Các vấn đề cấp thiết liên quan đến dộng cơ đốt trong ngày nay
Ảnh hưởng của các chất trong khí xả động cơ đối với sức khỏe con người
Monoxyde carbon (CO): khí không màu, không mùi, không vị sinh ra do ôxy hóa không hoàn toàn carbon (C) trong điều kiện thiếu oxygene (O 2 ) CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxygene
(vì hồng cầu trong máu có nhiệm vụ vận chuyển oxy) Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn và khi tỷ số này lên đến 50%, não bộ con người bị ảnh hưởng mạnh Họ Oxyde Nitơ (NOx): trong đó Monoxyde Nitơ (NO với x = 1) chiếm đại bộ phận NOx được hình thành do Nitơ(N 2 ) tác dụng với ôxy(O 2 ) ở điều kiện nhiệt độ cao(vượt quá
1100 0 C) NO không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxyde nitơ (x = 2 hay NO 2 )
NO2: là chất khí màu hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của NO2 trong không khí đạt khoảng 0,12ppm và là chất hòa tan được Do đó, nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi, gây viêm và hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Làm cho nạn nhân bị mất ngủ, ho và khó thở Protoxyde Nitơ (N 2 O) là chất cơ sở tạo ra Ozone ở hạ tầng khí quyển
Hydrocarbure (HC): có mặt trong khí thải của quá trình cháy không hoàn toàn của hỗn hợp giàu nhiên liệu hoặc cháy không bình thường Gây tác hại nhiều đến sức khỏe con người là các hydrocarbure thơm Từ lâu, người ta đã xác định vai trò củaBenzen trong căn bệnh ung thư máu khi nồng độ lớn hơn 40ppm và có thể gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1gam/m 3 Đôi khi, nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan
Oxyde lưu huỳnh (SO 2 ): là chất háu nước, nên rất dễ hòa tan vào nước mũi và bị ôxy hóa thành axitsunfurit (H 2 SO 4 ) và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi Mặt khác, oxyde lưu huỳnh (SO 2 ) làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác
Bồ hóng: chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ diesel Tồn tại dưới dạng những hạt rắn, cú đường kớnh trung bỡnh khoảng 0.3àm, nờn rất dể xõm nhập sâu vào phổi Bồ hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp, còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng trong quá trình hình thành
Chì: có mặt trong khí xả do Thetraetyl chì (Pb(C 2 H 5 ) 4 ) được pha vào xăng để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu
Chì trong khí xả động cơ tồn tại dưới dạng hạt có đường kính cực bé, nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua lỗ chân lông của da hoặc đường hô hấp Khi đã vào được trong cơ thể, khoảng từ 30-40% lượng chì này đi vào máu, sự hiện diện của chì sẽ gây xáo trộn sự trao đổi ion ở não, làm trở ngại cho sự tổng hợp enzyne để hình thành hồng cầu và đặc biệt hơn nữa khi nó tác hại lên hệ thần kinh của trẻ em sẽ làm chậm phát triển trí tuệ Chì bắt đầu gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ của nó trong mỏu vượt quỏ 200 – 250 àg/lớt
1.1.2 Ảnh hưởng của các chất trong khí thải động cơ đối với môi trường
Sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm, đặc biệt là những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyển Trong số những chất gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí CO2, vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thành phần cacbon.
Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển do sự hiện diện của các chất khí gây hiệu
Cacbonic là chất khớ cú dóy hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước súng 15àm, nú được xem như trong suốt với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng đối với tia bức xạ hồng ngoại từ mặt đất Một phần nhiệt lượng do lớp khí CO2 sẽ giữ lại và bức xạ ngược lại về trái đất (Hình 1.3) làm nóng thêm bầu khí quyển
Hình 1.3 Hiệu ứng nhà kính [1]
Theo dự đoán của các nhà khoa học, với sự gia tăng nồng độ khí CO2 trong bầu khí quyển như hiện nay Vào khoảng giữa thế kỷ 22, nồng độ khí CO2 có thể tăng lên gấp đôi và làm ảnh hưởng đến sự cân bằng nhiệt trên trái đất:
Nhiệt độ bầu khí quyển sẽ tăng lên từ 2 0 C – 3 0 C
Một phần những tảng băng ở vùng bắc cực, nam cực sẽ tan ra và làm tăng chiều cao mực nước biển Làm thay đổi chế độ mưa gió và sa mạc hóa thêm bề mặt trái đất Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là N2O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển Ozone là lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời. Tia cực tím sẽ gây ung thư da và gây đột biến sinh học Đặc biệt, là sự đột biến sinh ra
Hình 1.1 phổ bức xạ từ mặt đất Hình 1.2 phổ bức xạ từ mặt trời các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ, sẽ dẫn tới hủy hoại sự sống của mọi sinh vật trên trái đất
Mặc khác, các chất khí có tính axit như SO2, NO2 bị ôxy hóa thành axitsunphuric, axitnitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù… sẽ làm hủy hoại thảm thực vật trên bề mặt trái đất và gây ăn mòn các công trình có sử dụng kim loại Đến nay, người ta đã xác định được các chất ô nhiễm trong không khí mà phần lớn là những chất có trong khí xả của động cơ đốt trong như: CO2, CO, N2O, SO2 Bảng 1.1 cho thấy sự gia tăng nồng độ một cách đáng ngại của một số chất ô nhiễm bầu khí quyển
Bảng 1 1 Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khí quyển
Chất ô nhiễm Thời kỳ tiền Công nghiệp (ppm)
Tùy theo chính sách năng lượng của mỗi nước, sự phân bố tỷ lệ phát sinh ô nhiễm của các nguồn khác nhau không đồng nhất
Bảng 1 2 Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Nhật – Mỹ (tính theo %)
Nguồn ô nhiễm CO HC NOx
Nhật Mỹ Nhật Mỹ Nhật Mỹ Ô tô 93 64,7 57,3 45,7 39 36,6
Quá trình sản xuất công nghiệp - 9,1 26,4 16,8 31,3 42,8 Quá trình khai thác khác 6,3 - 0,7 - 0,8 -
Hình 1.4 Tỷ lệ phát thải các chất gây ô nhiễm do phương tiện cơ giới đường bộ toàn quốc [2]
Tiêu chuẩn khí thải Việt Nam
Khí thải từ lâu đã trở thành vấn đề nhức nhối của nghành công nghiệp ô tô. Những quy định để giảm thiểu tối đa lượng khí thải được đưa ra Trong đó các tiêu chuẩn khí thải của châu âu (EURO) đang được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới Quy định khí thải đầu tiên được ra đời vào năm 1970, là tiêu chuẩn đầu tiên của châu Âu được gọi là Euro 1 và được áp dụng lần đầu tiên vào năm 1992 kể từ đó chúng ta có một loạt các tiêu chuẩn khí thải Euro Mục tiêu của chuẩn khí thải Euro là giảm mức khí thải độc hại chủ yếu tập trung vào một số chất chính như NOX, CO, HC, CO2 và hạt PM cụ thể áp dụng với động cơ xăng và động diesel như sau:
Bảng 1 3 Tiêu chuẩn khí thải
EURO 5 Đối với động cơ xăng Đối với động cơ diesel CO: 1 g/km CO: 0.5 g/km HC: 0,1 g/km HC+Nox: 0,23 g/km Nox: 0.06 g/km Nox: 0,18 g/km PM: 0.005 g/km PM: 0,005 g/km Ở Việt Nam tính đến hiện tại đối với xe mô tô, xe gắn máy phải đảm bảo tiêu chuẩn khí thải Euro 3 kể từ ngày 1/1/2014 và đối với ô tô là Euro 5 kể từ ngày 1/1/2022 Qua đó cho thấy việc ngày càng thắt chặt những quy định về khí thải là một trong những nhân tố giúp việc cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường cùng với đó là nguồn động lực thúc đẩy các nhà sản xuất phải nghiên cứu sáng tạo ra những ý tưởng công nghệ mới để đáp ứng những quy định được đưa ra Đây cũng là thách thức lớn đối với các doanh nghiệp sản xuất giữa việc bảo vệ được công suất của động cơ mà vẫn đáp ứng được những quy định khắt khe về khí thải.
