Chương IV: Hệ thống đánh lửa trên ô tô

CHƯƠNG 4. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
4.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG
4.1.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại
4.1.1.1. Nhiệm vụ

Hệ thống đánh lửa (HTĐL) trên ơ tơ có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều
điện áp thấp (12V) thành xung điện cao áp (18KV  40KV), tạo ra tia lửa điện
trên bugi để đốt cháy hồ khí trong xi lanh động cơ cháy cưỡng bức, vào cuối kỳ
nén.
4.1.1.2. Yêu cầu
- Năng lượng tia lửa mạnh: cắt dòng điện sơ cấp dứt khốt để tạo ra dịng cao áp
lớn, để đảm bảo phát ra tia lửa điện mạnh giữa các cực của bugi.
- Thời điểm đánh lửa đúng: để cho hỗn hợp khí có đủ thời gian bốc cháy và giãn
nở sinh cơng hiệu quả nhất, thì phải thay đổi thời điểm đánh lửa phù hợp với số
vòng quay của động cơ và tải trọng.
- Độ bền thích hợp: phải có đủ độ tin cậy để chịu đựng sự rung xóc và nhiệt độ
mà động cơ sinh ra, cũng như điện áp cao trong bản thân HTĐL.
- HTĐL phải có khả năng tạo ra tia lửa cao áp ở mọi chế độ làm việc của động cơ,
đặc biệt là khi khởi động lạnh.
- Thời điểm đánh lửa phải đúng theo thứ tự nổ của động cơ.
- HTĐL làm việc phải tin cậy, chắc chắn, độ bền cao, ít phải chăm sóc bảo dưỡng,
giá thành hạ.
4.1.1.3. Phân loại
a. Theo cấu tạo và nguyên lý làm việc, HTĐL chia ra:
- HTĐL thường: dùng tiếp điểm cơ khí để cắt, nối dịng điện qua cuộn dây sơ cấp
của bô bin.
- HTĐL bán dẫn, lại chia ra:
+ HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển.
+ HTĐL bán dẫn khơng có tiếp điểm điều khiển, lại gồm:
* HTĐL bán dẫn khơng tiếp điểm, có chia điện cao áp;
* HTĐL bán dẫn không tiếp điểm, không chia điện cao áp.

- HTĐL manhêtô (dùng trên máy lai để khởi động máy xây dựng) và vô lăng
manhêtic (dùng trên xe gắn máy).
b. Theo phương pháp tích luỹ năng lượng trong HTĐL, chia ra:


- HTĐL điện cảm: năng lượng đánh lửa tích luỹ trong các cuộn dây của biến áp
đánh lửa.
- HTĐL điện dung: năng lượng đánh lửa tích luỹ trong tụ điện. Khi cần đánh lửa
thì tụ phóng điện qua các cuộn dây của bô bin.
4.1.2. Các thông số cơ bản của HTĐL
4.1.2.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu cuộn
dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m phải đủ
lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt là lúc khởi
động.
4.1.2.2. Hiệu điện thế đánh lửa Uđl
Hiện điện thế thứ cấp mà tại đó q trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện thế
đánh lửa (Uđl). Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân theo
định luật Pashen.
U đt  K

p.
T

Trong đó:
p: áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
δ: khe hở bugi.
T: nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điểm đánh lửa.
K: hằng số phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp hịa khí.
Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa Uđl tăng khoảng 20 đến 30% do nhiệt

độ điện cực bugi thấp.
Khi động cơ tăng tốc độ, thoạt tiên, Uđl tăng, do áp suất nén tăng, nhưng sau đó Uđl
giảm từ từ do nhiệt độ điện cực bugi tăng và áp suất nén giảm do quá trình nạp xấu đi.
Hiệu điện thế đánh lửa có giá trị cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc, có giá trị
cực tiểu ở chế độ ổn định khi cơng suất cực đại (hình 4.1).

Hình 4.1: Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải của động cơ
1. Toàn tải; 2. Nửa tải; 3. Tải nhỏ; 4. Khởi động và cầm chừng


Trong quá trình vận hành xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, Uđl tăng 20% do điện cực
bugi bị mài mịn. Sau đó Uđl tiếp tục tăng do khe hở bugi tăng. Vì vậy, để giảm Uđl phải
hiệu chỉnh lại khe hở bugi sau mỗi 10.000 km.
4.1.2.3. Hệ số dự trữ Kdt
Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu điện thế đánh lửa
Uđl:
K dt 

U 2m
U ñl

Đối với HTĐL thường, do U2m thấp nên Kdt thường nhỏ hơn 1,5. Trên những động cơ
xăng hiện đại với HTĐL điện tử, hệ số dự trữ có giá trị khá cao (Kdt = 1,5  2,0), đáp
ứng được việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở bugi.
4.1.2.4. Năng lượng dự trữ Wdt
Năng lượng dự trữ Wdt là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộn dây sơ
cấp của biến áp đánh lửa. Để đảm bảo tia lửa điện có đủ năng lượng để đốt cháy hồn
tồn hịa khí, HTĐL phải đảm bảo được năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của biến áp
đánh lửa ở một giá trị xác định:
Wdt 

L 1 x I ng

2

2

 50  150 mJ

Trong đó:
Wdt

: năng lượng dự trữ trên cuộc sơ cấp.

L1

: độ tự cảm của cuộc sơ cấp của biến áp đánh lửa.

Ing

: cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất ngắt.

4.1.2.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S
S

du 2 u 2

 300  600 V/s
dt
t

Trong đó:
S

: tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.

u2

: độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.

t

: thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.

Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S càng lớn thì tia lửa điện xuất hiện tại
điện cực bugi càng mạnh, nhờ đó dịng khơng bị rị qua muội than trên điện cực bugi,
năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm.
4.1.2.6. Tần số và chu kỳ đánh lửa
Đối với động cơ 4 kỳ, số tia lửa xảy ra trong một giây hay còn gọi là tần số đánh lửa,
được xác định bởi công thức:


f

nZ
120

(Hz)

f

nZ
60

(Hz)

Đối với động cơ 2 thì:

Trong đó:
f
: tần số đánh lửa.
n
: số vòng quay trục khuỷu động cơ (min-1).
Z
: số xylanh động cơ.
Chu kỳ đánh lửa T là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa.
T = 1/f = tđ + tm
tđ :
thời gian vít ngậm hay transistor cơng suất dẫn bão hịa.
ttn :
thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt.
Tần số đánh lửa f ti lệ thuận với vòng quay trục khuỷu động cơ và số xylanh. Khi
tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh lửa f tăng và, do đó chu kỳ
đánh lửa T giảm xuống. Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến 2 thông số chu kỳ và tần số
đánh lửa để đảm bảo, ở số vòng quay cao nhất của động cơ, tia lửa vẫn mạnh.
4.1.2.7. Góc đánh lửa sớm 
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuất hiện tia
lửa điện tại bugi cho đến khi piston lên tới tử điểm thượng.

Hình 4.2: Bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ và tải động cơ trên xe đời mới và xe đời cũ

Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến cơng suất, tính kinh tế và độ ơ nhiễm của
khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:
opt = f(pbđ, tbđ, p, twt, tmt, n, No …)
Trong đó:
pbđ
tbđ
p

:
:

áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
nhiệt độ buồng đốt.

:

áp suất trên đường ống nạp.


twt

nhiệt độ nước làm mát động cơ.

:

Tmt :

nhiệt độ môi trường.

n

:

số vòng quay của động cơ.

No

:

chỉ số octan của xăng.

Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ được điều khiển theo hai thông số: tốc độ (bộ
sớm ly tâm) và tải (bộ sớm áp thấp) của động cơ. Tuy nhiên, HTĐL ở một số xe, có
trang bị thêm van nhiệt và sử dụng bộ phận đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ. Trên
các xe đời mới, góc đánh sớm được điều khiển tối ưu theo chương trình phụ thuộc vào
các thơng số nêu trên. Trên hình 4.2 trình bày bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ và
tải động cơ trên xe đời mới và xe đời cũ.
4.1.2.8. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện
Thơng thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là thành phần điện dung và thành
phần điện cảm. Năng lượng của tia lửa được tính bằng cơng thức:
WP = W C + WL
Trong đó:
Wc 

C 2 .U đ2l
2

WL 

L 2 . i 22
2

WP

: năng lượng của tia lửa.

WC

: năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung.

WL

: năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm.

C2

: điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi (F).

Uđl

: hiệu điện thế đánh lửa.

L2

: độ tự cảm của mạch thứ cấp (H).

i2

: cường độ dòng điện mạch thứ cấp (A).

Tùy thuộc vào loại HTĐL mà năng lượng tia lửa có đủ cả hai thành phần điện cảm
(thời gian phóng điện dài) và điện dung (thời gian phóng điện ngắn) hoặc chỉ có một
thành phần.
4.1.3. Lý thuyết đánh lửa trong ô tô
Trong động cơ xăng 4 kỳ, hịa khí, sau khi được đưa vào trong xylanh và được trộn
đều nhờ sự xốy lốc của dịng khí, sẽ được piston nén lại. Ở một thời điểm thích hợp
cuối kỳ nén, HTĐL sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế đốt cháy hịa khí và sinh cơng
cho động cơ. Để tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, quá trình đánh lửa
được chia làm ba giai đoạn: q trình tăng trưởng của dịng sơ cấp hay còn gọi là quá


trình tích lũy năng lượng, q trình ngắt dịng sơ cấp và quá trình xuất hiện tia lửa điện
ở điện cực bugi.
4.1.3.1. Q trình tăng trưởng dịng sơ cấp
IG/
SW
Accu

Rf

Đến bộ
chiađđiện

L1

L2

R1

Biến áp
đánh lửa

Cảm biến
T

IC đánh lửa

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý HTĐL

Trong sơ đồ của HTĐL trên:
Rf
: điện trở phụ.
R1
: điện trở của cuộn sơ cấp.
L1, L2 : độ tự cảm của cuộn sơ cấp và thứ cấp của biến áp đánh lửa.
T
: transistor cơng suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít lửa.

Hình 4.4: Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của HTĐL

Khi transistor công suất T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dịng điện i1 từ (+) accu đến
Rf  L1  T  mass. Dòng điện i1 tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn
sơ cấp L1 chống lại sự tăng của cường độ dòng điện. Ở giai đoạn này, mạch thứ cấp của
HTĐL gần như không ảnh hưởng đến q trình tăng dịng ở mạch sơ cấp. Hiệu điện thế
và cường độ dòng điện xuất hiện ở mạch thứ cấp khơng đáng kể nên ta có thể coi như
mạch thứ cấp hở. Vì vậy, ở giai đoạn này ta có sơ đồ tương đương được trình bày trên
hình 4.4. Trên sơ đồ, giá trị điện trở trong của accu được bỏ qua, trong đó:
R = R1 + Rf
U = Ua -  UT

Ua

: hiệu điện thế của accu.

 UT

: độ sụt áp trên transistor công suất ở trạng thái dẫn bão hòa hoặc độ

sụt áp trên vít lửa.


Từ sơ đồ hình 4.4, ta có thể thiết lập được phương trình vi phân sau:
i1 R  L1

di1
U
dt

(4.1)

Giải phương trình vi phân (4.1) ta được:
U
i 1 (t ) 
R

R 


t
1  e L1 






Gọi 1 = L1/R là hằng số điện từ của mạch.
i1(t) = (U/R) (1 – e  t / 1 )

(4.2)

Lấy đạo hàm (4.2) theo thời gian t, ta được tốc độ tăng trưởng của dòng sơ cấp (hình
4.5). Như vậy, tốc độ tăng dịng sơ cấp phụ thuộc chủ yếu vào độ tự cảm L 1.
di1 U t / 1
 e
dt L1

di1
dt

t 0



U
 tg
L1

di1
dt

t 

0

Với biến áp đánh lửa xe đời cũ với độ tự cảm lớn (đường 1), tốc độ tăng dòng sơ cấp
chậm hơn so với biến áp đánh lửa xe đời mới với độ tự cảm nhỏ (đường 2). Chính vì
vậy, lửa sẽ yếu khi tốc độ càng cao. Trên các xe đời mới, hiện tượng này được khắc
phục nhờ sử dụng biến áp đánh lửa có L1 nhỏ.

Hình 4.5: Q trình tăng trưởng dòng sơ cấp i1

Đồ thị cho thấy độ tự cảm L1 của cuộc sơ cấp càng lớn thì tốc độ tăng trưởng dòng sơ
cấp i1 càng giảm.
Gọi tđ là thời gian transistor cơng suất dẫn thì cường độ dòng điện sơ cấp I ng tại thời
điểm đánh lửa khi transistor công suất ngắt là:
I ng 

U
(1  e t đ / 1 )
R

(4.3)

Trong đó:
tđ = đ.T = đ.120/ (n.Z).

(4.4)

T

: chu kỳ đánh lửa (s).

n

: số vòng quay trục khuỷu động cơ (min-1).

Z

: số xylanh của động cơ.


đ

: Thời gian tích lũy năng lượng tương đối.

Trên các xe đời cũ, tỷ lệ thời gian tích lũy năng lượng đ = 2/3, còn ở các xe đời mới
nhờ cơ cấu hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng (góc ngậm) nên đ < 2/3.
 I ng

đ
U

(1  e
R

120 1
.
nZ 1

).

(4.5)

Từ biểu thức (4.5), ta thấy Ing phụ thuộc vào tổng trở của mạch sơ cấp (R), độ tự
cảm của cuộn sơ cấp (L1), số vòng quay trục khuỷu động cơ (n), và số xylanh (Z). Nếu
R, L1, Z khơng đổi thì khi tăng số vịng quay trục khuỷu động cơ (n), cường độ dòng
điện Ing sẽ giảm.
Tại thời điểm đánh lửa, năng lượng đã được tích lũy trong cuộn dây sơ cấp dưới dạng
từ trường:
I 2ng .L

Wñt 

2

Wñt 



L1 U 2
x
(1  e t ñ /  1 ) 2
2 R 2

L 1 .U 2
2R 2



L1 U 2

x 2 (1  2e a  e 2a )
2 R

(4.6)

Trong đó:
Wđt: Năng lượng tích lũy trong cuộn sơ cấp.
a

tđ

1



R
tđ
L1

Hàm Wđt = f(a) (4.6) đạt được giá trị cực đại, tức nhận được năng lượng từ hệ thống
cấp điện nhiều nhất khi:
a

R
L1

t ñ  1,256

(4.7)

Đối với HTĐL thường và HTĐL bán dẫn loại khơng có mạch hiệu chỉnh thời gian
tích lũy năng lượng tđ, điều kiện (4.7) không thể thực hiện được vì tđ là giá trị thay đổi
phụ thuộc vào tốc độ n của động cơ (4.4). Sau khi đạt được giá trị U/R  , dòng điện qua
cuộn sơ cấp sẽ gây tiêu phí năng lượng vơ ích, tỏa nhiệt trên cuộn sơ cấp và điện trở
phụ. Trên các xe đời mới, nhược điểm trên được loại trừ nhờ mạch hiệu chỉnh thời gian
tích lũy năng lượng tđ (Dwell Control).
Lượng nhiệt tỏa ra trên cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa Wn được xác định bởi công
thức sau:
td

