Báo cáo Nghiên cứu, đánh giá năng lượng tự cảm thừa trên cuộn sơ cấp của Bobin(Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu, đánh giá năng lượng tự cảm thừa trên cuộn sơ cấp của Bobin(Phần 1)

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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 1.2.1 Các kết quả ngoài nước 3 1.2.1.1 Hệ thống đánh lửa điện cảm 3 1.2.1.2 Hệ thống đánh lửa điện dung 4 1.2.1.3 Hệ thống đánh lửa Hybrid 4 1.2.1.4 Đánh lửa Laser 6 1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 10 1.2.3 Kết luận – Đề xuất nghiên cứu 11 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU VÀ MONG MUỐN ĐẠT ĐƢỢC 12 1.3.1 Mục tiêu chính của đề tài 12 1.3.2 Mong muốn đạt được 12 1.4 ĐỐI TƢƠNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 12 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 12 1.4.3 Phương pháp nghiên cứu 12 1.5 CÁC NỘI DUNG CHÍNH VÀ DỰ KIẾN KẾT QUẢ NGHIÊN 13 CỨU 1.5.1Dự kiến các nội dung trong đề tài 13 1.5.2 Dự kiến kết quả nghiên cứu 13 CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN CẢM 14 2.1.1 Khái niệm. 14 2.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa điện cảm. 14 2.1.3 Một vài thông số của hệ thống đánh lửa điện cảm 15 2.1.4 Lý thuyết đánh lửa điện cảm 17 2.1.5 Các biện pháp nâng cao đặc tính đánh lửa điện cảm 20 2.1.6 Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa điện cảm 23 2.2 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN DUNG. 23 2.2.1 Khái niệm hệ thống đánh lửa điện dung 23 2.2.2 Phân loại hệ thống đánh lửa điện dung. 23 2.2.3 Cấu tạo mạch điện đánh lửa điện dung cơ bản 25 2.2.4 Nguyên lý hoạt động: 26 2.2.5 Một vài thông số của đánh lửa CDI 26 2.2.6 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 2.3.1 Quá trình cháy trên động cơ đốt trong dùng nhiên liệu xăng 29 2.3.2 Phân tích năng lượng của tia lửa điện 30 2.4 NHỮNG YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHÁY 31 2.4.1 Ảnh hưởng của đường kính điện cực trung tâm 31 2.4.2 Ảnh hưởng của độ rộng khe hở bugi 32 2.4.3 Ảnh hưởng của độ nhô bugi trong buồng cháy 34 2.4.4 Ảnh hưởng của áp suất nén và điện áp 34
6. 2.4.5 Ảnh hưởng của tốc độ và tải đến điện áp đánh lửa 35 2.4.6 Ảnh hưởng của sự tăng tốc đến điệp áp đánh lửa 35 2.4.7 Thời điểm đánh lửa và điện áp yêu cầu. 36 2.4.8 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 3.2.1 Quá trình tích lũy năng lượng 37 3.2.2 Quá trình transistor ngắt 38 3.2.3 Tính toán sức điện động tự cảm trên cuộn sơ cấp khi transistor 40 ngắt 3.3 MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN 41 3.3.1 Mô phỏng và tính toán cường độ dòng điện 41 3.3.2 Mô phỏng và tính toán sức điện động tự cảm 41 3.4. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 42 3.4.1 Cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp 42 3.4.2 Sức điện động tự cảm 43 3.4.3 Kết luận 43 3.5. 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 3.5.1 Đánh giá ảnh hưởng của giá trị điện trở R đến cực đại của điện 44 áp tự cảm trên cuộn sơ cấp 3.5.2. Đánh giá ảnh hưởng của hệ số tự cảm L đến cực đại Umax của 44 điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấp 3.5.3. Đánh giá ảnh hưởng của giá trị điện dung C đến cực đại của 45 điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấp 3.5.4 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 4.1. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 50 4.1.1.Chế độ đánh lửa điện cảm 51 4.1.2.Chế độ đánh lửa điện dung 51 4.2. CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 51 4.3. 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
7. 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. 5 Hình 1.4 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. 20 Hình 2.10 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. 26 Hình 2.19 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 thế cuộn thứ cấp trong 28
