Hcmute nghiên cứu và đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa hybrid

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LÀM
VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA HYBRID

MÃ SỐ: T2018 – 22TĐ

SKC 0 0 6 4 7 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2019

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LÀM VIỆC
CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA HYBRID
Mã số: T2018 – 22TĐ

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

TP. HCM, 04/2019

Luan van


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LÀM VIỆC
CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA HYBRID
Mã số: T2018 – 22TĐ

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
Thành viên đề tài: GVC.ThS Đỗ Quốc Ấm
ThS Nguyễn Tấn Ngọc

TP. HCM, 04/2019

Luan van


DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP
CHÍNH
NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

TT
1

Họ và tên
Đỗ Văn Dũng

Đơn vị công tác và

Nội dung nghiên cứu cụ thể

lĩnh vực chuyên môn

được giao

Chữ ký

Trường
ĐHSPKT.TPHCM

-Nghiên cứu lý thuyết về
đánh lửa trên động cơ ô tô.
-Xây dựng mơ hình hệ thống

2

Đỗ Quốc Ấm

Trường

-Xây dựng các phương trình

ĐHSPKT.TPHCM

tốn học mô tả hoạt động hệ
thống.

3

Nguyễn Tấn

Trường

- Mô phỏng và đánh giá ảnh

Ngọc

ĐHSPKT.TPHCM

hưởng các thơng số tác động
vào q trình làm việc của hệ
thống
- Thực nghiệm và đánh giá
kết quả thực nghiệm.

ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
Tên đơn vị
trong và ngồi nước

Nội dung phối hợp nghiên cứu

Họ và tên người
đại diện đơn vị

1

Luan van


MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Danh sách thành viên tham gia đề tài và đơn vị phối hợp chính

1

Mục lục

2

Danh sách các chữ viết tắt

3

Danh sách các bảng

4

Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Việt

5

Information on research results

7

Mở đầu

9

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

22

Chương 2: Mơ hình đánh lửa Hybrid

30

Chương 3: Các mô phỏng hệ thống đánh lửa Hybrid

36

Chương 4: Thực nghiệm và đánh giá kết quả

57

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

87

Tài liệu tham khảo

92

2

Luan van


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CHỮ

TRANG

SCR: Silicon Controlled Rectifier

30

ECU: Electronic Control Unit

57

RON: Research On Motor

58

ppm: parts per million

58

AVL: Anstalt für Verbrennungskraftmaschinen List

60

3

Luan van


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của điện dung C đến điện trở tương đương ESR và năng lượng tổn
hao khi tụ rò điện ở t ng = 5 ms.

54

Bảng 3.2: Năng lượng tích lũy trên tụ với các giá trị C từ 0,22 µF - 4µF khi tính đến tổn
thất năng lượng.

55

Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của động cơ Toyota 1NZ-FE

57

Bảng 0.1: Các thông số đầu vào khi thử nghiệm hai hệ thống đánh lửa

58

Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật thiết bị Dynamometer

62

Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật thiết bị FP7000 Classic

64

Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật thiết bị đo khí xả HG-520

65

Bảng 4.6: Độ chênh lệch giá trị công suất động cơ (%)

80

Bảng 4.7: Độ chênh lệch giá trị moment động cơ (%)

80

Bảng 4.8: Độ chênh lệch giá trị suất tiêu hao nhiên liệu có ích (%)

81

Bảng 4.9: Tổng năng lượng tiêu hao trên một hệ thống điện cảm với thông số: R1=1.12
(); L1 = 1.25 (mH); U = 13.8 (V)

83

Bảng 4.10: Tổng năng lượng tiết kiệm được trong 1 giờ ở các vùng tốc độ động cơ
83
Bảng 4.11: Tổng năng lượng tiết kiệm trong một giờ khi tính đến sự tổn hao khi truyền
năng lượng

84

Bảng 4.12: Lượng nhiên liệu tiết kiệm được trong 1 giờ khi sử dụng hệ thống đánh lửa
Hybrid

85

Bảng 4.13: Tiêu chuẩn khí thải cho động cơ xăng (TCVN 6438:2001)

85

Bảng 4.14: Chất lượng khí thải động cơ sử dụng hai hệ thống đánh lửa

86

Bảng 5.1: Tổng năng lượng tiết kiệm được trong 1 giờ khi đã tính đến hiệu suất qua
đường truyền năng lượng

