hệ thống đánh lửa đồ án điện, điện tử ô tô

Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

LỜI NÓI ĐẦU
Đối với sinh viên các khối ngành kỹ thuật, sau khi học xong học phần lý thuyết
sinh viên sẽ bắt đầu vào việc thực hiện đồ án môn học, đối với đồ án “Thiết kế hệ
thống điện tử ô tô” cũng vậy.
Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô là một trong những đồ án quan trọng, không
thể thiếu trong chương trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành động lực. Ở đồ án này sinh
viên phải vận dụng những kiến thức đã học ở các môn như: Vật lý đại cương, Kỹ
thuật điện, Trang bị điện và điện tử động cơ đốt trong,… để giải quyết một vấn đề
thực tế. Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ “Tính toán thiết kế hệ thống đánh
lửa”. Đây là một công việc bổ ích, nó giúp em cũng cố lại những kiến thức lý thuyết
đã học và đồng thời tạo điều kiện để em tiếp xúc với những hệ thống thực tế. Qua
đây giúp em trao dồi khả năng tính toán và thiết kế một hệ thống liên quan đến cơ
khí động lực, phục vụ cho công việc sau này.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS. Phạm Quốc Thái và các thầy
trong Khoa Cơ khí Giao thông đã giúp em hoàn thành đồ án này. Trong quá trình
hoàn thiện đồ án do kinh nghiệm chưa nhiều và sự tiếp xúc thực tế còn hạn chế, do
đó thiếu sót là không thể tránh khỏi. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo thêm từ các
thầy để đồ án này được tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày 08 tháng 06 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Lê Tấn Quan

-1-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ

1.1. Công dụng và yêu cầu của hệ thống đánh lửa
1.1.1. Công dụng của hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa (HTĐL) trên ôtô có nhiệm vụ biến dòng một chiều thế hiệu
thấp (6, 12 hay 24 [V]) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp (trong HTĐL
bằng Manhêtô và Vô lăng manhêtic) thành xung điện cao thế (12000 ÷ 24000 [V])
đủ để tạo ra tia lửa điện (phóng qua khe hở bugi) đốt cháy hỗn hợp làm việc trong
các xy lanh của động cơ vào thời điểm thích hợp, tương ứng với trình tự xy lanh và
chế độ làm việc của động cơ.
1.1.2. Yêu cầu của hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng các yêu cầu chính sau:
- Phải đảm bảo tạo ra điện áp đủ lớn để tạo ra tia lửa điện phóng qua khe hở
giữa các điện cực của bugi. Theo [1] điện áp đánh lửa phải đạt khoảng (12000 ÷
24000 [V]).
- 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. Theo [1] khi động cơ làm việc bình
thường, để châm lửa hỗn hợp cháy tia lửa điện cần có một năng lượng khoảng
0,003[J] là đủ.
- Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi
chế độ làm việc của động cơ. Theo [1] giá trị góc đánh lửa sớm tối ưu dao động
trong khoảng 20 ÷ 50 (theo góc quay trục khuỷu) ở số vòng quay và tải trọng định
mức. Với các động cơ hiện đại, hệ thống đánh lửa phải có khả năng tự động điều
chỉnh góc đánh lửa sớm để đạt được góc đánh lửa sớm hợp lý nhất, theo chương
trình đã được nạp sẵn trong bộ nhớ của ECU (Electronic Control Unit) theo mọi chế
độ làm việc của động cơ.
- Độ tin cậy 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.

-2-

Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
1.2. Phân loại hệ thống đánh lửa
- Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc, hệ thống đánh lửa được chia
thành các loại sau:
+ Hệ thống đánh lửa thường hay hệ thống đánh lửa kiểu cơ khí: đây là loại hệ
thống đánh lửa thông dụng, được dùng trên hầu hết các ô tô thời gian trước đây, vì
thế nó còn được gọi là hệ thống đánh lửa cổ điển.
+ Hệ thống đánh lửa bằng Manhêtô hoặc Vôlăng manhêtíc: đây là loại hệ thống
đánh lửa cao áp độc lập, không cần đến ắc quy và máy phát. Do đó, hệ thống đánh
lửa này có độ tin cậy cao và được dùng trên các xe cao tốc và một số máy công
trình trên vùng núi.
+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm: là hệ thống đánh lửa bán dẫn kết hợp
cơ khí, hệ thống đánh lửa loại này vẫn còn dùng trên một số xe hiện nay.
+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm: là hệ thống đánh lửa bán dẫn với
thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng tín hiệu nhận từ các cảm biến có liên hệ
cơ khí với trục khuỷu.
- Theo loại cảm biến đánh lửa, hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm được
chia thành các loại sau:
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ. Theo loại cảm biến điện từ sử
dụng hệ thống đánh lửa này được chia thành hai loại là: loại nam châm đứng yên và
loại nam châm quay.
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang.
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall.
- Theo dạng năng lượng được tích lũy trước khi đánh lửa, hệ thống đánh lửa
được chia ra hai loại sau:
+ Hệ thống đánh lửa điện cảm: bao gồm các hệ thống đánh lửa thường, đánh
lửa bán dẫn dùng transistor và hệ thống đánh lửa Manhêtô. Ở loại này, năng lượng
đánh lửa được tích lũy trong từ trường của biến áp đặc biệt gọi là biến áp đánh lửa.
+ Hệ thống đánh lửa điện dung: loại này là loại hệ thống đánh lửa mới về

