Nghiên cứu mô phỏng hệ thống đánh lửa laser nhằm nâng cao đặc tính động cơ xăng

76 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 57 (04/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LASER 
 NHẰM NÂNG CAO ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ XĂNG 
RESEARCH OF LASER IGNITION TO ENHANCE 
ICE PERFORMANCE THROUGH SIMULATION 
 Lý Vĩnh Đạt1, Đỗ Tấn Thích2, Đỗ Văn Dũng1 
1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Việt Nam 
2Trường Đại học Lạc Hồng, Việt Nam 
Ngày toà soạn nhận bài 27/10/2019, ngày phản biện đánh giá 02/12/2019, ngày chấp nhận đăng 13/12/2019. 
TÓM TẮT 
Hiện nay, xe máy vẫn là phương tiện giao thông chủ yếu và phổ biến ở các quốc gia 
Châu Á đặc biệt là Việt Nam. Nhu cầu sử dụng xe máy ngày càng nhiều vì sự tiện lợi và phù 
hợp với tài chính của người dân, theo thời gian thì nguồn nhiên liệu hoá thạch ngày càng cạn 
kiệt, do đó nhu cầu cấp thiết đặt ra cho các nhà nghiên cứu đó là làm sao cải tiến một cách có 
hiệu quả vừa đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật và môi trường. Có nhiều cách cải tiến đặc tính 
động cơ, trong đó bao gồm cải tiến hệ thống đánh lửa. Bằng cách sử dụng phần mềm thiết kế 
CATIA và phần mềm ANSYS Fluent kết hợp với phần mềm Matlab nghiên cứu dự đoán chính 
xác hiệu suất động cơ, hiệu quả công suất và hiệu quả về chi phí. Bài báo đã sử dụng phần 
mềm CATIA 3D để thiết kế các hệ thống cơ bản trên động cơ xe máy Honda Future FI 125cc, 
mô phỏng quá trình đánh lửa Laser – khi mô phỏng được cho động cơ 1 xy lanh thì ta có thể 
mô phỏng hệ thống đánh lửa Laser cho nhiều xy lanh, đây là hệ thống đánh lửa mới nhất 
trong tất cả các hệ thống đánh lửa trên động cơ đốt trong. Từ đó, so sánh động cơ dùng hệ 
thống đánh lửa Laser với hệ thống đánh lửa của các thế hệ trước đó. Phần mềm Matlab dùng 
để tính toán công suất, mô men xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu, khối lượng khí nạp, khối lượng 
khí cháy, năng lượng tia lửa, tính hiệu quả về hệ thống đánh lửa mới nhất – hệ thống đánh 
lửa Laser. 
Từ khoá: động cơ; hệ thống đánh lửa Laser; công suất; phần mềm ANSYS Fluent; phần mềm 
Matlab. 
ABSTRACT 
Nowadays, motorbike is a main and popular transport in Asia countries that includes 
Vietnam. The demand for motorcycles is increasing, because of the convenient and affordable 
transport for the people, over time, the fossil fuel source is increasingly depleted, due to 
increasing demand. Researchers find the methods that improve engine performance, 
efficiency and economy fuel consumption, technology and environment. There are many ways 
to improve engine performance, including improved ignition systems. By using CATIA design 
and ANSYS Fluent software in conjunction with Matlab software, the research predicts the 
engine efficiency accurately and efficiency power and cost–effectively. In this paper, the 
researchers will use CATIA 3D design software to design the basic system on the Honda 
Future FI 125cc engine. Simulating the Laser ignition system process combustion when 
simulating single cylinder engine then can simulate Laser ignition system for multiple 
cylinders. The Laser ignition latest ignition system in all other ignition systems. From there, 
compared to efficiency between Laser ignition system and conventional ignition system. 
Matlab software is used to calculate power, torque, BSFC, intake air mas, MFB, ignition 
energy, efficiency of the latest ignition system – the Laser ignition system. 
