BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP BỘ NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MẠCH ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ ƠTƠ THEO CHƯƠNG TRÌNH S K C 0 9 Mà SƠ: B2004 - 19 - 36 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MẠCH ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ ƠTƠ THEO CHƯƠNG TRÌNH Mà SỐ:B2004-19-36 THUỘC NHĨM: Khoa học kỹ thuật NGƯỜI CHỦ TRÌ:Ths Đỗ Quốc Ấm NGƯỜI THAM GIA : PGS TS Đỗ Văn Dũng, Ths Nguyễn Văn Long Giang, Ths Huỳnh Quốc Việt, Ks Nguyễn Trọng Thức ĐƠN VỊ : Khoa Cơ khí động lực T.P HỒ CHÍ MINH, 9.2007 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu hệ thống hệ thống đánh lửa sử dụng ơtơ Ngày nay, tiến bước vào kỷ mới, kỷ kinh tế tri thức Thế kỷ mà kỹ thuật số khẳng định vị trí kế thừa tảng kỹ thuật tương tự Với tốc độ phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật, nhiều sản phẩm cơng nghệ cao tích hợp với mật độ ngày nhỏ tinh vi đời Trong đó, đời vi điều khiển ngày hồn thiện làm việc với tốc độ cao, xác áp dụng nhiều lĩnh vực điều khiển để đáp ứng nhu cầu xã hội Khơng đứng ngồi phát triển chung ấy, ngành cơng nghiệp ơtơ có tiến vượt bậc cơng nghệ, đặc biệt ứng dụng cơng nghệ ngành cơng nghệ hỗ trợ lên xe nhằm đem lại tiện nghi sang trọng, kinh tế… hết vấn đề bảo vệ mơi trường Những đòi hỏi ngày cao người sử dụng làm cho tốn kỹ thuật trở nên khó khăn hơn, thách thức lớn nhà kỹ thuật Nhờ kỹ thuật điện điện tử cơng nghệ thơng tin giúp cho nhà kỹ thuật giải tốn khó cách đơn giản hơn, xác Do đó, ơtơ sản xuất ngày trang bị hệ thống điện-điện tử phức tạp hệ thống phun xăng, hệ thống phanh chống hãm cứng, hệ thống đánh lửa điện tử, hệ thống kiểm sốt khí thải… Mặc dù, cơng nghiệp tơ giới có tuổi đời lâu, Việt Nam cơng nghiệp non trẻ so với nước khác Trong năm gần đây, cơng nghiệp tơ có bước phát triển nhanh đòi hỏi lượng lớn đội ngũ cán khoa học kỹ thuật, cơng nhân lành nghề Từ mẻ ứng dụng vi điều khiển lĩnh vực ơtơ, với mơ ước ngày Việt Nam tự sản xuất ơtơ thơi thúc nhóm tác giả thực đề tài “Nghiên cứu chế tạo mạch đánh lửa động ơtơ theo chương trình” 1.2 Mục tiêu ý nghĩa vấn đề nghiên cứu hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình Chất lượng cuả q trình đánh lửa ảnh hưởng lớn đến chất lượng q trình cháy.Trong q trình làm việc động góc đánh lửa sớm ảnh hưởng lớn đến cơng suất, tính kinh tế chất lượng khí thải Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc nhiều thơng số:số vòng quay động cơ, phụ tải, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí trời… thơng số thay đổi cách liên tục Đối với hệ thống đánh lửa đời cũ góc đánh lửa sớm động thay đổi phụ thuộc vào hai yếu tố: số vòng quay tải động điều chỉnh hai thiết bị: đánh lửa sớm ly tâm đánh sớm theo áp thấp động Như vậy, góc đánh lửa sớm động chưa tối ưu Ở hệ thống đánh lửa theo chương trình, góc đánh lửa sớm động thay đổi phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố nêu, điều làm tăng chất lượng cuả q trình cháy làm cải thiện số động cơng suất, tính kinh tế độ nhiễm mơi trường Ở nước ta nay, việc sử dụng động đời cũ phổ biến.Việc thay hệ thống đánh lửa có, hệ thống đánh lửa theo chương trình có ý nghiã thực tế việc tiết kiệm nhiên liệu giảm nhiễm mơi trường khí thải từ ơtơ phát Các nghiên cưú hệ thống đánh lửa theo chương trình sở để thiết kế ECU (Electronic control unit) điều khiển hai q trình đánh lửa phun xăng động 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Từ ưu điểm trình bày hệ thống đánh lửa theo chương trình nghiên