Wn   i12 .R1 .dt
0


Wn 

tñ

U2

0



 R 2 R1 (1  2e

 t / 1

 e 2 t / 1 )dt



U2
Wn  2 R1 t  21 (1  e 2t / 1 )  (1 / 2)(1  e 2 / t1 )
R
Wn 



0

tñ

U2
R1 (t ñ  21e t / 1  (1 / 2)e 2 t / 1
R 2

(4.8)

Công suất tỏa nhiệt Pn trên cuộn dây sơ cấp của biến áp đánh lửa:
t

1 ñ
Pn   i12 R1dt
T 0

Pn 




U 2  tñ

R1   2 1 (1  e tñ / 1 )  1 (1  e 2tñ / 1 )
2
R  T
T
2T


(4.9)

Khi cơng tắc máy ở vị trí ON mà động cơ không hoạt động, công suất tỏa nhiệt trên
biến áp đánh lửa là lớn nhất:
Pn max 

U2
R1
R2

Thực tế khi thiết kế, Pnmax phải nhỏ hơn 30 W để tránh tình trạng nóng biến áp đánh
lửa. Vì nếu Pnmax  30W, nhiệt lượng sinh ra trên cuộn sơ cấp lớn hơn nhiệt lượng tiêu
tán.
Trong thời gian tích lũy năng lượng, trên cuộn thứ cấp cũng xuất hiện một sức điện
động tương đối nhỏ, chỉ xấp xỉ 1.000 V.
e2  K bb L1

di1
dt

Trong đó:

e2

: sức điện động trên cuộn thứ cấp.

Kbb

: hệ số biến áp của biến áp đánh lửa.

Sức điện động này bằng 0 khi dòng điện sơ cấp đạt giá trị U/R .
4.1.3.2. Q trình ngắt dịng sơ cấp
Khi transistor cơng suất ngắt, dịng điện sơ cấp và từ thơng do nó sinh ra giảm đột
ngột. Trên cuộn thứ cấp của biến áp đánh lửa sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng
từ 15 kV  40 kV. Giá trị của hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào rất nhiều thông số của
mạch sơ cấp và thứ cấp. Để tính tốn hiệu điện thế thứ cấp cực đại, ta sử dụng sơ đồ
tương đương được trình bày trên hình 4.6.
Trong sơ đồ này:
Rm

: điện trở mất mát.


Rr

: điện trở rị qua điện cực bugi.
R
S

I1

C1

R2
L1

L2

L2

Rr
Rm

C2

Bugi

Hình 4.6: Sơ đồ tương đương của HTĐL

Bỏ qua hiệu điện thế accu vì hiệu điện thế accu rất nhỏ so với hiệu điện thế xuất hiện
trên cuộn sơ cấp lúc transistor công suất ngắt. Ta xét trường hợp khơng tải, có nghĩa là
dây cao áp được tách ra khỏi bugi. Tại thời điểm transistor cơng suất ngắt, năng lượng
từ trường tích lũy trong cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa được chuyển thành năng lượng
điện trường chứa trên tụ điện C1 và C2 và một phần mất mát. Để xác định hiệu điện thế
thứ cấp cực đại U2m ta lập phương trình cân bằng năng lượng lúc transistor cơng suất
ngắt:
I 2ng .L 1
2



C 1 .U 12m C 2 .U 22 m


A
2
2

Trong đó:
C1: điện dung của tụ điện mắc song song với vít lửa hoặc transistor cơng suất.
C2: điện dung ký sinh trên mạch thứ cấp.
U1m, U2m: hiệu điện thế trên mạch sơ cấp và thứ cấp lúc transistor công suất
ngắt.
A:

năng lượng mất mát do dịng rị, dịng fucơ trong lõi thép của biến áp đánh

lửa
U2m = Kbb . U1m
Kbb = W2/W1: hệ số biến áp của biến áp đánh lửa.
W1 , W 2 :

số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

 I 2ng .L 1  C 1 

U 22 m
K 2bb

 C 2 .U 22 m

 C


U 22 m   21  C 2   I 2ng .L 1
K

 bb


U 2m  K bb I ng
U 2 m  K bb

L1
C 1  K 2bb .C 2
L 1 .I 2ng

C 1  K 2bb .C 2

.

.


U 2 m  K bb

2Wdt

C 1  K 2bb .C 2

.

(4.10)

: Hệ số tính đến sự mất mát trong mạch dao động,  = 0,7  0,8.

Hình 4.7: Qui luật biến đổi của dòng điện sơ cấp i1 và hiệu điện thế thứ cấp U2m

Qui luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1 và hiệu điện thế thứ cấp u2m được biểu diễn trên
hình 4.7. Khi transistor cơng suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một sức điện động khoảng
100 – 300V.
4.1.3. Q trình phóng điện ở điện cực bugi
Khi điện áp thứ cấp U2 đạt đến giá trị Uđl, tia lửa điện cao thế sẽ xuất hiện giữa hai
điện cực của bugi. Bằng thí nghiệm người ta chứng minh được rằng tia lửa xuất hiện ở
điện cực bugi gồm hai thành phần là thành phần điện dung và thành phần điện cảm.
Thành phần điện dung của tia lửa do năng lượng tích lũy trên mạch thứ cấp được qui
ước bởi điện dung ký sinh C2. Tia lửa điện dung được đặc trưng bởi sự sụt áp và tăng
dịng đột ngột. Dịng có thể đạt vài chục Ampe (hình 4.8).
Mặc dù năng lượng khơng lớn lắm (C2.U2dl)/2 nhưng công suất phát ra bởi thành
phần điện dung của tia lửa nhờ thời gian rất ngắn (1s) nên có thể đạt hàng chục, có khi
tới hàng trăm kW. Tia lửa điện dung có màu xanh sáng kèm theo tiếng nổ lách tách đặc
trưng.
Dao động với tần số cao (106  107Hz) và dòng lớn, tia lửa điện dung gây nhiễu vơ
tuyến và mài mịn điện cực bugi. Để giải quyết vấn đề vừa nêu, trên mạch thứ cấp (như
nắp delco, mỏ quẹt, dây cao áp) thường được mắc thêm các điện trở. Trong các ô tô đời
mới, người ta dùng dây cao áp có lõi bằng than để tăng điện trở.


U2m (KV)
20

U2m

Uñl

12
1

Iñc
l2, A
300
Iñl
t
a

t
b

a. Thời gian tia lửa điện dung.
b. Thời gian tia lửa điện cảm.
Hình 4.8: Qui luật biến đổi hiệu điện thế thứ cấp U2m và cường độ
dòng điện thứ cấp i2 khi transistor công suất ngắt

Do tia lửa xuất hiện trước khi hiệu điện thế thứ cấp đạt giá trị U2m nên năng lượng
của tia lửa điện dung chỉ là một phần nhỏ của năng lượng phóng qua bugi. Phần năng
lượng cịn lại sẽ hình thành tia lửa điện cảm. Dòng qua bugi lúc này chỉ vào khoảng 20
 40 mA. Hiệu điện thế giữa hai cực bugi giảm nhanh đến giá trị 400  500 V. Thời gian
kéo dài của tia lửa điện cảm gấp 100 đến 1.000 lần thời gian tia lửa điện dung và thời
gian này phụ thuộc vào loại biến áp đánh lửa, he hở bugi và chế độ làm việc của động
cơ. Thường thì thời gian tia lửa điện cảm vào khoảng 1 đến 1,5 ms. Tia lửa điện cảm có
màu vàng tím, cịn được gọi là đi lửa.
Trong thời gian xuất hiện tia lửa điện, năng lượng tia lửa Wp được tính bởi cơng thức:
tp

Wp   U đl i 2 (t )dt
0

t p:

thời gian xuất hiện tia lửa điện trên điện cực bugi.

