Nghiên cứu sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm cho ô tô quân sự ЗИЛ 130

94 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 61 (12/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA BÁN DẪN KHÔNG TIẾP ĐIỂM CHO Ô TÔ QUÂN SỰ ЗИЛ 130 RESEARCH USING THE NON-CONTACT SEMICONDUCTOR IGNITION SYSTEM FOR THE MILITARY AUTOMOBILE ЗИЛ 130 Nguyễn Thanh Tuấn1, Vũ Trung Kiên2 Khoa Kỹ thuật Giao thông – Trường Đại học Nha Trang Trường Trung cấp Kỹ thuật Miền Trung Ngày tòa soạn nhận 31/5/2020, ngày phản biện đánh giá 17/6/2020, ngày chấp nhận đăng 6/7/2020 TÓM TẮT Bài báo trình bày nghiên cứu cải hốn hệ thống đánh lửa (HTĐL) ô tô quân từ HTĐL bán dẫn có tiếp điểm thành HTĐL bán dẫn không tiếp điểm, sở lựa chọn thiết bị tương đồng có sẵn thị trường Ở chia điện động tơ ЗИЛ130 có phận cam ngắt điện gồm vấu cam để điều khiển đóng, ngắt điện cặp tiếp điểm Do thay HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm phải thiết kế phận điều khiển tạo xung điện cách chế tạo lại trục chia điện Kết nghiên cứu có so sánh thơng số tính động sử dụng hai loại HTĐL với công suất mô men tăng lên Tuy nhiên quan trọng với HTĐL giá thành không cao giảm bớt công sức bảo dưỡng sửa chữa HTĐL triển khai ứng dụng cho nhiều ô tô Trường Trung cấp Kỹ thuật Miền Trung Từ khóa: Ơ tơ ЗИЛ 130; cải hoán HTĐL; HTĐL bán dẫn; phận tạo xung; tính động ABSTRACT The article presents the research on converting the ignition system of a military automobile with the original system of a contact semiconductor ignition system replaced by a non-contact semiconductor ignition system Components of the new ignition system are selected on the basis of similar equipment available on the market In the voltage divider of (the) ignition system of engine ЗИЛ130, there is a shut off cam with cam tabs to control the switch on and switch off of the contact pair Therefore, when replacing by a non-contact semiconductor ignition system, it is required to design the control device to generate electrical pulses by redesigning the splitter axis The results of the study have compared the performance parameters of the engine when using these two types of ignition systems with increased power and torque However, more importantly, with the new ignition system, the price is not high but the maintenance and repair effort is reduced This ignition system has also been applied for many automobiles at Central Middle Technical School Keywords: ЗИЛ 130 automobile; converting the ignition system; semiconductor ignition system; pulse generator; engine performance ĐẶT VẤN ĐỀ Động đốt muốn hoạt động tốt có hiệu suất, hiệu cao phụ thuộc vào nhiều yếu tố, yếu tố quan trọng phải có HTDL hoạt động ổn định, tạo tia lửa điện cao áp (phóng qua khe hở bugi) đốt cháy hỗn hợp làm việc xy lanh động vào thời điểm thích hợp, tương ứng với trình tự xy lanh chế độ làm việc động Để đáp ứng chế độ vận hành động ô tô, HTĐL phải thỏa mãn yêu cầu sau: Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 61 (12/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 95 - HTĐL phải sinh dòng thứ cấp đủ lớn để tạo tia lửa điện phóng điện qua khe hở bugi tất chế độ làm việc động hao nhiên liệu nồng độ chất gây ô nhiễm môi trường… - Tia lửa bugi phải đủ lượng thời gian phóng để cháy bắt đầu - Giải vấn đề khan vật tư thực tế HTĐL có tiếp điểm điều khiển cũ khó tìm kiếm thiết bị thay chủng loại - Góc đánh lửa sớm phải chế độ hoạt động động có hai yếu tố tải tốc độ động - Các phụ kiện HTĐL phải hoạt động tốt điều kiện nhiệt độ cao độ rung xóc lớn - Giảm thiểu thời gian cho việc bảo dưỡng HTDL HTĐL TRÊN Ô TÔ ЗИЛ 130 HTĐL tơ ЗИЛ 130 có sơ đồ sơ đồ mạch điện HTĐL thể hình - Sự mài mịn điện cực bugi phải nằm khoảng cho phép - Độ tin cậy làm việc HTĐL phải tin cậy tương ứng với chế độ làm việc động - Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ Đối với ô tô ЗИЛ 130 sử dụng quân đội có xuất sứ từ Liên Xô cũ, sản xuất từ thập niên 80 cịn sử dụng nhiều Trên tơ sử dụng HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển Kết cấu gồm có hộp chuyển mạch TK102; hộp điện trở phụ; chia điện; biến áp đánh lửa; bugi đánh lửa… Tuy nhiên, qua trình sử dụng lâu năm làm cho tiếp điểm chia điện bị mòn cháy rỗ, cuộn dây biến áp đánh lửa bị chạm chập số vịng Do chất lượng tia lửa điện làm ảnh hưởng không nhỏ đến công suất động cơ, lượng tiêu hao nhiên liệu nồng độ chất độc hại thành phần khí xả Chính nghiên cứu nhóm tác giả có định hướng tính tốn lại số thơng số HTĐL nhằm cải tiến HTĐL ô tô ЗИЛ 130 sử dụng nhiều cho mục đích quốc phịng giảng dạy cho đối tượng lái xe quân Trường Trung cấp Kỹ thuật Miền Trung - Bộ Quốc phòng Sau chuyển đổi HTĐL thành HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm điều khiển, HTĐL ưu điểm bật sau: - Nâng cao hiệu q trình cháy (do dịng điện cao áp tăng, độ sụt áp giảm,…), từ cải thiện cơng suất, giảm suất tiêu Hình Sơ đồ HTĐL ô tô ЗИЛ130[1,4,5] Đặc điểm kết cấu HTĐL ô tô ЗИЛ 130 sử dụng hộp bán dẫn TK102, thuộc loại đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển, lắp đồng ô tơ vận tải tơ có bố trí tổ máy phát điện, cơng trình xa, cẩu hàng, xe ben Cấu tạo gồm có: chia điện; biến áp đánh lửa; hộp bán dẫn TK-102; hộp điện trở phụ; bugi Hình Sơ đồ mạch điện HTĐL bán dẫn có tiếp điểm TK-102 [2] 96 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 61 (12/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Dịng điện chạy qua cặp tiếp điểm K1 dòng điện điều khiển có trị số nhỏ khoảng (0,8 ÷ 0,9)A nên giảm tia lửa điện làm tuổi thọ HTĐL tăng Dòng điện chạy qua cuộn dây W1: I1 = IB + IC = (8 ÷ 9)A có trị số lớn, nên sinh U2 lớn (≥ 30 KV) Tuy nhiên qua khoảng 40 năm sử dụng, đến HTĐL ô tô ЗИЛ 130 không đảm bảo độ tin cậy, phát sinh nhiều vấn đề cần giải như: cặp tiếp điểm bị mòn, cháy rỗ, biến áp đánh lửa bị chạm chập, vấn đề làm cho lượng tia lửa điện giảm rõ rệt biến áp đánh lửa bị nóng, ảnh hưởng đến tính kỹ thuật động Bên cạnh vật tư thay khan nên giá thành tương đối cao Do cần nghiên cứu lựa chọn giải pháp cải tiến để giải vấn đề nêu NGHIÊN CỨU CẢI HOÁN HTĐL 3.1 Phương án cải hốn sang HTĐL bán dẫn khơng tiếp điểm Có nhiều giải pháp lựa chọn cải hốn thay HTĐL Tuy nhiên theo nhóm nghiên cứu, với việc cải hốn HTĐL sang HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm với lý sau đây: Xét chất HTĐL sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên Như phải cần thiết kế, chế tạo phận tạo xung điện thay cho cặp tiếp điểm HTĐL cũ Đây phận làm thay đổi HTĐL cũ, HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm sử dụng cảm biến điện từ sử dụng phổ biến loại ô tô Bộ phận tạo xung điện cấu để ngắt, nối dịng điện sơ cấp Bộ phận thay cho cặp tiếp điểm đóng, ngắt dịng điện sơ cấp HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển Do có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo hư hỏng nên ta lựa chọn kiểu đánh lửa để thay Với phương án cần thay đổi phận tạo xung để thay cho cặp tiếp điểm nhằm mục đích giảm độ sụt áp phần tiếp điểm gây Các thông số khác HTĐL xem xét, lựa chọn theo giá trị HTĐL ban đầu 3.2 Thiết kế, chế tạo lựa chọn phận HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm điều khiển Để đáp ứng yêu cầu HTĐL cần phải lên sơ đồ HTĐL, thiết kế phận tạo xung lựa chọn thiết bị mới, tận dụng thiết cũ để thỏa mãn điều kiện làm việc hệ thống Hình Sơ đồ mạch HTĐL bán dẫn không tiếp điểm thay cho động [2] Thiết kế, chế tạo phận tạo xung điều khiển Bộ cảm biến phát tín hiệu: Cấu tạo cảm biến góc quay trục khuỷu dạng điện từ, loại nam châm đứng yên Trong cảm biến gồm có cuộn dây cảm ứng mà lõi nam châm vĩnh cửu đứng yên Trên mâm chia điện chia điện cũ phải khoan