Đồ án điện hệ thống đánh lửa

Chúng em được giao đồ án môn học “Trang bị điện và điện tử động lực” nhằm củng cố kiến thức đã học và hiểu hơn các hệ thống đánh lửa thường sử dụng trong các động cơ hiện nay.. Hệ thống

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 4

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 4

1.1 CÔNG DỤNG VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 4

1.1.1 Công dụng của hệ thống đánh lửa 4

1.1.2 Yêu cầu của hệ thống đánh lửa 4

1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 5

1.2.1 Hệ thống đánh lửa dùng má vít 5

1.2.2 Hệ thống đánh lửa Manhêtô 6

1.2.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 6

1.2.4 Hệ thống đánh lửa điện dung 7

1.2.5 Hệ thống đánh lửa điện tử 8

1.3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 11

1.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m 11

1.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa Udl 11

1.3.3 Hệ số dự trữ Kdt 11

1.3.4 Năng lượng dự trữ Wdt 12

1.3.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S 12

1.3.6 Tần số và chu kỳ đánh lửa 12

1.3.7 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 13

CHƯƠNG 2 14

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 14

2.1 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 14

2.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GÓC ĐÁNH LỬA SỚM 14

2.2.1 Thời kì cháy trễ 14

2.2.2 Chọn góc đánh lửa sớm 16

2.3 TÍNH TOÁN VÀ VẼ ĐẶC TÍNH DÒNG ĐIỆN QUA CUỘN SƠ CẤP 17

2.3.1 Tính dòng điện qua cuộn sơ cấp 17

2.3.2 Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa 18

2.4 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DÒNG THỨ CẤP 20

2.4.1 Tín hiệu điện thế của cuộn thứ cấp 20

2.4.2 Tính thế hiệu đánh lửa Udl 21

2.4.3 Tính năng lượng tia lửa 21

2.5 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BOBBIN ĐÁNH LỬA 23

2.5.1 Tính toán phần dây thứ cấp 23

2.5.2 Tính toán phần dây quấn sơ cấp 26

CHƯƠNG 3 31

PHÂN TÍCH ĐĂC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 31

3.1 BIẾN ÁP ĐÁNH LỬA 32

3.2 IC ĐÁNH LỬA 34

3.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM ECU 34

3.4 BUGI ĐÁNH LỬA 37

3.5 CÁC CẢM BIẾN 39

3.5.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu CPS (Crankshaft Position sensor) 40

3.5.2 Cảm biến vị trí trục cam CPS (Camshaft Position sensor) 41

3.5.3 Cảm biến kích nổ KNK (Knock sensor) 41

3.5.4 Cảm biến vị trí bướm ga TPS (Throttle Position Sensor) 42

3.5.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát CTS (Coolant temperature sensor) 43

3.5.6 Cảm biến lưu lượng không khí MAF (Mass Air Flow sensor) 44

KẾT LUẬN 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

LỜI NÓI ĐẦU

Trong động cơ xăng nhiên liệu được đốt cháy cưỡng bức nên hệ thống đánh lửa là

bộ phận không thể thiếu để duy trì hoạt động cũng như tính ổn định trong quá trình làm việc

Sau khi học xong môn “Trang bị điện và điện tử động cơ đốt trong” Chúng em được giao đồ án môn học “Trang bị điện và điện tử động lực” nhằm củng cố kiến thức đã học và hiểu hơn các hệ thống đánh lửa thường sử dụng trong các động cơ hiện nay

Trong quá trình làm đồ án, em phải tìm tòi, học hỏi, đọc kĩ các tài liệu liên quan để hiểu rõ hơn hệ thống đánh lửa, biết được cách tính toán, thiết kế hệ thống đánh lửa, tích lũy được các kiến thức cần thiết để có thể hoàn thành đồ án này một cách nhanh chóng và chính xác Bên cạnh sự tìm tòi, học hỏi của bản thân, em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy TS Nguyễn Việt Hải để em hoàn thành đồ án “Trang bị điện và điện tử động lực” này

Trong quá trình làm đồ án, do thời gian hạn hẹp và kiến thức còn nhiều hạn chế nên em không thể tránh khỏi những sai sót Vậy em rất mong nhận được thêm sự góp ý của các thầy để em có thể rút ra kinh nghiệm cho những đồ án tiếp theo

