BÁO cáo STUDY ON LASER IGNITION SYSTERM động cơ xăng và bugi đánh lửa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - - BÁO CÁO STUDY ON LASER IGNITION SYSTERM MÔN HỌC: HỆ THỐNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Ơ TƠ NHĨM LỚP: 07CLC GVHD: ĐỖ VĂN DŨNG NHĨM: THÀNH VIÊN: Trần Nhật Duy 20145478 Nguyễn Hồng Phúc 20145581 Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2022 DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN BÁO CÁO HỌC KỲ I NĂM HỌC 2022-2023 STT MSSV Tỉ lệ hoàn thành (%) Họ Tên 20145478 Trần Nhật Duy 100% 20145581 Nguyễn Hoàng Phúc 100% Ghi chú: - Tỷ lệ % = 100%: Mức độ phần trăm sinh viên tham gia Nhận xét giáo viên ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………… Ngày 19 tháng 10 năm 2022 Ký tên Thầy: Đỗ Văn Dũng MỤC LỤC Động xăng bugi đánh lửa I 1.1 Lịch sử 1.2 Cấu tạo bugi 1.2.1 Điện cực trung tâm 1.2.2 Vỏ cách điện 1.2.3 Vùng nhiệt bugi 1.3 Nguyên lý làm việc bugi II Sự cần thiết phải thay bugi điện bugi laser Nguyên lý hệ thống cấu tạo đánh lửa laser 10 III 3.1 Lý thuyết tia laser 10 3.2 Nguyên lý tạo laser 10 3.3 Cấu tạo chung hệ thống đánh lửa laser 11 3.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động phát laser động 12 Các ưu điểm hệ thống đánh lửa laser 12 IV Quá trình nghiên cứu, hội, thách thức khả phát triển tương lai 13 V 5.1 Quá trình nghiên cứu 13 5.2 Cơ hội thách thức 14 5.3 Khả phát triển tương lai 14 VI Kết luận 15 I Động xăng bugi đánh lửa 1.1 Lịch sử Kể từ kỷ thứ XIX, động đốt xăng bắt đầu phát minh ứng dụng Cũng thời điểm bugi gắn liền với động xăng Trong động bugi đóng vai trị phận phát tia lửa để đốt cháy cưỡng hịa khí hịa khí bị nén lại cuối nén 1.2 Cấu tạo bugi 1.2.1 Điện cực trung tâm Điện cực trung tâm gọi với tên khác điện cực dương, nơi tập trung tạo tia lửa điện cho bugi xe tơ Vì làm từ vật liệu chuyên biệt, thích hợp cho việc tạo tia lửa điện có khả hoạt động ổn định mơi trường có nhiệt độ áp suất ln biến thiên, có khả chống ăn mịn cao Trong đó, đồng dùng để chế tạo lõi điện cực, hợp kim Iridium, Nikel Platium dùng cho đầu điện cực Các điện cực dạng trịn khó phóng điện, điện cực nhọn vng lại dễ phóng điện Sau thời gian dài sử dụng, điện cực dần bị làm trịn trở nên khó đánh lửa Vậy nên, cần phải thay bugi để đảm bảo q trình đánh lửa Các điện cực có dạng mảnh nhọn dễ phóng điện hơn, loại điện cực kiểu dễ mòn tuổi thọ bugi xe ô tô ngắn Vậy nên, số kiểu bugi có điện cực hàn đắp platin iridium để chống mòn Chúng gọi bugi có cực platin iridium 1.2.2 Vỏ cách điện Vỏ cách điện thường làm từ gốm oxit nhôm Bởi phận phải đảm bảo chắn khơng có rị rỉ điện cao áp, truyền nhiệt tốt, chịu nhiệt độ cao độ bền học tốt Để ngăn ngừa tình trạng phóng điện cao áp từ đầu tiếp xúc bugi xe ô tô tới phần kim loại, nhà sản xuất tạo số nếp nhăn sóng thân vỏ cách điện Nếu tượng xả làm giảm hiệu trình đánh lửa buồng đốt 1.2.3 Vùng nhiệt bugi Là khoảng trống điện cực Dung tích nhỏ nơng khả tản nhiệt bugi nhanh Ngược lại, dung tích khoảng trống lớn sâu khả tản nhiệt bugi hiệu Vùng nhiệt bugi Vùng nhiệt bugi Kiểu bugi phát xạ nhiều nhiệt gọi bugi lạnh, chúng khơng bị nóng lên qua nhiều Kiểu bugi phát xạ nhiệt gọi bugi nóng, chúng giữ lại nhiệt độ Mã số bugi xe ô tô in