BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM NGHIÊN CỨU, ÐÁNH GIÁ NĂNG LƯỢNG TỰ CẢM THỪA TRÊN CUỘN SƠ CẤP CỦA BO-BIN Mã số: T2015-62 Chủ nhiệm đề tài: GVC ThS Ðỗ Quốc Ấm S K C0 0 5 5 7 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ NĂNG LƢỢNG TỰ CẢM THỪA TRÊN CUỘN SƠ CẤP CỦA BO-BIN Mã số: T2015-62 Chủ nhiệm đề tài: GVC ThS Đỗ Quốc Ấm TP. HCM, Tháng10/Năm2015 Luan van TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ NĂNG LƢỢNG TỰ CẢM THỪA TRÊN CUỘN SƠ CẤP CỦA BO-BIN Mã số: T2015-62 Chủ nhiệm đề tài: GVC ThS Đỗ Quốc Ấm TP. HCM, Tháng10/Năm2015 Luan van DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH 1.
Đỗ Quốc Ấm- Chủ nhiệm đề tài 2. Khoa Cơ khí Động lực- Trường ĐHSPKT.TPHCM- Đơn vị phối hợp chính Luan van MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG CHƢƠNG I: HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ CÁC ĐỀ XUẤT 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1 1.2 CÁC KẾT QUẢ TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC VỀ LĨNH VỰC 3 NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ 1.1 Các kết quả ngoài nước 3 1.1 Hệ thống đánh lửa điện cảm 3 1.2 Hệ thống đánh lửa điện dung 4 1.3 Hệ thống đánh lửa Hybrid 4 1.4 Đánh lửa Laser 6 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 10 1.3 Kết luận – Đề xuất nghiên cứu 11 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU VÀ MONG MUỐN ĐẠT ĐƢỢC 12 1.1 Mục tiêu chính của đề tài 12 1.2 Mong muốn đạt được 12 1.4 ĐỐI TƢƠNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 1.1 Đối tượng nghiên cứu 12 1.2 Phạm vi nghiên cứu 12 1.3 Phương pháp nghiên cứu 12 1.5 CÁC NỘI DUNG CHÍNH VÀ DỰ KIẾN KẾT QUẢ NGHIÊN 13 CỨU 1.1Dự kiến các nội dung trong đề tài 13 1.2 Dự kiến kết quả nghiên cứu 13 CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN CẢM 14 2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa điện cảm.3 Một vài thông số của hệ thống đánh lửa điện cảm 15 2.4 Lý thuyết đánh lửa điện cảm 17 2.5 Các biện pháp nâng cao đặc tính đánh lửa điện cảm 20 2.6 Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa điện cảm 23 2.2 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN DUNG.1 Khái niệm hệ thống đánh lửa điện dung 23 2.2 Phân loại hệ thống đánh lửa điện dung.3 Cấu tạo mạch điện đánh lửa điện dung cơ bản 25 2.4 Nguyên lý hoạt động: 26 2.5 Một vài thông số của đánh lửa CDI 26 2.6 Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa điện dung 28 2.3 NĂNG LƢỢNG ĐÁNH LỬA VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY TRÊN 29 ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG DÙNG NHIÊN LIỆU XĂNG 2.1 Quá trình cháy trên động cơ đốt trong dùng nhiên liệu xăng 29 2.2 Phân tích năng lượng của tia lửa điện 30 2.4 NHỮNG YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHÁY 31 2.1 Ảnh hưởng của đường kính điện cực trung tâm 31 2.2 Ảnh hưởng của độ rộng khe hở bugi 32 2.3 Ảnh hưởng của độ nhô bugi trong buồng cháy 34 2.4 Ảnh hưởng của áp suất nén và điện áp 34 Luan van 2.5 Ảnh hưởng của tốc độ và tải đến điện áp đánh lửa 35 2.6 Ảnh hưởng của sự tăng tốc đến điệp áp đánh lửa 35 2.7 Thời điểm đánh lửa và điện áp yêu cầu.8 Tỉ lệ hoà trộn giữa nhiện liệu và không khí 36 CHƢƠNG 3 : XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN SỨC ĐIỆN ĐỘNG 37 TỰ CẢM 3.