Ảnh hưởng của số cặp điện cực đánh lửa đến công suất và mức phát thải của động cơ đốt trong kéo máy phát điện cỡ nhỏ

Nguyễn Minh TiếnSinh viín thực hiện : Phan Văn Cường a Trang 6 TÓM TẮTTín đề tăi: Ảnh hưởng của số cặp điện cực đânh lửa đến công suất vă mức phâtthải của động cơ đốt trong kĩo mây phât

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KÉO MÁY PHÁT ĐIỆN CỠ NHỎ

Người hướng dẫn : TS Nguyễn Minh Tiến Sinh viên thực hiện : Phan Văn Cường a

Nguyễn Hoàng Việt b

Trần Quang Vi c

Mã sinh viên : a1911504210104

b1911504210156

c1911504210155 Lớp : 19DL1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KÉO MÁY PHÁT ĐIỆN CỠ NHỎ

Người hướng dẫn : TS Nguyễn Minh Tiến Sinh viên thực hiện : Phan Văn Cường a

Nguyễn Hoàng Việt b

Trần Quang Vi c

Mã sinh viên : a1911504210104

b1911504210156

c1911504210155 Lớp : 19DL1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA: CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN

Đà Nẵng, ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA: CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA DOANH NGHIỆP

Đà Nẵng, ngày tháng năm

Đại diện doanh nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA: CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

Đà Nẵng, ngày tháng năm Người phản biện

TÓM TẮT

Tên đề tài: Ảnh hưởng của số cặp điện cực đánh lửa đến công suất và mức phátthải của động cơ đốt trong kéo máy phát điện cỡ nhỏ

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Cườnga

Nguyễn Hoàng Việtb

Trần Quang Vic

Mã SV: a1911504210104

b1911504210156

c1911504210155 Lớp: 19DL1

Nghiên cứu này trình bày ảnh hưởng của các phương pháp đánh lửa đến hiệu quảhoạt động và phát thải của động cơ Bốn phương pháp đánh lửa khác nhau được sửdụng trong suốt quá trình nghiên cứu bao gồm: đánh lửa đơn xung [dùng trên 2 loạibugi: nguyên bản (1+,1-) và đa cực (2+,2-)]; đánh lửa đa xung [dùng trên bugi nguyênbản và bugi có 2 điện cực âm (1+,2-)] Việc thay đổi phương pháp đánh lửa ảnh hưởngrất lớn đến công suất và thành phần khí xả động cơ Thí nghiệm được tiến hành trênđộng cơ honda CX2500EC, kết quả cho thấy rằng trong cùng một điều kiện làm việc,

hệ thống đánh lửa đơn xung sử dụng bugi đa cực tạo ra công suất cao hơn so với buginguyên bản ở mọi dải tốc độ, và phương pháp đánh lửa đơn xung sử dụng bugi nguyênbản là phương pháp có công suất trung bình thấp nhất trong bốn phương pháp thínghiệm [thấp hơn các phương pháp đơn xung dùng bugi (2+,2-) và đa xung dùng 2loại bugi (1+,1-), (1+,2-) lần lượt 1,03 lần; 1,01 lần và 1,02 lần] Ngoài ra, thành phầnkhí xả động cơ cũng thay đổi khi tiến hành thay đổi phương pháp đánh lửa

Nội dung thực hiện đồ án gồm có 6 phần:

 Chương 1: Tổng quan về đề tài

 Chương 2: Các hệ thống đánh lửa trên động cơ đốt trong

 Chương 3: Thiết kế, chế tạo hệ thống đánh lửa dùng bugi đa cực và đánh lửa

đa xung

 Chương 4: Phương pháp thực nghiệm và tính toán

 Chương 5: Phân tích kết quả thực nghiệm

 Chương 6: Nhận xét kết luận

LỜI NÓI ĐẦU

Theo dự báo của cơ quan năng lượng thế giới, đến năm 2040 hơn 80% nguồnđộng lực trên các phương tiện giao thông là sử dụng động cơ đốt trong Tuy nhiên, cácvấn đề biến đổi khí hậu do khí thải ô nhiễm và sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu hóathạch đặt ra nhiều yêu cầu cấp thiết về việc cải thiện hiệu suất nhiệt và giảm phát thảicủa động cơ đốt trong Để thực hiện được mục tiêu trên, quá trình cháy trong động cơđốt trong cần phải được tối ưu dưới ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau Đối vớiđộng cơ đánh lửa cưỡng bức, một hệ thống đánh lửa hiệu quả và tin cậy giúp cho quátrình cháy được ổn định và có thể rút ngắn được thời gian cháy Do đó, nghiên cứuphát triển một phương pháp đánh lửa mới là thực sự cần thiết Hơn nữa, mô hình hệthống đánh lửa được xây dựng có thể hỗ trợ sinh viên ngành Ô tô để thực hành, thínghiệm và thực hiện các nghiên cứu khác

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, nhóm sinh viên xin chân thành cảm ơnGVHD.TS Nguyễn Minh Tiến cùng với các thầy trong Bộ môn Cơ khí Ô tô nói riêng

và các thầy cô trong trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại Học Đà Nẵng nói chung

đã trang bị kiến thức và tận tình chỉ bảo để nhóm hoàn thiện đề tài một cách trọn vẹnnhất

Mặc dù nhóm đã cố gắng hoàn thiện đề tài tốt nhất nhưng vẫn không thể tránhkhỏi sai sót, vì vậy rất mong nhận được sự góp ý từ quý thầy cô và bạn đọc để luận ánđược tốt hơn

Xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm sinh viên xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đề tài đồ ántốt nghiệp “Ảnh hưởng của số cặp điện cực đánh lửa đến công suất và mức phát thảicủa động cơ đốt trong kéo máy phát điện cỡ nhỏ” này được tiến hành công khai, dựatrên sự cố gắng, nỗ lực của các thành viên trong nhóm và sự hướng dẫn nhiệt tình từThầy TS.Nguyễn Minh Tiến Các số liệu và kết quả trong đề tài này là trung thực vàkhông sao chép cũng như sử dụng các kết quả từ các nghiên cứu khác Nếu phát hiện

có sự sao chép từ các đề tài nghiên cứu khác, nhóm xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Việt Trần Quang Vi

