3.3. Những nhân tố ảnh hưởng tới quá trình cháy
3.3.3. Ảnh hưởng của tia lửa điện tới quá trình cháy
Ảnh hưởng của tia lửa điện tới quá trình cháy bao gồm có: góc đánh lửa sớm, vị trí đặt bugi và năng lượng của tia lửa điện,…
3.3.3.1. Góc đánh lửa sớm.
Người ta dùng góc đánh lửa làm căn cứ để cho thời điểm đánh lửa.
Góc đánh lửa sớm độ góc quay trục khuỷu được tính từ thời điểm bắt đầu bật tia lửa điện cho tới điểm chết trên nó có ảnh hưởng rất lớn đến tính kịp thời của quá trình cháy. Giá trị tốt nhất của góc đánh lửa phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu, tốc độ là phụ tải của động cơ. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm tới tính kịp thời của quá trình được thể hiện trên hình 19.
Hình 2.8 Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm tới quá trình cháy
Đồ thị công được xác định khi = 260 đó là góc đánh lửa sớm hợp lý, áp suất độ cháy cao nhất xuất hiện sau điểm chết trên khoảng 10 150, quá trình cháy tương đối kịp thời nhiệt lượng được lợi dụng tốt nên diện tích đồ thị công suất lớn nhất, công suất và hiệu suất động cơ cao nhất, lúc ấy tốc độ tăng áp suất cũng như áp suất cực đại khi cháy đều không lớn quá. Góc đánh
lửa tương ứng với công suất và hiệu suất cao nhất được gọi là góc đánh lửa tối ưu.
Nếu lớn (đánh lửa trước điểm chết trên nhiều) làm tăng áp trung bình lớn động cơ rung động mạnh dẫn tới hiệu suất và công suất giảm
Nếu nhỏ làm quá trình cháy chuyển sang cháy rớt nhiều không tốt cho động cơ
3.3.3.2. Vị trí đặt bugi.
Vị trí đặt bugi trong buồng cháy gây ảnh hưởng lớn tới khuynh huớng gây kích nổ khoảng cách từ màng lửa đến khu vực xa nhất của buồng cháy càng dài (tức hành trình màng lửa càng dài) thì khuynh hướng gây kích nổ càng lớn. Nếu đặt bugi gần sát xupap nạp xa xupap thải sẽ làm tăng khả năng nâng nhiệt độ của khối hoà khí ở cuối hành trình màng lửa, do nhiệt độ lớn của xupap gây ra, vì vậy làm tăng khuynh hướng kích nổ. Do đó cần đặt bugi sát với khu vực giữa buồng cháy và gần với bộ phận nóng nhất của buồng cháy, qua đó một mặt rút ngắn hành trình màng lửa mặt khác còn giảm bớt nhiệt độ của khối hoà khí ở khu vực cuối hành trình màng lửa làm giảm khuynh hướng gây kích nổ. Vị trí bugi trong buồng cháy khác nhau sẽ đòi hỏi số octan khác nhau của nhiên liệu
3.3.3.3 Loại bugi
Chọn loại bugi cần phải dựa vào trạng thái phụ tải nhiệt của động cơ.
Năng lực chịu phụ tải nhiệt của bugi được gọi là đặc tính nhiệt của bugi và được thể hiện qua trị số nhiệt. Chọn đúng loại bugi, cần phải đảm bảo cho động cơ hoạt động tốt ở tốc độ thấp và không được tạo ra điểm nóng rực để gây đánh lửa bề mặt khi chạy ở tải lớn. Thực nghiệm chỉ rằng : nhiệt độ phần đầu có sứ cách điện phải nằm trong phạm vi 580 8500C động cơ mới hoạt động được bình thường, vì trong phạm vi nhiệt độ ấy dầu nhờn vào xilanh và
dính trên cực bugi sẽ bị đốt cháy làm giảm khả năng gây tích muộn than tại khe hở của cực bugi. Nếu thấp hơn 5800C sẽ gây tích than trên cực bugi làm đoản mạch gây nên hiện tượng bỏ lửa (không có tia lửa điện). Nếu nhiệt độ lớn hơn 5800C sẽ làm cho cực bugi trở thành điểm nóng gây đánh lửa bề mặt, kết quả làm cháy cự bugi và sứ cách điện, vì vậy phải giữ cho nhiệt độ phần đầu của sứ cách điện nằm trong phạm vi cho phép.
