Giai đoạn cháy trễ
Sự bốc cháy của hỗn hợp hòa khí không phải xuất hiện ngay sau khi đánh lửa. Thoạt đầu, một khu vực nhỏ (hạt nhân) ở sát ngay tia lửa bắt đầu cháy, và quá trình bắt cháy này lan ra khu vực xung quanh. Quãng thời gian từ hổn hợp hòa khí được đánh lửa cho đến khi nó bốc cháy được gọi là giai đoạn trễ. Giai đọan cháy trễ đo gần như không đổi, và nó không ảnh hưởng của điều kiện làm việc động cơ.
Giai đoạn lan truyền ngọn lửa
Sau khi hạt nhân ngọn lửa hình thành, ngọn lửa nhanh chóng lan truyền ra xung quanh. Tốc độ lan truyền này được gọi là tốc độ lan truyền ngọn lửa, và thời kỳ này được gọi là thời kỳ lan truyền ngọn lửa. Khi có một lượng lớn hòa khí được nạp vào, hỗn hợp hòa khí trở nên có mật độ cao hơn. Vì thế, khoảng cahcs giữ các hạt trong hỗn hợp hòa khí giảm xuống, nhờ thế, tốc độ lan truyền ngọn lửa tăng lên. Ngoài ra, luồng hỗn hợp hòa khí xoáy lốc càng mạnh thì tốc độ an truyền ngọn lửa càng cao. Khi tốc độ lan truyền ngọn lửa cao, cần phải định thời điểm đánh lửa sớm. Do đó cần phải điều khiển thời điểm đánh lửa theo điều kiện làm việc của động cơ [9].
Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế nhiên liệu và độ ô nhiễm của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:
Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa Nhiệt độ đốt
Áp suất trên đường ống nạp Nhiệt độ làm mát động cơ Nhiệt độ môi trường Số vòng quay động cơ Chỉ số Octan của xăng …[12].
Vì thế khó mà có thể xác định thời điểm đánh lửa tốt nhất (góc đánh lửa sớm) bằng những công thức. Thay vào đó, ta thực hiện tính toán góc đánh lửa sớm bằng cách thay đổi trên băng thử trong khi sử dụng các thiết bị phân tích khí thải, tỉ lệ không khí nhiên liệu và
25 cảm biến phát hiện kích nổ là cách thực tế để biết được góc đánh lửa sớm ảnh hưởng đến công suất, khí thải và kinh tế nhiên liệu như thế nào.[13]
3.3.2. Tính toán góc đánh lửa sớm
Góc đánh lửa sớm được điều khiển bởi thời gian ngậm điện và thời điểm ngắt dòng điện qua cuộn sơ cấp (thời điểm đánh lửa) và được xác định dựa vào các tín hiệu sau:
Tín hiệu cảm biến CKP Tín hiệu cảm biến MAP
Tín hiệu đánh lửa IGT với tín hiệu CKP Tín hiệu CKP với tín hiệu MAP
3.3.2.1. Tín hiệu cảm biến CKP
Do sử dụng cảm biến điện từ nên tín hiệu ở dạng xung sin. Sau khi qua bộ ADC sẽ cắt tín hiệu 5 volt bằng xung dương của tín hiệu để thành tín hiệu digital 0-5.
Hình 3.11. Tín hiệu cảm biến CKP chưa được xử lý
26
Hình 3.13. Mạch lọc ADC chuyển tín hiệu Analog thành tín hiệu Digital
Ở mạch này, nhóm nghiên cứu sử dụng diode để dập nửa bán kì âm của tín hiệu. Diode Zener (5,6volt) có nhiệm vụ ổn định điện áp của tín hiệu cảm biến CKP để bảo vệ transitor. Khi có tín hiệu CKP, dòng điện sẽ dẫn qua transitor từ B xuống mass làm cho transitor sẽ dẫn bão hòa, lúc này điện áp 5 volt từ cực C của transitor dẫn xuống mass làm cho tín hiệu đầu ra ở mức thấp. Khi tín hiệu bị cắt đột ngột không có dòng dẫn từ B xuống mass, transitor bị ngắt không cho điện áp từ C xuống mass làm cho tín hiệu đầu ra ở mức cao 5 volt. Tóm lại, nếu có tín hiệu xung dương CKP tín hiệu Digital ở mức thấp và ngược lại.
Hình 3.14. Tín hiệu cảm biến CKP sau khi qua mạch lọc
Sau khi qua bộ xử lý tín hiệu, nhóm nghiên cứu thu được 9 xung trong một vòng quay trục khuỷu động cơ trong đó có xung trống khoảng 3 lần so với 9 xung còn lại. Từ đó có thể xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun chính xác.
27
3.3.2.2. Tín hiệu cảm biến MAP
Tín hiệu cảm biến MAP được đo ở tốc độ cầm chừng có độ dốc nhỏ hơn ở tốc độ cao. Từ đó có thể xác định thời gian tín hiệu của cảm biến nhỏ khi tốc độ tăng và ngược lại. Nhưng so về điện áp, chúng ta thấy ở mọi tốc độ động cơ thì giá trị cao nhất của tín hiệu MAP hầu như không đổi cho thấy áp suất đường ống nạp khi chạy ở chế độ không tải không bị ảnh hưởng nhiều theo tốc độ.