Các nghiên cứu về hệ thống đánh lửa
Công nghệ đánh lửa đơn cực và đa cực trong bình áp suất hình trụ
Các thiết bị thí nghiệm được trình bày trong hình 1.5, một bình áp suất hình trụ có đường kính trong 5 cm, được làm bằng thép không gỉ với hai cửa sổ quan sát ở cả hai đầu, được sử dụng làm buồng đốt Để đảm bảo tỷ lệ tương đương chính xác của hỗn hợp propan / không khí, một buồng trộn sẵn có đồng hồ đo áp suất (JDC 700 0,01% Fs) đã được lắp đặt trước buồng đốt Một hỗn hợp propane / không khí đã được chuẩn bị trong buồng trộn sẵn trước khi thử nghiệm Propane và không khí được đo bằng đồng hồ đo áp suất với định luật áp lực một phần Nhiệt độ phòng (300 k) được áp dụng làm nhiệt độ ban đầu trước mỗi lần chạy Áp suất trong buồng được đo và thu thập bởi một đầu dò áp suất (JCSENSOR CYG-1102) ở 20 kHz Để đo điện áp và dòng điện trong quá trình đánh lửa, đầu dò điện áp cao 75 MHz (Tektronix P6015A) và đầu dò hiện tại 120 MHz (PEARSON 6600) đã được sử dụng Một dao động 1 GHz (Tektronix DPO4014) đã được sử dụng để ghi lại hai tín hiệu và lệnh kích hoạt đầu ra này cho camera CCD tốc độ cao (Phantom-V2512) thông qua máy phát xung (DG535) Việc truyền bá nhân đánh lửa đã bị bắt bởi một hệ thống Schlieren tốc độ cao Ztype điển hình với tốc độ khung hình 40.000 khung hình / giây và thời gian phơi sáng là 15 μs s
Một điện cực có thể thay thế đã được lắp đặt bên trong buồng đốt với đế nylon như trong hình 1.6 Các điện cực đã sử dụng hình trụ với đỉnh phẳng Một cặp điện cực vonfram với một khoảng cách khoảng cách 1 mm được sử dụng như SSD Hai loại lắp ráp điện cực cho MSD áp dụng bố cục tập trung và phân tán được hiển thị trong hình1.6 (c) Sự lắng đọng năng lượng của xả tia tia lửa đến từ một ngân hàng tụ điện cao cấp 10 NF
Hình 1.5 Sơ đồ sơ đồ của bộ máy thí nghiệm: (a) hệ thống đốt và hệ thống schlieren,
Hình 1.6 Các điện cực có thể thay thế của SSD, MSD tập trung và MSD phân tán [3] Đánh lửa đơn cực: Ảnh hưởng của áp suất ban đầu thấp hơn từ 1 đến 0,5 bar xác suất đánh lửa đối với tỷ lệ đánh lửa với tỷ lệ tương đương từ 0,8 đến 1.6 được trình bày trong hình 1.7. Trong nghiên cứu này, điện áp của tụ điện được sạc lên đến 4,5 KV một cách nhất quán để thực hiện các điều kiện đầu ra tương tự để so sánh Tổng năng lượng đánh lửa cho SSD và MSD lần lượt là 61,6 MJ và 64 MJ Có thể dễ dàng thấy rằng hỗn hợp nạc rất khó được đốt cháy Đối với tất cả các tỷ lệ tương đương, xác suất đánh lửa giảm với áp suất xung quanh ban đầu giảm Các xác suất đánh lửa của cả cách tiếp cận hỗn hợp nạc và phong phú đến điểm 0 khi áp suất môi trường ban đầu giảm xuống 0,3 bar Rõ ràng, độ tin cậy của đánh lửa tia lửa là không đủ trong hỗn hợp nạc ở áp suất thấp Để tìm yếu tố xác định cho quá trình đánh lửa, các trường hợp đánh lửa tia lửa thành công và thất bại đã được điều tra Sự phát triển của kernel ngọn lửa cho hỗn hợp cân động hóa với áp suất ban đầu ở 0,5 bar được thể hiện trong hình 1.8 (a) và khu vực của kernel ngọn lửa được trình bày trong hình 1.8 (b) Kernel ngọn lửa ban đầu mở rộng nhanh chóng ngay từ đầu do giải phóng năng lượng đánh lửa xả Tuy nhiên, kernel ngọn lửa ban đầu có kích thước nhỏ và một bề mặt nhỏ cho các phản ứng đốt cháy Việc giải phóng nhiệt từ sự đốt cháy ít hơn mức mất nhiệt trong giai đoạn này.
Do đó, tốc độ lan truyền ngọn lửa giảm nhanh cho đến khi kích thước của hạt ngọn lửa là lớn để cung cấp đủ năng lượng từ các phản ứng bề mặt Đối với trường hợp lesuccessful, hạt ngọn lửa vượt qua tốc độ lan truyền vi phạm nguy hiểm và biến thành một ngọn lửa tự duy trì Otherwise, một hạt nhân đánh lửa đã hình thành, như trong hình 1.8 (a), sẽ tan biến vào khí xung quanh
Hình 1.7 Xác suất đánh lửa như một chức năng của áp suất ban đầu với các tỷ lệ tương đương khác nhau [3]
Hình 1.8 Các trường hợp đốt cháy và không bắt lửa đối với propane / không khí trọng lượng ở 0,5 bar: (a) hình ảnh schlieren của kernel đánh lửa; (b) Khu vực hạt nhân ngọn lửa so với thời gian [3]
Theo lý thuyết bán kính ngọn lửa quan trọng (RC) ,kernel đánh lửa của một trường hợp thành công phải đạt RC trong một thời gian nhất định Như thể hiện trong hình 1.8 (b), sự phân biệt của sự phát triển hạt ngọn lửa để các trường hợp đánh lửa thành công và thất bại xuất hiện ở khoảng 300 μs s Kernel đánh lửa của một thành công vượt quá RC và tiếp tục phát triển nhanh chóng, trong khi một người khác phát triển chậm Đối với trường hợp thất bại, một kernel đánh lửa hình thành không thể tồn tại sau khi xả và tiêu tan nhanh chóng RC phụ thuộc vào số lượng LEWIS của chất phản ứng bị thiếu và tỷ lệ thuận với độ dày ngọn lửa Đối với một hỗn hợp nạc dưới áp suất cực thấp, RC tăng một cách đơn điệu với số lượng lewis lớn hơn của hỗn hợp nạc và độ dày ngọn lửa lớn hơn áp suất thấp hơn Do đó, một trong những lý do chính cho sự đánh lửa thất bại ở độ cao cao là RC trở nên lớn đến mức không thể dễ dàng đạt được bởi kernel ban đầu Do đó, một hạt nhân đánh lửa lớn hơn nên được tạo ra Đánh lửa đa cực: Để thảo luận thêm về hiệu quả của việc phóng điện đa kênh trên đánh lửa, MSD với bố cục khác nhau đã được điều tra MSD tập trung cho thấy một hiệu suất đánh lửa tốt hơn so với MSD được phân phối dưới cùng áp suất thấp Nó đã xác nhận rằng đa kênh tập trung có thể cải thiện khả năng đánh lửa Tuy nhiên, sự đánh lửa MSD tập trung không đủ hiệu quả cho áp suất cực thấp dưới 0,4 bar
Các tiến hóa của hạt nhân đánh lửa được thúc đẩy bởi MSD tập trung và phân phối được so sánh trong hình 1.9 (a) MSD phân tán tạo ra ba hạt đánh lửa độc lập cùng một lúc, trong khi kernel đánh lửa được tạo bởi MSD tập trung kết hợp để tạo thành một cái lớn hơn Kernel đánh lửa của MSD tập trung lớn hơn nhiều so với mỗi hạt nhân của MSD phân tán cùng một lúc
Hình 1.9 Sự phát triển của kernel đánh lửa được điều khiển bởi MSD tập trung và phân tán bằng cách sử dụng hỗn hợp Stoichiometric tại 1 bar: (a) hình ảnh schlieren của kernel đánh lửa; (b) Khu vực hạt nhân ngọn lửa so với thời gian [3]
Phân phối-1 Phân phối-2 Phân phối-3 tập trung φ = 1.0 p = 1.0 Thanh dao ngọn lửa(B) (B) Thời gian (μs S) Hình 17 Sự phát triển của kernel đánh lửa được thúc đẩy bởiMSD tập trung và phân tán bằng cách sử dụng hỗn hợp Stoichiometric tại 1 bar: (a) hình ảnh schlieren của kernel đánh lửa; (b) Khu vực hạt nhân ngọn lửa so với thời gian B LIN et al Ứng dụng Kỹ thuật nhiệt 148 (2019) 1171-1182 1180 EvolutionKernel được trình bày trong Hình 1.9 (b) Hạt nhân đánh lửa MSD tập trung đạt 88,4 mm2 trong vòng 1 ms, lớn hơn khoảng 50% so với mỗi hạt nhân của MSD phân tán(52,5 mm2, 53,6 mm2 và 59,1 mm2) Cần lưu ý rằng lý thuyết về RC được xác minh thông qua việc so sánh giữa MSD tập trung và phân tán với cùng một đặc điểm xả.MSD tập trung dễ dàng hơn để tạo kernel ngọn lửa lớn hơn RC và đạt được sự đánh lửa thành công Do đó, xác suất đánh lửa của MSD tập trung lớn hơn nhiều so vớiMSD phân tán, đặc biệt là ở áp suất thấp.
