Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên ôtô

Động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hơn 100 năm qua. Từ khi ra đời cho đến nay, các nhà thiết kế luôn tìm cách để cải tiến, tăng hiệu suất làm việc, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và giảm mức độ độc hại trong khí xả động cơ.

Động cơ đốt trong là một “cỗ máy” có nhiều hệ thống phụ trợ như hệ thống nhiên liệu, hệ thống làm mát, hệ thống phân phối khí, hệ thống tăng áp... Riêng đối với động cơ xăng thì hệ thống đánh lửa là một trong những thành phần quan trọng nhất. Nó có tác dụng biến dòng điện một chiều điện áp thấp (6-12V, 24V) thành các xung điện cao áp (12.000-40.000) đủ để tạo nên tia lửa điện ở bugi để đốt cháy hòa khí vào đúng thời điểm quy định theo một thứ tự nhất định.


Hình1: Sơ đồ nguyên lý mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa

Chú thích: A, D: Dây cao áp; B: Nắp chia điện; C: Con quay; E: Vỏ chia điện; F: Cam chia điện; G: Cảm biến đánh lửa; H: IC đánh lửa; I: Bô-bin; J: Bugi đánh lửa.

Trong bài viết này đề cập đến hệ thống đánh lửa của động cơ. Bắt đầu là thời điểm đánh lửa, sau đó chúng ta hãy xem tất cả những thành phần để tạo ra tia lửa như nến điện (bugi), các cuộn tăng áp (bôbin) và bộ chia điện. Cuối cùng, chúng ta sẽ lướt qua một hệ thống đánh lửa lập trình hiện.

Tại sao phải đánh lửa sớm?

Hệ thống đánh lửa trên chiếc xe của bạn cần phải làm việc phù hợp với các hệ thống khác của động cơ. Nó cần phát ra tia lửa chính xác ở một thời điểm nhất định để đốt cháy hỗn hợp khí dãn nở trong xi-lanh phát huy hết công suất. Nếu đánh lửa sai thời điểm thì công suất động cơ bị giảm đi, tiêu hao nhiên liệu và lượng chất độc hại trong khí xả tăng lên.


Hình2: Bugi đánh lửa trước khi piston lên tới Điểm chết trên

Chú thích: 1: Kỳ nạp; 2: Kỳ nén; 3: Kỳ nổ; 4: Kỳ xả; 5: Bugi; 6: Điểm chết trên

Khi không khí và nhiên liệu hoà trộn trong xi lanh bị đốt cháy, nhiệt độ tăng lên và nhiên liệu bị cháy thành khí xả. Điều này dẫn đến áp suất trong xi lanh tăng lên đột ngột và đẩy piston đi xuống.

Để tăng công suất và mô-men động cơ, cần thiết phải tăng áp suất trong xi lanh trong thời kỳ cháy. Áp suất lớn nhất sẽ cho hiệu suất động cơ cao và điều này hoàn toàn phụ thuộc vào thời điểm sinh tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp khí.

Sẽ có một thời gian trễ kể từ khi bu-gi phát tia lửa đến khi hỗn hợp khí bị đốt cháy hoàn toàn và áp suất trong xi-lanh đạt cao nhất. Nếu tia lửa xuất hiện khi piston chạm đến điểm chết trên của kỳ nén, piston đã sẵn sàng di chuyển xuống trước khi áp suất trong xi lanh đạt đến trị số cao nhất. Đây không phải là thời điểm tối ưu.

Để sử dụng triệt để năng lượng của nhiên liệu, tia lửa cần xuất hiện trước khi piston đạt điểm chết trên của kỳ nén để đến khi piston đi xuống đúng lúc áp suất trong xi lanh đạt trị số cao nhất.

Ta biết rằng: Công = lực * khoảng cách; Và trong xi lanh: Lực = áp suất * diện tích đỉnh piston; Khoảng cách = hành trình piston. Vì vậy: Công = áp suất * diện tích đỉnh piston * hành trình piston.

Đối với một động cơ cụ thể thì đường kính piston và hành trình là hằng số, vì vậy chỉ còn cách là tăng áp suất để tăng công suất động cơ.Thời gian đánh lửa rất quan trọng, và thời điểm đánh lửa sớm lên hay muộn đi còn tuỳ thuộc vào các điều kiện khác. Thời gian hỗn hợp cháy gần như là không đổi, nhưng tốc độ của piston sẽ tăng lên khi tốc độ động cơ tăng. Nghĩa là, tốc độ động cơ càng cao thì thời điểm đánh lửa càng phải sớm lên.

