CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
Hệ thống đánh lửa trên ô tô có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều hạ áp 12V thành xung điện cao áp 12 kV ÷ 24 kV và tạo ra tia lửa điện trên bugi để đốt cháy hỗn hợp khí – xăng trong xylanh ở cuối kỳ nén. Yêu cầu chính của hệ thống đánh lửa bao gồm:
- Tạo ra điện áp đủ lớn (12kV ÷ 24kV) từ nguồn hạ áp một chiều 12 V.
- Tia lửa điện phóng qua khe hở giữa hai cực của bugi trong điều kiện áp suất lớn, nhiệt độ cao phải đủ mạnh để đốt cháy hỗn hợp khí – xăng ở mọi chế độ.
- Thời điểm phát tia lửa trên bugi trong từng xylanh phải đúng theo góc đánh lửa và thứ tự đánh lửa quy định.
I.2. CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
I.2.1. 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.
I.2.2. Hiệu điện thế đánh lửa Udl:
Là hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra. Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen, với:
P.δ / K = Udl
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 điểm 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 giảm dần do nhiệt độ cực bugi tăng và áp suất nén giảm. 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.
I.2.3. Hệ số dự trữ Kdt:
Là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu điện thế đánh lửa Udl.
Kdt = U2m / Udl
I.2.4. Năng lượng dự trữ Wdt:
Là năng lượng tích luỹ dưới dạng từ trường trong cuộn dây sơ cấp của bobin. Để đảm bảo tia lửa 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.
Wdt = L1 * Ig2 / 2 ≈ 50 ÷ 70 mJ
Trong đó:
- Wdt: 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.
I.2.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S:
S = du2 / dt = ΔU2 / Δt ≈ 300 ÷ 600 [V/ms]
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.
I.2.6. 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 số xylanh động cơ.
Chu kỳ đánh lửa là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa.
T = 1/f = ta + tm
- ta : 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.
I.2.7. 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 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.
I.2.8. 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
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.