Nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong - Chương 8 pptx

Chương 8 – Hệ thống đánh lửa trong động cơ xăng

196













Chương 8 – Hệ thống đánh lửa trong động cơ xăng

197

Chương 8
HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG
I. NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
I.1. Nhiệm vụ
Hệ thống đánh lửa trên động cơ xăng có nhiệm vụ biến nguồn điện có điện thế thấp (12 hoặc
24 V) thành các xung điện thế cao (từ 15.000 đến 40.000 V). Các xung điện thế cao này sẽ được phân
bố đến bougie của các xylanh đúng thời điểm, để tạo tia lửa điện cao thế đốt cháy hoà khí trong
xylanh động cơ.
I.2. Yêu cầu
Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng tia lửa điện qua khe hở
giữa hai điện cực của bougie trong mọi chế độ làm việc của động cơ.

Tia lửa điện trên bougie phải đủ năng lượng và thời gian phóng để đốt cháy hoàn toàn hoà khí
trong xylanh.
Góc đánh lửa sớm phải phù hợp với sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ.
Hệ thống phải hoạt động tốt và ổn đònh trong mọi điều kiện làm việc của động cơ.
I.3. Phân loại
Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển người ta phân loại hệ thống đánh lửa
theo các cách phân loại sau:
I.3.1. Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến
Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ, gồm hai loại: cảm biến nam châm đứng yên và
cảm biến nam châm quay.
Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang.
Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở.
Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng.
I.3.2. Phân loại theo kiểu phân bố điện áp
Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện (delco).
Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có bộ chia điện.
I.3.3. Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp
Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa.
Hệ thống đánh lửa sử dụng Transistor.
Hệ thống đánh lửa sử dụng Thyristor.
II. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘC LẬP
II.1. Hệ thống đánh lửa vít
Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa hay còn gọi là hệ thống đánh lửa thường, có sơ đồ nguyên
lý được thể hiện trên hình 8.1.
Chương 8 – Hệ thống đánh lửa trong động cơ xăng

198

Khi động cơ làm việc, tiếp điểm IG được đóng sẽ có dòng điện đi từ cực dương của accu (dòng
sơ cấp) qua điện trở vào cuộn sơ cấp của bôbin rồi đến tiếp điểm của bộ ngắt điện. Tiếp điểm này
được đóng mở bởi cam, trục cam này thường đồng trục với trục bộ chia điện. Khi tiếp điểm đóng,
dòng sơ cấp qua tiếp điểm rồi về cực âm của accu. Khi cam điều khiển tiếp điểm mở, dòng sơ cấp
của bôbin bò mất đột ngột, khi đó làm xuất hiện sức điện động cảm ứng trên cuộn thứ cấp của bôbin.
Điện thế này qua con quay của bộ chia điện và dây dẫn cao áp đến các bougie, đánh lửa theo thứ tự
công tác của động cơ.
Cũng vào lúc tiếp điểm của bộ ngắt điện mở, trong cuộn sơ cấp cũng sinh ra sức điện động tự
cảm khá lớn (khoảng 200 ÷ 300 V) có thể tạo ra tia lửa điện, làm giảm tuổi thọ của cặp tiếp điểm.
Tia lửa này được dập tắt nhờ tụ điện lắp song song với tiếp điểm để bảo vệ cho cặp tiếp điểm và
đồng thời tụ còn có tác dụng làm tăng điện áp đánh lửa.
Khi động cơ khởi động bằng acu, do accu vừa cung cấp năng lượng cho hệ thống khởi động và
cả hệ thống đánh lửa nên accu bò sụt áp khá lớn. Lúc này dòng sơ cấp nhỏ dẫn đến dòng thứ cấp nhỏ,
làm cho động cơ càng khó khởi động. Để khắc phục hiện tượng trên, trong hệ thống có tiếp điểm ST.
Khi khởi động cho động cơ, tiếp điểm ST được đóng, dòng điện không qua điện trở nên dòng sơ cấp
không bò giảm so với chế độ làm việc bình thường (sau khi động cơ khởi động, tiếp điểm ST được mở
ra và dòng sơ cấp lại phải qua điện trở).
Bộ đánh lửa sớm ly tâm và bộ đánh lửa sớm chân không có tác dụng điều chỉnh thời điểm

đánh lửa cho phù hợp với sự thay đổi của tốc độ và tải trên động cơ trong quá trình làm việc.
II.2. Hệ thống đánh lửa dùng transitor (không có tiếp điểm)
Trong hệ thống đánh lửa vít, cặp tiếp điểm của bộ ngắt điện cần được bảo dưỡng và điều
chỉnh thường xuyên thậm chí khi làm việc một thời gian phải thay mới. Đây là một hạn chế lớn đối
với hệ thống đánh lửa vít. Với thống đánh lửa dùng transitor, nó sẽ khắc phục được nhược điểm này.
Hệ thống đánh lửa dùng transitor có sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 8.2.
Bộ đánh lửa sớm
chân không
Điện trở

Cam

Khoá điện

Dây cao áp

Dây cao áp

Bougie
Tụ điện

Tiếp
điểm của
bộ ngắt điện
Bộ chia điện

Bộ đánh lửa
sớm ly tâm

Bôbin

Accu

Hình 8.1.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa vít.
Chương 8 – Hệ thống đánh lửa trong động cơ xăng

199

Trong hệ thống đánh lửa này, transitor thay thế vai trò của cặp tiếp điểm bộ ngắt điện trong hệ
thống đánh lửa vít để điều khiển dòng sơ cấp. Tương tự như hệ thống đánh lửa vít, bộ đánh lửa sớm ly
tâm và bộ đánh lửa sớm chân không có tác dụng điều chỉnh thời điểm đánh lửa cho phù hợp với sự
thay đổi của tốc độ và tải trên động cơ trong quá trình làm việc.













