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

IH C G TRƯỜ G I H C BÁCH KHOA ------------------------------- Ỗ H GHI H TH GƯU CỨU THI T K V CH T O G Á H ỬA CHO C U V T S TH C S GC T XY A H THAY ỔI G HC KH à ẵng - ăm 2018 G C IH C G TRƯỜ G I H C BÁCH KHOA ------------------------------- Ỗ H GHI H TH GƯU CỨU THI T K V CH T O G Á H ỬA CHO C T S GC THAY ỔI Chu n ngành: C s : 60.52.01.16 U V TH C S T XY A H G h ng HC KH c G C NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS DƢƠNG VIỆT DŨNG à ẵng - ăm 2018 i ỜI CA OA Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình đƣợc phát triển trên động cơ Diesel D28 có tỉ số nén thay đổi là đề tài luận văn cao học cùng khóa K32, chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí động lực của Kỹ sƣ Lê Đức Trọng Nguyễn. Vì vậy, các số liệu và kết quả đã nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực, không sửa đổi và chƣa đƣợc công bố ở trong bất kỳ công trình nào khác. Với luận văn này, nay tôi xin trình bày và công bố trƣớc hội đồng xét duyệt. Nếu có gì sai sót tôi xin chịu mọi hoàn toàn trách nhiệm trƣớc hội đồng xét duyệt. Tác giả ĐỖ PHÚ NGƢU ii ỜI CẢ Sau một thời gian học tập và thực hiện luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, ngoài sự nổ lực của bản thân, tác giả chân thành cảm ơn các thành viên thực hiện trong nhóm đề tài luận văn tốt nghiệp thực hiện trên động cơ cải tạo từ động cơ Diesel D28, đến nay luận văn đã hoàn thành. Tác giả vô cùng biết ơn quý thầy trong Khoa Cơ khí Giao thông - Trƣờng Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, đặc biệt là Thầy PGS. TS Dƣơng Việt Dũng đã hƣớng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình và đóng góp quan trọng trong định hƣớng nghiên cứu của đề tài. Do hạn chế về khả năng, đề tài đƣợc thực hiện mới hoàn toàn, trong điều kiện thiếu thiết bị kiểm thử, thiếu thời gian cũng nhƣ nguồn thông tin nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong tiếp tục nhận đƣợc những ý kiến đóng góp để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận văn iii T TẮT Luận văn trình bày nội dung thiết kế chế tạo hệ thống đánh lửa và bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm trên động cơ một xy lanh Diesel D28 thay đổi tỉ số nén dùng trong thí nghiệm. Thực nghiệm so sánh khả năng phát công suất của động cơ ở tốc độ 2 v ng phút và 4 v ng phút khi sử dụng nhiên liệu xăng thƣơng phẩm RON 92 với góc đánh lửa thay đổi từ 50 đến 250 và các tỉ số nén từ 9,75 đến 11,0. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi sử dụng nhiên liệu xăng RON 92, khi tăng tỉ số nén động cơ từ 9,75 lên 10,0, kết quả thực nghiệm cho thấy góc đánh lửa tối ƣu động cơ thay đổi tƣơng ứng giảm 2,50. Ở cùng tỉ số nén, động cơ thí nghiệm Diesel D28 thay đổi tỉ số nén chạy nhiên liệu xăng RON 92 khi tăng tốc độ động cơ từ 2 v ng phút đến 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm động cơ tăng tƣơng ứng .250. Công suất động cơ thí nghiệm Diesel D28 thay đổi tỉ số nén cao nhất ở tốc độ 4 ứng với tỉ số nén 10,25, góc đánh lửa sớm 17,50, khi chạy ở tỉ số nén 11,0 động cơ bị kích nổ. Đề tài luận văn Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đánh lửa cho động cơ một xy lanh có tỉ số nén thay đổi đƣợc phát triển trên cơ sở động cơ có tỉ số nén thay đổi đƣợc kỹ sƣ Lê Đức Trọng Nguyễn thiết kế trong luận văn nghiên cứu cao học, Nghiên cứu thiết kế động cơ thí nghiệm một xy lanh có tỉ số nén thay đổi . ABSTRACT The thesis presents the design of the ignition system and the ignition timing control on a diesel engine. D28 changes the compression ratio used in the experiment. Experimental comparison of engine power output at 1200 rpm and 1400 rpm when using petrol RON 92 fuel with ignition angle varies from 150 to 250 and the compression ratio from 9,75 to 11,0. Research results show that the D28 test engine has a variable compression ratio using RON 92 gasoline fuel, as the engine compression ratio increases from 9,75 to 10,0, the experimental results show that the optimum ignition angle Mechanical change decreased by 2,50. At the same compression ratio, the D28 diesel engine changes the compression ratios of the RON 92 gasoline fueled gasoline fueled engines by increasing the engine speed from 1200 rpm to 1400 rpm, early engine ignition angle increased by 1,250. The engine power of the D28 diesel engine changes the compression ratio to the highest at 1400 with a compression ratio of 10,25, an early ignition angle of 17,50, when running at the compression ratio of 11,0 engines being detonated. Thesis "Study design and manufacture of ignition system for a cylinder engine with variable compression ratio" was developed on the basis of a variable compression ratio engine designed by engineer Le Duc Trong Nguyen "Study on engine design for a cylinder with variable compression ratio". iv ỤC ỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i TÓM TẮT...................................................................................................................... iii ABSTRACT .................................................................................................................. iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .......................................................................................xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... xii MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 . T NH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ T I ...............................................................................1 2. MỤC TI U NGHI N CỨU ........................................................................................1 3. Đ I TƢ NG V PH M VI NGHI N CỨU ............................................................ 