Công nghệ đánh lửa sử dụng hai bugi trên động cơ
Hiện nay có rất nhiều phương án để cải thiện hiệu suất động cơ và trong đó có phương pháp sử dụng 2 bugi được sử dụng Và chiếc xe Benelli TNT125 là một trong số ít của những chiếc xe được trang bị hệ thống đánh lửa sử dụng 2 bugi Hãng xe Benelli rất nổi tiếng về việc phát triển về việc sản xuất mô tô từ phân phối thấp đến phân phối cao Việc chiếc xe Benelli TNT 125 được sử dụng bugi đôi nhằm mục đích tiết kiệm nhiên liệu và tăng hiệu suất giúp chiếc xe hoạt động êm ái và mượt mà hơn
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
Hệ thống đánh lửa là gì?
Có 3 yếu tố tác động đến hiệu quả vận hành của động cơ xăng là : khả năng đánh lửa, hỗn hợp nhiên liệu và cùng với sức nén Nếu tia lửa điện yếu thì không thể đốt được hỗn hợp hòa khí làm cho được động cơ không thể hoạt động Trong đó hệ thống đánh lửa có vai trò tạo ra tia lửa điện để kích hoạt quá trình đốt cháy nhiên liệu cung cấp năng lượng cho động cơ.
Thực chất hệ thống đánh lửa được sử dụng và đảm nhiệm 2 chức năng :
Thứ nhất là biến dòng điện một chiều hiệu điện thế thấp (6V-12V) hay các xung điện xoay chiều hiệu điện thế thấp thành dòng điện hiệu điện thế cao (12000V đến 50000V) Dòng điện sau khi tạo ra sẽ đi xuyên qua khe hở trên đỉnh bugi đồng thời tạo ra tia lửa điện để đốt cháy nhiên liệu tại buồng đốt
Nhiệm vụ thứ 2 là điều khiển và xác định thời gian đánh lửa thời điểm đánh lửa cần phối hợp hiệu quả với hoạt động của piston để đem lại tốt nhất cho quá trình đốt cháy nhiên liệu.
Yêu cầu của hệ thống đánh lửa
Phải đảm bảo hiệu điện thế đủ mạnh để tạo ra tia lửa điện
Tia lửa điện phải đủ lớn năng lượng để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong mọi điều kiện làm việc của động cơ
Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lí nhất ở mọi chế độ làm việc của động cơ
Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, dễ dàng sữa chữa bão dưỡng.
Nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa
Nguyên lí của hệ thống đánh lửa: Hỗn hợp xăng cùng không khí được tạo thành từ bộ chế hòa khí sẽ được vận chuyển tới buồng đốt (hoặc xăng sẽ được phun trực tiếp vào buồng đốt) Tại đây để quá trình đốt cháy được diễn ra suôn sẻ, hệ thống đánh lửa sẽ được kích hoạt tạo dòng điện cao áp có độ lớn lớn hơn 20000 V Dòng điện được tạo khi đi xuyên qua bugi sẽ bị tác động, hình thành tia lửa điện Tia lửa điện bắt gặp hỗn hợp nhiên liệu tại buồng đốt sẽ tạo ra phản ứng đốt cháy qua đó tạo năng lượng thúc đẩy hoạt động của động cơ máy.
Cấu tạo của hệ thống đánh lửa
Bobin tạo ra điện áp đủ để phóng tia hồ quang giữa 2 điện cực của bugi Các cuộn sơ cấp và thứ cấp được quấn quanh lõi Số vòng của cuộn thứ cấp lớn hơn cuộn sơ cấp khoảng 100 lần Một đầu của cuộn sơ cấp được nối với IC đánh lửa còn một đầu của cuộn thứ cấp được nối với bugi Các đầu còn lại của cuộn được nối với ắc quy. Hoạt dộng của bobin đánh lửa:
Dòng điện trong cuộn sơ cấp: khi động cơ chạy dòng điện từ ắc quy chạy qua IC đánh lửa vào cuộn sơ cấp, phù hợp với tín hiệu thời điểm đánh lửa (IGT) do ECU phát ra.Kết quả là các đường sức từu trường được tạo ra xung quanh cuộn dây có lõi ở trung tâm lửa Dòng sơ cấp càng lớn và sự ngắt dòng sơ cấp càng nhanh thì điện thế thứ cấp càng lớn
Các loại bobin thường găp trên oto:
Hình 2.2 là bobin có sử dụng bộ chia điện và bobin này không tích hợp IC đánh lửa ở trong Loại bobin này được dùng phổ biến cho những dòng xe từ những năm 90 trở về trước Bobin này đảm nhiệm việc đánh lửa cho tất các các máy
Hình 2.3 là bobin đôi đã được tích hợp IC đánh lửa ở trong bobin và được điều khiển đánh lửa bởi ECU Bobin đôi không sử dụng bộ chia điện, và bobin đôi đảm nhiệm việc đánh lửa cho cả 2 động cơ Bobin này được dùng nhiều trên những xe trong những năm 90
Hình 2.4 là loại bobin đơn được tích hợp cả IC đánh lửa trong bobin và hiện nay được sử dụng rất phổ biến trên nhưng dòng xe đời mới Bobin này được điều khiển đánh lửa bởi ECU Bobin này đảm nhận nhiệm vụ đánh lửa cho mỗi động cơ
IC đánh lửa thực hiện một cách chính xác sự ngắt dòng sơ cấp đi vào bobin do
Khi dòng sơ cấp đạt đến một trị số đã định, IC đánh lửa sẽ khống chế cường độ cực đại bằng cách điều chỉnh dòng Điều khiển góc đóng không tiếp điểm: Để điều chỉnh quãng thời gian (tồn tại) của dòng sơ cấp, thời gian này cần được giảm xuống khi tốc độ động cơ tăng lên (trong một số kiểu động cơ xăng gần đây, chức năng kiểm soát này được thực hiện thông qua tín hiệu IGT) Khi tín hiệu chuyển từ dẫn sang ngắt IC đánh lửa sẽ ngắt dòng sơ cấp Vào thời điểm dòng sơ cấp bị ngắt điện thế hàng trăm Vôn được tạo ra trong cuộn thứ cấp làm cho Bugi phóng tia lửa điện
Hình 2.5 Cách điều khiển của IC đánh lửa 2.4.3 Bugi Điện thế cao trong cuộn thứ cấp làm phát sinh ra tia lửa giữa điện cực trung tâm và điện cực nối mass của bugi để đốt cháy hỗn hợp hòa khí đã được nén trong xy lanh Bugi được cấu tạo như (hình 2.6)
Cơ cấu đánh lửa: ( hình 2.7) sự nổ của hỗn hợp hòa khí do tia lửa từ bugi được gọi chung là sự bốc cháy Tuy nhiên sự bốc cháy không phải xảy ra tức khắc mà diễn ra như sau: tia lửa xuyên qua hỗn hợp hòa khí từ điện cự trung tâm đến điện cực nối mass Kết quả là hỗn hợp hòa khí dọc theo tia lửa bị kích hoạt phản ứng hóa học (oxy hóa) xảy ra và sản sinh ra nhiệt để hình thành nhân ngọn lửa Nhân ngọn lửa này lại kích hoạt hỗn hợp hòa khí bao quanh và phần hỗn hợp này lại kích hoạt xung quanh nó Cứ như thế nhiệt của nhân ngọn lửa được mở rộng ra trong một quá trình lan truyền ngọn lửa để đốt cháy hỗn hợp hòa khí Nếu nhiệt độ giữa các điện cực quá thấp hoặc khe hở điện cực quá nhỏ, các điện cực sẽ hấp thụ nhiệt tỏa ra từ tia lửa Kết quả là nhân ngọn lửa bị tắt và động cơ không nổ Hiện tượng này được gọi là sự dập tắt điện cực