8. 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. Hình 2.29 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. Hình 2.31 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 3.4 Kết quả mô phỏng cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp của 41 bo-bin Hình 3.5 Kết quả mô phỏng sức điện động tự cảm trên cuộn sơ cấp của Bo- 41 bin, tương ứng với thời gian tích lũy năng lượng tng=3,7ms Hình 3.6 Kết quả thực nghiệm cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp của bo- 42 bin ứng với thời gian tích lũy năng lượng: tng=7ms Hình 3.7 Kết quả thực nghiệm đánh giá sức điện động tự cảm trên cuộn 42 sơ cấp của bo-bin ứng với thời gian tích lũy năng lượng: tng=3.7ms Hình 3.8 So sánh điện áp cực đại của sức điện động tự cảm tính toán V1 với 43 các giá trị thực nghiệm ở các thời gian tích lũy năng lượng khác nhau Hình 3. 9 Đồ thị biểu diễn cực đại điện áp của cuộn dây sơ cấp U1max khi 44 thay đổi điện trở R Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn cực đại điện áp của cuộn sơ cấp U1max khi thay đổi 45 độ tự cảm L1 ứng với các thời gian ngậm khác nhau Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn cực đại điện áp của cuộn dây sơ cấp U1max khi thay đổi điện dung C2 ứng với các thời gian ngậm khác nhau. 46 Hình 3.12 Dao động điện áp trên cuộn sơ cấp khi C=0µF, tng=3.2ms 47 Hình 3.13 Dao động điện áp trên cuộn sơ cấp khi C=1µF, tng=3.2ms 47 Hình 3.14 Dao động điện áp trên cuộn sơ cấp khi C=2µF, tng=3.2ms 48 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn độ chênh lệch giá trị cực đại điện áp của cuộn dây 48
9. sơ cấp U1max khi sử dụng tụ C2 và khi không sử dụng tụ C2 Hình 4.1 Mô hình hệ thống đánh lửa hỗn hợp điện dung- điện cảm có khả 50 năng tích lũy năng lượng tự cảm Hình 4.2 Điện áp trên bo-bin (a) và trên hai bản cực của tụ điện (b) 51 Hình 4.3 Dạng sóng của dòng điện (a), điện áp qua cuộn sơ cấp của bo-bin 51 đánh lửa điện cảm (b) và điện áp trên bo-bin đánh lửa điện dung (c) trên mô hình sử dụng một tụ điện Hình 4.4 Mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng hai bo-bin riêng biệt 52 Hình 4.5 Mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng một bo-bin 53 Hình 4.6 Dạng sóng sơ cấp của mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng hai bo-bin 53 riêng biệt Hình 4.7 Dạng sóng sơ cấp của mạch đánh lửa hỗn hợp sử dụng một bo-bin 54 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Giá trị của hệ số tự cảm L khi cực đại của điện áp trên cuộn sơ cấp 45 đạt giá trị Umax DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TI Transistorized ignition system CDI Capacitor discharged ignition system AC_CDI Alternating current- Capacitor discharged ignition system DC-CDI Direct current- Capacitor discharged ignition system COV Coefficient of variation PPP Peak pressure position IMEP Indicated mean affective pressure SCR Silicon controlled rectifiers ECU Electronic control unit RLC Resistor, inductor capacitor A/ F Air/ Fuel
10. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Tp. HCM, ngày28 tháng 10 năm2015 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, đánh giá năng lượng tự cảm thừa trên cuộn sơ cấp của Bobin - Mã số: T2015-62 - Chủ nhiệm: ThS Đỗ Quốc Ấm - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 12 tháng 2. Mục tiêu: Đánh giá, phân tích năng lượng tự cảm” thừa” trên cuộn sơ cấp của bobin trong qúa trình hoạt động của hệ thống đánh lửa 1. Tính mới và sáng tạo: Đánh giá được năng lượng tự cảm trên cuộn sơ cấp của bo-bin và đề ra phương án sử dụng 2. Kết quả nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết về đánh lửa trên động cơ ô tô. - Xây dựng các mô hình tính toán. - Thiết lập các phương trình toán học mô tả mô tả quá trình xuất hiện sức điện động tư cảm - Xác định các giá trị sức điện động tự cảm bằng tinh tóan - Thực nghiệm đánh giá kết quả 3. Sản phẩm: Báo cáo phân tich 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Phƣơng thức chuyển giao Thông qua trung tâm chuyển giao công nghệ trường ĐHSPKT. Địa chỉ ứng dụng Các trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp có chuyên ngành cơ khí động lực. Các cơ sở dạy nghề. 0