cứu ứng dụng phổ biến động xăng đại (do nước ngồi chế tạo).Các số liệu góc đánh lửa sớm, góc ngậm điện …sử dụng hệ thống đánh lửa chưa tương thích với điều kiện làm việc thực tế Việt Nam (khí hậu tính đa dạng chủng loại ơtơ).Thêm vào số lượng ơtơ Việt Nam sử dụng hệ thống đánh lửa chưa lập trình lớn.Tuy nhiên, nước ta nghiên cứu thiết kế hệ thống đánh lửa theo chương trình chưa tiến hành Điều gây nhiều khó khăn cho nhóm thực đề tài việc khảo sát, thực nghiệm thơng số tối ưu cuả hệ thống 1.4 Giới hạn đề tài: Chỉ nghiên cứu chuyển đổi hệ thống đánh lửa bán dẫn có cấu điều khiển góc đánh lửa sớm kiểu khí sang đánh lửa theo chương trình Hệ thống đánh lửa theo chương trình thực động sử dụng hệ thống đánh lửa loại điện cảm, đồng thời thực nghiệm tiến hành động Honda (Accura Intergra), với số liệu kỹ thuật sau: - Kiểu bố trí xupáp: DOHC - Thể tích xilanh: 1590cm3 - Cơng suất: 89KW (6400v/p) - Thứ tự cơng tác: 1–3–4–2 - Áp suất nén: 10.0 Ngơn ngữ lập trình:Bascom avr 1.5 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý thuyết hệ thống đánh lửa - Xây dựng sơ đồ khối hệ thống - Thực nghiệm lấy số liệu góc đánh lửa tối ưu hệ thống (Động Acura Intergra) - Tính tốn thiết kế mạch - Lập trình cho mạch đièu khiển đánh lửa ngơn ngữ Bascom.avr cho Atmega.8 - Thí nghiệm sản phẩm trên động – hiệu chỉnh thơng số - So sánh, đánh giá kết – Kết luận CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA THEO CHƯƠNG TRÌNH 2.1 Lý thuyết hệ thống đánh lửa Trong động xăng kỳ, hòa khí sau đưa vào xylanh trộn nhờ xốy lốc dòng khí piston nén lại Ở thời điểm thích hợp cuối kỳ nén, hệ thống đánh lửa cung cấp tia lửa điện cao đốt cháy hòa khí sinh cơng cho động Để tạo tia lửa điện hai điện cực bougie, q trình đánh lửa chia làm ba giai đoạn: q trình tăng trưởng dòng sơ cấp hay gọi q trình tích lũy lượng, q trình ngắt dòng sơ cấp q trình xuất tia lửa điện điện cực bougie Q trình tăng trưởng dòng sơ cấp SW Đến Chia điện Rf L1 L2 Bơ bin R1 Accu Cảm biến T IC đánh lửa Hình 2.1: Sơ đồ ngun lý hệ thống đánh lửa Trong sơ đồ hệ thống đánh lửa trên: Rf: Điện trở phụ Điện trở cuộn sơ cấp R1: L1, L2: Độ tự cảm cuộn sơ cấp thứ cấp bobine T: Transistor cơng suất điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến vít lửa R∑ L1 U SW Hình 2.2: Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp hệ thống đánh lửa Khi transistor cơng suất T dẫn, mạch sơ cấp có dòng điện i1 từ (+) accu đến Rf → L1 → T → mass Dòng điện i1 tăng từ từ sức điện động tự cảm sinh cuộn sơ cấp L1 chống lại tăng cường độ dòng điện Ở giai đoạn này, mạch thứ cấp hệ thống đánh lửa gần khơng ảnh hưởng đến q trình tăng dòng mạch sơ cấp Hiệu điện cường độ dòng điện xuất mạch thứ cấp khơng đáng kể nên ta coi mạch thứ cấp hở Vì vậy, giai đoạn ta có sơ đồ tương đương trình bày hình 2-2 Trên sơ đồ, giá trị điện trở accu bỏ qua, đó: R∑ = R1 + Rf U = Ua - Δ UT Ua: Hiệu điện accu Δ UT: Độ sụt áp transistor cơng suất trạng thái dẫn bão hòa độ sụt áp vít lửa Từ sơ đồ( Hình 2-2), ta thiết lập phương trình vi phân sau: di i1 R∑ + L1 = U dt (2-1) Giải phương trình vi phân (2-1) ta được: i1 (t ) = U (1 − e −( R ∑ / L1 ) t ) R∑ Gọi τ1 = L1/R∑ số điện từ mạch i1(t) = (U/R∑) (1 – e-t/t1) (2-2) Lấy đạo hàm (2-2) theo thời gian t, ta tốc độ tăng trưởng dòng sơ cấp (Hình 23) Như vậy, tốc độ tăng dòng sơ cấp phụ thuộc chủ yếu vào độ tự cảm L1 di1 dt di1 U −t / τ1 = e dt L1 i (t) I= t =0 = U = tgα L1 di1 dt t =∞ =0 U R α t Hình 2.3: Q trình tăng trưởng dòng sơ cấp i1 Với bobine xe đời cũ với độ tự cảm lớn (đường 1), tốc