89

4

Luan van

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. HCM, ngày 02 tháng 04 năm 2019

THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thơng tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa
Hybrid
- Mã số: T2018 – 22TĐ
- Chủ nhiệm: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
- Thời gian thực hiện: 12 tháng
2. Mục tiêu:
Nghiên cứu và xây dựng mơ hình đánh lửa hỗn hợp điện dung điện cảm với các thông
số thích hợp nhằm tận dụng năng lượng tự cảm “thừa” trên hệ thống đánh lửa. Đồng thời,
tiến hành các thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống trên động cơ
thực tế.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Nghiên cứu lý thuyết về đánh lửa Hybrid.
- Xây dựng các mơ hình tính tốn hệ thống đánh lửa Hybrid.
- Thiết lập các phương trình tốn học mơ tả q trình phát sinh sức điện động tự cảm.
- Tính tốn xác định giá trị các thông số trên hệ thống.

- Xây dựng mơ hình thực có khả năng tích lũy năng lượng tự cảm.
- Thực nghiệm và đánh giá kết quả thực nghiệm.
4. Kết quả nghiên cứu:
- Xây dựng được mơ hình của hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung- điện cảm có khả
năng tích lũy năng lượng tự cảm sử dụng cho các lần đánh lửa sau
- Đánh giá năng lượng tích lũy trên hệ thống đánh lửa Hybrid
- Đánh giá được hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa Hybrid
5. Sản phẩm:
Sản phẩm khoa học:

5

Luan van


- Số bài báo có trong danh mục của Hội đồng Chức danh giáo sư nhà nước (Ghi rõ tên
tạp chí): 01, Effects of Capacitor on the Hybrid Ignition System, Material, Machines and
Methods for Sustainable Development Volume 889
Sản phẩm đào tạo (cao học, nghiên cứu sinh):
- Sản phẩm đào tạo nghiên cứu sinh: số lượng 1, Đỗ Quốc Ấm
Sản phẩm ứng dụng:
- Mơ hình đánh lửa lai hỗn hợp điện dung điện cảm có khả năng tích lũy năng lượng.
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
- Phương thức chuyển giao
Thông qua trung tâm chuyển giao công nghệ trường ĐHSPKTTPHCM.
- Địa chỉ ứng dụng
Các trường đại học, cao đẳng và trung học chun nghiệp có chun ngành cơ khí
động lực. Các cơ sở dạy nghề.

Trưởng Đơn vị

(ký, họ và tên)

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

6

Luan van


INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
Project title: RESEARCH AND ESTIMATE THE EFFECTIVE OF THE HYBRID
IGNITION SYSTEM
Code number: T2018 – 22TĐ
Coordinator: Assoc.Prof. Do Van Dug
Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
Duration: from 2018 to 2019
2. Objective(s):
- Investigate the parameters of the Hybrid ignition system so that the accumulated energy
is maximum
- Design a Hybrid ignition model with the matching parameters
- Estimate the model with experiments.
3. Creativeness and innovativeness:
- Study on the Hybrid ignition system
- Building the self-induced emf equations in working stages
- Building the matching parameters and experiment model
- Estimate the accumulated energy and the effective of the Hybrid ignition system
4. Research results:

- Building the Hybrid ignition system, which is using the accumulated energy for ignition
process in one cylinder.
- Estimate the accumulated energy in the Hybrid ignition system
- Estimate the efficiency of the Hybrid ignition system
5. Products:
- Paper: 1, Effects of Capacitor on the Hybrid Ignition System, Material, Machines and
Methods for Sustainable Development Volume 889
- Doctor’s thesis: 01
- The Hybrid ignition system model
7

Luan van


6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:
- The Hybrid ignition system model can be using in teaching at universities, colleges and
other school in the automotive field.

