Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

MỤC LỤC
1.1. Công dụng 4
1.2. Yêu cầu 4
1.3. Phân loại 4
1.3.1. Hệ thống đánh lửa thường 4
1.3.2. Hệ thống đánh lửa Manhêtô 6
1.3.3. Hệ thống đánh lửa bán dẫn 7
1.3.4. Hệ thống đánh lửa điện tử 11
1.4. Góc đánh lửa sớm và điều chỉnh góc đánh lửa sớm 14
1.4.1. Góc đánh lửa sớm 14
1.4.2. Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm 18
1.5. Cấu tạo buji 22
2.1. Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa 24
2.1.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
24
2.1.2. Hiệu điện thế đánh lửa U
đl
24
2.1.3. Hệ số dự trữ: K
dt
25
2.1.4. Năng lượng dự trữ: W
dt
25
2.1.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S 26
2.1.6. Tần số và chu kỳ đánh lửa 26
2.1.7. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 27
2.2. Lý thuyết đánh lửa trong ô tô 28
-MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 4
PHẦN II: TÍNH VÀ VẼ ĐẶC TÍNH DÒNG ĐIỆN QUA CUỘN SƠ CẤP 24
2.2.1. Qúa trình tăng trưởng dòng sơ cấp 28
2.2.2. Qúa trình ngắt dòng sơ cấp 32
2.2.3. Qúa trình phóng điện ở cực buji 34
2.3. Tính dòng điện qua cuộn sơ cấp 34
2.4. Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp 36
2.5. Tính số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp 38
2.6. Kết luận 38
3.1.Hiệu điện thế đánh lửa 39
3.2. Tính hiệu điện thế thứ cấp cực đại 39
3.3. Tính toán cuộn sơ cấp 40
3.4. Tính toán cuộn thứ cấp 42
3.5. Tính năng lượng hệ thống đánh lửa 46
3.6. Kiểm tra cân bằng năng lượng 47
PHẦN III: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DÒNG THỨ CẤP HỆ
THỐNG ĐÁNH LỬA 39
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
LỜI NÓI ĐẦU
3
TÀI LIỆU THAM KHẢO 48
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ
1.1. Công dụng
Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp
(6, 12 hay 24) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp thành các xung điện cao
thế (12000 ÷ 24000V) đủ để tạo nên tia lửa đốt cháy hỗn hợp làm việc trong các xi
lanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp và tương ứng với trình tự xi lanh
và chế độ làm việc của động cơ.
Trong một số trường hợp, hệ thống đánh lửa còn dùng để hỗ trợ khởi động tạo

điều kiện khởi động động cơ được dễ dàng ở nhiệt độ thấp.
1.2. Yêu cầu
Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng các yêu cầu chính sau:
- Phải đảm bảo thế hiệu đủ để tạo ra được tia lửa điện phóng qua khe hở giữa
các điện cực của buji.
- Tia lửa điện phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy được hỗn hợp làm việc
trong mọi điều kiện làm việc của động cơ.
- Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý
nhất ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
- Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm
việc của động cơ.
- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ.
1.3. Phân loại
1.3.1. Hệ thống đánh lửa thường
Biến áp đánh lửa có hai cuộn dây: cuộn sơ cấp W
1
có khoảng 250 ÷ 400 vòng,
cuộn thứ cấp W
2
có khoảng 19000 ÷ 26000 vòng.
Cam 1 của bộ chia điện được dẫn động quay từ trục phân phối, làm nhiệm vụ
đóng mở tiếp điểm KK’, tức là nối ngắt mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa.
4
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa thường. [3]
1- cam; 2- cần tiếp điểm; 3- bobin đánh lửa; 4- bộ chia điện
5- buji; R- điện trở; C- tụ điện; W
1
- cuộn sơ cấp; W
2