độ tăng chậm bobine xe đời với độ tự cảm nhỏ (đường 2) Chính vậy, lửa yếu tốc độ cao Trên xe đời mới, tượng khắc phục nhờ sử dụng bobine có L1 nhỏ Đồ thị cho thấy độ tự cảm L1 sơ cấp lớn tốc độ tăng trưởng dòng sơ cấp i1 giảm Gọi tđ thời gian transistor cơng suất dẫn cường độ dòng điện sơ cấp Ing thời điểm đánh lửa transistor cơng suất ngắt là: I ng = U (1 − e −tđ / τ1 ) R∑ (2-3) Trong đó: tđ = γđ.T = γđ.120/ (n.Z) (2-3a) T: Chu kỳ đánh lửa (s) n: Số vòng quay trục khuỷu động (min-1) Z: Số xylanh động γđ: Thời gian tích lũy lượng tương đối Trên xe đời cũ, tỷ lệ thời gian tích lũy lượng γđ = 2/3, xe đời nhờ cấu hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng (góc ngậm) nên γđ < 2/3 ⇒ I ng γđ U = (1 − e R∑ −120 nZ τ ) (2-4) Từ biểu thức (2-4), ta thấy Ing phụ thuộc vào tổng trở mạch sơ cấp (R∑), độ tự cảm cuộn sơ cấp (L1), số vòng quay trục khuỷu động (n), số xylanh (Z) Nếu R∑, L1, Z khơng đổi tăng số vòng quay trục khuỷu động (n), cường độ dòng điện Ing giảm Tại thời điểm đánh lửa, lượng tích lũy cuộn dây sơ cấp dạng từ trường: I ng2 L L1 U Wđt = = × (1 − e tđ / τ ) 2 R∑ L1 U L1 U Wđt = = × (1 − 2e −a + e −2 a ) 2 R∑ R∑ (2-5) Trong đó: Wđt: Năng lượng tích lũy cuộn sơ cấp R t a = đ = ∑ tđ τ L1 Hàm Wđt = f(a) đạt giá trị cực đại, tức nhận lượng từ hệ thống cấp điện nhiều khi: a= R∑ t đ = 1,256 L1 (2-6) Đối với hệ thống đánh lửa thường hệ thống đánh lửa bán dẫn loại khơng có mạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng tđ, điều kiện (2-6) khơng thể thực tđ giá trị thay đổi phụ thuộc vào tốc độ n động (2-3a) Sau đạt giá trị U/R∑ , dòng điện qua cuộn sơ cấp gây tiêu phí lượng vơ ích, tỏa nhiệt cuộn sơ cấp điện trở phụ Trên xe đời mới, nhược điểm loại trừ nhờ mạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng tđ (Dwell Control) Lượng nhiệt tỏa cuộn sơ cấp bobine Wn xác định cơng thức sau: td Wn = ∫ i 21 R1 dt tđ U2 Wn = ∫ R1 (1 − 2e −t / τ + e − 2t / τ )dt R∑ [ Wn = U2 R1 t đ + 2τ (1 − e −2t / τ1 ) + (τ / 2)(1 − e −2τ / t1 ) R∑ Wn = U2 R1 (t + 2τ 1e −t / τ1 − (τ / 2)e − 2t / τ1 R∑2 td u ] td (2-7) Cơng suất tỏa nhiệt Pn cuộn dây sơ cấp bobine: t đ Pn = ∫ i12 R1dt T τ τ U ⎡ tđ ⎤ R1 ⎢ − (1 − e −tđ / τ1 ) + (1 − e − 2tđ / τ1 )⎥ (2-8) T 2T R∑ ⎣ T ⎦ Khi cơng tắc máy vị trí ON mà động khơng hoạt động, cơng suất tỏa nhiệt bobine lớn nhất: U2 Pn max ≈ R1 R∑ Pn = Thực tế thiết kế, Pnmax phải nhỏ 30 W để tránh tình trạng nóng bobine Vì Pnmax ≥ 30W, nhiệt lượng sinh cuộn sơ cấp lớn nhiệt lượng tiêu tán Trong thời gian tích lũy lượng, cuộn thứ cấp xuất sức điện động tương đối nhỏ, xấp xỉ 1.000 V e2 = K bb L1 di1 dt Trong đó: e2: Sức điện động cuộn thứ cấp Kbb: Hệ số biến áp bobine Sức điện động dòng điện sơ cấp đạt giá trị U/R∑ Q trình ngắt dòng sơ cấp Khi transistor cơng suất ngắt, dòng điện sơ cấp từ thơng sinh giảm đột ngột Trên cuộn thứ cấp bobine sinh hiệu điện vào khoảng từ 15 KV ÷ 40 KV Giá trị hiệu điện thứ cấp phụ thuộc vào nhiều thơng số mạch sơ cấp thứ cấp Để tính tốn hiệu điện thứ cấp cực đại, ta sử dụng sơ đồ tương đương trình bày (hình 2.4) Trong sơ đồ này: Rm: Điện trở mát Rr: Điện trở rò qua điện cực bougie R2 R∑ S I1 C1 L1 L2 Rr L2 Rm C2 Bougie Hình 2.4: Sơ đồ tương đương hệ thống đánh lửa Bỏ qua hiệu điện accu hiệu điện accu nhỏ so với hiệu điện xuất cuộn sơ cấp lúc transistor cơng suất ngắt Ta xét trường hợp khơng tải, có nghĩa dây cao áp tách khỏi bougie Tại thời điểm transistor cơng suất ngắt, lượng từ trường tích lũy cuộn sơ cấp bobine chuyển thành lượng điện trường chứa tụ điện C1 C2 phần mát