Trên thực tế, ta có thể sử dụng cơng thức gần đúng:
Wp  0,5 . IPtb. UPtb. tPtb
Trong đó: IPtb, UPtb và tPtb lần lượt là cường độ dòng điện trung bình, hiệu điện thế
trung bình và thời gian xuất hiện tia lửa trung bình giữa hai điện cực của bugi.
Kết quả tính tốn và thực nghiệm cho thấy rằng, ở tốc độ thấp của động cơ, W p có
giá trị khoảng 20  50 mJ.
4.2. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA THƯỜNG


4.2.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Cấu trúc của HTĐL của động cơ 4 xi lanh, thứ tự đánh lửa 1,3,4,2, được thể hiện
trên hình 4.9a, sơ đồ của HTĐL dùng cho với thứ tự đánh lửa 1,2,4,3 - trên hình 4.9b.
HTCCĐ

Mạch
4 cao áp
3

HTĐL
2
10

10

11

12

W2

4,7

11

9
Mạch
thấp áp

M

W1

5

8

a) Cấu trúc các bộ phận của hệ thống
HTĐL - HTĐL
HTCCĐ - Hệ thống cung cấp điện
I,II,III,IV- Thứ tự các xi lanh
W1,W2 - Cuộn sơ cấp thứ cấp BAĐL

6
13

I

1

II III IV
M

7 6

M

M

III IV II

I

b) Sơ đồ của HTĐL

1

M- Cực âm
chung
1. Bu gi (nến)
2. Dây cao áp
3. Con quay
4. Nắp chia
điện

3

5. Cam
6. Tiếp điểm
(cặp má vít)
7. Thân chia
điện
8. Tụ điện
9. BAĐL

10. Khóa điện
11. Ắc quy
12. Máy phát
điện
13. Bộ điều chỉnh
góc đánh lửa sớm

Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý của HTĐL thường

a. Cấu tạo
Bộ điều khiển đánh lửa (ĐKĐL) gồm cam 5, tiếp điểm 6 và tụ điện 8. Cam có số
đỉnh lồi đúng bằng số lượng nến đánh lửa, được dẫn động từ trục cam (với tỷ số truyền
bằng 1) hay từ trục khủy động cơ (với tỷ số truyền bằng 1/2) trên động cơ 4 kỳ. Cam
quay thực hiện đóng mở mạch điện thấp áp (sơ cấp) tạo dòng điện 1 chiều thành dạng
nhấp nháy. Khi cam quay đến đỉnh lồi, đỉnh cam tách tiếp điểm, khi cam quay tới điểm
bằng, nối tiếp điểm. Bộ điều khiển đánh lửa được bố trí trong vỏ chung của bộ chia điện.
Biến áp đánh lửa 9 (BADL) gồm hai cuộn dây: sơ cấp W1, cuộn thứ cấp W2 cùng
đặt trên một khung từ. Một đầu cuộn dây sơ cấp nối với tiếp điểm 6, đầu kia nối đến cực
dương của ắc quy 11 thơng qua khóa điện 10, và tạo thành mạch sơ cấp (thấp áp).
Mạch điện cao áp gồm: bugi 1, các dây cao áp 2, bộ chia điện cao áp nằm trong nắp

4 và con quay chia điện 3. Con quay chia điện 3 được lắp và cùng quay trên trục của
cam 5. Các bugi 1 được lắp ở phần buồng đốt của xi lanh động cơ, một cực tiếp mát
(điểm nối chung cực âm của ắc quy), một cực nối với điểm chia điện của con quay 3.
Bugi có nhiệm vụ phát tia lửa điện khi có dịng điện cao áp đi tới. Một sợi dây cao áp
nối từ con quay 3 đến đầu cuộn dây thứ cấp W2 của biến áp đánh lửa 11. Đầu kia của
cuộn dây W2 được nối chung với đầu cuộn dây W1 và được nối với mát của hệ thống.
b. Nguyên lý làm việc


Khi bật khóa điện sang vị trí đóng mạch với cực dương ắc quy (ON), dòng điện từ
cực dương của ắc quy 11 chạy trong mạch sơ cấp qua khóa điện 10, cuộn sơ cấp W1 của
biến áp đánh lửa 9, đến cặp tiếp điểm 6 (cam 6 ở vị trí thấp), về cực mát. Dịng điện này
đi qua cuộn sơ cấp W1 của biến áp đánh lửa, tích lũy năng lượng ở dạng từ trường trên
cuộn sơ cấp đó nên được gọi là dòng điện sơ cấp. Khi động cơ quay, cam 5 và con quay
chia điện 3 quay theo. Nếu pit tông của xi lanh I của động cơ đi lên đến cuối quá trình
nén, cam 5 quay đến vị trí đỉnh lồi, tiếp điểm 6 tách ra, mạch sơ cấp bị ngắt đột ngột và
dòng sơ cấp giảm về 0. Đồng thời, con quay chia điện 3 (được bố trí sẵn) quay đến vị
trí nối thơng mạch điện với nến đánh lửa của xi lanh số I. Dòng điện sơ cấp giảm nhanh
về 0 tạo nên từ thông biến thiên trong khung từ, sức điện động cảm ứng trên cuộn dây
W2 nhanh chóng đạt giá trị lớn (khoảng 10 kV đến 40 kV). Sức điện động cảm ứng này
được gọi là sức điện động cao áp hay điện áp đánh lửa. Điện áp cao này truyền qua dây
cao áp đến nắp bộ chia điện, tới bugi của xi lanh I làm phát sinh tia lửa điện giữa các
điện cực nằm trong buồng đốt, hỗn hợp bắt cháy.
Khi cặp tiếp điểm 6 mở, dòng điện sơ cấp biến thiên nhanh về 0, trong cuộn W1
cũng xuất hiện sức điện động tự cảm khá lớn. Sức điện động này có thể gây ra tia lửa
điện phóng qua cặp má vít đang mở, gây cháy rỗ cặp má vít. Tụ điện 8 được nối song
song với cặp má vít 6 sẽ tích một phần lớn điện năng (khi có sức điện động tự cảm), hạn
chế tia lửa điện phóng qua cặp má vít. Tuy nhiên để nâng cao tuổi thọ làm việc, cặp má
vít 6 được làm bằng bạch kim có khả năng chống ăn mịn cao dưới tác dụng của tia lửa.
HTĐL thường này còn được gọi là “HTĐL tiếp điểm”.