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 5 tháng 11 năm 2017 Sinh viên thực hiện

Vương Ngọc Sang

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 1.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống đánh lửa

1.1.1 Công dụng của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa trên động cơ đốt trong là một hệ thống đóng vai trò hết sức quan trọng, nó quyết định tình trạng làm việc của động cơ, đến tính kinh tế và hiệu suất làm việc của đông cơ

Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ chính đó là:

Biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp (từ 6, 12 hay 24V) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp (trong hệ thống đánh lửa Manhêtô và vô lăng Manhêtic) thành các xung điện cao thế (12000 ÷ 24000V) đủ để tạo nên tia lửa phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc trong các xi lanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp và tương ứng với trình tự xi lanh và chế độ làm việc của động cơ

Trong một số trường hợp, hệ thống đánh lửa loại tạo ra nhiều tia lửa điện liên tục có chức năng để hỗ trợ khởi động, tạo điều kiện khởi động đông cơ được dễ dàng ở nhiệt độ thấp (hay còn gọi là khởi động lạnh)

1.1.2 Yêu cầu của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng các yêu cầu chính sau:

- Phải đảm bảo tạo ra điện áp đủ lớn để tạo ra tia lửa điện phóng qua khe hở giữa các điện cực của bugi Điện áp đánh lửa phải đạt khoảng (12000 ÷ 24000 [V])[1]

- Tia lửa điện phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy được hỗn hợp làm việc trong mọi điều kiện làm việc của động cơ Khi động cơ làm việc bình thường, để châm lửa hỗn hợp cháy tia lửa điện cần có một năng lượng khoảng 0,003[J] là đủ [1]

- Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế độ làm việc của động cơ Giá trị góc đánh lửa sớm tối ưu dao động trong khoảng 20° ÷ 50° (theo góc quay trục khuỷu) ở số vòng quay và tải trọng định mức [1] Với các động cơ hiện đại, hệ thống đánh lửa phải có khả năng tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm để đạt được góc đánh lửa sớm hợp lý nhất, theo chương trình đã được nạp sẵn trong bộ nhớ của

- Độ tin cậy của hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc của động

cơ

- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ

1.2 Phân loại hệ thống đánh lửa

- Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc, hệ thống đánh lửa được chia thành các loại sau:

+ Hệ thống đánh lửa thường hay hệ thống đánh lửa kiểu cơ khí: đây là loại hệ thống đánh lửa thông dụng, được dùng trên hầu hết các ô tô thời gian trước đây, vì thế nó còn được gọi là hệ thống đánh lửa cổ điển

+ Hệ thống đánh lửa bằng Manhêtô hoặc Vôlăng manhêtíc: đây là loại hệ thống đánh lửa cao áp độc lập, không cần đến ắc quy và máy phát Do đó, hệ thống đánh lửa này có

độ tin cậy cao và được dùng trên các xe cao tốc và một số máy công trình trên vùng núi + Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm: là hệ thống đánh lửa bán dẫn kết hợp cơ khí, hệ thống đánh lửa loại này vẫn còn dùng trên một số xe hiện nay

+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm: là hệ thống đánh lửa bán dẫn với thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng tín hiệu nhận từ các cảm biến có liên hệ cơ khí với trục khuỷu

- Theo loại cảm biến đánh lửa, hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm được chia thành các loại sau:

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ Theo loại cảm biến điện từ sử dụng

hệ thống đánh lửa này được chia thành hai loại là: loại nam châm đứng yên và loại nam châm quay

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall

- Theo dạng năng lượng được tích lũy trước khi đánh lửa, hệ thống đánh lửa được chia ra hai loại sau:

+ Hệ thống đánh lửa điện cảm: bao gồm các hệ thống đánh lửa thường, đánh lửa bán dẫn dùng transistor và hệ thống đánh lửa Manhêtô Ở loại này, năng lượng đánh lửa được tích lũy trong từ trường của biến áp đặc biệt gọi là biến áp đánh lửa

+ Hệ thống đánh lửa điện dung: loại này là loại hệ thống đánh lửa mới về nguyên lý

và có rất nhiều ưu điểm, nên hiện nay được sử dụng nhiều trên các ôtô

1.2.1 Hệ thống đánh lửa dùng má vít

Do còn tồn tại nhiều nhược điểm trong quá trình làm việc nên hầu như hệ thống đánh lửa dùng má vít đã không còn sử dụng trên các loại xe ô tô hiện nay