8

Luan van


MỞ ĐẦU
1. Tổng quan:
Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến đổi điện áp thấp trên ô tô (12V hay 24V) của ắcquy thành các xung điện thế cao (từ 15 kV - 40 kV) phân bố đến bu-gi trên xy-lanh tương
ứng theo thứ tự làm việc của động cơ ở thời điểm hợp lý để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và
khơng khí trong buồng cháy [1, 2, 3]. Trong quá trình hoạt động, cuộn sơ cấp của hệ thống
đánh lửa sinh ra sức điện động tự cảm khoảng 100 V đến 300 V [1, 2, 3]. Sức điện động tự
cảm này gây hư hỏng các thiết bị đóng ngắt, ảnh hưởng đến q trình tăng trưởng dịng sơ

cấp và gây nhiễu đến các thiết bị điện khác trên xe. Để giải quyết các vấn đề trên, tụ điện
thường được sử dụng trên hệ thống. Tuy vậy, biện pháp này có một khuyết điểm là chưa
tận dụng được năng lượng do sức điện động tự cảm sinh ra.
Ở mô hình đánh lửa lai hỗn hợp điện dung - điện cảm, năng lượng tự cảm sinh ra
được tích lũy vào một tụ điện và tái sử dụng năng lượng này cho lần đánh lửa tiếp theo. Tụ
điện này, vừa giúp tiết kiệm năng lượng đánh lửa, nâng cao chất lượng của quá trình đánh
lửa; vừa giúp bảo vệ cho thiết bị đóng ngắt dịng sơ cấp khỏi các tác hại của sức điện động
tự cảm trên, đồng thời nâng cao được chất lượng đánh lửa trên hệ thống và chống nhiễu
cho các thiết bị điện khác trên ô tô. Đề tài “Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả làm việc
của hệ thống đánh lửa Hybrid” nhằm mục đích đánh giá cơng suất; mức tiêu hao nhiên
liệu và chất lượng khí thải của động cơ được thử nghiệm theo qui trình tiêu chuẩn trên mơ
hình hệ thống đánh lửa lai.
1.2 Tình hình nghiên cứu đề tài:
1.2.1 Trong nước:


Bài báo “ Tính toán sức điện động tự cảm trên hệ thống đánh lửa lai” của nhóm tác

giả Đỗ Quốc Ấm, Đỗ Văn Dũng, Phan Nguyễn Quí Tâm, Lê Khánh Tân đăng ở tạp chí
Khoa học Giáo dục Kỹ thuật số 32 [4].
Bài báo đưa ra được mơ hình của hệ thống đánh lửa lai hỗn hợp điện dung - điện
cảm, trình bày các tính tốn sức điện động tự cảm trên mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa

9

Luan van


lai hỗn hợp điện dung điện cảm và các kết quả thực nghiệm. Các kết quả tính tốn và thực
nghiệm giúp xác định dạng dao động và các thông số tác động lên các dao động nêu trên.

Hình 1: Mạch đánh lửa lai
Các cơng thức tính cường độ dịng điện cuộn sơ cấp i1(t) và sức điện động tự cảm
V1(t):
𝑖 (𝑡) = 𝑎𝑒 𝑥𝑡 cos (𝑦𝑡) + 𝑧𝑒 𝑥𝑡 sin⁡(𝑦𝑡)
𝑉1 (𝑡) = −𝐿1 [(𝑎𝑥 + 𝑧𝑦) 𝑒 𝑥𝑡 cos(𝑦𝑡) + (𝑥𝑧 − 𝑎𝑦)𝑒 𝑥𝑡 sin (𝑦𝑡)]
So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm:

Hình 2: So sánh điện áp cực đại của sức điện động tự cảm tính tốn V1 với các giá
trị thực nghiệm ở các thời gian tích lũy năng lượng khác nhau
Sai lệch kết quả giữa thực nghiệm và mô phỏng của sức điện động tự cảm vào khoảng
10%.
Từ khóa: Sức điện động tự cảm, mạch sơ cấp, hệ thống đánh lửa lai, dao động.
10

Luan van




Bài báo “Nghiên cứu mơ hình đánh lửa Hybrid” của nhóm tác giả Đỗ Quốc Ấm, Đỗ

Văn Dũng, Lê Khánh Tân đăng ở Hội nghị Khoa học và Công nghệ tồn quốc về Cơ khí
lần thứ IV [5].
Bài báo trình bày nghiên cứu về mơ hình hệ thống đánh lửa bao gồm hai kiểu đánh
lửa riêng biệt, trong lần đánh lửa điện cảm, năng lượng tự cảm “thừa” sẽ được tích lũy vào
một hay nhiều tụ điện và phần năng lượng này sẽ được sử dụng vào quá trình đánh lửa điện
dung tiếp theo. Việc tận dụng năng lượng tự cảm này sẽ giúp tiết kiệm năng lượng sử dụng
trên hệ thống đánh lửa. Qua đó giúp tiết kiệm nhiên liệu sử dụng và giảm phát thải trên ơ
tơ.

