Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Trường ĐH Sư phạm Hà
Nội 2, các thầy cô giáo trong Khoa Vật Lý đã tận tình giúp đỡ em trong quá
trình học tập tại trường và tạo điều kiện cho em thực hiện khóa luận tốt
nghiệp.
Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Trần Văn
Giảng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong quá trình học tập, nghiên cứu
để hoàn thành khóa luận này.
Trong quá trình nghiên cứu, không tránh khỏi những thiếu sót và hạn
chế. Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các
bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 12 tháng 05 năm 2011

Sinh viên

Trần Thị Hợi

1

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp


2.2. Chất lượng đánh lửa ........................................................................... 27

2.2.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng đánh lửa.............................. 27
2.2.1.1. Thời điểm đánh lửa....................................................................... 27
2.2.1.2. Cường độ đánh lửa ....................................................................... 28
2.2.2. Một số giải pháp cải thiện chất lượng đánh lửa nhằm nâng cao hiệu suất
nhiệt trong động cơ châm cháy cưỡng bức ................................................ 30
KẾT LUẬN............................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 42

4

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Động cơ đốt trong là lĩnh vực khá rộng và gần gũi với con người. Nó
được phát minh từ năm 1860 và không ngừng phát triển. Trong việc thúc đẩy
kinh tế phát triển, nó giữ vai trò rất quan trọng. Do vậy, việc tìm hiểu và
nghiên cứu động cơ đốt trong để tìm giải pháp nâng cao hiệu suất của động cơ
luôn được con người quan tâm đến. Trong đó, việc cải thiện chất lượng đánh
lửa nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt là một vấn đề đang được nhiều người quan
tâm.
Xuất phát từ lí do trên và nhu cầu tìm hiểu của bản thân người viết lựa
chọn đề tài: " Nghiên cứu vấn đề cải thiện chất lượng đánh lửa nhằm nâng

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Phát triển khả năng tư duy logic.
- Ứng dụng trong thực tế sản xuất.
6. Kết cấu luận văn
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, phần mục lục
Đề tài được trình bày trong 2 chương
- Chương 1: Chu trình làm việc của động cơ đốt trong.
- Chương 2: Hệ thống đánh lửa và vấn đề cải thiện chất lượng đánh lửa
nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt trong động cơ xăng.

NỘI DUNG

6

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

CHƯƠNG 1: CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. Chu trình lý thuyết của động cơ 4 kỳ
1.1.1. Chu trình lý tưởng
1.1.1.1. Chu trình lý tưởng tổng quát
Chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ đốt trong gồm các quá trình:
nén đoạn nhiệt, cấp nhiệt đẳng tích, cấp nhiệt đẳng áp, giãn nở đoạn nhiệt, nhả
nhiệt đẳng tích, nhả nhiệt đẳng áp. Trong đó, cấp nhiệt đẳng tích đặc trưng
cho động cơ hình thành hòa khí bên ngoài, đốt cháy cưỡng bức nhờ tia lửa


TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

 

Vd
Vc

Vd : Thể tích cuối quá trình giãn nở
Tỷ số giảm áp khi nhả nhiệt:

 

Pd
Pf

Qua tính toán cho ta thấy:
t   

T

d

 T f   k (T f  T 0 )


Chu trình hỗn hợp nguồn nóng cấp nhiệt Q1 cho môi chất, một phần
Q1v trong điều kiện tẳng tích, còn lại Q1p cấp trong điều kiện đẳng áp
Q1= Q1v+Q1p

Trong suốt quá trình cấp nhiệt này ta coi như là một lần nhận nhiệt cụ
thể: Tại thời điểm a, môi chất có các thông số đặc trưng là Va, Ta, Pa . Tiếp
theo môi chất thực hiện quá trình nén đoạn nhiệt theo đường ac và tại c các
thông số là Vc, Tc, Pc.Tiếp theo môi chất nhận một nhiệt lượng là Q1v trong
quá trình đẳng tích theo cz’ và tại z’ các thông số đặc trưng là: Vz’ = Vc, Tz’,

8

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Pz’, sau đó môi chất nhận một nhiệt lượng nữa là Q1p theo zz’. Tại z các thông
số đặc trưng: Vz, Tz, Pz= Pz’. Sau đó môi chất thực hiện quá trình giãn đoạn
nhiệt theo zd và tại d các thông số đặc trưng Va=Vd, Td, Pd, rồi môi chất thực
hiện truyền cho nguồn lạnh một nhiệt lượng Q2 trong điều kiện đẳng tích rồi
trở về trạng thái ban đầu.