thêm lỗ “taro” ren để lắp cảm biến Phần tử phát xung: Phần tử phát xung có số tương ứng với số máy động Ở chia điện xe ЗИЛ130 có phận cam ngắt điện gồm vấu cam để điều khiển đóng, ngắt điện cặp tiếp điểm Do thay HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm ta phải thiết kế phận điều khiển tạo xung điện cách thiết kế lại trục chia điện Tại vị trí vấu cam tiện tròn hết vấu cam lắp vào bánh Trục chia điện dẫn động từ trục cam thơng qua trục trung gian, lắp bánh vào trục chia điện phải thời điểm đánh lửa theo qui định động Với yêu cầu thiết kế chế tạo bánh Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 61 (12/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh thay cam ngắt điện, thơng số kích thước phải phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật nêu Toàn trục chia điện có gắn bánh miêu tả số hình ảnh trích từ vẽ thiết kế hình Khi rotor khơng nằm đối diện cực từ từ thơng qua cuộn dây cảm ứng có giá trị thấp khe hở khơng khí lớn nên có từ trở cao Khi đến gần cực từ cuộn dây, khe hở khơng khí giảm dần khiến từ thơng tăng nhanh Như vậy, nhờ biến thiên từ thông, cuộn dây xuất sức điện động cảm ứng Khi rotor đối diện với cực từ cuộn dây, từ thông đạt giá trị cực đại điện áp hai đầu cuộn dây không Khi cửa rotor di chuyển khỏi cực từ, khe hở khơng khí tăng dần làm từ thơng giảm sinh sức điện động theo chiều ngược lại 97 Biến áp đánh lửa: Không sử dụng biến áp đánh lửa Б -114 HTĐL cũ theo xe Thay vào lắp biến áp đánh lửa đồng với cảm biến đánh lửa mô đun đánh lửa Có thể sử dụng biến áp đánh lửa hãng Denso mã số 90919; 118351 tương đương hãng khác, có sẵn thị trường Biến áp đánh lửa có điện áp: 12v; cuộn W1: 0,46÷ 0,75 (Ω ); cuộn W2: 10,0 ÷ 17,8(kΩ ) - Các thiết bị điện khác: Dây cao áp, bugi sử dụng chi tiết theo thiết kế cũ ô tô ЗИЛ 130 Sau thiết kế, lựa chọn phận, chi tiết HTĐL tiến hành lắp hồn chỉnh chia điện kiểm tra, điều chỉnh khe hở bánh cảm biến phát tín hiệu đảm bảo khoảng 0,2 – 0,4 (mm) THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Lắp đặt thiết bị thí nghiệm Hình Trục chia điện gắn bánh tạo xung trích từ vẽ thiết kế, chế tạo Hình Bộ phận tạo xung điện điều khiển Lựa chọn phận, chi tiết HTĐL Sau tiến hành lắp đặt hoàn chỉnh, tiến hành thử nghiệm để đo thơng số tính động so sánh thông số HTĐL cũ HTĐL cải tạo Thiết bị thí nghiệm có gắn băng thử công suất động D260B, thiết bị đo cơng suất đến 260 kW động diesel, động xăng, động điện, tua bin khí [3] Sơ đồ bố trí thí nghiệm thực hình vẽ sau Bộ chia điện: Sử dụng chia điện P4Д cũ cải tiến chi tiết trục Chỉ thay đổi cách loại bỏ cặp tiếp điểm, thay vào phận tạo xung trình bày Mơ đun đánh lửa: Mơ đun đánh lửa hay cịn gọi IC đánh lửa chọn kiểu loại J170 (M007 M010 J120 J153) hãng khác có thông số kỹ thuật tương đương Để lắp mô đun đánh lửa cần phải hàn giá mâm chia điện chia điện cũ Chi tiết thay cho hộp bán dẫn TK-102 hộp điện trở phụ Hình Sơ đồ lắp đặt thiết bị thí nghiệm Khi tiến hành đo, động ЗИЛ 130 có dải tốc độ từ 500 – 3200 (v/p), biên độ lần tiến hành đo 500 (v/p) Khi động làm việc ổn định, điều chỉnh ga để đo công suất mô men Ứng với giá trị tốc độ động mong muốn, đọc số trị đo lực 98 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 61 (12/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh kim đồng hồ hiển thị áp dụng công thức (1) (2) để xác định giá trị lực mơ men sau lập bảng xuất đồ thị đường đặc tính cơng suất mơ men tương ứng Cơng thức tính cơng suất (1) Trong đó: Ne cơng suất (kW); f lực (N) số kim mặt đồng hồ; n tốc độ động (v/p) Cơng thức tính mơ men M = F.L (2) Trong đó: M mô men (Nm); F lực (N) số kim đồng hồ; L cánh tay địn theo tính tốn (0,9549 m) 4.2 Kết thí nghiệm Sau tiến hành khảo nghiệm vận hành phanh thủy lực thiết bị đo động ЗИЛ 130, sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm thay hệ thống