Hình 3: Mơ hình hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung – điện cảm có khả năng tích
lũy năng lượng tự cảm

Hình 4: Điện áp trên bo-bin (a) và trên hai bản cực của tụ điện (b)

11

Luan van


Hình 5: Dạng sóng của dịng điện (a), điện áp qua cuộn sơ cấp của bo-bin đánh
lửa điện cảm (b) và điện áp trên bo-bin đánh lửa điện dung (c) trên mơ hình sử
dụng một tụ điện
Năng lượng tích lũy được trên tụ có dung lượng C = 2 μF đạt 9,36 mJ với thời gian
tích lũy năng lượng tng = 2,67 ms, dòng điện cực đại I = 3,345 A, điện thế U= 12,54 V, R
= 1,2 Ω và L = 2,67 mH. Năng lượng đánh lửa điện cảm QL = 15,55 mJ.
Hai mơ hình tích lũy năng lượng:
1. Mơ hình mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng hai bo-bin riêng biệt
2. Mơ hình mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng một bo-bin

Hình 6: Mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng hai bo-bin riêng biệt
12

Luan van


Hình 7: Mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng một bo-bin
Từ khóa: tích lũy năng lượng, đánh lửa điện dung, đánh lửa điện cảm, đánh lửa lai,
khí xả.



Bài báo “Nghiên cứu chuyển đổi hệ thống đánh lửa bán dẫn sang hệ thống đánh lửa

trực tiếp”, nhóm tác giả Lâm Bá Nha, Nguyễn Khắc Bằng và Ngô Thanh Hà [6].
Bài báo trình bày việc thực nghiệm chuyển đổi hệ thống đánh lửa bán dẫn trên động
cơ TOYOTA 5A-F thành hệ thống đánh lửa trực tiếp theo hai phương án:
1. Hệ thống đánh lửa trực tiếp bo-bin đôi
2. Hệ thống đánh lửa trực tiếp bo-bin đơn
Các kết quả thực nghiệm:

Hình 8: Biểu đồ lượng nhiên liệu tiêu thụ trung bình trong 1 phút của động cơ 5A-F

13

Luan van


Hình.9: Đồ thị M, P của động cơ 5A-F
Việc chuyển đổi giúp cải thiện các thông số đánh lửa, tăng công suất, tăng moment,
tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường. Khi chuyển đổi từ hệ thống đánh lửa bán
dẫn sang hệ thống đánh lửa trực tiếp thì phương án sử dụng bo-bin đơn cho kết quả tốt
nhất.


Các nghiên cứu về tối ưu hóa thời điểm đánh lửa và điện tử hóa hệ thống như:
Đề tài “Thiết kế mạch điều khiển góc đánh lửa sớm cho động cơ M161, Mercedes-

Benz 140”, TS Lê Văn Tụy, Nguyễn Viết Thuận [7].
Đề tài “Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm các hệ thống đánh lửa đang sử dụng phổ

biến trên ô tô ở Việt Nam và khả năng lắp lẫn” GVC.ThS Nguyễn Văn Thình, PGS.TS Đỗ
Văn Dũng, Đỗ Quốc Ấm, Nguyễn Văn Long Giang [8].


Nhận xét:
Các cơng trình nghiên cứu trong nước tập trung vào việc tối ưu hóa thời điểm đánh

lửa, thay đổi các chi tiết và điện tử hóa hệ thống đánh lửa trên động cơ. Các nghiên cứu về
hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện cảm – điện dung mới chỉ dừng trên việc nghiên cứu lý
thuyết, chưa thử nghiệm trên thực nghiệm và chưa đánh giá được khả năng tiết kiệm năng
lượng cũng như bảo vệ các chi tiết khác trên hệ thống đánh lửa.
1.2.2 Ngoài nước:

14

Luan van




Cơng trình “Thiết bị đánh lửa cho động cơ đốt trong” của tác giả Charles F Kettering,

Patent US1037491 [9].

Hình 10: Sơ đồ thiết bị đánh lửa cho động cơ đốt trong
Đây là hệ thống đánh lửa điện cảm được sử dụng phổ biến trên động cơ xăng. Hệ
thống gồm có accu B, tiếp điểm I, bộ chia điện T, bo-bin bao gồm cuộn sơ cấp P và cuộn
thứ cấp S.
Khi tiếp điểm I đóng, dịng điện chạy từ accu B qua bộ chia điện T xuống tiếp điểm
I về mass. Khi đến thời điểm làm việc, tiếp điểm K ngắt làm dòng sơ cấp giảm đột ngột,

trên cuộn thứ cấp xuất hiện điện áp đánh lửa vào khoảng 15 kV – 40 kV, làm xuất hiện tia
lửa trên bu-gi để đốt cháy hỗn hợp.
Hệ thống này có cấu trúc đơn giản và thời gian phóng điện dài. Tuy nhiên hệ thống
cũng cần thời gian tích lũy năng lượng dài và thời gian phóng điện phụ thuộc vào lượng
năng lượng tích lũy.


Cơng trình “Thiết bị đánh lửa cho động cơ xăng” của Nikola Tesla, Patent US609250

[10].

15

Luan van


Hình 11: Sơ đồ thiết bị đánh lửa cho động cơ xăng
Đây là hệ thống đánh lửa điện dung thường được sử dụng trên xe máy hoặc trên các
loại động cơ cỡ nhỏ. Hệ thống bao gồm accu E, tụ điện G, bo-bin gồm cuộn sơ cấp F và
cuộn thứ cấp H và bu-gi L. Năng lượng sẽ được tích lũy trên tụ G từ mạch nạp, khi đến
thời điểm đánh lửa, bu-gi sẽ nhận năng lượng từ tụ xả qua làm xuất hiện tia lửa.
Hệ thống này có thời gian tích lũy năng lượng ngắn, hiệu điện thế thứ cấp tăng trưởng
nhanh; nhưng lại có thời gian phóng điện và thời gian duy trì tia lửa trên bu-gi ngắn.


Cơng trình “Hệ thống đánh lửa nạp xả với chu kỳ điện dung điện cảm” của tác giả

Martin E.Gerry, Patent US4288723 [11].

Hình 12: Sơ đồ hệ thống đánh lửa nạp xả với chu kỳ điện dung điện cảm

16

Luan van


Hệ thống bao gồm một bộ biến áp có cuộn sơ cấp mắc song song với tụ điện (tụ 80)
và được cấp một xung điện xoay chiều liên tục trong một chu kỳ đánh lửa, làm cho tụ điện
phóng nhiều lần qua cuộn sơ cấp. Việc phóng nạp liên tục của tụ giúp tạo ra nhiều xung
điện áp cao thế ở cuộn thứ cấp trong một chu kỳ đánh lửa.
Ắc-quy 12 cung cấp dòng điện đến tiếp điểm 21 và cuộn dây 31 của mạch tạo nguồn
AC 30, cuộn dây 32 cung cấp điên áp đến cuộn sơ cấp 71 và tụ điện 80. Khi tiếp điểm 21
đóng, dịng chạy từ nguồn 12 đến cuộn dây 31, khơng có dịng chạy trong cuộn dây 32.
Khi tiếp điểm 21 ngắt, dòng AC sinh ra ở cuộn 32 cấp cho cuộn sơ cấp 71 và tụ điện 80.
Tụ điện được sạc đầy và rất nhanh trong khoảng thời gian từ t0 đến t1, trong khoảng
thời gian từ t1đến t2 tiếp theo, tụ điện phóng điện qua cuộn sơ cấp 71, trong khoảng từ t2
đến t3 tụ tiếp tục được sạc và tiếp tục phóng điện trong khoảng thời gian từ t3 đến t4. Tiếp
tục như vậy, trong một chu kỳ đánh lửa, tụ điện phóng nhiều lần qua cuộn sơ cấp, có thể
làm thay đổi từ thơng đến 60 lần thay vì chỉ một lần trong các hệ thống thông thường.
Hệ thống này chỉ sử dụng có một tiếp điểm là tiếp điểm 21 nên giảm tổn thất năng
lượng. Đồng thời trong một chu kỳ đánh lửa, tụ phóng nạp liên tục lên cuộn sơ cấp 71 giúp
tăng năng lượng đánh lửa và tạo ra nhiều xung điện áp cao liên tục trên cuộn thứ cấp.


Cơng trình “Hệ thống đánh lửa hỗn hợp trên động cơ đốt trong” của tác giả Michael

J French và Matthew Joseph Edwards, Patent US5806504 [12].

17

Luan van

Hình 13: Sơ đồ hệ thống đánh lửa hỗn hợp trên động cơ đốt trong
Hệ thống sử dụng biến áp đánh lửa gồm ba cuộn sơ cấp 54, 58, 62; ECU (bộ điều
khiển) 34 điều khiển cặp transistor đồng bộ với mạch nạp và xả tụ 82 để kéo dài thời gian
tạo tia lửa.
Tụ 74 có thể được sạc bằng bất kỳ nguồn nào trên xe, ví dụ như lấy nguồn từ ắc-quy,
máy phát,... (mạch 82).
Bộ phát điện xoay chiều 46 bao gồm hai transistor 90 và 106 được điều khiển bởi
ECU 34. Khi hoạt động, tụ 74 được sạc xấp xỉ 300 V. Khi đến thời điểm đánh lửa, ECU
34 phát tín hiệu cho SCR 78 hoạt động, tụ 74 sẽ phóng điện qua cuộn sơ cấp 54, làm xuất
hiện tia lửa đầu tiên trên bu-gi. Sau đó, ECU điều khiển cặp transistor 90 và 106 đóng ngắt
dịng qua cuộn 58 và 62 để tiếp tục tạo tia lửa trên bugi. Các transistor được điều khiển
đồng bộ với mạch nạp và xả tụ để tạo tia lửa đủ sức đốt cháy hịa khí.
Hệ thống này có thể điều khiển dễ dàng với ECU, kéo dài thời gian xuất hiện tia lửa
trên bu-gi, qua đó làm tăng hiệu suất của động cơ

18

Luan van




Cơng trình “Hệ thống đánh lửa nạp xả điện dung điện cảm điều biên” của tác giả

Martin E.Gerry, Patent US4291661 [13].

Hình 14: Sơ đồ hệ thống đánh lửa nạp xả điện dung điện cảm điều biên
Hệ thống bao gồm mạch nguồn AC 200 cấp điện liên tục cho bộ biến áp có cuộn sơ

cấp mắc nối tiếp với tụ điện trong một chu kỳ đánh lửa, làm cho tụ điện phóng nhiều lần
qua cuộn sơ cấp. Mạch nguồn AC được điều khiển bởi mạch tạo xung 180, qua đó thay đổi
được biên độ của dòng điện đầu ra.
Các bộ phận của hệ thống: ắc-quy 12, mạch tạo xung 180, mạch nguồn AC 200, mạch
bô-bin 300. Mạch tạo xung 180 bao gồm cuộn dây 185 quấn quanh nam châm 183 và bánh
răng 186 được dẫn động từ động cơ. Mạch tạo xung 180 phát tín hiệu cho transistor 204 và
205 của mạch nguồn AC 200. Mỗi transistor điều khiển dòng luân phiên đi qua nửa cuộn
sơ cấp 201. Dòng ra cuộn 203 có dạng xung vng. Ở mạch bo-bin 300, tụ 311 được gắn
nối tiếp với cuộn tích 312; cuộn tích 312 nối tiếp với cuộn sơ cấp 301. Cuộn tích 312 được
nạp rất nhanh và là nguồn cung cấp năng lượng cho cuộn sơ cấp 301.
Hệ thống này có cuộn sơ cấp được tích điện rất nhanh, mạch bo-bin được nạp xả
nhanh chóng mà khơng cần có thêm bộ phận điều khiển và dịng điện được phóng nhiều
lần qua cuộn sơ cấp làm tăng năng lượng đánh lửa.


Nhận xét:
Hai công trình “Thiết bị đánh lửa cho động cơ đốt trong” của tác giả Charles F

Kettering và “Thiết bị đánh lửa cho động cơ xăng” của Nikola Tesla thể hiện hai hệ thống
đánh lửa cơ bản trên động cơ là hệ thống đánh lửa điện cảm và hệ thống đánh lửa điện
dung. Hệ thống đánh lửa điện cảm thường được sử dụng trên ơ tơ nhưng có khuyết điểm
19