Phan Văn Cường

MỤC LỤC

PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN

PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

TÓM TẮT

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG vi

DANH SÁCH HÌNH VẼ vii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 3

1.1 Các vấn đề cấp thiết liên quan đến động cơ đốt trong 3

1.1.1 Hiện trạng khai thác nhiên liệu hóa thạch trong những năm gần đây 4

1.1.2 Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm 5

1.2 Ảnh hưởng của khí xả động cơ đối với sức khỏe của con người và môi trường 6

1.2.1 Đối với sức khỏe con người 6

1.2.2 Đối với môi trường xung quanh 7

Chương 2: CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ CỐT TRONG 11

2.1 Tổng quan về hệ thống đánh lửa 11

2.1.1 Hệ thống đánh lửa là gì? 11

2.1.2 Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa 11

2.1.3 Yêu cầu của hệ thống đánh lửa 11

2.1.4 Nguyên lí hoạt động chung của hệ thống đánh lửa 12

2.1.5 Cấu tạo hệ thống đánh lửa 12

2.2 Các hệ thống đánh lửa thường gặp trên động cơ đốt trong 17

2.2.1 Hệ thống đánh lửa magneto 17

2.2.2 Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng má vít 18

2.2.3 Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn 19

2.2.4 Hệ thống đánh lửa trực tiếp DSI 20

2.3 Các giải pháp kỹ thuật giúp tăng công suất và giảm phát thải trên động cơ đốt trong hiện nay 21

2.3.1 Sử dụng công nghệ cháy nghèo trong động cơ đốt trong 21

2.3.2 Động cơ đánh lửa kép sử dụng 2 bugi 22

2.3.3 Công nghệ đánh lửa có kiểm soát SPCCI trên động cơ Skyactive X 23

2.3.4 Nghiên cứu về đánh lửa đa lõi trên động cơ đốt trong 24

2.3.5 Phương pháp đánh lửa đa xung 26

Chương 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA DÙNG BUGI ĐA CỰC VÀ ĐÁNH LỬA ĐA XUNG 29

3.1 Thiết kế và chế tạo bugi đa cực 29

3.1.1 Quy trình gia công phần vỏ bugi đa cực 29

3.1.2 Quy trình gia công phần lõi bugi 30

3.2 Thiết kế hệ thống đánh lửa dùng bugi đa cực 32

3.2.1 Cấu tạo của hệ thống đánh lửa dùng bugi đa cực 32

3.2.2 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa dùng bugi đa cực 35

3.3 Thiết kế hệ thống đánh lửa đa xung 36

3.3.1 Cấu tạo của hệ thống đánh lửa đa xung 36

3.3.2 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa đa xung 38

Chương 4: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN 39

4.1 Thông số kỹ thuật máy phát điện honda EC2500CX 39

4.2 Phương pháp thực nghiệm 41

4.2.1 Các thiết bị sử dụng trong quá trình thực nghiệm 41

4.2.2 Phương pháp thực nghiệm 45

4.3 Tính toán 47

Chương 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 48

5.1 Công suất động cơ 48

5.2 Thành phần khí xả 49

5.2.1 Khí CO 49

5.2.2 Khí NO x 51

5.2.3 Lượng dư nhiên liệu C x H y 53

5.2.4 Nhiệt độ khí xả T khí xả 54

Chương 6: NHẬN XÉT KẾT LUẬN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH SÁCH CÁC BẢ

Bảng 1.1 Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khí quyển [2] 10

Y Bảng 2.1 Tham số các loại cuộn dây đánh lửa dùng trong thí nghiệm [8] 27

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của bôbin đôi 32

Bảng 3.2 Thông số cảm biến đánh lửa 33

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật modun LM2596 3A 34

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật máy phát xung 37

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của máy phát điện 40

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của đèn halogen 41

Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật máy đo tốc độ vòng quay AR926 42

Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật đồng hồ đo vạn năng 43

Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật máy đo khí thải 43

Bảng 4.6 Thông số dải đo 44

Bảng 5.1 Bảng số liệu công suất động cơ của các phương pháp đánh lửa 49

Bảng 5.2 Bảng số liệu nồng độ khí xả CO của các phương pháp đánh lửa 50

Bảng 5.3 Bảng số liệu nồng độ khí xả NOx của các phương pháp đánh lửa 52

Bảng 5.4 Bảng số liệu khí xả CxHy của từng loại bugi 53

Bảng 5.5 Bảng số liệu nhiệt độ khí xả của từng loại bugi 55

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1 Sản lượng khai thác dầu mỏ qua các năm từ 2016-2021 [3] 4

Hình 1.2 Biểu đồ tổng cung cấp năng lượng (TPES) giai đoạn 2010 – 2019 4

Hình 1.3 Biểu đồ khai thác năng lượng trong nước [4] 5

Hình 1.4 Tác hại của khí xả động cơ đến đời sống con người 7

Hình 1.5 Biểu đồ dự đoán mật độ CO2 trong khí quyển sau năm 2021 [6] 8

Hình 1.6 Hiện tượng hiệu ứng nhà kính 8

Hình 1 7 Biểu đồ phản ánh mức tăng giảm nhiệt độ tại các châu lục và đại dương [6] 9 Y Hình 2.1 Nhiệm vụ của bugi đánh lửa 11

Hình 2.2 Nguyên lí hoạt động của bobin [7] 13

Hình 2.3 Sự hình thành dòng thứ cấp trong bobin [7] 13

Hình 2.4 Một số loại bobin dùng trên động cơ hiện nay 14

Hình 2.5 Cấu tạo của bugi đánh lửa [7] 14

Hình 2.6 Cơ cấu đánh lửa [7] 15

Hình 2.7 Vùng nhiệt bugi [7] 16

Hình 2.8 Hệ thống đánh lửa Magneto 17

Hình 2.9 hệ thống đánh lửa kiểu má vít [7] 18

Hình 2.10 Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn [7] 20

Hình 2.11 Hệ thống đánh lửa trực tiếp [7] 21

Hình 2.12 Hoạt động của động cơ cháy nghèo 22

Hình 2.13 Công nghệ đánh lửa kép trên động cơ NissanZ 23

Hình 2.14 Công nghệ đánh lửa có kiểm soát trên động cơ Skyactive-X 24

Hình 2.15 Công nghệ đánh lửa đa lõi của Xiao Yu, Zhengi Yang [13] 25

Hình 2.16 Sản phẩm bugi đa lõi trên thị trường hiện nay 25

Hình 2.17 Ảnh hưởng của tần số và số xung đến quá trình hình thành tia lửa điện [8]26 Hình 2.18 Sơ đồ bố trí thí nghiệm [8] 27

Hình 2.19 Dòng điện trong cuộn sơ cấp và thứ cấp của 2 cuộn dây đánh lửa A và B [8] 28

Hình 3.1 Phần đầu bugi K16TR11 29

Hình 3.2 Phần thân vỏ bugi đa cực và mặt bích bugi đa cực 29

Hình 3.3 Nhựa Teflon 30

Hình 3.5 Phần lõi đầu bugi đa cực 30

Hình 3.6 Phần lõi thân bugi đa cực 31

Hình 3.7 Bugi đa cực khi lắp ghép mô phỏng 31

Hình 3.8 (a) Mô phỏng 3D bugi đa cực (b) Thiết kế sơ bộ và thành phẩm sau khi gia công 32

Hình 3.9 Bôbin đôi 33

Hình 3.10 Cảm biến đánh lửa PNP 34

Hình 3.11 Sơ đồ mạch điện cảm biến đánh lửa 34

Hình 3.12 Modun hạ áp 12V – 5V 34

Hình 3.13 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đa cực 35

Hình 3.14 Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa dùng bugi đa cực 35