11. CHƢƠNG I: HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ CÁC ĐỀ XUẤT 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trên động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng, hỗn hợp được hình thành bên ngoài động cơ và được đốt cháy bằng tia lửa điện của bu-gi. Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến dòng điện có điện áp thấp trên ô tô (12V hay 24V) thành các xung điện thế cao (từ 15.000V đến 40.000V) [1,2,3], các xung này sẽ được phân bố đến các bugi trên các xy-lanh theo đúng thứ tự làm việc và đúng thời điểm để đốt cháy hòa khí trong lòng xy-lanh. Với các công dụng trên, hệ thống đánh lửa có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất làm việc, giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường trên động cơ xăng [1,3]. Dựa vào cách tích lũy năng lượng, hệ thống đánh lửa trên ô tô được chia làm hai loại: - Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI- Transistorized ignition system) - Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI - Capacitor discharged ignition system) Đối với hệ thống đánh lửa điện cảm, năng lượng tích lũy trên cuộn sơ cấp bo-bine được viết dưới dạng: [1, 2] Đối với hệ thống đánh lửa điện dung, năng lượng tích lũy trên tụ điện được viết dưới dạng: [1, 2] Trong đó: - WL: Năng lượng tích luỹ trên cuộn sơ cấp (J). - WC: Năng lượng tich lũy trên tụ điện (J). - C: Điện dung của tụ điện (F). - Ung: Điện áp nạp trên tụ điện (V). - L1: Độ tự cảm của mạch sơ cấp (H). - Ing: Cường độ dòng điện qua mạch sơ cấp (A). Lợi thế quan trọng nhất của hệ thống đánh lửa điện cảm là có thể tạo ra được thời gian tồn tại tia lửa điện khá dài và đó là một trong những yếu tố quan trọng để có thể đảm bảo đốt cháy hoàn toàn hoà khí trong xy lanh. Hệ thống này có khả năng tạo ra thời gian tồn tại tia lửa điện dài hơn, vì lúc ban đầu năng lượng chỉ cần được cung cấp đủ để vượt qua khoảng cách khe hở bugi, phần còn lại sẽ được sử dụng để duy trì tia lửa. Đối với hệ thống đánh lửa điện, gần như tất cả năng lượng của mình sẽ được xả gần như lập tức, do đó sẽ bị giảm đáng kể khả năng duy trì tia lửa điện [1]. Tuy nhiên, do cuộn sơ cấp có độ tự cảm nên sự tăng trưởng dòng điện trên cuộn sơ cấp sẽ diễn ra tương đối chậm. Vì vậy, khi động cơ quay ở tốc độ cao, dòng điện tăng trưởng chưa đến được giá trị cần thiết thì đã bị ngắt, do đó năng lượng tích trữ trên cuộn sơ cấp chưa đủ, và kết quả là năng lượng đánh lửa không cao. Trong khi đó, ở tốc độ thấp, dòng điện tồn tại khá lâu nên sẽ làm nóng cuộn sơ cấp, tiêu tốn nhiều năng lượng accu và làm bo-bin nhanh hỏng. Với lợi thế điện áp thứ cấp tạo ra cao, tia lửa điện dung có thể dễ dàng bén cháy lượng hoà khí trong buồng đốt khi động cơ bị lọt dầu bôi trơn, hỗn hợp hoà khí quá giàu hoặc nhiệt độ buồng đốt còn thấp. Ngoài ra, điện áp cao có thể giúp tránh rò rỉ năng lượng trên chất cách điện bu-gi và các điện cực gây ra bởi sự dẫn điện của các chất bẩn. Một ưu điểm quan trọng 1
12. nữa là thời gian nạp và xả của tụ điện rất ngắn. Do đó, nó vẫn đảm bảo được năng lượng đầu ra đủ lớn khi động cơ hoạt động ở số vòng quay cao. Điều này đặt biệt có lợi khi dùng cho động cơ cao tốc. Tuy nhiên, vì sự phóng điện diễn ra quá nhanh, năng lượng trên tụ sẽ nhanh chóng cạn kiệt, vì vậy thời gian tồn tại tia lửa điện sẽ ngắn hơn so với tia lửa điện của hệ thống đánh lửa điện cảm. Do đó, nó sẽ khó đốt cháy hoàn toàn lượng hoà khí trong một số trường hợp đặc biệt của động cơ. Ví dụ: hoà khí nghèo, điều này dẫn đến xy lanh bị bỏ lửa (misfire) và làm khí thải bị ô nhiễm. Tuy có sự khác biệt về cách thức tích lũy năng lượng và các đặc điểm nêu trên, hai hệ thống đánh lửa