Ở bài trước “Đánh lửa sớm” có giải thích lý do tại sao phải đánh lửa sớm. Tiếp theo loạt bài này chúng ta cùng tìm hiểu các giai đoạn cháy của hòa khí, để biết được tai sao hòa khí lại cháy chậm như vậy?
Oto-hui: Trong động cơ xăng, hỗn hợp hòa khí được đánh lửa để đốt cháy (nổ), và áp lực sinh ra từ sự bốc cháy sẽ đẩy píttông xuống.
Năng lượng nhiệt được biến thành động lực có hiệu quả cao nhất khi áp lực nổ cực đại được phát sinh vào thời điểm trục khuỷu ở vị trí 10 độ sau Điểm Chết Trên (ATDC) . Động cơ không tạo ra áp lực nổ cực đại vào thời điểm đánh lửa; nó phát ra áp suất cực đại chậm một chút, sau khi đánh lửa. Vì vậy, phải đánh lửa sớm, sao cho áp suất cực đại được tạo ra vào thời điểm 10 độ ATDC. Thời điểm đánh lửa để động cơ có thể sản ra áp suất cực đại phải thường xuyên thay đổi, tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ. Vì thế, hệ thống đánh lửa phải có khả năng thay đổi góc đánh lửa sớm để động cơ tạo ra áp lực nổ một cách có hiệu quả nhất, phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ.
1. Các giai đoạn cháy của hòa khí
- Giai đoạn cháy trễ
Sự bốc cháy (nổ) của hỗn hợp hòa khí không phải xuất hiện ngay sau khi đánh lửa. Thoạt đầu, một khu vực nhỏ (hạt nhân) ở sát ngay tia lửa bắt đầu cháy, và quá trình bắt cháy này lan ra khu vực xung quanh. Quãng thời gian từ khi hỗn hợp hòa khí được đánh lửa cho đến khi nó bốc cháy được gọi là giai đoạn cháy trễ (khoảng A đến B trong sơ đồ). Giai đoạn cháy trễ đo gần như không thay đổi, và nó không bị ảnh hưởng của điều kiện làm việc động cơ.
Hình 1. Góc đánh lửa sớm Hình 2. Quá trình cháy
- Giai đoạn lan truyền ngọn lửa
Sau khi hạt nhân ngọn lửa hình thành, ngọn lửa nhanh chóng lan truyền ra xung quanh. Tốc độ lan truyền này được gọi là tốc độ lan truyền ngọn lửa, và thời kỳ này được gọi là thời kỳ lan truyền ngọn lửa (B~C~D trong sơ đồ) Khi có một lượng lớn hòa khí được nạp vào, hỗn hợp hòa khí trở nên có mật độ cao hơn. Vì thế, khoảng cách giữa các hạt trong hỗn hợp hòa khí giảm xuống, nhờ thế, tốc độ lan truyền ngọn lửa tăng lên. Ngoài ra, luồng hỗn hợp hòa khí xoáy lốc càng mạnh thì tốc độ lan truyền ngọn lửa càng cao. Khi tốc độ lan truyền ngọn lửa cao, cần phải định thời đánh lửa sớm. Do đó cần phải điều khiển thời điểm đánh lửa theo điều kiện làm việc của động cơ.
2. Điều khiển thời điểm đánh lửa
Hệ thống đánh lửa điều khiển thời điểm đánh lửa theo tốc độ và tải trọng của động cơ sao cho áp lực nổ cực đại xuất hiện ở 10 độ ATDC.
Trước đây, các hệ thống đánh lửa sử dụng bộ đánh lửa sớm li tâm và bộ đánh lửa sớm chân không để điều khiển đánh lửa sớm hoặc muộn. Tuy nhiên, ngày nay hầu hết các động cơ đều sử dụng hệ thống ESA.
- Điều khiển theo tốc độ động cơ
Động cơ được coi là phát công suất hiệu quả nhất khi áp suất cực đại xuất hiện ở 10 độ ATDC, khi đó thời điểm đánh lửa tối *ưu là 10 độ BTDC, với tốc độ 1000 v/ph.
Giả sử tốc độ động cơ tăng lên đến 2000 v/ph, giai đoạn cháy trễ vẫn gần như không đổi với mọi tốc độ động cơ. Vì thế góc quay của trục khuỷu sẽ tăng lên so với khi động cơ chạy với tốc độ 1000 v/ph. Nếu vẫn sử dụng thời điểm đánh lửa như trong mục cũ cho tốc độ 2000 v/ph thì thời điểm mà động cơ sản ra áp lực nổ cực đại sẽ bị trễ hơn 10 độ ATDC.
Vì vậy, để sản ra áp lực nổ cực đại tại 10 độ ATDC khi động cơ đang chạy 2000 v/ph thì thời điểm đánh lửa phải sớm hơn để bù cho góc quay của trục khuỷu đã bị trễ. Quá trình định thời điểm đánh lửa này được gọi là đánh lửa sớm.
Hình 3. Điều khiển góc đánh lửa sớm
- Điều khiển theo tải trọng của động cơ
Khi động cơ mang tải thấp thì áp lực nổ cực đại được coi là xuất hiện 10 độ ATDC , khi thời điểm đánh lửa tối ưu được đặt sớm 20 độ BTDC.
Khi tải trọng của động cơ tăng, mật độ hòa khí cũng tăng và giai đoạn lan truyền ngọn lửa giảm xuống. Vì thế, nếu cứ sử dụng thời điểm đánh lửa như cũ thì thời điểm mà động cơ sản ra áp suất cực đại sẽ bị sớm hơn 10 độ ATDC.
Để sản ra áp lực nổ cực đại tại thời điểm 10 độ ATDC khi động cơ mang tải nặng thì thời điểm đánh lửa phải muộn hơn để bù cho góc quay của trục khuỷu đã bị sớm.Ngược lại, khi tải trọng của động cơ thấp thì thời điểm đánh lửa phải sớm hơn.
- Điều khiển kích nổ
Kích nổ trong động cơ do sự tự bốc cháy gây ra, khi hỗn hợp hòa khí tự bắt lửa trong buồng đốt. Động cơ trở nên dễ bị kích nổ khi thời điểm đánh lửa sớm. Hiện tượng tiếng gõ mạnh có ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của động cơ như tăng tiêu hao nhiên liệu, giảm công suất phát. Các hệ thống đánh lửa gần đây có điều khiển làm giảm góc đánh lửa sớm khi kích nổ, khi cảm biến phát hiện có kích nổ thì điều khiển cho thời điểm đánh lửa muộn, còn khi không phát hiện ra kích nổ nữa thì điều khiển cho thời điểm đánh lửa sớm hơn. Bằng cách ngăn ngừa kích nổ như vậy, hệ thống này giúp tăng tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất phát.
(Theo Oto-hui)
Xem thêm các chủ đề liên quan: đánh lửa sớm, góc đánh lửa
Bạn có thể tìm thêm các thông tin liên quan bằng công cụ Search ở đầu trang.