Keywords: engine; Laser ignition system; power; ANSYS software; Matlab software. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 57 (04/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
77 
1. GIỚI THIỆU 
Hiện nay, có nhiều công trình nghiên cứu 
để nâng cao đặc tính của động cơ xăng, nhiều 
nhà nghiên cứu ô tô đã tiến hành cải tiến các 
hệ thống, trong đó không thể không kể đến 
việc cải tiến hệ thống đánh lửa. Cải tiến hệ 
thống đánh lửa bằng cách thay thế các phương 
pháp đánh lửa khác, nhiều đề tài có đề cập đến 
hệ thống đánh lửa siêu tụ, hệ thống đánh lửa 
lai. Trong bài báo này nghiên cứu về đặc tính 
của động cơ xăng khi dùng hệ thống đánh lửa 
Laser. Mullet [1] cùng cộng sự đã nghiên cứu 
ảnh hưởng các thông số Laser chỉ ra ưu điểm 
của hệ thống đánh lửa Laser (LIS) so với hệ 
thống đánh lửa cưỡng bức (SIS), đó là hiệu 
quả cháy của động cơ và vị trí đặt tia Laser là 
bất kỳ ở vị trí nào trong buồng đốt chứ không 
phải là cố định như hệ thống đánh lửa truyền 
thống. Bởi vì, hệ thống đánh lửa cưỡng bức 
thì vị trí bu – gi là cố định, điện cực nhô ra và 
có hạn chế về sự dập tắt các ion từ điện cực 
trung tâm phóng ra điện cực bìa, dẫn đến tia 
lửa tại vị trí bu – gi sẽ yếu. Nghiên cứu gần 
đây trong việc sử dụng hệ thống đánh lửa 
bằng Laser (LIS) để đốt cháy hỗn hợp nhiên 
liệu không khí trong động cơ đốt trong (ICE) 
đã cho thấy có nhiều lợi thế tiềm năng so với 
hệ thống đánh lửa cưỡng bức (SIS): giảm phát 
thải, động cơ hoạt động ổn định hơn và tốc độ 
cầm chừng tốt hơn. Yasar [2] đã tiến hành mô 
phỏng hệ thống đánh lửa Laser thông qua 
phương pháp mô phỏng CFD, tác giả đã đưa 
ra phương trình trạng thái EOS (Equation of 
State) và nêu lên bản chất của cơ chế hình 
thành tia Laser. Nhóm nghiên cứu đứng đầu là 
Liedl cùng cộng sự [3] đã nghiên cứu mô 
phỏng số của hệ thống đánh lửa Laser trong 
điều kiện môi trường khác nhau. Việc nghiên 
cứu này nhằm mục đích để đánh giá các thông 
số khi ứng dụng thực tế trên động cơ ở những 
trường hợp chịu ảnh hưởng khác nhau trong 
buồng đốt (áp suất, nhiệt độ). Dearden và 
Shenton [4] đã nghiên cứu quá trình đánh lửa 
Laser ứng dụng trên động cơ phun xăng trực 
tiếp (GDI), Peters [5] đã nghiên cứu tính đa 
vật lý của tia Laser đối với nhiên liệu được 
dùng trên động cơ đốt trong. Puli và Kumar 
[6] đã phân tích ưu điểm của hệ thống đánh 
lửa Laser so với hệ thống đánh lửa cưỡng bức. 
Phần mềm Matlab/ Simulink được dùng 
để mô hình hóa và mô phỏng quá trình sinh 
công của động cơ khi dùng hệ thống đánh lửa 
cưỡng bức và hệ thống đánh lửa Laser. Đó là 
phần mềm chủ đạo được ứng dụng trong bài 
báo này. Phần mềm ANSYS Fluent được sử 
dụng để mô phỏng CFD, kết quả về hệ số 
xoáy lốc dọc và xoáy lốc ngang sẽ là thông 
số đầu vào để tính hai hệ số a và m có ảnh 
hưởng đến quá trình cháy: 
a= 5 + 0,1. Rst.exp(Rst - 2) (1) 
m= 2+ 0,4. Rst.exp(Rst - 2) (2) 
Trong đó: Rst là tổng hệ số xoáy lốc dọc và 
ngang. Khi có được hai hệ số này ta sẽ tính 
được thông số y ảnh hưởng của quá trình cháy.
Thông số y chịu ảnh hưởng của nhiều 
yếu tố: phần khối lượng nhiên liệu bị cháy, 
góc quay của trục khuỷu khi bắt đầu đánh lửa 
để đốt cháy nhiên liệu. Quan trọng hơn là ảnh 
hưởng của xoáy lốc dọc và ngang thông qua 
2 thông số a, m được ước lượng qua mô hình 
cháy Wiebe function: 
10 01. ( ) exp( .( ) )m m
d d
dx mby a a
d
   
  
(3) 
Quá trình cháy và nhả nhiệt liên quan 
đến công suất động cơ. Quá trình nhả nhiệt 
của động cơ được đặc trưng bởi tốc độ cháy, 
khối lượng nhiên liệu bị cháy y, nhiệt trị của 
nhiên liệu QHV và khối lượng nhiên liệu trên 
1 chu kỳ mf theo công thức sau [7]: 
.( ).hr HV f
dQ
y Q m
d
(4)
Trong quá trình cháy thì sẽ có nhiệt 
lượng tỏa ra và quá trình truyền nhiệt. Hai 
yếu tố này có ảnh hưởng lớn đến quá trình 
cháy của động cơ theo công thức sau: 
1 ht hrdQ dQdp p dV
d V d V d d


   
 (5) 
Bên cạnh đó, thông số thể tích là một hàm 
số theo góc quay của trục khuỷu động cơ: 
 cldci V
V
V  cos1
2
)( (6) 
Vd: Thể tích của xy lanh (m3). 