- cuộn thứ cấp
+ Khi KK’ đóng: trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp i
1
. Dòng này tạo
nên một từ trường khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.
+ Khi KK’ mở: mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i
1
và từ trường do nó tạo nên mất đi.
Do đó, trong cả hai cuộn dây sẽ xuất hiện các sức điện động tự cảm tỷ lệ thuận với
tốc độ biến thiên của từ thông. Bởi vì cuộn W
2
có số vòng dây lớn nên sức điện
động cảm ứng sinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng 12000 ÷ 24000V. Điện
áp cao này truyền từ cuộn thứ cấp qua rô to của bộ chia điện 4 và các dây dẫn cao
áp đến các biji đánh lửa 5 theo thứ tự nổ của động cơ. Khi thế hiệu thứ cấp đạt giá
trị U
dl
thì sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở buji đốt cháy hỗn hợp làm việc
trong xi lanh.
Vào thời điểm tiếp điểm mở, trong cuộn W
1
cũng xuất hiện một sức điện động
tự cảm khoảng 200 ÷ 300V. Nếu như không có tụ điện C mắc song song với tiếp
điểm KK’, thì sức điện động sẽ gây ra tia lửa mạnh phóng qua tiếp điểm, làm cháy
rỗ các má vít, đồng thời làm cho dòng sơ cấp và từ trường của nó mất đi chậm hơn
và vì thế thế hiệu thứ cấp cũng sẽ không lớn.
Khi có tụ C dòng sơ cấp và sức điện động tự cảm e
1
được dập tắt nhanh chóng,
không gây ra tia lửa ở tiếp điểm và U

2
tăng lên.
5
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
1.3.2. Hệ thống đánh lửa Manhêtô
Hình 1.2. Hệ thống mạch từ của Manheto. [3]
Hình 1.3. Sơ đồ mạch điện của Manheto. [6]
1 – lõi thép; 2 – cuộn sơ cấp; 3 – cuộn thứ cấp; 4 – má cực;
5 – kim đánh lửa phụ; 6 – điện cực bộ chia điện; 7 – rô to;
8,9 – bánh răng; 10 – buji; 11 – rô to nam châm; 12 – cam;
6
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
13 – tiếp điểm chính; 14 – tiếp điểm động; 15 – công tắc điện; 16 – cam
Nguyên lý tạo nên điện cao thế tương tự như ở hệ thống đánh lửa thường dùng
ắc quy, chỉ khác là dòng điện trong cuộn dây sơ cấp sinh ra là do sức điện động cảm
ứng xuất hiện trong cuộn dây khi nam châm quay tương tự như ở máy phát xoay
chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu.
Các quá trình vật lý xảy ra trong Manheto cũng tương tự như trong hệ thống
đánh lửa thường, tức là cũng có thể chia làm ba giai đoạn và mô tả bằng những
phương trình toán học giống nhau.
1.3.3. Hệ thống đánh lửa bán dẫn
1.3.3.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển
Hình 1.4. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển. [3]
B, C, E - Các cực của transistor
SW - Công tắc
W
1
, W
2
- Cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp

R
b
, R
f
- Các điện trở; K – Khóa điện;
→ Chiều dòng điện, Z – Đến buji
Khi bật công tắc máy IG/SW thì cực E của transistor được cấp nguồn dương,
cực C của transistor được nối trực tiếp với nguồn âm.
Khi tiếp điểm KK’ đóng: cực B của transistor được nối với nguồn âm, U
BE
< 0,
xuất hiện dòng I
b
, transistor dẫn làm xuất hiện dòng sơ cấp đi theo mạch: Từ (+) ắc
quy đến R
f
đến W
1
đến cực E đến cực B đến R
b
đến KK’ và sau đó đến (-) ắc quy.
7
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Dòng sơ cấp: I
1
= I
c
+ I
b
= I

e
. Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi
thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.
Khi tiếp điểm KK’ mở dòng sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột,
cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa.
Tại thời điểm KK’ mở, trong cuộn sơ cấp cũng xuất hiện sức điện động E
1
=
(200 ÷ 300)V, làm hỏng transistor. Để giảm E
1
người ta phải dùng biến áp có K
ba
lớn
và L
1
nhỏ hoặc dùng các mạch bảo vệ cho transistor.
Trên thực tế, để giảm dòng điện qua tiếp điểm người ta dùng nhiều transistor
mắc nối tiếp.
1.3.3.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm
a. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ
Hình 1.5. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ. [3]
T
1
, T
2
, T
3
– Các transistor
R
1

, R
2
, R
3
, R
4
, R
5
– Các điện trở
C –Tụ điện; D – Diode; W
1
– Cuộn sơ cấp;
W
2
– Cuộn thứ cấp; IG/SW – Công tắc; 1 – Ắc
quy;
2 – Cuộn dây cảm biến; 3 – Bobin; 4 – Đến buji
Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau:
- Dòng I
1
: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R
1
đến R
2
đến (-) AQ, tạo ra điện áp đệm U
R2
trên cực B của T
1
. Tuy nhiên U
R2

chưa đủ để làm cho T
1
mở.
8
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
- Dòng I
2
: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R
4
đến R
5
đến (-) AQ, tạo ra điện áp đệm U
R5
trên cực B của T
3
, T
3
dẫn, xuất hiện dòng điện sơ cấp đi từ (+) AQ đến IG/SW đến
bobin đến T
3
đến (-) AQ. Dòng điện này tạo nên từ thông khép kín mạch qua lõi
thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.
- Khi trên cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm thì T
1
ngắt,
T
2
ngắt, T
3
vẫn tiếp tục dẫn.

