cấp bougie - : hiệu điện đánh lửa - : độ tự cảm mạch thứ cấp - :cường độ dòng điện mạch thứ câp Tùy loại hệ thống đánh lửa mà lượng tia lửa có đủ hai thành phần điện cảm ( thời gian phóng điện dài) điện dung ( thời gian phóng điện ngắn) có thành phần Thời gian phóng điện hai điện cực bougie tùy theo vào loại hệ thống đánh lửa Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo lượng tia lửa phải đủ Đồ án tốt nghiệp Trang Khoa Cơ khí Động lực lớn thời gian phóng đủ dài để đốt cháy hịa khí chế độ hoạt động động 1.5 Lý thuyết đánh lửa ô tô Trong động xăng kỳ, hịa khí, sau đưa vào xylanh hịa trộn nhờ xốy lốc dịng khí, piston nén lại Ở thời điểm thích hợp cuối kỳ nén, hệ thống đánh lửa cung cấp tia lửa điện cao đốt cháy hịa khí sinh cơng cho động Để tạo tia lửa hai điện cực bougie, trình đánh lửa chia làm giai đoạn: trình tăng trưởng dịng sơ cấp hay cịn gọi q trình tích lũy lượng, q trình ngắt dịng sơ cấp q trình xuất tia lửa điện cực bougie a Q trình tăng trưởng dịng sơ cấp Hinh 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa Trong sơ đồ hệ thống đánh lửa trên: - : điện trở phụ - - Đồ án tốt nghiệp : điện trở cuộn sơ cấp : độ tự cảm cuộn sơ cấp thứ cấp bobine : transistor cơng suất điều khiển nhờ tín hiệu cảm biến vít lửa Trang Khoa Cơ khí Động lực Hình 1.5 : Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp hệ thống đánh lửa → Khi transistor công suất dẫn, mạch sơ cấp có dịng điện điện động tự cảm sinh cuộn sơ từ (+) accu Dòng tăng từ từ sức cấp chống lại tăng cường độ dòng điện Ở giai đoạn này, mạch thứ cấp hệ thống đánh lửa gần không ảnh hưởng đến q trình tăng dịng mạch sơ cấp Hiệu điện cường độ dòng điện suất mạch thứ cập khơng đánh kể nên ta coi mạch thứ cấp hở Vì vậy, giai đoạn ta có sơ đồ tương đương trình bày hình 1.5 Trên sơ đồ, giá trị điện trở accu bỏ qua, đó: : hiệu điện accu :độ sụt áp transistor công suất trạng thái dẫn bão hòa độ sụt áp vít lửa Từ sơ đồ hình 1.5 ta thiết lập phương trình vi phân sau: (2.1) Giải phương trình vi phân (2.1) ta được: Gọi số điện từ mạch (2.2) Lấy đạo hàm (2.2) theo thời gian t , ta tốc độ tăng trưởng dịng sơ cấp (hình 1.5) Như vậy, tốc độ tăng dòng sơ cấp phụ thuộc chủ yếu vào độ tự cảm Đồ án tốt nghiệp Trang Khoa Cơ khí Động lực Hình 1.6 : Q trình tăng trưởng dòng sơ cấp Với bobine xe đời cũ với độ tự cảm lớn ( đường 1) , tốc độ tăng dòng sơ cấp chậm so với bobine xe đời với độ tự cảm nhỏ ( đường 2) Chính vậy, lửa yếu tốc độ cao Trên xe đời mới, tượng khắc phục nhờ sử dụng bobine có nhỏ Đồ thị cho thấy độ tự cảm dòng giảm Gọi t cấp cuộn sơ cấp lớn tốc độ tăng trưởng thời gian transistor công suất dẫn bão hịa cường độ dịng điện sơ thời điểm đánh lửa transistor công suất ngắt là: (2.3) Trong đó: : chu kỳ đánh lửa (s) : số vòng quay trục khuỷu động (min-1) : số xylanh động : thời gian tích lũy lượng tương đối Trên xe đời cũ, thời gian tích lũy lượng tương đối , xe đời nhờ cấu hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng (góc ngậm) nên (2.4) ) Từ cơng thức (2.4), ta thấy phụ thuộc vào tồng trở mạch sơ cấp ( độ tự cảm cuộn dây sơ cấp( ), số vòng quay trục khuỷu động cơ( ), số Đồ án tốt nghiệp Trang 10 ),