Vci: Thể tích phần lõm xy lanh (m3). 
78 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 57 (04/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Năng lượng đánh lửa của hệ thống đánh 
lửa cưỡng bức (SIS) và hệ thống đánh lửa 
Laser (LIS) là yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ 
cháy và sản phẩm cháy của động cơ. Đối với 
động cơ dùng hệ thống đánh lửa cưỡng bức 
thì có nhược điểm là tia lửa sẽ yếu khi chạy ở 
tốc độ cao (phụ thuộc vào dòng điện ngắt), 
còn năng lượng của động cơ dùng hệ thống 
đánh lửa Laser thì có khả năng đáp ứng mọi 
chế độ hoạt động, chỉ cần phân bố lại năng 
lượng của các tia Laser. Năng lượng phụ 
thuộc vào IB ngưỡng mật độ năng lượng khi 
phân rã (Breakdown Power Density 
Threshold) và ngưỡng năng lượng để tạo ra 
tia Laser EB. Chúng có mối liên hệ sau: [8]
2
1
.
B
B
E
I
R t 
 (7)
Trong đó: 
R: Bán kính của tia Laser sau khi đi qua tiêu 
điểm, 1.22.
f
R
d
với f là tiêu cự, d là bán 
kính của tia, EB là năng lượng phân rã của tia 
Laser. 
Tia Laser bản chất là sóng điện từ 
(Electromagnetic Wave) và có năng lượng 
đánh lửa là: 
41,94 10LIS BE I 
 (8)
Năng lượng đánh lửa của hệ thống đánh 
lửa cưỡng bức phụ thuộc nhiều vào yếu tố, đặc 
biệt là quá trình ngắt điện ở cuộn sơ cấp và thời 
gian tăng trưởng của dòng điện thứ cấp, đó 
chính là thời gian ngậm điện “dwell”: [9] 
11 1
dt
ng
U
I e
R

 (9) 
Trong đó: 
U1: Hiệu điện thế ngoài cung cấp (ắc quy) 
R1: Điện trở của cuộn sơ cấp, R1= (0,5 – 1,0) 
[Ω], điện trở trong càng nhỏ thì bô bin có giá 
thành đắt. 
L1: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp, L1= (0,1 – 
5,0).10-3 [H]. Thực tế L1= 0,62.10-3 [H], vì L1 
tăng cao quá sẽ làm giảm Ing và gây tia lửa 
điện ở tiếp điểm. 
2. MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG 
2.1 Các thông số đầu vào 
Quá trình xoáy lốc dọc ít nhiều ảnh 
hưởng đến mật độ hòa khí tập trung tại vị trí 
đặt tia Laser, chỉ số xoáy lốc này tập trung 
vào cuối kỳ nén, điều đó chứng tỏ là quá 
trình hòa trộn của hòa khí nạp là tốt. Khi hòa 
trộn tốt, chỉ cần chiếu xung tia Laser vào 
trong buồng đốt thì hòa khí dễ bốc cháy, 
thành phần xoáy lốc ngang (Tumble) giá trị 
cực đại là 1,35. Và hệ số xoáy lốc tổng cộng 
là: 4,05. 
Thông số kết cấu của động cơ là một 
thông số kỹ thuật quan trọng để tiến hành 
thiết lập mô phỏng được định nghĩa trong 
bảng 1. 
Bảng 1. Thông số cơ bản của động cơ 
Thông số Giá trị Đơn vị 
Thể tích công tác 125 cc 
Tỷ số nén 9,3 -- 
Độ dài thanh truyền 101,5 mm 
Đường kính xy lanh 52,4 mm 
Bán kính trục khủyu 28,95 mm 
Số xú páp 2 -- 
Đường kính cổ nạp khí 23,2 mm 
Độ nâng xú páp nạp 0,2 mm 
Độ nâng xú páp xả 0.2 mm 
Bên cạnh đó, các thông số ảnh hưởng 
đến quá trình cháy chính là các thông số của 
hệ thống đánh lửa. Có những thông số quan 
trọng này để tiến hành thiết lập vào trong 
phần mềm Matlab/Simulink từ đó tính toán, 
dự đoán đặc tính của động cơ. 
Bảng 2. Thông số hệ thống đánh lửa Laser. 
