Nghiên cứu phát triển hệ thống đánh lửa trên động ơ xăng

điểm về kỹ thuật đánh lửa trên động cơ, đặt nền móng cho sự ra đời một hệ thống đánh lửa hoàn toàn mới chưa từng được được đề xuất và ứng dụng. 1 GIỚI THIỆU Hệ thống đánh lửa tối ưu góp phần nâng cao tuổi thọ của động cơ; giảm được những hư hỏng trong hệ thống; tối ưu hóa được góc đánh lửa sớm, giảm thiểu cháy kích nổ, tiết kiệm nhiên liệu từ đó nâng cao công suất của động cơ và giảm ô nhiễm môi trường. 2 NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐÃ ĐƯỢC SỬ DỤNG 1.1 Hệ thống đánh lửa Lazer Tia laser đã được đưa vào thảo luận và là một lựa chọn đầy hứa hẹn cho việc áp dụng vào hệ thống đánh lửa động cơ từ giữa những năm 70 của thế kỷ trước. Bộ đánh lửa bằng tia laser ít gây ô nhiễm hơn và có hiệu suất nhiên liệu hiệu quả hơn. Tuy nhiên để sản xuất hệ thống đánh lửa bằng tia laser với kích thước nhỏ, mạnh mẽ đang gặp rất nhiều khó khăn. Để nhiên liệu bắt lửa, tia laser phải tập trung ánh sáng tới xấp xỉ 100 gigawat trên 1cm2 với xung ngắn hơn 10 millijoules (đơn vị đo Newton) mỗi bước sóng. Tại hội thảo về tia Laser và điện quang (CLEO:2011), được tổ chức tại Baltimore từ ngày 1/5 đến 6/5, các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản đã mô tả một hệ thống tia laser đa chùm với kích thước đủ nhỏ để lắp vào vào đầu xilanh của động cơ. Hệ thống laser mới này được làm từ gốm, và có thể được sản xuất đại trà với chi phí rẻ - theo công bố của đại diện tác giả, Takunori Taira thuộc viện Nghiên cứu Khoa học Tự nhiên Quốc gia Nhật Bản. 236 Hình 1: Hệ thống đánh lửa Lazer 2.2 Hệ thống đánh lửa Plasma ACIS Các nhà nghiên cứu của công ty phụ tùng ô tô Federal-Mogul đang phát triển một loại bugi mới phát ra những tia chớp plasma để đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt. Plasma là trạng thái thứ 4 của vật chất bên cạnh các trạng thái khí, lỏng và rắn. Bugi plasma kích thích các phân tử hòa khí ở gần phóng thích các điện tử để trở thành các ion. Những ion trái dấu khi tương tác kết hợp với nhau sẽ tạo nên phản ứng cháy. Federal-Mogul cho biết: Công ty đã có những nguyên mẫu bugi plasma và hiện đã có 10 công ty sản xuất ô tô đang dùng thử thiết bị tạo ra dòng điện cao tầng cường độ mạnh có tên Advanced Corona Ignition System (ACIS) để kích hoạt bugi plasma. Hình 2: Hệ thống đánh lửa Plasma ACIS 3 NGHIÊN CỨU CÁC HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ đốt cháy hỗn hợp hòa khí trong lòng xy lanh để sản sinh ra công suất cho động cơ. Thường có những hư hỏng sau: 3.1 Hư hỏng biến áp Biến áp ở hệ thống đánh lửa cũng như là một máy biến thế, các hư hỏng thường gặp của biến áp như là chập mạch các vòng dây làm cháy biến áp, cháy nắp biến áp, cháy điện trở phụ... Hoặc tác động cơ học làm bể, nứt nắp biến áp. Cần kiểm tra và thay thế các bộ phận hư hỏng. 237 Hình 3: Hư hỏng biến áp 3.2 Hư hỏng bộ chia điện Bộ chia điện là bộ phận