Hình 2.7 Cơ cấu đánh lửa [6] Đặc tính đánh lửa: (hình 2.8) các yếu tố sau đây có thể ảnh hưởng hiệu quả đánh lửa của bugi
Hình dáng điện cực và đặc tín phóng điện: Các điện cực tròn khó phóng điện, trong khi đó các điện cực vuông hoặc nhọn lại dễ phóng điện Qua quá trình sử dụng lâu dài các điện cực bị làm tròn dần và trở nên khó đánh lửa Vì vậy cần phải thay thế bugi, các bugi có điện cực mảnh và nhọn thì dễ phóng điện hơn Tuy nhiên những điện cực như thế thì tuổi thọ sẽ ngắn hơn Vì thế một số bugi có các điện cực được hàn đắp platin hoặc iridium để chống mòn Chúng được gọi là các bugi có cực platin hoặc iridium
Khoảng thời gian thay thế thế bugi thông thường: 10.000 – 60.000 km Khoảng thời gian thay thế bugi platin hoặc iridium: 100.000 – 240.000 km Khe hở điện cực và điện áp yêu cầu:
Hình 2.8 Đặc tính của bugi [6]
Khi bugi bị ăn mòn thì khe hở giữa các điện cực tăng lên và động cơ có thể bị bỏ máy Khi khe hở giữa điện cực trung tâm và điện cực nối mass tăng lên sự phóng tia lửa điện giữa các điện cực trở nên khó khăn Do đó cần có một điện áp lớn để phóng tia lửa Vì vậy cần phải định kì điều chỉnh khe hở điện cực hoặc thay thế bugi. Nếu có cung cấp đủ cho điện áp khe hở điện cực tăng lên thì bugi sẽ tạo ra tia lửa mạnh, mồi lửa tốt hơn Vì thế trên thị trường có những bugi có khe hở rộng đến 1.1mm
Các bugi platin hoặc iridium không cần điều chỉnh vì chúng không ăn mòn và chỉ cần thay thế
Nhiệt độ tự làm sạch: khi bugi đạt đến một nhiệt độ nhất định nó đốt cháy hết các muội than động trên khu vực đánh lửa, giữa cho khu vực này luôn sạch Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ tự làm sạch
Tác dụng tự làm sạch bugi xảy ra khi nhiệt độ điện cực vượt quá 450°C Nếu các điện cực chưa đạt đến nhiệt độ tự làm sạch này thì muội than sẽ tích lũy trên khu vực dánh lửa của bugi Hiện tượng này không làm cho bugi đánh lửa tốt như (hình 2.9)
Hình 2.9 Bugi trong buồng đốt sau một thời gian sử dụng [6]
Nhiệt độ tự bén lửa: nếu bản thân bugi tự trở thành nguồn nhiệt và tự đốt cháy hỗn hợp mà không cần đánh lửa thì hiên tượng này gọi là “ nhiệt độ tự bén lửa” như (hình2.10) nhiệt độ tự bén lửa xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt quá 950°C Nếu nó xuất hiện thì công suất động cơ sẽ bị giảm sút vì thời điểm đánh lửa không đúng, và
Hình 2.10 Nhiệt độ tự bén lửa [6]
Gốm oxit nhôm là vật liệu phổ biến làm nên vỏ các điện Bởi bộ phận này cần đảm bảo chắc chắn không rò rỉ điện cao áp, truyền nhiệt tốt, chịu được nhiệt độ cao, độ bền cơ học tốt Để ngăn ngừa hiện tượng phóng điện cao áp từ đầu tiếp xúc của bugi đến phần kim loại, người ta tạo ra một số nếp nhăn sóng ở thân vỏ cách điện Nếu hiện tượng này xả ra sẽ làm giảm hiệu quả đánh lửa trong buồng đốt
Là khoảng trống giữa 2 điện cực Dung tích càng nhỏ và nông khả năng tản nhiệt của bugi càng nhanh, ngược lại dung tích khoảng trống càng lớn và sâu thì khả năng tản nhiệt của bugi càng kém Kiểu bugi phát xạ ra nhiều nhiệt được gọi là bugi lạnh, bởi vì nó không bị nóng lên nhiều Kiểu bugi phát xạ ít nhiệt được gọi là bugi nóng, vì nó giữ lại nhiệt
Các hệ thống đánh lửa thường gặp trên động cơ đốt trong
2.5.1 Hệ thống đánh lửa magneto
Nó là một phần chính của loại hệ thống đánh lửa vì nó là một nguồn năng lượng Nam châm là một máy phát điện nhỏ được quay bởi động cơ và có khả năng tạo ra điện áp rất cao, và không cần pin làm nguồn điện bên ngoài
Từ tính có cả cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp và do đó không cần cuộn dây riêng biệt để tăng điện áp cần thiết để vận hành bugi
Có hai loại từ tính Loại đầu tiên được gọi là loại phần ứng quay, và loại còn lại được gọi là loại nam châm quay
Trong loại đầu tiên, các cánh tay đòn xoay giữa các nam châm đứng yên Mặt khác, loại phần ứng thứ hai là đứng yên và các nam châm chuyển động xung quanh phần ứng
Nguyên lý làm việc của Hệ thống đánh lửa Magneto:
Trong Hệ thống Đánh lửa Magneto, magneto được sử dụng Khi động cơ của hệ thống khởi động, nó giúp nam châm quay và do đó nó tạo ra năng lượng ở dạng điện áp cao, sau đó một đầu của nam châm được nối đất thông qua bộ ngắt tiếp điểm và tụ điện đánh lửa được nối song song với nó
2.5.2 Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng má vít
Cấu tạo và công dụng:
Bobin: : Công dụng: tiếp nhận điện áp từ ắc quy để tạo ra điện áp cao thế, tia lửa mạnh phóng qua 2 cực của bugi
Delco ( bộ chia điện): gồm bộ chia điện, bộ ngắt điện, bộ đánh lửa li tâm
- Bộ ngắt điện: dùng để ngắt dòng điện sơ cấp trong bobin để tạo ra điện cao áp trong cuộn thứ cấp
- Bộ chia điện: dùng để phân phối điện áp từ cuộn thứ cấp của bobin đến các bugi của mỗi xylanh theo đúng thứ tự công tác của động cơ
- Bộ đánh lửa sớm li tâm: dùng để thay đổi thời điểm đánh lửa theo số vòng quay của động cơ
- Bộ đánh lửa sớm chân không: dùng để thực hiện đánh lửa sớm hoặc trễ khi tải của động cơ thay đổi
Bugi: tạo tia lửa có nhiệt độ cao giữa cực âm và cực trung tâm để đốt cháy hỗn hợp không khí và nguyên liệu ở cuối quá trình nén
Tụ điện và vít lửa:
- Tụ điện: được lắp bên ngoài vỏ delco và mắc song song với tiếp điểm để giảm thiểu hồ quang tại tiếp điểm suất điện động tự cảm trong cuộn dây sơ cấp xảy ra khi mở tiếp điểm được nạp vào tụ điện cho phép ngắt dòng sơ cấp nhanh hơn và tăng cường dòng sơ cấp khi tiếp điểm đóng
- Vít lửa: dùng để đóng ngắt dòng sơ cấp khi vấu cam đội
Kiểu hệ thống đánh lửa này có cấu tạo cơ bản nhất Trong kiểu hệ thống đánh lửa này,dòng sơ cấp và thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng cơ Dòng sơ cấp của bộ bin được điều khiển cho chạy ngắt quãng qua tiếp điểm của vít lửa Bộ điều chỉnh đánh lửa sớm li tâm và chân không điều khiển thời điểm đánh lửa Bộ chia điện sẽ phân phối điện cao áp từ cựộn thứ cấp đến các bugi.