Thông số Giá trị Đơn vị 
Bước sóng Laser 266 nm 
Năng lượng Laser 0,4 mJ/xung 
Công suất xung Laser 2,67 kW 
Tiêu cự thấu kính 350 mm 
Đường kính thấu kính 10 mm 
Hệ số dịch chuyển Wien 2,9.10-3 m.K 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 57 (04/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
79 
Để so sánh đặc tính của động cơ dùng hệ 
thống đánh lửa Laser và động cơ dùng hệ 
thống đánh lửa cưỡng bức thì ta phải có các 
thông số đầu vào của hệ thống đánh lửa 
cưỡng bức để mô hình hóa và mô phỏng. 
Bảng 3. Thông số hệ thống đánh lửa cưỡng 
bức. 
Thông số Giá trị Đơn vị 
Độ tự cảm cuộn sơ cấp 0,62.10-3 H 
Điện trở cuộn sơ cấp 0,5 Ohm 
Số vòng dây quấn cuộn 
sơ cấp 
350 vòng 
Số vòng dây quấn cuộn 
thứ cấp 
19000 vòng 
Hiệu suất đánh lửa 80 % 
Điện dung cuộn sơ cấp 0,7.10-6 F 
Điện dung cuộn thứ cấp 10-10 F 
Sau khi có các thông số đầu vào ta tiến 
hành mô hình hóa tại các vị trí như: đường 
ống nạp, quá trình cháy và sinh công. Bằng 
việc thiết lập các hàm tính toán trong phần 
mềm Matlab/ Simulink. 
2.2 Mô hình hóa và mô phỏng tại đường 
ống nạp 
Hình 1. Mô hình hóa tại đường ống nạp. 
Trong khối mô hình hóa đường ống nạp 
nó chứa nhiều khối (Subsystem) nhỏ, mỗi 
khối SubSystem nhỏ chính là các hàm, các 
khối công thức, các khối tính toán. Việc liên 
kết giữa các khối này được thực hiện bởi các 
đường nối line nối lại với nhau và chúng có 
mối liên hệ toán học đó là các thông số như: 
thể tích công tác của xy lanh, nhiệt độ tại 
đường ống nạp, đường kính bướm ga, đường 
kính trụ ga, 
Hình 2. Một khối Subsystem để tính toán 
diện tích bướm ga. 
Lưu lượng của môi chất nạp vào tuỳ 
thuộc vào p0 thể hiện cho áp suất môi trường, 
pm áp suất ống góp hút,  chỉ số nén đa biến 
trung bình và không thể không kể đến đó là 
diện tích thân bướm ga. 
Aφ: diện tích thân bướm ga (m2), là một hàm 
của vị trí bướm ga. Vì thế Aφ được tính bằng 
phương trình sau: [10] 
11 1
2 22 22cos( )2 2101 1 sin 1
2 2 cos( ) 2
0
d D d d D d D d
A
D D D
 
        
 
1
2 22 cos( ) cos( )10 0sin 1
2 cos( ) cos( )
0 0
D d
D
 
     
  
 (10) 
Hình 3. Khối Subsystem trong mô hình hóa 
tại đường ống nạp.
Khối lượng không khí đi qua cánh bướm 
ga được mô hình hóa cụ thể như hình 3, với 
các thông số đầu vào là góc mở cánh bướm 
ga, áp suất trong đường ống góp nạp, áp suất 
khí trời. 
80 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 57 (04/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Sau khi mô hình hóa và mô phỏng tại 
đường ống nạp với các hàm tính toán trong 
Matlab/ Simulink ta sẽ có được khối lượng 
khí nạp vào trong động cơ dùng hệ thống 
đánh lửa Laser và hệ thống đánh lửa cưỡng 
bức như hình 4. 
Hình 4. Khối lượng khí nạp LIS và SIS. 
Khối lượng khí nạp vào trong động cơ 
có giá trị tăng dần theo tuyến tính khi tăng số 
vòng quay trục khuỷu động cơ, nghĩa là khi 
tăng số vòng quay trục khuỷu thì bướm ga 
phải mở lớn, khi bướm ga mở lớn thì lượng 
gió đi vào trong xy lanh càng nhiều. Từ đồ 
thị hình 4, nếu cùng tốc độ số vòng quay của 
trục khuỷu và cùng vị trí góc bướm ga thì 
khối lượng không khí nạp vào động cơ khi 
dùng hệ thống đánh lửa Laser luôn lớn hơn 
khối lượng không khí nạp vào trong xy lanh 
khi dùng hệ thống đánh lửa cưỡng, chứng tỏ 
một điều rằng: quá trình nạp của động cơ 
dùng hệ thống đánh lửa Laser là tối ưu hơn, 
lượng không khí nạp nhiều hơn nên hiệu suất 
nạp là lớn. Sở dĩ, điều đó xảy ra là vì đối với 
hệ thống đánh lửa Laser hòa khí cháy triệt 
để, vì hòa khí cháy triệt để và thải sạch nên 
không còn lượng khí sót chiếm chổ trong 
không gian buồng đốt. Như vậy, khối lượng 
nạp vào trong xy lanh cũng đánh giá phần 
nào về đầu ra công suất của một động cơ, 
việc cải tiến hệ thống đánh lửa cũng góp 
phần ảnh hưởng đến lượng khí nạp. 
