Tài liệu Nghiên cứu thay thế hệ thống đánh lửa trên xe wave rsx 110 bằng hệ thống đánh lửa theo chương trình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ TRẦN DUY TRUNG NGHİÊN CỨU THAY THẾ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE WAVE RSX 110 BẰNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA THEO CHƯƠNG TRÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ TRẦN DUY TRUNG NGHIÊN CỨU THAY THẾ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE WAVE RSX 110 BẰNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA THEO CHƯƠNG TRÌNH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60.52.01.16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS.TRẦN THANH HẢI TÙNG Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Trần Duy Trung LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, nguồn nguyên liệu cung cấp cho con người ngày càng có xu hướng cạn kiệt. Vì vậy, vấn đề tiết kiệm nhiên liệu đã và đang được các quốc gia trên thế giới quan tâm nghiên cứu. Bên cạnh vấn đề về tiết kiệm nhiên liệu thì vấn đề về ô nhiễm môi trường cũng đang được quan tâm. Do vậy, xu hướng hiện nay rất nhiều xe máy thay thế hệ thống đánh lửa thường bằng hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình kỷ thuật số mà lợi ích lớn nhất đến từ khả năng tạo hòa khí chính xác, nhờ đó tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiểm môi trường. Qua quá trình học tập và nghiên cứu tôi thấy rằng việc thay thế hệ thống đánh lửa thường trên xe máy bằng hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình kỷ thuật số là cần thiết. Với bộ điều khiển ECU cho phép điều chỉnh chính xác lượng nhiên liệu, thời điểm đánh lửa theo từng chế độ tải trọng của động cơ, nhờ đó cải thiện được đặc tính mô men cũng như tăng tính kinh tế của động cơ và giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường. Với những lý do trên tôi chọn đề tài “Nghiên cứu thay thế hệ thống đánh lửa trên xe WAVE RSX 110 bằng hệ thống đánh lửa theo chương trình”. Với đề tài này tôi hy vọng sẽ góp phần nâng cao chất lượng dòng sản phẩm động cơ xe máy tại Việt Nam trong thời gian tới. Tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của PGS.TS.Trần Thanh Hải Tùng cũng như sự giúp đỡ tạo điều kiện của các thầy cô giáo trong bộ môn Cơ Khí Ôtô đã giúp tôi hoàn thành đề tài này. Nhưng do chưa có nhiều kinh nghiệm và trình độ bản thân còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai xót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, sự chỉ bảo của các thầy để tôi có thể ứng dụng đề tài này tốt hơn trong thực tế. Đà nẵng, Ngày 24 tháng 04 năm 2019. Học viên thực hiện Trần Duy Trung TÓM TẮT Tên đề tài: “Nghiên cứu thay thế hệ thống đánh lửa trên xe WAVE RSX 110 bằng hệ thống đánh lửa theo chương trình” Học viên: Trần Duy Trung Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 60.52.01.16. Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng. Khóa: K32 Tóm tắt: Nghiên cứu thay thế hệ thống đánh lửa trên xe WAVE RSX 110 bằng hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển, được gọi là hệ thống đánh lửa theo chương trình. Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện (dwell angle) sẽ được máy tính đảm nhận. Các thông số như tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ được các cảm biến mã hóa tín hiệu đưa vào ECU xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ. Sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến ECU động cơ tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu được lưu trong bộ nhớ để phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ, sau đó gửi tín hiệu đánh lửa thích hợp đến IC đánh lửa và góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh gần sát với đặc tính lí tưởng, năng lượng nhiệt được biến thành động lực có hiệu quả cao nhất và động cơ tạo ra áp lực nổ cực đại vào thời điểm đánh lửa, nó phát ra áp suất cực đại chậm một chút, sau khi đánh lửa và sẽ làm giảm mức độ phát thải khí CO2, NOx, HC, CO … ABSTRACT Title of the project : “Study to replace the ignition system on the WAVE RSX 110 by the ignition system according to the program” Abstract: The study replaced the ignition system on the WAVE RSX 110 by an electronically controlled ignition system, called a program ignition system. The control of the early ignition angle and the dwell angle (dwell angle) will be taken care of by the computer. Parameters such as engine speed, load, and temperature are encoded by signal sensors to be processed and calculated by ECU to provide an optimal early ignition angle according to each mode of operation of the engine. After receiving signals from the engine ECU sensors calculate the optimal ignition time stored in memory to match each engine operating mode, then send the appropriate ignition signal to the IC hit The fire and early ignition angle are adjusted close to the ideal characteristic, the thermal energy is turned into the most efficient driving force and the engine generates the maximum explosive pressure at the time of ignition, it emits pressure. Maximum yield is a bit slow, after ignition and will reduce the level of CO2, NOx, HC, CO ... emissions. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................................... LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................................. TÓM TẮT ................................................................................................................................... MỤC LỤC ................................................................................................................................... DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................................... DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................................... DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 1 1.Lý do chọn đề tài. .................................................................................................................... 1 2.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 2 3.Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................................... 2 4.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................................. 2 Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGUYÊN CỨU.............................................. 3 1.1. Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên động cơ đốt trong ..................................................... 3 1.1.1.Công dụng, phân loại, yêu cầu .......................................................................................... 3 1.1.1.1. Công dụng ..................................................................................................................... 3 1.1.1.2.Phân loại ......................................................................................................................... 3 1.1.1.3.Yêu cầu ........................................................................................................................... 3 1.1.2. Nguyên lý hoạt đông của HTĐL. ..................................................................................... 4 1.1.2.1 Nguyên lý tạo ra dòng điện cao áp. ................................................................................ 4 1.2. Lịch sử phát triển của Hệ thống đánh lửa. ........................................................................... 4 1.2.1. Kiểu điều khiển bằng má vít ............................................................................................. 4 1.2.2.Kiểu bán dẫn. ..................................................................................................................... 5 1.2.3. Kiểu bán dẫn có ESA (Đánh lửa Sớm bằng điện tử) ........................................................ 6 1.2.4. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) .................................................................................... 6 1.2.5.Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số. ............................................................... 7 1.3.Khái quát về đánh lửa sớm điện tử (ESA). ........................................................................... 7 1.3.1.Mô tả hoạt động của hệ thống ESA. .................................................................................. 9 1.3.2. Khái quát về việc điều khiển đánh lửa sớm .................................................................... 10 1.3.3. Các giai đoạn cháy của hòa khí ...................................................................................... 10 1.3.4. Điều khiển thời điểm đánh lửa. ...................................................................................... 11 1.4. Kết luận: ............................................................................................................................ 12 Chương 2 - GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN XE MÁY .......... 14 2.1. Cơ sở lý thuyết đánh lửa trên động cơ đốt trong. .............................................................. 14 2.1.1.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m ............................................................................... 14 2.1.1.2. Hiệu điện thế đánh lửa Uđl ........................................................................................... 14 2.1.1.3. Hệ số dự trữ Kdt .......................................................................................................... 15 2.1.1.4. Năng lượng dự trữ Wdt ................................................................................................ 15 2.1.1.