Ngoài việc tăng công suất, ta hãy xét những mục tiêu khác, ví dụ như tối thiểu hoá các chất độc hại trong khí xả. Thời điểm đánh lửa muộn đi (tức là thời điểm đánh lửa gần thời điểm piston đến điểm chết trên hơn), áp suất lớn nhất trong xi lanh và nhiệt độ có thể giảm đi. Nhiệt độ giảm sẽ làm làm giảm lượng ô xit ni tơ NoX (một chất độc hại trong khí xả). Đánh lửa muộn cũng làm giảm tiếng gõ trong máy (một vài loại xe hiện nay có cảm biến tiếng gõ động cơ để dò tìm tiếng gõ động cơ tự động).

Các thành phần chính của hệ thống đánh lửa

Bugi: về lý thuyết thì khá đơn giản, nó là công cụ để nguồn điện phát ra hồ quang qua một khoảng trống (giống như tia sét). Nguồn điện này phải có điện áp rất cao để tia lửa có thể phóng qua khoảng trống và tia lửa mạnh. Thông thường, điện áp giữa hai cực của nến điện khoảng từ 40.000 đến 100.000 vôn.

1.jpg
Hình3: Bugi đặt ở chính giữa 4 van của cơ cấu phối khí

Bugi phải cách ly được điện thế cao để tia lửa xuất hiện đúng theo vị trí đã định trước của các điện cực của nến, mặt khác nó phải chịu đựng được điều kiện khắc nghiệt trong xilanh như áp suất và nhiệt độ rất cao, hơn nữa nó phải được thiết kế để các bụi than không bám lại trên các bề mặt điện cực trong quá trình làm việc.

Bugi sử dụng loại sứ cách điện để cách ly nguồn cao áp giữa các điện cực, nó phải đảm bảo để tia lửa phóng ra đúng ở hai đầu của điện cực chứ không phải ở bất cứ điểm nào thuộc hai cực. Ngoài ra chất sứ này còn có tác dụng không để các bụi than bám vào trong quá trình sử dụng. Sứ là vật liệu dẫn nhiệt rất kém, vì vậy vật liệu rất nóng trong quá trình làm việc. Sức nóng đã giúp làm sạch bụi than khỏi điện cực.

2.jpg
Hình 4: Cấu tạo của bugi

Một số xe đòi hỏi phải sử dụng loại bugi nóng. Loại bugi này được thiết kế có chất sứ bao bọc tiếp xúc với kim loại ít hơn do vậy việc trao đổi nhiệt kém hơn và nến nóng hơn và làm sạch bụi bẩn tốt hơn. Bugi lạnh thì ngược lại, thiết kế với vùng trao đổi nhiệt lớn hơn vì vậy sẽ nguội hơn khi hoạt động.

Nhà thiết kế đã lựa chọn nhiệt độ làm việc của nến điện phù hợp cho mỗi loại xe. Một số chiếc xe có hiệu suất cao sẽ sinh nhiều nhiệt hơn do vậy phải sử dụng nến nguội hơn. Nếu nến điện quá nóng, nó sẽ làm cho hỗn hợp cháy trước khi tia lửa phát ra, vì vậy cần lựa chọn chính xác loại nến điện phù hợp cho mỗi loại xe.

4.jpg
Hình 5: Bugi nóng (trái), bugi nguội (phải)

Bôbin (hình 6): là bộ phận sinh ra cao áp để tạo ra tia lửa. Rất đơn giản, điện thế cao được sinh ra do cảm ứng giữa hai cuộn dây. Một cuộn có ít vòng được gọi là cuộn sơ cấp (màu vàng), cuốn xung quanh cuộn sơ cấp (màu đen) nhưng nhiều vòng hơn là cuộn thứ cấp. Cuộn thứ cấp có số vòng lớn gấp hàng trăm lần cuộn sơ cấp.

Dòng điện từ nguồn điện chạy qua cuộn sơ cấp của bôbin, đột ngột, dòng điện bị ngắt đi tại thời điểm đánh lửa do má vít (đang đóng kín mạch điện thì đột ngột mở ra). Khi dòng điện ở cuộn sơ cấp bị ngắt đi, từ trường điện do cuộn sơ cấp sinh ra giảm đột ngột. Theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, cuộn thứ cấp sinh ra một dòng điện để chống lại sự thay đổi từ trường đó. Do số vòng của cuộn thứ cấp lớn gấp rất nhiều lần số vòng dây cuộn sơ cấp nên dòng điện ở cuộn thứ cấp có điện áp rất lớn (có thể đến 100.000 vôn). Dòng điện cao áp này được bộ chia điện đưa đến nến bugi qua dây cao áp.