Q1p
P

z'


Hiệu suất của chu trình:



Q1  Q2
Q
 2
Q1
Q1

Đối với khí lý tưởng thì nhiệt dung riêng của nó không thay đổi

9

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2
Q1V  C v T z '  Tc 

Q1 p  C p Tz  Tz ' 

Q2  C p Tz  Tz ' 
  


C v Td  Ta 
C v Tz  Tc   C p Tz  Tz ' 


Tz Vz
 
Tz' Vz '
Tz   Tz '
Tz     Ta  k1

Do zd là quá trình giãn đoạn nhiệt nên ta có:

10

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2
Td  Vz 
 
Tz  Vd 

k 1

Trong đó:

Vd
 
Vz
   


   k  1  Ta  T a   k  1  k      T a   k  1  Ta     k  1 
   1

1

 k 1



   k 1
   1      1

Qua đó ta thấy khi tăng ε thì η tăng, nghĩa là khi tăng ε và không thay
đổi Q1V , Q1p sẽ làm tăng δ và như đã biết việc biến đổi nhiệt thành công xảy ra
trong quá trình giãn môi chất. Tuy nhiên, nếu tăng η với việc tăng ε sẽ chậm
lại khi ε đạt đến một giá trị cao đã cho nào đó. Việc sử dụng môi chất có nhiệt
dung lớn làm giảm chỉ số đoạn nhiệt k dẫn đến giảm hiệu suất η.
Ở chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

Q1  Q1p  Q1v
Nếu đã cho Q1 ta tăng Q1V cấp ở đoạn đẳng tích thì tương ứng với việc
tăng ε. Như vậy, chu trình cấp nhiệt đẳng áp, cấp nhiệt đẳng tích chỉ là trường

11

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp


Quá trình nạp môi chất mới vào xilanh được thực hiện khi pittông đi từ
ĐCT → ĐCD, áp suất trong xilanh giảm, lúc này do sự chênh lệch áp suất
trong xilanh và trên đường ống nạp không khí và nhiên liệu sẽ qua đường ống
nạp và đi vào xilanh, quá trình nạp kết thúc khi cửa nạp đóng hoàn toàn.

12

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Trong thực tế, để nạp đầy thì xupap nạp được bố trí mở sớm và đóng
muộn để lượng không khí và nhiên liệu trong mỗi chu trình làm việc của
ĐCĐT lớn nhất làm cho hiệu suất của động cơ cũng đạt kết quả cao.
 Quá trình nén
Quá trình nén diễn ra khi pittông đi từ ĐCD → ĐCT, hai xupap đều
đóng. Quá trình nén của ĐCĐT có tác dụng:
+) Mở rộng phạm vi nhiệt độ của quá trình làm việc (nén, cháy giãn nở).
+) Đảm bảo cho sản vật cháy được giãn nở sinh công triệt để hơn.
+) Tạo điều kiện thuận lợi nhất cho hòa khí bốc cháy.
Các quá trình trên nhằm đảm bảo quá trình chuyển biến từ hóa năng của
nhiên liệu thành nhiệt năng và từ nhiệt năng chuyển thành công có ích được
thực hiện tốt làm tăng hiệu suất của chu trình.
Khác với quá trình nén của chu trình lý tưởng, diễn biến quá trình nén
của chu trình thực tế rất phức tạp, giữa môi chất và thành xilanh luôn có sự
trao đổi nhiệt qua lại với nhau. Đầu quá trình nén nhiệt độ môi chất thấp hơn
nhiệt độ trung bình của xilanh nên các chi tiết nóng sẽ truyền nhiệt cho môi

n1

( Pa : p sut u kỡ nộn)