Hình 2.12 Hệ thống đánh lửa kiểu má vít [7]
Nguyên lý của hệ thống đánh lửa loại kiều vít như sau: Bộ chia điện gắn đồng trục với trục cam Bên trong bộ chia điện có một tiếp điểm cam.Một phía tiếp điểm sẽ nối mass sườn xe, phía còn lại đi ra ngoài và vào chân C của Bôbin đánh lửa.Nếu xe 4 máy thì trong một chu kỳ cam sẽ đội tiếp điểm của Delco 4 lần, cứ mỗi lần đến vị trí đánh lửa của máy nào thì cam sẽ đội làm tiếp điểm hở ra,sinh điện cao áp trong cuộn thứ cấp của Bobin và Bobin gửi điện cao áp này đến cho Delco rồi Delco chia cho bugi của máy đó
2.5.3 Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn
Nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa bán dẫn:
1 Bộ phát tín hiệu phát ra tín hiệu đánh lửa
2 Bộ đánh lửa (IC đánh lửa) nhận tín hiệu đánh lửa và lập tức cho chạy dòng sơ cấp
3 Cuôn đánh lửa, với dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột, sinh ra dòng cao áp
Bộ đánh lửa sớm chân không điều khiển đánh lửa sớm theo tải trọng của động cơ. Màng được liên kết với tấm ngắt thông qua thanh đẩy Buồng màng được nối thông với cửa trước của đường ống nạp Khi bướm ga hé mở, áp suất chân không từ cửa trước sẽ hút màng để làm quay tấm ngắt Kết quả là bộ phát tín hiệu dịch chuyển, và gây ra đánh lửa sớm
Hình 2.13 Hệ thống đánh lửa bán dẫn [7]
Trong kiểu hệ thống đánh lửa này transistor điều khiển dòng sơ cấp, để nó chạy một cách gián đoạn theo đúng các tín hiệu điện được phát ra từ bộ phát tín hiệu Góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng cơ như ơtrong kiểu hệ thống đỏnh lửa bằng vớt hoặc cú thể dùng các cảm biến vị trí như loại quang, Hall
2.5.4 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử)
ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu và gửi tín hiệu tới IC đánh lửa (ECU động cơ cũng có tác dụng điều khiển đánh lửa sớm).
IC đánh lửa nhận tín hiệu đánh lửa và lập tức cho chạy dòng sơ cấp Boobin với dòng bị ngắt đột ngột sinh ra dòng cao áp Bộ chia điện sẽ phân phối dòng điện cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bugi Bugi nhận dòng điện cao áp và tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí
Trong kiểu hệ thống đánh lửa này không sử dụng bộ đánh lửa sớm chân không và li tâm Thay vào đó, chức năng ESA của Bộ điều khiển điện tử (ECU) sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm như hình(2.14)
Hình 2.14 hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA [7]
2.5.5 Hệ thống đánh lửa trực tiếp DSI
Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp (ĐLTT), bộ chia điện không còn được sử dụng nữa Thay vào đó, hệ thống ĐLTT cung cấp một bô bin cùng với một IC đánh lửa
Các thành phần của hệ thống:
- Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE): phát hiện góc quay trục khuỷu (tốc độ động cơ)
- Cảm biến trục cam (G): nhận biết xy lanh, kỳ
- Cảm biến kích nổ (KNK): phát hiện tiếng gõ của động cơ
- Cảm biến vị trí bướm ga (VTA): phát hiện góc mở bướm ga
- Cảm biến lưu lượng khí nạp (VG/PIM): phát hiện lượng không khí nạp
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW): phát hiện nhiệt độ nước làm mát động cơ
- Bobin và IC đánh lửa: đóng và ngắt dòng điện trong cuộn sơ cấp vào thời điểm tối ưu và gửi các tín hiệu đến ECU động cơ
- ECU động cơ: phát ra tín hiệu IGT dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và gửi tín hiệu đến bobin có IC đánh lửa
- Bobin có IC đánh lửa như (hình 2.15): trước đây dòng điện cao áp được dẫn đến bugi bằng đường dây cao áp Nhưng ngày nay bobin có thể nối trực tiếp đến bugi của từng xy lanh thông qua việc bobin kết hợp cả IC đánh lửa Khoảng cách dẫn điện cao áp được rút ngăn nhờ bobin được nối trực tiếp với bugi, làm giảm tổn thất điện áp và nhiễu điện từ Nhờ thế độ tin cậy hệ thống được nâng cao
Hình 2.15 Hệ thống đánh lửa trực tiếp [7]
THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA DÙNG
Máy phát điện Honda EC2500CX
Hình 3.1 Máy phát điện Honda EC2500CX
Máy phát điện honda EC2500CX sử dụng động cơ 4 thì 1 xi lanh Hệ tống làm mát bằng gió giúp động cơ vận hành liên tục mượt mà
Máy trang bị đồng hồ báo hiệu điện thế đòng điện giúp khách hàng theo dõi hiệu điện thế dòng điện ra Actomat có sẵn trong máy giúp tự đống ngắt điện khi quá công suất hoặc các sự cố điện xảy ra khi chạy máy phát điện
Máy phát điện Honda EC 2500CX có công suất liên tục 2.2kW công suất tối đa là 2.5kw với công suất này cho phép chạy được hầu hết các thiết bị điện trong gia đình cùng với 1 điều hòa 9000BTU
Mức tiêu hao nhiêu liệu thấp nhờ trang bị động cơ tiêu chuẩn quốc tế
Tự động điều chỉnh điện áp (AVR) Đảm bảo điện áp luôn ổn định và an toàn cho các thiết bị điện của khách hàng Điều chỉnh điện áp máy phát điện: Với chức năng này bộ AVR nó có thể tiến hành theo dõi điện áp đầu ra của máy phát điện, đồng thời so sánh với một điện áp tham chiếu
Giới hạn tỉ số điện áp: Khi máy phát điện được khởi động bộ điều chỉnh điện áp tự động sẽ có khuynh hướng tăng dòng kích thích lên sao cho đủ điện áp đầu ra như tham chiếu theo giá tri đặt hoặc điện áp lưới Đồng thời bộ điều chỉnh điện áp tự động cũng phải luôn theo dõi tỷ số này để điều chỉnh dòng kích thích cho phù hợp, mặc dù điện áp máy phát chưa đạt đến điện áp tham chiếu Điều khiển công suất vô công (Công suất vô công - Công suất phản kháng hay gọi là công suất hư kháng, công suất ảo Q(kW) là năng lượng vô công, được sinh ra bởi các thành phần phản kháng trong trong hệ thống điện xoay chiều AC) của máy phát điện: Ngoài việc theo dõi và điều khiển điện áp, còn phải theo dõi và điều khiển dòng điện vô công có thể hiểu là điều khiển dòng kích thích khi công suất vô công và điện áp lưới có sự thay đổi, sao cho mối liên hệ giữa điện áp máy phát, điện áp lưới và công suất vô công phải là mối liên hệ hợp lý
Bù trừ điện áp suy giảm trên đường dây: Muốn giảm bớt tác hại của hệ thống do quá trình vận hành máy phát điện gây ra Do bộ điều áp phải dự đoán được khả năng sụt giảm của đường dây, và tạo ra điện áp bù trừ cho độ sụt giảm đó
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật máy phát điện Honda EC2500CX
Số pha máy phát điện 1 pha
Kiểu động cơ của máy phát 4 thì, 1 xy lanh
Loại đầu phát Từ trường quay, tự kích từ
Kiểu điều chỉnh điện áp Tụ điện, AVR
Công suất liên tục 2.2 kVA
Công suất tối đa 2.5 kvA
Tiêu hao nhiên liệu 1,2 L/giờ Điện áp 220-240V
Hệ thống khởi động Đề nổ - giật nổ
Hệ thống đánh lửa IC Độ ồn tiêu chuẩn máy phát điện 60 dB
