Hệ thống đánh lửa ion hóa - Đột phá còn chờ kiểm chứng

   Chuyên mục: Công nghệ Xe
Thành viên



Tập đoàn Federal-Mogun đang phát triển một hệ thống đánh lửa mới với khả năng điều khiển tia ion hóa để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong động cơ.

Động cơ đốt trong đã được cải tiến đáng kể suốt gần 2 thập kỷ vừa qua với những công nghệ mới như phun nhiên liệu trực tiếp, đóng mở van biến thiên để nâng cao hiệu suất nạp và hệ thống dừng-khởi động máy. Tuy nhiên, dù được cải tiến đến đâu thì động cơ đốt trong vẫn có một đặc điểm không thay đổi, đó là bộ đánh lửa hay bugi.

Tất cả các động cơ xăng đốt trong đều sử dụng bộ đánh lửa với thiết kế hầu như không thay đổi kể từ thủa sơ khai. Thế nhưng, với nhu cầu cắt giảm mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ mà vẫn tối ưu hóa công suất đầu ra, việc nghiên cứu và cải tiến bộ đánh lửa truyền thống là không thể tránh khỏi.

Đây là lí do khiến tập đoàn Federal-Mogun, công ty mẹ của hãng Champion chuyên sản xuất bộ đánh lửa cho động cơ đốt trong, phát triển một hệ thống đánh lửa mới với khả năng điều khiển tia ion hóa để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong động cơ. Nghe có vẻ lạ lẫm, tuy nhiên, động lực của ý tưởng này lại tương đối đơn giản.

Cụ thể, bộ đánh lửa truyền thống chỉ tạo ra một tia lửa hình cung đơn lẻ và rất mảnh với kích cỡ khoảng 1 mm trong một thời gian nhất định. Tia lửa hình cung sẽ bỏ sót nhiều khoang trong buồng đốt khiến nhiều vị trí không được đánh lửa. Khả năng điều khiển tia lửa cũng chỉ ở mức cơ bản nhất, chỉ là có hoặc không.

Trong khi đó, công nghệ đánh lửa mới mang tên ACIS (Federal-Mogul’s Advanced Corona Ignition System) hứa hẹn sẽ mang lại khả năng điều khiển và kiểm soát độ mạnh yếu của tia lửa điện, thời gian đánh lửa tùy biến và đánh lửa trong khu vực buồng đốt tốt hơn. Từ trước đến nay, Corona cũng là một cái tên không quá xa lạ vì đã được đề cập trên các trang web trước đây để ám chỉ bộ đánh lửa kiểu ion hóa. “Corona” có gốc từ “crown” theo tiếng Latin, nghĩa là đỉnh mái vòm.

Federal-Mogul cho biết, tia lửa được tạo ra bởi công nghệ đánh lửa mới có thể sở hữu kích thước lên tới 25 mm. Khoảng bao trùm lớn hơn rất nhiều so với tia lửa truyền thống và sẽ có nhiều tia như vậy chứ không phải chỉ là 1 tia.


Tia lửa được tạo ra từ bộ đánh lửa ACIS và loại truyền thống.

Bộ phận chính của hệ thống đánh lửa mới có 2 thành phần tạo tia lửa có thể được gắn vừa khít vào các bugi truyền thống. Một điện cực dẫn đặt trên 4 điện cực phát, nơi phát ra điện trường mạnh và kích thích vùng không khí bao quanh nó trong buồng đốt cho tới khi đạt trạng thái plasma hay ion tích điện. Theo một báo cáo do Federal-Mogul đưa ra, “ khi mật độ các electron đạt tới ngưỡng bão hòa, sẽ có nhiều tia lửa điện dài được tạo ra bởi không khí bị ion hóa trong buồng đốt và đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu nạp vào”.

Cũng tương tự công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp với khả năng kiểm soát sự phân phối nhiên liệu vào trong buồng đốt tốt hơn, bộ đánh lửa ACIS có thể mang đến một sự chính xác tương tự về khả năng đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu. Quá trình đánh lửa có thể biến thiên thời gian và được tối ưu hóa cho những loại hỗn hợp nhiên liệu khác nhau. Để thêm chính xác, kết hợp với vùng đánh lửa được mở rộng, khả năng đốt cháy nhiên liệu một cách hoàn hoàn được tiến hành triệt để hơn so với phun nhiên liệu trực tiếp, tăng công suất và hiệu suất của động cơ.

Federal–Mogul cũng cho biết, mức độ cải tiến trong hệ thống đánh lửa của họ khiến nó có khả năng tương thích với HCCI, hệ thống đánh lửa hỗn hợp nhiên liệu nạp đồng nhất. Động cơ HCCI có thể vận hành tương tự như động cơ đánh lửa truyền thống trong điều kiện tải lớn hoặc chuyển sang chế độ nén tới áp suất cưỡng bức để hỗn hợp nhiên liệu tự bốc cháy trong hoàn cảnh nhẹ tải hơn.

Tới đây, có thể thấy sự tương đồng giữa HCCI và động cơ diesel. Tuy nhiên, sự khác nhau mấu chốt là nhiên liệu và không khí được hòa trộn trước khi được phun vào trong buồng đốt của động cơ HCCI. Khả năng động cơ được trang bị bộ đánh lửa ACIS sẽ đốt cháy nhiên liệu thậm chí còn hiệu quả hơn cả động cơ HCCI trang bị bộ đánh lửa điện tử chuyển đổi qua lại giữa chế độ đánh lửa trực tiếp và nén cưỡng bức nhiên liệu đến tự bốc cháy.


So sánh cơ chế đốt cháy nhiên liệu của các động cơ diesel-xăng truyền thống và HCCI.

Federal-Mogul ước tính, công nghệ này có thể giúp người sử dụng tiết kiệm đến 10% lượng nhiên liệu tiêu thụ và cắt giảm lượng khí CO2 thải ra ngoài môi trường. Nếu ACIS được một bộ chuyển đổi đầy đủ hỗ trợ và làm việc với một bộ máy tính đồng bộ hệ thống của chính Federal-Mogun thì con số này có thể lên tới 30%.

Một vấn đề lớn đặt ra là mỗi bộ đánh lửa công nghệ mới này cần một bộ máy tính riêng. Thậm chí, ngay cả khi không dùng thì vẫn phải có những sự điều chỉnh nhất định dành cho tùy chọn lắp trực tiếp để nó có thể hoạt động. Đó sẽ là một sự thay đổi lớn và vẫn có nhiều việc phải làm khi những hiệu quả mang lại mà hãng tuyên bố vẫn chưa được chứng minh một cách chính thức. Một vấn đề khác nữa là chi phí và quá trình chế tạo thêm chi tiết bổ sung cho bộ đánh lửa ACIS này không hề đơn giản.

Các kỹ sư của Federal-Mogul đã phát hiện một vài hiện tượng xảy ra đối với ACIS như dòng điện thấp của bộ đánh lửa và nhiệt lượng tỏa ra bên ngoài, sự ăn mòn điện hóa xảy ra trong môi trường thường xuyên bị ion hóa... Tuy nhiên, đó không phải là vấn đề đáng lo ngại và bộ đánh lửa kiểu mới của họ có thể “được phát triển để trở thành thiết bị đồng hành cùng với tuổi thọ của xe”.

Dù người sử dụng sẽ phải cân nhắc về khoản chi phí cho một bộ chuyển đổi để có thể sử dụng bộ đánh lửa kiểu mới này nhưng nếu như các ưu điểm và hiệu quả mà nó mang lại đúng như nhà sản xuất Federal-Mogul đã tuyên bố thì việc ACIS sẽ dần có chỗ đứng trên thị trường đồng thời thay thế bộ đánh lửa truyền thống chỉ còn là vấn đề thời gian mà thôi.