V
Pc Pa a
Vc

n1

Pa n1

Quỏ trỡnh chỏy gión n
Quỏ trỡnh chỏy gión n din ra khi pittụng i t CT CD, hai
xupỏp vn úng, nhiờn liu c buzi chõm chỏy v chỏy nhit cao, ỏp
sut cao gión n y pittụng i xung thụng qua thanh truyn lm trc khuu
sinh cụng. Kỡ ny cũn c gi l kỡ sinh cụng.
Quỏ trỡnh thi
Quỏ trỡnh thi din ra khi pittụng i t CD CT, xupỏp np úng,
xupap thi m, khi pittụng cha xung n CD cui quỏ trỡnh chỏy gión
n xupỏp thi ó bt u m (m sm), khi ú nh chờnh lch ỏp sut sn vt
chỏy t thoỏt ra ngoi qua ca thi. õy l giai on thi t do.
Pittụng tip tc i t di lờn CT, lỳc ny th tớch trong xilanh gim,
ỏp sut tng lờn y sn vt chỏy ra ngoi, õy l giai on thi cng bc.
Khi pittụng lờn n CT xupỏp thi vn m, lỳc ny khớ ó chỏy sút li
trong xilanh vn tip tc qua ca thi ra ngoi theo quỏn tớnh, giai on ny
gi l giai on thi quỏn tớnh.
thi sch v chun b np c nhiu khớ mi vo xilanh thỡ xupap
thi cng c b trớ m sm úng mun hiu sut ca ng c c tng
cao.

pháp chụp ảnh nhanh quá trình cháy, bằng việc dựa vào một dãy các bức ảnh
liên tiếp chụp được sẽ biết tình hình tiến triển của quá trình cháy trong xilanh.
Đồ thị công p-φ điển hình của quá trình cháy được thể hiện trên hình vẽ
sau:

15

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Đồ thị quá trình cháy của động cơ xăng châm cháy cưỡng bức.
I.

Cháy trễ; II. Cháy nhanh; III. Cháy rớt.

1. đánh lửa; 2. hình thành màng lửa trung tâm; 3. áp suất lớn nhất Pz.
Điểm 1: bắt đầu đánh lửa, cách ĐCT một góc θ được gọi là góc đánh
lửa sớm.
Điểm 2: thời điểm đường áp suất thoát khỏi đường cong nén.
Điểm 3: thời điểm đạt áp suất cực đại.
Dựa vào đồ thị biến thiên áp suất trên đồ thị p-φ ta thấy quá trình cháy
của động cơ châm cháy cưỡng bức được chia làm 3 thời kì sau:
1.2.1. Thời kì cháy trễ I (giai đoạn này diễn biến từ điểm 1đến điểm 2)
Ở điểm 1 buzi bật tia lửa điện, tia lửa điện có tác dụng phân tích nhiên
liệu thành các gốc OH, CH2, O (đó là những iôn và nguyên tử tự do).Khi các
gốc ion và nguyên tử tự do tích tụ nhiều thì mới bắt đầu có sự cháy. Giai đoạn

xăng, phần lớn nhiệt lượng được nhả ra trong giai đoạn này, quy luật nhả
nhiệt sẽ quyết định khả năng đẩy pittông sinh công và đảm bảo tính năng làm
việc của động cơ.
Để nâng cao hiệu suất nhiệt của chu trình thì cần thời gian cháy càng
nhanh càng tốt. Muốn rút ngắn thời gian cháy phải nâng cao tốc độ cháy làm
cho áp suất cực đại tại vị trí gần ĐCT khiến nhiệt lượng nhả ra được lợi dụng
đầy đủ làm tăng công suất và hiệu suất của động cơ.
Trong quá trình cháy xuất hiện tốc độ lan truyền màng lửa Sr (m/s) và
tốc độ cháy U (kg/m2s).
Mối quan hệ giữa Sr và U:

17

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

U=γ. Sr
Sr: thể hiện tốc độ dịch chuyển của màng lửa theo hướng
pháp tuyến
U: thể hiện khối lượng hòa khí được 1 đơn vị diện tích
màng lửa đốt cháy trong một đơn vị thời gian
γ: khối lượng riêng của hòa khí (kg/m3 )
Lượng nhiệt Q nhả ra trong một đơn vị thời gian là:
Q= U.FT.Hm = γ. Sr .FT.Hm
Trong đó


Thường phải hạn chế

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2
P



trong giới hạn (1.75÷2.5).105Pa / độ góc quay

trục khuỷu, đồng thời phải điều khiển để áp suất đạt cực đại (tại điểm 3) được
xuất hiện sau ĐCT khoảng 10 ÷ 150 góc quay trục khuỷu, lúc đó động cơ sẽ
chạy êm nhẹ nhàng và có tính năng động lực tốt.
1.2.3. Thời kì cháy rớt III (được tính từ điểm 3 trở đi)
Cuối kì cháy nhanh, màng lửa đã lan khắp buồng cháy nhưng do hòa
khí phân bố không đều điều kiện nhiệt độ, điều kiện áp suất ở mọi khu vực
trong buồng cháy là không hoàn toàn giống nhau nên có những khu vực nhiên
liệu chưa cháy hết trong giai đoạn trước. Do điều kiện hòa trộn thay đổi làm
cho nhiên liệu chưa cháy được hòa trộn và bốc cháy tiếp tạo nên thời kì cháy
rớt. Trong thời kì này, nhiệt lượng được nhả ra tương đối ít, dung tích xilanh
dộng cơ lại tăng nhanh làm áp suất trong xilanh giảm dần theo góc quay trục
khuỷu. Thời kì cháy rớt dài hay ngắn phụ thuộc vào lượng hòa khí cháy rớt.
Cũng có trường hợp cháy rớt còn kéo dài sang cả quá trình thải thậm chí còn
kéo dài đến khi bắt đầu quá trình nạp của chu trình tiếp theo.
Thời kì cháy rớt nhiên liệu cháy không mạnh do thiếu không khí, nhiệt
độ sinh ra đốt nóng máy, giai đoạn này càng kéo dài thì càng không tốt cho
động cơ. Do vậy, cần rút ngắn thời kì cháy rớt để đảm bảo tính năng làm việc
của động cơ và cải thiện hiệu suất của động cơ. Người ta thường cố gắng tìm
cách hạn chế thời kì cháy rớt bằng cách: chọn góc phối khí, góc đánh lửa sớm
thích hợp… để tăng hiệu quả của quá trình cháy.


K: má vít

C: tụ điện

1, 2, 3, 4 các buzi

T: tiếp điểm thường mở

W1, W2: cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, hai cuộn này quấn chung trên
một lõi thép.
a: con quay chia điện
 K o: Công tắc đánh lửa. Công tắc đánh lửa là công tắc nguồn hoạt động
bằng chìa khóa động cơ.
Cuộn dây đánh lửa: cuộn dây đánh lửa có vai trò như một máy biến áp
làm nâng cao điện áp tới nhiều ngàn vôn. Trong một số hệ thống đánh lửa
điện tử, điện áp này có thể lên tới 47000V hoặc cao hơn. Điện thế cao gây ra
các tia lửa để phóng qua các khe hở của buzi. Bên trong cuộn dây đánh lửa
có hai cuộn dây: cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp. Cuộn dây sơ cấp có