Hình 3.15 Bôbin đơn 36

Hình 3.16 (c) Bugi K16TR11 và (d) Bugi F7TC 36

Hình 3.17 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa đa xung 3

Hình 4.1 Máy phát điện Honda EC2500CX 40

Hình 4.2 Hệ thống đèn dùng để thí nghiệm 41

Hình 4.3 Máy đo tốc độ động cơ 41

Hình 4.4 Đồng hồ đo điện vạn năng 42

Hình 4.5 Máy đo khí thải 45

Hình 4.6 Bộ cây thép điều chỉnh độ mở bướm ga 45

Hình 4.7 Sơ đồ bố trí hệ thống đánh lửa dùng bugi đa cực 46

Y Hình 5.1 Đồ thị công suất theo độ mở bướm ga của các phương pháp đánh lửa 49

Hình 5.2 Đồ thị nồng độ thành phần khí xả CO theo độ mở bướm ga 51

Hình 5.3 Đồ thị nồng độ thành phần khí xả NOx theo độ mở bướm ga 52

Hình 5.4 Đồ thị so sánh % CxHy theo độ mở bướm ga của các phương pháp đánh lửa 54

Hình 5.5 Đồ thị so sánh nhiệt độ khí xả theo độ mở bướm ga của các phương pháp đánh lửa 56

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

IGT: Tín hiệu đánh lửa

ECU: Hộp điều khiển động cơ

ĐLTT: Đánh lửa trực tiếp

ĐCĐT: Động cơ đốt trong

KTOE: Kilogram of Oil Equivalent - Đơn vị đo lường được sử dụng để so sánh và quyđổi năng lượng từ các nguồn năng lượng khác nhau

``

Ảnh hưởng của số cặp điện cực đánh lửa đến công suất và mức phát thải của động cơ đốt trong kéo máy phát điện cỡ nhỏ

MỞ ĐẦU

I. Lý do chọn đề tài

Các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên đã vàđang đáp ứng hầu hết nhu cầu năng lượng của nhân loại Tuy nhiên, nguồn phát thải từviệc sử dụng nhiên liệu hóa thạch là một trong những nguyên nhân chính gây ra biếnđổi khí hậu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người Vấn đề cấp thiết hiệnnay đối với thế giới là biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng.Biểu hiện rõ nhất là trái đất nóng lên, băng tuyết tan, nước biển dâng cao Các hiệntượng thời tiết bất thường, bão lũ, sóng thần, động đất, hạn hán, rét đậm kéo dài Cùng với đó là vấn đề năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt Với tốc độ sử dụngnhư hiện nay, các nhà khoa học dự đoán nguồn nhiên liệu này sẽ cạn kiệt trong khoảng

70 năm tới Ngoài ra, việc phát thải các chất ô nhiễm có trong khí xả động cơ cũng ảnhhưởng rất lớn đến sức khỏe của con người

Một trong những giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề trên là tạo ra một hệthống đánh lửa đáng tin cậy dùng cho động cơ đốt trong (ĐCĐT) Trong đó bugi đượccoi là một trong những bộ phận cốt lõi Việc tạo được một nguồn năng lượng đánh lửalớn sẽ giúp cho quá trình cháy diễn ra ổn định, từ khó những khó khăn về lượng dưnhiên liệu và phát thải ô nhiễm sẽ được giải quyết

Từ lý do này, nhóm sinh viên đã chọn đề tài “ảnh hưởng của số cặp điện cựcđánh lửa đến công suất và mức phát thải của động cơ đốt trong kéo máy phát điện cỡnhỏ”

II. Mục tiêu nghiên cứu

Tìm hiểu ảnh hưởng của số cặp điện cực đánh lửa đến động cơ đốt trong kéo máyphát điện nhằm cải thiện công suất và giảm phát thải ô nhiễm

III. Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm bằngcách đo công suất và thành phần khí xả tại 5 vị trí có độ mở bướm ga khác nhau: 35%,45%, 55%, 65% và 75% cho cả hai phương pháp đánh lửa đơn xung và đa xung dùngtrên các loại bugi có số cặp điện cực khác nhau Môi trường trong suốt quá trình tiếnhành thí nghiệm giữa các phương pháp là giống nhau hoàn toàn nhằm đảm bảo tínhkhách quan của nghiên cứu

Ảnh hưởng của số cặp điện cực đánh lửa đến công suất và mức phát thải của động cơ đốt trong kéo máy phát điện cỡ nhỏ

Ảnh hưởng của số cặp điện cực đánh lửa đến công suất và mức phát thải của động cơ đốt trong kéo máy phát điện cỡ nhỏ

ô nhiễm môi trường do các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong gây nên

Ý nghĩa thực tiễn

Mô hình được xây dựng trong đề tài này có thể được sử dụng làm tài liệu thamkhảo cho việc đào tạo chuyên sâu liên quan đến công suất và thành phần khí xả củađộng cơ cỡ nhỏ, đồng thời cũng sẽ là sản phẩm để các bạn sinh viên ngành cơ khí nóiriêng và ngành công nghệ ô tô nói chung có thể sử dụng cho các mục đích nghiên cứukhác có liên quan

Kết quả của báo cáo là cơ sở để so sánh sự nổi trội giữa các phương phương phápđánh lửa, giữa các hệ thống đánh lửa có số cặp điện cực đánh lửa khác nhau

Ứng dụng thành tựu này vào thực tiễn sẽ giúp giải quyết vấn đề cấp bách hiệnnay, đó là thiếu hụt nhiên liệu và ô nhiễm môi trường

V. Tính mới của đề tài

Số cặp điện cực đánh lửa ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy bên trong động

cơ Hiện nay trên thị trường một số sản phẩm bugi đánh lửa nhiều điện cực âm đượcchào bán rất nhiều, nhưng việc tạo ra tia lửa điện đồng thời trên các điện cực âm là rấtkhó bởi tính chất của tia lửa điện Các nhà nghiên cứu trên thế giới cũng đã nghĩ đếnviệc tạo ra nhiều cặp điện cực âm-dương trên một chiếc bugi đánh lửa để có thể tối ưuhóa nguồn năng lượng đánh lửa giúp cải thiện quá trình cháy bên trong động cơ Tuynhiên, nhược điểm duy nhất của ý tưởng này đó là hệ thống đánh lửa đi kèm khá phứctạp, rất khó lắp đặt trên động cơ cỡ nhỏ Chính vì thế, việc tạo ra một sản phẩm bugi

có 2 cặp điện cực sử dụng bobin đôi là giải pháp tốt để giải quyết những khó khăntrên

Ngoài ra, nghiên cứu còn tìm hiểu về ảnh hưởng của tần số và số xung đánh lửađến hiệu suất làm việc cũng như thành phần khí xả của động cơ Đây sẽ là cơ sở lýthuyết cho quá trình xây dựng một hệ thống đánh lửa đạt hiệu quả cao nhất trongtương lai