2.3 Mô hình hóa và mô phỏng quá trình cháy
Quá trình cháy được xây dựng trên nhiều 
yếu tố, tức là xây dựng trên các hàm toán học 
có tính chất liên hệ với nhau dựa trên lý 
thuyết cháy của động cơ đốt trong. Sơ đồ 
khối của quá trình cháy với thông số đầu vào 
chính là khối lượng không khí nạp vào trong 
xy lanh động cơ, khối lượng không khí này 
đã được tính toán dựa vào khối Mô hình hóa 
đường ống nạp đã tính trước đó. Góc quay 
trục khuỷu động cơ cũng là một thông số đầu 
vào. Đầu ra chính là mô men chỉ thị của động 
cơ. Hiệu số giữa mô men chỉ thị và mô men 
ma sát chính là mô men có ích. 
Lượng nhiệt truyền đi là một yếu tố mà 
ta quan tâm, nếu lượng nhiệt truyền cho các 
chi tiết thành xy lanh quá nhiều thì sẽ ảnh 
hưởng đến các kỳ cháy tiếp theo, nó chịu ảnh 
hưởng của một chuỗi các thông số đầu vào 
như: Áp suất trong lòng xy lanh, nhiệt độ 
thành xy lanh, nhiệt độ khối khí khi cháy, 
diện tích bề mặt của buồng đốt và được mô 
hình hóa bằng hàm Fcn trong Matlab. 
Hình 5. Mô hình lượng nhiệt truyền đi trong 
thành xy lanh. 
Năng lượng đánh lửa cũng phần nào nói 
lên được hiệu quả cháy của một động cơ, nếu 
năng lượng đủ lớn thì quá trình cháy diễn ra 
hoàn hảo, hòa khí cháy hoàn toàn và sinh 
công lớn, ít gây ô nhiễm môi trường. Năng 
lượng đánh lửa của hệ thống đánh lửa cưỡng 
bức phụ thuộc nhiều vào các yếu tố, đặc biệt 
là quá trình ngắt dòng điện ở cuộn sơ cấp và 
thời gian tăng trưởng của dòng điện thứ cấp, 
đó chính là thời gian ngậm điện “dwell”. 
Hình 6. Năng lượng đánh lửa của động cơ 
dùng hệ thống đánh lửa cưỡng bức (SIS). 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 57 (04/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
81 
Năng lượng đánh lửa của hệ thống đánh 
lửa cưỡng bức (SIS) đạt giá trị bão hòa 
khoảng 100,08 [mJ]. Vì năng lượng tăng từ 
từ nên nên nó có độ trễ, do đó khi xe chạy ở 
tốc độ cao thì năng lượng không đủ lớn, do 
quá trình tăng trưởng dòng thứ cấp không 
đáp ứng với tốc độ động cơ. 
Đối với hệ thống đánh lửa Laser (LIS) 
thì năng lượng của nó không phụ thuộc vào 
dòng điện ngắt và quá trình tăng trưởng của 
dòng điện thứ cấp. Năng lượng Laser phụ 
thuộc vào IB ngưỡng mật độ năng lượng khi 
phân rã (Breakdown power density 
threshold) và ngưỡng năng lượng để tạo ra tia 
Laser EB. 
Hình 7. Năng lượng đánh lửa của động cơ 
dùng hệ thống đánh lửa Laser (LIS). 