ignition_system_coil.gif
Hình 6: Bôbin tăng áp

Bộ chia điện (hình 7): có một số chức năng như sau: thứ nhất, nó chia nguồn điện cao áp từ tăng điện đến các xi lanh. Điều này được thực hiện bởi trục bộ chia điện và con quay gắn ở đầu. Cuộn thứ cấp của tăng điện được kết nối với con quay, nắp bộ chia điện có các đầu nối với các dây cao áp đến các xi lanh. Khi con quay quay vòng tròn nó sẽ chia nguồn điện cao áp cho các xi lanh theo một tứ tự nhất định.


Hình 7: Bộ chia điện

Chú thích: A: Dòng cao áp đến từ bô-bin đánh lửa; B: Con quay; C: Nắp chia điện; D: Dòng cao áp tới các xi lanh.

Bộ chia điện đời cổ hơn (sử dụng má vít) (hình 8) có hai phần, phần trên là bộ chia cao áp như vừa nêu, còn phía dưới là bộ phận để ngắt dòng điện sơ cấp của bôbin. Đầu tiếp đất của tăng điện được nối với má vít của bộ chia điện.

Một trục cam ở trung tâm bộ chia điện sẽ làm cho phần động của má vít tách khỏi phần tĩnh tại thời điểm đánh lửa. Điều này lý giải tại sao dòng điện của cuộn dây sơ cấp lại bị mất đi đột ngột và sinh ra xung cao áp.

ignition_system_points.gif
Hình 8: Bộ chia điện đời cổ sử dụng cam, má vít và tụ điện

Chú thích: A: Dây nối với bô-bin đánh lửa; B: Má vít; C: Vít chỉnh thời điểm đánh lửa sớm; D: Cam dẫn; E: Cam quay; F: Tụ điện.

Để điều khiển thời điểm đánh lửa (thời điểm mở má vít), người ta sử dụng hệ thống làm sớm chân không hoặc hệ thống làm sớm ly tâm. Những hệ thống cơ khí này điều khiển sớm lửa theo tải trọng và theo tốc độ động cơ.

Thời điểm đánh lửa đóng vai trò rất quan trọng đối với hiệu suất của động cơ, vì vậy hiện nay các xe thường sử dụng các cảm biến đánh lửa thay cho má vít. Các cảm biến này sẽ báo cho khối ECU chính xác vị trí của piston, máy tính trên xe sẽ quyết định khi nào mở hoặc đóng dòng điện trong cuộn dây sơ cấp.

5.jpg
Hình 9: Hệ thống đánh lửa không dùng bộ chia điện, mỗi bugi đều có bộ tăng áp riêng

Vài năm gần đây, chắc bạn đã được nghe về các xe mới chỉ cần điều chỉnh và bảo dưỡng sau 100.000 dặm. Một trong những công nghệ kéo dài được thời gian bảo trì đó là hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện, thường gọi là hệ thống đánh lửa lập trình ESA. Hệ thống này không chỉ có một bôbin tăng áp mà mỗi một xi lanh đều có một tăng điện riêng. Khối ECU trung tâm sẽ quyết định toàn bộ thời điểm đánh lửa chính xác cho các xi lanh. Ưu điểm của hệ thống đánh lửa ESA chính là: thứ nhất, không có bộ chia điện; thứ hai, không cần dây cao áp; và cuối cùng là thời điểm đánh lửa được tự động điều chỉnh theo chương trình lập sẵn. Điều này làm tăng hiệu suất động cơ, giảm tiêu thụ nhiên liệu và các chất độc hại trong khí xả đồng thời làm tăng công suất tổng thể của động cơ.

Hệ thống đánh lửa của các xe hiện đại có rất nhiều điều thú vị và đáng quan tâm. Nếu bạn là người yêu thích xe hơi, hãy thường xuyên cập nhật những thông tin về các hệ thống mới trên xe ô tô.