đánh lửa bán dẫn tiếp điểm, lập bảng giá trị đo sau tiến hành thí nghiệm vẽ sơ đồ so sánh kết giá trị cơng suất, mơ men hình hình HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm đường cong tăng dần theo chiều tăng số vịng quay động Hai đường cơng suất có chênh lệch định, đường cơng suất sử dụng HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển kW ứng với tốc độ động đạt 500 v/p đường công suất sử dụng HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm 8,5 kW, tăng 6,25% Tuy nhiên đường công suất sử dụng HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm tăng nhanh có chênh lệch lớn tốc độ động 2000 v/p, đạt 76 kW khi sử dụng HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển đạt 72 kW Công suất động đạt giá trị lớn tốc độ động 3.200 v/p HTĐL bán dẫn có tiếp điểm 91,2 kW cịn HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm 92,8 kW Đối với mômen xoắn động phát lắp HTĐL bán dẫn có tiếp điểm HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm ta thấy hai đường thể mơ men có chênh lệch đáng kể Ở tốc độ động 500 v/p mà đường thể mô men sử dụng HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm đạt 152,78 Nm, cịn sử dụng HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm đạt 162,33 Nm Ở tốc độ 1000 v/p mô men sử dụng HTĐL bán dẫn có tiếp điểm tăng cao Mô men xoắn đạt giá trị cực đại tốc độ động 2000 v/p, sử dụng HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm đạt 343,76 Nm, cịn sử dụng HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm đạt 362,86 Nm Ở tốc độ động lớn 2.000 v/p mơ men động phát có xu hướng giảm dần Hình Đồ thị đường đặc tính cơng suất Đường đặc tính tốc độ động ЗИЛ 130 lắp HTĐL bán dẫn có tiếp điểm HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm mà ta khảo sát đồ thị biểu diễn phụ thuộc Ne, Me vào số vòng quay trục khuỷu Quan sát đồ thị đặc tính ngồi động cơ, đường cơng suất động sử dụng HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển Hình Đồ thị đường đặc tính mơ men Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 61 (12/2020) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu này, nhận thấy việc thiết kế, chế tạo, lắp đặt thử nghiệm HTĐL bán dẫn tiếp điểm thay cho HTĐL bán dẫn có tiếp điểm hồn tồn thực được, có tính khả thi cao Động làm việc tốt, ổn định chế độ, cơng suất mơ men có tăng lên tăng 99 không nhiều Đồng thời việc chuyển đổi không phức tạp, không làm thay đổi lớn kết cấu, chi phí khơng đáng kể (khoảng 1.400.000 đồng) tận dụng nhiều chi tiết, phận HTĐL cũ theo xe Hiện tiến hành lắp đặt cho nhiều ô tô Trường Trung cấp Kỹ thuật Miền Trung phục vụ cho công tác dạy học lái xe quân đội TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] Đinh Ngọc Ân (1993), Trang bị điện ô tô-máy kéo, Giáo dục, Hà Nội Đỗ Văn Dũng (2007), Hệ thống điện điện tử ô tô đại, Đại học quốc gia Tp.HCM Nguyễn Hữu Cẩn, (2004), Thí nghiệm tô, Nxb Khoa học kỹ thuật Автомобиль ЗИЛ-130 и его модификации, (1980), Машиностроение, Москва Автомобиль ЗИЛ 131 и его модификации, (1978), Машиностроение, Москва Tác giả chịu trách nhiệm viết: TS Nguyễn Thanh Tuấn Trường Đại học Nha Trang Email: nguyenthanhtuan@ntu.edu.vn ... nghiệm vận hành phanh thủy lực thiết bị đo động ЗИЛ 130, sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm thay hệ thống đánh lửa bán dẫn khơng có tiếp điểm, lập bảng giá trị đo sau tiến hành thí nghiệm... bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ Đối với ô tô ЗИЛ 130 sử dụng qn đội có xuất sứ từ Liên Xơ cũ, sản xuất từ thập niên 80 sử dụng nhiều Trên ô tô sử dụng HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều... lại 97 Biến áp đánh lửa: Không sử dụng biến áp đánh lửa Б -114 HTĐL cũ theo xe Thay vào lắp biến áp đánh lửa đồng với cảm biến đánh lửa mơ đun đánh lửa Có thể sử dụng biến áp đánh lửa hãng Denso