quan trọng của hệ thống đánh lửa, nó giúp phân chia dòng điện cao áp đến đúng thứ tự làm việc của động cơ vào đúng thời điểm cần thiết một cách chính xác. Vì vậy nếu gặp hỏng hóc bộ chia điện sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến hoạt động của hệ thống đánh lửa và động cơ. Khi hoạt động lâu ngày bộ chia điện cũng hao mòn và có thể gặp một số vấn đề: Nứt, bể nắp delco do tác động vật lý làm rò rỉ điện áp dẫn đến đánh lửa yếu. Khe hở giữa má tĩnh và má động không chuẩn làm giảm khả năng đánh lửa, bộ điều chỉnh đánh lửa áp thấp bị hở màng làm đánh lửa sai thời điểm, lò xo ở bộ điều chỉnh đánh lửa sớm ly tâm yếu, rotor tín hiệu mòn làm đánh lửa chập chờn, sai thời điểm đánh lửa. Khi kiểm tra bộ phận chia điện cần kiểm tra từng chi tiết, vệ sinh các má vít, điều chỉnh khe hở rotor, thay thế các bộ phận hư hại. Hình 4: Hư hỏng bộ chia điện 238 3.3 Hư hỏng bugi Bugi cũng như các bộ phận khác trong hệ thống đánh lửa, cùng làm việc với nhau giúp đánh lửa tốt, tạo hiệu suất làm việc tối ưu cho động cơ. Khi sử dụng lâu ngày bugi có thể gặp một số hư hỏng do thời gian sử dụng lâu hoặc ảnh hưởng từ hệ thống đánh lửa hay các hệ thống khác. Những sự cố xảy ra ở bugi thường gặp như: Bể đầu sứ bugi, bugi bị mòn điện cực, bugi bị chảy điện cực, bugi đánh lửa không đúng tâm, bugi bị bám muội than làm giảm khả năng đánh lửa... Khi bugi có tình trạng hư hỏng cần kịp thời thay thế và kiểm tra lại hoạt động của các bộ phận trong hệ thống đánh lửa để kịp thời sửa chữa và thay thế. Hình 5: Các hiện hiện tượng bugi bị hỏng 4 GIẢI PHÁP ĐỂ PHÁT TRIỂN VÀ HOÀN THIỆN Thông qua hư hỏng của những chi tiết bên trong hệ thống đánh lửa thì chi tiết bugi hay hư hỏng nhất và là một chi tiết quan trọng trong việc tiết kiệm nhiên liệu và khi không còn hư hỏng thì sẽ kéo dài tuổi thọ của động cơ. Giải pháp được đề xuất cho sự phát triển và hoàn thiện hệ thống đánh lửa “Hệ thống đánh lửa không bugi - sử dụng phần tử áp điện”. 4.1 Minh hoạ giải pháp Hình 6: Nguyên lý hoạt động 239 Phần tử áp điện dựa vào sự thay đổi bề mặt để tạo ra dòng điện, khi áp suất tác dụng lên bề mặt phần tử áp điện sẽ làm cho bề mặt bị biến dạng và tạo ra dòng điện. Khi áp lực giảm thì theo quán tính sẽ làm cho bề mặt trở về vị trí ban đầu và dòng điện sẽ mất. 4.2 Vật liệu áp điện Hiện nay có 02 loại vật liệu áp điện có thể được áp dụng cho mô hình nghiên cứu này. Vật liệu áp điện PZT (Pb[Zrx Ti 1-x]O3) Người ta pha tạp vào PZT các tác nhân cho và nhận tạo thành vật liệu PZT ‚mềm‛ và ‚cứng‛. Điều này làm thay đổi đáng kể phẩm chất của gốm PZT: gốm PZT ‚mềm‛ thì hằng số áp điện và hệ số ghép cặp điện cơ lớn hơn nhưng lại dễ bị làm mất tính phân cực. Ngược lại, gốm PZT ‚cứng‛ lại khó bị làm mất tính phân cực và có độ tổn hao điện môi thấp hơn so với gốm PZT ‚mềm‛ do đó gốm PZT ‚cứng‛ được ứng dụng nhiều hơn. Vật liệu áp điện (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) Kali