  • Đức Hùng (Biên dịch)
Việt Báo

Video được xem nhiều nhất

Bí kíp vàng giúp sử dụng lốp xe máy an toàn
00:00 / --:--

Video nổi bật

TIN Ô tô - Xe Máy NỔI BẬT

Xăng giảm, Uber, Grab lại đua tăng cước

Trong khi giá xăng liên tục giảm và đang ở mức thấp nhất trong nhiều năm qua thì giá cước dịch vụ taxi của các ứng dụng Uber, Grab lại liên tục điều chỉnh theo xu hướng tăng. ( taxi truyền thống, Uber, Grab)

Nhận xét tin Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên ôtô

Ý kiến bạn đọc

Viết phản hồi

Bạn có thể gửi nhận xét, góp ý hay liên hệ về bài viết Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên ôtô bằng cách gửi thư điện tử tới Lien He Bao Viet Nam. Xin bao gồm tên bài viết Nguyen ly hoat dong cua he thong danh lua tren oto ở dạng tiếng Việt không dấu. Hoặc Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên ôtô ở dạng có dấu. Bài viết trong chuyên đề của chuyên mục Ô tô - Xe Máy.

Principle of operation of the ignition systems on cars
fuel consumption, ignition systems, ignition timing, operating principles, distributor, of the system, the primary coil, coil secondary ignition, cylinder, power lines, use of exhaust gas, in gas, spark plugs

Internal combustion engines have a history of more than 100 years. From its inception until now, designers are always looking to improve and increase performance, reduce fuel consumption and reduce toxic levels in the exhaust gas engines ..

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM
Xem tiếp: Ô tô - Xe Máy


  • Thoi su 24h0402 Virus Zika teo nao lay qua duong quan he
    Thời sự 24h(04/02): Virus Zika teo não lây qua đường quan hệ

    Những lần “trảm tướng” nhanh như chớp của Bộ trưởng Thăng; Hành trình vây bắt đối tượng có lệnh truy nã đặc biệt nguy hiểm; Hành lý của khách bị rạch ở sân bay: Thanh tra Bộ GTVT vào cuộc; Phá trọng án trong những ngày Tết nguyên đán đã cận kề;Câu chuyện giảm nghèo chưa bao giờ dừng lại;... là những tin tức thời sự nổi bật ngày 04/02/2016.

  • Thoi su 24h0302 Dot phao no co the bi tu den 7 nam
    Thời sự 24h(03/02): Đốt pháo nổ có thể bị tù đến 7 năm

    Sửa tàu Cát Linh-Hà Đông, Trung Quốc chưa nghe: Tội hình thức; “Ngáo đá” khống chế hai cháu bé, dọa dội nước sôi; "Choáng" với quy trình sản xuất chè Đinh 3 triệu đồng/kg; Sự thật sau lời đồn về cái chết bí ẩn của nam sinh trên cầu; Liên tiếp có nhiều trẻ em nhập viện vì ngộ độc chì trong thuốc cam;... là những tin tức thời sự nổi bật ngày 03/02/2016.

  • Thoi su 24h0202 sap bay lua doi 3 trieu lay 12 trieu
    Thời sự 24h(02/02): sập bẫy lừa đổi 3 triệu lấy 12 triệu

    3/14 mẫu thực phẩm phục vụ Tết không đạt chất lượng; 102 người đi bộ bị xử phạt trong ngày đầu: "Cần nhưng chưa đủ"?; Bị phát hiện bột ngọt từ nguyên liệu TQ, chốt cửa tẩu tán; WHO ban bố tình trạng khẩn cấp toàn cầu về virus Zika;

  • Thoi su 24h0102 Dao mo moi chon trom di 1 phan co the
    Thời sự 24h(01/02): Đào mộ mới chôn, trộm đi 1 phần cơ thể

    Kẻ gian đào mộ mới chôn, trộm đi một phần cơ thể; Đã tháo dỡ hết biển báo dưới 50km/h sau 10 ngày; CSGT trưng dụng tài sản cá nhân, tổ chức: Luật quy định thế nào?; "Người dân đừng trộm hoa ven hồ Gươm nữa"; Đã có kết quả xét nghiệm gạo từ thiện gây ngộ độc;... là những tin tức thời sự nổi bật ngày 01/02/2016.

  • Thoi su 24h2901 Nghi pham giet vo chong dai gia o TG
    Thời sự 24h(29/01): Nghi phạm giết vợ chồng đại gia ở TG

    Nghi “ăn gạo từ thiện… ngộ độc”: Hội nạn nhân chất độc da cam lên tiếng; Hành trình phá đường dây ma túy hội quý tử con nhà giàu; Việt Nam lên phương án đối phó với virus Zika gây teo não; Sân bay Nội Bài lên tiếng vụ "vòi vĩnh": Người tố trên Facebook nói gì?; Coi chừng lỡ chuyến tàu Tết vì... vé không hợp lệ!;... là những tin tức thời sự nổi bật

  • Tet binh than 2016
    Tết bính thân 2016

    Người Việt có thói quen quan tâm tới cuộc sống cá nhân của nhau. Nhưng điều này không phải phù hợp, thậm chí thành khiếm nhã. Tết là dịp điều này thể hiện rõ nhất.