1.2.2 Hệ thống đánh lửa Manhêtô

Thường được sử dụng trên máy kéo và phương tiện giao thông không trang bị ắc quy, ngoài ra nó còn được sử dụng trên các ô tô công dụng đặc biệt khi yêu cầu hệ thống đánh lửa phải có độ tin cậy cao và làm việc độc lập không phụ thuộc vào ắc quy, sử dụng phổ biến trong ngành hàng không, trên các máy bay động cơ pít tông cũng như trên mô tô

xe máy

1.2.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn

Hệ thống đánh lửa bán dẫn lại được phân thành hai loại nữa đó là:

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm;

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm

1.2.3.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

Có thể sử dụng thay thế cho các xe đời trước nay sử dụng hệ thống đánh lửa má vít

Sử dụng cho các động cơ thấp tốc bởi vì tốc độ cao sẽ làm cho transistor đóng cắt không tích cực làm giảm U2 và chóng mòn tiếp điểm Hiện nay ít còn dung trên các dòng xe hiện đại

1.2.3.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

a Sơ đồ nguyên lý

1 Ắc quy; 2 Bộ phát lệnh; 3 Biến áp đánh lửa;

4 Công tắc khởi động; 5 Biến áp xung

b Đặc điểm của sơ đồ

+ Không cần tiếp điểm nên không còn hiện tượng cháy rỗ tiếp điểm, tuổi thọ của hệ thống đánh lửa theo đó cũng tăng lên

+ Loại bỏ các má vít cơ khí nên việc điều chỉnh góc đánh lửa thực hiện một cách dễ dàng

+ Dễ lắp đặt, làm việc ổn định không ồn như loại tiếp điểm má vít

+ Ứng dụng trên các xe đời mới như xe du lịch, có yêu cẩu về việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm phù hợp dễ dàng

1.2.4 Hệ thống đánh lửa điện dung

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện dung điều khiển vít có mạch chống rung

1 Ắc quy; 2 Khóa điện; 3.Tụ tích; 4 Bôbin; 5 Dây cao áp tới bộ chia điện

b Đặc điểm của sơ đồ

+ Năng lượng điện trường tích lũy trong tụ điện nên có năng lượng lớn

+ Thường được sử dụng trên các xe thể thao, xe đua, động cơ có piston tam giác và trên xe gắn máy

1.2.5 Hệ thống đánh lửa điện tử

Hệ thống đánh lửa điện tử lại được chia ra làm hai loại nữa đó là:

- Hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp

- Hệ thống đánh lửa điện tử gián tiếp

1.2.5.1 Hệ thống đánh lửa điện tử gián tiếp

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp

1 Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2 Cảm biến vị trí trục cam; 3 Cảm biến vị trí bướm ga;

4.Các cảm biến khác; 5 ECU; 6 Ắc quy; 7 Công tắc máy; 8 Bôbin;

9 IC đánh lửa; 10 Bộ chia điện; 11 Bugi đánh lửa

b Đặc điểm của sơ đồ

+ Thời điểm đánh lửa chính xác, loại bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng như bộ ly tâm + Dễ dàng điều chỉnh tự động thời điểm đánh lửa nhờ chương trình của ECU

+ Kiểm soát tốt quá trình hoạt động nhờ có tín hiệu phản hồi IGF

+ Sử dụng trên các xe du lịch, xe khách nhỏ đời mới có công suất vừa (số xi lanh ít) tốc độ trung bình

G2

VTA3

4

1.2.5.2 Hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp

1.2.5.2.1 Hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp sử dụng bôbin đôi

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi

1 Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2 Cảm biến vị trí trục cam; 3 Cảm biến vị trí bướm ga; 4

Các cảm biến khác; 5 ECU; 6 Bôbin; 7 IC đánh lửa; 8 Bugi đánh lửa

b Đặc điểm của sơ đồ

+ Dây cao áp ngắn nên giảm mất mát năng lượng, giảm điện dung ký sinh, giảm nhiễu vô tuyến

+ Không còn bộ phân phối điện cao áp nên không còn khe hở trên đường dẫn cao áp + Bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt như bộ phân phối, chổi than, nắp chia điện

+ Sử dụng bobin đôi cho 4 xilanh nên giảm được số lượng bobin, giảm chân điều khiển cho ECU, giảm số lượng transistor nên giảm được giá thành