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S ............................................................. 15 2.1.1.5. Tần số và chu kỳ đánh lửa ........................................................................................... 16 2.1.1.6 Góc đánh lửa sớm ..................................................................................................... 16 2.1.2.Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp .................................................................................. 17 2.1.3. Quá trình ngắt dòng sơ cấp ............................................................................................. 18 2.1.4. Quá trình phóng điện ở điện cực bougie. ....................................................................... 20 2.2. Lý thuyết về mạch điện tử ................................................................................................. 21 2.2.1.Giới thiệu về board Arduino Uno .................................................................................... 22 2.2.2.Giới thiệu về board Arduino Nano .................................................................................. 23 2.2.3.Giới thiệu về board Arduino Mega 2560 ......................................................................... 24 2.2.4.Quá trình xử lý tín hiệu vào của Arduino ........................................................................ 24 2.2.4.1.Chuyển đổi tương tự – số (A/D) ................................................................................... 25 2.2.4.2. Chuyển đổi xung – số .................................................................................................. 27 2.2.4.3.Chuyển đổi từ tín hiệu on/off sang tín hiệu số ............................................................. 27 2.3.Các loại cảm biến, bougie, bobine trên xe máy .................................................................. 27 2.3.1.Cảm biến vị trí bướm ga .................................................................................................. 27 2.3.1.1.Chức năng và nhiệm vụ ................................................................................................ 27 2.3.1.2. Phân loại ...................................................................................................................... 27 2.3.1.3. Cấu tạo ......................................................................................................................... 29 2.3.2.Cảm biến oxy ................................................................................................................... 29 2.3.2.1.Chức năng và nhiệm vụ ................................................................................................ 29 2.3.2.2.Nguyên lý hoạt động .................................................................................................... 29 2.3.2.3.Cấu tạo .......................................................................................................................... 29 2.3.3.Cảm biến áp suất đường ống nạp .................................................................................... 30 2.3.3.1.Chức năng nhiệm vụ ..................................................................................................... 30 2.3.3.2.Nguyên lý làm việc ....................................................................................................... 31 2.3.3.3.Cấu tạo .......................................................................................................................... 31 2.3.4.Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ..................................................................................... 31 2.3.4.1.Chức năng và nhiệm vụ ................................................................................................ 31 2.3.4.2.Nguyên lý hoạt động .................................................................................................... 31 2.3.4.3.Cấu tạo .......................................................................................................................... 32 2.3.5.Cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu ....................................................... 32 2.3.5.1.Chức năng và nhiệm vụ ................................................................................................ 32 2.3.5.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................................... 33 2.3.5.3.Cấu tạo .......................................................................................................................... 33 2.3.6. Bougie............................................................................................................................ 34 2.3.7.Bobine.............................................................................................................................. 