Hình 3.15. Tín hiệu cảm biến MAP
3.3.2.3. Tín hiệu cảm biến CKP và tín hiệu cảm biến MAP
Tín hiệu cảm biến MAP kết hợp với tín hiệu cảm biến CKP để xác định kì nạp ở xung số mấy nhằm xác định thời điểm phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa.
Hình 3.16. Tín hiệu cảm biến CKP và cảm biến MAP
Nhìn vào tín hiệu trên hình, nhóm nghiên cứu thấy hai vòng quay trục khuỷu tương ứng với 2x9 xung thì tương ứng với 1 chu kỳ của tín hiệu cảm biến MAP. Giá trị max của tín hiệu cảm biến MAP nằm ngay xung số 9 của tín hiệu cảm biến CKP. Từ đó nhóm nghiên cứu có thể thiết lập mối quan hệ giữa tín hiệu cảm biến CKP và tín hiệu cảm biến MAP để xác định kỳ nạp của động cơ. Vì khi bắt đầu quá trình nạp xupap nạp mở, lượng
28 hòa khí vào buồng đốt sẽ làm giảm áp suất đường ống nạp, tín hiệu điện áp giảm theo lúc này đoạn tín hiệu ngay đoạn dốc xuống phù hợp với xung trống trên vô lăng mâm lửa.
Nhưng vì lý do tín hiệu cảm biến MAP bị nhiễu do anh hưởng của cuộn dây đánh lửa nên nhóm nghiên cứu quyết định đánh lửa và phun xăng 2 lần trong một chu kỳ của động cơ.
3.3.2.4. Tín hiệu cảm biến CKP với tín hiệu IGT
Dựa vào tín hiệu từ cảm biến CKP và tín hiệu cảm biến MAP, nhóm nghiên cứu thực hiện khảo sát bản đồ và tính toán góc đánh lửa sớm theo tốc độ động cơ thông qua quá trình thực nghiệm chạy với chế độ không tải do động cơ được đặt trên mô hình. Mô hình được khảo sát được lắp sẳn một ECM phun xăng điện tử PGM Fi.
Nhóm nghiên cứu thực hiện khảo sát tín hiệu CKP với tín hiệu IGT ở nhiều dải tốc độ khác nhau ( từ 1200 vòng/phút đến 6000 vòng/phút) nhằm cho thấy sự khác nhau giữa mối quan hệ của tín hiệu CKP và tín hiệu IGT. Qua đó cho thấy sự thay đổi góc đánh lửa sớm của động cơ theo tốc độ. Từ đó nhóm nghiên cứu thiết lập bản đồ đánh lửa cho phù hợp trên ECM thiết kế.
29
Hình 3.17. Đồ thị mối quan hệ giữa cảm biến CKP và tín hiệu IGT ở tốc độ 1200, 2100, 2400, 3600, 6000 vòng/phút.
Từ đồ thị trên nhóm nghiên cứu thấy có sự thay đổi chu kì xung của tín hiệu cảm biến CKP, càng nhỏ khi tốc độ càng cao và ngược lại.
Thời điểm dẫn của tín hiệu IGT (ngậm điện) càng sớm khi tốc độ càng tăng lên nhưng sau đó được ổn định. Tín hiệu IGT bắt đầu dẫn sau xung số 5 tại tốc độ 1200
30 vòng/phút sau đó tín hiệu IGT bắt đầu dẫn sớm hơn sau xung số 3 tại 2100 vòng/ phút và ổn định ở sau xung số 2 khi tốc độ từ 2400 vòng/ phút đến 6000 vòng/phút.
Thời điểm đánh lửa của tín hiệu IGT càng sớm khi tốc độ động cơ càng lên cao. Tín hiệu đánh lửa IGT xuất hiện sau xung số 8 tại tốc độ 1200 vòng/phút sau đó giảm xuống sau xung số 7 tại tốc độ 2400 vòng/phút và giảm ngay xung số 7 tại tốc độ 3600 vòng/ phút. Nhưng sau đó không sớm hơn nữa cho dù tốc độ càng lên cao.
Sau khi khảo sát tín hiệu cảm biến CKP và tín hiệu đánh lửa IGT nhóm nghiên cứu lập được hai bản đồ bao gồm bản đồ gốc ngậm điện và bản đồ góc đánh lửa sớm.
Bảng 3.1 Bản đồ góc đánh lửa sớm và xung ngậm điện từ 1200 đến 3600 vòng/phút
1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600
Góc đánh lửa sớm 2 3 3 4 5 6 8 8 8
Xung ngậm điện 5 5 4 4 3 3 3 2 2
Bảng 3.2. Bản đồ góc đánh lửa sớm và xung ngậm điện từ 3900 đến 6000 vòng/phút
3900 4200 4500 4800 5100 5400 5700 6000
Góc đánh lửa sớm 8 8 9 9 9 10 10 10
Xung ngậm điện 2 2 2 2 2 2 2 2