NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA HỖN HỢP ĐIỆN DUNG- ĐIỆN CẢM SỬ DỤNG BO-BIN ĐƠN
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Luận án "Nghiên cứu, tính toán, chế tạo hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung- điện cảm sử dụng bo-bin đơn" tập trung giải quyết vấn đề sức điện động tự cảm (EMF) trong hệ thống đánh lửa truyền thống, nguyên nhân gây hư hỏng thiết bị và giảm chất lượng đánh lửa. Đề tài đề xuất giải pháp tận dụng năng lượng tự cảm "thừa" này bằng cách tích lũy vào tụ điện và sử dụng cho các lần đánh lửa sau, tạo ra hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung-điện cảm (HTĐL).
Nghiên cứu đã thành công trong việc xây dựng mô hình toán học cho HTĐL, cho phép mô tả chính xác đáp ứng của hệ thống và xác định các thông số mạch với độ chính xác cao (sai lệch dưới 7% so với thực nghiệm). Mô hình này cũng cung cấp cơ sở để lựa chọn cấu hình hệ thống và dung lượng tụ điện phù hợp, đảm bảo năng lượng đánh lửa đủ cho cả hai giai đoạn điện cảm và điện dung.
Hệ thống HTĐL điện dung-điện cảm đã được chế tạo và thử nghiệm trên động cơ 4 xy-lanh TOYOTA 1NZ-FE. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động hiệu quả và tin cậy ở các chế độ làm việc khác nhau của động cơ. Mặc dù sự khác biệt về công suất có ích (Ne) và moment có ích (Me) so với hệ thống nguyên thủy là không đáng kể (dưới 5%), HTĐL đã thể hiện khả năng tiết kiệm năng lượng đáng kể, tương ứng với 25% năng lượng sử dụng cho hệ thống đánh lửa trong một chu kỳ làm việc. Về chất lượng khí thải, các thông số CO và HC ở chế độ không tải đều đạt tiêu chuẩn khí thải Việt Nam mức 3 (TCVN 6438-2018). Luận án khẳng định tính khả thi và lợi ích của việc áp dụng HTĐL trong việc nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng cho động cơ.
1.1 Lý do chọn đề tài nghiên cứu
1.2 Các kết quả trong và ngoài nước về lĩnh vực nghiên cứu đã công bố
1.2.1 Các kết quả ngoài nước
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
1.2.3 Kết luận – Đề xuất nghiên cứu
1.3 Mục tiêu nghiên cứu và mong muốn đạt được
1.3.1 Mục tiêu chính của luận án
1.3.2 Mong muốn đạt được
1.4 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
1.4.3 Phương pháp nghiên cứu
1.5 Các nội dung chính và dự kiến kết quả nghiên cứu
1.5.1 Dự kiến các nội dung trong đề tài
1.5.2 Dự kiến kết quả nghiên cứu
2.1 Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa
2.2 Quá trình cháy trên động cơ đốt trong dùng nhiên liệu xăng
2.3 Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa
2.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại V2m
2.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa Vai
2.3.3 Hệ số dự trữ Kat
2.3.4 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S
2.3.5 Tần số và chu kỳ đánh lửa
2.3.6 Thời gian tích lũy năng lượng (ta)
2.4 Năng lượng đánh lửa
2.4.1 Phân tích năng lượng của tia lửa điện
2.4.2 Một số các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng đánh lửa
2.5 Hệ thống đánh lửa điện cảm
2.5.1 Giai đoạn tăng trưởng dòng điện sơ cấp
2.5.2 Giai đọan ngắt dòng điện ở cuộn sơ cấp
2.5.3 Giai đoạn phóng điện ở điện cực bugi
2.5.4 Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa điện cảm
2.6 Hệ thống đánh lửa điện dung
2.6.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa điện dung (CDI-capacitor discharged ignition)
2.6.2 Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa điện dung
2.7 Sức điện động tự cảm
3.1. Xây dựng mô hình toán cho hệ thống đánh lửa hỗn hợp
3.1.1 Giới thiệu mô hình đánh lửa hỗn hợp
3.1.2 Các lý luận xây dựng mô hình tính toán
3.1.3 Xây dựng mô hình toán của hệ thống đánh lửa hỗn hợp
3.1.3.1 Các tính toán hệ thống đánh lửa hỗn hợp - giai đoạn đánh lửa điện cảm
3.1.3.2 Giai đoạn tích lũy năng lượng
3.1.3.3 Giai đoạn ngắt dòng điện sơ cấp
3.1.3.4 Đánh giá tần số của i₁(t) và V1(t)