bugi mô tả cấu tạo đặc tính bugi Mã số khác đôi chút, tùy thuộc theo nhà sản xuất Thơng thường, số vùng nhiệt lớn bugi lạnh phát xạ nhiệt tốt Bugi làm việc tốt nhiệt độ tối thiểu điện cực trung tâm nằm khoảng nhiệt độ tự làm 450oC nhiệt độ tự bén lửa 950oC 1.3 Nguyên lý làm việc bugi Sơ đồ nguyên lý mô nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa A, D: Dây cao áp; B: Nắp chia điện; C: Con quay; E: Vỏ chia điện; F: Cam chia điện; G: Cảm biến đánh lửa; H: IC đánh lửa; I: Bô-bin; J: Bugi đánh lửa Dù hệ thống điều khiển đánh lửa phát triển đến mức cao, nguyên lý tạo nên tia lửa bugi không đổi Nguồn cấp dịng điện qua cuộn sơ cấp, dịng qua cn sơ cấp đóng ngắt để tạo dịng điện cảm ứng cuộn thứ cấp Dòng điện cảm ứng tác dụng điện áp cảm ứng cao (12 đến 14 nghìn V), phóng qua hai điện cực bugi tạo tia lửa đốt cháy hịa khí Thời điểm bugi phát tia lửa thường nằm trước điểm chết để có đủ thời gian đốt cháy hết nhiên liệu hịa khí Tuy khơng thay đổi ngun lý hoạt động, cơng nghệ chế tạo bugi có nhiều phát triển để tăng tuổi thọ tăng chất lượng tia lửa II Sự cần thiết phải thay bugi điện bugi laser Sự phát triển động xăng thời gian gần dẫn tới kết phải tăng tý số nén Tăng tý số nén giúp đốt nhiên lệu hơn, tạo khí thải độc hại, tiết kiệm nhiên liệu Nhiên liệu sinh học thay xăng, khó cháy hơn, cần có tỷ số nén cao Tỷ số nén cao động cỡ 14:1 thuộc động Mazda Nếu tỷ số nén tăng thêm bugi điện hoạt động khơng hiệu bị ăn mịn điện cực q nhanh Có nhiều ưu điểm sử dụng tia laser khả khởi động tốt thời tiết lạnh Mức độ đốt cháy cao laser tạo nhiều điểm nổ Mức nhiên liệu cần cho việc khởi động giảm với ổn định laser, động không cần q nhiều xăng Cùng với đó, giải pháp cịn giúp xe sử dụng điện Các nhà nghiên cứu thời gian để động đạt 3.000 vịng/phút nhanh Việc điều chỉnh q trình đánh lửa dễ dàng cần, tia laser kích hoạt sớm hay muộn cách xác, dựa thông số chất lượng nhiên liệu III 3.1 Nguyên lý hệ thống cấu tạo đánh lửa laser Lý thuyết tia laser Laser chùm sáng có cường độ mạnh phát nhờ tượng phát xạ cảm ứng (hay gọi phát xạ cưỡng bức) Tia lazer có tính định hướng, tính đơn sắc, tính kết hợp cao có cường độ lớn 3.2 Nguyên lý tạo laser 10 Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích) Nguồn ni (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích) Gương phản xạ toàn phần Gương bán mạ Tia laser Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, chất đặc biệt có khả khuyếch đại ánh sáng phát xạ cưỡng để tạo laser Khi photon tới va chạm vào hoạt chất kéo theo photon khác bật bay theo hướng với photon tới Mặt khác buồng công hưởng có mặt chắn hai đầu, mặt phản xạ toàn phần photon bay tới, mặt cho phần photon qua phần phản xạ lại làm cho hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn Vì cường độ chùm laser khuếc đại lên nhiều lần 3.3 Cấu tạo chung hệ thống đánh lửa laser 11 Hệ thống đánh lửa laser có cấu tạo sau: • Nguồn cho laser pin độc lập, accu • Bộ phân phối phân phối ánh sáng kích thích tới phát laser • Bộ phát tia laser tạo tia laser đánh lửa 3.