1 4. PHƢƠNG PHÁP NGHI N CỨU ...............................................................................2 5. CỤC ĐỀ T I ........................................................................................................2 Chƣơng . TỔNG QUAN................................................................................................ 4 . TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL D28 .......................................................... 4 . . . Thông số kỹ thuật. .................................................................................................4 . .2. Đặc điểm kết cấu động cơ Diesel D28. .................................................................4 2. .2. . Nắp máy . ............................................................................................................5 2. .2.2. Cơ cấu phân phối khí. ......................................................................................... 6 2.1.2.3. Thân máy. ...........................................................................................................6 2.1.2,5. Pít tông. ...............................................................................................................7 2. .2.6. Thanh truyền. ......................................................................................................8 2. .2.7. Trục khuỷu. .........................................................................................................9 2.1.2.8. Hệ thống bôi trơn và làm mát. ..........................................................................10 2. .2.9. Hệ thống nhiên liệu . ........................................................................................ 11 .2. TỔNG QUAN VỀ HỆ TH NG ĐÁNH LỬA ....................................................... 13 .2. . Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa trên ôtô. ..................................13 1.2.1.1. Nhiệm vụ ..........................................................................................................13 .2. .2. Yêu cầu .............................................................................................................13 1.2.1.3. Phân loại ...........................................................................................................14 .2.2. Các hệ thống đánh lửa cơ bản dùng trên ô tô. .....................................................15 .2.2. . Hệ thống đánh lửa bằng tiếp điểm vít lửa ......................................................16 .2.2.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn ...............................................................................22 .2.2.3. Hệ thống đánh lửa điều khiển từ ECU có bộ chia điện ....................................34 .2.2.4. Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng ECU không bộ chia điện. ........................ 35 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................41 2. . ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ DIESEL D28 THAY ĐỔI TỈ S NÉN. .......41 2. . . ản vẽ kết cấu nắp máy động cơ Diesel D28 thay đổi tỉ số nén ......................... 41 v 2. .2. Nắp máy động cơ Diesel D28 thay đổi tỉ số nén. ................................................44 2. .3. Động cơ Diesel D28 thay đổi tỉ số nén 8.5 – .5 thiết kế chế tạo hệ thống đánh lửa của đề tài. .............................................................................................................46 2. .3. . Phƣơng án thiết kế ............................................................................................ 46 2. .3.2. Tính toán pít tông động cơ ở tỉ số nén .5 ......................................................47 2.2. CÁC THÔNG S CHỦ YẾU CỦA HỆ TH NG ĐÁNH LỬA. .......................... 50 2.2. . Thông số hệ thống đánh lửa. ...............................................................................50 2.2. . . Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m ...................................................................50 2.2. .2. Hiệu điện thế đánh lửa Uđl ................................................................................50 2.2. .3. Hệ số dự trữ Kdt. ............................................................................................... 51 2.2. .4. Năng lƣợng dự trữ Wdt. ....................................................................................51 2.2. .5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S ..................................................52 2.2. .6. Tần số và chu kỳ đánh lửa. ...............................................................................52 2.2. .7. Năng lƣợng tia lửa và thời gian phóng điện. ....................................................52 2.2. .8. Góc đánh lửa sớm. ............................................................................................ 