Chương 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN
4.4 Công suất của động cơ khi dùng hệ thống đánh lửa laser và hệ thống đánh lửa cưỡng bức
Công suất của một động cơ là yếu tố nhà sản xuất, nhà cải tạo động cơ quan tâm nhất. Vì công suất ảnh hưởng đến đặc tính của một động cơ là mạnh hay yếu.
Như vậy, thông số này không thể thiếu trong việc cải tiến một động cơ. Ngày nay, có nhiều cách và nhiều công nghệ để tăng công suất động cơ như: cải tiến đường ống nạp, cải tiến hệ thống xả (vì nếu xả không sạch thì hiệu suất quá trình nạp kém), dùng các công nghệ turbo tăng áp, VVT-I,….nhưng việc cải tiến hệ thống đánh lửa là một trong những hướng đi mới mà không can thiệp sâu vào cấu trúc của động cơ.
Sau khi đưa vào chương trình tính toán của Matlab ta được đồ thị công suất như sau:
Hình 4.5: Công suất động cơ khi dùng LIS và SIS
Nhìn vào đồ thị đặc tính công suất, đường màu đỏ là công suất của hệ thống đánh lửa cưỡng bức, tia lửa được phát ra từ bu – gi, ký hiệu là SIS (Spark Ignition System), còn đường màu xanh dương là công suất của hệ thống đánh lửa laser ( LIS – Laser Ignition System). Công suất của hệ thống đánh lửa laser luôn lớn hơn công suất của hệ thống đánh lửa cưỡng bức.
Ở tốc độ thấp, số vòng quay trục khuỷu động cơ nhỏ hơn 500 vòng/phút thì công suất phát ra khi dùng hệ thống đánh lửa cưỡng bức (SIS) và hệ thống đánh lửa laser (LIS) là như nhau. Nhưng khi tốc độ động cơ tăng lên lớn hơn 1000 vòng/phút thì công suất phát ra từ động cơ dùng hệ thống đánh lửa laser là lớn hơn, khoảng tốc độ quay của trục khuỷu từ 1000 vòng/phút đến 4000 vòng/phút thì sự khác biệt này không đáng kể, nhưng đến khi tốc độ số vòng quay trục khuỷu lớn hơn 4000 vòng/phút thì có sự phân hóa lớn giữa công suất động cơ khi dùng hai loại hệ thống đánh lửa này.
Công suất của động cơ dùng hệ thống đánh lửa laser (LIS) luôn đáp ứng với mọi chế độ hoạt động của động cơ, vì kỹ thuật điều khiển tia laser là rất dễ dàng hơn so với kỹ thuật điều khiển bằng tia lửa bu – gi. Ở hệ thống đánh lửa cưỡng bức (SIS) thì có “độ trễ” khi ở tốc độ cao vì cần có sự tăng trưởng của dòng điện thứ cấp trong bô bin và có sự cản trở của các chi tiết trong hệ thống đánh lửa cưỡng bức cụ thể là điện trở của các cuộn dây trong bô bin. Độ trễ này cũng chính là một trong những yếu tố gây công suất động cơ không đạt tối ưu ở tốc độ cao. Còn hệ thống đánh lửa laser (LIS) tuy việc điều chỉnh độ rọi và chọn bước sóng phù hợp cần phải nghiên cứu kỹ, vì khi sơ suất, nếu bước sóng quá ngắn thì gây nên tính chất hạt và làm cho các chi tiết trong buồng đốt bị quá nhiệt, nghĩa là làm nóng chảy các chi tiết. Kỹ thuật điều khiển xung laser thì đơn giản và được điều khiển theo chế độ băm xung PWM (Pulse Width Module) nghĩa là khi nào cần xuất hiện tia laser thì chỉ cần điều khiển một thiết bị linh kiện điện tử để kích hoạt chế độ Q – Switched.
Như vậy kiểu điều khiển này không gây ra độ trễ, vì tia laser thực chất là tia ánh sáng nên tốc độ ánh sáng là luôn đáp ứng với mọi chế độ hoạt động của động cơ.
Công suất cực đại của động cơ khi dùng hệ thống đánh lửa cưỡng bức (SIS) đạt giá trị cực đại khoảng 10 kW tại số vòng quay 6500 vòng/phút. Còn công suất cực đại của động cơ khi dùng hệ thống đánh lửa laser thì đạt giá trị khoảng 12,5 kW tại số vòng quay 7500 vòng/phút. Khoảng giá trị cực đại của công suất khi dùng hai loại hệ thống đánh lửa này dao động trong khoảng từ 6500 vòng/phút đến 7500 vòng/phút. Công suất của động cơ khi dùng hai hệ loại hệ thống đánh lửa này đều bắt đầu giảm khi tốc độ động cơ từ 8000 vòng/phút. Nghĩa là, sau giá trị cực đại này thì công suất bắt đầu giảm nhanh nguyên nhân là khi thử nghiệm ở tốc độ cao thì lượng nhiên liệu được phun vào ở mức lớn nhất, cánh bướm ga mở hoàn toàn. Do tốc độ quay của động cơ quá lớn nên khi lượng nhiên liệu cấp vào nhiều thì hòa khí cháy không triệt để, lượng hòa khí vẫn còn tồn đọng trong lòng xy lanh nên choáng chổ, không cho hòa khí mới vào, tức là quá trình nạp kém. Bên cạnh đó, khi thử nghiệm động cơ ở tốc độ cao thì động cơ mất cân bằng, rung động, gây nên các ứng lực và nội lực dẫn đến công suất động cơ giảm.
Động cơ sử dụng hệ thống đánh lửa laser (LIS) sẽ có công suất tăng gấp 1,25 lần so với động cơ sử dụng hệ thống đánh đánh lửa cưỡng bức (SIS) điều đó thể hiện tính năng ưu việt của động cơ khi dùng hệ thống đánh lửa mới nhất – Hệ thống đánh lửa laser chính là hệ thống đánh lửa thế hệ thứ 05 trên ô tô.
Tốc độ động cơ cao, hòa khí dư vẫn còn tồn đọng trong lòng xy lanh, cộng với lượng nhiệt lớn nên xuất hiện các tụ điểm cháy tự do có hướng chạy ngược với hướng cháy của tia lửa bugihoặc tia lửa laser nên gây ra hiện tượng cháy kích nổ và hiện tượng cháy sớm, dẫn đến công suất động cơ bắt đầu giảm. Ngoài ra, khi ở tốc độ cao nên quá trình bôi trơn của động cơ là kém, gây nên hiện tượng ma sát giữa piston và thành xy lanh. Khi nhiệt độ cao thì piston có xu hướng giãn nở nên việc ma sát chúng là lớn, đơn giản là mô men ma sát là hàm bậc hai so với tốc độ động cơ.