trên đều giống nhau về cách tạo ra điện thế cao áp. Để tạo ra xung điện cao áp, cả hai hệ thống trên đều phải dùng biến áp đánh lửa (bo-bin). Kết cấu của biến áp đánh lửa gồm hai phần chính : cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp . Khi làm viêc̣ , trên cuôṇ sơ cấp của bo -bin xuất hiêṇ sức điện động tư ̣ cảm e 1=W1(dΦ/dt) (từ 100-300V) [1,5]. Điện áp tự cảm này là nguyên nhân chính gây hư hỏng các thiết bị đóng ngắt dòng sơ cấp (vít lửa hay transistor công suất) làm tiếp điểm bị cháy, rỗ hay làm hỏng transistor công suất và làm kéo dài thời gian triệt tiêu dòng điện qua cuộn sơ cấp của bo-bin. Qua đó, làm giảm giá trị cực đại của điện áp thứ cấp. Ngoài ra, sự phóng điện này sẽ gây nhiễu làm ảnh hưởng tiêu cực đến các thiết bị điện và điện tử khác trên ô tô. Để bảo vệ các thiết bị đóng ngắt, người ta thường dùng các biện pháp như: mắc tụ điện song song với tiếp điểm, dùng diode zener mắc song song với transistor, hoặc các biện pháp bảo vệ khác. Với các biện pháp này, thiết bị đóng ngắt dòng sơ cấp được bảo vệ, nhưng lại không tận dụng được phần năng lượng tự cảm sinh ra từ cuộn dây sơ cấp. Để tận dụng phần năn g lượng “thừ a” này , ta có thể tích lũy sức điện động tự cảm nêu trên vào một tụ điện và sử dụng phần năng lượng này cho các lần đánh lửa tiếp theo . Như vậy, ta vừa đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng đánh lửa, vừa bảo vệ được cho thiết bị đóng ngắt dòng sơ cấp khỏi các tác hại của sức điện động tự cảm trên , nâng cao đươc̣ chất lươṇ g đánh lử a trên hê ̣thống và chống nhiễu cho các thiết bị điện khác trên ô tô . Việc tiết kiệm được năng lượng dùng cho hê ̣thống đánh lử a bằng cách sử duṇ g đồng thời hai biêṇ pháp tích lũy năng lượng (điêṇ cảm và điêṇ dung ) nêu trên sẽ dẫn đến tiết kiệm được năng lượng sử dụng trên động cơ, giảm lượng khí thải thoát ra môi trường. Mặc dù năng lượng phục vụ cho một lần đánh lửa không lớn (khoảng 30mJ). Tuy nhiên, năng lượng sử dụng trên hệ thống đánh lửa được lấy từ accu, với rất nhiều tổn thất trên quá trình tích lũy năng lượng (hiệu suất làm việc của động cơ xăng, hiệu suất làm việc của máy phát điện, hiệu quả tích lũy của accu, các mất mát khác) và với số lượng ô tô sử dụng động cơ xăng lên đến vài trăm triệu chiếc trên thế giới, việc tích lũy năng lượng tự cảm này có ý nghĩa rất lớn. Thêm vào đó, việc tận dụng lại lượng năng lượng “thừa” này sẽ giúp nâng cao độ tin cậy của các thiết bị điện khác trên ô tô. 1.2 CÁC KẾT QUẢ TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ 1.2.1 Các kết quả ngoài nƣớc 1.2.1.1 Hệ thống đánh lửa điện cảm 2
13. Hệ thống đánh lửa điện cảm được sử dụng phổ biến nhất trên động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng, được phát minh bởi Kettering vào năm 1908 [4]. Hiện nay, với nhiều biến thể khác như: hệ thống đánh lửa bán dẫn (transistorized), hệ thống đánh lửa theo chương trình (programmed ignition) hệ thống đánh lửa trực tiếp (direct ignition), hệ thống đánh lửa điện cảm vẫn được sử dụng rộng rãi trên ôtô [6]. a) b) Hình1.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa điện cảm (a), điện dung (b) Ở hệ thống đánh lửa điện cảm, năng lượng trên hệ thống được tích lũy dưới dạng năng lượng điện cảm. Hoạt động của hệ thống như sau, khi trục khuỷu quay tiếp điểm K (công tắc hay transitor) được điều khiển đóng ngắt. Hệ thống thực hiện hai quá trình như sau Quá trình tích lũy năng lƣợng: Khi tiếp điểm đóng K, dòng điện từ + accu qua cuộn dây sơ cấp sẽ tăng trưởng dạng hàm mũ từ không cho tới giá trị nhất định i [1] U t (1.1) i 1 e  R L Trong đó: U: điện thế nguồn, t: thời gian dòng điện qua cuộn sơ cấp, Ʈ= : hằng số của R hệ thống, L: hệ số tự cảm, R: điện trở mạch sơ cấp. Năng lượng tích lũy trong hệ thống khi tiếp điểm ngắt Li2 (1.2) Q= 2 i: cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp tại thời điểm tiếp điểm ngắt. Quá trình ngắt dòng sơ cấp Khi tiếp điểm K ngắt dòng điện sơ cấp và từ thông do nó sinh ra mất đi đột ngột, trên cuộn thứ cấp của biến áp đánh lửa sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng 15- 40KV [1], tạo ra tia lửa điện trên hai điện cực của bu-gi nhằm đốt cháy hỗn hợp trong lòng xy-lanh. Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống đánh lửa điện cảm Ƣu điểm - Cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy. - Thời gian phóng điện dài (1-2ms) [1] Nhƣợc điểm - Thời gian tích lũy năng lượng dài - Thời gian phóng điện phụ thuộc vào năng lượng tích lũy. - Điện áp thứ cấp tăng trưởng chậm 300 ~ 500 V / ms [7]. 1.2.1.2 Hệ thống đánh lửa điện dung 3
14. Đánh lửa điện dung (CDI) hoặc đánh lửa thyristor được sử dụng rộng rãi trên xe gắn máy, các loại động cơ nhỏ và một số ô tô khác. Ban đầu nó được phát triển để khắc phục các nhược điểm thời gian tích lũy năng lượng dài trên hệ thống đánh lửa điện cảm, điều này làm cho chúng thích hợp hơn trên động cơ tốc độ cao [7,8]. Đặc trưng chính của hệ thống này là tích lũy năng lượng trên một tụ điện và giải phóng dòng năng lượng này trong thời gian rất ngắn (vào khoảng 0,1-0,4 ms) [1] nhằm tạo tia lửa điện trên bu-gi. Với bằng sáng chế mang số hiệu #60925 tại Mỹ được đăng ký vào ngày 17-2-1897, Nikola Tesla được xem là người sáng chế ra hệ thống đánh lửa điện dung. Hệ thống này được ứng dụng đầu tiên trên ô tô Ford model K vào năm 1906 [7]. Nguyên lý làm việc Trên hệ thống CDI, tụ được tích lũy một điện áp cao từ một mạch nạp, ngay khi tụ ngưng nạp. Năng lượng từ tụ sẽ phóng qua cuộn dây nhằm tạo tia lửa trên bu-gi. Nếu tụ được nạp tới điện áp U và điện dung của tụ là C, năng lượng tích trữ trên tụ được tính bằng công CU 2 thức Q= . 2 Phân loại hệ thống CDI Hệ thống CDI được chia làm hai loại AC-CDI và DC-CDI Được sử dụng rộng rãi trong các động cơ nhỏ, hệ thống AC-CDI sử dụng nguồn điện xoay chiều. Ngược lại, ở hệ thống DC-CDI năng lượng cung cấp cho hệ thống được cung cấp từ accu, một biến thế được sử dụng nhằm tăng điện thế từ 12V DC lên đến: 400-600 V DC [7]. Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống CDI Ƣu điểm - Thời gian tích lũy năng lượng ngắn. Vì vậy, đặc tính đánh lửa không phụ thuộc vào số vòng quay động cơ [1]. - Điện thế thứ cấp cao nên thích hợp với các động cơ có áp suất buồng đốt lớn [8]. - Hiệu điện thế thứ cấp tăng trưởng nhanh nên (từ 3 ~ 10 kV / ms), độ nhạy đánh lửa tăng, ít bị ảnh hưởng của điện trở rò trên bu-gi [1,7]. Nhƣợc điểm - Khó khởi động động cơ có thể tích công tác lớn vì thời gian phòng điện ngắn (0,3-0,4 ms) [1,9]. - Thời gian duy trì tia lửa điện trên bu-gi ngắn từ 50-80 μs [1,7]. 1.2.1.3 Hệ thống đánh lửa Hybrid Còn gọi là hệ thống đánh lửa lai, hệ thống này kết hợp cả hai kiểu đánh lửa điện dung và điện cảm. Có nhiều biến thể ở hệ thống đánh lửa lai, tuy nhiên các tác giả thường tập trung vào việc kéo dài thời gian xuất hiện tia lửa trên bu-gi nhằm kéo dài thời gian tiếp xúc giữa tia lửa điện với hỗn hợp hòa khí giúp cho quá trình cháy xảy ra dễ dàng hơn. Martin E. Gerry trong công trình hệ thống đánh lửa nạp xả với chu kỳ điện dung và điện cảm [10], đã đề cập hệ thống bao gồm một bộ biến áp đánh lửa có cuộn sơ cấp được mắc song song với một tụ điện và được cấp xung điện áp xoay chiều nhiều lần trong một chu kỳ đánh lửa (Hình1.2), điều này sẽ giúp cho tụ điện phóng nhiều lần qua cuộn sơ cấp. Qua đó, sẽ tạo ra nhiều xung điện áp cao thế ở cuộn thứ cấp trong một chu kỳ đánh lửa. 4
15. Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống đánh lửa nạp xả với chu kỳ điện dung và điện cảm Trong công trình hệ thống đánh lửa hỗn hợp trên động cơ đốt trong (Hình 1.3), Michael J Frech và các cộng sự đã sử dụng biến áp đánh lửa gồm ba cuộn sơ cấp. Đầu tiên, dòng điện từ tụ điện 74 sẽ phóng điện qua cuộn sơ cấp 54 tạo ra tia lửa ” mồi” đầu tiên trên bu-gi, sau đó ECU điều khiển cặp transistor đóng ngắt tạo thành tia lửa trên bu-gi. Các transistor này sẽ được điều khiển đồng bộ với mạch nạp và xả tụ nhằm tạo ra tia lửa có đủ thời gian đốt cháy hỗn hợp hòa khí [11]. Hình 1.3: Hệ thống đánh lửa hỗn hợp trên động cơ đốt trong Cũng nhằm kéo dài thời gian xuất hiện tia lửa điện trên bu-gi, trong công trình Hệ thống đánh lửa điện dung với khả năng kéo dài thời gian xuất hiện tia lửa (Hình 1.4) Joseph M. Lepley, Girard đã thiết kế một hệ thống gồm một biến áp đệm, tụ điện C1, biến áp đánh lửa, hai công tắc S1 và S2. Tụ điện C1 sẽ được mắc nối tiếp với công tắc S1 và cuộn sơ cấp bo-bin. Công tắc S2 sẽ được mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp của biến áp đệm. Công tắc S1 và S2 sẽ được điều khiển thông qua bộ điều khiển (control unit). Đầu tiên, công tắc S1 mở, công tắc S2 đóng, năng lượng sẽ được tăng trưởng trong cuộn sơ cấp của biến áp đệm, sau đó công tắc S2 mở, tụ C1 sẽ được nạp do dòng điện cảm ứng của cuộn thứ cấp biến áp đệm phóng ra kết thúc thời gian nạp tụ thì công tắc S2 đóng lại. Đến thời điểm đánh lửa, công tắc S1 sẽ được điều khiển đóng, tụ C1 sẽ phóng điện qua cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa và tia lửa điện sẽ xuất hiện ở đầu bu-gi. Lúc này, công tắc S2 lại được mở ra và dòng điện cảm ứng từ cuộn thứ cấp của biến áp đệm sẽ phóng bồi thêm vào cuộn sơ cấp của 5
16. biếp áp đánh lửa, ứng dụng này sẽ giúp kéo dài thời gian xuất hiện tia lửa điện ở đầu bu-gi [12]. Hình 1.4: Hệ thống đánh lửa điện dung với khả năng kéo dài thời gian xuất hiện tia lửa điện Nhƣợc điểm của các phƣơng pháp đánh lửa truyền thống [13] - Vị trí bố trí của bu-gi không thích hợp với yêu cầu bảo vệ khỏi nguồn nhiệt rất lớn trong buồng cháy động cơ và không thể bố trí ngay trong chùm tia nhiên liệu. - Tâm cháy ban đầu từ bu-gi không bố trí được tại vị trí tối ưu trong buồng đốt. - Điện cực của bu-gi có thể làm ảnh hưởng đến dòng xoáy hỗn hợp trong buồng đốt. - Không thể bố trí nhiều tâm cháy. - Do bị ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ trong quá trình làm việc các điện cực dễ bị biến tính và ăn mòn trong quá trình làm việc. Vì vậy, việc bảo dưỡng bu-gi phải thực hiện định kỳ. - Tỷ lệ hỗn hợp hòa khí dùng trên động cơ sử dụng các biện pháp đánh lửa truyền thống không thể nghèo hơn được nữa, chúng thường nằm trong giới hạn từ  0,4 0,5 đến  1,3 1,4[14]. - Tốc độ lan truyền màng lửa trong buồng cháy chậm, để tăng tốc độ lan truyền của màng lửa cần phải thực hiện việc xoáy lốc của hỗn hợp. 1.2.1.4 Đánh lửa laser Đánh lửa laser là một phương pháp khác để đốt cháy hỗn hợp. Phương pháp này dựa trên các thiết bị phát ra tia sáng laser xuất hiện trong thời gian ngắn nhưng có công suất lớn bất kể áp suất rất cao trong buồng đốt. Thông thường, điện áp cao trên bu-gi chỉ đủ để sử dụng trên các động cơ ô tô có tỷ số nén khoảng 10:1 và trong một số trường hợp đạt 14:1. Tuy nhiên, các loại nhiên liệu như khí tự nhiên hoặc methanol, có thể chịu áp suất nén cao mà không tự đánh lửa. Điều này, cho phép tăng tỷ số nén, nhằm làm tăng tính kinh tế nhiên liệu và hiệu quả làm việc của động cơ. Khi sử dụng ở môi trường áp suất cao đòi hỏi bu-gi đặc biệt với giá thành cao và có điện cực rất mau mòn. Như vậy, khi sử dụng hệ thống đánh lửa laser tuy đắt tiền nhưng vẫn đạt hiệu quả kinh tế cao, vì có thể tăng tuổi thọ của hệ thống dẫn đến tính kinh tế nhiên liệu lẫn hiệu quả của động cơ tăng lên [15]. 6