53 2.2.2. Lý thuyết đánh lửa trong ô tô. .............................................................................53 2.2.2. . Quá trình tăng trƣởng d ng sơ cấp ...................................................................54 2.2.2.2. Quá trình ngắt d ng sơ cấp ...............................................................................57 2.2.2.3. Quá trình phóng điện ở điện cực bugi bugi ......................................................59 2.2.3. Sự cần thiết phải điều khiển thời điểm đánh lửa .................................................61 2.2.2. . Giai đoạn cháy trễ ............................................................................................ 62 2.2.2.2. Giai đoạn lan truyền ngọn lửa .........................................................................63 2.2.3. Điều khiển thời điểm đánh lửa ............................................................................64 2.2.3. . Điều khiển tốc độ động cơ ................................................................................64 2.2.3.2. Điều khiển theo tải trọng của động cơ .............................................................. 64 2.2.3.3. Điều khiển tiếng gõ động cơ.............................................................................65 CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ, CHẾ T O HỆ TH NG ĐÁNH LỬA ................................ 67 CHO ĐỘNG CƠ MỘT XY LANH CÓ TỈ S NÉN THAY ĐỔI ................................ 67 3. PHƢƠNG ÁN CHỌN HỆ TH NG ĐÁNH LỬA THIẾT KẾ. .............................. 67 3.1.1. Phƣơng án thiết kế tƣơng tự hệ thống đánh lửa xe gắn máy ............................... 67 3. . . . Hệ thống đánh lửa xoay chiều AC - CDI : ....................................................... 67 3. . .2. Hệ thống đánh lửa một chiều DC - CDI: .......................................................... 67 3. .2. Phƣơng án thiết kế tƣơng tự HTĐL bán dẫn không tiếp điểm của ô tô ..............68 3. .3. Hệ thống đánh lửa thiết kế: .................................................................................68 3.2. PHƢƠNG ÁN CHỌN CÁC THIẾT Ị HTĐL......................................................69 3.2. . Phƣơng án chọn cảm biến điện từ: ......................................................................69 3.2.2. Phƣơng án chọn IC đánh lửa: ..............................................................................70 3.2.3. Phƣơng án chọn Bô bin đánh lửa: .......................................................................71 3.2.4. Phƣơng án chọn dây cao áp: ................................................................................72 vi 3.2,5. Phƣơng án chọn Bugi đánh lửa: ..........................................................................72 3.3. PHƢƠNG ÁN TR HỆ TH NG ĐÁNH LỬA TR N ĐỘNG CƠ. ...............74 3.3. . Phƣơng án bố trí lắp đặt bugi trên nắp máy ........................................................ 74 3.3.2. Phƣơng án bố trí lắp đặt cảm biến đánh lửa trên động cơ ...................................77 3.3.2. . Phƣơng án bố trí cảm biến đánh lửa .................................................................77 3.3.2.2. Phƣơng án gia công lắp đặt v ng thay đổi từ ...................................................78 3.3.3. Chế tạo hệ thống đánh lửa trên động cơ .............................................................. 79 3.3.3. . Gia công, gá lắp bugi. ....................................................................................... 79 3.3.3.2. Gia công v ng thép thay đổi từ ........................................................................80 3.3.3.3. Gia công bách lắp cảm biến..............................................................................80 3.4. THIẾT KẾ ĐIỀU CHỈNH GÓC ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ ...................................82 3.4. . Phƣơng án thiết kế: .............................................................................................. 82 3.4.2. Phƣơng án lựa chọn ............................................................................................. 83 3.4.3. Thiết kế chế tạo bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm động cơ .................................83 3.5. HO T ĐỘNG V THỬ NGHIỆM HỆ TH NG ĐÁNH LỬA ............................ 84 3.5. . Kiểm tra thông số hệ thống đánh lửa...................................................................84 3.5.2. Kiểm tra hoạt động hệ thống đánh lửa ................................................................ 84 KẾT LUẬN: ..................................................................................................................85 CHƢƠNG 4: TH C NGHIỆM ĐÁNH GIÁ T NH N NG K THUẬT ĐỘNG CƠ KHI THAY ĐỔI GÓC ĐÁNH LỬA SỚM, THAY ĐỔI TỈ S NÉN. ........................ 86 4. . MỤC Đ CH THỬ NGHIỆM. .................................................................................86 4.2. Đ I TƢ NG THỬ NGHIỆM. ..............................................................................86 4.3. QUY TRÌNH V PH M VI THỬ NGHIỆM. ......................................................86 4.3. . Quy trình thực nghiệm. ........................................................................................ 86 4.3.2 Phạm vi thử nghiệm. ............................................................................................. 87 4.4. SƠ ĐỒ TR THỬ NGHIỆM V TRANG THIẾT Ị THỬ NGHIỆM. .........87 4.4. . Giới thiệu về thiết bi thử công suất động cơ. ......................................................87 4.4.2. Các bộ phận thuộc băng thử công suất. ............................................................... 89 4.4.2. . Hệ thống đo lƣờng ........................................................................................... 89 4.4.2.2. Phanh thủy lực. ............................................................................................... 89 4.4.2.3 Các tín hiệu cảm biến đầu vào. ..........................................................................90 4.4.2.4. Các thiết bị xử lý tín hiệu. ................................................................................93 4.4.2,5. Tổng quan phần mềm. ......................................................................................95 4.5. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM. ...................................................................................97 4.5. . Kết quả đo công suất động cơ trên băng thử tải ..................................................97 4.5.2. Đánh giá kết quả thử nghiệm. ............................................................................100 KẾT LUẬN V TRIỂN VỌNG .................................................................................101 T I LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................102 vii Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình DA H ỤC HÌ H Ả H . . Động cơ Diesel D28 ........................................................................................4 .2. Kết cấu nắp máy động cơ Diesel D28 ............................................................. 5 .3. Nắp máy động cơ Diesel D28..........................................................................5 .4. Cấu tạo của hệ thống phân phối khí. ............................................................... 6 .5. Thân máy động cơ Diesel D28. .......................................................................7 .6. Kết cấu pít tông động cơ Diesel D28 .............................................................. 8 .7. Đỉnh pít tông động cơ Diesel D28 ...................................................................8 .8. Cấu tạo thanh truyền ........................................................................................9 .9. Thanh truyền động cơ Diesel D28 ...................................................................9 . . Kết cấu của trục khuỷu ................................................................................10 . . Trục khuỷu động cơ Diesel D28 .................................................................10 . 2. Cấu tạo bơm cao áp .....................................................................................11 . 3. V i phun nhiên liệu .....................................................................................12 . 4. Thời điểm đánh lửa sớm ..............................................................................13 . 5. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bằng tiếp điểm vít lửa) .......................................16 . 6. Vít điều khiển hệ thống đánh lửa ................................................................ 16 . 7. Cấu tạo, hình dạng Bô bin điện ...................................................................18 . 8. Hình dạng bộ chia điện ................................................................................19 . 9. Hình dạng, kết cấu dây cao áp .....................................................................20 .2 . Hình dạng bugi ............................................................................................ 21 .2 . Kết cấu bugi .................................................................................................21 .22. Tụ điện .........................................................................................................22 .23. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển bằng tiếp điểm ......................24 .24. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển của Motorola........................ 25 .25. Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên .................................................25 .27. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng điện từ ................................................27 .3 . Sơ đồ nguyên lý làm việc của cảm biến quang ...........................................29 .3 . Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall ........................................................ 30 .32. Sơ đồ cấu tạo cảm biến Hall ........................................................................30 .33. Cấu tạo bộ chia điện với cảm biến Hall ......................................................31 .34. Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall ........................................................ 32 .35. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall OSCH .................................32 .36. Hệ thống đánh lửa điều khiển từ ECU có bộ chia điện ............................... 34 .37. Bô bin hệ thống đánh lửa không bộ chia điện .............................................36 .38. Sơ đồ mạch đánh lửa động cơ Uaz 36 2 dùng bô bin đôi......................... 37 .39. Sơ đồ mạch của động cơ 4 xylanh kiểu igniter đặt trong bô bin .................38 .4 . Sơ đồ của động cơ 4 xylanh ở hãng Toyota ................................................39 .4 . Kết cấu modul đánh lửa trực tiếp hãng Toyota ...........................................40 viii Hình 2. . Hình chiếu đứng nắp máy trƣớc khi gia công ...............................................41 Hình 2.2. Mặt cắt nắp máy trƣớc khi gia công .............................................................. 42 Hình 2.3. Mặt cắt xy lanh pít tông thứ nhất bố trí trên nắp máy ...................................42 Hình 2.4. Mặt cắt xy lanh pít tông thứ hai bố trí trên nắp máy .....................................43 Hình 2,5. Mặt cắt xy lanh pít tông thứ hai bố trí trên nắp máy .....................................43 Hình 2.6. Cơ cấu thay đổi tỉ số nén bố trí trên nắp máy động cơ D28 .......................... 44 Hình 2.7. Nắp máy động cơ D28 bố trí cơ cấu thay đổi tỉ số nén .................................44 Hình 2.8. Cơ cấu thay đổi tỉ số nén bố trí trên nắp máy động cơ D28 .......................... 45 Hình 2.9. Động cơ Diesel D28 thay đổi tỉ số nén.......................................................... 45 Hình 2. . Mặt cắt pít tông động cơ D28 nguyên bản ..................................................47 Hình 2. . Mặt cắt đỉnh pít tông dùng nhiên liệu xăng động cơ có tỉ số 7 .................48 Hình 2.13. Pít tông động cơ nhiên liệu xăng ở tỉ số nén ..........................................50 Hình 2. 4. Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải động cơ ...........51 Hình 2. 5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa. ............................................................ 54 Hình 2. 6. Sơ đồ tƣơng đƣơng của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa ......................54 Hình 2 7. Quá trình tăng trƣởng d ng sơ cấp I . ......................................................... 55 Hình 2. 8. Sơ đồ tƣơng đƣơng của hệ thống đánh lửa .................................................58 Hình 2. 9. Qui luật biến đổi d ng điện sơ cấp I và hiệu điện thế thứ cấp U2m .........59 Hình 2.2 . Qui luật biến đổi hiệu điện thế thứ cấp U2m và cƣờng độ d ng điện thứ cấp I2 khi transistor công suất ngắt. ..............................................................................60 Hình 2.2 . Thời điểm đánh lửa sớm ..............................................................................62 Hình 2.22. Giai đoạn cháy trễ ........................................................................................ 62 Hình 2.23. Giai đoạn lan truyền ngọn lửa .....................................................................63 Hình 2.24. Thời điểm đánh lửa ......................................................................................64 Hình 2.25. Thay đổi góc đánh lửa sớm theo tải của động cơ ........................................65 Hình 2.26. Thay đổi góc đánh lửa sớm theo tiếng gõ động cơ .....................................66 Hình 3. . Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng điện từ ..................................................68 Hình 3.2. Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên ...................................................69 Hình 3.3. Kết cấu cảm biến, và cuộn dây nhận tín hiệu cảm biến đánh lửa .................70 Hình 3.4. Sơ đồ cấu tạo IC đánh lửa Toyota .................................................................71 Hình 3.5. IC đánh lửa Toyota ........................................................................................ 71 Hình 3.6. Kết cấu bô bin điện, bô bin Toyota ............................................................... 72 Hình 3.7. Hình dạng, kết cấu dây cao áp .......................................................................72 Hình 3.8. Dây cao áp Toyota ......................................................................................... 72 Hình 3.9. Hình dạng bugi .............................................................................................. 73 Hình 3. . ản vẽ mặt cắt dọc nắp máy ........................................................................74 Hình 3. . ản vẽ mặt bề mặt nắp máy ........................................................................75 Hình 3. 2. ản vẽ kết cấu v i phun dầu và bugi chọn gia công ...................................76 Hình 3. 3. ản vẽ Bugi trong l ng v i phun ................................................................ 76 ix Hình 3. 4. Mặt trƣớc và mặt sau động cơ Diesel D28 ..................................................77 Hình 3. 5. ản vẽ thiết kế vành thay đổi từ lắp trên bánh đà .......................................78 Hình 3. 6. Cảm biến đánh lửa thiết kế ..........................................................................79 Hình 3.17. Bugi đƣợc gia công lắp trong l ng v i phun ...............................................79 Hình 3. 8. Vành rô to thay đổi từ ..................................................................................80 Hình 3. 9. ách gá lắp và cảm biến sau gia công ......................................................... 80 Hình 3.2 . Vị trí vành rô to thay đổi từ .........................................................................81 Hình 3.2 . Vị trí tƣơng ứng cảm biến sau gia công ......................................................81 Hình 3.22. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sau gia công chế tạo ........................................82 Hình 3.22. Hệ thống đánh lửa bán dẫn lắp đặt trên động cơ .........................................82 Hình 3.23. ản vẽ cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa ....................................................... 83 Hình 3.24. Cơ cấu thay đổi góc đánh lửa sớm .............................................................. 84 Hình 4. . Các bộ phận của băng thử công suất POWER TEST 5 HP ....................... 88 Hình 4.2. Đƣờng đặc tính tốc độ gây tải .......................................................................89 Hình 4.3. Cấu tạo phanh thủy lực ..................................................................................90 Hình 4.4. Cảm biến lực cánh tay đ n. ...........................................................................90 Hình 4.5. Cảm biến tốc độ. ........................................................................................... 91 Hình 4.6. Cảm biến tiêu hao nhiên liệu. ........................................................................91 Hình 4.7. Cảm biến áp suất nhớt. ..................................................................................92 Hình 4.8. Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát...................................................................92 Hình 4.9. Cảm biến nhiệt độ nƣớc phanh thủy lực........................................................ 92 Hình 4. . Cảm biến áp suất nƣớc vào..........................................................................93 Hình 4. . Hệ thống điều khiển ga tự động. .................................................................93 Hình 4. 2. iến tần điều khiển động cơ điện. ............................................................... 94 Hình 4. 3. Thiết bị hiệu chuẩn cảm biến lực. ............................................................... 94 Hình 4. 4. Máy tính để thu thập xử lý tín hiệu. ............................................................ 95 Hình 4. 5. Giao diện phần mềm. ...................................................................................95 Hình 4. 6. Giao diện chƣơng trình chạy thử nghiệm thủ công. ....................................96 Hình 4. 7. Giao diện chƣơng trình chạy thử nghiệm tự động .......................................96 Hình 4. 8. So sánh đặc tính cục bộ khi động cơ D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng RON 92 ở tỉ số nén 9,75 với các tốc độ 2 , 4 v ng phút ........................... 97 Hình 4. 9. So sánh đặc tính cục bộ khi động cơ D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng RON 92 ở tỉ số nén 10,0 với các tốc độ 2 , 4 v ng phút ........................... 98 Hình 4.2 . So sánh đặc tính cục bộ khi động cơ D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng RON 92 ở tỉ số nén 10,25 với các tốc độ 2 , 4 v ng phút ......................... 98 Hình 4.2 . So sánh đặc tính cục bộ khi động cơ D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng RON 92 ở tỉ số nén 10,5 với các tốc độ 2 , 4 v ng phút ........................... 99 Hình 4.22. So sánh đặc tính cục bộ khi động cơ D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng RON 92 ở tỉ số nén 11,0 với các tốc độ 2 , 4 v ng phút .........................100 x DA H ỤC BẢ G ảng . . Thông số kỹ thuật động cơ Diesel D28........................................................... 4 ảng 2. . Thông số kỹ thuật động cơ Diesel D28 có tỉ số nén thay đổi. ......................46 ảng 4. . Kết quả thực nghiệm công suất khi động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng thƣơng phẩm Ron 92 ở tỉ số nén 9,75 với các tốc độ 2 v ng phút, 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm thay đổi từ 50 đến 250 ....................... 97 ảng 4.2. Kết quả thực nghiệm công suất khi động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng thƣơng phẩm Ron 92 ở tỉ số nén 10,0 với các tốc độ 2 v ng phút, 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm thay đổi từ 50 đến 250 ....................... 97 ảng 4.3. Kết quả thực nghiệm công suất khi động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng thƣơng phẩm Ron 92 ở tỉ số nén 10,25 với các tốc độ 2 v ng phút, 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm thay đổi từ 50 đến 250 ....................... 98 ảng 4.4. Kết quả thực nghiệm công suất khi động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng thƣơng phẩm Ron 92 ở tỉ số nén 10,5 với các tốc độ 2 v ng phút, 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm thay đổi từ 50 đến 250 ....................... 99 ảng 4.5. Kết quả thực nghiệm công suất khi động cơ thí nghiệm D28 có tỉ số nén thay đổi chạy bằng xăng thƣơng phẩm Ron 92 ở tỉ số nén 11,0 với các tốc độ 2 v ng phút, 4 v ng phút, góc đánh lửa sớm thay đổi từ 50 đến 250 ....................... 99 xi DA H Ne [Kw] n [Vòng/phút] Dxl [mm] S1 [mm] Vh [cm3] x [mm]  [-] 0 [-] Uđl [V] K [-] P [kg/cm2] T [0K]  [m] Kdt [-] U2m [V] Wdt [W.s] L1 [H] Ing [A] S [V/ms ΔU2 [V] Δt [ms] f [Hz] Z [-] T [-] td [s] tm [s] Wp [W.s] WC [W.s] WL [W.s] C2 [F] Uđl [V] L2 [H] i2 [A] [0 ]  opt Pbđ [kg/cm2] ỤC CÁC KÝ HI U Công suất động cơ Số v ng quay trục khuỷu động cơ Đƣờng kính xy lanh Hành trình pít tông Thể tích công tác xy lanh Khoảng cách từ điểm đánh lửa sớm đến ĐCT Tỉ số nén Góc đánh lửa sớm Điện áp đánh lửa Hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp khí Áp suất trong buồng cháy tại thời điểm đánh lửa Nhiệt độ ở điện cực trung tâm bugi thời điểm đánh lửa Khe hở giữa hai điện cực gugi Hệ số dự trữ Kdt = 1,5 - 1,8) Điện áp thứ cấp cực đại Năng lƣợng dự trữ trên cuộn sơ cấp Độ tự cảm cuộn sơ cấp của bôbin [H]. Cƣờng độ d ng điện sơ cấp thời điểm transistor ngắt Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp. Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp. Thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp. Tần số đánh lửa. Số xylanh động cơ. Chu kỳ đánh lửa Thời gian vít đóng hay transistor công suất dẫn. Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt. Năng lƣợng của tia lửa. Năng lƣợng thành phần tia lửa có tính điện dung. Năng lƣợng thành phần tia lửa có tính điện cảm. Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi. Hiệu điện thế đánh lửa. Độ tự cảm của mạch thứ cấp. Cƣờng độ d ng điện mạch thứ cấp. Góc đánh lửa sớm tối ƣu. Áp suất trong buồng cháy tại thời điểm đánh lửa. xii tbđ [0C] P [kg/cm2] twt [0C] tmt [0C] No [-] T1 T2 T3 ET1 BT1 CT1 R1 [] R2 [] R3 [] R4 [] R5 [] R6 [] R7 [] D1 D2 Des C1 C2 Us [V] Nhiệt độ đốt. Áp suất trên đƣờng ống nạp. Nhiệt độ làm mát động cơ. Nhiệt độ môi trƣờng. Chỉ số octan của xăng. Transistor 1 Transistor 2 Transistor 3 Chân Emitter Transistor T1 Chân Base Transistor T1 Chân Collector Transistor T1 Điện trở Điện trở 2 Điện trở 3 Điện trở 4 Điện trở 5 Điện trở 6 Điện trở 7 Đi ốt Đi ốt 2 Đi ốt ổn áp Tụ điện Tụ điện 2 Điện áp sinh ra của cảm biến đánh lửa DA H ĐCT (TDC) BTDC ATDC W ECU HTĐL CDI ỤC TỪ VI T TẮT Điểm chết trên Trƣớc điểm chết trên Sau điểm chết trên Cuộn dây (Electronic Control Unit) bộ xử lý và điều khiển điện tử trung tâm Hệ thống đánh lửa (Capacitor Discharge Ignition) Đánh lửa xả tụ điện 1 Ở ẦU 1 T H CẤ THI T CỦA T I Ảnh hƣởng của góc đánh lửa sớm và tỉ số nén của động cơ đến hiệu quả của quá trình cháy của động cơ đốt trong luôn là đề tài nghiên cứu của các nhà phát triển ô tô. Hiệu suất của quá trình cháy động cơ xăng phụ thuộc rất lớn vào tỉ lệ h a trộn nhiên liệu, góc đánh lửa sớm, tỉ số nén động cơ, nếu hệ thống đánh lửa tốt, đúng thời điểm, tỉ số nén cao thì quá trình cháy càng diễn ra triệt để. Theo những nghiên cứu cho thấy khi tăng tỉ số nén từ 8: lên 4: thì hiệu suất của quá trình cháy bên trong động cơ có thể tăng từ 5 % lên đến 65% mức tăng 5% tuy nhiên việc thay đổi tỉ số nén cao hơn thì góc đánh lửa sớm tối ƣu của động cơ cũng thay đổi để công suất động cơ đạt cao nhất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm khí xả. ên cạnh đó việc thay đổi tỉ số nén đối với các động cơ xăng không thể tăng mãi bởi nếu tỉ nén quá lớn thì hỗn hợp xăng và nhiên liệu khi đi vào bên trong buồng cháy có thể sẽ tự bốc cháy mà không cần bugi và gây ra hiện tƣợng kích nổ của động cơ, cháy không kiểm soát làm giảm công suất và có thể làm hƣ hỏng động cơ. Yêu cầu đặt ra cần có thiết bị để có thể nghiên cứu, thí nghiệm đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của góc đánh lửa sớm đến công suất động cơ đốt trong ở các tỉ số nén khác nhau. Đồng thời nghiên cứu thời điểm kích nổ của động cơ dùng nhiên liệu xăng với các tỉ số nén cao. Đề tài đƣợc phát triển dựa trên đề tài luận văn cao học ut t t t t s t cải tạo từ động cơ diesel D28 của Kỹ sƣ Lê Đức Trọng Nguyễn, với hƣớng phát triển theo tên gọi của đề tài luận văn là ut t v t t t t s t . Với sự kết hợp này, chúng em cùng nhau thiết kế và tạo ra một động cơ thí nghiệm sử dụng đa nhiên liệu có thể thay đổi đƣợc góc đánh lửa sớm, thay đổi đƣợc tỉ số nén sử dụng để thí nghiệm. Sau khi hoàn thiện động cơ, thực nghiệm kiểm nghiệm đánh giá công suất của động cơ với các nhiên liệu khác nhau và nghiên cứu ảnh hƣởng của góc đánh lửa sớm, tỉ số nén đến công suất và các đặc tính khác của động cơ. 2 ỤC TI U GHI CỨU Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm giải quyết 2 vấn đề cơ bản sau: - Thiết kế và chế tạo hệ thống đánh lửa trên động cơ thay đổi tỉ số nén sử dụng đa nhiên liệu dùng trong thí nghiệm. - Thực nghiệm kiểm nghiệm, đánh giá sự ảnh hƣởng của góc đánh lửa sớm đến công suất động cơ với từng tỉ số nén khác nhau. 3 I TƯ G V H VI GHI CỨU - i tượng nghi n cứu: 2 Thực hiện chế tạo hệ thống đánh lửa trên động cơ một xy lanh có tỉ số nén thay đổi cải tạo từ động cơ Diesel D28. Đây là động cơ diesel truyền thống, một xylanh, không tăng áp, làm mát bằng nƣớc, động cơ này sử dụng 2 xupap nạp, thải , hành trình pít tông (S = 115mm), đƣờng kính xy lanh (Dxl = 125 mm), số v ng quay (n = 1500 vòng/phút) với công suất cực đại là (Nemax = 17,2 Kw), đƣợc thiết kế thay đổi tỉ số nén ℇ = (8.5 – 16.3)). - hạm vi nghi n cứu Thiết kế và chế tạo đƣợc hệ thống đánh lửa cho động cơ một xy lanh có tỉ số nén thay đổi cải tạo từ động cơ diesel D28. Thiết kế, chế tạo động cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa của động cơ. Kiểm nghiệm, đánh giá sự ảnh hƣởng của góc đánh lửa sớm đến công suất của động cơ ở các tỉ số nén khác nhau. 4 HƯ G HÁ GHI CỨU - Nhóm phƣơng pháp nghiên cứu lý luận: + Nghiên cứu lý thuyết, tìm kiếm tài liệu, thu thập thông tin, dựa trên các công trình báo cáo khoa học đã công bố, tạp chí khoa học có uy tín về hệ thống đánh lửa và động cơ đa nhiên liệu. Căn cứ hệ thống đánh lửa sử dụng trên động cơ một xy lanh và nhiều xy lanh hiện hành, tính toán, phân tích, so sánh, tổng hợp, khái quát trên cơ sở lý luận trong và ngoài nƣớc. - Tác giả nghiên cứu thiết kế chế tạo: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đánh lửa trên động cơ một xy lanh có tỉ số nén thay đổi. Thiết kế chế tạo cơ cấu thay đổi góc đánh lửa sớm. - Phƣơng pháp thực nghiệm, phân tích đánh giá: Tham khảo ý kiến của cán bộ hƣớng dẫn. Thực nghiệm kiểm tra ảnh hƣớng góc đánh lửa sớm đến công suất động cơ khi thay đổi tỉ số nén. Nghiên cứu thực nghiệm trên băng thử công suất POWER TEST 5 HP tại xƣởng X2, Xƣởng sửa chữa ô tô thuộc đơn vị 387- Cục kỹ thuật, Quân khu 5, số 2 Nguyễn Văn Thoại, TP Đà Nẵng. 5 B CỤC T I CHƢƠNG . TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về động cơ Diesel D28. 1.2. Tổng quan về hệ thống đánh lửa. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Đặc điểm kết cấu động cơ Diesel D28 thay đổi tỉ số nén. 2.2. Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa. CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ, CHẾ T O HỆ TH NG ĐÁNH LỬA CHO ĐỘNG CƠ MỘT XY LANH THAY ĐỔI TỈ S NÉN 3.1. Phƣơng án chọn hệ thống đánh lửa thiết kế. 3 3.2. Phƣơng án chọn các thiết bị hệ thống đánh lửa. 3.3. Phƣơng án bố trí hệ thống đánh lửa trên động cơ. 3.4. Thiết kế bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm trên động cơ. 3.5. Hoạt động và thử nghiệm hệ thống đánh lửa. CHƢƠNG 4: NGHI N CỨU TH C NGHIỆM ĐÁNH GIÁ T NH N NG K THUẬT ĐỘNG CƠ KHI THAY ĐỔI GÓC ĐÁNH LỬA SỚM, THAY ĐỔI TỈ S NÉN. 4. . Mục đích thử nghiệm. 4.2. Đối tƣợng thử nghiệm. 4.3. Quy trình và phạm vi thử nghiệm. 4.4. Sơ đồ bố trí thử nghiệm và trang thiết bị thử nghiệm. 4.5. Kết quả thử nghiệm. 4.6. Đánh giái kết quả thử nghiệm. KẾT LUẬN V TRIỂN VỌNG - Kết luận chung Những vấn đề đạt đƣợc của đề tài. Những hạn chế của đề tài. - Hƣớng phát triển đề tài trong tƣơng lai. 4 Chư ng 1. TỔ G QUAN 1.1 TỔ G QUA V G C DIESE D28 1 1 1 Thông s ỹ thuật Bả 1.1. T ô s ỹ t uật TT oại : ng c diese D ese D28 Thông s Thứ ngu n 1 Kiểu động cơ 2 Công suất (Ne) 17.2 Kw 3 Số v ng quay n 1500 Vòng /phút 4 Đƣờng kính xylanh Dxl) 125 mm 5 Hành trình pít tông (S1) 120 mm 6 Dung tích xy lanh (Vh) 1473 cm3 7 Tỉ số nén (ℇ) 1.1.2. Đặ ể t ấu 1 xylanh 17 D ese D28. Hình 1.1 ng c Diese D28 Động cơ Diesel D28 là động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu Diesel có một xy lanh nằm ngang truyền thống thƣờng đƣợc sử dụng để dẫn động máy bơm nƣớc, máy cày, máy phát điện hoặc làm máy khởi động cho các động cơ cỡ lớn.. Cấu tạo bao gồm các thành phần cơ bản sau: 5 2.1.2.1. Nắp máy . Nắp máy đƣợc đúc bằng gang nguyên khối buồng cháy thống nhất cháy trực tiếp , đỉnh pít tông có thiết kế dạng lõm, trong nắp máy có bố trí khoang nƣớc làm mát, có đƣờng dầu để bôi trơn các chi tiết thuộc cơ cấu phân phối khí, trên nắp máy c n bố trí đƣờng ống nạp-thải, vị trí lắp v i phun nhiên liệu… 3 2 4 5 1 6 Hình 1.2 Kết cấu nắp má ng c Diese D28 1. Đũa đẩy, 2. Cần bẩy, 3. Lò xo xupáp, 4. áo nước, 5. Đường ống nạp- xả, 6. Xupáp Hình 1 3 ắp má ng c Diese D28 1. Vị trí lắp vòi phun, 2. Lổ bu long nắp máy, 3. Lổ bu lông cơ cấu phối khí 4. Đường dầu bôi trơn, 5. Lổ bố trí đũa đẩy cò mổ 6 2.1.2.2. Cơ cấu phân phối khí. Động cơ sử dụng cơ cấu phân phối khí sử dụng xupap treo có trục cam đặt trong thân máy có 2 xupap nạp, thải truyền động từ trục cam đến xupap thông qua các chi tiết trung gian con đội đũa đẩy đ n gánh. Nấm xupáp đƣợc bố trí sát mép với bề mặt của nắp máy. Hình 1.4. Cấu tạo của hệ th ng phân ph i h 1. Đũa đẩy , 2. Cần bẩy, 3. lò xo Xu páp, 4. Áo nươc 5. Đường nạp- xả, 6. Xupáp, 7. Trục cam 2.1.2.3. Thân máy. Thân máy (blốc máy) bằng gang đƣợc đúc liền với hộp trục khuỷu, bên trên thân máy bố trí các ổ lắp đặt ổ bi gối đỡ trục khuỷu, gối đỡ trục cam dẫn động cơ cấu phối khí và bơm dầu cao áp của hệ thống nhiên liệu, có bi gối đỡ cho 2 đối trọng giúp cân bằng động cơ. Phần phía trên thân máy có bố trí 6 gujông để liên kết với nắp máy. Xy lanh là loại lót xy lanh ƣớt đƣợc đúc rời và lắp chặt với vỏ thân máy mặt ngoài làm việc tiếp xúc trực tiếp với thân máy.