Để thấy rõ đặc tính của động cơ đốt trong thì ta cần phải mô hình hóa và sau đó mô phỏng, muốn mô phỏng được phải có các thông số đầu vào (input). Trong nghiên cứu này,tác giả sử dụng phần mềm Matlab và đặc biệt là dùng mô đun Simulink để từng bước mô hình hóa các khối hàm toán học trong hệ thống đánh lửa laser. Mô hình hóa và mô phỏng được ứng dụng trên động cơ Honda Future 125 cc với các thông số bên dưới:
Bảng 3.1: Thông số hệ thống đánh lửa xe Honda Future 125 cc.
Mục Thông số kỹ thuật
Bước sóng (LIS) 266 [nm]
Độ tự cảm cuộn sơ cấp (SIS) 0,62.10-3[H]
Điện trở cuộn sơ cấp (SIS) 0,5 Ohm
Số vòng dây quấn cuộn sơ cấp (SIS) 350 [Vòng]
Số vòng dây quấn cuộn thứ cấp (SIS) 19000 [Vòng]
Hiệu suất đánh lửa SIS 0,8
Điện dung cuộn sơ cấp (SIS) 0,7.10-6 [F]
Điện dung cuộn thứ cấp (SIS) 10-10 [F]
Điện thế cuộn sơ cấp (SIS) 12 V
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật xe Honda Future 125 cc.
Mục Thông số kỹ thuật
Nhiên liệu Nhiên liệu
Trụ ga: PGM-FI
Xăng A95 24 [mm]
Động cơ Đường kính xy lanh và hành trình 52,4 x 57,9 [mm]
piston.
Dung tích xilanh Tỉ số nén
Truyền động xupap Hệ thống bôi trơn Kiểu bơm dầu Hệ thống làm mát Lọc gió
Khối lượng động cơ Bố trí xy lanh
127 cm3 10: 1
Hai xupap truyền động xích đơn SOHC
Bôi trơn ướt và áp suất cưỡng bức.
Bơm bánh răng
Làm mát bằng không khí Lọc gió giấy
24,6 [kg]
Xy lanh đơn nghiêng 800 so với phương thẳng đứng.
Bảng 3.3: Thông số kết cấu xe máy Honda Future FI 125cc dùng làm thông số đầu vào
Thông số Giá trị Đơn vị
Độ dài thanh truyền 101,5 mm
Áp suất vào (tuyệt đối) Phụ thuộc vào thời
gian nạp (1) Bar
Đường kính xy lanh 52,4 mm
Bán kính trục khủyu 28,95 mm
Đường kính cổ nạp khí 23,2 mm
Số xupap 2 1 nạp và 1 xả
Độ mở xupap hút 0,2 mm
Độ mở xupap xả 0,2 mm
Trong việc mô hình hóa hệ thống đánh lửa laser thì không thể không kể đến chỉ số a và m có ảnh hưởng nhiều đến quá trình nhả nhiệt của động cơ hai thông số này chịu tác động lớn từ hệ số xoáy lốc (Swirl Ratio và Tumble Ratio). Hai hệ số này được xác định bằng mô phỏng nhiệt của quá trình cháy thông qua phần mềm ANSYS. Trong phần mềm ANSYS không có mô đun riêng về hệ thống đánh lửa laser chỉ có mô đun về động cơ đốt trong ICE (Internal Combustion Engine), nên trong nghiên cứu này sử dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng lấy thông số a và m.
Bên cạnh đó, nghiên cứu sử dụng phần mềm Matlab/ Simulink để mô phỏng các thông số đặc tính của hệ thống đánh lửa laser.
Quá trình cháy và nhả nhiệt liên quan đến công suất động cơ khi ta có được các hệ số xoáy lốc thì ta tính lại các hệ số a và m nó chính là các thông số hiệu chỉnh của quá trình nạp khi tính đến hệ số xoáy lốc dọc và ngang (Swirl và Tumble). Công thức ảnh hưởng tới lốc xoay bao gồm hệ số a, m có ảnh hưởng đến quá trình nhả nhiệt của động cơ được cho bởi công thức:[11]
a= 5 + 0,1. Rst.exp(Rst - 2)
m= 2+ 0,4. Rst.exp(Rst - 2) (3.7) Sau khi mô phỏng ở phần mềm ANSYS ta được hệ số chính đó là Swirl Ratio và Tumble Ratio.
Hình 3.1: Chỉ số xoáy lốc dọc và xoáy lốc ngang trong xy lanh
Nhìn vào tỷ lệ xoáy lốc dọc của động cơ ta thấy rằng mức dao động độ xoáy dọc của động cơ xe máy Honda Future FI 125cc là (-0,1 – 2,7). Quá trình xoáy lốc dọc ít nhiều ảnh hưởng đến mật độ hòa khí tập trung tại vị trí đặt tia laser, chỉ số xoáy lốc này tập trung vào cuối kỳ nén, điều đó chứng tỏ là quá trình hòa trộn của hòa khí nạp là tốt. Khi hòa trộn tốt, thì hòa khí bốc cháy chỉ cần chiếu xung tia laser vào trong buồng đốt.
Trong quá trình động cơ hoạt động thì có có thành phần xoáy lốc ngang (Tumble) giá trị cực đại là 1,35. Thành phần xoáy lốc ngang cũng ảnh hưởng đến quá trình cháy của động cơ, nó là yếu tố quyết định để ngăn chặn quá trình cháy kích nổ. Vì theo thiết kế thì phần lắp đặt bugi hoặc laser thì vị trí đặt tia lửa là phải về gần phía xupap xả và cách đường tâm của xy lanh so với tâm của xupap xả là một phần ba. Tỷ lệ xoáy ngang tập trung gần vị trí tia laser, điều đó nghĩa là khi đánh lửa thì ECU của laser chỉ cần điều khiển tia laser tới và từ đó hòa khí đốt cháy và lan dần. Giả sử ngược lại nếu tỷ lệ xoáy ngang này nằm ở vị trí khác thì có thể gây ra cháy kích nổ.