-

Bộ đánh lửa sớm ly tâm điều khiển đánh lửa sớm theo tốc độ của động cơ (hình 8.3). Thông
thường, vò trí ban đầu của các quả văng được xác đònh bởi các lò xo. Khi tốc độ của trục bộ

chia điện tăng lên cùng với tốc độ động cơ, lực ly tâm thắng lực căng của các lò xo. Kết quả là
vò trí của rôto tín hiệu dòch chuyển vượt quá một góc đã đònh và làm tăng góc đánh lửa sớm.

Đánh lửa sớm

Trục bộ chia điện

Tấm của bộ
điều khiển
Tấm điều
khiển
Quả văng

Rôto tín hiệu

Lò xo bộ điều
khiển ly tâm
Hình 8.
3
.
Bộ đánh lửa sớm ly tâm.
Khoá điện

Dây cao áp

Dây cao áp

Bộ đánh lửa sớm chân không

Bộ tạo

tín hiệu

Transitor

Bougie
Bộ chia điện


IC đánh lửa

Bộ đánh lửa
sớm ly tâm
Hình 8.2.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa dùng transitor.
Bôbin

Chương 8 – Hệ thống đánh lửa trong động cơ xăng

200

Dây cao áp

Dây cao áp

Khoá điện

Bộ chia điện

Transitor

Bougie

Các cảm biến

IC đánh lửa

Accu

Bôbin

Hình 8.5.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa dùng ECU, có bộ chia điện.

ECU

–

Bộ đánh lửa sớm chân không điều khiển đánh lửa sớm theo tải trọng của động cơ (hình
8.4). Màng được liên kết với tấm ngắt thông qua thanh đẩy hoặc bộ chế hoà khí. Buồng
màng được nối thông với cửa trước của đường ống nạp. Khi bướm ga hé mở, áp suất chân
không từ cửa trước sẽ hút màng để làm quay tấm ngắt. Kết quả là bộ phát tín hiệu dòch
chuyển và tạo ra đánh lửa sớm.

III. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA DÙNG ECU (Electronic Control Unit)
III.1. Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện (hình 8.5)












Hình 8.
4
.
Bộ đánh lửa sớm chân không.
Tấm ngắt

Bộ tạo tín hiệu

Màng

Lò xo màng

Góc đánh lửa sớm

Đánh lửa sớm

Thanh dẫn

Chương 8 – Hệ thống đánh lửa trong động cơ xăng

201

Trong hệ thống đánh lửa này không sử dụng bộ đánh lửa sớm chân không và bộ đánh lửa sớm
ly tâm. Thay vào đó, chức năng đánh lửa sớm của bộ điều khiển điện tử (ECU) sẽ điều khiển thời
điểm đánh lửa. ECU của động cơ tiếp nhận tín hiệu đầu vào để xác đònh các chế độ làm việc của
động cơ từ các cảm biến, sau đó tính toán và xuất tín hiệu điều khiển thời điểm đánh lửa tối ưu với
từng chế độ làm việc của động cơ. Nguyên lý làm việc của hệ thống được diễn ra như sau:
–

ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và gởi tín hiệu đánh lửa đến bộ đánh
lửa (ECU cũng có tác dụng điều khiển đánh lửa sớm).
–

Bộ đánh lửa nhận tín hiệu đánh lửa và lập tức cho chạy dòng sơ cấp.
–

Cuộn đánh lửa với dòng sơ cấp bò ngắt đột ngột, sinh ra dòng cao áp.
–

Bộ chia điện sẽ phân phối dòng cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bougie.
–

Bougie nhận dòng cao áp và đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp.
III.2. Hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện
Trong hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện (DLI – Distributorless Ignition System), thay
vào đó là một cuộn đánh lửa cùng với một IC đánh lửa độc lập cho mỗi xylanh. Vì thế nên hệ thống
không cần dây cao áp, từ đó có thể giảm được tổn thất năng lượng và tăng độ bền. Ngoài ra hệ thống
còn giảm đến mức tối đa tác dụng nhiễu từ, bởi vì không sử dụng tiếp điểm trong khu vực cao áp.
Việc điều khiển thời điểm đánh lửa được thực hiện thông qua chức năng điều khiển đánh lửa
sớm điện tử. Hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện được biết đến như hệ thống đánh lửa trực tiếp.
III.3. Hệ thống đánh lửa trực tiếp
Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System), thay vì sử dụng bộ chia điện
hệ thống này sử dụng cuộn đánh lửa đa bội để cung cấp điện áp cao trực tiếp cho bougie (hình 8.6).











