Hệ thống đánh lửa đóng vai trò kích hoạt quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong buồng đốt của động cơ xăng. Hiểu rõ cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động của hệ thống này giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm tiêu hao nhiên liệu. Bài viết dưới đây sẽ đi sâu vào chi tiết các thành phần, ứng dụng hiện tượng vật lý, và so sánh các loại hệ thống đánh lửa phổ biến.
Cấu tạo hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa gồm các thành phần chính sau:
Bobine đánh lửa (Cuộn dây đánh lửa):
- Chức năng: Tăng điện áp từ ắc quy (12V) lên mức cao (10.000–30.000V) đủ để bugi phóng tia lửa qua khe hở, kích hoạt quá trình đốt cháy.
- Cấu tạo: Gồm hai cuộn dây:
- Cuộn sơ cấp: Ít vòng dây, chịu trách nhiệm tạo từ trường.
- Cuộn thứ cấp: Nhiều vòng dây, tạo điện áp cao nhờ hiện tượng tự cảm tương hỗ.
Tụ điện:
- Chức năng:
- Giảm tia lửa tại tiếp điểm, tránh mài mòn và bảo vệ cuộn dây sơ cấp.
- Tăng cường hiệu quả phóng điện trong quá trình đánh lửa.
- Vị trí: Song song với tiếp điểm trong hệ thống đánh lửa cơ khí.
Điện trở ballast:
- Chức năng:
- Hạn chế dòng điện vào cuộn sơ cấp khi động cơ hoạt động ổn định, giảm nhiệt độ và bảo vệ cuộn dây.
- Cung cấp dòng điện cao hơn trong lúc khởi động để tạo tia lửa mạnh hơn.
- Vị trí: Nối tiếp với cuộn sơ cấp của bobine.
Bugi:
- Chức năng: Chuyển đổi điện áp cao thành tia lửa điện để kích hoạt hỗn hợp nhiên liệu-không khí.
Phân loại hệ thống đánh lửa
Có ba loại hệ thống đánh lửa phổ biến:
| Loại hệ thống | Đặc điểm chính | Ưu điểm | Nhược điểm |
|---|---|---|---|
| Hệ thống đánh lửa cơ khí | Sử dụng tiếp điểm cơ khí để ngắt dòng cuộn sơ cấp. | – Đơn giản, dễ sửa chữa. | – Độ bền thấp do tiếp điểm bị mài mòn. |
| Hệ thống đánh lửa bán dẫn (TCI) | Sử dụng transistor để thay thế tiếp điểm, kiểm soát dòng điện chính xác hơn. | – Độ bền cao, giảm bảo trì. | – Phức tạp hơn, yêu cầu linh kiện bán dẫn. |
| Hệ thống đánh lửa tụ điện (CDI) | Sử dụng tụ điện để tích lũy và phóng điện nhanh, tạo tia lửa mạnh hơn. | – Phù hợp với động cơ hiệu suất cao, tốc độ cao. | – Chi phí cao, không cần thiết cho động cơ thông thường. |
Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa
- Dòng điện vào cuộn sơ cấp:
Khi tiếp điểm đóng (hoặc công tắc bán dẫn hoạt động), dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp của bobine, tạo ra từ trường. - Ngắt dòng điện:
Khi tiếp điểm mở (hoặc tín hiệu điện tử ngắt), từ trường trong cuộn sơ cấp sụp đổ nhanh chóng, tạo ra dòng điện cảm ứng. - Tăng điện áp:
Sự thay đổi từ trường trong cuộn sơ cấp làm phát sinh điện áp cảm ứng trong cuộn thứ cấp, tăng lên hàng chục nghìn volt nhờ tỷ số vòng dây lớn. - Phóng tia lửa:
Điện áp cao vượt qua khe hở bugi, ion hóa không khí và tạo tia lửa để kích hoạt hỗn hợp nhiên liệu-không khí.
Ứng dụng hiện tượng vật lý trong hệ thống đánh lửa
Hiện tượng tự cảm:
- Định nghĩa:
Là sự tạo thành điện áp cảm ứng trong chính cuộn dây khi dòng điện qua nó thay đổi. - Ứng dụng:
Khi dòng điện bị ngắt, hiện tượng tự cảm giúp tăng điện áp trong cuộn sơ cấp, hỗ trợ quá trình đánh lửa.
Hiện tượng tự cảm tương hỗ:
- Định nghĩa:
Là sự tạo thành điện áp cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp khi từ trường của cuộn sơ cấp thay đổi. - Ứng dụng:
Hiện tượng này giúp bobine tăng điện áp lên mức cao để bugi có thể tạo tia lửa.
Các thông số quan trọng của hệ thống đánh lửa
Dwell Time (Thời gian ngậm điện):
- Định nghĩa:
Thời gian dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp trước khi bị ngắt. - Vai trò:
Đảm bảo từ trường trong cuộn sơ cấp đủ mạnh để tạo điện áp cao. - Thông số:
- Hệ cơ khí: 4–5ms.
- Hệ điện tử: Tự điều chỉnh theo tốc độ động cơ.
Spark Head và Spark Tail:
- Spark Head:
Giai đoạn đầu, tia lửa mạnh để kích hoạt hỗn hợp. - Spark Tail:
Giai đoạn sau, duy trì tia lửa để hoàn tất quá trình cháy.
Spark Angle (Góc đánh lửa):
- Định nghĩa:
Góc quay trục khuỷu tại thời điểm bugi phát tia lửa. - Vai trò:
Tối ưu hóa quá trình đốt cháy, thường từ 20°–40° trước điểm chết trên (BTDC).
Điện áp trước và sau đánh lửa:
- Trước đánh lửa: 6–12V, phụ thuộc vào điện trở ballast.
- Sau đánh lửa: 10.000–30.000V hoặc hơn, đủ để bugi phóng tia lửa.
So sánh các loại hệ thống đánh lửa
| Tiêu chí | Cơ khí | Bán dẫn (TCI) | Tụ điện (CDI) |
|---|---|---|---|
| Điện áp đánh lửa | 10.000–20.000V | 20.000–30.000V | 30.000–40.000V |
| Độ bền | Thấp (mòn tiếp điểm) | Cao (không có tiếp điểm) | Rất cao |
| Phản ứng tốc độ cao | Chậm | Nhanh hơn | Rất nhanh |
| Ứng dụng | Động cơ thông thường | Động cơ hiện đại, tải trọng lớn | Động cơ hiệu suất cao |
Kết luận
Hệ thống đánh lửa là thành phần không thể thiếu trong động cơ xăng, với sự kết hợp giữa các hiện tượng vật lý (tự cảm, tự cảm tương hỗ) và các bộ phận quan trọng như bobine, tụ điện, và điện trở ballast. Việc lựa chọn hệ thống phù hợp (cơ khí, bán dẫn, tụ điện) phụ thuộc vào yêu cầu vận hành và đặc tính của động cơ.
Nếu các bạn thấy bài viết hữu ích, hãy chia sẻ để nhiều người cùng biết đến nhé! 🌟
Tài liệu tham khảo