Ảnh hưởng của số cặp điện cực đánh lửa đến công suất và mức phát thải của động cơ đốt trong kéo máy phát điện cỡ nhỏ

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Các vấn đề cấp thiết liên quan đến động cơ đốt trong

Mức độ ô nhiễm khí thải từ động cơ đốt trong đang lên cơn báo động trong rấtnhiều năm qua Đây cũng là nguyên nhân gây tác hại đến con người và tất cả vạn vậtxung quanh Tỷ lệ các chất độc hại thải ra ngoài bằng phương tiện giao thông cơ giớivượt quá 60% tổng lượng khí thải của ngành Trong khi đó động cơ sử dụng piston rấtkhó thay thế được vì là động cơ kinh tế và năng động nhất

Trong thực tế cuộc sống, do hàm lượng các chất độc hại trong khí xả động cơđốt trong bé nên người sử dụng ít quan tâm tới sự nguy hiểm trước mắt do nó gây ra.Tuy nhiên sự phân tích các dữ liệu về sự thay đổi thành phần không khí trong nhữngnăm gần đây đã cho thấy sự gia tăng rất đáng ngại của các chất ô nhiễm Nếu không cónhững biện pháp hạn chế sự gia tăng này một cách kịp thời, những thế hệ tương lai sẽphải đương đầu với một môi trường sống rất khắc nghiệt Bảo vệ môi trường khôngphải chỉ là yêu cầu của từng nước, từng quốc gia mà có ý nghĩa trên phạm vi toàn cầu.Tùy theo điều kiện của mỗi quốc gia, luật lệ cũng như tiêu chuẩn về ô nhiễm môitrường được áp dụng ở những thời điểm và với mức độ khắt khe khác nhau

Số lượng xe sử dụng động cơ đốt trong ngày một gia tăng đặt ra thách thức rấtlớn về nguồn nhiên liệu Cuộc cách mạng công nghiệp năm 1760 chứng kiến việc khaithác khoáng sản và dầu mỏ trên quy mô lớn và hoạt động khai thác dầu mỏ đang dầnphát triển, dẫn đến sự cạn kiệt dầu mỏ và khoáng sản tự nhiên ngày càng nhiều Vàcùng với những tiến bộ trong công nghệ, phát triển và nghiên cứu trong thời đại đươngđại, khai thác khoáng sản đã trở nên dễ dàng hơn và con người đang đào sâu hơn đểtiếp cận các loại quặng khác nhau Việc tăng cường khai thác các loại khoáng sản khácnhau đã dẫn đến một số trong số chúng bị suy giảm và có nguy cơ cạn kiệt trong mộttương lai không xa

Ngoài ra, việc cải thiện hiệu suất nhiệt cho động cơ đốt trong vẫn luôn là một

đề tài được kĩ sư và các nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm Hiệu suất nhiệt củađộng cơ là khả năng của động cơ biến năng lượng do nhiên liệu cung cấp trong quátrình cháy thành cơ năng Tất cả các nhà thiết kế đều hy vọng tạo ra một động cơ vớihiệu suất 100%, vì điều đó sẽ là lý tưởng Tuy nhiên, trong thực tế điều này là khôngthể, vì hiệu quả bị cản trở do ma sát của các bộ phận, sự mất mát dưới dạng nhiệt Hiệnnay, hiệu suất nhiệt trên các chiếc xe sử dụng động cơ đốt trong chỉ đạt từ 30-35%,phần còn lại sẽ bị lãng phí ở dạng nhiệt

1.1.1 Hiện trạng khai thác nhiên liệu hóa thạch trong những năm gần đây

Năm 2021, Việt Nam khai thác gần 11 triệu tấn dầu thô (hình 1.1), trong đó 9,1triệu tấn từ các mỏ trong nước, và gần 1,9 triệu tấn khai thác từ các mỏ nước ngoài màPVN hợp tác, đầu tư Sáu năm qua, sản lượng khai thác trong nước liên tục giảm, nếutính bình quân, mỗi năm sản lượng giảm một triệu tấn [3]

Hình 1.1 Sản lượng khai thác dầu mỏ qua các năm từ 2016-2021 [3]

Tốc độ khai thác, tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch quá nhanh so với tốc độ hìnhthành khiến chúng rơi vào tình trạng ngày càng khan hiếm và dần trở nên cạn kiệt.Ước tính trữ lượng dầu mỏ trên thế giới chỉ còn đủ dùng trong 53 năm, lưu trữ lượngkhí thiên nhiên dùng được khoảng 55 năm nữa và than đá là 113 năm nữa (nếu tốc độkhai thác và tiêu thụ nhiên liệu như hiện tại) Còn ở nước ta, với tốc độ khai thác hiệnnay, sẽ còn 34 năm dùng dầu mỏ, 63 năm dùng khí thiên nhiên và chỉ còn 4 nămnguồn than đá sẽ cạn kiệt

Hình 1.2 Biểu đồ tổng cung cấp năng lượng (TPES) giai đoạn 2010 – 2019

Biểu đồ hình 1.2 thể hiện nguồn cung cấp năng lượng sơ cấp của Việt Nam từ

2010 – 2019 Năm 2019, tổng cung cấp năng lượng sơ cấp của Việt Nam là 89.792KTOE, tăng 11,0% so với năm 2018 Trong khi đó, cả giai đoạn 2011 - 2019, tỷ lệ

tăng trưởng chỉ là 6,1%/năm Ta thấy dầu thô chiếm tỉ lệ lớn thứ 2 trong tổng cung cấpnăng lượng của nước ta Vào năm 2019, tỉ lệ dầu thô nước ta chiếm 23,5% trong tổngcung cấp năng lượng [3]

Hình 1.3 Biểu đồ khai thác năng lượng trong nước [4]

Năm 2019, lượng khai thác năng lượng thương mại trong nước đạt 56.650KTOE, trong đó có than chiếm tỷ trọng lớn nhất 39,6% (hình 1.3) Mặc dù cao hơn sovới năm 2018, nhưng còn thấp so với 45,6% của năm đầu kỳ 2010 Chiếm tỷ trọng lớnthứ 2 là dầu thô, chiếm 19,4% cơ cấu khai thác năng lượng thương mại Mặc dù vậy,

tỷ trọng của dầu thô liên tục giảm kể từ khi đạt đỉnh năm 2015 [4]

1.1.2 Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm

Khí thải ảnh hưởng quá nhiều tới đời sống và chất lượng không khí quanhchúng ta Để đem ra những phương pháp tốt nhất, một số phương pháp đã đưa ra để cóthể áp dụng trực tiếp lên động cơ và mang lại hiệu quả công việc một cách tốt nhất