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động phát laser động Ánh sáng kích thích từ phân phối tới phát laser qua buồng cộng hưởng, buồng cộng hưởng khuyếch đại ánh sáng tới thành chùm tia laser Chùm tia laser qua tạo sung Q-switch, sau qua hai gương cầu để tạo thành tia laser tập trung có đủ lượng cho đánh lửa IV.Các ưu điểm hệ thống đánh lửa laser Ngồi việc có khả làm việc lâu dài với động có tỷ số nén cao, đánh lửa tia laser có nhiều ưu điểm so với đánh lửa tia lửa điện • Giúp khí thải • Thời gian phát tia laser tính nano giây (tia lửa điện micro giây) 12 • Có thể thay đổi độ sâu đánh lửa • Tia laser thực đánh lửa đa điểm tối đa điểm V Quá trình nghiên cứu, hội, thách thức khả phát triển tương lai 5.1 Quá trình nghiên cứu 13 Các ý tưởng ứng dụng laser để đốt cháy nhiên liệu đề xuất từ lâu năm 1963, 1978 Nhưng phải tới năm 2000 nghiên cứu đánh lửa laser mói quan tâm nghiên cứu nhiều trường đại học viện nghiên cứu giới 5.2 Cơ hội thách thức Năng lượng đánh lửa tối thiểu tia laser Tuy tia laser có lượng lớn đốt tốt nhiên liệu lượng lớn gây nhiệt buồng đốt, gây kích nổ Để giải vấn đề này, năm 2011 nhà nghiên cứu Nhật Bản tạo phát tia laser bột gốm có mức tập trung lượng 100 GW/Cm2 , xung ngắn với lượng xung lớn 10 mJ - Cách triển khai lượng laser: • Nguồn cách phân phối tia laser: Hệ thống phân phối dùng Qswith, cáp quang tạo tia laser gắn đầu xy lanh có khả cung cấp điều khiển tia laser đắt nên khó khả thi • Ngõ tia laser bị mờ khí xả Tia laser gây hư hại cho bề mặt chi tiết Tần số sung laser thờ gian đánh lửa Trong trình nghiên cứu cho thấy, tốc độ động khác tần số tia laser phải phác để đàm bảo thời gian đánh lửa phù hợp Đảm bảo an toàn cho người sử dụng bảo hành sửa chữa Cách xác định điểm đánh lửa Đánh lửa laser thay đổi độ sâu điểm đánh lửa, đánh lửa đa điểm nhiên vị trí xác phải dựa vào việc nhiên liệu phun đâu Có thể phân tích khí xả nhờ quang phổ thu chiếu laser 5.3 Khả phát triển tương lai Những đặc điểm sau ý nhiều q trình nghiên cứu tới • Giúp thiết kế động theo cách tốt Bộ phát tia laser khơng cần chếm chỗ buồng đốt tạo điểm đánh lửa vị trí khác Từ piston lên gần đỉnh xy lanh hơn, nhờ tăng tỷ số nén mà khơng cần tăng thể tích xy lanh 14 • Điều khiển chủ động vị trí đánh lửa khác • Điều khiển thời điểm đánh lửa tạm thời Với đánh lửa laser điều khiển số lần đánh lửa kỳ cháy thời gian đánh lửa • Cơ hội để có thêm cảm biến phản hồi thơng số q trình cháy: nhiệt độ, thành phần khí xả VI Kết luận Việc nâng cấp thiết bị đánh lửa cần thiết, đánh lửa laser cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội thay cho bugi truyền thống Tuy việc chế tạo hệ thống đánh lửa laser nhều khó khăn phải khắc phục, q trình chế tạo giai đoạn thử nghiệm Nhưng đề tài nhiều người nghiên cứu ô tô quan tâm thời gian tới 15 ... lanh 14 • Điều khiển chủ động vị trí đánh lửa khác • Điều khiển thời điểm đánh lửa tạm thời Với đánh lửa laser điều khiển số lần đánh lửa kỳ cháy thời gian đánh lửa • Cơ hội để có thêm cảm biến... đánh lửa laser 11 Hệ thống đánh lửa laser có cấu tạo sau: • Nguồn cho laser pin độc lập, accu • Bộ phân phối phân phối ánh sáng kích thích tới phát laser • Bộ phát tia laser tạo tia laser đánh lửa. .. tia laser tập trung có đủ lượng cho đánh lửa IV.Các ưu điểm hệ thống đánh lửa laser Ngồi việc có khả làm việc lâu dài với động có tỷ số nén cao, đánh lửa tia laser cịn có nhiều ưu điểm so với đánh