3.3.3.4. Năng lượng đánh lửa.
Muốn cho quá trình cháy được thực hiện bình thường cần đảm bảo tia lửa điện xuất hiện ở khe hở bugi có đủ năng lượng để châm cháy hoà khí. Tia lửa điện trong hệ thống đánh lửa truyền thống đều là tia lửa của dòng điện cảm ứng tức là cặp tiếp điện cắt dòng điện sơ cấp trong bôbin đánh lửa để tạo ra cảm ứng cao áp ở cuộn dây thứ cấp nhờ đó xuất hiện tia lửa điện hồ quang giữa hai cực bugi. Điện thế của dòng thứ cấp cần có là 10 15 kV. Nhưng điện thế kể trên lại phụ thuộc nhiều vào tốc độ của động cơ, khi tăng tốc độ do thời gian đóng các tiếp điểm bị rút ngắn làm giảm cường độ của dòng cấp gây nên hiện tương tự hoá lõi sắt bôbin không đủ, nên khi mở tiếp điểm, điện thế cảm ứng của dòng thứ cấp và do đó cường độ tia lửa hồ quang yếu thậm chí không xuất hiện tia lửa điện ở bugi gây bỏ nổ ở tốc độ lớn, và cũng dễ gây tích muội than ở cực bugi. Ngoài ra, khi đóng và mở tiếp điểm thường xuất hiện tia lửa điện hồ quang làm cháy tiếp điểm (do tự cảm ứng của dòng sơ cấp gây ra), gây tăng điện trở qua đó làm giảm cường độ dòng sơ cấp và năng lượng của dòng thứ cấp. Nhưng điều trên sẽ làm giảm công suất và hiệu suất động cơ gây khó khởi động đó là trở ngại của hệ thống đánh lửa truyền thống đối với các xu thế cường hoá động cơ bằng cách tăng tốc độ.
Để giải quyết vấn đề trên người ta đã sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn với rất nhiều ưu điểm:
- Khắc phục hoàn cảnh hiện tượng bỏ lửa tốc độ cao vì điện áp dòng điện thứ cấp vẫn lớn khi cháy ở tốc độ cao
- Tuổi thọ tiếp điểm tăng nên nhiều vì dòng điện đi qua tiếp điểm chỉ bằng khoảng 1/10 so với đánh lửa truyền thống (khoảng 300 700mA) nên tránh được hoàn toàn hiện tượng cháy tiếp điểm kéo dài tuổi thọ sử dụng.
Dễ khởi động khi trời lạnh. Ngoài ra do năng lượng của tia lửa rất lớn nên gia tăng tốc độ cháy, giảm cháy rớt, làm tăng công suất và hiệu suất động cơ.
Người ta còn dùng các biện pháp về phân lớp hoà khí đảm bảo cho hoà khí ở khu vực cực bugi có thành phần đậm (= 0,85 0,95) để tạo ra màng lửa mạnh lan truyền và đốt kiệt số hoà khí còn lại với thành phần nhạt (tới 2), nhằm tiết kiệm xăng, và không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên dùng hoà khí nhạt sẽ hạn chế công suất động cơ. Động cơ xăng ôtô nếu sử dụng phân lớp hoà khí rất có lợi trong khi chạy ở tải vừa và nhỏ, nhưng khi chạy toàn tải cần có giải pháp làm đậm hoà khí trong toàn bộ không gian buồng cháy nhằm thích ứng đòi hỏi về công suất.