35 2.4.Thiết bị và phần mềm thu nhận tín hiệu ............................................................................. 35 2.4.1.Module LCD I2C ............................................................................................................. 35 2.4.2.Màn hình LCD 20x4B ..................................................................................................... 37 2.5.Mô hình nội suy phần mềm lập trình điều chỉnh góc đánh lửa sớm .................................. 39 2.5.1 Mô hình nội suy theo hàm một biến ................................................................................ 39 2.5.2 Mô hình nội suy theo hàm nhiều biến ............................................................................. 41 2.6.Kết luận .............................................................................................................................. 43 Chương 3 - THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM ........................................................................... 44 3.1.Đặc điểm của xe Honda Wave 110 .................................................................................... 44 3.2.Thiết kế lắp đặt hệ thống đánh lửa điện tử lên xe máy ...................................................... 45 3.2.1.Phương án lắp đặt hệ thống đánh lửa điện tử lên xe máy ............................................... 45 3.2.1.1. Chọn phương án .......................................................................................................... 45 3.2.2.Phân tích lựa chọn các cảm biến gắn trên động cơ .......................................................... 46 3.2.2.1.Cảm biến vị trí bướm ga. .............................................................................................. 46 3.2.2.2.Cảm biến áp suất đường ống nạp ................................................................................. 47 3.2.2.3.Cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu .................................................... 47 3.3.Thiết kế lắp đặt các cảm biến lên động cơ.......................................................................... 47 3.3.1.Lắp đặt cảm biến vị trí bướm ga ...................................................................................... 47 3.3.2.Lắp đặt cảm biến áp suất khí nạp .................................................................................... 48 3.3.3.Lắp đặt cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu ........................................... 48 3.4.Mô phỏng và chế tạo mạch điều khiển đánh lửa điện tử ................................................... 49 3.4.1.Cơ sở điều khiển đánh lửa ............................................................................................... 49 3.4.2. Phương pháp điều khiển đánh lửa .................................................................................. 50 3.4.3.Tính góc đánh lửa sớm cơ bản......................................................................................... 51 3.4.4. Hiệu chỉnh góc đánh lửa theo các chế độ làm việc của động cơ .................................... 52 3.4.5.Thuật toán điều khiển đánh lửa ....................................................................................... 52 3.5.Mô phỏng chế tạo mạch điều khiển .................................................................................... 53 3.5.1. Bộ điều khiển trung tâm ................................................................................................. 53 3.5.2.Thiết kế mạch điều khiển hệ thống đánh lửa. .................................................................. 53 3.5.3.Chế tạo mạch điều khiển đánh lửa................................................................................... 53 3.6.Chương trình điều khiển đánh lửa bằng arduino ................................................................ 54 Chương 4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN .................................................... 55 4.1.Kiểm tra và chạy thử .......................................................................................................... 55 4.1.1.Quy trình kiểm tra ........................................................................................................... 55 4.1.2.Các bước tiến hành kiểm tra ............................................................................................ 55 1.1.Chạy thử ............................................................................................................................ 56 4.2.Kết quả đo ........................................................................................................................... 57 4.2.1.Kết quả đo trong phòng thí nghiệm ................................................................................. 