Để xác định hiệu điện thứ cấp cực đại U2m ta lập phương trình cân lượng lúc transistor cơng suất ngắt: I ng2 L1 = C1 U 12m C U 22m + +A 2 Trong đó: C1: Điện dung tụ điện mắc song song với vít lửa transistor cơng suất C2: Điện dung ký sinh mạch thứ cấp U1m, U2m: Hiệu điện mạch sơ cấp thứ cấp lúc transistor cơng suất ngắt A: Năng lượng mát dòng rò, dòng fucơ lõi thép bobine U2m = Kbb U1m Kbb = W2/W1: Hệ số biến áp bobine W1, W2: Số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp ⇒ I ng2 L1 = C1 + U 22m + C U 22m K bb ⎛ C ⎞ U 22m × ⎜⎜ 12 + C ⎟⎟ = I ng2 L1 ⎝ K bb ⎠ U m = K bb I ng U m = K bb U m = K bb L1 η C1 + K bb2 C 2 L1 I ng C1 + K bb2 C η 2Wdt η C1 + K bb2 C (2-9) η: Hệ số tính đến mát mạch dao động, η = 0,7 ÷ 0,8 Ing i1, A U R ∑ t Uđl U2m u2m t Hình 2.5: Qui luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1 hiệu điện thứ cấp u2m Qui luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1 hiệu điện thứ cấp u2m biểu diễn hình 2-5 Khi transistor cơng suất ngắt, cuộn sơ cấp sinh sức điện động khoảng 100 – 300V Q trình phóng điện điện cực bougie Khi điện áp thứ cấp u2 đạt đến giá trị Uđl, tia lửa điện cao xuất hai điện cực bougie Bằng thí nghiệm người ta chứng minh tia lửa xuất điện cực bougie gồm hai thành phần thành phần điện dung thành phần điện cảm Thành phần điện dung tia lửa lượng tích lũy mạch thứ cấp qui ước điện dung ký sinh C2 Tia lửa điện dung đặc trưng sụt áp tăng dòng đột ngột Dòng đạt vài chục Amper CHƯƠNG VI THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 6.1 Thực nghiệm tìm góc đánh lửa sớm tối ưu động Góc đánh lửa sớm động tính theo góc quay trục khuỷu tính từ thời điểm xuất tia lửa bougie piston đến tử điểm thượng Trong q trình làm việc động nhằm tối ưu hóa cơng suất, giảm tiêu hao nhiên liệu giảm nhiễm mơi trường góc đánh lửa sớm động thay đổi liên tục Góc đánh lửa sớm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: θ =f(n, tw, ta, No, T, ) Trong đó: n : số vòng quay động tw : nhiệt độ nước làm mát tw : nhiệt độ khí trời No: trị số Octan nhiên liệu T : tải động Số vòng quay động cơ(RPM) Góc đánh lửa sớm θ Tải Hình 6.1: Dạng đồ ba chiều góc đánh lửa sớm ứng với tw, ta định 6.1.1Thực nghiệm tìm góc đánh lửa sớm tối ưu Góc đánh lưả sớm tối ưu động có dạng đồ chiều hình 6.1 Để xác định đồ liệu cần phải tiến hành hàng loạt thực nghiệm Tại ví trí tải định ta tiến hành thay đổi số vòng quay động giá trị số vòng quay định ta thay đổi góc đánh lửa sớm cho cơng suất động phát lớn Góc đánh lửa sớm tốt tính theo góc quay trục khuyủ, chế độ làm việc, đánh giá cơng suất cực đại động Thực nghiệm tìm góc đánh lửa sớm tối ưu sử dụng thiết bị đo cơng suất LPS-2000 (thiết bị CHLB Đức sản xuất) 6.1.2 Mơ tả thiết bị LPS-2000 - Thiết bị LPS-2000 có chức sau Đo cơng suất động Đo cơng cản bánh xe Đo cơng cản hệ thống truyền lực Thiết bị LPS-2000 gồm thành phần sau Bàn điều khiển hình trung tâm: 54 Màn ảnh màu, cỡ 57 cm Bàn điều khiển (rộng, cao, ngang) = (600x1850x800) mm - Kích thước bàn để thiết bị: (dài, rộng, cao) = (2360x960x870) mm - Khối lượng 250 kg - Màu xanh, RAL 5010 - Nguồn điện vào 400v (3 pha), 50hz, 25A - Màn hình SCART-jack Bộ rulơ: Hình 6.3: Bộ rulơ tạo tải Rulo R50 R100/1 R100/2 R200/1 R200/2 Loại xe kiểm tra Xe gắn máy Xe /xe tải nhỏ Xe /xe tải nhỏ Xe /xe tải nhỏ/xe tải Xe /xe tải nhỏ/xe tải Hình 6.2 : Bàn điều khiển hình trung tâm Ghi Loại có hai phanh từ tính Rulơ loại: R200/1 R200/2 đưa thêm số liệu kỹ thuật phanh từ tính Phanh từ tính: 2x300 KW 2x300 KW Cầu chì 65A 65A Cơng suất bánh