natri niobat (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) hay còn được gọi là KNN có nhiệt độ Curie cao ~ 400oC, phẩm chất áp điện tốt. Có thể coi KNN là một dung dịch rắn của pha phản sắt điện NaNbO3 (NN) và pha KNbO3 (KN). Sự chuyển pha của KN gần như tương tự BaTiO3 với các dạng hình học lần lượt theo mức độ hạ nhiệt là lập phương tâm khối, tứ phương, trực thoi và mặt thoi. Qua thống kê tài liệu, chúng tôi nhận thấy phần lớn các công trình đã công bố về KNN cho đến nay đều tập trung vào nghiên cứu các tỷ lệ nguyên tố K/Na nằm trong khoảng từ ¼ đến 4 để vật liệu có phẩm chất áp điện tốt. Hình 7: Sơ đồ mô tả hiệu ứng áp điện nghịch Hiệu ứng khi tác dụng lên vật sinh ra điện được gọi là hiệu ứng áp điện thuân. Ngược lại khi tác dụng lên hiệu điện thế thì xuất hiện lực cơ làm vật biến dạng đó là hiệu ứng áp điện nghịch. 4 KẾT LUẬN Đề tài thực hiện việc nghiên cứu để phát triển và hoàn thiện hệ thống đánh lửa. Mặc dù mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu định tính, nhưng kết quả của đề tài đã đặt nền móng cho sự ra đời một hệ thống đánh lửa hoàn toàn mới chưa từng được được đề xuất và ứng dụng, một hệ thống đánh lửa có nhiều ưu điểm: 240 – Hệ thống có cấu tạo đơn giản, chi tiết trong hệ thống ít nên sai số trong quá trình điều khiển nhỏ; nâng cao tuổi thọ động cơ. – Tối ưu hóa được góc đánh lửa sớm để nâng cao công suất của động cơ, giảm kích nổ, tiết kiệm nhiên liệu từ đó giảm ô nhiễm môi trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS-TS. Đỗ Văn Dũng, 2007, Trang bị điện & điện tử trên ô tô hiện đại, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM. [2] ThS. Nguyễn Văn Bản, 2016, Động cơ đốt trong, Đại học Công nghệ Tp. HCM. [3] Đinh Ngọc Ân. Trang bị điện ô tô máy kéo. Nhà Xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 1993. [4] Phạm Minh Tuấn. Động cơ đốt trong, NXB Khoa học và Kỹ thuật – 1999. [5] Bùi Duy Hùng, 2014. Tổng hợp gốm điện kali natri niobat, luận văn Thạc sĩ Khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội. [6] https://lab.info.vn/hieu-ung-ap-dien-piezoelectric-effect-2/. [7] https://mechanicauto.vn/hu-hong-thuong-gap-cach-khac-phuc-bobin-o-to.html. [8] https://oto.com.vn/cham-soc-va-bao-duong-o-to/trieu-chung-cho-thay-bugi-co-van-de- khac-phuc-articleid-l1yz2cf. [9] https://phutungcpa.com/p/bugi-o-to-phat-hien-loi-hu-hong-va-cach-khac-phuc [10] https://danchoioto.vn/2019/04/03/nhung-hu-hong-pho-bien-tren-he-thong-danh-lua-dien- tu-cua-o-to/. [11] BOSCH, Automotive Electronics Handbook, Germany, 2000. [12] Denton T. Automotive Electrical and Electronic Systems, UK. 2000. [13] Advanced Engine Technology, London Roal Institute of Technology - 1999. [14] https://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectric_sensor?fbclid=IwAR1SftEYFodRIg0CmuO5XkoD8IH -CP-KqaMXhRbaiNvgShQomwXI0C2uLrY Viện KHOA HỌC ỨNG DỤNG HUTECH