nguyên lý và có rất nhiều ưu điểm, nên hiện nay được sử dụng nhiều trên các ôtô,

-3-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
xe máy hiện đại. Ở loại này năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong từ
trường của một tụ điện gọi là tụ tích.
- Theo phương pháp phân bố điện cao áp, hệ thống đánh lửa được chia thành
hai loại sau:
+ Hệ thống đánh lửa gián tiếp (có bộ chia điện).
+ Hệ thống đánh lửa trực tiếp (không có bộ chia điện). Theo số lượng bôbin bố
trí cho các xy lanh, hệ thống đánh lửa này được chia thành hai loại là: loại sử dụng
bôbin đôi và loại sử dụng bôbin đơn.
1.3. Sơ đồ, cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại hệ thống đánh lửa
1.3.1. Hệ thống đánh lửa thường
a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường

W2

3

W1
R

C1

2
1

4

K
K'
5

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường
1. Trục cam; 2. Cần tiếp điểm; 3. Biếp áp đánh lửa;
4. Bộ chia điện; 5. Bugi.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa thường
Trên hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường. Những thiết bị chủ
yếu của hệ thống đánh lửa này là: (1) cam của bộ chia điện được dẫn động quay từ
trục phân phối, làm nhiệm vụ nâng hạ cần (2) để đóng mở tiếp điểm KK’ (tức là nối
ngắt mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa). Nguồn điện một chiều (từ ắc quy hoặc máy

-4-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
phát) cung cấp đến biến áp đánh lửa (3), nhờ biến áp đánh lửa để tạo ra dòng điện
cao áp, thông qua bộ chia điện (4) cung cấp đến các bugi đánh lửa (5).
Biến áp đánh lửa có hai cuộn dây: cuộn sơ cấp W 1 có khoảng (250 ÷ 400
[vòng]), cuộn thứ cấp W2 có khoảng (19000 ÷ 26000 [vòng]).
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa thường
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 suất điện động tự cảm, tỷ lệ thuận với
tốc độ biến thiên từ thông. Bởi vì cuộn W 2 có số vòng dây lớn nên suất điện động
cảm ứng sinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng (12000 ÷ 24000 [V]). Điện áp

cao này truyền từ cuộn thứ cấp qua rotor của bộ chia điện (4) và các dây dẫn cao áp
đến các bugi đánh lửa (5) theo thứ tự nổ của động cơ. Khi thế hiệu thứ cấp đạt giá
trị Uđl thì sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc
trong xy lanh.
Vào thời điểm tiếp điểm mở, trong cuộn W 1 cũng xuất hiện một suất điện động
tự cảm khoảng (200 ÷ 300 [V]). Nếu như không có tụ điện C 1 mắc song song với
tiếp điểm KK’ thì suất điện động này 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.
* Ưu điểm
- Các chi tiết chủ yếu là cơ khí nên chế tạo, sửa chữa và thay thế dễ dàng.
- Giá thành rẻ.
* Nhược điểm
- Do việc đóng mở bằng tiếp điểm (má vít) nên gây tia lửa, làm mòn bề mặt các
tiếp điểm. Sau một thời gian sử dụng do bề mặt tiếp điểm mòn nên thời điểm đánh
lửa không còn chính xác, cần phải điều chỉnh lại.
- Tiếp điểm có khối lượng nên hệ thống đánh lửa có độ nhạy không cao.

-5-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
1.3.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm
a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm
1. Ắc quy; 2. Tiếp điểm (cặp má vít); 3. Biếp áp đánh lửa;
4. Điện trở phụ; 5. Khoá điện; 6. Transistor.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm
Cấu tạo của hệ thống đánh lửa này cũng tương tự như kiểu hệ thống đánh lửa

thường. Nhưng hệ thống đánh lửa này không có tụ điện C 1 mà có transistor (6).
Dòng sơ cấp là dòng IE còn dòng qua tiếp điểm KK’ là dòng cực gốc IB << IE.
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm
Khi KK' đóng: cực gốc B của transistor được nối với cực âm của nguồn nên U EB
> 0 làm xuất hiện dòng IB và transistor (6) mở cho dòng I1 đi qua.
Khi KK' mở: dòng IB bị ngắt nên transistor đóng và ngắt đột ngột dòng I 1. Do
đó trong các cuộn dây của biến áp đánh lửa xuất hiện các suất điện động tự cảm.
Trong hệ thống đánh lửa thường E 1 = (200 ÷ 400 [V]) hoặc lớn hơn. Bởi vậy không
thể lấy biến áp đánh lửa tiêu chuẩn (dùng cho hệ thống đánh lửa thường) sang dùng
cho hệ thống đánh lửa bán dẫn, vì transistor không chịu được điện áp cao như vậy
mà phải dùng biến áp riêng có Kba lớn hơn để giảm E1 xuống nhỏ hơn 100 [V].
* Ưu điểm
- Giảm được dòng điện qua tiếp điểm nên làm tăng tuổi thọ của tiếp điểm và độ
tin cậy của hệ thống đánh lửa.