xe 600 KW 660 KW Sức kéo max 25 KN max 25 KN Tốc độ max 160 km/h 200 km/h Sau tiến hành thao tác đo đạc kết đo thể sau Hình 6.4: Dạng kết đo • • Đường A đường cơng suất động (A) Đường B đường cơng suất bánh xe (B) 55 • Đường C đường cơng suất cản (C) Cơng suất động (A) tổng cơng suất có ích bánh xe (B) cơng suất cản (C) 6.1.2 Đối tượng thực nghiệm Đề tài nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển đánh lửa theo chương trình thực động hãng Honda lắp xe Honda Accura 1996 với chỗ ngồi Đây loại động xi- lanh bố trí thẳng hàng có thứ tự cơng tác xilanh là: – – 4– 2, hệ thống phân phối khí bố trí nắp máy sử dụng trục cam để điều khiển đóng – mở xupáp Động sử dụng hệ thống phun nhiên liệu PGM-FI , phun theo thứ tự cơng tác xilanh Hệ thống đánh lửa bán dẫn làm việc độc lập với hệ thống phun xăng, có sử dụng chia điện Q trình hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun theo chế độ làm việc động hệ thống ECU (Electronic Control Unit) điều khiển Thơng số động Honda Accura 1996 Tên động cơ: Honda Accura (1996) − Kiểu bố trí xupáp: DOHC − Thể tích xilanh: 1590cm3 − Cơng suất: 89KW (6400v/p) − Thứ tự cơng tác: 1–3–4–2 − Áp suất nén: 10 6.1.3 Kết thực nghiệm Tương ứng với ví trí cánh bướm ga số vòng quay ta thay đổi góc đánh lửa sớm đồng thời ta đo cơng suất động góc đánh lửa sớm tương ứng Góc đánh lửa sớm chọn cho giá trị (cực đại) cơng suất động lớn Ví dụ Taị số vòng quay động 5000 vòng\phút, ứng với vị trí số 12 tải góc đánh lửa sớm động thay đổi theo giá trị 200 , 250 , 300 góc đánh lửa sớm chọn 250 cơng suất cực đại động 58,5 KW Cơng suất KW 60KW 55KW 200 250 300 Số vòng quayθ Hình 6.5: Kết đo cơng suất tương ứng với góc đánh lửa sớm 200 250 300 56 Hình 6.6: Kết đo cơng suất động số vòng quay 5000v/phút Vị trí tải 12 góc đánh lửa sớm 25o cơng suất cực đại động 58,5 KW Hình 6.7: Kết đo cơng suất động số vòng quay 5000v/phút Vị trí tải 12 góc đánh lửa sớm 25o cơng suất cực đại động 58,5 KW 57 Tương tự trình bày ta xác định góc đánh lửa sớm vị trí tải số vòng quay khác Tổng hợp lại ta có bảng liệu sau Bảng 6.1: Bản đồ giá trị góc đánh lửa sớm Bàn đồ giá trị góc đánh lửa sớm RPM x100 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25 27.5 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 1(LO) 15 15 15 20 26 29 31 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 44 15 15 15 20 26 29 31 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 44 15 15 15 20 26 29 31 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 44 15 15 15 20 26 29 31 33 34 35 36 37 38 38 38 39 40 41 42 42 16 16 18 24 26 27 29 30 31 32 32 32 33 34 34 35 36 37 38 38 14 14 18 20 23 24 26 27 28 29 29 29 30 30 30 32 34 35 36 36 12 12 18 18 23 24 23 24 25 26 26 26 26 26 26 30 32 35 35 35 9 16 18 23 24 21 22 24 25 26 27 26 26 26 28 30 35 35 35 4 14 17 23 24 25 25 27 30 31 27 24 24 26 28 30 35 35 35 10 4 14 17 19 18 21 22 24 30 31 27 24 22 26 28 30 35 35 35 11 2 12 15 17 18 18 19 19 21 28 25 21 21 26 28 30 35 35 35 12 1 10 12 12 12 12 14 14 13 18 20 17 20 25 24 30 35 35 35 13 0 10 10 11 11 12 12 10 16 17 14 16 24 24 30 33 33 33 14 0 8 9 10 10 13 14 11 14 22 22 28 31 31 31 15(HI) 0 8 9 10 10 13 14 11 16 24 22 28 31 31 31 Hình 6.8: Lắp đặt động lên băng thử 58 Hình 6.9: Dùng đèn cân lửa xác định góc đánh lửa sớm Hình 6.10: Xác định tải động 6.2 Thực nghiệm kiểm tra cơng suất động cơ: Thực nghiệm nhằm so sánh cơng suất động dùng đánh lửa sớm sử dụng văng dùng đánh lửa sớm theo chương trình 59 Bảng 6.2 Kết đo cơng suất động sử dụng đánh lửa sớm