  • Xu phat nguoi di bo vi pham giao thong o HN
    Xử phạt người đi bộ vi phạm giao thông ở HN

    Tai nạn giao thông chết người do người đi bộ gây ra ở TP.HCM và Hà Nội đáng báo động.

  • Hari Won Tran Thanh Yeu that hay PR
    Hari Won - Trấn Thành: Yêu thật hay PR?

    Showbiz Việt hôm qua (3/2) dậy sóng sau khi hình ảnh MC đắt show bậc nhất hiện nay "khóa môi", cõng người yêu cũ Đinh Tiến Đạt xuất hiện trên mạng.

  • Virus Zika gay tat dau nho o tre so sinh
    Virus Zika gây tật đầu nhỏ ở trẻ sơ sinh

    Mỹ vừa ghi nhận ca lây nhiễm virus Zika gây bệnh teo não đầu tiên không phải do muỗi đốt mà dường như từ quan hệ tình dục.

  • Tien gia cong khai rao ban tren facebook
    Tiền giả công khai rao bán trên facebook

    Lợi dùng lòng tham và sự nhẹ dạ cả tin của người dân, một số đối tượng đã dùng thủ đoạn đổi tiền thật lấy tiền giả để chiếm đoạt tài sản. ------------ Xem thêm: Tiền giả công khai rao bán trên facebook, http://vietbao.vn/tp/Tien-gia-cong-khai-rao-ban-tren-facebook/13583762/ Tin nhanh Việt Nam ra thế giới vietbao.vn

  • Su kien quoc te noi bat 31162
    Sự kiện quốc tế nổi bật (31/1-6/2)

    Lệnh Hoàn Thành tiết lộ cho tình báo Mỹ bí mật thâm cung của Bắc Kinh; Hoà đàm Syria tạm ngừng do giao tranh khốc liệt trên chiến trường; Bà Clinton chính thức giành chiến thắng 'sít sao nhất lịch sử'; Viễn cảnh nước Anh rời khỏi Liên minh châu Âu đã cận kề.... là những tin chính trong tuần qua.

  • Toan canh kinh te tuan 3101 06022016
    Toàn cảnh kinh tế tuần 31/01 – 06/02/2016

    Ngày 2/2/2016 diễn ra buổi họp báo Công bố giá thành sản xuất kinh doanh điện năm 2014, ông Đinh Quang Tri – Phó tổng giám đốc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) khẳng định chưa có kế hoạch tăng giá điện, tuy nhiên tới mùa cao điểm, doanh nghiệp 'chưa nói trước được điều gì'. Cũng trong buổi họp này, tổng kết hoạt động kinh doanh của tập đoàn này, EVN lãi hơn

  • Nghin le chuyen tuan qua 0102 05022016
    Nghìn lẻ chuyện tuần qua 01/02 - 05/02/2016

    Xử phạt người đi bộ vi phạm giao thông ở HN; CSGT trưng dụng tài sản của dân gây tranh cãi; Đề xuất mua tàu Trung Quốc cũ; Hoa trang trí ở hồ Gươm bị ăn trộm; Các điểm bắn pháo hoa giao thừa Tết Bính Thân 2016 tại 64 tỉnh, thành... là những tin tức xã hội nổi bật được dư luận quan tâm trong tuần qua.

  • Tin An ninh Phap luat tuan qua 3101 0602
    Tin An ninh - Pháp luật tuần qua (31/01 - 06/02)

    Cảnh báo nạn trộm cắp, cướp giật dịp Tết; Phận tù 'mồ côi', Tết về rưng rưng nước mắt; Tiền giả công khai rao bán trên facebook; Rượu bia ngày Tết và những hệ lụy: Từ rượu giả đến tai nạn giao thông; Hành trình cảm động của người cha qua 15 tỉnh, thành đi tìm con; Phá án là trách nhiệm chứ không phải chiến công;.....là những tin đáng chú ý.

  • Ban tin Suc khoe tuan qua 311 62
    Bản tin Sức khỏe tuần qua (31/1 - 6/2)

    Thái Lan phát hiện virus Zika, Bộ Y tế Việt Nam họp khẩn; Ăn tiết canh ngày Tết, dễ chết như chơi; Trẻ nhập viện liên tiếp vì ngộ độc chì từ thuốc cam; Không biết bị lạc nội mạc tử cung: Nhiều phụ nữ vô sinh;... là những thông tin Sức khỏe được quan tâm nhất tuần qua.