Điện áp đánh lửa phụ thuộc chính vào giá trị dòng điện sơ cấp tại thời điểm bắt đầu
bị triệt tiêu. Khi cặp tiếp điểm 6 đóng, dịng điện sơ cấp không đạt ngay giá trị cực đại
mà tăng dần theo thời gian. Khoảng thời gian cặp tiếp điểm đóng ảnh hưởng đến giá trị
dịng điện sơ cấp trước khi nó bị triệt tiêu, tức là ảnh hưởng đến điện áp đánh lửa. Khi
tốc độ động cơ tăng cao, khoảng thời gian cặp tiếp điểm đóng bị giảm, cường độ dòng
điện sơ cấp giảm, điện áp đánh lửa giảm, chất lượng tia lửa tại nến đánh lửa kém. Để
tránh hiện tượng đó, trên mạch sơ cấp mắc nối tiếp thêm một điện trở phụ. Điện trở phụ
này có hệ số nhiệt điện trở lớn (điện trở nhiệt). Khi tốc độ động cơ tăng, cường độ trung
bình của dịng điện sơ cấp giảm, nhiệt lượng do dòng điện sơ cấp sinh ra tại điện trở phụ
nhỏ, nhiệt độ giảm dẫn tới giá trị điện trở của nó giảm đi. Tổng trở của tồn mạch sơ
cấp nhỏ nên cường độ dịng điện sơ cấp và điện áp đánh lửa không bị giảm nhiều.
Khi khởi động động cơ bằng máy khởi động điện, máy khởi động tiêu thụ dòng điện
rất lớn, gây sụt áp trên toàn bộ HTĐL, chất lượng đánh lửa kém. Để hạn chế hậu quả
đó, trong rơ-le khởi động có bố trí một mạch nối tắt điện trở phụ khi khởi động. Khi
khóa điện 10 bật sang vị trí khởi động, dịng điện đi qua rơ-le khởi động, đóng mạch


khởi động, đồng thời đóng mạch nối tắt điện trở phụ. Tổng trở của mạch sơ cấp giảm,
đảm bảo dòng sơ cấp lớn và chất lượng đánh lửa tốt.
Thời điểm đánh lửa có ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của động cơ. Thời điểm đánh
lửa của động cơ được xác định bởi góc đánh lửa sớm. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ
thuộc vào tốc độ động cơ, tải động cơ, nhiệt độ động cơ, theo chất lượng (trị số Ốc-tan)
của xăng …. Các HTĐL đều thực hiện điều chỉnh góc đánh lửa sớm. HTĐL bố trí cơ
cấu cơ khí tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo 2 cách: cơ cấu quả văng ly tâm
điều chỉnh theo tốc độ động cơ, cơ cấu điều chỉnh bằng chân khơng điều chỉnh theo tải
động cơ. Ngồi ra HTĐL tiếp điểm này cịn có cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo
chất lượng xăng sử dụng (điều chỉnh khi lắp ráp, sửa chữa). Cơ cấu điều chỉnh này được
bố trí bên cạnh bộ chia điện nhằm thay đổi vị trí tương đối của mâm đỡ tiếp điểm và
trục cam của bộ ĐKĐL.
Động cơ xăng được tắt máy bằng cách ngắt điện của HTĐL nhờ khóa điện 10. Khóa

điện đồng thời đảm nhiệm các chức năng điều khiển cấp điện cho hệ thống khởi động,
HTĐL, và cho một số thiết bị tiêu thụ điện trên ơ tơ.
Sự có mặt của cặp má vít (tiếp điểm) trong hệ thống thực hiện tốt chức năng đánh
lửa, nhưng lại dễ bị cháy rỗ, giảm độ tin cậy của HTĐL, do vậy ngày nay ít được dùng
trên động cơ ô tô.
4.2.2. Các bộ phận chính trong hệ thống
4.2.2.1. Bugi
Bugi (nến đánh lửa) là bộ phận tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu
trong buồng đốt xi lanh.
Cấu tạo chung của bugi được trình bày trên hình 4.10. Bên ngồi ống sứ cách điện
3 là thân bằng kim loại. Phần dưới 7 của thân nến có ren để bắt vào nắp máy. Phần giữa
bugi bố trí điện trở 5 với giá trị điện trở nhỏ chỉ cho phép điện áp lớn đi qua, nhằm tăng
khả năng phóng điện của bugi. Phần ren kim loại được hàn với cực âm của bugi và bắt
với mát của hệ thống điện nhằm tạo nên cực âm 10. Phần trung tâm của bugi bố trí thanh
kim loại nối với dịng điện cao áp, đóng vai trò cực dương của bugi 8. Khe hở giữa các
điện cực có vai trị quan trọng trong việc tạo tia lửa điện, giá trị khe hở nằm trong khoảng
(0,5  1,1) mm.
Một số dạng cấu trúc cuả cực bugi trình bày trên hình 4.10d.
Khe hở giữa các điện cực của bugi lớn, cần có điện áp đánh lửa cao, dễ dàng đốt
cháy nhiên liệu, nhất là khi hỗn hợp nghèo. Ngược lại, khe hở điện cực nhỏ không cần
điện áp đánh lửa lớn, nhưng tia lửa điện ngắn, khó đốt cháy hỗn hợp và dễ bị muội than
lấp kín làm giảm khả năng đánh lửa.


Hình 4.10: Bugi
S, N, L: Chiều dài sứ truyền
nhiệt của bugi
1. Mũ nối dây
2. Thân
3. Sứ cách điện

4. Đai ốc
5. Điện trở
6. Đệm làm kín
7. Ren bắt
8. Cực (+) bugi
9. Sứ truyền nhiệt
10. Cực (-) bugi

Phần điện cực của bugi nằm trong buồng đốt tiếp xúc với khí cháy có nhiệt độ rất
cao và dễ bị bám muội. Trong quá trình động cơ làm việc, muội than bám dần lên khu
vực điện cực, và có thể lấp kín khe hở giữa hai điện cực, gây rò điện cao áp từ điện cực
trung tâm đến cực mát. Hiện tượng này làm giảm độ mạnh của tia lửa điện, gây khó
khăn cho quá trình bắt cháy của nhiên liệu.
Nếu nhiệt độ phần điện cực cao, muội than bị đốt cháy và điện cực được tự làm
sạch. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao, hỗn hợp nhiên liệu có thể tự bắt cháy trước khi bugi
phóng tia lửa điện và gây hiện tượng kích nổ. Nhiệt độ thích hợp nhất của phần điện cực
vào khoảng 500oC đến 600oC.
Nhiệt độ phần đuôi nến phụ thuộc vào cấu tạo của bugi, điều kiện làm việc của động
cơ. Tùy theo nhiệt độ của phần điện cực trong quá trình làm việc, nến được phân biệt
thành loại “bugi nóng” (b) và loại “bugi lạnh” (c). Bugi nóng có phần sứ truyền nhiệt
nằm sâu trong bugi, do vậy điện cực có nhiệt độ cao. Bugi lạnh có phần sứ truyền nhiệt
đi nằm sát gần buồng đốt, khả năng thốt nhiệt tốt hơn. Loại bugi lạnh thích hợp cho
các động cơ cao tốc, loại bugi nóng thích hợp với các động cơ tốc độ thấp.
Trong q trình phóng tia lửa điện giữa hai điện cực, các điện cực bị mòn nhanh
chóng, làm thay đổi hình dáng các điện cực và tăng khoảng cách giữa chúng. Khi khoảng
cách giữa các điện cực quá lớn cần phải điều chỉnh lại cho phù hợp. Tuổi thọ của bugi
phụ thuộc vào số lần đánh lửa và tương đương vào khoảng 1 vạn km đến 6 vạn km hành
trình xe hoạt động. Để tăng tuổi thọ, điện cực được phủ lớp platin mỏng lên bề mặt. Loại
nến này có khả năng chống mịn ở nhiệt độ cao và không cần phải điều chỉnh khe hở
giữa các điện cực và làm sạch điện cực bằng cách rửa sạch bằng dung môi chuyên dụng.