sử dụng văng đánh lửa sớm theo chương trình Vị trí đo theo tải Tại vị trí tải 12 Tại vị trí tải11 Tại vị trí tải Cơng suất động Số vòng quay động dùng đánh (v/phút) lửa sớm sử dụng văng (KW) 2000 33,85 3000 43,2 4000 55,02 5000 57.8 2000 28.6 3000 42 4000 52,9 5000 56,8 2000 22,08 3000 30,9 4000 36,5 5300 41.8 Cơng suất động dùng đánh lửa theo chương trình (KW) 34,1 43,4 55,2 58,5 28,8 42,5 53.4 57 22,3 31.2 36,6 42 Hình 6.11: Kết đo cơng suất động tải vị trí tải 12, n=5000v/phút cơng suất cực đại động 58,5 KW Hình 6.12: Kết đo cơng suất động tải vị trí tải 12, n=5000v/phút cơng suất cực đại động 58,5 KW 60 Hình 6.13: Kết đo cơng suất động tải vị trí tải 11, n=5000v/phút cơng suất cực đại động 57 KW Hình 6.14: Kết đo cơng suất động tải vị trí tải 11, n=5000v/phút cơng suất cực đại động 57 KW Hình 6.15: Kết đo cơng suất động tải vị trí tải 6, cơng suất cực đại động 42 KW 61 Hình 6.16: Kết đo cơng suất động tải vị trí tải 6, cơng suất cực đại động 42 KW 6.2.1 Đánh giá kết Dựa vào kết ta thấy vị trí taỉ khác ứng với hầu hết số vòng quay cơng suất động sử dụng đánh lửa sớm theo chương trình lớn sử dụng đánh lửa sớm sử dụng văng 6.3 Đánh giá chất lượng khí thải Hình 6.17: Kết đo chất lượng khí thải dùng đánh lửa theo chương trình Thực nghiệm đo chất lượngkhí thải tiến hành với thiết bị đo LPS 2000 số vòng quay cầm chừng động Các số liệu đo được: 62 Bảng 6.3 Kết thực nghiệm đo chất lượng khí thải CO HC Dùng đánh lửa sớm theo 5.0 % chương trình Dùng đánh lửa bán dẫn 5.21% Tiêu chuẩn Việt Nam 4,5% 1199 ppm 1180 ppm 1200ppm Theo tiêu chuẩn Việt Nam hành số liệu HC nằm giới hạn cho phép Tuy nhiên giá trị CO: 5.0 % nằm ngồi giá trị cho phép 6.3.1 Đánh giá kết Kết thực nghiệm cho thấy số liệu chất lượng khí thải chưa mong muốn Điều xảy nhiều ngun nhân chất lượng hệ thống nhiên liệu kém(các cảm biến điều khiển phun xăng khơng tốt, hệ thống nhiên liệu khơng dùng cảm biến oxy, ) Chất lượng chi tiết khí tác động đến số liệu độ mòn cặp pit-tơng, xy-lanh, xec-măng, 6.4 Đánh giá tiêu hao nhiên liệu Đánh giá mức độ tiêu hao nhiên liệu thực thiết bị LPS 2000 với sơ đồ lắp thiết bị đo trình bày hình 6.18 Với chế độ đo sau Tốc độ xe : 60km/h , 40km/h Số vòng quay động : 2000 RPM Đánh giá tiêu hao nhiên liệu theo 100km Nối vào sau cánh bướm ga 1.Thùng xăng 2.Bơm xăng 3.Lọc xăng Ống phân phối Điều áp Nhiên liệu thùng chứa Kim phun 7.Ống dẫn áp thấp Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu Van khóa Hình 6.18 Sơ đồ lắp thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu động phun xăng Dùng thiết bị LPS 2000 63 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu Hình 6.19 Gá lắp thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 6.4.1 Kết thực nghiệm: Bảng 6.4 Kết thực nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu 60km /h 40km /h Dùng hệ thống đánh lửa thường l/100km 9.81 10,12 Dùng hệ thống đánh lửa theo chương trình l/100km 9.5 9,73 Từ kết đo mức độ tiêu hao nhiên liệu ứng với chế độ ơtơ v: 60km /h, 40km/h cho thấy hai tốc độ vận hành mức tiêu hao nhiên liệu có giảm sử dụng hệ thống đánh lửa theo chương trình, nhiên mức độ tăng chưa rõ nét 6.5 Đánh giá chung: Từ kết thực nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu, đo cơng suất chất lượng khí thải cho thấy, dùng đánh lửa theo chương trình cải thiện tiêu hao nhiên liệu (theo bảng 6.4), làm tăng cơng suất động hầu hết vị trí tải (theo bảng 6.2) Tuy nhiên chất lượng khí thải chưa cho thấy chuyển biến rõ rệt (bảng 6.3) Điều tác động yếu tố có liên quan đến