Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Bugi đánh lửa động cơ đốt trong

Cấu tạo bugi

Điện thế cao trong cuộn thứ cấp làm phát sinh ra tia lửa giữa điện cực trung tâm và điện cực nối đất của bugi để đốt cháy hỗn hợp không khí-nhiên liệu đã được nén trong xy-lanh.

Cơ cấu đánh lửa bugi

 Sự nổ của hỗn hợp không khí-nhiên liệu do tia lửa từ bugi được gọi chung là sự bùng cháy.
Tuy nhiên, sự bùng cháy không phải xẩy 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 (ôxy hoá) xảy ra, và sản sinh ra nhiệt để hình thành cái gọi là “nhân ngọn lửa”.
Nhân ngọn lửa này lại kích hoạt hỗn hợp không khí-nhiên liệu bao quanh, và phần hỗn hợp này lại kích hoạt chung quanh nó. Cứ như thế nhiệt của nhân ngọn lửa được mở rộng ra trong một quá trình được gọi là lan truyền ngọn lửa để đốt cháy hỗn hợp không khí-nhiên liệu.
Nếu nhiệt độ của các điện cực quá thấp hoặc khe hở giữa các điện cực quá nhỏ, các điện cực sẽ hấp thụ nhiệt toả ra từ tia lửa. Kết quả là nhân 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 nhân ngọn lửa sẽ bị tắt. Điện cực càng bé thì hiệu ứng dập tắt càng nhỏ. Và điện cực càng vuông thì càng dễ phóng điện.
Một số bugi có rãnh chữ “U” trong điện cực tiếp đất, hoặc rãnh chữ “V” trong điện cực trung tâm để tăng độ đánh lửa.
Những bugi này có hiệu ứng dập tắt thấp hơn các bugi không có rãnh trong điện cực; chúng cho phép hình thành những nhân ngọn lửa lớn. Ngoài ra, một số bugi còn giảm hiệu ứng dập tắt bằng cách sử dụng những điện cực mảnh.

Đặc tính đánh lửa bugi

Các yếu tố sau đây có ảnh hưởng đến hiệu quả đánh lửa của bugi: 

1. Hình dáng điện cực và đặc tính phóng điện

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 thế bugi. Các buji 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 platin hoặc iridium để chống mòn. Chúng được gọi là các bugi có cực platin hoặc iridium. 

 GỢI Ý:

Khoảng thời gian thay thế bugi

Kiểu bugi thông thường: sau 10.000 đến 60.000 km

Kiểu có điện cực platin hoặc iridium: sau 100.000 đến 240.000 km

Khoảng thời gian thay bugi có thể thay đổi tuỳ theo kiểu xe, đặc tính động cơ, và nước sử dụng.  

2. Khe hở điện cực và điện áp yêu cầu

Khi bugi bị ăn mòn thì khe hở giữa các điện cực tăng lên, và động cơ có thể bỏ máy.

Khi khe hở giữa cực trung 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 định kỳ điều chỉnh khe hở điện cực hoặc thay thế bugi. 

GỢI Ý:

 Nếu có thể cung cấp đủ điện áp cần thiết cho dù khe hở điện cực tăng lên thì bugi sẽ tạo ra tia lửa mạnh, mồi lửa tốt hơn. Vì thế, trên thị trường có những bugi có khe hở rộng đến 1,1 mm. 

Các bugi có điện cực platin hoặc iridium không cần điều chỉnh khe hở vì chúng không bị mòn (chỉ cần thay thế). 

Vùng nhiệt bugi

Nhiệt lượng do một 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.

Kiểu bugi phát xạ ra nhiều nhiệt được gọi là kiểu bugi lạnh, bởi vì nó không bị nóng lên nhiều. Kiểu bugi phát xạ ít nhiệt được gọi là kiểu nóng, vì nó giữ lại nhiệt. 

Mã số của bugi được in trên bugi, nó mô tả cấu tạo và đặc tính của bugi.

Mã số có khác nhau đôi chút, tuỳ theo nhà chế tạo. 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: 450o C, và nhiệt độ tự bén lửa: 950oC. 

GỢI Ý KHI SỬA CHỮA:

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. Để ngăn ngừa hiện tượng này, cần sử dụng kiểu bugi đã quy định để thay thế.

Sử dụng bugi lạnh khi động cơ chạy với tốc độ và tải trọng thấp sẽ làm giảm nhiệt độ của điện cực và làm cho động cơ chạy không tốt. Sử dụng bugi nóng khi động cơ chạy với tốc độ và tải trọng cao sẽ làm cho nhiệt độ của điện cực tăng cao, làm chảy điện cực. 

1. 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 quá 450o C. 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. 

 

2. Nhiệt độ tự bén lửa

 

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 o C. Nếu nó xuất hiện, công suất của động cơ sẽ giảm sút vì thời điểm đánh lửa không đúng, và các điện cực hoặc píttông có thể bị chảy từng phần. 

Bugi có cực platin hoặc iriđi

Trên các bugi kiểu này, điện cực trung tâm và điện cực tiếp đất được phủ một lớp mỏng platin hoặc iriđi. Vì vậy, tuổi thọ của những bugi này dài hơn bugi thông thường.

Vì platin và iriđi chống được ăn mòn nên điện cực trung tâm có thể vẫn nhỏ, tạo điều kiện đánh lửa tốt.

1. Bugi có cực platin

Trong loại bugi này, platin được hàn đắp lên đầu điện cực trung tâm và điện cực tiếp đất.

Đường kính của điện cực trung tấm nhỏ hơn so với bugi thông thường. 

2. Bugi có cực iriđi

Trong loại buji này, iriđi (có khả năng chống ăn mòn cao hơn platin) được hàn đắp lên đầu điện cực trung tâm và điện cực tiếp đất.

Đường kính điện cực trung tâm nhỏ hơn so với của bugi cực platin. 

GỢI Ý:

Một số trong số các bugi này không được hàn đắp platin lên điện cực nối đất. 

Các bugi có cực platin và iriđi được thay thế sau những quãng thời gian nhất định.

Chúng không đòi hỏi phải điều chỉnh khe hở hoặc làm sạch trong quá trình sử dụng, nếu động cơ chạy tốt. 

GỢI Ý:

Khoảng thời gian thay thế các bugi có cực platin và iriđi:

Sau 100,000 đến 240,000 km

Khoảng thời gian thay bụgi này có thể thay đổi tuỳ theo kiểu xe, đặc tính động cơ, và khu vực sử dụng. 

CHÚ Ý:

Để tránh làm hỏng các điện cực, không nên đánh sạch các bugi có cực platin và iriđi.

Việc làm sạch có thể làm hỏng điện cực và hạn chế khả năng của loại bugi này.

Tuy nhiên, nếu bugi bị muội hoặc quá bẩn chúng cần được làm sạch trong thời gian ngắn (nhiều nhất là 20 giây) trong máy làm sạch bugi.

Khe hở của những bugi này không cần điều chỉnh, mà phải lắp mới. 

Minh hoạ bên trái đây cho thấy một kiểu nhãn được gắn trong khoang động cơ của xe, báo cho biết rằng động cơ có sử dụng các bugi với cực platin hoặc iriđi.