*) Cách đọc thông số trên bugi
Do ký hiệu trên các loại bugi khác nhau, trong khuôn khổ quyển sách này, chỉ giới
thiệu cách đọc dòng chữ ghi trên bugi NGK (Nhật) là loại phổ biến nhất ở nước ta.
B
-

P

R

6

E

S

-

11

Chữ đầu tiên cho ta biết đường kính ren và lục giác:

-

Chữ

Đường kính ren

Lục giác

A

18mm

25.4mm

B

14mm

20.8mm

C

10mm

16.0mm

D

12mm

18mm

Chữ thứ hai chỉ đặc điểm cấu tạo chủ yếu liên quan đến hình dạng của điện cực

trung tâm.
Chữ thứ ba có thể có hoặc khơng: Nếu có chữ R, bên trong bugi có đặt điện trở

chống nhiễu.
-

Chữ thứ tư rất quan trọng vì cho ta biết chỉ số nhiệt của bugi. Đối với bugi NGK,

chỉ số này thay đổi từ 2 (nóng nhất) đến 12 (lạnh nhất). Xe đua thường sử dụng bugi có
chỉ số nhiệt từ 9 trở lên.
-

Chữ thứ năm là ký hiệu của chiều dài phần ren:
Ký hiệu

Chiều dài phần ren

Khơng có chữ

12.0mm đối với đường kính ren 18mm
9.5mm đối với đường kính ren 14mm

L

11.2mm

H

12.7mm

E

19.0mm

F (loại ren côn)

A-F : 10.9mm
B-F: 11.2mm
BM-F: 7.8mm
BE-F: 17.5mm

-

Chữ thứ sáu chỉ đặc điểm chế tạo: S - loại thường; A hoặc C - loại đặc biệt; G, GP hoặc
GV - dùng cho xe đua có điện cực làm bằng kim loại hiếm; P- có điện cực Platin.

-

Chữ thứ bảy ký hiệu khe hở bugi:
Số

Khe hở

Số

Khe hở

9

0.9mm

13

1.3mm

11

1.1mm

15

1.5mm


4.2.2.2. Biến áp đánh lửa
Biến áp đánh lửa là bộ phận phát ra xung điện cao áp trong HTĐL. Đây là một loại
máy biến thế tự ngẫu, có kích thước rất nhỏ gọn nhưng có thể biến những xung điện áp
thấp thành xung điện áp rất cao.
Hình 4.11: Cấu tạo (a) và sơ đồ nguyên
lý (b) của biến áp đánh lửa
1. Cực cao áp
7. Tấm cách điện
2. Nắp cách điện
8. Cuộn thứ cấp
3. Cực âm
9. Cuộn sơ cấp
4. Dây lõi
10. Dầu làm mát
5. Điện trở phụ
11. Ống thép từ
6. Vỏ
12. Sứ cách điện
13. Cực dương

13

1

2

1

13

3
4
5
6
7

a)

8
9
10
11
12

b)

Cấu tạo của biến áp đánh lửa được thể hiện trên hình 4.11a, sơ đồ nguyên lý hoạt
động - trên hình 4.11b. Các cuộn dây thứ cấp 8 và cuộn dây sơ cấp 9 được cuốn xung
quanh lõi sắt từ 11. Cuộn sơ cấp thường có từ 150 đến 300 vịng, được quấn bằng dây

đồng có đường kính 0,5 đến 1 mm. Cuộn thứ cấp thường có 15.000 đến 30.000 vịng
với đường kính dây khoảng 0,05 đến 0,1 mm. Nhờ vậy, sức điện động trên cuộn thứ cấp
có điện thế cao. Cuộn dây sơ cấp phát nhiệt nhiều, bố trí ở ngồi vỏ tạo khả năng thoát
nhiệt tốt. Hai cuộn dây được nối chung một đầu, là cực dương 13 của biến áp. Đầu cuộn
thứ cấp (cực cao áp 1) được nối tới bộ chia điện. Đầu cuộn sơ cấp (cực âm 3) được nối
với mát qua bộ điều khiển đánh lửa
Ngoài ra trong biến áp cịn có các tấm cách điện 7 để tránh đoản mạch. Nắp 2 của
biến áp được làm từ vật liệu cách điện. Để tăng khả năng dẫn nhiệt, bên trong biến áp
được đổ đầy dầu biến thế.
Trong các HTĐL trực tiếp không sử dụng bộ chia điện, các biến áp đánh lửa nhỏ
gọn hơn, được bố trí ngay trên đầu nến đánh lửa chung với bộ điều khiển đánh lửa.
4.2.2.3. Bộ chia điện
Trên HTĐL tiếp điểm và bán dẫn, bộ chia điện cao áp thường được bố trí trong một
cụm gồm: bộ điều khiển đánh lửa, trục dẫn động, và các cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa
sớm. Cụm này được gọi tên chung là bộ chia điện.
Các bộ phận cơ bản của bộ điều khiển đánh lửa trên HTĐL tiếp điểm (hình 4.12)
gồm: cam 5, các má vít 27, tụ điện 15, bộ phận điều chỉnh khe hở cặp má vít, các dây
dẫn… được bố trí trên mâm tiếp điểm 7. Cam 5 được dẫn động nhờ trục 12 thơng qua
bộ điều chỉnh xoay góc đánh lửa sớm. Dịng sơ cấp được dẫn qua cực nối dây 14 tới má


vít động 27 của cặp tiếp điểm. Má vít cố định được bố trí trên một mâm đỡ 7 có thể điều
chỉnh được vị trí nhờ vít chỉnh 25 và nối mát với thân bộ chia điện 13. Bằng cách xoay
vít chỉnh 25 có thể dịch chuyển má vít tĩnh, hiệu chỉnh khe hở cực đại của tiếp điểm. Tụ
điện 15 (điện dung  0,170,35 μF) mắc song song với tiếp điểm.
Tốc độ thấp

b) Bộ điều chỉnh
bằng ly tâm

19
7

27

7
16

5

1
2
3
4
5

5

18

6

16
15

18

17

Với tải nhỏ

5
20

18
Tốc độ cao

19
20

14
7

Với tải lớn

8
21

c) Bộ điều chỉnh bằng
chân không

12
23
22

13

24
23

24

25

9
10
11
12

a) Cấu tạo bộ chia điện

15
14

26
7

Hình 4.12: Cấu tạo bộ chia điện trong HTĐL tiếp điểm
1. Tiếp điểm than
2. Nắp chia điện
3. Lá đồng
4. Con quay
5. Cam

6. Khóa giữ nắp
7. Mâm tiếp
điểm
8. Cơ cấu chỉnh
9. Thang chia độ
10. Giá đỡ

11. Vít hãm

12. Trục quay
13. Thân
14. Đầu nối
dây
15. Tụ điện
16. Bộ điều
chỉnh

17. Đầu trục
18. Đòn dẫn quay
19. Quả văng
20. Chốt quay
21, 22. Lị xo

23. Màng
24. Thanh kéo
25. Vít chỉnh
26. Vít định vị
27. Má động tiếp
điểm

Bộ phận chia điện cao áp được bố trí ở phần nắp bộ chia điện 2. Con quay 4, đặt
trên đầu trục 17, có lá đồng 3 dẫn dòng điện cao áp đến các tiếp điểm của nắp bộ chia
điện. Các tiếp điểm băng đồng được bố trí trong nắp 2 bộ chia điện. Nắp bộ chia điện
được làm từ vật liệu cách điện tốt. Phía trên nắp là các lỗ để cắm các đầu dây cao áp. Lỗ
giữa nối với dây cao áp từ biến áp đánh lửa đến, các lỗ xung quanh nối với các đầu dây
cao áp dẫn tới các bugi đánh lửa. Xung điện cao áp từ biến áp đánh lửa được đưa tới cực