- Khi trên cuộn dây cảm biến có tín hiệu điện áp dương, kết hợp với điện áp đệm
U
R2
, làm cho T
1
dẫn, T
2
dẫn, T
3
ngắt. Dòng điện qua cuộn sơ cấp và từ thông do nó
sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và
xuất hiện tia lửa.
b. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang
Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang. [3]
T
1
, T
2
, T
3
, T
4
, T
5
– Các transistor
R
1
, R
2
, R

3
, R
4
, R
5
, R
6
, R
7
, R
8
, R
f
– Các điện trở
D
1
, D
2
, D
3
– Các diode
IG/SW – Công tắc; 1 - Ắc quy; 2 – Bô bin; 3 – Đến buji
Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau:
- Dòng I
1
: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R
6
đến R
1
đến D

1
.
- Dòng I
2
: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R
7
đến R
8
đến (-) AQ, tạo ra điện áp đệm U
R8
trên cực B của T
5
, T
5
dẫn, xuất hiện dòng sơ cấp đi từ: (+) AQ qua IG/SW đến R
f
đến bobin đến T
5
đến (-) AQ. Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi
thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.
9
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Khi rotor quay, tại vị trí đĩa cảm quang ngăn dòng ánh sáng tử LED D
1
sang
transistor T
1
, T
1
ngắt, T

2
ngắt, T
3
ngắt, T
4
ngắt, T
5
vẫn tiếp tục dẫn.
Tại vị trí đĩa cảm quang cho dòng ánh sáng tử LED D
1
sang transistor T
1
, T
1
dẫn, T
2
dẫn, T
3
dẫn, T
4
dẫn, T
5
ngắt. Dòng điện qua cuộn sơ cấp và từ thông do nó
sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và
xuất hiện tia lửa.
c. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall
Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall. [3]
IG/SW – Công tắc; C
1
, C

2
– Các tụ điện; T
1
, T
2
, T
3
– Các transistor
R
1
, R
2
, R
3
, R
4
, R
5
, R
6
, R
7
, R
8
, R
f
– Các điện trở
D
1
, D

2
, D
3
, D
4
, D
5
– Các diode; 1 - Ắc quy; 2 – Bobin; 3 – Đến buji
Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện dòng điện I
1
đi từ (+) AQ qua IG/SW đến D
1
đến R
1
, cung cấp điện cho cảm biến Hall.
Khi rotor quay tại vị trí cánh chắn xen giữa nam châm và phần tử Hall thì điện
áp đầu ra của cảm biến U
ra
≈ 12V, T
1
dẫn,T
2
dẫn, T
3
dẫn. Lúc này dòng sơ cấp đi
theo mạch sau: (+) AQ qua IG/SW đến R
f
đến bobin đến T
3
đến (-) AQ. Dòng điện

này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.
Khi cánh chắn rời khỏi vị trí giữa nam châm và phần tử Hall thì điện áp đầu ra
của cảm biến Hall U
ra
≈ 0V, T
1
ngắt, T
2
ngắt, T
3
ngắt. Dòng điện qua cuộn sơ cấp và
từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện
động cao thế và xuất hiện tia lửa.
10
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
1.3.4. Hệ thống đánh lửa điện tử
1.3.4.1. Hệ thống đánh lửa gián tiếp
W
1
W
2
1
2
3
4
5
IGF
IGT
W
2