-6-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
- Tiếp điểm ít bị mòn nên thời điểm đánh lửa chính xác hơn.
* Nhược điểm
- Vẫn còn tiếp điểm nên vẫn xảy ra hiện tượng phóng điện tại tiếp điểm, gây
mòn tiếp điểm. Do đó, sau một thời gian phải điều chỉnh lại góc đánh lửa.
- Không thể điều chỉnh góc đánh lửa tối ưu theo mọi chế độ làm việc của động
cơ.
1.3.3. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm
a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm
1. Ắc quy; 2. Bộ phát lệnh; 3. Biến áp đánh lửa;

4. Công tắc khởi động; 5. Biến áp xung.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm
Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (phát lệnh) (2) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh
lửa (3); Bộ cắt nối bán dẫn I và hộp điện trở phụ II; Bộ chia điện (không thể hiện
trên hình vẽ); Transistor T3 (T3 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộ
phát lệnh); Transistor T2 đóng tích cực nhờ Đ2 và R1 (mạch hồi tiếp); Transistor T1
đóng tích cực nhờ biến áp xung.
Để đảm bảo chất lượng đánh lửa khi khởi động (lúc độ dốc của tín hiệu không
đủ lớn), trong sơ đồ có mạch liên hệ ngược (hồi tiếp) qua R 3 và C2 từ cực góp K của
T1 đến cực gốc của T3.
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

-7-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Lúc đầu khi khoá điện Kđ đóng: bộ phát lệnh chưa quay, cực gốc B của T 3 nối
với cực (+) của nguồn qua R4 và cuộn dây của bộ phát lệnh nên T 3 đóng, điện trở
của T3 (RT3) lúc này rất lớn nên cực gốc B của T 2 được nối với cực (-) qua R5, làm T2
mở. Do T2 mở nên có dòng qua biến áp xung từ (+) đến Đ 2 đến W2' đến W1' đến EK
(T2) đến Rf1 đến Rf2 đến (-). Dòng qua biến áp xung tạo điện áp điều khiển tại cực
gốc B của T1 làm T1 mở và cho dòng đi qua cuộn sơ cấp W1 của biến áp đánh lửa.
Khi bộ phát lệnh quay, ở nửa chu kỳ (-) của điện áp do nó phát ra thì cực gốc B
của T3 có điện áp (-) nên T3 mở. T3 mở thì RT3 giảm nhỏ nên cực gốc B của T 2 coi
như được nối với cực (+) nên T 2 đóng. T2 đóng làm T1 đóng theo, cắt đột ngột dòng
sơ cấp I1 tạo nên một suất điện động tự cảm E 2 rất lớn truyền qua bộ chia điện đến
các bugi để tạo tia lửa điện.
Khi khởi động hoặc khi số vòng quay thấp, xung tín hiệu còn yếu thì khi T 1 mở, tụ
C2 được nạp, làm cho thế cực gốc B của T3 âm nên T3 mở. T3 mở làm T2 và T1 đóng
nên cắt dòng I1 để tạo tia lửa điện ở bugi. Sau đó T1 và T2 lại mở, tụ lại được nạp

làm T3 mở còn T1 và T2 đóng. Quá trình cứ lặp lại theo một chu kỳ nhất định, tạo
nên hàng loạt tia lửa điện ở bugi hỗ trợ cho khởi động động cơ.
* Ưu điểm
- Không còn tiếp điểm nên loại bỏ được hoàn toàn hiện tượng mòn tiếp điểm.
- Tăng được độ nhạy của hệ thống đánh lửa.
- Thời điểm đánh lửa được điều khiển chính xác hơn.
* Nhược điểm
- Cấu tạo và yêu cầu khắt khe do hệ thống sử dụng nhiều linh kiện điện tử.
- Giá thành cao hơn các loại trên.
1.3.4. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ
1.3.4.1. Loại nam châm đứng yên
a. Sơ đồ hệ HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

-8-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ
loại nam châm đứng yên
1. Ắc quy; 2. Khóa điện; 3. Dây cao áp tới bộ chia điện; 4. Bôbin;
5. Cuộn dây cảm biến.
b. Cấu tạo của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên
Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (5) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (4); Bộ
chia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Dây cao áp tới bộ chia điện (3); Transistor
T1 (T1 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộ cảm biến); Transistor T 2
đóng tích cực nhờ R3 (mạch hồi tiếp); Transistor T 3 đóng tích cực nhờ R5 (mạch hồi
tiếp).
c. Nguyên lý làm việc của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm
đứng yên

Khi cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm, transistor T 1
ngắt nên T2 ngắt, T3 dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp về mass.
Khi răng của rotor cảm biến tiến lại gần cựa của cuộn dây cảm biến, trên cuộn
dây sẽ xuất hiện một sức điện động xoay chiều, nửa bán kỳ dương cùng với điện áp
đệm trên điện trở R2 sẽ kích cho transistor T1 dẫn, T2 dẫn theo và T3 sẽ ngắt. Dòng
qua cuộn sơ cấp ở bôbin bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng lên
cuộn thứ cấp (với điện áp cao) và sau đó được đưa đến bộ chia điện.