trung tâm trên nắp bộ chia điện và từ đó qua tiếp điểm bằng than 1 đến lá đồng của con

quay 4. Khi động cơ hoạt động, lá đồng trên con quay 4 quay và lần lượt tiếp xúc với
các tiếp điểm của bộ chia điện, cấp điện cao áp đến từng bugi theo thứ tự làm việc của
các xi lanh.
Bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng ly tâm (hình 4.12b) có nhiệm vụ tự động điều
chỉnh góc đánh lửa sớm theo tốc độ làm việc của động cơ. Cấu tạo gồm: hai quả văng
19 liên kết bằng khớp bản lề với mâm 7. Các quả văng này được các lị xo 21 ln kéo
về tâm trục. Trên mỗi quả văng có chốt 20, các chốt này nằm lọt trong rãnh xiên của
đòn dẫn quay 18 dẫn quay trục cam 5. Khi tốc độ động cơ tăng, trục 12 quay nhanh và
các quả văng bị văng ra phía ngồi do lực ly tâm lớn. Khi đó, các chốt 20 trượt trong
các rãnh xiên đòn dẫn quay 18 và xoay cam 5 đi một góc theo chiều quay của trục cam.
Cam 5 xoay đi một góc đưa tiếp điểm động mở sớm hơn, thực hiện dịch chuyển thời
điểm đánh lửa sớm. Ngược lại, khi tốc độ động cơ nhỏ, trục 12 quay chậm, lực ly tâm
trên các quả văng nhỏ, các lò xo 21 kéo quả văng 19 vào tâm. Đòn 18 và cam 5 xoay
ngược chiều quay của cam thực hiện giảm góc đánh lửa sớm. Kết cấu điều chỉnh góc
đánh lửa sớm được gọi là bộ điều chỉnh bằng ly tâm.
Bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng chân khơng có nhiệm vụ điều chỉnh góc đánh
lửa sớm theo chế độ tải trọng đặt lên động cơ. Nguyên lý làm việc của nó dựa trên độ
chênh áp suất (độ chân không) sau bướm ga để tạo lực làm xoay mâm tiếp điểm đi một
góc đối với cam điều khiển đánh lửa. Cấu tạo của bộ điều chỉnh này trình bày trên hình
4.12a, các trạng thái làm việc thể hiện trên hình 4.12c. Bầu chân khơng bằng thép, trong
đó có màng 23 tạo thành hai buồng. Buồng phía bên trái nối với họng hút của động cơ
(dưới bộ CHK) bằng ống dẫn 16, buồng bên phải thơng với khí trời. Lị xo 22 có xu
hướng đẩy màng về phía bên phải. Thanh kéo 24 một đầu được nối với màng 23 và đầu
kia nối với mâm tiếp điểm 7. Mâm tiếp điểm được đặt trên mâm cố định (gắn với vỏ bộ
chia điện) thơng qua ổ bi và có thể được quay tương đối với mâm cố định và trục cam
5.
Khi động cơ làm việc với tải nhỏ, độ chân không ở họng hút động cơ và ở buồng
bên trái màng 23 tăng lên, kéo màng 23 và thanh kéo 24 về phía bên trái. Mâm tiếp điểm
7 được kéo quay đi một góc theo chiều ngược chiều quay của cam 5. Các vấu cam sẽ
gặp cần tiếp điểm động sớm hơn và góc đánh lửa sớm tăng lên. Khi bướm ga mở lớn,

độ chân không tại họng hút động cơ giảm đi, màng 23 bị lò xo 22 đẩy về phía bên phải,
thanh kéo 24 đưa mâm tiếp điểm 7 quay đi một góc cùng chiều với chiều quay của trục
cam và góc đánh lửa sớm giảm đi.
Bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo trị số ốc-tan của xăng nằm ở phía dưới bộ chia
điện. Cấu tạo của nó gồm bảng chia độ 9 (hình 4.12a) được cố định với thân động cơ


bằng bu lông, giá đỡ bộ điều chỉnh 10 gắn với thân bộ chia điện bằng vít 11. Giá 10 có
rãnh bắt vít 11 dạng vịng cung, cho phép thân bộ chia điện có thể quay tương đối với
giá đỡ khi đặt lửa ban đầu. Vị trí tương đối của bộ điều chỉnh 10 (so với bảng chia độ 9)
được điều chỉnh bởi các ê-cu 8 trên thanh vít điều chỉnh. Khi xoay ê-cu 8 có thể thay
đổi vị trí của thân bộ chia điện đối với trục chia điện, thực hiện điều chỉnh góc đánh lửa
sớm phù hợp với trị số ốc tan của loại nhiên liệu sử dụng.
Trong các HTĐLĐT khơng có các bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm nêu trên. Góc
đánh lửa sớm được hệ thống tự xác định ứng với mỗi trạng thái làm việc của động cơ.
4.3. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA BÁN DẪN
Hiện nay, hầu hết các loại ô tô đều được trang bị hệ thống đánh lửa bán dẫn vì loại
này có ưu thế là tạo được tia lửa mạnh ở điện cực bugi, đáp ứng tốt ở các chế độ làm
việc của động cơ, tuổi thọ cao … Qua quá trình phát triển hệ thống đánh lửa điện tử
được chế tạo, cải tiến với nhiều loại khác nhau, song có thể chia thành hai loại chính
sau:
- Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp:
Trong hệ thống này, các linh kiện điện tử được tổ hợp thành một mạch được gọi là
igniter, bộ phận này có nhiệm vụ đóng ngắt mạch sơ cấp nhờ các tín hiệu đánh lửa từ
cảm biến. Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại này cịn có thể chia làm hai loại:
+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm: vít điều khiển có cấu tạo giống như trong hệ
thống đánh lửa thường nhưng chỉ làm nhiệm vụ điều khiển đóng mở transistor.
+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn khơng có tiếp điểm: transistor cơng suất được điều khiển
bằng một cảm biến đánh lửa.
- Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số:

Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số còn được gọi là hệ thống đánh lửa
theo chương trình. Dựa vào các tín hiệu như: tốc độ động cơ, vị trí cốt máy, vị trí bướm
ga, nhiệt độ động cơ… mà bộ điều khiển (ECU – Electronic Control Unit) sẽ điều khiển
để Igniter tạo ra tia lửa ở mạch thứ cấp vào đúng thời điểm đánh lửa. Trong hệ thống
đánh lửa loại này, góc đánh lửa sớm tối ưu và góc ngậm điện được lưu trong bộ nhớ của
ECU. Vì vậy, trong bộ chia điện khơng cịn cơ cấu đánh lửa sớm ly tâm và áp thấp nữa.
4.3.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm
4.3.1.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm cơ bản
a. Sơ đồ cấu tạo
Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển hiện nay rất ít được sản xuất. Tuy nhiên,
ở Việt Nam vẫn cịn nhiều loại xe cũ trước kia có trang bị hệ thống này. Hình 4.13 trình
bày một sơ đồ đơn giản của hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển. Cuộn sơ cấp
W1 của biến áp đánh lửa được mắc nối tiếp với transistor T, còn tiếp điểm K được nối


với cực gốc của transistor T. Do có transistor T nên điều kiện làm việc của tiếp điểm
được cải thiện rất rõ, bởi vì dịng qua tiếp điểm chỉ là dịng điều khiển cho transitor nên
thường khơng lớn hơn 1A.