3.1.3.5 Nhận xét: Đáp ứng quá độ của dòng điện sơ cấp i₁ từ sau thời điểm ngắt dòng sơ cấp
3.2 Hiệu chỉnh mô hình toán của hệ thống đánh lửa hỗn hợp với các hệ số thực nghiệm
3.2.1 Kiểm chứng tính hợp lệ và độ chính xác của mô hình toán cho hệ thống đánh lửa hỗn hợp đã xây dựng
3.2.2 Đáp ứng dòng điện sơ cấp i₁ và điện áp sơ cấp V₁ thực nghiệm
3.2.3 Đáp ứng dòng điện sơ cấp i₁ và điện áp sơ cấp V₁ tính toán từ mô hình
3.2.3.1 Đáp ứng tính toán từ mô hình
3.2.3.2 Đáp ứng tính toán từ mô hình hiệu chỉnh
3.2.3.3 Đánh giá độ chính xác của mô hình đánh lửa hỗn hợp đã xây dựng
3.3 Hàm truyền của hệ thống đánh lửa hỗn hợp
3.4 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số trong hệ thống đến đặc tính hệ thống đánh lửa hỗn hợp
3.4.1 Ảnh hưởng của tổng trở mạch sơ cấp R đến giá trị V1 (t), i1(t)
3.4.2 Ảnh hưởng của hệ số tự cảm L₁ của cuộn sơ cấp đến đặc tính hệ thống
3.4.3 Ảnh hưởng của dung lượng tụ C₁ đến đặc tính hệ thống
3.4.3.1 Ảnh hưởng của điện dung C1 đến thời gian tích lũy năng lượng điện dung
3.4.3.2 Ảnh hưởng của điện dung tụ C₁ đến điện áp sơ cấp cực đại Vĩm và điện áp thứ cấp cực đại V2m
3.4.3.3 Ảnh hưởng của điện dung tụ C₁ đến năng lượng đánh lửa điện cảm Wac và năng lượng đánh lửa điện dung Wad
3.5 Cơ sở lựa chọn cấu hình hệ thống đánh lửa hỗn hợp và dung lượng tụ phù hợp
3.5.1 Giới thiệu các cấu hình hệ thống đánh lửa hỗn hợp
3.5.2 Xác định dải dung lượng của tụ C1 phù hợp cho hệ thống đánh lửa hỗn hợp
3.6 Các tính toán hệ thống đánh lửa hỗn hợp – giai đoạn đánh lửa điện dung
3.6.1 Mô hình tính toán
3.6.2 Xây dựng phương trình tổng quát cường độ dòng điện ia(t), sức điện động tự cảm ed(t).
3.6.3 Khảo sát các đặc tính hệ thống đánh lửa hỗn hợp – giai đoạn đánh lửa điện dung
3.6.3.1 Cường độ dòng điện ia (t) và sức điện động tự cảm ea (t)
3.6.3.2 Đánh giá ảnh hưởng tổng trở Ra đến cường độ dòng điện ia (t) và sức điện động tự cảm ea (t)
3.6.3.3 Đánh giá ảnh hưởng của hệ số tự cảm La đến cường độ dòng điện ia(t) và sức điện động ed(t)
3.6.4 Nhận xét
3.7 Kết luận chương 3
4. 1 Khảo sát hệ thống điều khiển đánh lửa trên động cơ TOYOTA 1NZ-FE theo thiết kế của nhà chế tạo
4.1.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển động cơ
4.1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa sử dụng trên động cơ ΤΟΥΟΤΑ 1 NZ-FE
4.1.3 Bộ đánh lửa
4.1.4 Điều khiển dòng điện qua cuộn sơ cấp của bobin
4.1.5 Tín hiệu đánh lửa IGT- Ignition timing
4.1.6 Tín hiệu hồi tiếp IGF
4.1.7 Sơ đồ mô tả hệ thống đánh lửa theo thiết kế của nhà chế tạo trên động cơ ΤΟΥΟΤΑ 1 NZ-FE
4.2 Chế tạo mạch đánh lửa hỗn hợp điện dung - điện cảm
4.2.1 Cơ sở lý luận khi chế tạo mạch đánh lửa hỗn hợp
4.2.2 Xác định dung lượng tụ C1
4.2.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung - điện cảm (sử dụng cho động cơ 4 xy-lanh)
4.2.4 Chế độ đánh lửa điện cảm
4.2.5 Chế độ đánh lửa điện dung
4.2.6 Mạch tạo tín hiệu IGF
4.2.7 Khảo sát sức điện động trên hệ thống đánh lửa hỗn hợp
4.2.8 Ước lượng tuổi thọ của mạch đánh lửa hỗn hợp điện dung – điện cảm
4.3 Kết luận chương 4
5.1 Thực nghiệm đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung - điện cảm
5.1.1 Nội dung thực nghiệm
5.1.2 Đối tượng thực nghiệm
5.1.3 Các yêu cầu đối với thiết bị thực nghiệm
5.1.4 Trang thiết bị thực nghiệm
5.1.5 Sơ đồ bố trí trang thiết bị thí nghiệm
5.2 Các qui trình thực nghiệm
5.2.1 Xác định đặc tính Momen có ích (Me= f(n) và công suất có ích (Ne)=f(n)
5.2.2 Xác định lượng tiêu nhiên liệu theo giờ (Gnl) và suất tiêu hao nhiên liệu riêng (ge)
5.2.3 Đánh giá chất lượng khí thải
5.3 Kết quả thực nghiệm và nhận xét
5.3.1 Đặc tính công suất có ích Ne= f(n) và moment có ích Me= f(n)
5.3.2 Đánh giá tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung - điện cảm
5.3.3 Đánh giá chất lượng khí thải
5.4 Kết luận chương 5
Kết luận
Hướng phát triển