Năng lượng đánh lửa của động cơ dùng 
hệ thống đánh lửa Laser có biên dạng là 
đường cong Hypebol, ở thời gian rất nhỏ thì 
năng lượng đánh lửa rất cao, cụ thể nhìn vào 
đồ thị tại vị trí thời gian 0.001 ms, thì năng 
lượng tia lửa khoảng 5100 [mJ], lớn hơn rất 
nhiều so với hệ thống đánh lửa cưỡng bức 
(SIS). Nghĩa là, thời gian đáp ứng tia lửa là 
rất nhạy, không có độ trễ về thời gian. Sở dĩ, 
năng lượng tia lửa giảm dần theo thời gian là 
do hiện tượng mất mát năng lượng của 
photon khi bức xạ. Xét về mức độ nhạy tia 
lửa, không có sự trễ, hệ thống đánh lửa Laser 
đáp ứng rất tốt. Khi năng lượng tia lửa lớn và 
không có độ trễ thì hiệu quả cháy cao, công 
suất động cơ tăng, quá trình cháy diễn ra 
hoàn hảo, không gây ô nhiễm môi trường, đó 
là những tính chất ưu việc của động cơ khi 
dùng hệ thống đánh lửa Laser. 
Khối lượng khí cháy trong buồng đốt 
(MFB – Mass Fraction Burn) là thông số để 
đánh giá được năng lượng tia lửa mạnh hay 
yếu và quá trình cháy diễn ra trong buồng đốt 
có hoàn hảo hay không. 
Hình 8. Khối lượng khí cháy (MFB) khi dùng 
LIS và SIS. 
Khối lượng khí cháy MFB (Mass 
Fraction Burn) của động cơ khi dùng hệ 
thống đánh lửa Laser và hệ thống đánh lửa 
cưỡng bức ta có nhận xét như sau: Biên dạng 
của khối lượng khí cháy MFB là một đường 
cong hình chữ S (S Shaped curves), phù hợp 
với cơ sở lý thuyết, vì nó là hàm mũ. Khối 
lượng khí cháy MFB khi dùng hệ thống đánh 
lửa Laser luôn lớn hơn khối lượng khí cháy 
MFB khi dùng hệ thống đánh lửa cưỡng. Cụ 
thể là ở góc quay 80 độ thì độ tăng khối 
lượng khí đã cháy giữa hai hệ thống là 0,08 
gam. Chứng tỏ một điều rằng: chất lượng 
cháy sạch trong buồng đốt của động cơ khi 
dùng hệ thống đánh lửa Laser là tốt, không 
còn lượng khí sót choáng chổ trong buồng 
đốt nên hiệu quả nạp cao. 
Công suất của một động cơ là yếu tố nhà 
sản xuất, nhà cải tạo động cơ quan tâm nhất. 
Vì công suất ảnh hưởng đến đặc tính của một 
động cơ là mạnh hay yếu. Như vậy, thông số 
này không thể thiếu trong việc cải tiến một 
động cơ. 
82 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 57 (04/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Hình 9. Công suất động cơ khi dùng LIS và 
SIS. 
Nhìn vào hình 9 ta thấy công suất của 
động cơ dùng hệ thống đánh lửa cưỡng bức 
luôn nhỏ hơn so với công suất của động cơ 
dùng hệ thống đánh lửa Laser. Khi tốc độ 
động cơ tăng trên 1000 vòng/phút thì sự 
chênh lệch ngày càng rõ rệt. 
Công suất của động cơ dùng hệ thống 
đánh lửa Laser luôn đáp ứng với mọi chế độ 
hoạt động của động cơ, vì kỹ thuật điều khiển 
tia Laser là dễ dàng hơn so với kỹ thuật điều 
khiển bằng tia lửa bu – gi. Ở hệ thống đánh 
lửa cưỡng bức thì có “độ trễ” khi ở tốc độ 
cao, vì cần có sự tăng trưởng của dòng điện 
thứ cấp trong bô bin và có sự cản trở của các 
chi tiết trong hệ thống đánh lửa cưỡng bức, 
cụ thể là điện trở của các cuộn dây quấn 
trong bô bin. Độ trễ này chính là một trong 
những yếu tố gây công suất động cơ không 
đạt tối ưu ở tốc độ cao. 
Công suất của động cơ khi dùng hệ 
thống đánh lửa cưỡng bức đạt giá trị cực đại 
khoảng 10 kW tại số vòng quay 6500 
vòng/phút. Còn công suất cực đại của động 
cơ khi dùng hệ thống đánh lửa Laser thì đạt 
giá trị khoảng 12,5 kW tại số vòng quay 
7500 vòng/phút. Khoảng giá trị cực đại của 
công suất khi dùng hai loại hệ thống đánh lửa 
này dao động trong khoảng từ 6500 
vòng/phút đến 7500 vòng/phút. Động cơ sử 
dụng hệ thống đánh lửa Laser sẽ có công suất 
tăng gấp 1,25 lần so với động cơ sử dụng hệ 
thống đánh đánh lửa cưỡng bức điều đó thể 
hiện tính năng ưu việt của động cơ khi dùng 
hệ thống đánh lửa Laser. Thông số mô men 
cũng là một thông số quan trọng trong việc 
đánh giá đặc tính động cơ, nó là đặc trưng 
cho khả năng sức mạnh của một động cơ. 