Tổ chức tốt quá trình cháy và điều khiển lượng nhiên nhằm giảm ô nhiễm docác chất như NOx, CO, HC ngay tại nguồn, bao gồm các biện pháp liên quan đến việctối ưu hóa kết cấu của các chi tiết, cụm chi tiết và hệ thống có ảnh hưởng đến quá trìnhcháy Bắt đầu thiết kế đỉnh piston và nắp máy tạo hiệu ứng lốc xoáy, tăng khả nănghòa trộn nhiên liệu và không khí tốt hơn, quá trình cháy diễn ra nhanh hơn, thường ápdụng cho động cơ diesel và phun xăng trực tiếp Sử dụng hệ thống tăng áp, tăng đườngkính xu-páp, giảm tổn thất trên đường nạp để tăng hiệu suất nạp Tính toán thiết kếthời điểm mở sớm xu-páp thải một cách tối ưu; sử dụng các hệ thống phun nhiên liệuđiều khiển điện tử, tăng áp suất phun, lựa chọn kiểu phun đơn điểm hay đa điểm…Mặc dù đây là các biện pháp rất hữu hiệu nhưng chỉ riêng bản thân chúng chưa thểgiúp động cơ đáp ứng được các tiêu chuẩn ô nhiễm ngày càng nghiêm ngặt hơn Ngoài

ra, nhiên liệu có ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính ô nhiễm khí thải của động cơ đốttrong Có nhiều giải pháp giảm ô nhiễm khí thải có liên quan đến nhiên liệu như: Đảmbảo sự phù hợp giữa động cơ và nhiên liệu (động cơ có tỷ số nén càng cao thì sử dụng

xăng có chỉ số octan càng lớn); nâng cao chất lượng nhiên liệu (ít tạp chất và các phụgia độc hại); sử dụng nhiên liệu xanh, nhiên liệu thay thế; sử dụng phụ gia trong nhiênliệu,….Thực tế hiện nay cho thấy, một trong những biện pháp hiệu quả giảm thiểu sựđộc hại của khí thải động cơ là việc chế tạo và sử dụng hệ thống phin lọc

Xử lý khí thải cũng là biện pháp nhằm đảm bảo hàm lượng các chất độc hại cótrong khí thải trước khi thải ra môi trường phải nhỏ hơn giới hạn cho phép đã đượcquy định trong các điều luật Có rất nhiều công nghệ khác nhau để xử lý khí thải như:

Hệ thống hồi lưu khí xả EGR, bộ xử lý khí thải kiểu xúc tác 3 đường (trung hòa 3thành phần cơ bản trong khí thải là CO, HC và NOx), Bộ lọc PM, Bộ xử lý khí thảikiểu oxygen hóa dùng cho động cơ diesel, bộ xử lý NOx kiểu tích lũy, Để phát huyhiệu quả của hai giải pháp trên cũng như hạn chế sự phát thải quá mức của động cơ ởmột số chế độ làm việc, cần phải sử dụng thêm các hệ thống phụ trợ như: Hệ thốngkiểm soát vòng lặp kín (hồi lưu khí thải); hệ thống đảm bảo nhiệt độ khí nạp; hệ thốngphun khí (O2) nhằm hỗ trợ phản ứng trên đường thải,…

1.2 Ảnh hưởng của khí xả động cơ đối với sức khỏe của con người và môi trường

1.2.1 Đối với sức khỏe con người

Các chất ô nhiễm được tạo ra bởi động cơ đốt trong là: CO, NOx, HC, hạt bồhóng và chì Các hợp chất này đều là tác nhân gây hại với con người và là một trongnhững thủ phạm gây ra một số bệnh cho con người như gây ra các triệu chứng hensuyễn, ho, ngạt thở, suy giảm chức năng phổi,… Hình 1.4 minh họa cho tác hại củakhí xả đến con người

Monoxyde carbon (CO): khí không màu, không mùi, không vị sinh ra do oxyhóa không hoàn toàn carbon (C) trong điều kiện thiếu oxygene (O2) CO ngăn cản sựdịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxygene(vì hồng cầu trong máu có nhiệm vụ vận chuyển oxy) Nạn nhân bị tử vong khi 70%

số hồng cầu bị khống chế Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâudài đối với con người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóngmặt, buồn nôn và khi tỷ số này lên đến 50%, não bộ con người bị ảnh hưởng mạnh

Họ Oxyde Nitơ (NOx): trong đó Monoxyde Nitơ (NO với x = 1) chiếm đại bộphận NOx được hình thành do Nitơ(N2) tác dụng với ôxy(O2) ở điều kiện nhiệt độcao(vượt quá 1100OC) NO không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo radioxyde nitơ (x = 2 hay NO2) NO2 là chất khí màu hồng, có mùi, khứu giác có thểphát hiện khi nồng độ của NO2 trong không khí đạt khoảng 0,12ppm và là chất hòa tanđược Do đó, nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi, gây viêm và hủy hoại các tế

bào của cơ quan hô hấp làm cho nạn nhân bị mất ngủ, ho và khó thở Protoxyde Nitơ(N2O) là chất cơ sở tạo ra Ozone ở hạ tầng khí quyển.

Hydrocarbure (HC): có mặt trong khí thải của quá trình cháy không hoàn toàncủa hỗn hợp giàu nhiên liệu hoặc cháy không bình thường Gây tác hại nhiều đến sứckhỏe con người là các hydrocarbure thơm Từ lâu, người ta đã xác định vai trò củaBenzen trong căn bệnh ung thư máu khi nồng độ lớn hơn 40ppm và có thể gây rốiloạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1gam/m3 Đôi khi, nó là nguyên nhân gây cácbệnh về gan

Oxyde lưu huỳnh (SO2): là chất háu nước, nên rất dễ hòa tan vào nước mũi và

bị ôxy hóa thành axitsunfurit (H2SO4) và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vàosâu

trong phổi Mặt khác, oxyde lưu huỳnh (SO2) làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể

và làm tăng cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác

Bồ hóng: chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ diesel Tồn tạidưới dạng những hạt rắn, có đường kính trung bình khoảng 0.3µm, nên rất dể xâmnhập

sâu vào phổi Bồ hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp, còn là nguyênnhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên

bề mặt của chúng trong quá trình hình thành

Chì: có mặt trong khí xả do Thetraetyl chì (Pb(C2H5)4) được pha vào xăng đểtăng tính chống kích nổ của nhiên liệu

Chì trong khí xả động cơ tồn tại dưới dạng hạt có đường kính cực bé, nên rất dễxâm nhập vào cơ thể qua lỗ chân lông của da hoặc đường hô hấp Khi đã vào đượctrong

cơ thể, khoảng từ 30-40% lượng chì này đi vào máu, sự hiện diện của chì sẽ gây xáotrộn sự trao đổi ion ở não, làm trở ngại cho sự tổng hợp enzyne để hình thành hồngcầu và đặc biệt hơn nữa khi nó tác hại lên hệ thần kinh của trẻ em sẽ làm chậm pháttriển trí tuệ Chì bắt đầu gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ của nó trongmáu vượt quá 200 – 250 µg/lít [2]

Hình 1.4 Tác hại của khí xả động cơ đến đời sống con người

1.2.2 Đối với môi trường xung quanh

Sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm, đặc biệt là những chất khí gây hiệu ứngnhà kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của bầukhí quyển Trong số những chất gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí

CO2, vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thành phầncacbon Hình 1.5 thể hiện và dự đoán mật độ CO2 trước và sau năm 2021

Hình 1.5 Biểu đồ dự đoán mật độ CO2 trong khí quyển sau năm 2021 [6]

Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển do sự hiện diện của các chất khí gây hiệuứng nhà kính có thể được giải thích như sau: trái đất nhận năng lượng từ mặt trời, bức

xạ một phần ra không gian Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng ánh sáng thấy được

có bước sóng khoảng 0,4µm - 0,73µm, còn bức xạ cực đại của vỏ trái đất nằm trongvùng hồng ngoại 7µm - 15µm [2]

Cacbonic là chất khí có dãy hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước sóng 15µm,

nó được xem như trong suốt với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng đốivới tia bức xạ hồng ngoại từ mặt đất Một phần nhiệt lượng do lớp khí CO2 sẽ giữ lại

và bức

xạ ngược lại về trái đất (hình 1.6) làm nóng thêm bầu khí quyển

Hình 1.6 Hiện tượng hiệu ứng nhà kínhTheo dự đoán của các nhà khoa học, với sự gia tăng nồng độ khí CO2trong bầukhí quyển như hiện nay Vào khoảng giữa thế kỷ 22, nồng độ khí CO2có thể tăng lêngấp đôi và làm ảnh hưởng đến sự cân bằng nhiệt trên trái đất Nhiệt độ bầu khí quyển

Hình 1 7 Biểu đồ phản ánh mức tăng giảm nhiệt độ tại các châu lục và đại dương [6]

Hệ thống khí hậu của Trái Đất liên kết với nhau rất phức tạp, vì vậy ngay cảnhững thay đổi nhiệt độ nhỏ cũng có thể gây ra tác động lớn, điển hình là hiện tượngbăng tan và nước biển dâng Các nghiên cứu đã cho thấy nhiệt độ tăng ảnh hưởng đếnlượng mưa, sông băng, hình thái thời tiết, hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới và bãolớn Các đợt nắng nóng cũng gia tăng cả về tần suất, thời gian và mức độ nghiêmtrọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, đời sống con người, thương mại và nông nghiệp

Hầu hết các ghi chép về mực nước biển đều cho thấy sự gia tăng nhất quántrong 150 năm qua do băng tan và đại dương giãn nở Nước biển dâng cao càng làmtrầm trọng thêm tình trạng ngập lụt ven biển

Các nhà khoa học khí hậu đang làm việc chăm chỉ để dự đoán những tác độngtrong tương lai gây ra bởi sự gia tăng khí thải CO2 và những thay đổi dự kiến khác,chẳng hạn như dân số thế giới Rõ ràng là nhiệt độ sẽ tăng và lượng mưa sẽ thay đổi,mức độ cụ thể như thế nào còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố tương tác [6]

Mặc khác, các chất khí có tính axit như SO2, NO2 bị ôxy hóa thànhaxitsunphuric,

axitnitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù… sẽ làm hủy hoại thảm thựcvật trên bề mặt trái đất và gây ăn mòn các công trình có sử dụng kim loại Đến nay,người ta đã xác định được các chất ô nhiễm trong không khí mà phần lớn là những

chất có trong khí xả của động cơ đốt trong như: CO2, CO, N2O, SO2 Bảng 1.1 chothấy sự gia tăng nồng độ một cách đáng ngại của một số chất ô nhiễm bầu khí quyển.

Bảng 1.1 Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khí quyển [2]

Chất ô nhiễm Thời kỳ tiền Công

Chương 2: CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ CỐT

Hiện nay, hệ thống đánh lửa dùng máy tính để tạo ra một chế độ đánh lửa lýtưởng phù hợp với mọi điều kiện hoạt động của xe Theo đó, ECM xác định thời điểmđánh lửa dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến Đồng thời, bên trong bộ nhớ của ECM

có lưu thời điểm đánh lửa phù hợp với từng điều kiện hoạt động của động cơ

2.1.2 Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ tạo ra dòng điện đủ mạnh (khoảng trên20.000V) để có thể phóng qua khe hở đánh lửa bugi và thực hiện quá trình đốt cháyhỗn hợp khí – nhiên liệu

Làm nhiệm vụ đánh lửa đúng thời điểm mà động cơ cần để đốt cháy hòa khímột cách triệt để, tạo công suất lớn nhất, từ đó ngăn ngừa cặn cacbon xuất hiện và làmgiảm khí thải có thể sinh ra gây ô nhiễm môi trường

Hình 2.1 Nhiệm vụ của bugi đánh lửa

2.1.3 Yêu cầu của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa trên động cơ phải đảm bảo các yêu cầu sau:

Phải đảm bảo hiệu điện thế đủ mạnh để tạo ra tia lửa điện

Tia lửa điện được tạo ra phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy hỗn hợp nhiênliệu trong mọi điều kiện làm việc của động cơ

Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lí nhất ở mọi chế

độ làm việc của động cơ Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, dễ dàng sữa chữa bão dưỡng.[4]

2.1.4 Nguyên lí hoạt động chung của hệ thống đánh lửa

Nguyên lí của hệ thống đánh lửa: Hỗn hợp xăng cùng không khí được tạo thành

từ bộ chế hòa khí sẽ được vận chuyển tới buồng đốt (hoặc xăng sẽ được phun trực tiếpvào buồng đốt) Tại đây để quá trình đốt cháy được diễn ra suôn sẻ, hệ thống đánh lửa

sẽ được kích hoạt tạo ra dòng điện cao áp có độ lớn lớn hơn 20000 V Dòng điện đượctạo khi đi xuyên qua bugi sẽ bị tác động, hình thành tia lửa điện Tia lửa điện bắt gặphỗn hợp nhiên liệu tại buồng đốt sẽ sinh ra phản ứng đốt cháy qua đó tạo năng lượngthúc đẩy hoạt động của động cơ

2.1.5 Cấu tạo hệ thống đánh lửa

2.1.5.1 Bobin đánh lửa

Bôbin hay bobine là một bộ phận thuộc hệ thống đánh lửa của xe ô tô có nhiệm

vụ sinh ra các dòng điện cao áp giúp bugi phóng tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòakhí trong buồng đốt của động cơ Quá trình đốt cháy này sẽ tạo ra áp suất đẩy pistondịch chuyển và truyền lực cho trục khuỷu để sinh công

Bôbin đánh lửa trên ô tô được cấu tạo từ 3 thành phần chính, gồm:

+ Lõi sắt nằm giữa bôbin, được chèn chặt trong ống carton cách điện

+ Cuộn dây sơ cấp quấn quanh lõi sắt, đầu dây được nối với ắc quy và IC đánhlửa

+ Cuộn dây thứ cấp cũng quấn quanh lõi sắt với số lượng nhiều hơn cuộn sơcấp gấp 100 lần Đầu dây thứ cấp được nối với ắc quy và bugi