chất lượng hệ thống cung cấp nhiên liệu chi tiết khí động 64 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 7.1 Kết luận Qua q trình thực đề tài nhóm nghiên cứu rút số kết luận sau: Từ hiểu biết ECU kết hợp với kiến thức đào tạo động đốt vi điều khiển điện tử giúp cho nhóm nghiên cưú chế tạo thành cơng mạch điều khiển đánh lửa theo chương trình cho động Honda Acura Đây bước đầu nên thiếu sót khơng thể tránh khỏi Tuy nhiên kết có ý nghĩa lớn vì: ƒ Từ kết đạt đề tài nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển đánh lửa theo chương trình, cho thấy việc chế tạo ECU điều khiển đánh lửa Việt Nam hồn tồn thực ƒ Với linh kiện điện tử thiết bị thơng dụng có thị trường Việt Nam chế tạo thành cơng ECU điều khiển hệ thống đánh lửa cho động Từ mở rộng nghiên cứu chế tạo ECU điều khiển phun xăng đánh lửa cho loại động khác ƒ Bước đầu tạo tiền đề cho việc nghiên cứu chế tạo hệ thống điều khiển cho động phun xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection), động Diesel, động xe máy 7.2 Đề nghị Từ kết đạt mở hướng tiếp tục phát triển đề tài mà chúng tơi chưa thể giải điều kiện thời gian thực hiện, thiết bị thực nghiệm kinh phí có hạn, là: Hồn thiện tiếp tục phần cứng Igniter, để chống tín hiệu gây nhiễu từ bên ngồi, giúp cho Igniter hoạt động xác Nghiên cứu kiểm tra độ bền độ tin cậy Igniter Nghiên cứu ảnh hưởng thời tiết Việt Nam đến ành hưởng độ tin cậy độ bền thiết bị điều khiển đánh lửa Nghiên cứu nhiều phương án lập trình q trình điều khiển hồn thiện hơn, việc sử dụng ngơn ngữ khác để tiện cho việc lập trình kiểm tra kết cơng việc Nghiên cứu phương pháp biện pháp thực nghiệm khác để tạo số liệu tối ưu cho tất chế độ vận hành động Đây vấn đề quan trọng đề tài Thơng thường hãng giới với đầy đủ thiết bị thực nghiệm, với chun gia hàng đầu lĩnh vực đưa ECU thị trường thời gian thí nghiệm chiếm tới 4/5 tồn thời gian thực thường kéo dài đến năm Thiết kế chế tạo ECU hồn chỉnh linh kiện sẵn có thị trường Việt Nam lắp ráp cho tất xe lưu hành Việt Nam đặc biệt khâu lắp lẫn 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [²\ Đỗ Văn Dũng, Trang bò điện điện tử ôtô đại, Nhà xuất đại học quốc gia,2004 Đỗ Văn Dũng, M.N Fesenco Electronic ignition system of internal combustion engine with characteristic correction by means of capacity storages st International Conference on Electromechanics and Electrotechnology, Suzan.1994 HONDA, service training textbook, 1993 John B.Heywood, Internal combustion engine fundamentals, Mcgraw.Hill-Book company, 1998 Các tài liệu liên quan 66 MỤC LỤC [’\ Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ thống đánh lửa theo chương trình Chương 3: Tổng quan vi điều khiển Atmega Chương 4: Các thơng số hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình Chương 5: Thiết kế chế tạo mạch đánh lửa theo chương trình Chương 6: Thực nghiệm đánh giá kết thực nghiệm Chương : Kết luận đề nghị Tài liệu tham khảo 14 26 44 54 65 66 S K L 0 [...]... • Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lý (Microprocessor ignition system) • Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lý kết hợp với hệ thống phun xăng (Motronic) Nếu phân loại theo cấu tạo ta có: • Hệ thống đánh lửa theo chương trình có delco • Hệ thống đánh lửa theo chương trình không có delco (đánh lửa trực tiếp) So với các hệ thống đánh lửa trước đó, HTĐL với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện... đó Khi tín hiệu ngắt xẩy ra, chương trình sẽ thực hiện giống như một chương trình con nhưng có đặc điểm là vi