G
NE
5V
6
Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp. [3]
T1, T2 – Các transistor; W1, W2 – Cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp
G – Cảm biến vị trí trục khuỷu; NE – Cảm biến tốc độ động cơ
1 - Ắc quy; 2 – Công tắc; 3 – Tín hiệu phản hồi;
4 – Kiểm soát góc ngậm điện; 5 – Các cảm biến khác; 6 – Đến buji
Hệ thống đánh lửa này là một trong số các kiểu hệ thống đánh lửa điều chỉnh
theo một chương trình trong bộ nhớ của ECU. Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm
biến như cảm biến tốc độ động cơ NE, cảm biến vị trí trục khuỷu G, cảm biến nhiệt
độ khí nạp… ECU sẽ tính toán và phát ra tín hiệu đánh lửa tối ưu đến IC đánh lửa
để điều khiển việc đánh lửa. Việc phân phối điện cao thế đến các buji theo thứ tự
làm việc và các chế độ tương ứng của các xi lanh thông qua bộ chia điện.
- Ưu điểm: thời điểm đánh lửa chính xác, loại bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng
như: bộ ly tâm, chân không.
- Nhược điểm:
+ Tổn thất nhiều năng lượng qua bộ chia điện và trên dây cao áp.
+ Gây nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp.
11
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
+ Khi động cơ có tốc độ cao và số xi lanh lớn thì dễ xảy ra đánh lửa đồng thời ở
hai dây cao áp kề nhau.
+ Bộ chia điện cũng là chi tiết dễ hư hỏng nên cần phải thường xuyên theo dõi
và bảo dưỡng.
1.3.4.2. Hệ thống đánh lửa trực tiếp
- Ưu điểm:
+ Không có dây cao áp hoặc dây cao áp rất ngắn nên giảm được năng lượng
mất mát, giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu sóng vô tuyến.

+ Không còn bộ phân phối điện cao áp nên không còn khe hở trên đường dẫn
cao áp.
+ Bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt
như bộ phân phối, chổi than, nắp bộ chia điện.
+ Không có sự đánh lửa giữa hai dây cao áp gần nhau.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm hai loại:
a. Hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đôi
ECU
5
G
1
G
2
Ne
T
1
T
2
1
2
3
4
Hình 1.9. Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đôi. [3]
G1, G2 – Cảm biến vị trí trục khuỷu; Ne – Cảm biến tốc độ động cơ
T1, T2 – Các transistor; 1 - Ắc quy; 2 – Công tắc;
3 – Buji; 4 – Cuộn đánh lửa; 5 – Các cảm biến khác
12
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Giả sử đến thời điểm đánh lửa thích hợp cho máy nổ số 1, piston của máy số 1
và máy số 4 đều đến gần điểm chết trên nhưng do máy số 4 đang trong kỳ thải nên

vùng môi chất lúc này chứa nhiều ion, tạo thành môi trường dẫn điện nên buji ở
máy số 4 sẽ không đánh lửa. Còn máy số 1 đang trong kỳ nén nên sẽ đánh lửa ở buji
máy số 1. Việc đánh lửa ở buji của máy số 2 và 3 cũng tương tự.
Với hệ thống đánh lửa này, tuy đã có nhiều ưu điểm nhưng vẫn còn tồn tại dây
cao áp từ bobin đôi đến các buji. Do đó vẫn còn tổn thất năng lượng trên dây cao
áp.
b. Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đơn
B
+
B
+
B
+
E
C
U
T
1
T
2
T
3
2
3
1
G
Ne
Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đơn. [3]
G – cảm biến vị trí trục khuỷu; Ne – cảm biến tốc độ
động cơ;

T1, T2, T3 – các transistor;
1 – các cuộn đánh lửa; 2 – đến buji
Với hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đơn, mỗi bobin dùng cho một buji. IC
đánh lửa, bobin và buji được tích hợp vào một kết cấu gọn nhẹ, không còn dây cao
áp. Điều này làm hạn chế rất nhiều năng lượng mất mát, tránh làm nhiễu sóng vô
tuyến và làm giảm tần số hoạt động của bobin nên hệ thống này được sử dụng rất
nhiều trên những động cơ hiện đại trong thời gian gần đây.
13
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
1.4. Góc đánh lửa sớm và điều chỉnh góc đánh lửa sớm
1.4.1. Góc đánh lửa sớm
Góc đánh lửa sớm và góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuất
hiện tia lửa điện tại buji cho đến khi piston lên tới điểm chết trên.
Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm
của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
( )
d w 0
, . , , , ,
opt b bd t mt
f p t p t t n N
θ
=
Trong đó:
p
bđ
: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
t
bđ
: Nhiệt độ buồng đốt.
p: Áp suất trên đường ống nạp.

t
wt
: Nhiệt độ nước làm mát động cơ.
t
mt
: Nhiệt độ môi trường.
n: Số vòng quay của động cơ.
N
o
: chỉ số octan của xăng.
Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ điều khiển theo hai thông số: tốc độ và
tải của động cơ. Tuy nhiên hệ thống đánh lửa 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 lửa sớm được điều khiển tối ưu theo chương trình phụ thuộc vào các thông số
nêu trên.
Góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động được xác định bằng công thức:
bd cb hc
θ θ θ θ
= + +
(1.1)
Trong đó: θ: Góc đánh lửa sớm
thực tế.
θ
bđ
: Góc
đánh lửa sớm ban đầu.
14
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
θ
cb

: Góc
đánh lửa sớm cơ bản.
θ
hc
: Góc
đánh lửa sớm hiệu chỉnh.
Hình 1.11. Góc đánh lửa thực tế [3]
Khi số vòng quay của động cơ tăng: thời gian làm việc của chu trình bị rút
ngắn, do đó góc đánh lửa sớm cần phải tăng lên. Nếu thời gian cháy của nhiên liệu
không đổi thì θ
s
phải tăng tuyến tính theo n, nhưng do n tăng làm tăng áp suất và
nhiệt độ trong xi lanh (do giảm lọt khí và thời gian truyền nhiệt), tăng chuyển động
lốc xoáy của hỗn hợp. Vì thế tốc độ cháy tăng lên và thời gian cháy tương ứng giảm
đi nên ở số vòng quay cao θ
s
tăng theo qui luật phi tuyến.
Sự thay đổi góc đánh lửa sớm phụ thuộc vào số vòng quay trong hầu hết các
động cơ được thực hiện nhờ bộ điều chỉnh ly tâm.
Hình 1.12. Quan hệ giữa góc đánh lửa sớm và số vòng quay trục khuỷu [3]
15
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Tốc độ cháy của hỗn hợp phụ thuộc vào thành phần của nó và được xác định
bằng hệ số dư lượng không khí α và được xác định theo biểu thức:
Khi α = 1 : hỗn hợp lý tưởng.
Khi α > 1 : hỗn hợp nhạt.
Khi α < 1 : hỗn hợp đậm
Thành phần hỗn hợp ảnh hưởng lớn đến việc chọn góc đánh lửa sớm tối ưu.
Hỗn hợp quá đậm hoặc quá nhạt đều không bốc cháy được. Tốc độ cháy của hỗn
hợp đạt giá trị lớn và góc đánh lửa sớm sẽ nhỏ nhất ứng với giá trị α = 0,8 ÷ 0,9.

Khi giảm hoặc tăng α thì θ
s
đều tăng.
Hình 1.13. Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp đến góc đánh lửa sớm[3]
Sự tăng tỉ số nén làm tăng nhiệt độ và áp suất ở cuối kì nén, do đó làm tăng tốc
độ cháy của hỗn hợp. Vì thế sự tăng tỉ số nén làm giảm góc đánh lửa sớm.
- Sự thay đổi góc đánh lửa sớm theo mức tải động cơ
Mức tải của động cơ cũng ảnh hưởng lớn đến góc đánh lửa sớm khi mở bướm
ga lớn, lượng hỗn hợp đi vào xi lanh nhiều hơn làm tăng áp suất và nhiệt độ khí
nén, đồng thời còn làm giảm % khí sót, dẫn đến tăng tốc độ cháy. Vì thế, khi tăng
tải trong của động cơ thì θ
s
giảm xuống và ngược lại.
16
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Hình 1.14. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến sự thay đổi áp suất
trong xy lanh động cơ. [4]
θ- góc quay trục khuỷu ;θ
i
– góc cháy trễ;θ
s
- góc đánh lửa sớm ;
c’- thời điểm đánh lửa; c
1
- thời điểm nhiên liệu bốc cháy
Hình 1.15. Quan hệ giữa góc đánh lửa sớm và tải trọng
ở các số vòng quay khác nhau [3]
Nếu buji đánh lửa quá muộn thì quá trình cháy sẽ kéo dài trên hành trình giãn
nở vì nhiên liệu bốc cháy trong điều kiện không gian công tác của xy lanh tăng và
17

Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
tác dụng của vận động rối yếu dần. Tốc độ tăng áp suất trung bình w
tb
và áp suất
cháy cực đại p
z
có trị số nhỏ. Buji đánh lửa quá sớm làm cho quá trình cháy diễn ra
trong piston đang đi lên ĐCT làm tốn công nén, đồng thời áp suất lớn nhất cũng
nhỏ.
1.4.2. Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm
Động cơ trên ô tô có khả năng thích ứng rất cao. Từ lúc khởi động và trong suốt
quá trình làm việc của động cơ liên tục thay đổi. Tùy từng chế độ làm việc của động
cơ mà ECU thực hiện việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm đúng với bản đồ góc đánh
lửa sớm lý tưởng ở chế độ khởi động, chế độ cầm chừng, chế độ hâm nóng sau khởi
động…đảm bảo hiệu suất động cơ cao nhất cũng như giảm ô nhiễm và tiêu hao
nhiên liệu.
1.4.2.1. Chế độ khởi động
Góc đánh lửa sớm được đặt ở một giá trị nhất định, không thay đổi trong suốt
quá trình khởi động. Gía trị của góc đánh lửa sớm phụ thuộc vào back-up IC trong
ECU đã lưu trữ các số liệu về góc đánh lửa.
Hình 1.16. Điều khiển đánh lửa ở chế độ khởi động [3]
G – Cảm biến vị trí
trục khuỷu; NE – Cảm biến tốc độ động cơ;
1 – Back – up; 2 – Bộ
vi xử lí
18
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Thông thường, góc đánh lửa sớm được chọn nhỏ hơn 10
o
. Với góc đánh lửa này,

động cơ được khởi động dễ dàng ngay cả khi nguội, đồng thời tránh sự nổ dội. Việc
hiệu chỉnh theo nhiệt độ góc đánh lửa sớm khi khởi động không cần thiết vì thời
gian khởi động rất ngắn.
Khi có tín hiệu khởi động, mạch chuyển đổi trạng thái sẽ nối đường IGT sang vị
trí ST. Khi đó xung IGT được điều khiển bởi back – up IC thông qua hai tín hiệu G
và NE. Nếu động cơ đã nổ, đường IGT sẽ được nối sang vị trí After ST và việc hiệu
chỉnh góc đánh lửa sớm sẽ được thực hiện bởi ECU.
1.4.2.2. Chế độ sau khởi động
Khi động cơ đã khởi động xong, góc đánh lửa sớm sẽ được hiệu chỉnh theo
công thức:
bd cb hc
θ θ θ θ
= + +
(1.2)
Trong đó, góc đánh lửa hiệu chỉnh (θ
hc
) là tổng của tất cả các góc đánh lửa theo
các điều kiện làm việc của động cơ.
- Hiệu chỉnh theo nhiệt độ nước làm mát động cơ.
- Hiệu chỉnh theo sự ổn định của động cơ trong chế độ cầm chừng.
- Hiệu chỉnh theo sự kích nổ.
- Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp.
- Hiệu chỉnh theo các điều kiện khác.
Tùy loại động cơ mà một số chức năng hiệu chỉnh của ECU có hoặc không. Ví
dụ chức năng hiệu chỉnh góc đánh lửa theo sự kích nổ, theo sự trượt của xe cũng chỉ
có ở các loại xe sang.
Để ngăn ngừa các trường hợp xấu ảnh hưởng đến hoạt động và tuổi thọ của
động cơ do đánh lửa quá sớm hoặc quá trễ, ECU chỉ thực hiện việc chỉnh góc đánh
lửa sớm (bao gồm θ
cb

+ θ
hc
) trong giới hạn từ 10
o
đến 45
o
trước điểm chết trên.
Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ. Tùy thuộc vào nhiệt độ của
động cơ được nhận biết từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát mà góc đánh lửa sớm
được hiệu chỉnh tăng hoặc giảm cho thích hợp với điều kiện cháy của hòa khí trong
19
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
buồng đốt. Khi nhiệt độ của động cơ nằm trong khoảng -20 đến 60
o
C thì góc đánh
lửa được hiệu chỉnh sớm hơn từ 0 ÷ 15
o
. Nếu nhiệt độ động cơ nhỏ hơn -20
o
C thì
góc đánh lửa sớm cũng chỉ được cộng thêm 15
o
. Sở dĩ phải tăng góc đánh lửa sớm
khi động cơ nguội là vì ở nhiệt độ thấp tốc độ cháy chậm, nên phải kéo dài thời gian
để nhiên liệu cháy hết nhằm tăng hiệu suất động cơ.
Khi nhiệt độ động cơ nằm trong khoảng 60
o
÷ 100
o
, ECU không thực hiện sự

hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ.
Hình 1.17. Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ [3]
↑ - tăng; ↓ - giảm
Trong trường hợp động cơ quá nóng (>110
o
) sẽ dễ gây ra hiện tượng kích nổ và
tăng hàm lượng NO
x
trong khí thải, vì vậy ECU sẽ điều khiển giảm góc đánh lửa
xuống một góc tối đa là 5
o
.
- Hiệu chỉnh phản hổi tỉ lệ khí – nhiên liệu
Trong quá trình phản hồi tỉ lệ khí – nhiên liệu, tốc độ động cơ thay đổi theo sự
tăng hay giảm lượng phun nhiên liệu. Động cơ đặc biệt nhạy cảm với những thay
đổi tỷ lệ khí – nhiên liệu khi nó chạy không tải, nên để chế độ không tải ổn định
ECU động cơ sẽ làm sớm thời điểm đánh lửa để phù hợp với tỷ lệ khí – nhiên liệu.
Góc thời điểm đánh lửa được làm sớm lên tối đa khoảng 5
o
bởi hiệu chỉnh này.
Các tín hiệu liên quan đến hiệu chỉnh này:
+ Cảm biến oxy.
+ Vị trí bướm ga.
+ Tốc độ xe.
20
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
- Hiệu chỉnh tránh kích nổ
Để nhận biết và tránh được sự kích nổ trên các xi lanh động cơ, trên động cơ
được trang bị cảm biến kích nổ, cảm biến này ghi nhận lại sự kích nổ thông qua sự
rung động cơ sau đó chuyển thành các xung tín hiệu dưới dạng tín hiệu điện và

chuyển đến ECU của động cơ.
Khi động cơ hoạt động bình thường thì các xung tín hiệu dao động rất nhỏ, khi
xảy ra hiện tượng kích nổ các xung này sẽ dao động với biên độ lớn và truyền tới
ECU của động cơ, ECU sẽ hiệu chỉnh và giảm góc đánh lửa sớm.
Qúa trình kiểm soát kích nổ được thực hiện theo một chu trình kín, hiện tượng
kích nổ chỉ xảy ra ở một vài xi lanh. Vì vậy dựa vào thời điểm kích nổ và vị trí trục
khuỷu mà ECU nhận biết được xi lanh nào đã cháy và xảy ra hiện tượng kích nổ.
Việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm cho quá trình kích nổ chỉ được thực hiện ở xi
lanh này để ít ảnh hưởng đến công suất động cơ. Việc giảm góc đánh lửa sớm được
thực hiện từng góc nhỏ theo chu kì của từng xi lanh cho đến khi hiện tượng kích nổ
chấm dứt thì ECU từng bước tăng dần góc đánh lửa sớm. Nếu không còn hiện
tượng kích nổ thì góc đánh lửa sớm trở về tối ưu.
1.4.2.3. Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo sự ổn định của động cơ ở chế độ cầm
chừng
Ở chế độ cầm chừng tốc độ động cơ bị dao động do tải của động cơ thay đổi,
việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm có tác dụng làm ổn định tốc độ của động cơ.
Hình 1.18. Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm ở chế độ cầm chừng [3]
↑ - tăng; ↓ - giảm
21
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn, tín hiệu từ công tắc cánh bướm ga báo về
ECU cho biết động cơ đang làm việc ở chế độ cầm chừng. Kết hợp với tín hiệu tốc
độ động cơ (NE) và tốc độ xe, ECU sẽ điều khiển giảm góc đánh lửa sớm và ngược
lại. Góc hiệu chỉnh tối đa trong trường hợp này là ± 5
o
. Khi tốc độ tăng cao, ECU sẽ
không hiệu chỉnh. Trên một số loại động cơ, việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm này
phụ thuộc vào điều kiện sử dụng máy lạnh hoặc chỉ hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm
khi tốc độ cầm chừng bị giảm xuống dưới mức quy định.
1.5. Cấu tạo buji

Hình 1.19. Cấu tạo và lắp đặt buji [3]
a – Cấu tạo; b – Lắp đặt; 1 – Điện cực bên; 2 – Điện cực giữa;
3 – Đệm làm kín; 4 – Đệm đồng; 5 – Vỏ thép; 6 – Sứ cách điện;
7 – Chất làm kín dẫn điện; 8 – Thanh dẫn điện; 9 – Côn nhiệt
22
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Hình 1.20. Cấu tạo của buji đánh lửa [3]
a – Đai ốc tiếp xúc loại dài; b – Loại ngắn; 1- Điện cực bên;
2 – Vòng làm kín; 3,5 – Đệm làm kín và dẫn nhiệt; 4 – Thân;
6 – Sứ cách điện; 7 – Đệm tiếp xúc; 8 – Đai ốc kẹp dây
Cấu tạo của buji gồm: Sứ cách điện trong có lắp thanh kim loại, làm điện cực
giữa buji.
Trên hình 1.19, cả khối chi tiết được đặt trong vỏ thép là thân của buji. Trên có
mặt vát sáu cạnh và phần dưới có phần ren để lắp buji vào xi lanh động cơ.
Trên vỏ thép có hàn điện cực bên. Giữa vỏ và phần sứ có đệm đồng vừa để làm
kín vừa để truyền nhiệt. Ngoài ra phía trên còn có chất làm kín đặc biệt. Phần vỏ có
thể có kết cấu tháo lắp được hay không tháo lắp được.
Vòng đệm có dạng đặc biệt để đảm bảo tốt độ kín lắp ghép giữa buji và nắp xi
lanh.
Khe hở giữa các điện cực của buji thường nằm trong giới hạn 0,6 ÷ 0,7 mm đối
với hệ thống đánh lửa thường và 1,0 ÷ 1,2 mm đối với hệ thống đánh lửa điện tử.
Khe hở điện cực lớn thì đánh lửa hỗn hợp nghèo tốt hơn nhưng U
đl
lại tăng. Khe
hở nhỏ thì có thể bị muội lấp kín nên không tạo tia lửa được, chiều dài tia lửa giảm
nên đánh lửa hỗn hợp nghèo kém.
23
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
PHẦN II: TÍNH VÀ VẼ ĐẶC TÍNH DÒNG ĐIỆN QUA CUỘN SƠ CẤP
2.1. Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa

2.1.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu
cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi buji. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
phải đủ lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của buji, đặc biệt
là lúc khởi động.
2.1.2. Hiệu điện thế đánh lửa U
đl
Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện
thế đánh lửa U
đl
. Hiệu điện thế đánh lửa là hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân
theo định luật Pason
.
.
đl
P
U K
T
δ
=
Trong đó: P – áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
δ – khe hở buji
T – nhiệt độ ở điện cực trung tâm của buji tại thời điểm đánh
lửa.
K – hằng số phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp hòa khí.
Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa U

đl
tăng khoảng 20 đến 30% do
nhiệt độ điện cực buji thấp.
Khi động cơ tăng tốc, thoạt tiên U
đl
tăng, do áp suất nén tăng, nhưng sau đó U
đl
giảm từ từ do nhiệt độ điện cực buji 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 công suất cực đại.
Trong quá trình vận hành xe mới, sau 2000km đầu tiên, U
đl
tăng 20% do điện
cực buji bị mài mòn. Sau đó U
đl
tiếp tục tăng, do khe hở buji tăng. Vì vậy để giảm
U
đl
phải hiệu chỉnh lại khe hở buji sau mỗi 10000km.
24
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Hình 2.1. Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa
vào tốc độ và tải của động cơ [2]
1 – Toàn tải; 2 – Nửa tải; 3 – Tải nhỏ; 4 – khởi động và cầm chừng
2.1.3. Hệ số dự trữ: K
dt
Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
và hiệu điện thế

đánh lửa U
đl
2
l
đl
m
đ
U
K
U
=

Đối với hệ thống đánh lửa thường, do U
2m
thấp nên K
đl
thường nhỏ hơn 1,5.
Trên những động cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh lửa điện tử, hệ số dự trữ có giá
trị khá cao (K
đl
= 1,5 ÷ 2), đáp ứng được việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và
tăng khe hở buji.
2.1.4. Năng lượng dự trữ: W
dt
Năng lượng dự trữ W
dt
là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộn
dây sơ cấp của bobin. Để đảm bảo tia lửa điện đủ năng lượng để đốt cháy hoàn toàn
hòa khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo được năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp
của bobin một giá trị xác định.

2
1
.
W 50 150 [ ]
2
ng
dt
L I
mJ
= = ÷

25