Số vòng của cuộn thứ cấp lớn hơn cuộn sơ cấp khoảng 100 lần Một đầu củacuộn sơ cấp được nối với IC đánh lửa còn một đầu của cuộn thứ cấp được nối vớibugi Các đầu còn lại của cuộn được nối với ắc quy

Nguyên lí hoạt động:

Khi động cơ làm việc, dòng điện trước tiên sẽ đi qua cuộn sơ cấp, và sẽ bị ngắtđột ngột do má vít bị mở ra (đối với hệ thống đánh lửa kiểu má vít) hoặc do IC đánhlửa ngắt không cho dòng tiếp tục đi qua cuộn sơ cấp (đối với động cơ đánh lửa bándẫn)

Hình 2.2 Nguyên lí hoạt động của bobin [7]

Lúc này dòng điện trong cuộn sơ cấp sẽ bị mất đi, từ trường do chính nó sinh ra

bị giảm mạnh Theo nguyên lý cảm ứng điện từ thì cuộn thứ cấp sẽ tự sinh ra dòngđiện để có thể chống đỡ được sự biến đổi trong từ trường Vì số vòng trên cuộn thứcấp lớn hơn rất nhiều so với số vòng sơ cấp nên dòng điện cuộn thứ cấp sinh ra sẽ vôcùng lớn Dòng điện này sẽ được chuyển tới bugi bởi bộ chia điện

Hình 2.3 Sự hình thành dòng thứ cấp trong bobin [7]

Hình 2.4 thể hiện một số loại bobin đánh lửa thường gặp trên động cơ hiện nay:

Hình 2.4 Một số loại bobin dùng trên động cơ hiện nay

a) Bobin đánh lửa kiểu bán dẫn b) Bobin đơn c) Bobin đôi

2.1.5.2 Bugi

Bugi là bộ phần cuối cùng nằm trong hệ thống đánh lửa, có cấu tạo như hình2.5 Bugi đảm nhận vai trò quan trọng là phát sinh tia lửa điện ở giữa điện cực trungtâm và điện cực của bên nối mát, nhằm giúp đốt cháy hỗn hợp không khí cùng vớinhiên liệu đã được nạp vào trong buồng đốt

Hình 2.5 Cấu tạo của bugi đánh lửa [7]

Cơ cấu đánh lửa: sự nổ của hỗn hợp hòa khí do tia lửa từ bugi được gọi chung

là sự bốc cháy Tuy nhiên sự bốc cháy không phải xảy ra tức khắc mà diễn ra như sau:

Tia lửa xuyên qua hỗn hợp hòa khí từ điện cực trung tâm đến điện cực nốimass Kết quả là hỗn hợp hòa khí dọc theo tia lửa bị kích hoạt phản ứng hóa học (oxyhóa) xảy ra và sản sinh ra nhiệt để hình thành nhân ngọn lửa Nhân ngọn lửa này lạikích hoạt hỗn hợp hòa khí bao quanh và phần hỗn hợp này lại kích hoạt những thànhphần hỗn hợp khác xung quanh nó Cứ như thế nhiệt của nhân ngọn lửa được mở rộng

ra trong một quá trình lan truyền ngọn lửa để đốt cháy hỗn hợp hòa khí Nếu nhiệt độgiữa các điện cực quá thấp hoặc khe hở điện cực quá nhỏ, các điện cực sẽ hấp thụnhiệt tỏa ra từ tia lửa Kết quả là nhân ngọn lửa bị tắt và động cơ không nổ Hiện tượngnày được gọi là sự dập tắt điện cực

Hình 2.6 Cơ cấu đánh lửa [7]

Đặc tính đánh lửa: Các yếu tố sau đây có thể ảnh hưởng hiệu quả đánh lửa của

bugi Hình dáng điện cực và đặc tín phóng điện: Các điện cực tròn khó phóng điện,trong khi đó các điện cực vuông hoặc nhọn lại dễ phóng điện Qua quá trình sử dụnglâu dài các điện cực bị làm tròn dần và trở nên khó đánh lửa Vì vậy cần phải thay thếbugi, các bugi có điện cực mảnh và nhọn thì dễ phóng điện hơn Tuy nhiên những điệncực như thế thì tuổi thọ sẽ ngắn hơn Vì thế một số bugi có các điện cực được hàn đắpplatin hoặc iridium để chống mòn Chúng được gọi là các bugi có cực platin hoặciridium

Khoảng thời gian thay thế thế bugi thông thường: 10.000 – 60.000 km

Khoảng thời gian thay thế bugi platin hoặc iridium: 100.000 – 240.000 km

Khe hở điện cực và điện áp yêu cầu:

Khi bugi bị ăn mòn thì khe hở giữa các điện cực tăng lên và động cơ có thể bị

bỏ máy Khi khe hở giữa điện cực trung tâm và điện cực nối mass tăng lên sự phóngtia lửa điện giữa các điện cực trở nên khó khăn Do đó cần có một điện áp lớn đểphóng tia lửa Vì vậy cần phải định kì điều chỉnh khe hở điện cực hoặc thay thế bugi.Nếu có cung cấp đủ cho điện áp khe hở điện cực tăng lên thì bugi sẽ tạo ra tia lửa

Các bugi có điện cực platin hoặc iridium không cần điều chỉnh khe hở vì chúng không

bị mòn (chỉ cần thay thế)

Vùng nhiệt bugi: Là khoảng trống giữa 2 điện cực (hình 2.7) Dung tích càng

nhỏ và nông khả năng tản nhiệt của bugi càng nhanh, ngược lại dung tích khoảng trốngcàng lớn và sâu thì khả năng tản nhiệt của bugi càng kém Kiểu bugi phát xạ ra nhiềunhiệt được gọi là bugi lạnh, bởi vì nó không bị nóng lên nhiều Kiểu bugi phát xạ ítnhiệt được gọi là bugi nóng, vì nó giữ lại nhiệt

Hình 2.7 Vùng nhiệt bugi [7]

Mã số của bugi được in trên bugi, nó mô tả cấu tạo và đặc tính của bugi Mã số

có khác nhau đôi chút, tuỳ theo nhà chế tạo Thông thường, con số vùng nhiệt càng lớnthì bugi càng lạnh vì nó phát xạ nhiệt tốt

2.2 Các hệ thống đánh lửa thường gặp trên động cơ đốt trong

Có hai loại từ tính Loại đầu tiên được gọi là loại phần ứng quay, và loại còn lại

được gọi là loại nam châm quay Trong loại đầu tiên, các cánh tay đòn xoay giữa các

nam châm đứng yên Mặt khác, loại phần ứng thứ hai là đứng yên và các nam châmchuyển động xung quanh phần ứng

Nguyên lý làm việc:

Nguyên lí làm việc của hệ thống đánh lửa mangeto được thể hiện thông quahình 2.8 Khi động cơ của hệ thống khởi động, nó giúp nam châm quay và do đó nótạo ra năng lượng ở dạng điện áp cao, sau đó một đầu của nam châm được nối đấtthông qua bộ ngắt tiếp điểm và tụ điện đánh lửa được nối song song với nó Cầu daotiếp điểm được điều chỉnh bởi cam và khi cầu dao mở, dòng điện chạy qua tụ điện vàsạc nó Bây giờ tụ điện đang hoạt động như một bộ sạc, dòng điện sơ cấp bị giảm, do

đó làm giảm từ trường tổng thể, được tạo ra trong hệ thống Điều này làm tăng điện áptrong tụ điện Điện áp cao tăng lên này trong tụ điện sẽ hoạt động như một EMF, do đótạo ra tia lửa điện, tại đúng bugi thông qua bộ phân phối Và ở giai đoạn khởi động, tốc

độ của động cơ thấp và do đó điện áp tạo ra bởi từ trường thấp Nhưng khi tốc độ quaycủa động cơ tăng lên, nó cũng làm tăng điện áp tạo ra bởi từ tính, do đó tốc độ dòngđiện cũng tăng lên

Hình 2.8 Hệ thống đánh lửa Magneto

2.2.2 Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng má vít

Cấu tạo và công dụng:

(+) Bobin: Tiếp nhận điện áp từ ắc quy để tạo ra điện áp cao thế, tia lửa mạnhphóng qua 2 cực của bugi

(+) Delco (bộ chia điện): gồm bộ chia điện, bộ ngắt điện, bộ đánh lửa li tâm

Bộ ngắt điện: dùng để ngắt dòng điện sơ cấp trong bobin để tạo ra điện cao áptrong cuộn thứ cấp

Bộ chia điện: dùng để phân phối điện áp từ cuộn thứ cấp của bobin đến các bugicủa mỗi xylanh theo đúng thứ tự công tác của động cơ Bộ đánh lửa sớm li tâm: dùng

để thay đổi thời điểm đánh lửa theo số vòng quay của động cơ

Bộ đánh lửa sớm chân không: dùng để thực hiện đánh lửa sớm hoặc trễ khi tảicủa động cơ thay đổi

(+) Bugi: tạo tia lửa có nhiệt độ cao giữa cực âm và cực trung tâm để đốt cháyhỗn hợp không khí và nguyên liệu ở cuối quá trình nén

điểm đánh lửa được điều khiển bằng cơ Dòng sơ cấp của bộ bin được điều khiển chochạy ngắt quãng qua tiếp điểm của vít lửa Bộ điều chỉnh đánh lửa sớm li tâm và chânkhông điều khiển thời điểm đánh lửa Bộ chia điện sẽ phân phối điện cao áp từ cuộnthứ cấp đến các bugi.

Hình 2.9 hệ thống đánh lửa kiểu má vít [7]

Nguyên lý của hệ thống đánh lửa loại kiều vít như sau: Bộ chia điện gắn đồngtrục với trục cam Bên trong bộ chia điện có một tiếp điểm cam Một phía tiếp điểm sẽnối mass sườn xe, phía còn lại đi ra ngoài và vào chân C của Bôbin đánh lửa Nếu xe 4máy thì trong một chu kỳ cam sẽ đội tiếp điểm của Delco 4 lần, cứ mỗi lần đến vị tríđánh lửa của máy nào thì cam sẽ đội làm tiếp điểm hở ra, sinh điện cao áp trong cuộnthứ cấp của bobin, bobin gửi điện cao áp này đến cho Delco và Delco chia điện chobugi của máy đó

2.2.3 Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn

Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn bao gồm các bộ phận chính sau:

1 Bộ phát tín hiệu phát ra tín hiệu đánh lửa

2 Bộ đánh lửa (IC đánh lửa) nhận tín hiệu đánh lửa và lập tức cho chạy dòng sơcấp

3 Cuộn đánh lửa, với dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột, sinh ra dòng cao áp

4 Bộ chia điện sẽ phân phối dòng cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bugi

5 Bugi nhận dòng cao áp và đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp hòa khí Thời điểmđánh lửa sớm được điều khiển bởi bộ đánh lửa sớm li tấm và bộ đánh lửa sớm chânkhông

Bộ đánh lửa sớm li tâm: Bộ đánh lửa sớm li tâm điều khiển đánh lửa sớm theotốc độ của động cơ Thông thường, vị trí các “quả văng” của bộ đánh lửa sớm li tâmđược xác định bằng lò xo của nó Khi tốc độ của trục bộ chia điện tăng lên cùng vớitốc độ của động cơ, lực ly tâm vượt quá lực của lò xo, cho phép các quả văng tách xa

ra Kết quả là vị trí của rotor tín hiệu dịch chuyển vượt quá một góc đã định và chođánh lửa sớm Bộ đánh lửa sớm chân không: Bộ đánh lửa sớm chân không điều khiểnđánh lửa sớm theo tải trọng của động cơ Màng được liên kết với tấm ngắt thông quathanh đẩy Buồng màng được nối thông với cửa trước của đường ống nạp Khi bướm

ga hé mở, áp suất chân không từ cửa trước sẽ hút màng để làm quay tấm ngắt Kết quả

là bộ phát tín hiệu dịch chuyển, và gây ra đánh lửa sớm

Trong kiểu hệ thống đánh lửa này transistor điều khiển dòng sơ cấp, để nó chạymột cách gián đoạn theo đúng các tín hiệu điện được phát ra từ bộ phát tín hiệu Gócđánh lửa sớm được điều khiển bằng cơ như trong kiểu hệ thống đánh lửa bằng vít hoặc

có thể dùng các cảm biến vị trí như loại quang, Hall

Hình 2.10 Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn [7]

2.2.4 Hệ thống đánh lửa trực tiếp DSI

Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp (ĐLTT), bộ chia điện không còn được sửdụng nữa Thay vào đó, hệ thống ĐLTT cung cấp một bô bin cùng với một IC đánhlửa độc lập cho mỗi xy-lanh Vì hệ thống này không cần sử dụng bộ chia điện hoặcdây cao áp nên nó có thể giảm tổn thất năng lượng trong khu vực cao áp và tăng độbền Đồng thời nó cũng giảm đến mức tối thiểu nhiễu điện từ, bởi vì không sử dụngtiếp điểm trong khu vực cao áp Chức năng điều khiển thời điểm đánh lửa được thựchiện thông qua việc sử dụng ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử) ECU của động cơ nhậnđược các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính toán thời điểm đánh lửa, truyền tínhiệu đánh lửa đến IC đánh lửa Thời điểm đánh lửa được tính toán liên tục theo điềukiện của động cơ, dựa trên giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu đã được lưu giữ trong máytính, dưới dạng một bản đồ ESA So với điều khiển đánh lửa cơ học của các hệ thốngthông thường thì phương pháp điều khiển bằng ESA có độ chính xác cao hơn và khôngcần phải đặt lại thời điểm đánh lửa Kết quả là hệ thống này giúp cải thiện tiết kiệmnhiên liệu và tăng công suất phát ra Các thành phần của hệ thống: