Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đánh lửa cho động cơ một xy lanh có tỉ số nén thay đổi

Nắp máy: được đ c bằng gang nguy n khối buồng cháy thống nhất cháy trực ti p, đ nh pít tông có thi t k dạng lõm, trong nắp máy có bố trí khoang nước làm mát, có đường dầu để bôi trơn các

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS DƯ NG VI T DŨNG

Phản biện 1:

………

Phản biện 2:

………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực họp tại trường Đại học Bách khoa vào ngày … tháng … năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng tại trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Cơ khí giao thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

TS Phạm Quốc Thái

TS Hồ Sĩ Xuân Diệu

Đ U

1 Tính c p thi t c đ tài

nh hưởng c a góc đánh l a sớm và t số n n c a động cơ đ n hiệu quả c a quá trình cháy c a động cơ đốt trong luôn là đ tài nghi n c u c a các nhà phát triển ô tô Hiệu suất c a quá trình cháy động cơ xăng ph thuộc nhi u vào t lệ h a trộn nhi n liệu, góc đánh

l a sớm, t số n n động cơ, n u hệ thống đánh l a tốt, đ ng thời điểm, t số n n cao thì quá trình cháy càng diễn ra triệt để

B n cạnh đó việc thay đ i t số n n đối với các động cơ xăng không thể tăng m i bởi n u t n n quá lớn thì h n hợp xăng và nhi n liệu khi đi vào b n trong buồng đốt có thể sẽ tự bốc cháy mà không cần bu gi và gây ra hiện tượng kích n , cháy không kiểm soát c a động cơ làm giảm công suất và có thể làm hư hỏng động cơ

Y u cầu đ t ra cần có thi t b để có thể nghi n c u, thí nghiệm đánh giá được ảnh hưởng c a góc đánh l a sớm đ n công suất động

cơ đốt trong ở các t số n n khác nhau Đồng thời nghi n c u thời điểm kích n c a động cơ d ng nhi n liệu xăng với các t số n n cao

Đ tài được phát triển dựa tr n đ tài luận văn cao học Nghi n c u thi t k động cơ thí nghiệm một xy lanh có t số n n thay đ i cải tạo t động cơ diesel D28 c a Kỹ sư L Đ c Trọng Nguyễn, với hướng phát triển theo t n gọi c a đ tài luận văn là Nghi n c u thi t k và ch tạo hệ thống đánh l a cho động cơ một

chuyển đ i t

động cơ diesel D28

Với sự k t hợp này, ch ng em c ng nhau thi t k và tạo ra động cơ thí nghiệm d ng đa nhi n liệu thay đ i được góc đánh l a sớm, thay đ i được t số n n d ng để thí nghiệm Sau khi động cơ hoàn thiện, thực nghiệm kiểm tra, đánh giá công suất động cơ tr n băng th công suất

2 c ti u nghi n c u

Thi t k và ch tạo hệ thống đánh l a tr n động cơ thay đ i t

số n n s d ng trong thí nghiệm để kiểm nghiệm, đánh giá sự ảnh hưởng c a góc đánh l a sớm đ n công suất động cơ với t ng t số

n n khác nhau

3 Đối t ng và ph m vi nghi n c u

- Đối tượng nghi n c u:

Thực hiện ch tạo hệ thống đánh l a tr n động cơ một xy lanh Diesel D28 Đây là động cơ diesel truy n thống, một xy lanh, không tăng áp, làm mát bằng nước, động cơ này s d ng 2 xupap (1 nạp, 1 thải), hành trình pít tông (S=115mm), đường kính xi lanh (Dxl = 125 mm), số v ng quay (n = 1500 vòng/phút) với công suất cực đại là (Nemax = 17,2 Kw), được thi t k thay đ i t số n n dao động t (ℇ = (8.5 – 16.3))

- Phạm vi nghi n c u

Thi t k và ch tạo được hệ thống đánh l a cho động cơ một

xy lanh có t số n n thay đ i cải tạo t động cơ diesel D28 Thi t k ,

ch tạo bộ đi u ch nh góc đánh l a c a động cơ

Kiểm nghiệm đánh giá sự ảnh hưởng c a t số n n, góc đánh

l a sớm đ n động cơ có các t số n n khác nhau

- Phương pháp thực nghiệm, phân tích đánh giá: Tham khảo ý

ki n c a cán bộ hướng dẫn Thực nghiệm kiểm tra công suất động cơ khi thay đ i góc đánh l a sớm, thay đ i t số n n tr n băng th công suất POWER TEST 500HP tại xưởng X2 s a chữa ô tô thuộc đơn v

387 - C c kỹ thuật quân khu 5, số 120, Nguyễn Văn Thoại, TP Đà Nẵng

5 Ý nghĩ kho học và tính thực tiễn c đ tài

Thi t k và ch tạo được hệ thống đánh l a tr n động cơ D28

có t số n n thay đ i, ph c v công tác nghi n c u thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng c a t số n n và góc đánh l a đ n công suất và các đ c tính khác c a động cơ

Ch ơng 1 T NG QUAN 1.1 Tổng qu n v động cơ diesel d28

1.1.1 T ô ỹ ậ

Đây là động cơ đốt trong d ng nhi n liệu diesel truy n thống,

có một xy lanh, không tăng áp, làm mát bằng nước, động cơ này s

d ng 2 xupap (1 nạp, 1 thải), hành trình pít tông (S=115mm), đường kính xi lanh (Dxl = 125 mm), số v ng quay (n = 1500 v ng/ph t) với công suất cực đại là (Nemax=17,2 Kw), t số n n (ℇ=17)

1.1.2 Đặ ể ấ D e e D28

2.1.2.1 Nắp máy: được đ c bằng gang nguy n khối buồng cháy thống nhất (cháy trực ti p), đ nh pít tông có thi t k dạng lõm, trong nắp máy có bố trí khoang nước làm mát, có đường dầu để bôi trơn các chi ti t thuộc cơ cấu phân phối khí, tr n nắp máy c n bố trí đường ống nạp-thải, v trí lắp v i phun nhi n liệu…

2.1.2.2 Cơ cấu phân phối khí: s d ng xupap treo có tr c cam

đ t trong thân máy có 2 xupap (1 nạp, 1 thải) truy n động t tr c cam đ n xupap thông qua các chi ti t trung gian con đội đũa đẩy đ n gánh Nấm xupáp được bố trí sát m p với b m t c a nắp máy 2.1.2.3 Thân máy: (blốc máy) bằng gang được đ c li n với hộp tr c khu u, b n tr n thân máy bố trí các lắp đ t bi gối đỡ tr c khu u, gối đỡ tr c cam dẫn động cơ cấu phối khí và bơm dầu cao áp

c a hệ thống nhi n liệu, có bi gối đỡ cho 2 đối trọng gi p cân bằng động cơ

Phần phía tr n thân máy có bố trí 6 gujông để li n k t với nắp máy Xi lanh là loại lót xi lanh ướt được đ c rời và lắp ch t với vỏ thân máy m t ngoài làm việc ti p x c trực ti p với thân máy

Tr n thân máy có bố trí bơm dầu và đường ống dầu bôi trơn

cơ cấu phân phối khí tr n nắp máy, ri ng cơ cấu khu u tr c thanh truy n tự bôi trơn trong quá trình làm việc

2.1.2.4 Cacte: được làm rời bằng th p dập và lắp với thân máy bằng bulông là nơi ch a dầu bôi trơn

2.1.2,5 Pít tông: s d ng loại phần đầu bố trí 4 rãnh x c măng (3 x c măng khí , 1 x c măng dầu) nằm phía tr n chốt pít tông gồm:

x c măng số 1: có vát m t tr n, x c măng số 2, 3: là loại x c măng côn cắt phía dưới, x c măng số dầu 4: loại x c măng có lò xo bung

2.1.2.6 Thanh truy n: s d ng loại đ c li n, thân có bi n dạng chữ I không có đường dầu bôi trơn ở giữa, đầu to thanh truy n gồm 2 nữa nối với nhau bằng bulông, có l dầu ở đầu to và đầu nhỏ thanh truy n để dầu bôi trơn có thể bôi trơn bạc đầu to và bạc đầu nhỏ khi làm việc, đồng thời đưa dầu bôi trơn pít tông và xi lanh qua l dầu

c a chốt pít tông và các l dầu tr n pít tông

2.1.2.7 Tr c khu u: là loại tr c đ c li n Tuy nhi n đối trọng được làm rời và được gắn với tr c khu u nhờ bulông Đuôi tr c khu u có dạng côn, gắn với bánh đà bằng đai ốc, đầu tr c khu u có thi t k lắp bánh răng dẫn động cam và đối trọng cân bằng động cơ, dẫn động bánh rang trung gian ăn khớp có thi t k để lắp tay quay khởi động bằng tay

2.1.2.8 Hệ thống bôi trơn và làm mát

Hệ thống bôi trơn s d ng hệ thống bôi trơn cưỡng b c cacte ướt có các te gồm các chi ti t bơm nhớt (bơm bánh răng ăn khớp trong), lọc nhớt, các đường dầu bôi trơn Dầu bôi trơn được bơm h t qua lọc nhớt đ t dưới cacte qua bơm l n đường dầu bôi trơn phân phối đ n các b m t cần bôi trơn

Hệ thống làm mát s d ng kiểu bốc hơi: Bộ phận ch a nước bao gồm các khoang ch a nước làm mát ở thân máy, nắp máy và bình ch a nước lắp ở phía tr n c a thân máy Quá trình làm mát dựa vào sự ch nh lệch c a t trọng giữa nước nóng sẽ n i l n tr n b m t tạo thành d ng đối lưu tự nhi n

2.1.2.9 Hệ thống nhi n liệu

Gồm 2 phần cơ bản bơm cao áp PF và kim phun kín, ngoài ra

c n có lọc nhi n liệu và các đường ống dẫn

1.2 Tổng qu n v h thống đ nh l

Hệ thống đánh l a đ ng thời điểm, n u đánh l a sai thời điểm thì công suất động cơ b giảm đi, ti u hao nhi n liệu và lượng chất độc hại khí xả tăng l n Vì nhi n liệu phải cháy mất một thời gian 2

4 ms, n u thời điểm đánh l a quá sớm, quá trình cháy h n hợp nhi n liệu diễn khi pít tông c n đang đi l n theo quán tính, áp lực khí thể sinh ra sau khi đốt cháy h n hợp nhi n liệu đẩy pít tông đi xuống làm cho pít tông, xi lanh, v ng x c măng, bi n, bạc, chốt pít tông ch u va đập mạnh, chóng hao m n, công suất động cơ giảm, có ti ng gõ kim loại trong máy

N u thời điểm đánh l a quá muộn, quá trình cháy xảy ra ở thì sinh công, cháy dọc xi lanh do đó giảm công suất, máy nóng khó khởi động, nhi n liệu cháy không cạn kiệt ô nhiễm môi trường, nhiệt

độ động cơ cao có thể sôi nước làm mát

1.2.1.3 Phân loại:

Có nhi u cách để phân loại hệ thống đánh l a tr n ô tô Ở đây giới thiệu cách phân loại thông d ng hiện nay là phân loại theo cách

phân bố điện cao áp đ n các bu gi

a Hệ thống đánh l a có bộ chia điện (distributor ignition system): Loại d ng vít l a đi u khiển; Loại d ng transistor đi u khiển (đánh l a bán dẫn); Loại d ng ECU đi u khiển

b Hệ thống đánh l a không có bộ chia điện (distributorless ignition system): Loại một bô bin d ng cho 2 bu gi; Loại một bô bin dùng cho 4 bu gi

c Hệ thống đánh l a trực ti p (direct ignition system): Loại bô bin và IC tách rời; Loại bô bin và IC tích hợp

Với sự trợ gi p đắc lực c a lĩnh vực công nghiệp điện t và điện tự động, hệ thống đánh l a ngày nay đ trở n n hoàn hảo Nhờ

đó, có thể xác đ nh chính xác tình trạng c a làm việc c a động cơ và đưa ra tín hiệu đi u khiển đánh l a tốt nhất, gi p động cơ đạt công suất cao nhất, ti t kiệm nhi n liệu và giảm ô nhiễm khí xả

K T UẬN:

- Dựa vào t ng quan động cơ và sự phát triển các hệ thống đánh l a c a ngành công nghệ ô tô, ch ng ta chọn hệ thống đánh l a thi t k cho động cơ động cơ một xy lanh, đảm bảo tính đơn giản, dễ thi t k , ch tạo, dễ đi u ch nh góc đánh l a, hoạt động hiệu quả, đảm bảo hiệu suất đánh l a

- Hệ thống đánh l a thường nhi u nhược điểm, hệ thống đánh

l a đi u khiển điện t ph c tạp, ảnh hưởng nhi u đ n k t cấu, ta chọn thi t k hệ thống đánh l a bán dẫn không ti p điểm cho động

cơ thí nghiệm vì tia l a mạnh, hoạt động n đ nh, tin cậy cao

CHƯ NG 2 C S Ý THUY T 2.1 Đặc điểm k t c u động cơ diesel d28 th y đổi tỉ số nén

Động cơ D28 thay đ i t số n n được thi t k dựa tr n động cơ D28 nguy n bản, người thi t k chọn phương án gia công th m 2 xi lanh, pít tông có k t cấu tương đồng bố trí tr n nắp máy c a động cơ nguy n bản Xi lanh được hàn cố đ nh vào nắp máy, các pít tông có thể di chuyển ra vào xi lanh nhờ bố trí ren với bước ren 1,5mm Để làm kín cơ cấu đi u ch nh t số n n, đầu các pít tông đi u ch nh được gia công xec măng làm kín

Các k t cấu c n lại trong động cơ như thân máy, hệ thống bôi trơn- làm mát, hệ thống làm mát, hệ thống cung cấp nhi n liệu vẫn được giữ nguy n tr n cơ sở động cơ D28 nguy n bản

*Thông số kỹ thuật động cơ Diesel D28 có t số n n thay đ i

TT o i : Động cơ diesel Thông số Th nguy n

3 Đường kính xy lanh (Dxl) 125 mm

5 Dung tích xi lanh (Vh) 1473 cm3

* Thi t k động cơ thay đ i t số n n 8,5 -11,5

Ngoài cơ cấu đi u ch nh thay đ i t số n n là c p xy lanh pít tông được bố trí tr n nắp máy như tr n, đ tài chon kiểm nghiệm đánh giá công suất c a động cơ d ng nhi n liệu xăng trong khoảng thay đ i t số n n t 9,75 – 11,0, ch ng ta cần đưa đ nh pít tông c a động cơ v bi n dạng đ nh pít tông động cơ xăng (đ nh bằng không

có buồng xoáy lốc như động cơ diesel) đồng thời hạ thêm b m t

đ nh pít tông làm tăng thể tích buồng cháy và giảm t số n n c a động cơ trong khoảng th nghiệm c a đ tài

Để có đ nh pít tông bằng tương tự như pít tông các động cơ

d ng nhi n liệu xăng, ta ti n hành gia công hạ thấp b m t đ nh pít tông, tuy nhi n chi u dài phần pít tông b cắt bỏ quá lớn thì khoảng cách t s c măng tr n c ng đ n đ nh pít tông mới rất ngắn, ảnh hưởng đ n k t cấu c a pít tông khi làm việc Để đảm bảo k t cấu pít tông và có được đ nh pít tông bằng như các động cơ d ng nhi n liệu xăng ta ti n hành gia công hình nón c t tr n đ nh pít tông

* Tính toán gia công thể tích nón c t tr n đ nh pít tông

Việc tính toán thể tích phần Omega tạo xoáy lốc tr n pít tông rất khó khăn, tác giả chọn phương án thực nghiệm đo thể tích c a

đ nh Omega tr n pít tông và gia công nón c t với thể tích tương đương D ng ống nghiệm đo được thể tích phần Omega tr n đ nh pít tông V = 82 (cm3) Như vậy ta ti n hành gia công hình nón c t tr n

đ nh pít tông với thể tích tương đương V = 82 (cm3) = 82000(mm3)

- Với đường kính c a pít tông 125 mm

+ Chọn gia công đường kính lớn c a nón c t d2 = 105 mm + Chọn gia công đường kính nhỏ c a nón c t d1 = 85 mm + Gọi chi u cao gia công hình nón c t là h

- Khi gia công thay đ i thể tích buồng cháy ta có

Vc = Vc1 + Vc2+ Vc3+ Vck Trong đó:

+ Vc1 : thể tích buồng cháy nguy n th y động cơ D28

+ Vc2 : thể tích buồng cháy tăng l n sau khi gia công

+ Vc3 : thể tích buồng cháy ph khi thay đ i t số n n

+ Vck = Vck1+Vck2: khi gia công bố trí 2 xy lanh pít tông ph

đi u ch nh t số n n được bố trí nghi ng, vì vậy tồn tại một thể tích buồng cháy khuy t có dạng nữa ch o hình tr tr n có chi u cao 10mm và đường kính bằng đường kính 2 xi lanh gia công