17. Đối với động cơ nhiều xy-lanh cấu trúc chung của hệ thống như sau: Các chùm tia laser từ bộ tạo nguồn laser sẽ được dẫn tới bộ phân phối, từ đây chúng sẽ được dẫn tới các thấu kính (bu-gi laser). Các thấu kính này sẽ tập trung chùm tia sáng vào một điểm để có được cường độ cao. Khi nhiên liệu được phun vào động cơ, tia laser được bắn ra với đầy đủ năng lượng để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu [16]. Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa laser Mullett, J. D và các cộng sự đã nghiên cứu về tác động của các thông số trên hệ thống laser tác động như thế nào đến động cơ khi so sánh giữa hai hệ thống đánh lửa laser (LI) và hệ thống đánh lửa truyền thống (SI) [17]. Các tác động đến động cơ được đánh giá qua hai thông số: chỉ số thay đổi áp suất chỉ thị trung bình COV IMEP= (σIMEP/ imep). 100 và chỉ số thay đổi áp suất cực đại VarPPP = (σppp)2. Các giá trị COV IMEP và VarPPP càng giảm, hiệu suất và tính ổn định của động cơ càng tăng. Các kết quả thực nghiệm thể hiện qua Hình 1.6 cho thấy: năng lượng tối thiểu cần tạo ra tia lửa (MIE) cho thấy càng tăng tiêu cự của ống kính, năng lượng cần thiết tạo tia lửa càng tăng, đồng thời năng lượng cần thiết tạo tia lửa trong lòng xy-lanh nhỏ hơn năng lượng cần thiết để tạo tia lửa trong không khí điều này được giải thích do áp suất và nhiệt độ trong xy-lanh của động cơ cao hơn. Hình 1.6: Trị số MIE ứng với các tiêu cự ống kính khác nhau Khi so sánh trực tiếp giữa hiệu quả của hệ thống đánh lửa LI với hệ thống đánh lửa SI người ta dùng chỉ số so sánh COV IMEP, VarPPP của hệ thống LI và COV IMEP, VarPPP của hệ thống SI. Như vậy, khi các chỉ số này nhỏ hơn 1 sẽ cho thấy rằng hệ thống đánh lửa LI tốt hơn hệ thống đánh lửa SI. Các chỉ số COV IMEP LI /COV IMEP SI và VarPPP LI/ VarPPP SI có xu hướng giảm đi khi tăng năng lượng sử dụng. Điều này rút ra một kết luận quan trọng khi tăng quá nhiều năng lượng dùng cho hệ thống LI có thể đem lại nhiều tác động không mong muốn trên động cơ. 7
18. (a) b) Hình 1.7: Các tác động của năng lƣợng Laser (trên động cơ 1 xy-lanh) đến chỉ số COV IMEP LI /COV IMEP SI và VarPPP LI/ VarPPP SI khi sử dụng hai ống kính có tiêu cự khác nhau (a) 15 mm, (b) 36 mm. Hình 1.7 (a) tương ứng với ống kính 15mm, cho kết quả tốt nhất của hệ thống LI, với năng lượng từ 12 -15mJ cả hai tỷ số VarPPP LI/ VarPPP SI và COV IMEP LI /COV IMEP SI đều nhỏ hơn 1. Đối với ống kính có tiêu cự 36mm cả hai tỷ số này đều tiến tới 1, điều này cho thấy không có sự vượt trội khi sử dụng đánh lửa LI, tiêu cự của ống kính 15mm cho kết quả tốt nhất. Điểm chính của nghiên cứu này là tìm ra được đánh lửa LI thực sự tốt hơn đánh lửa SI khi sử dụng ống kính có tiêu cự 15 mm và với năng lượng của hệ thống từ 12-16mJ. Khi sử dụng ống kính 15mm năng lượng thấp nhất bảo đảm không gây mất lửa vào khoảng 4mJ, năng lượng này rất thấp nếu so sánh với 30 mJ trên hệ thống đánh lửa SI. M. Lackner và các cộng sự trong bài báo đánh lửa laser trên động cơ đốt trong - một đóng góp cho môi trường bền vững [18], đã trình bày các nghiên cứu về quá trình đốt cháy hỗn hợp hydro-không khí và khí sinh học-không khí sử dụng năng lượng laser, được thực hiện trong một buồng đốt tĩnh. Nghiên cứu cho thấy, đối với khí hydro càng tăng áp suất ban đầu trong buồng đốt tĩnh sẽ làm cho đỉnh áp suất, thời gian cháy trễ tăng, và giảm năng lượng tối thiểu để đánh lửa, điều tương tự cũng xảy ra với khí methane (Hình 1.8). Hình 1.8: Áp suất của quá trình cháy trong buồng cháy tĩnh ứng với năng lƣợng tối thiểu (MPE), λ=3,5; nhiệt độ ban đầu= 473K; áp suất ban đầu: 1-4,2 MPa Năng lượng đánh lửa cần thiết thấp nhất trong một động cơ tĩnh tại được xác định bởi mức độ của hiệu ứng tự làm sạch tại thấu kính. Trên hình 1.9, cửa sổ bên trái bị đóng muội 8
19. than sau 20 giờ làm việc, khi sử dụng đánh lửa laser sau 100 chu kỳ làm việc cửa sổ đã được làm sạch. Để ngăn bám muội hình thành trong quá trình cháy, để tránh bị mất lửa trong quá trình làm việc, năng lượng laser E sử dụng trong quá trình cháy phải có giá trị E Es (Es: năng lượng tới hạn). Ngoài ra, để tránh bị mất lửa, năng lượng E khi sử dụng thấu kính tích hợp lớn hơn khi sử dụng thấu kính rời (xem hình 1.10). Hình 1.9: Hình chụp cửa sổ khi Hình 1.10: Tỷ lệ mất lửa trên mối quan đƣợc tia laser làm sạch sau 100 hệ năng lƣợng laser sử dụng, khi sử chu kỳ dụng thấu kính tích hợp và rời làm việc M. Lackner