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 37 HỖN HỢP ĐIỆN DUNG – ĐIỆN CẢM CÓ KHẢ NĂNG TÍCH LŨY NĂNG LƢỢNG 3.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 37 3.1 Quá trình tích lũy năng lượng 37 3.2 Quá trình transistor ngắt 38 3.3 Tính toán sức điện động tự cảm trên cuộn sơ cấp khi transistor 40 ngắt 3.3 MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN 41 3.1 Mô phỏng và tính toán cường độ dòng điện 41 3.2 Mô phỏng và tính toán sức điện động tự cảm 41 3. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH G IÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 42 3.1 Cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp 42 3.2 Sức điện động tự cảm 43 3. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ R, L, C , tng, 44 ĐẾN GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI CỦA ĐIỆN ÁP TỰ CẢM TRÊN CUỘN SƠ CẤP CỦA BO-BIN 3.1 Đánh giá ảnh hưởng của giá trị điện trở R đến cực đại của điện 44 áp tự cảm trên cuộn sơ cấp 3.
Đánh giá ảnh hưởng của hệ số tự cảm L đến cực đại Umax của 44 điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấp 3. Đánh giá ảnh hưởng của giá trị điện dung C đến cực đại của 45 điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấp 3.4 Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của giá trị tụ điện C đến giá 46 trị cực đại và biên dạng của điện áp trên cuộn sơ cấp CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH ĐÁNH LỬA HYBRID 50 4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 50 4.Chế độ đánh lửa điện cảm 51 4.Chế độ đánh lửa điện dung 51 4. CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 51 4.
MÔ HÌNH TÍCH LŨY SỬ DỤNG NHIỀU TỤ ĐIỆN 52 4.4 KẾT LUẬN 54 TỔNG KẾT 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 58 Luan van DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa điện cảm (a), điện dung (b) 3 Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống đánh lửa nạp xả với chu kỳ điện dung và điện cảm 5 Hình 1.3 Hệ thống đánh lửa hỗn hợp trên động cơ đốt trong.4 Hệ thống đánh lửa điện dung với khả năng kéo dài thời gian xuất 6 hiện tia lửa điện Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa laser 7 Hình 1.6 Trị số MIE ứng với các tiêu cự ống kính khác nhau 7 Hình 1.7 Các tác động của năng lượng Laser trên I xy-lanh đến chỉ số COV 8 IMEP LI /COV IMEP SI và VarPPP LI/ VarPPP SI khi sử dụng hai ồng kính có tiêu cự khác nhau (a) 15 mm, (b)36 mm Hình 1.8 Áp suất của quá trình cháy trong buồng cháy tĩnh ứng với năng 8 lượng tối thiểu ( MPE), λ=3,5; nhiệt độ ban đầu= 473K; áp suất ban đầu: 1-4,2 MPa Hình 1.9 Hình chụp cửa sổ khi được tia Laser làm sạch sau 100 chu kỳ 9 Hình 1.10 Tỷ lệ mất lửa trên mối quan hệ năng lượng Laser sử dụng, khi sử 9 dụng thấu kính tích hợp và rời Hình 1.11 So sánh tiêu hao nhiên liệu, độ êm dịu và mức độ ô nhiễm giữa 9 động cơ sử dụng LI và SI Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện cảm loại thường 14 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mô tả hệ thống đánh lửa điện cảm loại bán dẫn 15 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa điện cảm 17 Hình 2.4 Sơ đồ tương đương quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp 17 Hình 2.5 Sơ đồ mô tả sự tăng trưởng của cường độ dòng điện trong cuộn sơ 18 cấp Hình 2.6 Đồ thị tăng trưởng cừờng độ dòng điện qua bobin TOYOTA 18 Hình 2.7 Sơ đồ mô tả quá trình phóng điện ở cuộn thứ cấp 19 Hình 2.8 Sơ đồ mô tả qui luật biến đổi hiệu điện thế thứ cấp u2m 19 Hình 2.9 Sơ đồ mô tả quy luật biến đổi của tia lửa điện dung và điện cảm.10 Sơ đồ thể hiện biện pháp sử dụng tụ điện trong hệ thống đánh lửa 21 điện cảm Hình 2.11 Sơ đồ thể hiện ảnh hưởng của tụ điện 21 Hình 2.12 Đồ thị thể hiện sự thay đổi của cường độ dòng điện và điện áp thứ 22 cấp khi có tụ và không có tụ Hình 2.13 Sơ đồ thể hiện sự biến đổi của hiệu điện thế cực đại ở cuộn thứ cấp 22 khi dùng điện trở phụ Hình 2.14 Sơ đồ mô tả hệ thống đánh lửa điện dung không có vít điều khiển 24 Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa điện dung có vít điều khiển 24 Hình 2.16 Sơ đồ mô tả hệ thống đánh lửa DC-CDI 24 Hình 2.17 Sơ đồ mô tả hệ thống đánh lửa AC-CDI 25 Hình 2.18 Sơ đồ khối của hệ thống đánh lửa điện dung.19 Sơ đồ mô tả đặc tính phóng của tụ C trong khi SCR mở 27 Hình 2.20 Sơ đồ mô tả mạch đánh lửa điện dung có diode mắc song song cuộn 27 sơ cấp Hình 2.21 Sơ đồ mô tả đặc tính phóng điện qua cuộn sơ cấp 28 Hình 2.22 Sơ đồ mô tả sự tăng trưởng của hiệu điện t hế cuộn thứ cấp trong 28 Luan van trường hợp đánh lửa TI và CDI Hình 2.23 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa áp suất trong lòng xylanh theo góc 29 quay trục khuỷu Hình 2.24 Đồ thị thể hiện dạng sóng điện áp thứ cấp của một hệ thống đánh lửa 30 cơ bản Hình 2.25 Đồ thị triển khai thể hiện mối quan hệ giữa điện áp, cường độ dòng 30 điện và thời gian đánh lửa đã của một hệ thống đánh lửa cơ bản Hình 2.26 Đồ thị thể hiện giới hạn cháy nghèo của hoà khí với độ rộng khe hở 32 bugi theo đường kính điện cực trung tâm Hình 2.27 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa giới hạn cháy nghèo của hoà khí và 32 thời điểm đánh lửa theo độ rộng của khe hở bugi Hình 2.28 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa điện áp yêu cầu và khe hở bugi 33 theo các dạng điện cực trung tâm của bugi.29 Đặc tuyến quan hệ giữa nhiệt độ điện cực bugi và điện áp yêu cầu 33 Hình 2.30 Đặc tuyến thể hiện mối quan hệ giữa giới hạn cháy nghèo của động 34 cơ với thời điểm đánh lửa theo độ nhô của bugi trong buồng đốt.31 Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của áp suất nén đến điện áp yêu cầu để 34 đánh lửa Hình 2.32 Đồ thị thể hiện dải điện áp đánh lửa yêu cầu theo tải và tốc độ 35 Hình 2.33 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của sự tăng tốc đến điện áp đánh lửa 35 Hình 2.34 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa điện áp yêu cầu theo thời điểm 36 đánh lửa Hình 2.35 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa điện áp yêu cầu và tỉ lệ không khí - 36 nhiên liệu Hình 3.1 Mạch đánh lửa đề xuất có khả năng tich lũy năng lượng 37 Hình 3.2 Mô hình tính toán mạch đánh lửa tại thời điểm transistor công suất 37 dẫn Hình 3.3 Mô hình tính toán mạch đánh lửa đề xuất tại thời điểm transistor 38 công suất ngắt Hình 3.