57 KẾT LUẬN-KIẾN NGHỊ ...................................................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 62 PHỤ LỤC .................................................................................................................................. 1 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hinh 1.1. Hệ thống đánh lửa bằng má vít ......................................................................5 Hinh 1.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn .............................................................................5 Hinh 1.3. Hệ thống ESA ..................................................................................................6 Hinh 1.4 Hệ thống DIS ...................................................................................................6 Hinh 1.5 : So sánh đặc tuyến điều chỉnh góc đánh lửa sớm điện tử và cơ khí ...............7 Hinh 1.6 Sơ đồ ESA với cơ cấu đánh lửa sớm bằng điện tử ..........................................8 Hinh 1.7 Sơ đồ mạch điện mô tả hoạt động của ESA.....................................................9 Hinh 1.8: Góc đánh lửa sớm Hinh 1.10. Quá trình cháy ..............................................10 Hình 1.9 Điều khiển góc đánh lửa sớm ........................................................................12 Hinh 1.10: Bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng theo tốc độ và tải động cơ ..................12 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa. .............................................................. 17 Hình 2.2: Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa .......................17 Hình 2.3: Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp i1. .........................................................18 Hình 2.4: Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa ..................................................19 Hình 2.5: Qui luật biến đổi của dòng điện sơ cấp i1 và hiệu điện thế thứ cấp u2m .......19 Hình 2.6: Qui luật biến đổi hiệu điện thế thứ cấp U2m và cường độ dòng điện thứ cấp i2 khi transistor công suất ngắt. .....................................................................................20 Hình 2.7. Board Arduino Uno .......................................................................................22 Hình 2.9: Board Arduino Mega 2560............................................................................24 Hình 2.10 Dạng tín hiệu tương tự. ...............................................................................25 Hình 2.11 Sai số do số bit hạn chế. ..............................................................................26 Hình 2.12 : Cảm biến vị trí bướm ga loại tiếp điểm .....................................................28 Hình 2.13 : Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính ....................................................28 Hình 2.14 : Cảm biến vị trí bướm ga loại Hall ............................................................. 28 Hình 2.15: Cảm biến oxy loại nung nóng......................................................................30 Hình 2.16: Cảm biến oxy loại nung nóng......................................................................30 Hình 2.17: Cảm biến áp suất đường ống nạp ............................................................... 31 Hình 2.18: Cảm biến nhiệt độ nước. .............................................................................32 Hình 2.19: Cảm biến vị trí trục cam loại cảm biến hiệu ứng điện từ ........................... 33 Hình 2.20: Cảm biến vị trí trục cảm loại Hall .............................................................. 34 Hình 2.21: Cấu tạo buji đánh lửa .................................................................................34 Hình 2.22: Cấu tạo bô-bin đánh lửa .............................................................................35 Hình 2.23 Mạch điều khiển màn hình LCD giao tiếp I2C ............................................36 Hình 2.24 Màn hình LCD 20x4B ...................................................................................37 Hình 2.25 Sơ đồ chân màn hình LCD 20x4B ............................................................... 38 Hinh 2.26: Bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng theo tốc độ và tải động cơ ..................39 Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống đánh lửa ................................................................................45 Hình 3.2 Vị trí lắp đặt Bobine và bougie đánh lửa .....................................................46 Hình 3.3. Vị trí lắp đặt IC đánh lửa .............................................................................46 Hình 3.4. Vị trí lắp cảm biến vị trí bướm ga ................................................................ 