Hình 10. Mô men của động cơ khi dùng LIS 
và SIS. 
Khi tốc độ động cơ bắt đầu tăng lên thì 
có sự phân hóa rõ rệt về mô men, cụ thể là 
tốc độ lớn hơn 1000 vòng/phút. Mô men của 
động cơ dùng hệ thống đánh lửa cưỡng bức 
(SIS) đạt giá trị cực đại với giá trị khoảng 9 
N.m ở số vòng quay 4200 vòng/phút. Còn 
động cơ dùng hệ thống đánh lửa Laser thì mô 
men đạt cực với giá trị là 10,5 N.m ở số vòng 
quay 5000 vòng/phút. 
Suất tiêu hao nhiên liệu (BSFC) là một 
thông số mà nhà sản xuất, chế tạo, cải tiến 
động cơ quan tâm, nó cũng là một thông số 
để đánh giá tính hiệu quả kinh tế, một thông 
số mà sau khi cải tiến không thể bỏ qua. Suất 
tiêu hao nhiên liệu của động cơ còn nói lên 
khả năng tiết kiệm nhiên liệu của một động 
cơ. Thông thường đối với ô tô, xe máy thì 
thông số này được tính toán là tiêu hao nhiên 
liệu theo quãng đường nghĩa là cho xe chạy 
trên địa hình đường thực tế từ đó tính được 
lượng tiêu hao theo 100 km. 
Hình 11. Suất tiêu hao nhiên liệu của động 
cơ dùng LIS và SIS. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 57 (04/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
83 
Nhìn vào hình 11 ta thấy khi tốc độ động 
cơ tăng lên thì suất tiêu hao nhiên liệu của 
động cơ dùng hệ thống đánh lửa cưỡng bức 
là lớn hơn so với động cơ dùng hệ thống 
đánh lửa Laser. Đặc biệt, từ tốc độ trục 
khuỷu động cơ lớn hơn 7000 vòng/phút thì 
suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ dùng hai 
loại đánh lửa này càng phân hóa rõ rệt. Sở dĩ, 
suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ dùng hệ 
thống đánh lửa cưỡng bức là lớn hơn vì quá 
trình nạp kém nên hòa khí cháy không triệt 
để và sản sinh ra một lượng dư nhiên liệu, 
mặc dù công suất thì thấp nhưng tiêu hao 
nhiên liệu lại tăng, như vậy là điều không 
mong muốn. 
Quá trình mô phỏng tính toán đựợc suất 
tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi dùng hệ 
thống đánh lửa Laser là luôn tối ưu ở mọi tốc 
độ. Suất tiêu hao nhiên liệu càng nhỏ là càng 
tốt, nói lên động cơ là tiết kiệm nhiên liệu. Ở 
vận tốc kinh tế (tại vị trí suất tiêu hao nhiên 
liệu nhỏ nhất) thì giá trị của suất tiêu hao 
nhiên liệu của động cơ khi dùng hệ thống 
đánh lửa Laser là nhỏ, chứng tỏ việc cải tiến 
này là tối ưu. Tỷ lệ giá trị giữa suất tiêu hao 
nhiên liệu của LIS và SIS là giảm khoảng 
0,857 lần. 
Từ các đồ thị đặc tính của động cơ (công 
suất, mô men, suất tiêu hao nhiên liệu) khi 
dùng hai loại hệ thống đánh lửa khác nhau ta 
thấy: khi tốc độ vòng quay trục khuỷu tăng 
lên thì công suất và mô men của động cơ 
dùng hệ thống đánh lửa Laser là lớn hơn, 
điều đó chứng tỏ đặc tính của động cơ dùng 
hệ thống đánh lửa Laser là tốt, còn suất tiêu 
hao nhiên liệu của động cơ dùng hệ thống 
đánh lửa Laser thì nhỏ hơn, chứng tỏ khi 
dùng hệ thống đánh lửa Laser (LIS) thì tiết 
kiệm nhiên liệu, ít phát thải ô nhiễm ra môi 
trường, hiệu quả về tính kinh tế. 
3. KẾT LUẬN 
Như vậy, bằng việc tìm hiểu và nghiên 
cứu về mô hình hóa và mô phỏng của một 
động cơ dùng hệ thống đánh lửa Laser và so 
sánh với động cơ dùng hệ thống đánh lửa 
cưỡng bức là rất cần thiết, vì xu thế của thế 
giới là cải tiến động cơ làm sao ít can thiệp 
vào kết cấu của động cơ. Việc cải tiến chất 
lượng cháy thông qua cải tiến hiệu quả đánh 
lửa. Đó chính là cải tiến không can thiệp vào 
kết cấu của động cơ, khi dùng hệ thống đánh 
lửa Laser đó là một lựa chọn phù hợp để 
nâng cao đặc tính của động cơ xăng. 
Ngày nay, với xu thế nghiên cứu về các 
hệ thống đánh lửa mới (hệ thống đánh lửa lai, 
hệ thống đánh lửa siêu tụ và hệ thống đánh 
lửa Laser) đang là trào lưu cho các nhà 
nghiên cứu, sản xuất, chế tạo ô tô. 
Bài báo này đã mô hình hóa và mô 
phỏng, so sánh đặc tính, các thông số khác 
của động cơ khi dùng hệ thống đánh lửa 
Laser và hệ thống đánh lửa cưỡng bức một 
cách khoa học, tuy nhiên việc chọn các thông 
số để mô phỏng là dựa vào lý thuyết. Sau khi 
mô phỏng các thông số yêu cầu ở đầu ra là 
tối ưu và phù hợp. Qua đây, ta thấy các đồ thị 
đặc tính như: công suất, mô men, suất tiêu 
hao nhiên liệu của động cơ dùng hệ thống 
đánh lửa Laser (LIS) là luôn tối ưu, đáp ứng 
với mong muốn của việc mô phỏng. Cụ thể, 
công suất và mô men của động cơ dùng hệ 
thống đánh lửa Laser (LIS) là luôn cao hơn 
so với hệ thống đánh lửa cưỡng bức (SIS). 
Còn suất tiêu hao nhiên liệu (BSFC) của 
động cơ dùng hệ thống đánh lửa Laser (LIS) 
là nhỏ hơn so với động cơ dùng hệ thống 
đánh lửa cưỡng bức (SIS). Bên cạnh đó, khối 
lượng không khí nạp vào trong xy lanh của 
động cơ, năng lượng đánh lửa của hệ thống 
đánh lửa Laser (LIS) là cao hơn so với hệ 
thống đánh lửa cưỡng bức (SIS). Chứng tỏ 
một điều là việc chọn hệ thống đánh lửa 
Laser là tối ưu cho động cơ đốt trong, và nó 
cũng là hệ thống đánh lửa thế hệ thứ 05 mới 
nhất, có tính chất ưu việt nhất. 
LỜI CẢM ƠN 
Trong quá trình thực hiện nghiên cứu 
này, tác giả xin chân thành cảm ơn Trường 
Đại học Lạc Hồng và Trường Đại học Sư 
phạm Kỹ thuật đã tài trợ kinh phí. 
84 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 57 (04/2020) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Mullett, J. D., Carroll, S., Dearden, G., Shenton, A. T., Watkins, K. G., Triantos, G. and 
Keen, Laser ignition of an IC test engine using an Nd:YAG laser and the effect of key 
laser parameters on engine combustion performance, Product Engineering & 
Manufacturing Volume 3, 2005, pp. 104-111. 
[2] O. Yasar, Plasma Modeling of Ignition for Combustion Simulations, Parallel Com- 
puting, 27, pp.1, 2001. 
[3] Liedl, G., Schuöcker, D., Geringer, B., Graf, J., Klawatsch, D., Lenz, H. P., Piock, W. 
F., Jetzinger, M. and Kapus, Laser induced ignition of gasoline direct injection enegine, 
Proc. SPIE, Vol. 5777, 2005, pp. 955-960. 
[4] Geoff Dearden and Tom Shenton, Laser ignited engines: progress, challenges and 
prospects, C) 21, pp. 1125, November 2013. 
[5] Nathan Peters, Investigation of the multi physics of laser-induced ignition of 
transportation fuels Dissertations, Syracuse University, 2017. 
[6] Akshita Puli, J. Jagadesh Kumar, Laser Ignition System for I. C. Engines, © IJSRSET 
Volume 2, Issue 5, pp. 2394-4099, 2016. 
[7] Heywood, Internal Combustion Engine Fundamental, Gc Graw-Hill, 1998. 
[8] Nathan Peters, Investigation of the multi-physics of laser-induced ignition of 
transportation fuels, Syracuse University, June 2017. 
[9] PGS.TS Đỗ Văn Dũng, Điện động cơ và điều khiển động cơ, trang130, NXB Đại học 
Quốc Gia, 2013. 
[10] Moskwa, Automotive Engine Modeling for Real Time Control, Ph.D. thesis, 
Massachusetts Institute of Technology, pp. 45-71, 1988. 
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: 
Đỗ Tấn Thích 
Trường Đại học Lạc Hồng 
Email: dotanthich@lhu.edu.vn