-9-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
1.3.4.2. Loại nam châm quay
a. Sơ đồ HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm quay

Hình 1.5. Sơ đồ HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm quay
1. Ắc quy; 2. Khóa điện; 3. Dây cao áp tới bộ chia điện; 4. Bôbin;
5. Cảm biến điện từ.
b. Cấu tạo của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm quay
Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (5) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (4); Bộ
chia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Dây cao áp tới bộ chia điện (3); Transistor
T1 (T1 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộ cảm biến); Transistor T 2
đóng tích cực nhờ R1 (mạch hồi tiếp); Transistor T 3 đóng tích cực nhờ R3 (mạch hồi
tiếp).
Transistor T4 có nhiệm vụ đóng ngắt dòng điện sơ cấp của bôbin. Các transistor
T1, T2, T3 có nhiệm vụ khuếch đại các xung của cảm biến đánh lửa, vì biên độ điện
áp của nó không đủ để điều khiển trực tiếp T4.
c. Nguyên lý làm việc của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm
quay
Khi bật công tắc máy và rotor của cảm biến không quay thì T1 khoá vì điện thế

ở hai cực E và cực B bằng nhau (Ueb = 0). Khi đó điện thế ở cực B của T2 cao hơn
điện thế ở cực E, tức là Ueb > 0, nên xuất hiện dòng điện điều khiển: (+) ắc quy →
KĐ → R → D5 → R6 → điểm a → D3 → cực gốc T2 → R3 → R9 → (-) ắc quy. Do

-10-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
vậy T2 mở làm cho T3 mở, đồng thời xuất hiện dòng điện điều khiển T4 chạy qua
cực CE của T3 kích cho T4 mở. Khi T4 dẫn, điện trở của nó rất nhỏ, do đó hầu như
toàn bộ dòng điện sơ cấp của bôbin sẽ qua T4 theo mạch: (+) ắc quy → KĐ → cuộn
sơ cấp bôbin → D6 → tiếp giáp phát - góp của T4 → (-) ắc quy. Dòng điện sơ cấp
tạo nên từ thông trong lõi thép của bôbin.
Khi rotor cảm biến quay, trong cuộn dây của nó phát ra những xung điện xoay
chiều. Nửa xung dương sẽ tạo nên dòng điện điều khiển transistor T 1 như sau: từ
cuộn dây cảm biến → D1 → R7 → tiếp giáp E-B của T1 → (-) ắc quy và T1 mở. Khi
T1 mở, điểm a coi như được nối với (-) ắc quy vì độ sụt áp trên T1 lúc này không
đáng kể. Khi đó cực B của T2 được nối với điện thế âm qua D3 khiến T2 khoá, đồng
thời T3, T4 cũng khoá theo nên dòng điện sơ cấp của bôbin bị triệt tiêu nhanh chóng,
dẫn tới sự biến thiên từ thông và sinh ra sức điện động lớn (đến 30 [kV]) trong cuộn
dây thứ cấp của bôbin. Xung điện cao áp này tạo nên tia lửa điện ở bugi để đốt cháy
hỗn hợp nổ trong xy lanh động cơ.
1.3.5. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang
a. Sơ đồ 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
1. Ắc quy; 2. Đĩa cảm biến; 3. Bôbin.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang

-11-

Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (2) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (3); Bộ
chia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Transistor T 1 (T1 đóng tích cực nhờ nửa chu
kỳ điện áp dương của bộ cảm biến);
Transistor T5 có nhiệm vụ đóng ngắt dòng điện sơ cấp của bôbin. Các transistor
T1, T2, T3, T4 có nhiệm vụ khuếch đại các xung của cảm biến đánh lửa, vì biên độ
điện áp của nó không đủ để điều khiển trực tiếp T5.
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang
Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí chắn dòng ánh sáng từ LED D1 sang photo
transistor T1, làm T1 bị ngắt nên các transistor T2, T3, T4 ngắt theo, còn T5 dẫn cho
dòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến mass. Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí cho
dòng ánh sáng đi qua, T1 dẫn làm cho T2, T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc này ngắt, làm
cho dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột. Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột nên trên cuộn thứ
cấp xuất hiện một suất điện động cảm ứng với hiệu điện thế cao, dòng điện này qua
bộ chia điện, đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí, theo
đúng thứ tự làm việc của các xy lanh.
1.3.6. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall
a. Sơ đồ 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
1. Ắc quy; 2. Phần tử Hall; 3. Bôbin; 4. Đầu dây đến bộ chia điện.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