Tần số máy phát điện 50/60 Hz
Nhiên liệu dùng cho máy Xăng
Loại bugi được sử dụng trên máy phát điện là bugi F7TC
Trên bánh đà được lắp nam châm để tạo ra tính hiệu đánh lửa
Hình 3.2 Hệ thống đánh lửa nguyên bản trên máy phát điện Honda EC2500CX
Hình 3.3 Bobin đánh lửa nguyên bản trên máy phát điện Honda EC2500CX
Hình 3.4 Bugi nguyên bản trên máy phát điện Honda EC2500CX
3.2.2 Sơ đồ hệ thống đánh lửa nguyên bản và nguyên lí hoạt động trên máy phát điện Honda EC2500CX
Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lí hệ thống đánh lửa nguyên bản trên máy phát điện Honda
3.3 Hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi trên máy phát điện Honda EC2500CX
3.3.1 Cấu tạo của hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi trên máy phát điện
Hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi cho máy phát điện Honda EC2500CX có cấu tạo gồm các bộ phận cơ bản sau: Bobin đôi, dây cao áp, cảm biến đánh lửa (cảm biếnPNP), bánh răng, mạch hạ áp 12V-5V, ắc quy, công tắc, bugi đa cực Ắc quy (hình 3.7): dùng để cấp nguồn cho hệ thống khởi động và hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi
Hình 3.7 Ắc quy Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của bình ắc quy Điện áp 12 V
Cường độ dòng điện 7 Ah
Cảm biến đánh lửa (cảm biến PNP): Cảm biến đánh lửa được dùng trên hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đôi có tác dụng cung cấp tín hiệu cho bobin Cảm biến sẽ được cấp nguồn 5V và khi răng trên bánh đà quét qua đầu cảm biến thì cảm biến sẽ truyền tín hiệu ra +5V
Hình 3.9 Sơ đồ mạch điện cảm biến đánh lửa (PNP) Bảng 3.3 Bảng thông số cảm biến đánh lửa Điện áp hoạt động 6-36 VDC
Khoảng cách phát hiện 0-4 mm
Phát hiện các dối tượng Kim loại/ sắt
Dây mày xanh dương GND
Dòng điện ngõ ra 300 mA
Mudun hạ áp DC-DC LM2596 3A: được dùng trong hệ thống đánh lửa là hạ điện áp từ 12V xuống còn 5V để cấp nguồn cho cảm biến hoạt động để từ cảm biến ta có thể nhận được tín hiệu đầu 5V
Hình 3.10 Modun hạ áp LM2596 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật modun LM2596 Điện áp vào 4.5-40 V Điện áp đầu ra 1.23 – 37 V
Tần số chuyển mạch 150 kHz
Nhiệt độ làm việc -40 đến 80°C Điều chỉnh điện áp Biến trở
Súng canh lửa: dùng để xác định thời điểm đánh lửa của máy phát điện
Nguyên lí hoạt động: cấp nguồn cho súng bằng cách kẹp nguồn vào bình sao đó gắn vào dây còn lại kẹp vào dây cao áp Và khi xuất hiện điện áp cao thì súng sẽ phát sáng từ đó ta sẽ xác định thời điểm đánh lửa của máy phát điện
Bobin đôi: là bộ phận dùng để tạo ra điện cao áp
Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật bobin đôi Chân 1: dây màu đen sọc trắng: dương 12 V
Chân 2: dây màu vàng: IGT 5 V
Bugi đa cực: là bộ phận nhận điện cao áp từ bobin để tạo ra tia lửa đốt cháy hỗn hợp hòa khí.
Bugi đa cực được cấu tạo: Điện cực dương: được làm từ đồng 1 lõi có đường kính 1.5mm Đồng có tính chất dẫn điện tốt giá cả thấp và chịu nhiệt độ cao
Hình 3.14 đồng lõi 1.5mm Điện cực âm: được gia công lại từ bugi F7TC ethylene, các nguyên tử nước trong polymer ethylene này đã được thay thế bằng các phân tử flo Đó là lý do tại sao nhóm nhựa này còn được gọi là fluoroplastic Ưu điểm:
- Khả năng chịu nhiệt cực tốt chống lại sự nóng chảy khi ma sát lớn
- Chống cháy dù là vật liệu nhựa
- Độ cứng kết cấu cục lớn để chế tạo các chi tiết máy công nghiệp
- Nhựa teflon có thể kháng được hầu hết các loại hóa chất
- Không bị bám dính với dung sai cực chuẩn
- Không bị mềm đi trong nước đun sôi, không biến đổi trạng thái trong khoảng từ -190°C đến 300°C
- Có hệ số ma sát rất thấp, khả năng chịu nhiệt cao (tới 326°C khi thử nghiệm)
- Không nóng chảy trong điều kiện dưới mức chịu nhiệt
- Quá trình phân huỷ chậm
- Cách điện hiệu quả và không chịu ảnh hưởng của điện từ trường - Chống chịu thời tiết tuyệt vời tốt hơn nhiều lần nhựa PVC kỹ thuật - Là dạng nhựa kỹ thuật có kết cấu tốt nhất trong các loại nhựa kỹ thuật
- Nhược điểm: giá thành cao…
Bảng 3.6 Bảng thông số kỹ thuật nhựa teflon
Tên tiếng anh PTFE Sheet / PTFE rod
Nhiệt độ làm việc -180 ~ 260°C Độ nóng chảy 330°C
Sản xuất Max Nhiệt độ 390°C
Chống cháy V-0 Độ bền điện môi >1400Kv/mm Điện trở suất > 10 18 Ω ã cm
Giới hạn chỉ số oxy > 95
Quá trình chế tạo bugi đa cực:
Dùng bugi F7TC tách phần ruột và vỏ
Sau đó lấy phần vỏ gia công tạo ren trong
Tiếp theo gia công nhựa teflon rồi tạo ren ngoài và vặn vào phần vỏ của bugi Trờn phần nhựa teflon cú khoan 2 lỗ ỉ1.5mm để lắp phần lừi đồng (cực dương bugi) vào
Hình 3.18 Bản vẽ Bugi đa cực
3.3.2 Sơ đồ hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi trên máy phát điện Honda EC2500CX
Hình 3.19 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi
Hình 3.21 Hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi lắp trên máy phát điện Honda
EC2500CX Nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đôi dùng cho máy phát điện Honda EC2500CX:
Khi khóa K đóng thì điện sẽ được cấp cho bobin và sau đó qua mạch hạ áp 12V-5V và cấp nguồn cho cảm biến đánh lửa Khi bánh đà quay thì bánh răng trên bánh đà sẽ quét qua cảm biến sau đó cảm biến sẽ truyền tín hiệu đến bobin và bobin sẽ tạo ra điện cao áp truyền đến bugi qua đường dây cao áp và ở bugi sẽ xuất hiện tia lửa điện
Khi khóa k mở thì dòng điện sẽ bị ngắt làm cho bobin và cảm biến không có nguồn nên hệ thống không hoạt động và ứng dụng cho khi tắt máy
Hình 3.22 Sơ đồ nguyên lí hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi
Hình 3.23 Sơ đồ bố trí thí nghiệm công suất động cơ
Sơ đồ bố trí thí nghiệm công suất động cơ Các thông số thiết bị: a, Hệ thống đèn
Bảng 3.7 Thông Số Kỹ Thuật của đèn halogen Đường kớnh búng ỉ10
Chiều dài bóng 500mm Điện áp 230V
Hình 3.24 Hệ thống đèn dùng để thí nghiệm b, Máy đo tốc độ vòng quay UNI-T UT373
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật máy đo tốc độ vòng quay UNI-T UT373
Phạm vi: Đo RPM 10,0 ~ 9999,9RPM Độ chính xác 0.1 ± (0,04% + 2)
Tốc độ làm tươi Khoảng 1 đến 7 giây
Loại cảm biến Photodiodes và ống laserPhotodiodes và ống laser
Hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi trên máy phát điện Honda EC2500CX
3.3.1 Cấu tạo của hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi trên máy phát điện
Hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi cho máy phát điện Honda EC2500CX có cấu tạo gồm các bộ phận cơ bản sau: Bobin đôi, dây cao áp, cảm biến đánh lửa (cảm biếnPNP), bánh răng, mạch hạ áp 12V-5V, ắc quy, công tắc, bugi đa cực Ắc quy (hình 3.7): dùng để cấp nguồn cho hệ thống khởi động và hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi
Hình 3.7 Ắc quy Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của bình ắc quy Điện áp 12 V
Cường độ dòng điện 7 Ah
Cảm biến đánh lửa (cảm biến PNP): Cảm biến đánh lửa được dùng trên hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đôi có tác dụng cung cấp tín hiệu cho bobin Cảm biến sẽ được cấp nguồn 5V và khi răng trên bánh đà quét qua đầu cảm biến thì cảm biến sẽ truyền tín hiệu ra +5V
Hình 3.9 Sơ đồ mạch điện cảm biến đánh lửa (PNP) Bảng 3.3 Bảng thông số cảm biến đánh lửa Điện áp hoạt động 6-36 VDC
Khoảng cách phát hiện 0-4 mm
Phát hiện các dối tượng Kim loại/ sắt
Dây mày xanh dương GND
Dòng điện ngõ ra 300 mA
Mudun hạ áp DC-DC LM2596 3A: được dùng trong hệ thống đánh lửa là hạ điện áp từ 12V xuống còn 5V để cấp nguồn cho cảm biến hoạt động để từ cảm biến ta có thể nhận được tín hiệu đầu 5V
Hình 3.10 Modun hạ áp LM2596 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật modun LM2596 Điện áp vào 4.5-40 V Điện áp đầu ra 1.23 – 37 V
Tần số chuyển mạch 150 kHz
Nhiệt độ làm việc -40 đến 80°C Điều chỉnh điện áp Biến trở
Súng canh lửa: dùng để xác định thời điểm đánh lửa của máy phát điện
Nguyên lí hoạt động: cấp nguồn cho súng bằng cách kẹp nguồn vào bình sao đó gắn vào dây còn lại kẹp vào dây cao áp Và khi xuất hiện điện áp cao thì súng sẽ phát sáng từ đó ta sẽ xác định thời điểm đánh lửa của máy phát điện
Bobin đôi: là bộ phận dùng để tạo ra điện cao áp
Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật bobin đôi Chân 1: dây màu đen sọc trắng: dương 12 V
Chân 2: dây màu vàng: IGT 5 V
Bugi đa cực: là bộ phận nhận điện cao áp từ bobin để tạo ra tia lửa đốt cháy hỗn hợp hòa khí.
Bugi đa cực được cấu tạo: Điện cực dương: được làm từ đồng 1 lõi có đường kính 1.5mm Đồng có tính chất dẫn điện tốt giá cả thấp và chịu nhiệt độ cao
Hình 3.14 đồng lõi 1.5mm Điện cực âm: được gia công lại từ bugi F7TC ethylene, các nguyên tử nước trong polymer ethylene này đã được thay thế bằng các phân tử flo Đó là lý do tại sao nhóm nhựa này còn được gọi là fluoroplastic Ưu điểm:
- Khả năng chịu nhiệt cực tốt chống lại sự nóng chảy khi ma sát lớn
- Chống cháy dù là vật liệu nhựa
- Độ cứng kết cấu cục lớn để chế tạo các chi tiết máy công nghiệp
- Nhựa teflon có thể kháng được hầu hết các loại hóa chất
- Không bị bám dính với dung sai cực chuẩn
- Không bị mềm đi trong nước đun sôi, không biến đổi trạng thái trong khoảng từ -190°C đến 300°C
- Có hệ số ma sát rất thấp, khả năng chịu nhiệt cao (tới 326°C khi thử nghiệm)
- Không nóng chảy trong điều kiện dưới mức chịu nhiệt
- Quá trình phân huỷ chậm
- Cách điện hiệu quả và không chịu ảnh hưởng của điện từ trường - Chống chịu thời tiết tuyệt vời tốt hơn nhiều lần nhựa PVC kỹ thuật - Là dạng nhựa kỹ thuật có kết cấu tốt nhất trong các loại nhựa kỹ thuật
- Nhược điểm: giá thành cao…
Bảng 3.6 Bảng thông số kỹ thuật nhựa teflon
Tên tiếng anh PTFE Sheet / PTFE rod
Nhiệt độ làm việc -180 ~ 260°C Độ nóng chảy 330°C
Sản xuất Max Nhiệt độ 390°C
Chống cháy V-0 Độ bền điện môi >1400Kv/mm Điện trở suất > 10 18 Ω ã cm
Giới hạn chỉ số oxy > 95
Quá trình chế tạo bugi đa cực:
Dùng bugi F7TC tách phần ruột và vỏ
Sau đó lấy phần vỏ gia công tạo ren trong
Tiếp theo gia công nhựa teflon rồi tạo ren ngoài và vặn vào phần vỏ của bugi Trờn phần nhựa teflon cú khoan 2 lỗ ỉ1.5mm để lắp phần lừi đồng (cực dương bugi) vào
Hình 3.18 Bản vẽ Bugi đa cực
3.3.2 Sơ đồ hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi trên máy phát điện Honda EC2500CX
Hình 3.19 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi
Hình 3.21 Hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi lắp trên máy phát điện Honda
EC2500CX Nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đôi dùng cho máy phát điện Honda EC2500CX:
Khi khóa K đóng thì điện sẽ được cấp cho bobin và sau đó qua mạch hạ áp 12V-5V và cấp nguồn cho cảm biến đánh lửa Khi bánh đà quay thì bánh răng trên bánh đà sẽ quét qua cảm biến sau đó cảm biến sẽ truyền tín hiệu đến bobin và bobin sẽ tạo ra điện cao áp truyền đến bugi qua đường dây cao áp và ở bugi sẽ xuất hiện tia lửa điện
Khi khóa k mở thì dòng điện sẽ bị ngắt làm cho bobin và cảm biến không có nguồn nên hệ thống không hoạt động và ứng dụng cho khi tắt máy
Hình 3.22 Sơ đồ nguyên lí hệ thống đánh lửa dùng bobin đôi
Hình 3.23 Sơ đồ bố trí thí nghiệm công suất động cơ
Sơ đồ bố trí thí nghiệm công suất động cơ Các thông số thiết bị: a, Hệ thống đèn
Bảng 3.7 Thông Số Kỹ Thuật của đèn halogen Đường kớnh búng ỉ10
Chiều dài bóng 500mm Điện áp 230V
Hình 3.24 Hệ thống đèn dùng để thí nghiệm b, Máy đo tốc độ vòng quay UNI-T UT373
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật máy đo tốc độ vòng quay UNI-T UT373
Phạm vi: Đo RPM 10,0 ~ 9999,9RPM Độ chính xác 0.1 ± (0,04% + 2)
Tốc độ làm tươi Khoảng 1 đến 7 giây
Loại cảm biến Photodiodes và ống laserPhotodiodes và ống laser
Khoảng cách mục tiêu 50mm ~ 200mm Đo góc Góc giữa laser và bề mặt được đo nhỏ hơn 30 ° Trưng bày Mã phân khúc gồm 5 chữ số; Hiển thị tối đa 99999 Nhiệt độ và độ ẩm làm việc 0 ° C đến 50 ° C (không quá 80% rh)
Nhiệt độ bảo quản và độ ẩm 20 ° C đến + 60 ° C (không quá 80% rh)
Hình 3.25 Máy đo tốc độ vòng quay UNI-T UT373
Nguyên lí làm việc của máy đo tốc độ động cơ:
Dán 1 miếng băng keo trắng vào bánh đà để làm điểm cố định Tiếp theo đặt máy đo tốc độ động cơ sao cho cách 1 khoảng trong phạm vi hoạt động của máy Và dặt máy cố định Máy đo tốc độ sẽ có 1 tia sáng laze phát ra, khi động cơ quay miếng băng dính trăng đó sẽ quét qua tia laze và từ đó máy đo tococs độ sẽ nhận được tín hiệu và máy sẽ có 2 chế độ: chế độ đo số vòng quay/phút và chế độ đếm số vòng quay Ta chỉnh về số vòng quay / phút sau đó máy sẽ tự xử lí và đưa ra số hiển thị trên màn hình của máy đo tốc độ c, Đồng hồ đo điện vạn năng
Bảng 3.9 Bảng thông số kỹ thuật Ampe kìm ACA 42.00 A / 420,0 A / 1000 A (± 1,5% RDG ± 5 )
AC V 4.200 V đến 600 V, 4 dãy (± 1,8% rdg dgt ± 7) Từ 50-60 Hz:
DC V 420,0 mV đến 600 V, 5 dãy (± 1,0% rdg dgt ± 3).Từ 45 Hz đến
500 Hz Đường kính kìm đo φ33 mm (1.30 "), Điện trở 420,0 Ω đến 42,00 MΩ, 6 dãy (± 2,0% rdg dgt ± 4) Đo thông mạch 50 Ω ±40 Ω
Chức năng khác Data hold chức năng tiết kiệm điện
Nguồn cung cấp CR2032 x 1 sử dụng liên tục 120 giờ
Kích thước 57W × 175H × 16D mm (2.24 "W x 6.89" H × 0,63 "D) khối lượng 100 g (3.5 oz.)
Hình 3.26 Đồng hồ đo điện vạn năng Đồng hồ đo điện vạn năng trong quá trình làm thí nghiệm nhóm chúng em dùng để đo cường độ dòng điện do máy phát ra Điện từ máy phát điện cấp ra sẽ là điện xoay chiều nên chúng em chuyển về chế dộ đo cường độ độ dòng điện xoay chiều và kẹp vào 1 dây của đầu ra từ máy phát điện sau
Hình 3.27 bộ vít thí nghiệm
Hình ảnh vít điều chỉnh tốc độ vòng quay
Sau khi có được các vít điều chỉnh tốc độ động cơ nhóm sẽ tiến hành khởi động và đo dòng theo các giá trị tải ngoài cùng với các mốc vòng quay động cơ đã định sẵn Lần lượt điều chình độ mở bướm gas bằng các kích thước vít đã chuẩn bị sẳn cùng với máy đo tốc độ động cơ để cho ra kết quả chính xác nhất Đồng thời phụ tải tiêu thụ là 2200W (tăng tải điện tiêu thụ từ 1000W lên dần dần đến 2200W thông qua các công tắc đã lắp đặt sẵn, cách làm như này nhằm điều tiết tốc độ vòng quay tránh hiện tượng vọn tốc) Lặp lại các thí nghiệm liên tục với các kết quả thí nghiệm Nhóm đã thực hiện từ 4-5 lần đo sau đó nhóm đã lấy kết quả trung bình và cho ra kết quả Tuy nhiên để có được % độ mở bướm ga thì ứng với mỗi lần thí nghiệm xong, với mỗi con vít đã cố định sẵn thì nhóm tiến hành đo đo độ mở bướm ga theo phương pháp thủ công (sử dụng thước đo góc để xác định)
Ta có hiệu điện thế đầu ra của máy phát điện không đổi (U= 220V) cùng với tải ngoài không đổi ( các bóng đèn) Dựa vào số vòng quay tính ra I (đo bằng đồng hồ vạn năng) ta có thể tính được công suất động cơ bằng công thức P=U.I (W)
Trong đó: P: Công suất của động cơ (W)
U: Hiệu điện thế của dòng điện (V)
Từ Công suất ( P ) đã được tính và số tốc độ vòng quay ( n ) đã được căn chỉnh
Ta có công thức tính Momen :
P: Công suất của động cơ (W) n: Tốc độ vòng quay của động cơ (vòng/phút) w: tốc độ góc (rad/s)
Thử nghiệm trên máy phát điện Honda EC2500CX
Từ biểu đồ cho ta thấy, ở cùng 1 độ mở bướm ga thì công suất của máy khi sử dụng bô bin đôi sẽ lớn hơn bô bin nguyên bản.Cụ thể :
- Khi mở bướm ga khoảng 40 % công suất tăng 3.9%
- Khi mở bướm ga khoảng 50 % công suất tăng 7.8%
- Khi mở bướm ga khoảng 70 % công suất tăng 3.2% - Khi mở bướm ga khoảng 80/% công suất tăng 3.9% Còn momen xoắn sẽ giảm:
- Khi mở bướm ga khoảng 40 % momen xoắn giảm 1.6%
- Khi mở bướm ga khoảng 50 % momen xoắn giảm 2.0%
- Khi mở bướm ga khoảng 70 % momen xoắn giảm 4.4%
- Khi mở bướm ga khoảng 80 % momen xoắn giảm 4.6% Vì công suất tăng, tốc độ vòng quay cũng tăng nhanh, mà M =P/ω nên momen giảm.
NHẬN XÉT KẾT LUẬN
Biểu đồ thể hiện sự giảm mômen của bobin đôi so với bobin nguyên bản cơ
Với việc có thể tạo ra cùng một lúc hai tia lửa có khối lượng nhân ban đầu lớn hơn bởi bugi lõi kép có thể giúp nhân ngọn lửa phôi thai tồn tại và lan truyền dễ dàng, cho thấy xác suất bắt lửa của bugi lõi kép cao hơn so với truyền thống, không những thế cầu lửa cũng có thể cho khả năng lan truyền ổn định hơn Đây là hai yếu tố quyết định đến việc cải thiện hiệu suất nhiệt cho động cơ đốt trong áp dụng kỹ thuật cháy nghèo nhiên liệu
Trong quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài nhóm chúng em cũng đã hoàn thành được mục tiêu đề ra Và chúng em muốn cũng mong muốn có thể nghiên cứu phát triển thêm và cải thiện một sốt vấn đề còn gặp phải trong quá trình thử nghiệm:
- Có thể đo được nồng độ khí thải và so sánh việc giữa hệ thống đánh lửa nguyên bản và hệ thống đánh lửa cải tiến
- Đo lượng lượng tiêu thụ nhiên liệu xem hệ thống đánh lửa cải tiến có tiết kiệm nhiên liệu hay không
- Cải tiến bugi có thể tản được nhiệt độ và hiệu suất làm việc của bugi cải tiến sẽ cao hơn
[1] "Hiệu ứng nhà kính là gì? Nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính," xulychatthai
[2] B Đ - T Mạc, "Người Hà Nội trong khói xe," 2019
[3] B Y Z D D % A T E Lin, "Ignition enhancement of lean propane/air mixture by multi-channel," vol 148, pp 1171-1182, 2019
[4] N K B N T H Lâm Bá Nha, "Nghiên cứu chuyển đổi hệ thống đánh lửa bán dẫn sang hệ thống đánh lửa trực tiếp trên ô tô," Khoa học công nghệ, 2011 [5]
"Tìm hiểu về bô bin đánh lửa," 2018
[6] "CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG BUGI ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG," Trường TC Kỹ Thuật công nghệ Lê Quý Đôn
[7] haui, "Hoạt động của các hệ thống đánh lửa," oto-hui, 2010
[8]"Nhựa Teflon là gì? Bảng báo giá tấm nhựa PTFE Teflon 2022," 2022 [9] D Hằng,
"Hệ thống đánh lửa trên ô tô hoạt động như thế nào," oto-hui, 2020.