cũng đưa ra các yêu cầu với vật liệu làm cửa sổ trên hệ thống đánh lửa LI: - Vật liệu làm cửa sổ phải bảo đảm độ trong suốt khi ánh sáng laser đi qua. - Cửa sổ chịu được mật độ năng lượng cao của laser, chiều dài tiêu cự của ống kính càng ngắn, mật độ laser khi đi qua cửa sổ sẽ cao hơn. - Muội than có thể có nguồn gốc vô cơ hay hữu cơ, điều này sẽ ngăn cản tia laser đi vào buồng đốt. Vì vậy, vật liệu phải khó bám muội và hỗ trợ sự tự làm sạch, sapphire, thạch anh hay ZnSe là những vật liệu được đề nghị sử dụng. Dựa vào các kết quả thực nghiệm trên cùng một động cơ với 3 kiểu đánh lửa khác nhau Swapnil S. Harel và các cộng sự đã cho thấy đánh lửa LI (ngay khi phun nhiên liệu) có ưu điểm vượt trội về tiêu hao nhiên liệu và chất lượng khí thải, độ êm dịu tương đương với các kiểu đánh lửa khác [13]. Hình 1.11: So sánh tiêu hao nhiên liệu, độ êm dịu và mức độ ô nhiễm giữa động cơ sử dụng LI và SI Những ƣu điểm của đánh lửa laser [11] Các nghiên cứu đã chỉ ra đánh lửa laser có các ưu điểm sau: - Có thể dễ dàng chọn vị trí của tâm cháy ban đầu trong buồng đốt của động cơ. 9
20. - Không có các ảnh hưởng xấu như rò điện hay mất lửa trên các điện cực bu-gi. - Có thể cho động cơ hoạt động với hỗn hợp nghèo hơn. Vì vậy, làm giảm nhiệt độ của buồng cháy và giảm lượng khí thải NOx thoát ra môi trường. - Không dùng các điện cực đánh lửa. Do đó, so với hệ thống đánh lửa truyền thống, công chăm sóc, bảo dưỡng sẽ giảm đi, đổng thời tuổi thọ của hệ thống sẽ tăng cao hơn. - Có thể thay đổi năng lượng của hệ thống dễ dàng, hiệu quả đánh lửa vẫn bảo đảm ngay khi tăng tải hay tăng nhiệt độ của động cơ. - Tăng độ chính xác của thời điểm đánh lửa. - Có thể quản lý chính xác năng lượng được sử dụng trong quá trình đánh lửa. - Dễ dàng hình thành nhiều tâm cháy trong buồng đốt. - Giảm thời gian chuẩn bị cháy. Vì thế, có thể rút ngắn thời gian cháy của hỗn hợp - Động cơ có thể làm việc với hỗn hợp nghèo hơn. Qua đó, tăng tính kinh tế nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường. Những nhƣợc điểm của đánh lửa laser[11] - Hệ thống có giá thành cao [18]. - Sợi thủy tinh truyền dẫn ánh sáng không đáp ứng tốt với dao động khi động cơ hoạt động, chúng làm tán xạ ánh sáng, giảm chất lượng hội tụ. - Mất mát năng lượng trên các ống truyền: năng lượng bị mất đi đến 20% đối với các ống bị uốn cong với góc nhỏ. - Hệ thống truyền dẫn với năng lượng tập trung cao sẽ dẫn đến bị rò rỉ, mất mát và làm mất lửa trên động cơ. - Hiện các nghiên cứu tập trung vào giảm giá thành, chọn các thông số của hệ thống, các ống dẫn ánh sáng, tiêu cự ống kính và các thông số khác. Các vấn đề này làm cho hệ thống đánh lửa laser chưa được thương mại hóa [15] và đặt ra các yêu cầu cho các nghiên cứu tiếp theo [18]. 1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc Các nghiên cứu về hệ thống đánh lửa trên ô tô ở Việt Nam tập trung chủ yếu vào điện tử hóa hệ thống đánh lửa và tối ưu hóa thời điểm đánh lửa trên động cơ, các nghiên cứu có thể kể ra như sau: Trong đề tài: Nghiên cứu chuyển đổi hệ thống đánh lửa bán dẫn sang hệ thống đánh lửa trực tiếp, PGS.TS Đỗ Văn Dũng và KS Lâm Bá Nhạ đã nghiên cứu chuyển đổi hệ thống đánh lửa bán dẫn sang hệ thống đánh lửa trực tiếp theo hai phương án sử dụng bo-bin đôi và bo-bin đơn trên động cơ Toyota 5A-FE [19]. Tác giả Nguyễn Văn Thình và các cộng sự trong 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, đã nghiên cứu chế tạo một bộ đánh lửa đa năng, có khả năng lắp lẫn trên nhiều loại ô tô khác nhau. Nội dung của đề tài đi vào khảo sát đặc tính làm việc của hệ thống đánh lửa, tính toán các thông số của hệ thống đánh lửa, chế tạo bộ đánh lửa đa năng và đánh giá hiệu quả hoạt động của chúng [20]. Trên đề tài nghiên cứu: Thiết kế mạch điều khiển góc đánh lửa sớm cho động cơ M161, Mercedes-benz 140 do TS Lê Văn Tụy và các cộng sự thực hiện, các tác giả đã nghiên cứu và 10
21. S K L 0 0 2 1 5 4