điều khiển không đoán trước được thời điểm nào ngắt đó sẽ xãy ra 25 CHƯƠNG IV CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH Đề tài nghiên cứu và chế tạo mạch điều khiển đánh lửa theo chương trình được thực hiện ở động cơ của hãng Honda được lắp trên xe Honda Accura 1996 với... xác định góc đánh lửa sớm θ(độ) θ(độ) 1 1 2 2 n(min)-1 ρ(áp thấp) 1 Đặc tính đánh lửa sớm bằng điện tử 2 Đặc tính đánh lửa sớm hiệu chỉnh bằng cơ khí Hình 2.9: So sánh đặc tuyến điều chỉnh góc đánh lửa sớm kiểu cơ khí và điện tử Trong các hệ thống đánh lửa trước đây, việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm được thực hiện bằng phương pháp cơ khí với cơ cấu ly tâm và áp thấp Đường đặc tính đánh lửa sớm tối ưu... gian của một chu kỳ đánh lửa T Thời gian ngậm điện khoảng 4 ms Giá trị này được chuyển đổi sang góc quay của trục khuỷu tùy theo tốc độ động cơ Khi khởi động, ECU sẽ điều khiển đánh lửa cho đồng bộ với tín hiệu cảm biến tốc độ trục khuỷu đó là thời điểm đánh lửa theo một giá tri không đổi là 50 trước điểm chết trên 28 Bảng 4.1 Bảng giá trị tần số đánh lửa theo tốc độ trục khuỷu động cơ n z f T(s) td (s)... thời gian xuất hiện tia lửa trung bình giữa hai điện cực của bougie 9 Kết quả tính toán và thực nghiệm cho thấy rằng, ở tốc độ thấp của động cơ, Wp có giá trị khoảng 20 ÷ 50 mJ 2.2 Điều khiển đánh lửa theo chương trình 2.2.1 Cơ bản về đánh lửa điều khiển theo chương trình Trên các ô tô hiện đại, kỹ thuật số đã được áp dụng vào trong HTĐL từ nhiều năm nay Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện... tính đánh lửa lý tưởng được xác định bằng thực nghiệm rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều thông số Đồ thị (hình 2.9) mô tả sự sai lệch giữa 2 kiểu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử và cơ khí Đối với HTĐL với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử, góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh gần sát với đặc tính lý tưởng Kết hợp hai đặc tính đánh lửa sớm theo tốc độ và theo tải có bản đồ góc đánh lửa. .. những ưu điểm sau: • Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ • Góc ngậm điện luôn luôn được điều chỉnh theo tốc độ động cơ và theo hiệu điện thế accu, bảo đảm điện áp thứ cấp có giá trị cao ở mọi thời điểm • Động cơ khởi động dễ dàng, cầm chừng êm dịu, tiết kiệm nhiên liệu và giảm độc hại của khí thải • Công suất và đặc tính động học của động cơ được cải thiện rõ rệt... giá trị cho phép 50 ÷ 150 mJ 27 4.2.3 Tần số và chu kỳ đánh lửa Đối với động cơ 4 thì, số tia lửa xảy ra trong một giây hay còn gọi là tần số đánh lửa được xác định bởi công thức: f = nZ 120 ( Hz ) Trong đó: f: Tần số đánh lửa n: Số vòng quay trục khuỷu động cơ (min-1) Z: Số xylanh động cơ Chu kỳ đánh lửa T: là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa T = 1/f = tđ + tm tđ : Thời gian vít ngậm hay transistor... transistor công suất ngắt Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với vòng quay trục khuỷu động cơ và số xylanh Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh lửa f tăng và do đó chu kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến 2 thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh Thời gian tích lũy năng lượng tđ trên cuộn sơ cấp phụ thuộc... 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 Các bộ phận như bộ đánh lửa sớm kiểu cơ khí (áp thấp, ly tâm) đã được loại bỏ hoàn toàn HTĐL với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử (ESA-Electronic Spark Advance) được chia làm 2 loại sau: • Hệ thống đánh