Hình 4.13: Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển

b. Ngun lý làm việc
Khi cơng tắt máy IG/SW đóng thì cực E của transistor T được cấp điện thế dương.
Còn điện thế ở cực C của transistor có giá trị âm. Khi cam khơng đội, tiếp điểm K đóng,
sẽ xuất hiện dịng điện qua cực gốc của transistor theo mạch sau: (+) accu  IG/SW 
Rf  Wt  cực E  cực B  Rb  K  (-) accu. Rb là điện trở phân cực được tính
tốn sao cho dịng Ib vừa đủ để transistor dẫn bão hòa. Khi transistor dẫn dòng qua cuộn
sơ cấp đi theo mạch: (+) accu  IG/SW Rf  Wt  cực E  cực C  mass (âm
accu). Dòng sơ cấp của biến áp đánh lửa có thể được tính bằng tổng dịng điện Ib + Ic
của transistor T. Dịng điện này tạo nên một năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường

trên cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa và khi tiếp điểm K mở, dòng I b = 0, transistor T
khóa lại, dịng sơ cấp I1 qua W1 bị ngắt thì năng lượng này được chuyển hóa thành năng
lượng để đánh lửa, và một phần thành sức điện động tự cảm trong cuộn W 1 của biến áp
đánh lửa.
Sức điện động tự cảm trong cuộn W1 ở hệ thống đánh lửa thường có giá trị khoảng
200  400V. Do vậy, không thể dùng các biến áp đánh lửa của hệ thống đánh lửa thường
cho một số sơ đồ đánh lửa bán dẫn vì transistor sẽ khơng chịu nổi điện áp cao đặt vào
giữa các cực E – C của transistor khi nó ở trạng thái khóa. Trong các hệ thống đánh lửa
bán dẫn người ta thường sử dụng các biến áp đánh lửa có hệ số biến áp lớn và có độ tự
cảm L1 nhỏ hơn loại thường hoặc người ta có thể mắc thêm các mạch bảo vệ cho
transistor.
4.3.1.1. Một số hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm khác
Trên thực tế, sơ đồ của hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm phức tạp hơn. Để sử
dụng transistor công suất loại NPN, người ta có thể dùng hai transistor như trong sơ đồ


hình 4.14 của hãng Motorola, hoặc như sơ đồ hình 4.15 cho loại TK 102 với transistor
loại PNP.

Hình 4.14: Sơ đồ hệ thống đánh lửa của hãng Motorola

Sơ đồ hình 4.15 bao gồm một hộp điện trở CÝ107, igniter TK 102, biến áp đánh
lửa 114 và bộ chia điện.

Hình 4.15: Sơ đồ hệ thống đánh lửa TK 102

*) Nguyên lý làm việc
Bật công tắc máy IGIG/SW, điện được cung cấp đến igniter qua Rf1 và Rf2. Nếu vít
hở, transistor T ở trạng thái khóa, trong cuộn sơ cấp khơng có dịng điện. Khi vít K đóng
lại, xuất hiện ba dịng điện đi theo các nhánh sau:

-

Dòng I0: … (+)  w1  w3  w4  K  mass.
R2

-

Dòng Ib: … (+) w1  cực E  cực B  w4  K  mass.

-

Dòng Ic: … (+) w1  cực E  cực C  mass.
Dòng sơ cấp I1 có thể tính: I1 = I0 + Ib + Ic.


Sự tăng dòng qua W4 làm cảm ứng trên cuộn và W3 một sức điện động có chiều như
hình vẽ, có tác dụng hồi tiếp dương làm cho T3 chuyển nhanh sang trạng thái dẫn bão
hòa. Dòng qua W1 tăng, thực hiện q trình tích lũy năng lượng trên biến áp đánh lửa.
Trong hệ thống TK 102 cải tiến người ta bỏ cuộn W4 nhờ sử dụng điện áp tự cảm trên
cuộn W3 để đóng ngắt transistor T.
Đến thời điểm đánh lửa, vít K mở ra, dịng qua W4 của biến áp xung bị ngắt đột ngột
làm cảm ứng trên cuộn W3 một sức điện động có chiều trên hình vẽ làm phân cực ngược
mối nối BE của transistor T làm cho nó chuyển nhanh sang trạng thái khóa. Dịng qua
T bị ngắt đột ngột làm cảm ứng trên cuộn dây W2 một điện thế cao gởi đến bộ chia điện.
Đồng thời, lúc này trên W1 cũng xuất hiện một sức điện động tự cảm. Sức điện động tự
cảm mắc nối tiếp với sức điện động của accu sẽ đặt một điện áp vài trăm volt vào giữa
cực E và C lúc nó chớm đóng, có thể phóng thủng transistor. Sức điện động này được
dập tắt bởi mạch R1- C2. Trong trường hợp dây cao áp bị treo, sức điện động trên cuộn
sơ cấp vượt quá 80V, Zener D1 sẽ mở để khép kín sức điện động này nhằm bảo vệ
transistor T.

Tụ C1 có tác dụng bảo vệ mạch chống các xung điện áp cao lan truyền trên đường
dây.
So với hệ thống đánh lửa thường, hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm có nhiều
ưu điểm, đặc biệt là đảm bảo được tia lửa điện có năng lượng lớn ở tốc độ cao. Tuy
nhiên, do dịng qua vít q nhỏ khơng thể xảy ra q trình tự làm sạch nên phải thường
xun chùi vít bằng xăng. Sự mài mịn cơ học của vít cũng là một nhược điểm của loại
hệ thống đánh lửa này.
4.3.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm
4.3.2.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên
a. Cảm biến nam châm dứng yên

Hình 4.16: Cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên

Cảm biến bao gồm một rotor có số cánh phát xung tương ứng với số xylanh động
cơ (cũng có loại 1,2 hoặc 3 cánh phát xung), một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ
ghép với một thanh nam châm vĩnh cửu. Cuộn dây và lõi sắt được đặt cách các cánh
phát xung của rotor một khe nhỏ (0,2 - 0,4mm) và được cố định trên vỏ bộ chia điện.


Khi rotor quay, các cánh phát xung lần lượt tiến lại gần và lùi ra xa cuộn phát
xung.Khi cánh phát xung ở vị trí như hình 4.16, điện áp trên cuộn phát xung bằng 0.
Khi cánh phát xung tiến lại gần cực từ của lõi thép, khe hở giữa cánh phát xung và
lõi thép giảm dần và từ trường mạnh dần lên. Sự biến thiên của từ thông xuyên qua cuộn
phát xung sẽ tại ra sức điện động e ( hình 4.18).
𝑒 = 𝑘. 𝜔. 𝑛. 𝑑𝛷/𝑑𝑡
Trong đó:
k : hệ số phụ thuộc chất liệu từ của lõi thép và khe hở giữa lõi thép và cánh phát
xung.
ω : số vòng dây của cuộn phát xung.
n : tốc độ quay của rotor.

dΦ/dt: tốc độ biến thiên của từ thông trong lõi thép.

Hình 4.17: Vị trí tương đối của rotor và cuộn dây nhận tín hiệu.

Hình 4.18: Ngun lý làm việc của cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên

Hình 4.18 mơ tả q trình biến thiên của từ thơng lõi thép và xung điện áp ở hai
đầu ra của cuộn phát xung. Xung này có dạng nhọn.
b. Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên
Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ được sử dụng phổ biến trên
các loại xe ơ tơ vì nó có cấu tạo khá đơn giản, dễ chế tạo và ít hư hỏng. Nó được sử dụng
chủ yếu trên các xe Nhật. Sơ đồ mạch điện loại này được trình bày trên hình 4.19.