48 Hình 3.5 Vị trí lắp đặt cảm biến áp suất khí nạp .........................................................48 Hình 3.6. Vị trí lắp đặt cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu ...............49 Hình 3.7 Quá trình điều khiển đánh lửa của ECU. ......................................................50 Hình 3.8. Sơ đồ điều khiển góc đánh lửa sớm. .............................................................. 51 Hình 3.9. Sơ đồ thuật toán điều kAhiển góc đánh lửa sớm. ..........................................52 Hình 3.11: Thiết kế mạch điều khiển hệ thống đánh lửa ..............................................53 Hình 3.12: Board mạch sau khi gia công ......................................................................54 Hình 3.13: Mạch điều khiển hệ thống phun nhiên liệu và đánh lửa điện tử hoàn chỉnh .......................................................................................................................................54 Hình 4.1: Động cơ chạy ở tốc độ 1850 vòng/phút ........................................................56 Hình 4.2: So sánh đặc tính ngoài của động cơ khi dùng Đánh lửa thường và Đánh lửa điện tử điều khiển bằng chương trình.. ...................................................................57 Hình 4.3: So sánh suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi dùng khi dùng Đánh lửa thường và Đánh lửa điện tử điều khiển bằng chương trình. ........................................58 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Bảng thông số kỹ thuật động cơ Honda Wave RSX............................ 44 Bảng 3.2: Dữ liệu nội suy góc đánh lửa theo phụ tải và số vòng quay .............. 52 Bảng 4.1: Bảng kết quả đo công suất ứng với đặc tính ngoài ở tay số 4 khi động cơ khi dùng Đánh lửa thường và Đánh lửa điện tử điều khiển bằng chương trình ..................................................................................................................... 57 Bảng 4.2: Bảng so sánh suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi dùng khi dùng Đánh lửa thường và Đánh lửa điện tử điều khiển bằng chương trình. .............. 58 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ECU(Engine Control Unit) MAP(Manifold Absolute Pressure) IAT(Intake Air Temperature) ECT(Engine Coolant Temperature) TDC(Top Dead Center) BDC(Bottom Dead Center) WOT(Wide Open Throttle) RPM (Revolutions Per Minute) VVT(Variable Valve Timing) GPS(Global Positioning System) LCD (Liquid Crystal Display) ADC(Analog to Digital Convert) TPS(Throttle Position Sensor) 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài. Theo thống kê của Cục đăng kiểm Việt Nam, hiện nay đa phần xe máy sử dụng hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí và hệ thống đánh lửa thông thường, đây là những hệ thống có nhiều nhược điểm như: + Thành phần hòa khí phụ thuộc chủ yếu vào áp suất đường ống nạp và tốc độ động cơ, nhưng trên thực tế thành phần hòa khí còn phụ thuộc vào nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, độ mở bướm ga…Hơn nữa cơ cấu điều chỉnh lượng nhiên liệu bằng cơ khí, không đảm bảo điều khiển chính xác lượng và chất của hổn hợp phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ. + Do sử dụng họng tiết lưu nên làm tăng tổn thất cơ khí, giảm hệ số nạp của động cơ. + Khi muốn lắp thêm bộ xúc tác khí xả do không duy trì được  = 1 nên hiệu suất của bộ xúc tác không cao. + Góc đánh lửa sớm được giữ cố định do đó không phù hợp với tải trọng và tốc độ của động cơ. Do những nhược điểm trên mà các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ xe máy không cao, nhất là vấn đề phát thải các khí thải độc hại. Ngày nay trước những sức ép về tiết kiệm nhiên liệu khi mà nguồn dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt cũng như việc cắt giảm hàm lượng các khí thải độc hại theo các tiêu chuẩn khí thải mới, đã thúc đẩy các nhà sản xuất áp dụng các biện pháp công nghệ đã được áp dụng trên các ôtô hiện đại vào lĩnh vực xe máy. Một trong những hướng đó là nghiên cứu thay thế hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí bằng hệ thống phun xăng, đánh lửa điện tử. Việc thay thế này đã được áp dụng trên một số dòng xe như Future Neo FI, SCR của hãng HONDA. Tuy nhiên số lượng còn hạn chế và giá thành rất đắt. Như chúng ta đã biết so với hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí và đánh lửa thông thường thì hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử có rất nhiều ưu điểm, môt trong số những ưu điểm đó như: + Có thể đạt được tỷ lệ nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ và tải trọng của động cơ. + Dễ dàng cung cấp lượng cũng như thành phần hỗn hợp đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở buớm ga. + Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn hợp khi nhiệt độ động cơ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc hay khi động cơ vượt quá tốc độ cho phép… + Hệ số nạp được nâng cao do không có họng khuyếch tán. + Có thể điều khiển hệ số dư lượng không khí λ=1 ở chế độ hoạt động chính của động cơ do vậy có thể kết hợp với bộ xúc tác khí xả ba thành phần làm giảm nồng độ các thành phần độc hại trong khí thải động cơ. 2 + Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ. Xuất phát từ những yêu cầu thực tế nhằm khắc phục các nhược điểm đã nêu của động cơ xe máy cũng như mong muốn được nghiên cứu tiếp cận và làm chủ các công nghệ hiện đại trong lĩnh vực ôtô- xe máy. Tôi đã tiến hành. Nghiên cứu thay thế hệ thống đánh lửa trên xe WAVE RSX 110 bằng hệ thống đánh lửa theo chương trình. Mục đích nghiên cứu Thay thế hệ thống đánh lửa thường trên xe máy bằng hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển theo chương trình kỷ thuật số nhằm để tận dụng các ưu điểm của nó làm giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm lượng khí thải thải ra môi trường bên ngoài. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Động cơ Honda Wave RSX 110 Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển theo chương trình kỷ thuật số 3. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lắp đặt các cảm biến lên động cơ, thay thế hệ thống đánh lửa bằng hệ thống đánh lửa mới. Nghiên cứu phần mềm Arduino, viết chương điều điều đánh lửa theo chương trình kỷ thuật số 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Sử dụng hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển theo chương trình kỷ thuật số thay cho hệ thống đánh lửa thường sẽ làm giảm mức độ phát thải khí CO2, NOx, HC, CO … góp phần thực hiện các công ước quốc tế về môi trường mà Việt Nam đã cam kết tham gia. 3 Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGUYÊN CỨU 1.1. Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên động cơ đốt trong 1.1.1.Công dụng, phân loại, yêu cầu 1.1.1.1. Công dụng Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp(6,12 hay 24V) hoặc các xung điện một xoay chiều thế hiệu thấp ( trong HTĐL bằng Manhêtô) thành các xung điện cao thế (12000 … 24000V) đủ để tạo nên tia lửa (phóng qua khe hở bougie) đốt cháy hỗn hợp làm việc trong các xi lanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp tương ứng với trình tự xi lanh và chế độ làm việc của động cơ. 1.1.1.2.Phân loại Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc , HTĐL được chia thành 3 loại: Loại đánh lửa dùng ắc quy: đây là loại đánh lửa thông thường hay HTĐL cổ điển; Loại bán dẫn hay điện tử: Với sự có mặt của các linh kiện bán dẫn trong thành phần cấu tạo. Đây là HTĐL mới, có nhiều ưu điểm hơn hẳn loại HTĐL thông thường và có xu thế thay thế dần các HTĐL thường; Loại đánh lửa bằng Manhêtô hoặc Vôlăng manhêtíc : Là loại HTĐL cao áp độc lập, không cần đến ắc quy máy phát và có độ tin cậy cao; Loại nhiều tia lửa điện liên lục: Là loại cơ cấu đánh lửa dùng để sấy nóng môi chất; Theo dạng năng lượng được tích lũy trước khi đánh lửa: Hệ thống đánh lửa được chia 2 loại: Loại điện cảm: Bao gồm các HTĐL thường, đánh lửa bán dẫn dùng Transitor, Manhêtô. Ở loại này, năng lượng đánh lửa được tích lủy trong từ trường của biến áp đặc biệt gọi là biến áp đánh lửa; Loại điện dung: là loại HTĐL mới về nguyên lý và có rất nhiều ưu điểm nên hiện nay được sử dụng nhiều trên ôtô, xe máy hiện đại. Ở loại này, năng lượng đánh lửa được tích lũy không phải trong từ trường của biến áp đánh lửa mà trong một tụ điện đặc biệt gọi là tụ tích. 1.1.1.3.Yêu cầu Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng các yêu cầu chính sau: -Phải đảm bảo thế hiệu đủ để tạo ra được tia lửa điện phóng qua khe hở giữa các điện cực của bugi; - 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; - Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế độ làm việc của động cơ; - Độ tin cậy làm việc của HTĐL phải tương ứng với độ tin cậy làm việc của động cơ. 4 1.1.2. Nguyên lý hoạt đông của HTĐL. 1.1.2.1 Nguyên lý tạo ra dòng điện cao áp. Hiện tượng tự cảm: Trường điện tứ được sinh ra khi có 1 dòng điện chạy qua một cuộn dây, kết quả là sinh ra một sức điện động và tạo ra một từ thông có hướng cản trở sự sinh ra của từ thông trong cuộn dây. Do đó dòng điện không chạy qua cuộn dây ngay khi được dẫn vào cuộn dây, mà nó sẽ tăng sau một thời gian nhất định, hơn nữa khi dòng điện chạy qua trong cuộn dây và nó bị cắt một cách đột ngột, sức điện động sinh ra cùng hướng với dòng điện (hướng cản lại sự suy giảm của từ thông). Như vậy khi dòng điện bắt đầu chạy trong cuộn dây hoặc khi các dòng điện trong cuộn dây sinh ra sức điện động có hướng tác dụng cản trở sự thay đổi từ thông trong cuộn dây. Hiện tương đó gọi là hiện tượng tự cảm. Hiện tượng tự cảm tương hỗ: Khi có hai cuộn dây được đặt trên một đường thẳng, dòng điện trong cuộn dây cuộn sơ cấp làm thay đổi sức điện động sinh ra trong cuộn dây thứ cấp có hướng cản lại sự thay đổi trong cuộn dây sơ cấp. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng tự cảm tương hỗ. 1.1.2.2. Nguyên lý của hệ thống đánh lửa. Trong động cơ xăng, hoà khí được đưa vào xi lanh và được trộn đều nhờ sự xoáy lốc của dòng khí, sau đó piston nén lại. Tới thời điểm thích hợp thi HTDL sẽ cung cấp lửa cao thế để đốt cháy hỗn hợp hoà khí. Quá trình đốt cháy đó được chia làm 3 giai đoạn là: Quá trình tăng dòng sơ cấp, quá trình ngắt dòng sơ cấp và thời kỳ xuất hiện tia lửa ở cực bougie. 1.2. Lịch sử phát triển của Hệ thống đánh lửa. 1.2.1. Kiểu điều khiển bằng má vít Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa má vít. Cam 1 của bộ chia điện quay nhờ truyền động từ trục cam của động cơ và làm nhiệm vụ mở tiếp điểm KK’, cũng có nghĩa là ngắt dòng điện sơ cấp của biến áp đánh lửa 3. Khi đó, từ thông đi qua cuộn thứ cấp do dòng điện sơ cấp gây nên sẽ mất đi đột ngột, làm xuất hiện một sức điện động cao thế trong cuộn thứ cấp W 2. Điện áp này sẽ qua con quay chia điện 4 và dây cao áp đến các bougie đánh lửa 5 theo thứ tự thì nổ của động cơ. Khi điện áp thứ cấp đạt giá trị đánh lửa, giữa hai điện cực của bougie sẽ xuất hiện tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp trong xi lanh. Kiểu hệ thống đánh lửa này có cấu tạo cơ bản nhất. Trong kiểu hệ thống đánh lửa này, dòng sơ cấp và thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng cơ. Dòng sơ cấp của bô bin được điều khiển cho chạy ngắt quãng qua tiếp điểm của vít lửa. Bộ điều chỉnh đánh lửa sớm li tâm tốc và chân không điều khiển thời điểm đánh lửa. Bộ chia điện sẽ phân phối điện cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bougie. Trong kiểu hệ thống đánh lửa này tiếp điểm của vít lửa cần được điều chỉnh thường xuyên hoặc thay thế. Một điện 5 trở phụ được sử dụng để giảm số vòng dây của cuộn sơ cấp, cải thiện đặc tính tăng trưởng dòng của cuộn sơ cấp, và giảm đến mức thấp nhất sự giảm áp của cuộn thứ cấp ở tốc độ cao. Hinh 1.1. Hệ thống đánh lửa bằng má vít 1.2.2.Kiểu bán dẫn. Hinh 1.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn Đối với hệ thống đánh lửa cơ khí, tiếp điểm của hệ thống yêu cầu phải được kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ vì chúng bị hỏng bởi các tia lửa hồ quang trong quá trình sử dụng làm mòn tiếp điểm dẫn đến thời điểm đánh lửa thiếu chính xác. Để khắc phục khuyết điểm đó vào những năm 1970 người ta đã phát minh ra hệ thống đánh lửa bán dẫn. Hệ thống đánh đã sử dụng các linh kiện bán dẫn tramsitor để đóng mở dòng điện sơ cấp thay thế cho tiếp điểm kim loại. Từ đó nâng cao tính hiệu quả của hệ thống đánh lửa và xóa bỏ yêu cầu bảo dưỡng định kỳ, như vậy giảm được 6 giá thành bảo dưỡng cho người sử dụng và tạo được tia lửa mạnh ở điện cực bougie, đáp ứng tốt ở các chế độ làm việc của động cơ, tuổi thọ cao. Trong kiểu hệ thống đánh lửa này transistor điều khiển dòng sơ cấp, để nó chạy một cách gián đoạn theo đúng các tín hiệu điện được phát ra từ bộ phát tín hiệu. Góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng cơ như trong kiểu hệ thống đánh lửa bằng vít hoặc có thể dùng các cảm biến vị trí như loại quang, Hall. 1.2.3. Kiểu bán dẫn có ESA (Đánh lửa Sớm bằng điện tử) Trong kiểu hệ thống đánh lửa này không sử dụng bộ đánh lửa sớm chân không và li tâm. Thay vào đó, chức năng ESA của Bộ điều khiển điện tử (ECU) sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm. Hinh 1.3. Hệ thống ESA 1.2.4. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) Thay vì sử dụng bộ chia điện, hệ thống này sử dụng bô bin đơn hoặc đôi cung cấp điện cao áp trực tiếp cho bougie. Thời điểm đánh lửa được điều khiển bởi ESA của ECU động cơ. Trong các động cơ gần đây, hệ thống đánh lửa này chiếm ưu thế. Hinh 1.4 Hệ thống DIS 7 1.2.5.Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số. Được gọi là hệ thống đánh lửa theo chương trình. Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện (dwell angle) sẽ được máy tính đảm nhận. Các thông số như tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ được các cảm biến mã hóa tín hiệu đưa vào ECU (electronic control unit) xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ. 1.3.Khái quát về đánh lửa sớm điện tử (ESA). Hệ thống ESA là một hệ thống dùng ECU động cơ để xác định thời điểm đánh lửa dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau. Số tín hiệu vào càng nhiều thì việc xác định góc đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác. Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử có thể chia thành 3 thành phần: tín hiệu vào (input signals), ECU và tín hiệu điều khiển igniter (output signals). Hinh 1.5 : So sánh đặc tuyến điều chỉnh góc đánh lửa sớm điện tử và cơ khí