Thời điểm đánh lửa được điều khiển bởi chức năng đánh lửa sớm của ECU động cơ. ECU của
động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính toán thời điển đánh lửa, truyền tín hiệu đánh
lửa đến IC đánh lửa. Thời điểm đánh lửa được tính toán liên tục theo điều kiện của động cơ, dựa trên
giá trò thời điểm đánh lửa sớm tối ưu đã được lưu trữ trong máy tính. Hệ thống này giúp cải thiện tính
kinh tế về nhiên liệu và tăng công suất của động cơ.

Hính 8.
6
.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System).
ECU


Cuộn đánh lửa
có IC đánh lửa
Cảm biến vò
trí trục cam

Chương 8 – Hệ thống đánh lửa trong động cơ xăng

202

Ngày nay, hệ thống đánh lửa trực tiếp được ứng dụng rất rộng rãi nhờ các ưu điểm sau:
–

Dây cao áp ngắn hoặc không có dây cao áp nên giảm thiểu mất mát năng lượng và giảm
nhiễu tín hiệu trên mạch thứ cấp.
–

Không dùng mỏ quẹt nên không có khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp.
–

Không có những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trên mạch cao áp và giảm
chi phí bảo dưỡng.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp có hai dạng được thể hiện trên hình 8.7.
Loại 1: Sử dụng mỗi bôbin cho một bougie

Nhờ tần số hoạt động của các bôbin nhỏ hơn trước nên các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ít nóng
hơn. Trong hệ thống này, kích thước của bôbin rất nhỏ và được gắn với nắp chụp bougie.
Trên hình 8.7a, sau khi ECU xử lý tín hiệu từ các cảm biến sẽ gởi tín hiệu điều khiển việc
đánh lửa theo thứ tự nổ và chế độ làm việc của động cơ.
















Các cảm biến

Các cảm biến



ECU

ECU

IGT1

IGT2

IGT3

IGT4

IC đánh lửa

Cuộn đánh lửa

(có IC đánh lửa)

Bougie

Dây
cao áp

Bougie

Cuộn đánh lửa
IC đánh lửa

Cuộn đánh
lửa

Hình 8.
7
.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa trực tiếp.

a)
Loại 1

b)
Loại
2

(
Sử d
ụng mỗi bôbin cho
một bougie)
(
Sử dụng mỗi bôbin cho
từng cặp bougie)
Chương 8 – Hệ thống đánh lửa trong động cơ xăng

203





Cuộn đánh lửa có IC đánh lửa
Thiết bò này gồm có IC đánh lửa và cuộn
dây đánh lửa kết hợp với nhau thành một cụm.
Trước đây, dòng điện cao áp được dẫn
đến xylanh bằng dây cao áp. Nhưng ngày nay,
cuộn dây đánh lửa được nối trực tiếp đến bougie

của từng xylanh thông qua việc sử dụng cuộn
đánh lửa kết hợp với IC đánh lửa.
Khoảng cách dẫn điện cao áp được rút
ngắn nhờ nối trực tiếp cuộn đánh lửa với
bougie, làm giảm tổn thất năng lượng và nhiễu
từ. Nhờ vậy, độ tin cậy của hệ thống đánh lửa
được nâng cao.



Loại 2: sử dụng mỗi bôbin cho từng cặp bougie
Các bôbin đôi phải được gắn vào bougie của hai xylanh song hành. Ví dụ: khi thứ tự công tác
của động cơ 4 xylanh là 1 – 3 – 4 – 2, ta sử dụng hai bôbin. Bôbin thứ nhất có hai đầu của cuộn thứ
cấp được nối trực tiếp với bougie số 1 và số 4 còn bôbin thứ hai được nối với bougie số 2 và số 3.
Ở thời điểm đánh lửa, một bougie phát tia lửa trong quá trình nén và một còn lại xuất hiện
trong quá trình thải. Chẳng hạn, xylanh số 1 đang ở kỳ nén và xylanh số 4 đang ở kỳ thải, piston cùng
ở vò trí gần điểm chết trên nhưng trong hai quá trình khác nhau nên điện trở khe hở bougie của các
xylanh này cũng khác nhau (R
1
>> R
4
). Chính điều này đã làm cho tia lửa chỉ xuất hiện mạnh ở
bougie số 1 và rất yếu ở bougie số 4. Trong trường hợp ngược lại, tia lửa sẽ xuất hiện ở bougie số 4.
Quá trình tương tự cũng xảy ra đối với bougie số 2 và số 3.
Đối với động cơ sáu xylanh, để đảm bảo thứ tự nổ 1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4. Hệ thống đánh lửa
trực tiếp sử dụng ba bôbin, một cho xylanh số 1 và số 6, một cho xylanh số 2 và số 5, và một còn lại
cho xylanh số 3 và số 4.


IC đánh lửa

Cuộn sơ cấp

Cuộn thứ cấp

Lõi

N
ắp chụp bougie

Hình 8.
8
.
Cuộn đánh lửa có IC đánh lửa.