-12-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (2) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (3); Bộ

chia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Đầu dây đến bộ chia điện (4); Transistor T 1
(T1 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộ cảm biến); Transistor T 2
đóng tích cực nhờ R7 (mạch hồi tiếp); Transistor T 3 đóng tích cực nhờ R8 (mạch hồi
tiếp).
Tụ điện C2 có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn sơ cấp W1 đặt
vào mạch khi T2, T3 ngắt. Trong trường hợp sức điện động tự cảm quá lớn do sút
dây cao áp chẳng hạn, R5, R6, D4 sẽ khiến transistor T2, T3 mở trở lại để giảm xung
điện áp quá lớn có thể gây hư hỏng cho transistor. Diode Zener D5 có tác dụng bảo
vệ transistor T3 khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấp của bôbin.
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall
Khi bật công tắc máy (IG/SW), mạch điện sau công tắc máy được tách làm hai
nhánh, một nhánh qua điện trở phụ Rf đến cuộn sơ cấp và cực C của transistor T3,
một nhánh sẽ qua diode D1 cấp cho igniter và cảm biến Hall. Nhờ R1, D2 điện áp
cung cấp cho cảm biến Hall luôn ổn định. Tụ điện C1 có tác dụng lọc nhiễu cho điện
áp đầu vào. Diode D1 có nhiệm vụ bảo vệ IC Hall trong trường hợp mắc lộn cực ắc
quy, còn diode D3 có nhiệm vụ ổn áp khi hiệu điện thế nguồn cung cấp quá lớn như
trường hợp tiết chế của máy phát bị hư.
Khi đầu dây tín hiệu của cảm biến Hall có điện áp ở mức cao, tức lúc cánh chắn
bằng thép xen giữa khe hở trong cảm biến Hall, làm T1 dẫn. Khi T1 dẫn, T2 và T3
dẫn theo. Lúc này dòng sơ cấp i1 qua W1, qua T3 về mass tăng dần. Khi tín hiệu điện
từ cảm biến Hall ở mức thấp, tức là lúc cánh chắn bằng thép ra khỏi khe hở trong
cảm biến Hall, transistor T1 ngắt làm T2, T3 ngắt theo. Dòng sơ cấp i1 bị ngắt đột
ngột tạo nên một sức điện động ở cuộn thứ cấp W2 đưa đến các bugi.
1.3.7. Hệ thống đánh lửa gián tiếp
a. Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp

-13-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

7

6

8
10

W1

5
1

NE

2

G

3

VTA

IGT

W2
9

11

T

IGF

4

Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp
1. Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2. Cảm biến vị trí trục cam; 3. Cảm biến vị trí bướm
ga; 4. Các cảm biến khác; 5. ECU; 6. Ắc quy; 7. Công tắc máy; 8. Bôbin;
9. IC đánh lửa; 10. Bộ chia điện; 11. Bugi đánh lửa.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa gián tiếp
Hệ thống các cảm biến gồm: cảm biến vị trí trục khuỷu (1), cảm biến vị trí trục
cam (2), cảm biến vị trí bướm ga (3) và các cảm biến khác; Bộ điều khiển trung tâm
ECU (5); Bộ ắc quy (6); Biến áp đánh lửa (8); IC đánh lửa (9); Bộ chia điện (10);
Bugi đánh lửa (11).
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa gián tiếp
Hệ thống đánh lửa này là một trong số các kiểu hệ thống đánh lửa có góc đánh
lửa được điều chỉnh theo một chương trình trong bộ nhớ của ECU (Electronic
Control Unit).
Khi bật công tắc máy thì sẽ có dòng điện sơ cấp chạy qua cuộn W 1 của bôbin.
Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến như: cảm biến vị trí trục khuỷu NE, cảm
biến vị trí trục cam G, cảm biến vị trí bướm ga VTA,… ECU sẽ tính toán và phát ra
tín hiệu đánh lửa tối ưu (tín hiệu IGT) tới IC đánh lửa để điều khiển việc đánh lửa.
Việc phân phối điện cao áp đến các bugi theo thứ tự làm việc của động cơ, thông
qua bộ chia điện. Khi ECU nhận được tín hiệu phản hồi (tín hiệu IGF) thì quá trình
đánh lửa xảy ra bình thường, còn nếu ECU không nhận được tín hiệu IGF tại một

