Bugi mới của Hyundai bảo vệ tương lai của động cơ đốt trong

Trong khi Hyundai đang tập trung cao độ vào thị trường xe điện đang phát triển, thì một thiết kế bugi hoàn toàn mới của nhà sản xuất Hàn Quốc cho thấy hãng cũng muốn khai thác hiệu quả cao hơn từ động cơ đốt trong.

Theo một bằng sáng chế được CarBuzz tìm thấy tại US Patent and Trademark Office (USPTO), các kỹ sư của Hyundai đã tìm ra một cách rất thông minh để khai thác hiệu quả hơn nữa cuộn dây đánh lửa của động cơ xăng. Đổi lại, đây có thể là chìa khóa để Hyundai duy trì động cơ đốt trong cho các mẫu xe N trong tương lai như Elantra N.

Tất nhiên, ý tưởng đánh lửa kép không có gì mới kể từ khi Alfa Romeo đi tiên phong về nó vào năm 1914. Kể từ đó, phương pháp này đã được nhiều nhà sản xuất khác sử dụng để cải thiện hiệu quả đốt cháy và đạt được lượng khí thải sạch hơn.

Nó thậm chí sẽ trở lại trong quá trình phát triển tiếp theo của động cơ Mazda Skyactiv X. Tuy nhiên, tất cả các động cơ đánh lửa kép trong suốt lịch sử đều có điểm chung là cần có hai bugi đánh lửa và cuộn dây đánh lửa kép.

Chúng ta cũng đã quen thuộc với bugi nhiều ngạnh, trong đó thiết kế nhiều điện cực nối đất có thể tăng tỉ lệ đánh lửa thành công, các thiết kế điện cực trung tâm đặc biệt có đầu kim hoặc rãnh để đáp ứng nhu cầu của các thiết kế buồng đốt.

Tuy nhiên, bất kể số lượng điện cực nối đất hay hình dạng của điện cực trung tâm, sẽ chỉ có một tia lửa cho mỗi lần đánh lửa vì đó là số lần cuộn dây đánh lửa.

Bằng sáng chế này của Hyundai sẽ cho phép đánh lửa kép từ một bugi duy nhất. Sau khi xem xét lại các điều kiện điện áp ở phía điện áp cao của cuộn dây đánh lửa trong trường hợp có tia lửa điện, các kỹ sư nhận ra rằng có một mức tăng đột biến không được sử dụng trong biểu đồ điện áp đầu ra. Họ đã thêm một điện cực trung tâm thứ hai vào một bugi duy nhất để tận dụng mức tăng vọt đầu ra này.

Trong các hệ thống đánh lửa hiện tại, tia lửa điện được kích hoạt trong cuộn đánh lửa khi bộ điều khiển của động cơ ngắt cuộn sơ cấp. Khi các cuộn dây sơ cấp được cung cấp một dòng điện đầu vào, nó sẽ tạo ra một từ trường đứng, từ trường này được truyền sang cuộn dây thứ cấp thông qua lõi ferit dùng chung của chúng.

Từ trường này lưu trữ năng lượng do cuộn sơ cấp tạo ra và khi ngắt cuộn sơ cấp, năng lượng này sẽ được phóng qua cuộn thứ cấp để tạo ra tia lửa điện cao áp có cực dương ở đầu của điện cực trung tâm.

Tuy nhiên, sự phóng điện này kéo theo điện áp âm tăng vọt ngay sau đó do hiệu ứng trễ từ trong cuộn thứ cấp. Trên thực tế, các cuộn dây thứ cấp chuyển đổi cực trong giây lát và tạo khả năng cho sự kiện tia lửa thứ hai bằng cách tạo ra một xung điện áp thấp hơn điện áp của điện cực nối đất của bugi.

Các hệ thống đánh lửa hiện tại bỏ qua sự tăng đột biến điện áp âm này vì họ nghĩ chỉ cần tạo ra tia lửa điện là xong, nhưng bằng sáng chế này của Hyundai chứng minh rằng có thể tạo ra tia lửa điện thứ hai bằng cách sử dụng điểm tăng vọt cực ngược này.

Để thực hiện công việc này, bugi đã được thiết kế lại. Điện cực nối đất có thể có nhiều hình dạng khác nhau theo kiểu hiện tại, nhưng một điện cực trung tâm khác nối với điện cực trung tâm truyền thống.

Một trong hai điện cực là điện cực dương thông thường và được nối với một phía của cuộn dây thứ cấp. Điện cực thứ hai được nối với đầu còn lại của các cuộn dây thứ cấp. Hai điện cực trung tâm được bao bọc trong cùng một vật liệu cách ly và cả hai đều bắn tới điện cực tiếp đất bên ngoài, điện cực này luôn ở điện áp tiếp đất tham chiếu của động cơ.

Khi điện áp dương tăng đột biến, điện cực dương ở giữa sẽ đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu không khí với điện cực nối đất theo cách thông thường và khi điện áp âm tăng đột biến ngay sau đó, nó sẽ tạo ra một tia lửa khác giữa điện cực âm và điện cực nối đất.

Đây là một kỹ thuật rất đơn giản để tạo ra hai tia lửa liên tiếp từ một bugi và thậm chí không cần hệ thống điều khiển chuyên dụng để hoạt động. Điểm khác biệt duy nhất là có hai đầu nối điện cực trung tâm (một dương và một âm) nhô ra từ đầu bugi thay vì đầu cắm thông thường.

Phát minh này có rất nhiều ưu điểm và chủ yếu xoay quanh tia lửa phụ được thêm vào khi đánh lửa. Khi cả hai điện cực trung tâm đánh lửa với điện cực đất, chúng kết hợp với nhau và tạo ra một ngọn lửa lớn hơn phía trước bên trong buồng đốt.

Điều này làm tăng tốc độ di chuyển của ngọn lửa, dẫn đến quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu, không khí nhanh hơn và hoàn toàn hơn giúp cải thiện hiệu quả chuyển đổi năng lượng và giảm lượng khí thải.

Năng lượng trong ngọn lửa tăng lên cũng cho phép động cơ chạy bằng hỗn hợp nhiên liệu không khí loãng hơn mà không có nguy cơ đánh lửa nhầm, điều này sẽ cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm hơn nữa lượng khí thải.

Khi hệ thống này được sử dụng, những cải tiến về vận hành có thể đưa một động cơ sắp tới vào vùng phát thải cực thấp, hoặc nó có thể làm sạch một động cơ hoàn toàn không tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải.

Tất nhiên, ưu điểm tốt nhất của hệ thống này là hiệu quả đốt cháy được cải thiện sẽ làm giảm một ít chi phí đối với nhiều người lái xe, chỉ điều đó thôi cũng đủ lý do để chấp nhận sự phát triển mới này.