Luan van


là chưa tận dụng được sức điện động tự cảm sinh ra trong q trình làm việc. Các cơng
trình “Hệ thống đánh lửa nạp xả với chu kỳ điện dung điện cảm” và “Hệ thống đánh lửa
nạp xả điện dung điện cảm điều biên” của tác giả Martin E.Gerry đều nhằm mục đích tận
dụng sức điện động tự cảm sinh ra trong một lần đánh lửa hoặc nạp vào tụ và phóng nhiều

lần liên tục qua cuộn sơ cấp trong chính lần đánh lửa đó, giúp tăng năng lượng đánh lửa.
Cơng trình “Hệ thống đánh lửa hỗn hợp trên động cơ đốt trong” của tác giả Michael J
French và Matthew Joseph Edwards sử dụng nguồn accu hoặc điện áp từ các nguồn khác
trên xe nạp vào tụ và điều khiển phóng qua cuộn sơ cấp giúp kéo dài thời gian xuất hiện
tia lửa trên bu-gi. Các biện pháp trên nhằm mục đích nâng cao năng lượng đánh lửa và kéo
dài thời gian xuất hiện tia lửa trên bu-gi bằng cách sử dụng kết hợp cả năng lượng điện
dung và điện cảm.
3. Mục đích đề tài:
 Đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa lai trên động cơ thực tế trong phịng
thử qua các tiêu chí: cơng suất; mức tiêu hao nhiên liệu và chất lượng khí thải.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:


Đối tượng nghiên cứu:
Hệ thống đánh lửa



Phạm vi nghiên cứu:
Đánh giá khả năng tích lũy năng lượng tự cảm trên hệ thống đánh lửa lai ở động cơ xăng

có bốn hoặc sáu xy lanh, đánh lửa trực tiếp sử dụng bo-bin đơn, có thể tích cơng tác từ 1,0
lít đến 3,0 lít và ở số vòng quay động cơ từ 1.000 vòng đến 4.000 vịng.
5. Ý nghĩa khoa học và tính cấp thiết của đề tài:
Đề tài “Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa Hybrid”
nhằm đánh giá khả năng tích lũy năng lượng, là cơ sở để xác định hệ thống đánh lửa lai có
khả năng tiết kiệm năng lượng, bảo vệ các chi tiết khác trên hệ thống đánh lửa và có khả
năng áp dụng trong thực tế.
6. Giới hạn đề tài:
 Đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa lai ở động cơ xăng bốn hoặc sáu xy

lanh và ở số vòng quay động cơ từ 1.000 vòng đến 4.000 vòng
20

Luan van


7. Kết quả dự kiến đạt được:
 Mô phỏng sự ảnh hưởng của các thơng số đến khả năng tích lũy năng lượng của hệ
thống;
 Xây dựng mơ hình thử nghiệm
 Thực nghiệm và đánh giá các kết quả thực nghiệm.

21

Luan van


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Sức điện động tự cảm:
1.1.1 Hiện tượng tự cảm [1, 14]:

Hình 1.1: Từ thơng qua cuộn dây
Xét một cuộn dây có N vịng dây, dòng I chạy trong mạch ngược chiều kim đồng hồ.
Từ thông qua cuộn dây:
𝜙 = 𝐵𝐴 cos(𝐵⃗ , 𝑛⃗ )

(1-1)

đơn vị: Wb (Weber), với 𝑛⃗ là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng vòng dây
Với cảm ứng từ B:

𝐵=

𝜇 0𝑁
𝑙

𝐼⁡

(1-2)

đơn vị: T (Tesla), với
𝐴: tiết diện (m2)
N: số vòng quấn (vòng)
𝜇0 : độ từ thẩm, trong môi trường chân không: 𝜇0 = 4𝜋 10 −7 ⁡(𝐻 ⁄𝑚 ) [14]
𝑙: chiều dài cuộn dây (m)
𝐼: cường độ dòng điện qua cuộn dây (A)
Độ từ thẩm 𝜇0 = 4𝜋10 −7 (𝐻 ⁄𝑚 ) là độ từ thẩm của chân không. Tuy nhiên, tỉ số giữa
độ từ thẩm của khơng khí và độ từ thẩm của chân khơng là 1,000000373 nên có thể xem
độ từ thẩm của khơng khí xấp xỉ 4𝜋10 −7 (𝐻 ⁄𝑚 ) [14, 15, 16].
Khi dòng điện qua cuộn dây không thay đổi, từ thông qua cuộn dây không thay đổi,
sức điện động cảm ứng không xuất hiện.

22

Luan van