Mục lục:
Hệ thống hỗ trợ khởi động có nhiệm vụ làm động cơ diesel khởi động lạnh dễ dàng hơn, giúp động cơ chạy không tải êm hơn, ổn định hơn và giảm phát thải ô nhiễm.
Khả năng sẵn sàng khởi động của động cơ diesel sẽ kém đi ở nhiệt độ thấp. Áp suất nén giảm, cũng như thất thoát nhiệt tăng vì vách buồng đốt lạnh, làm giảm nhiệt độ cuối của quá trình nén. Trong điều kiện này, nếu không có thêm hệ thống hỗ trợ thì động cơ không thể khởi động được và phát thải ô nhiễm rất lớn.
Hệ thống hỗ trợ khởi động ở ô tô cá nhân thường sử dụng bugi xông. Dây xông hoặc vành gia nhiệt gắn thêm trên đường ống nạp ít được sử dụng hơn.
Bugi xông
Người ta phân biệt 3 loại bugi xông:
- Bugi xông tự điều chỉnh (thép)
- Bugi xông được điều chỉnh điện tử (bằng thép)
- Bugi xông được điều chỉnh điện tử (bằng gốm)
- Bugi xông tích hợp cảm biến áp suất buồng đốt
Bugi xông tự điều chỉnh
Cấu trúc: Bugi xông bao gồm một dây xoắn có chức năng điều chỉnh, được gắn nối tiếp với một dây xoắn để xông nóng. Cả hai dây xoắn đều làm bằng nickel và có hệ số nhiệt điện trở dương (PTC) nhưng với các trị số khác nhau.
Cơ chế tự điều chỉnh: Ở giai đoạn xông trước khởi động, trước tiên một dòng điện lớn chạy qua đầu nối dây và dây xoắn điều chỉnh để đến dây xoắn xông. Dây xông nóng nhanh và nung đỏ vùng sưởi nóng. Sức nóng lan tỏa làm cho điện trở của dây điều chỉnh tăng lên, dẫn tới tự động làm giảm dòng điện (đặc tính của loại dây có hệ số nhiệt điện trở dương PTC) và giữ cho nhiệt độ xông không quá cao.
Bugi xông tự điều chỉnh: thường hoạt động ở điện áp định mức là 11,5V. Sau 2 đến 7 giây, nhiệt độ xông đã đạt đến 850 °C, cần thiết để đánh lửa. Sau đó, bugi tiếp tục xông với một nhiệt độ ổn định thấp hơn do tác dụng tự hạn chế dòng điện của dây điều chỉnh. Công suất tiêu thụ của bugi xông khoảng 100 W đến 120 W.
Điều khiển thời gian xông:
Việc điều khiển thời gian xông được sử dụng để cấp điện đến các bugi xông tự điều chỉnh được nối song song sao cho hòa khí được hệ thống xông hỗ trợ hiệu quả nhất.
Cấu tạo: Hệ thống cơ bản gồm có một bộ điện tử để điều khiển quá trình xông, bộ hiển thị sự sẵn sàng khởi động và rơle công suất để nối mạch điện đến các bugi xông.
Nguyên lý hoạt động: Quá trình xông diễn ra trong 3 giai đoạn (Hình 2).
- Xông trước khởi động
- Xông khi khởi động
- Xông sau khởi động
Xông trước khởi động: Khi ổ khóa khởi động được mở ở vị trí 1 (đầu kẹp 15) thì bộ điều khiển xông xác định thời gian xông trước dựa trên thông tin từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát. Nếu nhiệt độ trên 60 °C thì không cần xông trước.
Xông khi khởi động: Sau khi đèn báo xông trước khởi động tắt thì giai đoạn xông trước được kéo dài thêm 5 giây. Động cơ nên được khởi động trong khoảng thời gian này. Dòng điện xông vẫn được duy trì ở đầu kẹp 50, giữ cho bugi xông luôn nóng đỏ trong suốt quá trình khởi động.
Xông sau khởi động: Giai đoạn này bắt đầu sau khi kết thúc khởi động lạnh và động cơ đã chạy. Nếu cặp tiếp điểm không tải nhả ra nghĩa là động cơ bắt đầu có tải thì quá trình xông sau được tạm ngưng. Nếu động cơ chạy không tải trở lại thì chế độ xông sau lại được tiếp tục. Quá trình xông sau sẽ bị gián đoạn khi nhiệt độ nước làm mát trên 60 °C hoặc thời gian xông sau quá 180 giây.
Bugi xông được điều chỉnh điện tử (bằng thép)
Để đạt thời gian xông ngắn thì dây xoắn điều chỉnh được rút ngắn lại.
Mặc dù các bugi xông có điện áp định mức khoảng 5 V đến 8 V nhưng được cấp điện ở dạng điều biến độ rộng xung (PWM) với biên độ 11 V trong thời gian ngắn. Vì thế, nhiệt độ đạt đến 1.000 °C chỉ trong vòng 1 đến 2 s và cho phép khởi động ngay sau khi mở công tắc máy (không cần giai đoạn xông trước khởi động) dù ở nhiệt độ môi trường cực thấp. Bộ điều khiển thời gian xông sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất để điều khiển bugi xông thay vì dùng rơle công suất điện từ. Vì vậy, mỗi bugi xông có thể được điều khiển, giám sát và chẩn đoán riêng rẽ.
Để giảm tải cho hệ thống cung cấp điện trên xe trong quá trình xông, xung điện PWM điều khiển từng bugi xông ở mỗi xy-lanh lệch pha nhau. Nghĩa là, mỗi thời điểm chỉ có một bugi xông được cấp dòng điện xông và tuần tự đến bugi xông kế tiếp.
Bugi xông được điều chỉnh điện tử (bằng gốm)
Các bugi xông bằng gốm được nhận biết bằng đầu xông bằng gốm gắn ở ống dẫn hướng.
Cấu tạo: Phần tử gia nhiệt được chế tạo từ vật liệu hoàn toàn bằng gốm dẫn điện. Bề mặt phần tử có điện trở riêng lớn hơn vật liệu dẫn điện nằm bên trong, do đó cho phép tập trung nhiệt ở đầu thanh xông.
Nhờ đó, nhiệt độ yêu cầu đạt được nhanh hơn và có thể lên đến tối đa 1250 °C. Các chức năng giúp tiết kiệm nhiên liệu như tự động khởi động-ngừng có thể được hỗ trợ tối ưu.
CHỈ DẪN CƠ XƯỞNG: Lưu ý: Chỉ cần rơi từ một độ cao nhỏ hoặc bị vênh lúc lắp ráp có thể dẫn đến rạn nứt nhỏ không thấy được trong bugi xông và làm hư hỏng bugi xông.
Bugi xông tích hợp cảm biến áp suất buồng đốt
Bugi xông này (PSG, Pressure Sensor Glow Plug) có thêm chức năng đo áp suất bên trong buồng đốt.
Cấu tạo: Đầu xông được đặt vào ổ trượt đồng trục trong ống thân bugi và truyền áp suất trong xy-lanh qua một thanh áp lực lên một tấm màng cảm biến. Đầu xông được bịt kín bằng gioăng dạng ống xếp đặc biệt (bellows).
Chức năng: Sự biến dạng của màng cảm biến kéo theo sự thay đổi điện trở đo và sự thay đổi điện trở được xử lý qua một bộ điện tử tích hợp. Tín hiệu điện áp đã xử lý được truyền đến ECU để tiếp tục đánh giá.
Điều khiển quá trình cháy dựa trên áp suất trong từng xy-lanh: Bugi xông tích hợp cảm biến áp suất có khả năng thích ứng với thời điểm phun và qua đó với diễn biến áp suất khi cháy được tối ưu cho chất lượng nhiên liệu và tỷ lệ hồi lưu khí thải khác nhau. Quá trình đốt được xác định từ tín hiệu áp suất và tốc độ quay động cơ. Hình dưới cho thấy sự thay đổi của tín hiệu áp suất theo thời gian. Đường màu xanh biểu diễn tín hiệu áp suất ở một xy-lanh đo từ cảm biến áp suất tích hợp trong bugi xông. Đường màu đỏ biểu diễn dòng điện điều khiển vòi phun áp điện (Piezo) với 2 lần phun mồi và 1 lần phun chính.
ECU dựa trên sai số giữa các trị số của quá trình cháy mong muốn với trị số thực tế để xác định trị số của các thông số chỉnh sửa điều khiển phun nhiên liệu, áp suất khí nén và lượng khí thải hồi lưu. Nhờ đó, các mục tiêu về tăng công suất, giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và giảm phát thải ô nhiễm đồng thời được thỏa mãn.
CHỈ DẪN CƠ XƯỞNG
Tháo bugi xông: Lưu ý mô-men/lực quy định khi tháo và khi lắp bugi xông!
Giữa bugi xông và đầu xy-lanh có thể bị carbon hóa dưới áp suất cháy cao nên lúc tháo ra bugi xông có thể bị vặn đứt. Nếu không tháo được bugi xông với lực tháo quy định thì động cơ phải được chạy làm nóng. Thêm vào đó nên phun thêm dung môi đặc biệt. Sau đó có thể tháo bugi xông.
Lắp bugi xông: Làm sạch ống xông bằng mũi doa đặc biệt trước khi lắp bugi xông mới.
Thử chức năng: Chỉ được cấp điện áp định mức cho bugi xông. Chức năng của bugi có thể được kiểm tra bằng một thiết bị kiểm tra đặc biệt.
Cơ cấu xông đường ống nạp
Bên cạnh bugi xông lắp ở đầu xy-lanh, cơ cấu xông đường ống nạp có thể được lắp vào đường ống nạp để rút ngắn thêm thời gian chạy làm nóng.
Cấu tạo: Phần tử nung dưới dạng gốm chức năng, có hệ số nhiệt điện trở dương (PTC) được gắn những cánh tản nhiệt bằng nhôm để tỏa nhiệt tốt hơn cho không khí nạp.
Sấy nóng không khí nạp để giảm thời gian chạy làm nóng giúp giảm phát thải ô nhiễm và lượng nhiên liệu tiêu thụ.
Xem thêm:
- Hoà khí động cơ Diesel (Phần 1: Tổng quan)
- Hoà khí động cơ Diesel (Phần 2: Bugi xông)
- Hoà khí động cơ Diesel (Phần 3: Hệ thống phun dầu)
- Hoà khí động cơ Diesel (Phần 4: Bơm cao áp)