+ Được sử dụng rộng rãi trên ô tô hiện đại vì có nhiều ưu điểm, sử dụng cho các động cơ lắp trên xe du lịch đời mới giúp tăng hiệu quả làm việc của động cơ do dễ dàng

IGT2

8 6

1.2.5.2.2 Hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp sử dụng bobin đơn

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn

1 Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2 Cảm biến vị trí trục cam; 3 Cảm biến vị trí bướm ga; 4

Các cảm biến khác; 5 ECU; 6 Bôbin; 7 IC đánh lửa; 8 Bugi đánh lửa

b Đặc điểm của sơ đồ

+ Không có dây cao áp nên ít tổn thất năng lượng đánh lửa

+ Không còn bộ chia điện nên ít bị hư hỏng

+ Mỗi bobin được điều khiển riêng biệt bởi một chân của ECU nên có khả năng hoạt động độc lập

+ Thời điểm đánh lửa chính xác và tối ưu theo mọi chế độ làm việc nên tăng hiệu suất của động cơ

+ Áp dụng trên xe đời mới hiện nay như xe du lịch có yêu cầu công suất và hiệu suất làm việc lớn, vì có nhiều ưu điểm nên nó dần thay thế loại hệ thống đánh lửa thường và bán dẫn

1.3 Các thông số cơ bản của hệ thống đánh lửa

1.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U 2m

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi Hiệu điện thế cực đại U2m phải lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt lúc khởi động

1.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa U dl

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra được gọi là hiệu điện thế đánh lửa (Udl) Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen

T: Nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điện đánh lửa;

K: Hằng số phụ vào thành phần của hỗn hợp hoà khí

1.3.3 Hệ số dự trữ Kdt

Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu điện thế đánh lửa

Udl:

2 d d

m l l

U K U

Đối với hệ thống đánh lửa thường, do U2m thấp nên Kdt thường nhỏ hơn 1,5 Trên những động cơ xăng hiện đại với với hệ thống đánh lửa điện tử hệ số dự trữ có khả năng tăng cao (Kdt = 1,5 ÷ 1,8) đáp ứng được việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở bugi

2

ng l

L I

   [mJ] (1.3.3) Trong đó:

Wdl: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp, [mJ];

L1: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobbin, [mH];

Ing: Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm công suất ngắt, [A]

1.3.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S

2 2 300 600

du U S

S: Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp, [V/ms];

ΔU2: Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp, [V];

Δt: Thời gian biến thiên của hiệu thế thứ cấp, [s]

Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế cấp S càng lớn thì tia lửa điện xuất hiện tại điện cực bugi càng mạnh nhờ đó dòng không bị rò qua có muội than trên cực bugi, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm

1.3.6 Tần số và chu kỳ đánh lửa

Đối với động cơ 4 thì, số tia lửa xảy ra trong một giây được xác định bởi công thức:

Z120

T t t f

  

td : thời gian công suất dẫn;

tm : thời gian công suất ngắt

Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với quay trục khuỷu động cơ và số vòng quay xylanh Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh lửa f tăng và do đó chu kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến 2 thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh

1.3.7 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện

Thông thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là thành phần điện dung và thành phần điện cảm Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:

WP = WC + WL (1.3.6) (

2 2 C

L

L i

W  ) Trong đó:

WP: Năng lượng của tia lửa;

WC: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung;

WL: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm;

C2: Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi, [F];

Uđl : Hiệu điện thế đánh lửa;

L2: Độ tự cảm của mạch thứ cấp, [H];

i2: Cường độ dòng điện mạch thú cấp, [A]

Tuỳ thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà tăng năng lượng tia lửa có đủ hai thành phần hoặc chỉ có một thành phần điện cảm hoặc điện dung

Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bugi tuỳ thuộc vào loại hệ thống đánh lửa Tuy nhiên hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng tia lửa đủ lớn và thời gian phóng điện đủ dài để đốt cháy được hoà khí ở mọi chế độ hoạt động của động cơ