20

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

khoảng vài trăm vòng dây nhưng dây có tiết diện lớn là phần mạch sơ cấp.
Cuộn thứ cấp quấn nhiều ngàn vòng dây nhỏ là mạch thứ cấp. Khi công tắc

qua nắp bộ chia điện và roto. Bộ chia điện quay và theo trình tự thì nổ cho các
xilanh động cơ. Một cuộn dây phân phối điện áp cao từ cuộn dây đánh lửa
đến các cực giữa của nắp bộ chia điện, bên trong nắp bộ chia điện, rôto bắt
trên đỉnh của bộ chia điện, roto có một miếng kim loại, đầu cuối của lá kim
loại tiếp xúc với cực giữa của nắp bộ chia điện. Khi roto quay đầu cuối kia đi
qua gần sát cực ngoài trong nắp bộ chia điện, các đầu này được nối tới các
buzi, sóng điện áp cao phóng qua khe hở nhỏ từ roto tới trục bộ chia điện, sau
đó các dây cáp chuyển sóng điện áp cao tới các buzi tại xilanh để đốt cháy
hòa khí.
 Các dây cáp đánh lửa thứ cấp: Các dây cáp điện áp cao được bọc
cách điện để phân phối điện áp cao từ cuộn dây tới các buzi. Các dây cáp thứ
cấp này bao gồm: dây dẫn và các dây buzi, chúng nối giữa tâm của cuộn dây
đánh lửa với nắp bộ chia điện và giữa nắp bộ chia điện với các buzi.
Buzi: là một bộ phận lắp ráp bao gồm một bộ phận cách điện, một cặp
điện cực nó tạo ra khe hở phóng điện châm cháy hòa khí trong xilanh động
cơ. Buzi có cấu tạo:

22

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

1: điện cực giữa

2: điện cực bên


buzi đó được gọi là buzi nóng, nếu dài thì buzi đó được gọi là buzi nguội.
Trong đó buzi loại nóng thường được sử dụng cho động cơ có tỉ số nén thấp,
tốc độ động cơ không cao, động cơ thường xuyên chạy ở tốc độ thấp, chạy
các quãng đường ngắn và tải nhẹ, buzi loại nguội thường sử dụng cho động cơ
tỉ số nén cao tốc độ động cơ thường hoạt động ở chế độ cao tốc độ lớn, quãng
đường dài và tải nặng.
Như vậy, việc lựa chọn buzi có phù hợp hay không cũng ảnh hưởng tới
tính năng của động cơ.
 Tụ điện C có nhiệm vụ dập tắt nhanh dòng điện sơ cấp để tạo ra sự
biến thiên từ thông trong mạch lớn, tạo ra dòng điện cảm ứng ở cuộn thứ cấp
lớn làm xuất hiện tia lửa điện ở hai cực của buzi với cường độ lớn. Ngoài ra
tụ điện còn có tác dụng bảo vệ má vít khỏi bị cháy khi có dòng qua đó lớn.
 Điện trở phụ Rp: K đóng mở nhanh hay muộn phụ thuộc vào tốc độ
vòng quay. Khi K đóng lâu dòng sơ cấp quá lớn sẽ đốt cháy W1 (vì dòng qua
là dòng một chiều chỉ có điện trở thuần, mà điện trở thuần rất nhỏ), để khắc
phục hiện tượng này người ta mắc nối tiếp W1 với điện trở phụ Rp
Rp có đặc điểm nhiệt độ càng tăng thì điện trở tăng theo, Rp càng lớn thì
khả năng cản trở dòng điện càng lớn. Do đó, Rp không cho dòng sơ cấp quá
lớn và bảo vệ W1 khi K đóng lâu. Ngược lại, khi dòng sơ cấp nhỏ thì điện áp
sơ cấp giảm dẫn đến độ biến thiên từ thông trong cuộn thứ cấp giảm làm dòng
thứ cấp giảm theo, lúc này điện áp giữa hai cực buzi nhỏ dẫn đến khó đánh
lửa. Do vậy, khi khởi động để dòng sơ cấp không quá nhỏ thì người ta sử
dụng tiếp điểm thường mở để nối tắt Rp. Sau khi kết thúc khởi động tiếp điểm
thường mở phải được mở ra.

24

TrÇn ThÞ Hîi K33D - SPKT