-14-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

máy nào đó thì chứng tỏ đã có vấn đề trong hệ thống đánh và ECU sẽ điều khiển
ngừng cung cấp nhiên liệu tại máy đó ở chu trình tiếp theo.
* Ưu điểm
- Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tối ưu ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
- Góc ngậm điện luôn được điều chỉnh theo tốc độ động cơ và hiệu điện thế ắc
quy, đảm bảo hiệu điện thế thứ cấp và năng lượng đánh lửa thích hợp ở mọi thời
điểm làm việc của động cơ.
- Động cơ khởi động dễ dàng, chạy không tải êm, tiết kiệm được nhiên liệu và
giảm độc hại cho khí thải.
- Làm tăng công suất và hiệu suất của động cơ.
- Có khả năng điều chỉnh góc đánh lửa sớm để chống kích nổ cho động cơ.
- Ít hư hỏng, tuổi thọ cao và ít cần bảo dưỡng.
- Chuẩn đoán hư hỏng nhanh chóng và chính xác.
- Loại bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng như: bộ ly tâm, bộ chân không.
* Nhược điểm
- Tổn thất nhiều năng lượng qua bộ chia điện và trên dây cao áp.
- Gây nhiễu xạ vô tuyến trên mạch thứ cấp.
- Khi động cơ có tốc độ cao và số xy 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.
- Cấu tạo phức tạp, giá thành cao, yêu cầu làm việc khắc khe.
- Yêu cầu kỹ thuật viên phải có trình độ chuyên môn cao trong bảo dưỡng và
sửa chữa.
1.3.8. Hệ thống đánh lửa trực tiếp
1.3.8.1. Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi
a. Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi

-15-

Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
B+

5

1

NE

2

G

3

VTA

IGT1

C2-1

W2

W1
T1

IGF

C2-4

6

8

B+

4

IGT2

C2-2

W2

W1
T2

C2-3

7

Hình 1.9. Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi
1. Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2. Cảm biến vị trí trục cam; 3. Cảm biến vị trí bướm
ga; 4. Các cảm biến khác; 5. ECU; 6. Bôbin; 7. IC đánh lửa; 8. Bugi đánh lửa.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi
Hệ thống các cảm biến gồm: cảm biến vị trí trục khuỷu (1), cảm biến vị trí trục
cam (2), cảm biến vị trí bướm ga (3) và các cảm biến khác; Bộ điều khiển trung tâm
ECU (5); Biến áp đánh lửa (6); IC đánh lửa (7); Bugi đánh lửa (8).
Trong hệ thống đánh lửa này, bôbin đôi phải được gắn vào các bugi của 2 xy

lanh song hành. Trên hình 1.12 là hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi trên
động cơ 4 xy lanh, có thứ tự nổ là: 1-3-4-2. Bôbin thứ nhất được nối với bugi máy
số 1 và 4, bôbin thứ hai nối với máy số 2 và 3.
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi
Khi bật công tắc máy thì sẽ có dòng điện sơ cấp chạy qua cuộn W 1 của bôbin.
Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến như: cảm biến vị trí trục khuỷu NE, cảm
biến vị trí trục cam G, cảm biến vị trí bướm ga VTA,… ECU sẽ tính toán và phát ra
tín hiệu đánh lửa tối ưu (tín hiệu IGT1 hoặc IGT2) tới IC đánh lửa để điều khiển việc
đánh lửa. Khi một IC ngắt thì quá trình đánh lửa sẽ xảy ra tại 2 xy lanh song hành.
Tuy nhiên chỉ có 1 bugi đánh lửa, bởi vì 2 bugi này được gắn vào cặp xy lanh song
hành nên khi 1 xy lanh ở cuối quá trình nén sẽ đánh lửa thì xy lanh còn lại sẽ là cuối
quá trình thải nên sẽ không xuất hiện tia lửa (vì sản phẩm đã bị đốt cháy nên chứa

-16-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
ion tạo môi trường dẫn điện). Việc đánh lửa ở các cặp xy lanh song hành còn lại
diễn ra tương tự như cặp trên.
* Ưu điểm
Ngoài những ưu điểm như trong hệ thống đánh lửa gián tiếp, hệ thống đánh lửa
trực tiếp sử dụng bôbin đôi còn có một số ưu điểm sau:
- Dây cao áp ngắn nên giảm được năng lượng mất mát, giảm được điện dung kí
sinh và giảm nhiễu xạ vô tuyến.
- Không còn bộ chia điện nên không còn khe hở trên đường dẫn.
- Bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt
như: chổi than, bộ chia điện.
* Nhược điểm
- Vẫn còn tồn tại dây cao áp nên vẫn có tổn thất năng lượng trên dây cao áp.
- Một bôbin được gắn với hai bugi nên làm tăng tần số làm việc của bôbin.

- Cấu tạo phức tạp, giá thành cao, yêu cầu làm việc khắc khe.
- Yêu cầu kỹ thuật viên phải có trình độ chuyên môn cao trong bảo dưỡng và
sửa chữa.
1.3.8.2. Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn
a. Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn
B+
5