Chương 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ

2.1 Chọn phương án thiết kế

Vớ i sự phát triễn vuợt bâ ̣c của kỹ thuâ ̣t điê ̣n tử và điều khiển tự đô ̣ng các thiết bi ̣ điê ̣n điê ̣n tử, trên các oto hiê ̣n đa ̣i hiê ̣n nay hầu như không tồn ta ̣i dưới các bô ̣ phâ ̣n, các cu ̣m tương đối đô ̣c lâ ̣p về chức năng như trước mà kết hợp la ̣i thanh các vi ma ̣ch tích hợp, được xử lý và điều khiển thống nhất bởi mô ̣t bô ̣ xử lý trung tâm (ECU – Electronic Control Unit)

Hệ thống đánh lửa chương trình có những ưu điểm sau:

- Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tối ưu ở mọi chế độ làm việc của động cơ

- Góc ngậm điện luôn được điều chỉnh theo tốc độ động cơ và hiệu điện thế ắc quy, đảm bảo hiệu điện thế thứ cấp và năng lượng đánh lửa thích hợp ở mọi thời điểm làm việc của động cơ

- Động cơ khởi động dễ dàng, chạy không tải êm, tiết kiệm được nhiên liệu và giảm độc hại cho khí thải

- Làm tăng công suất và hiệu suất của động cơ

- Có khả năng điều chỉnh góc đánh lửa sớm để chống kích nổ cho động cơ

- Ít hư hỏng, tuổi thọ cao và ít cần bảo dưỡng

- Chuẩn đoán hư hỏng nhanh chóng và chính xác

- Loại bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng như: bộ ly tâm, bộ chân không

Nhờ những ưu điểm nỗi bâ ̣t như trên nên ta cho ̣n thiết kế hê ̣ thống đánh lửa theo chương trình sử du ̣ng bô bin đơn, mỗi bô bin dùng cho mô ̣t bugi từ loa ̣i hê ̣ thống đánh

lử a theo chương trình

2.2 Phân tích lựa chọn góc đánh lửa sớm

Hình 2.1: Quá trình cháy của động cơ xăng

P: Áp suất trong xylanh;

: Góc quay trục khuỷu;

i: Góc cháy trễ;

s: Góc đánh lửa sớm;

C’: Thời điểm đánh lửa;

C1: Thời điểm nhiên liệu bốc cháy

Quá trình chuẩn bị hỗn hợp cháy (còn gọi là hoà khí) trong động cơ xăng diễn ra trong suốt quá trình nạp và quá trình nén Vì vậy trên thực tế, hỗn hợp này là đồng nhất

về mặt trạng thái tại thời điểm bốc cháy, hoà khí được đốt cháy bằng tia lửa điện xuất hiện trước khi piston tới ĐCT, góc quay trục khuỷu tính từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện đến ĐCT được gọi là góc đánh lửa sớm s Động cơ xăng hiện đại có góc đánh lửa sớm xê dịch trong khoảng s = (30 35)0 tính theo góc quay trục khuỷu

Giai đoạn cháy trễ trong động cơ xăng bao hàm thời kỳ hình thành những trung tâm cháy đầu tiên và bốc cháy một phần nhiên liệu tập trung gần bugi Thông số đặc trưng cho giai đoạn này là thời gian cháy trễ tính bằng giây ti(s) hoặc tính bằng góc quay trục khuỷu (I = 6.n.ti, góc quay trục khuỷu), trong đó n- tốc độ quay của trục khuỷu động cơ (vg/ph), góc cháy trễ vào khoảng (4-6)0 góc quay trục khuỷu

2.2.2 Chọn góc đánh lửa sớm

Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm môi trường của khí thải động cơ góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

θ=f(pbđ,tbđ,p,twt,tmt,n,N0) Trong đó:

pbđ: Áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa, [N/m2];

tbđ: Nhiệt độ buồng đốt, [K];

p: Áp suất trên đường nạp, [N/m2];

twt: Nhiệt độ nước làm mát động cơ, [K];

tmt: Nhiệt độ môi trường, [K];

n: Số vòng quay của động cơ, [vòng/phút];

N0: Chỉ số ốc tan của nhiên liệu

Quá trình cháy của LPG diễn ra thuận lợi hơn nhiều so với xăng do hỗn hợp được hòa trộn tốt Do LPG có các đặc tính kỹ thuật như có tính chống kích nổ cao, không có chì (khi so với xăng pha chì) nên sản phẩm cháy không có muội than, không có hiện tượng đóng màng nên động cơ làm việc với LPG ít gây kích nổ hơn, ít gây mài mòn xy lanh, piston, segment, và các chi tiết kim loại khác trong động cơ

