Nghiên cứu hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung điện cảm với bo bin đơn

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Tóm tắt những đóng góp

Summary of contributions of the dissertation

Mục lục

Danh sách các chữ viết tắt – ký hiệu

Danh sách các hình

Danh sách các bảng

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

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

1.2.1.1. Hệ thống đánh lửa điện cảm

1.2.1.2. Hệ thống đánh lửa điện dung

1.2.1.3. Hệ thống đánh lửa hỗn hợp

1.2.1.4. Một số nghiên cứu khác về hệ thống đánh lửa

1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.3. Kết luận – Đề xuất nghiên cứu

1.4. Mục tiêu nghiên cứu và mong muốn đạt được

1.4.1. Mục tiêu chính của luận án

1.4.2. Mong muốn đạt được

1.5. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

1.5.1. Đối tượng nghiên cứu

1.5.2. Phạm vi nghiên cứu

1.5.3. Phương pháp nghiên cứu

1.6. Các nội dung chính và dự kiến kết quả nghiên cứu

1.6.1. Dự kiến các nội dung trong đề tài

1.6.2. Dự kiến kết quả nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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 Vđl

2.3.3. Hệ số dự trữ Kdt

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 (tđ)

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 đoạn ngắt dòng điện ở cuộn sơ cấp

2.5.3. Giai đoạn phóng điện ở điện cực bu-gi

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. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH - MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA HỖN HỢP ĐIỆN DUNG - ĐIỆN 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)

3.2. Hiệu chỉnh mô hình toán của mạch 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

3.2.4. 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 V1m 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 Wđc và năng lượng đánh lửa điện dung Wđd

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 giải dung lượng của tụ thỏa mãn yêu cầu làm việc của 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 id(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 id (t) và sức điện động tự cảm ed (t)

3.6.3.2. Đánh giá ảnh hưởng tổng trở Rd đến cường độ dòng điện id (t) và sức điện động tự cảm ed (t)

3.6.3.3. Đánh giá ảnh hưởng của hệ số tự cảm Ld đến cường độ dòng điện id(t) và sức điện động ed(t)

3.7. Kết luận chương 3

4. CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MẠCH ĐÁNH LỬA HỖN HỢP ĐIỆN DUNG- ĐIỆN CẢM

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 TOYOTA 1NZ-FE

4.1.3. Bộ đánh lửa

4.1.4. Điều khiển dòng điện qua cuộn sơ cấp của bo-bin

4.1.5. Tín hiệu đánh lửa IGT- Ignition timing

4.1.6. Tín hiệu IGF- Ignition feedback

4.1.7. Sơ đồ mô tả hệ thống đánh lửa theo thiết kế của nhà chế tạo trên động cơ TOYOTA 1NZ-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 cảm - điện dung (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. Chương 5: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

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 Moment có ích (Me) và công suất có ích (Ne)

5.2.2. Xác định lượng tiêu nhiên liệu theo giờ (Ge) 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 VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Phụ lục 1: XÁC ĐỊNH THỜI GIAN TÍCH LŨY NĂNG LƯỢNG tđ TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA 1NZ-FE

Phụ lục 2: XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ t= tV1m KHI V1 ĐẠT GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI V1m

Phụ lục 3: MÔ TẢ BOBIN DÙNG CHO ĐỘNG CƠ TOYOTA 1MZ-FE

Phụ lục 4: CÁC TÍNH TOÁN TRONG CHẾ TẠO MẠCH ĐÁNH LỬA HỖN HỢP ĐIỆN DUNG- ĐIỆN CẢM

Phụ lục 5: TRANG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

I. Tổng quan về hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa là một phần quan trọng trong động cơ đốt trong, có nhiệm vụ tạo ra tia lửa để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong xy lanh. Hệ thống này được chia thành hai loại chính: hệ thống đánh lửa điện cảm và hệ thống đánh lửa điện dung. Mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Hệ thống đánh lửa điện cảm sử dụng bo bin đơn để tăng điện áp từ 6V hoặc 12V lên đến 40kV, trong khi hệ thống điện dung tích lũy năng lượng trong tụ điện để tạo ra tia lửa. Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống đánh lửa hỗn hợp giữa hai loại này nhằm tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng là rất cần thiết.

1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa

Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa dựa trên việc tích lũy và giải phóng năng lượng. Trong giai đoạn tích lũy, dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp của bo bin tạo ra từ trường, khi ngắt dòng điện, từ trường này sẽ sinh ra sức điện động tự cảm, tạo ra điện áp cao để đánh lửa. Hệ thống này có thể gặp phải một số vấn đề như nhiễu điện và giảm điện áp thứ cấp, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động. Do đó, việc nghiên cứu và cải tiến các thông số như tính toán điện dung và tính toán điện cảm là rất quan trọng để nâng cao hiệu suất của hệ thống.

II. Nghiên cứu và phát triển hệ thống đánh lửa hỗn hợp

Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu, tính toán và chế tạo hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung - điện cảm sử dụng bo bin đơn. Mục tiêu chính là tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và giảm thiểu phát thải ra môi trường. Hệ thống này cho phép thu hồi một phần năng lượng tự cảm từ cuộn sơ cấp, từ đó giảm thiểu năng lượng tiêu thụ cho hệ thống đánh lửa. Các mô hình toán học đã được xây dựng để xác định các thông số quan trọng như tổng trở của mạch sơ cấp, hệ số tự cảm và dung lượng tụ điện, nhằm đảm bảo hiệu suất tối ưu cho cả hai giai đoạn đánh lửa.

2.1. Mô hình toán học và các thông số hệ thống

Mô hình toán học được xây dựng để phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất đánh lửa. Các thông số như tổng trở mạch sơ cấp, hệ số tự cảm và dung lượng tụ điện được khảo sát kỹ lưỡng. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất đánh lửa mà còn tiết kiệm năng lượng đáng kể. Hệ thống đánh lửa hỗn hợp đã được thử nghiệm trên động cơ bốn xy lanh, cho thấy khả năng hoạt động ổn định và tiết kiệm đến 25% năng lượng so với hệ thống truyền thống.

III. Ứng dụng thực tiễn và đánh giá hiệu quả

Hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung - điện cảm không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong ngành công nghiệp ô tô. Việc áp dụng công nghệ này giúp nâng cao hiệu suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các thử nghiệm thực tế cho thấy rằng hệ thống này hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện khác nhau, từ đó mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các hệ thống đánh lửa hiện đại. Đặc biệt, việc sử dụng công nghệ đánh lửa lai có thể là giải pháp tối ưu cho các động cơ hiện đại, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất và bảo vệ môi trường.

3.1. Đánh giá hiệu quả và tiềm năng phát triển

Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống đánh lửa hỗn hợp có khả năng tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải khí độc hại. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất động cơ mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa hơn nữa các thông số kỹ thuật của hệ thống, cũng như mở rộng ứng dụng cho các loại động cơ khác nhau. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tính toán và chế tạo hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung điện cảm sử dụng bo bin đơn