IGT1

C2-1

W2

W1
T1

IGF
1

NE

2

G

3

VTA

B+
IGT2

C2-2

W2

W1
T2

6

4

8

B+
IGTn

C2-n

W2

W1
Ti

7

Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn

-17-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
1. Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2. Cảm biến vị trí trục cam; 3. Cảm biến vị trí bướm
ga; 4. Các cảm biến khác; 5. ECU; 6. Bôbin; 7. IC đánh lửa; 8. Bugi đánh lửa.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn
Hệ thống các cảm biến gồm: cảm biến vị trí trục khuỷu (1), cảm biến vị trí trục
cam (2), cảm biến vị trí bướm ga (3) và các cảm biến khác; Bộ điều khiển trung tâm
ECU (5); Biến áp đánh lửa (6); IC đánh lửa (7); Bugi đánh lửa (8).
Với hệ thống đánh lửa này mỗi bôbin dùng cho một bugi. IC đánh lửa, bôbin và
bugi được tích hợp vào một kết cấu gọn nhẹ, không còn dây cao áp.
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn
Khi bật công tắc máy thì sẽ có dòng điện sơ cấp chạy qua cuộn W 1 của bôbin.
Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến như: cảm biến vị trí trục khuỷu NE, cảm
biến vị trí trục cam G, cảm biến vị trí bướm ga VTA,… ECU sẽ tính toán và phát ra
tín hiệu đánh lửa tối ưu (tín hiệu IGTi) tương ứng với xy lanh thứ i. Khi tín hiệu
IGTi được tạo ra thì transistor Ti sẽ bị ngắt lúc này dòng điện chạy trong cuộn sơ
cấp của bôbin ở máy thứ i bị mất đột ngột. Do đó, sẽ tạo ra một suất điện động cao
áp ở cuộn dây thứ cấp gửi đến bugi tương ứng để đánh lửa.
• Ưu điểm
Ngoài những ưu điểm như trong hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi,
hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn còn có một số ưu điểm sau:
- Mỗi bôbin dùng cho một bugi. IC đánh lửa, bôbin và bugi 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
bôbin.
* Nhược điểm
- Cấu tạo phức tạp, giá thành cao, yêu cầu làm việc khắc khe.
- Yêu cầu kỹ thuật viên phải có trình độ chuyên môn cao trong bảo dưỡng và

sửa chữa.

-18-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
1.4. Cơ sở lý thuyết đánh lửa
1.4.1. Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa
1.4.1.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m:
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn
dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi. Hiệu điện thế cực đại U2m
phải lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi,
đặc biệt lúc khởi động.
1.4.1.2. Hiệu điện thế đánh lửa Udl:
Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra
được gọi là hiệu điện thế đánh lửa (Udl). Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm
phụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen.
U dl = K

Pδ
T

Trong đó:
P: là 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 điện
đánh lửa.
K: hằng số phụ vào thành phần của hỗn hợp hoà khí.
Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu thế đánh lửa Udl tăng khoảng 20 ÷ 30%
do nhiệt độ hoà khí thấp và hoà khí không được hoà trộn tốt.

Khi động cơ tăng tốc độ, Udl tăng nhưng sau đó Udl giảm từ từ do nhiệt
độ 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 công suất cực đại.Trong quá trình
vận hành xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, Udl tăng 20% do điện cực bằng
bugi bị mài mòn.

-19-

(1.4.1)


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

Hình 1.11. Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa theo tốc độ và tải động cơ.
1. Toàn tải; 2. Nửa tải; 3.Tải nhỏ ; 4. Khởi động và cầm chừng.
Sau khi đó Udl tiếp tục tăng do khe hở bugi tăng. Vì vậy để giảm Udl
phải hiệu chỉnh lại khe hở bugi sau mỗi 10.000 km.
1.4.1.3. 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 Udl:
K dl =

U 2m
U dl

Đối với hệ thống đánh lửa thường, do U2m thấp nên Kdt thường nhỏ
hơn 1,5. Trên những động cơ xăng hiện đại với với hệ thống đánh lửa điện
tử hệ số dự trữ có khả năng tăng cao (Kdt = 1,5 ÷ 1,8) đáp ứng được việc
tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở bugi.

1.4.1.4. Năng lượng dự trữ Wdt:
Năng lượng dữ trữ Wdt là năng lượng tích luỹ dưới dạng từ trường
trong cuộn dây sơ cấp của bobin. Để đảm bảo tia ửla điện có đủ năng
lượng để đốt cháy hoàn toàn hoà khí. Hệ thống đánh lửa phải đảm bảo
được năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của bobin ở một giá trị xác định.

-20-

(1.4.2)


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

Wdl =

L1.I ng2
2

= 50 ÷ 70

[mj]

(1.4.3)

Trong đó:
Wdl: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp.
L1: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobin.
Ing: Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm công suất ngắt.
1.4.1.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S:
S=

du2 ∆U 2
=
= 300 ÷ 600
dt
∆t

[V/ms]

(1.4.4)

Trong đó:
S: tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
ΔU2: độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
Δt: Thời gian biến thiên của hiệu thế thứ cấp.
Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế cấp S càng lớn thì tia lửa điện
xuất hiện tại điện cực bugi càng mạnh nhờ đó dòng không bị rò qua có
muội than trên cực bugi, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm.
1.4.1.6. Tần số và chu kỳ đánh lửa:
Đối với động cơ 4 thì, số tia lửa xảy ra trong một giây được xác
định bởi công thức:
f =

nZ
120

[Hz]

Đối với động cơ 2 thì:
f =

nZ
60

[Hz]

Trong đó:
f: tần số đánh lửa
n: số vòng quay trục khuỷu động cơ (min-1).
Z : số xylanh động cơ.

-21-

(1.4.5)


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Chu kỳ đánh lửa : là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa.
T=

1
= td + tm
f

td : thời gian công suất dẫn.
tm : thời gian công suất ngắt.
Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với quay trục khuỷu động cơ và số vòng
quay 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.
1.4.1.7. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện:
Thông 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 theo công
thức:
WP = WC + WL

(

C2U dl2
L2 .i22
WC =
WL =
2
2

;

(1.4.6)

)

Trong đó:
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 thú cấp (A).

Tuỳ thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà tăng năng lượng tia lửa có đủ
hai thành phần hoặc chỉ có một thành phần điện cảm hoặc điện dung.
Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bugi tuỳ thuộc vào loại hệ
thống đánh lửa. Tuy nhiên hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng tia

-22-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
lửa đủ lớn và thời gian phóng điện đủ dài để đốt cháy được hoà khí ở mọi
chế độ hoạt động của động cơ.
1.4.2. Vấn đề đánh lửa sớm
1.4.2.1. Quá trình cháy của hòa khí
Quá trình cháy của hòa khí tính từ khi tia lửa
xuất hiện ở bugi được chia thành hai giai đoạn: giai
đoạn cháy trể và giai đoạn cháy lan truyền ngọn lửa.
• Giai đoạn cháy trễ
Sự bốc cháy của hổn hợp không khí –nhiên liệu
không phải xuất hiện ngay sau khi đánh lửa. Thoạt
đầu, một khu vực nhỏ ở sát ngay tia lửa bắt đầu
cháy, và quá trình bắt cháy này lan sang khu vực
xung quanh. Quãnh thời gian từ khi hổn hợp không
khí –nhiên liệu được đánh lữa cho đến khi nó bốc
cháy được gọi là giai đoạn cháy trễ (khoảng A đến B
trong sơ đồ ). Giai đoạn cháy trễ đó gần như không thay
đổi và nó không bị ảnh hưởng bởi điều kiện làm việc
của động cơ.
Hình 1.12.1. Giai đoạn cháy trễ
• Giai đoạn lan truyền ngọn lửa
Sau khi hạt nhân ngọn lửa hình thành , ngọn lửa

nhanh chóng lan truyền ra xung quanh. Tốc độ lan
truyền này được gọi là tốc độ lan truyền ngọn lửa, và
được gọi là thời kì la truyền ngọn lửa (B-C-D trong
sơ đồ hình 1.12.2)
Khi có một lượng lớn không khí được nạp vào,
hỗn hợp không khí nhiên liệu trở nên có mật độ cao
hơn. Vì thế, khoảng cách giữa các hạt trong hổn hợp
không khí – nhiên liệu giảm xuống nhờ thế tốc độ lan truyền ngọn lửa tăng lên.

-23-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Ngoài ra luồng hổn hợp không khí – nhiên liêu
xoáy lốc càng mạnh thì tốc độ lan truyền ngọn lửa

Hình 1.12.2. Giai đoạn lan
truyền
ngọn lửa

càng cao, cần phải xác định thời điểm đánh lửa sớm.
Do đó cần phải điều khiển thời điểm đánh lửa theo điều kiện làm việc của động cơ.
1.4.2.2. Góc đánh lửa sớm :
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ từ thời điểm
xuất hiện tia lửa điện tại bugi cho đến khi piston lên đến tử điểm thượng.
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 rất
nhiều yếu tố:
θopt = f(Pbđ, tbđ,p, twt, tmt, n, No…)
Trong đó:

Pbđ: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
tbđ: Nhiệt độ đốt.
P: Áp suất trên đường ống nạp.
twt : Nhiệt độ làm mát động cơ.
tmt : Nhiệt độ môi trường.
n: Số vòng quay động cơ.
No : Chỉ số octan của xăng.
Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ số được điều khiển theo hai
thông số: tốc độ và tải động cơ.Tuy nhiên, hệ số đánh lửa ở một số xe
(Toyota, honda…),có trang bị thêm van nhiệt và sử dụng bộ phận đánh lửa
sớm theo hai chế độ nhiệt độ. Trên các đời xe mới, góc đánh lửa sớm được
điều khiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo thông
số nêu trên.

-24-


Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

Hình 1.13. Bản đồ góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện
1.4.3. Các giai đoạn đánh lửa.
Trong động cơ xăng 4 kỳ , hòa khí sau khi được đưa vào trong xylanh và được
hòa trộn đều nhờ sự xoáy lốc của dòng khí ,sẽ được piston nén lại.Ở một thời điểm
thích hợp cuối kì nén , hệ thống đánh lửa sẽ cấp một tia lửa điện cao thế đốt cháy
hòa khí và sinh công cho động cơ . Để tạo được tia lửa giữa hai điện cực của bugi,
quá trình đánh lửa được chia làm 3 giai đoạn : quá trình tăng trưởng của dòng sơ
cấp hay còn gọi là quá trình tích lũy năng lượng ,quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá
trình xuất hiện tia lửa ở điện cực bugi
a. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp.

-25-