T số n n cao nhất = 11,5 và ti n hành đi u ch nh t số n n trong phạm vi th nghiệm t = (9,75 – 11) N u cố đ nh buồng cháy ph ta có Vc3= 0 Thay số ta tính toán được Vc2 và tính được chi u cao đ nh pít tông cần hạ thấp là 3.6 mm

Hình 2.1 Bi n d ng pít tông gi công tỉ số nén 11,0

105.0

85.0 125.0

2.2 C c thông số ch y u h thống đ nh l a

* ầ p ể ể

Trong động cơ xăng, h n hợp không khí, nhi n liệu được đánh

l a để đốt cháy (n ), nhiệt độ tăng l n và nhi n liệu b cháy thành khí

xả Đi u này dẫn đ n áp suất trong xy lanh tăng l n đột ngột và đẩy pít tông đi xuống sinh công

Để tăng công suất và mô men động cơ, cần thi t phải tăng áp suất trong xy lanh trong thời kỳ cháy Áp suất lớn nhất sẽ cho hiệu suất động cơ cao và đi u này hoàn toàn ph thuộc vào thời điểm sinh tia l a điện để đốt cháy h n hợp khí

Để s d ng triệt để năng lượng c a nhi n liệu, tia l a cần xuất hiện trước khi pít tông đạt đ n điểm tr n c a kỳ n n để đ n khi pít tông đi xuống đ ng l c áp suất trong xy lanh đạt tr số cao nhất Động cơ không tạo ra áp lực n cực đại vào thời điểm đánh

l a, nó phát ra áp lực n cực đại chậm một ch t, sau khi đánh l a Vì vậy, phải đánh l a sớm trước điểm ch t tr n, sao cho áp lực n cực đại được tạo ra vào thời điểm 100

sau ĐCT Thời điểm đánh l a trước điểm ch t tr n lại thường xuy n thay đ i, tuỳ thuộc vào đi u kiện làm việc c a động cơ Vì th , cần thiểt phải đi u ch nh góc đánh

l a đ ng thời điểm để động cơ tạo ra áp lực n một cách có hiệu quả nhất, ph hợp với đi u kiện làm việc c a động cơ

K T UẬN:

Việc thi t k hệ thống đánh l a phải đảm bảo tạo ra tia l a mạnh, duy trì tia l a luôn tốt ở mọi ch độ làm việc c a động cơ Góc đánh l a sớm ảnh hưởng lớn đ n quá trình phát công suất

c a động cơ, vì vậy cần thi t ch tạo cơ cấu thay đ i góc đánh l a sớm để kiểm nghiệm công suất động cơ sau khi ch tạo

CHƯ NG 3 THI T K CH TẠO H TH NG ĐÁNH A CHO Đ NG C T XY ANH C T S N N THAY Đ I 3.1 Ph ơng n thi t k

Phương án thi t k tương tự HTĐL bán dẫn không ti p điểm

c a ô tô: Với các ưu điểm vượt trội, hệ thống đánh l a d ng cảm

bi n điện t có cấu tạo khá đơn giản, tạo ra tia l a mạnh, dễ ch tạo

và ít hư hỏng Đây là phương án tối ưu ch ng ta thực hiện thi t k

ch tạo cho động cơ một xy lanh có t số n n thay đ i để thí nghiệm

H :

Hình 3.1 H thống đ nh l b n dẫn s d ng đi n từ

1 Khóa điện, 2 Bu gi, 3 Bô bin điện

4 IC đánh lửa, 5 Cảm biến đánh lửa

Khi cuộn dây cảm bi n không có tín hiệu điện áp ho c điện áp

âm, transistor T1 ngắt n n T2 ngắt, T3 dẫn cho d ng qua cuộn sơ cấp

v mass

Khi răng c a rotor cảm bi n ti n lại gần cuộn dây cảm bi n,

tr n cuộn dây sẽ xuất hiện một s c điện động xoay chi u, n a bán kỳ

E2 B2 C2 T2 R5 E3B3 C3 T3

D C R3 R4

4

C

5

B AM2

1

IG2