Qua các nghiên cứu thực nghiệm quá trình cháy của động cơ sử dụng LPG, từ các kết quả thực nghiệm các nhà nghiên cứu đã rút ra được những kết luận sau:

Tốc độ cháy của hỗn hợp LPG – không khí lớn hơn tốc độ cháy của hỗn hợp xăng – không khí và phụ thuộc vào tốc độ động cơ Do đó cần điều chỉnh lại góc đánh lửa sớm khi chuyển động cơ xăng sang LPG

Góc đánh lửa sớm của xăng (φs < 200) khi chuyển sang dùng cho động cơ LPG ta điều chỉnh góc phun sớm hơn so với xăng Góc đánh lửa thay đổi tùy vào tốc độ động cơ được ECU điều khiển Ta chọn góc đánh lửa sớm φs=11o

2.3 Tính toán và vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp

2.3.1 Tính dòng điện qua cuộn sơ cấp

Giá trị cực đại mà dòng sơ cấp có thể đạt được tại thời điểm mà transistor công suất dẫn với thời gian t = tđ lúc động cơ hoạt động với số vòng quay định mức ne Vậy ta có:

i1max=I1ng=URng

Σ (1-e- RΣL1.tđ) (2.1) Trong đó:

Ung: Là hiệu điện thế nguồn ắc quy, theo yêu cầu thì Ung=12V;

RΣ: Là tổng trở thuần của mạch sơ cấp, [Ω];

L1: Điện cảm của cuộn dây sơ cấp L1 thường có giá trị L1= (0,5÷5)mH Dựa vào quá trình tang trưởng dòng sơ cấp i1 khi L1 càng nhỏ thì khi xe chạy ở tốc độ cao lửa sẽ

đủ mạnh và ngược lại L1 càng lớn thì lửa sẽ yếu khi xe chạy ở tốc độ cao Vậy hiện nay trên các xe đời mới đã khắc phục được nhờ sử dụng bô bin có L1 nhỏ Ta chọn

ne- Là số vòng quay định mức của động cơ Theo yêu cầu ne=5700vòng/phút; Z- Là số xi lanh của động cơ Theo yêu cầu Z = 6 xilanh

Qua đó ta tìm được thời gian transistor công suất dẫn tđ bằng:

tđ=0,63 120

5700.6=0,0022 [s]

Khi bỏ qua điện trở trong của ắc quy và điện trở phụ thì RΣ thường vào khoảng

RΣ= (0,5÷1)Ω Ta chọn RΣ = 1Ω Vì nếu chọn điện trở RΣ càng nhỏ thì yêu cầu cuộn sơ cấp của biến áp phải có tiết diện lớn làm tăng giá thành

Thay tất cả giá trị vào công thức (2.1) ta nhận được:

3

1.0,0022 - 1,5.10 1ng

Σ

U

i = (1-e )R

Ta thay các giá trị đã cho: Ung=12[v]; R∑ =1 [Ω]; L1 =1,5.10-3 [ H ] vào biểu thức (2.2) ta được phương trình giá trị dòng điện theo (t) sau:

3

1,5.10 1(t)

12

i = (1- ) 1

Σ Ban đầu t = 0s ta chọn bước tăng ti = 0,001s và cho giá trị chạy đến tn = 0,022s tiến hành thay giá trị t này vào công thức (2.3) ta có các giá trị i1 tương ứng trong bảng sau: Chọn tỷ lệ xích: μt =0,001

10 = 0,0001 [ s

mm]; μi =5,84

20 = 0,291 [ A

mm] Bảng 2.1 Giá trị dòng sơ cấp i1 khi thay đổi thời gian t

Giá trị

thực

Giá trị biểu diễn

Giá trị thực

Giá trị biểu diễn

- Khi transistor công suất dẫn thì có dòng điện sơ cấp tăng từ 0 đến một giá trị

giới hạn xác định bởi điện trở của mạch sơ cấp

- Dòng điện i1 không tăng tức thời mà tăng theo quy luật đường tiệm cận và có

giá trị tới hạn tiệm cận là Ung

RΣ =12 [A] bởi chịu sự ảnh hưởng của độ tự cảm L1 của cuộn dây sơ cấp

- Tốc độ tăng dòng sơ cấp rất nhanh ở giai đoạn đầu và sau đó giảm dần tới giá

trị Ung

RΣ =12A do thời gian t1 tăng nên theo quy luật hàm mũ dẫn đến làm tăng chậm i1 ở

giai đoạn sau

- Giá trị i1 đạt cực đại phụ thuộc chính vào điện trở mạch sơ cấp và thời gian mà

transistor công suất dẫn tđ

Kết luận:

- Giá trị dòng sơ cấp i1max phụ thuộc vào các thông số RΣ và t

- Giá trị I1ng phụ thuộc vào các thông số của mạch sơ cấp RΣ và L1

- I1ng giảm đi khi tăng số vòng quay và số xi lanh của động cơ vì làm giảm chu

kỳ làm việc dẫn đến giảm thời gian transistor ở trạng thái dẫn (giảm tđ)

2.4 Tính toán các thông số cơ bản của dòng thứ cấp

2.4.1 Tín hiệu điện thế của cuộn thứ cấp

Theo công thức (3.5) [1] ta suy ra biểu thức sau:

1

2 1ng

1 2 2 ba

L η

U =I

C+CK

Trong đó:

η: Là hệ số tính đến sự mất mát năng lượng, η=0,75÷0,85 Ta chọn η=0,75;

Hệ số biến áp Kba=(55-95) Khi thay đổi hệ số biến áp Kba trong những điều kiện

xác định có thể tăng được U2 [1] Giá trị tối ưu đối với cái HTĐL hiện nay của Kba là

Kba= (55-95) Ta chọn Kba=55 vì chọn khác giá trị này đều làm giảm U2;

Điện dung C1 (0,17÷0,3) μF Khi C1 giảm thì U2 tăng [1] Sự giảm C1 hợp lý chỉ

hơn giá trị này thì U2max lại giảm Điều này giải thích được là do C1 quá nhỏ nên không dập tắt được tia lửa ở tiếp điểm, làm mất mát năng lượng và giảm I1ng. Ta chọn C1 = 0,3 μF;

Độ tự cảm của cuộn dây sơ cấp L1 =1,5.10-3 [H]

Thay số ta được:

U2=9,231.√ 1,5.10

-3.0,750,3.10-6

Thay vào công thức (2.6) được:

Uđl=21938,61

2 =10969,3 [V]

Vậy: Uđl = 10969,3 [V]

2.4.3 Tính năng lượng tia lửa

Thông thường tia lửa bao gồm hai thành phần là thành phần điện dung và điện cảm năng lượng tia lửa được tính bằng công thức:

p C L

Trong đó:

WC: Năng lượng tia lửa điện dung, [J];

WL: Năng lượng tia lửa điện cảm, [J]

2.4.3.1 Tính năng lượng tia lửa điện dung

Vì tia lửa xuất hiện trước khi U2 đạt giá trị cực đại nên phần tia lửa điện dung chỉ tiêu tốn một phần năng lượng của từ trường tích lũy trong biến áp đánh lửa là:

2 đl C

2.4.3.2 Tính năng lượng tia lửa điện cảm

Phần năng lượng còn lại được tiếp tục phóng qua khe hở của bugi dưới dạng tia lửa điện cảm để đảm bảo tia lửa có đủ năng lượng để đốt cháy hoàn toàn hòa khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo được một năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của bobin ở một giá trị xác định:

2 1ng

Vậy thay vào (2.9) ta được:

2.5.1.1 Tính số vòng dây cuộn thứ cấp của bobin đánh lửa

Cuộn dây thứ cấp thường có rất nhiều vòng dây để đảm bảo suất điện động cảm ứng sinh ra lớn thông thường thì cuộn thứ cấp có số vòng dây trong khoảng 19000 ÷ 26000 vòng [1] Để tính toán có hệ số biến áp phù hợp như đã chọn là Kba = 55 thì W2 được tính thông qua Kba Ta có:

2 ba 1

Từ công thức (2.10) suy ra W2 = Kba.W1

Thay số ta được: W2 = 55.350=19250 [vòng]

Vậy W2 = 19250 [vòng]

2.5.1.2 Tính đường kính dây của cuộn thứ cấp

Trong tính toán để thuận tiện khi sử dụng sau này vì vậy người ta đã tính và đưa ra giá trị sẵn về mối liên quan giữa đường kính dây với cường độ dòng điện như bảng 2.2 sau [3]: