CÁC TIÊU CHUẨN KHẮC KHE KHI CHỌN BUGI Ô TÔ CON XE HƠI

Lượt xem: 24332 - Ngày đăng : 14/08/2020

Vai trò của bugi trong hệ thống đánh lửa

Trong hệ thống đánh lửa của động cơ xăng, bugi giữ vai trò phóng tia lửa điện đốt cháy hổn hợp không khí/nhiên liệu (Xăng) ở cuối “thì nén” hình thành công suất động cơ đốt trong.

Cấu tạo bugi xe ô tô

Khi động cơ hoạt động, bugi luôn ở trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, nhiệt độ môi trường lên tới 2.500^oC và áp suất nén khoảng 50 kg/cm². Do đó, Bugi phải có cấu tạo đặc biệt để chịu đựng được và duy trì đánh lửa ổn định trong điều kiện làm việc như vậy.

► Điện cực trung tâm – conductor: Còn gọi là điện cực dương. Đây là nơi tập trung tạo ra tia lửa điện, vì vậy các nhà sản xuất bugi sử dụng các loại vật liệu thích hợp để tạo ra tia lửa điện ổn định trong mọi điều kiện làm việc khắc nghiệt (nhiệt độ và áp suất luôn biến thiên), cũng như có khả năng chống ăn mòn cao. Thông thường vật liệu dùng để chế tạo lõi điện cực là Đồng, còn đầu điện cực chổ phóng ra tia lửa điện là các hợp kim Nickel, Platinum, hoặc Iridium.

► Sứ cách điện – ceramic insulator: Đảm bảo chắc chắn không cho rò rỉ điện cao áp, có độ bền cơ học cao, chịu được nhiệt độ cao, có tính truyền nhiệt tốt. Vật liệu làm vỏ cách điện thường là gốm oxít nhôm (Al₂O₃). Trên thân sứ cách điện, về phía đầu tiếp xúc với chụp bugi, các nhà sản xuất luôn tạo ra một số nếp nhăn sóng (thường có khoảng 4 hoặc 5 nếp nhăn sóng), mục đích của việc tạo ra nếp nhăn sóng này để ngăn ngừa hiện tượng phóng điện cao áp từ đầu tiếp xúc của bugi xuống phần kim loại (đánh lửa ra mát động cơ) gây giảm hiệu suất đánh lửa.

Các yếu tố ảnh hưởng tới tia lửa điện cực bugi

Tia lửa từ bugi đốt cháy hỗn hợp không khí/nhiên liệu gây ra tiếng nổ được gọi chung là sự bùng cháy. Sự bùng cháy không xảy ra tức khắc, mà diễn ra như sau: Tia lửa xuyên qua hỗn hợp không khí & nhiên liệu từ điện cực trung tâm đến điện cực tiếp đất, kết quả là phần hỗn hợp không khí & nhiên liệu dọc theo tia lửa bị kích hoạt, phản ứng hoá học oxy hoá xảy ra, và sản sinh ra nhiệt để hình thành gọi là “cháy lan ra trong không gian xy-lanh động cơ”.

Nếu nhiệt độ của các điện cực quá thấp hoặc khe hở giữa các điện cực quá nhỏ thì các điện cực sẽ hấp thụ nhiệt toả ra từ tia lửa. Kết quả là lan truyền ngọn lửa bị tắt và động cơ không nổ. Hiện tượng này được gọi là sự dập tắt điện cực, nếu hiệu ứng dập tắt điện cực này lớn thì lan truyền ngọn lửa sẽ bị tắt.

Ảnh hưởng bởi hình dáng của điện cực: Điện cực càng bé thì hiệu ứng dập tắt càng nhỏ. Và điện cực càng vuông thì càng dễ phóng điện. Một số loại bugi có rãnh chữ “U” trong điện cực âm, hoặc vát hình chữ “V” ở điện cực trung tâm để tăng sức mạnh tia lửa điện. Những bugi này có hiệu ứng dập tắt thấp hơn các bugi thông thường; chúng cho phép hình thành những lan truyền ngọn lửa lớn. Ngoài ra, một số bugi còn giảm hiệu ứng dập tắt bằng cách sử dụng điện cực trung tâm và điện cực âm đều mảnh.

**Bugi điện cực âm rãnh chữ U - U_Groove Denso.**

**Bugi điện cực âm vát chữ V - Bugi Iridium Power Denso**

Ảnh hưởng bởi khe hở điện cực bugi: Các điện cực tròn khó phóng điện, trong khi đó các điện cực vuông hoặc nhọn lại dễ phóng điện. Qua quá trình sử dụng lâu dài, các điện cực bị làm tròn dần và trở nên khó đánh lửa. Vì vậy, cần phải thay bugi mới. Các bugi có điện cực mảnh và nhọn thì phóng điện dễ hơn. Tuy nhiên, những điện cực như thế sẽ chóng mòn và tuổi thọ của bugi sẽ ngắn hơn. Vì thế, một số bugi có các điện cực được hàn đắp vật liệu Platinum hoặc Iridium chống mòn. Chúng được gọi là các bugi Platinum hoặc bugi Iridium.

Phân loại bugi xe ô tô

Phân loại theo “khả năng tản nhiệt”: dung tích khoảng trống là khoảng trống giữa hai điện cực, nếu khoảng trống càng lớn và sâu thì khả năng tản nhiệt của bugi càng kém; ngược lại nếu khoảng trống càng nhỏ và cạn thì khả năng tản nhiệt của bugi càng nhanh. Qua đó, các nhà sản xuất bugi chia bugi ra làm hai loại dựa trên khả năng tản nhiệt của chúng (hoặc theo dung tích khoảng trống): Bugi loại nóng và bugi loại nguội.

► Bugi loại nóng – Hot plug: loại bugi này có khả năng tản nhiệt kém, dễ bị nóng lên.

► Bugi loại lạnh – Cold plug: loại bugi này có khả năng tản nhiệt nhanh, dễ làm nguội.

Phân loại theo “kim loại chế tạo đầu điện cực đánh lửa”: Ngày nay, các nhà sản xuất bugi tiến tới việc thay đổi vật liệu đầu điện cực tâm nhằm tăng tuổi thọ bugi cũng như khả năng đánh lửa mạnh hơn, tia lửa ổn định hơn, đốt cháy hổn hợp khí dễ dàng hơn. Có 3 loại bugi: bugi Niken / tiêu chuẩn còn gọi là bugi thông thường, bugi Platin / Bạch kim và bugi Iridium.

Bugi điện cực Niken (Nickel)

Với đường kính điện cực từ 1,4 mm – 2,5 mm, khe hở đánh lửa từ 0,6 mm – 0,7 mm. Khi khe hở giữa cực tâm và cực tiếp đất tăng lên, sự phóng tia lửa giữa các điện cực trở nên khó khăn. Do đó, cần có một điện áp lớn hơn để phóng tia lửa. Vì vậy cần phải điều chỉnh khe hở điện cực định kỳ hoặc thay thế bugi. Phải thay thế bugi sau 30.000 km trước 60.000 km xe vận hành.

Điện cực tròn khó phóng điện, qua quá trình sử dụng điện cực bị tròn dần làm cho bugi khó đánh lửa. Mặt khác, Niken có tính bền kém và khả năng phát tia lửa không tập trung, nhất là khi cực tâm bị mòn dẫn đến hiện tượng nhiên liệu bị đốt cháy không hết làm lãng phí nhiên liệu, công suất động cơ không đạt tối ưu.

Bugi điện cực Platin (Platinum)

Với đường kính điện cực 1,1 mm. Khe hở đánh lửa rộng khoảng 1,1 mm, không cần điều chỉnh khe hở vì vật liệu Bạch kim có khả năng chống mòn. Thay bugi sau 40.000 km và trước 80.000 km xe vận hành.

Bugi Platin rất được ưa chuộng sử dụng cho các loại động cơ cao cấp trên thế giới. Bugi Platin có điện cực tâm làm bằng kim loại platinum có tính trơ, rất ít bị ăn mòn thậm chí ở nhiệt độ cao. Tuổi thọ của bugi Platin cao gấp hai lần tuổi thọ của bugi Niken và được đánh giá cao khi sử dụng cho các loại động cơ đốt trong.

Bugi điện cực Iridi (Iridium)

Với đường kính điện cực 0,4 mm. Nếu hệ thống đánh lửa có thể cung cấp đủ điện áp cần thiết để tăng khe hở điện cực lên thì bugi sẽ tạo ra tia lửa mạnh, mồi lửa tốt hơn. Vì thế, trên thị trường có những bugi có khe hở đánh lửa rộng 1,1 mm, với bugi Iridium thì không cần điều chỉnh khe hở vì chúng hầu như không bị mòn. Thay bugi sau 80.000 km và trước 160.000 km xe vận hành.

Bugi điện cực Iridium được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dân dụng, được đánh giá rất cao trong công nghiệp quân sự. Iridium được Smithson Tennant phát hiện năm 1803 ở Luân Đôn, Anh, Iridium được dùng với chức năng chống ăn mòn cao ở nhiệt độ cao. Trong công nghiệp ô tô, iridium được dùng làm bugi đánh lửa với vai trò điện cực trung tâm, thay thế việc sử dụng các kim loại thông thường.

Bugi Iridium làm từ kim loại quý hiếm Iridium với độ cứng tăng gấp 6 lần so với Platinum và nhiệt độ nóng chảy cũng cao hơn nhiều so với Platinum giúp gia tăng giới hạn sử dụng cho bugi ở mọi điều kiện làm việc khắc nghiệt nhất. Bugi Iridium có khả năng đánh lửa rất tốt do đầu đánh lửa nhỏ giúp tập trung tia lửa, nhiên liệu được đốt cháy triệt để, công suất động cơ tăng, xe tăng tốc nhanh và mạnh mẽ, nhiên liệu được sử dụng tiết kiệm hơn. Ngoài ra, do được làm bằng nguyên liệu Iridum có tính bền cao nên bugi Iridium có tuổi thọ rất cao.

Đặc tính đánh lửa của bugi

Yếu tố sau đây có ảnh hưởng tới đặc tính đánh lửa của bugi. Vùng nhiệt lượng do bugi bức xạ ra thay đổi tuỳ theo hình dáng và vật liệu của bugi, nhiệt lượng bức xạ đó được gọi là vùng nhiệt của bugi.

► Bugi nóng: Kiểu bugi phát xạ nhiệt ra ít nhiệt vì nó giữ lại nhiệt.

► Bugi lạnh: Kiểu bugi phát ra nhiều nhiệt nên không bị nóng lên.

Mã số của bugi được in trên thân bugi, nó mô tả cấu tạo và đặc tính của bugi. Mã số có khác nhau đôi chút, tuỳ theo nhà sản xuất. Thông thường, con số vùng nhiệt càng lớn thì bugi càng lạnh vì nó phát xạ nhiệt tốt. Bugi làm việc tốt nhất khi nhiệt độ tối thiểu của điện cực trung tâm nằm trong khoảng nhiệt độ tự làm sạch từ 450^oC trổ lên, và nhiệt độ tự bén lửa trên 950^oC. Vùng nhiệt thích hợp của bugi thay đổi tuỳ theo kiểu xe. Việc lắp một bugi có vùng nhiệt khác đi sẽ gây nhiễu cho nhiệt độ tự làm sạch và nhiệt độ tự bén lửa.

Nhiệt độ tự làm sạch: khi bugi đạt đến một nhiệt độ nhất định, nó đốt cháy hết các muội than đọng trên khu vực đánh lửa, giữ cho khu vực này luôn sạch, nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ tự làm sạch. Tác dụng tự làm sạch của bugi xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt qua 450^oC. Nếu các điện cực chưa đạt đến nhiệt độ tự làm sạch này thì muội than sẽ tích luỹ trong khu vực đánh lửa của bugi, hiện tượng này có thể làm cho bugi không đánh lửa được tốt.

Nhiệt độ tự bén lửa: còn gọi là hiện tượng cháy sớm Pre-ignition. Nếu bản thân bugi trở thành nguồn nhiệt và đốt cháy hỗn hợp không khí – nhiên liệu mà không cần đánh lửa, thì hiện tượng này được gọi là nhiệt độ tự bén lửa. Hiện tượng tự bén lửa xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt quá 950^oC. Nếu nó xuất hiện, công suất của động cơ sẽ giảm sút vì thời điểm đánh lửa không đúng, và các điện cực hoặc pít tông có thể bị chảy từng phần.

Lựa chọn bugi phù hợp cho động cơ

Để giảm bớt áp lực trong buồng đốt thì yêu cầu bugi phải tản nhiệt thật nhanh. Do điều kiện làm việc khắc nghiệt “lúc nóng, lúc lạnh” như vậy nên bugi trở thành chi tiết nhanh hỏng nhất trong hệ thống đánh lửa. Khi hư hỏng, sự phát tia lửa của bugi thay đổi cả về thời điểm và cường độ, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bốc cháy của hổn hợp khí trong buồng đốt.

Như vậy yêu cầu được đặt ra là phải lựa chọn bugi phù hợp với loại động cơ. Các nhà sản xuất bugi đưa ra tiêu chuẩn lựa chọn bugi dựa trên một dải nhiệt độ phù hợp. Bugi sử dụng cho một động cơ sẽ được chọn trong dãy nhiệt độ (quy định bằng một dãy số), dãy nhiệt độ này thể hiện mức nhiệt độ mà bugi thường xuyên phải làm việc trong điều kiện đó.

Việc lựa chọn này rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng nhiều đến hiệu qủa cháy – giản nở hình thành công suất của động cơ, cũng như có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của các chi tiết trong động cơ, hoặc thậm chí có thể gây hư hỏng động cơ nếu sử dụng bugi có dãy nhiệt độ không đúng (lạnh quá hoặc nóng quá) cho động cơ cụ thể nào đó.

► Nguyên tắc cơ bản chung để lựa chọn bugi đúng cho động cơ

Bugi loại nóng: sử dụng cho động cơ có tỷ số nén thấp (phân khối nhỏ), tốc độ động cơ không cao, xe chạy tốc độ thấp thường xuyên, chạy các quãng đường ngắn, tải nhẹ.

Bugi loại lạnh: sử dụng cho động cơ có tỷ số nén cao (phân khối lớn), tốc độ động cơ thường hoạt động ở chế độ vòng quay trục khuỷu cao, xe chạy ở tốc độ cao thường xuyên, chạy các quãng đường dài, tải nặng.

Hiện nay, trên thị trường Việt Nam có hai loại bugi được sử dụng rộng rãi là DENSO và NGK, cách ký hiệu của hai hãng này là khác nhau, tuy nhiên việc phân ra bugi loại nóng hoặc nguội của hai hãng này tương đối giống nhau.

Dựa vào bảng bên dưới, chúng ta có thể thay thế loại bugi này bằng loại bugi khác có tính năng tương đương chỉ số nhiệt cho động cơ trên xe của mình nếu không tìm ra đúng loại bugi đó trên thị trường.

► Bugi có chỉ số nhiệt càng nhỏ là loại bugi càng nóng. Bugi có chỉ số nhiệt càng cao là loại bugi càng lạnh.

Bugi thương hiệu DENSO: Thông thường 01 bugi phải ghi đủ 06 ký hiệu khác nhau, ví dụ: K 20 H R U -11. Lưu ý: Nếu trên ký hiệu của một bugi không có thông số cuối cùng thì khe hở đánh lửa sẽ để theo tiêu chuẩn là 0.6mm ~ 0.7 mm.

Bugi thương hiệu NGK: Thông thường 01 bugi phải ghi đủ 07 ký hiệu khác nhau, ví dụ: B P R 5 E S -11. Lưu ý: Nếu trên ký hiệu của một bugi không có thông số cuối cùng thì khe hở đánh lửa sẽ để theo tiêu chuẩn là 0.6mm ~ 0.7 mm.