Điều khiển góc đánh lửa sớm
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 100 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 100 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.
Hình 1. Góc đánh lửa sớm Hình 2. Quá trình cháy
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 hư*ởng của điều kiện làm việc động cơ.
- 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 100 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
100 ATDC, khi đó thời điểm đánh lửa tối *ưu là 100 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
nh*ư 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 100 ATDC.
Vì vậy, để sản ra áp lực nổ cực đại tại 100 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 100 ATDC ,
khi thời điểm đánh lửa tối *ưu được đặt sớm 200 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 100 ATDC.
Để sản ra áp lực nổ cực đại tại thời điểm 100 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.