Chương 2. CÁC BỘ PHẬN DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

• Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa theo chương trình sử dụng bôbin đôi cho

động cơ 4 xy lanh:



Hình 2.1- Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi

cho động cơ 4 xylanh

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.

2.1. Bugi đánh lửa

2.1.1. Điều kiện làm việc của bugi

Bugi là bộ phận tạo tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xy lanh, khi

nhận được các xung điện cao thế từ bộ chia điện truyền đến.

Bugi là chi tiết khá đơn giản song điều kiện làm việc lại đặc biệt khắc nghiệt.

Khi làm việc nó chịu tác dụng của ba loại tải trọng là:

- Tải trọng cơ khí: do các xung áp suất của khí cháy sinh ra trong xy lanh (với

giá trị có thể tới (5 ÷ 6 [MPa]), do rung xóc của bản thân động cơ gây ra.

- Tải trọng nhiệt: sinh ra do sự thay đổi đột ngột nhiệt độ trong xy lanh: từ

(40OC ÷ 60OC) trong kỳ hút, tới (500OC ÷ 700OC) trong kỳ xả và (1800OC ÷

2500OC) trong kỳ nổ.

- Tải trọng điện: do các xung điện cao thế truyền đến trong thời điểm đánh lửa.



-33-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

2.1.2. Cấu tạo bugi



Hình 2.2. Kết cấu bugi IK20

1. Đầu nối; 2. Gân vỏ; 3. Điện cực giữa; 4. Sứ cách điện; 5,9. Chất làm kín dẫn

điện;6. Đệm làm kín; 7. Vỏ bugi; 8. Điện trở; 10. Vòng làm kín; 11. Đệm đồng;

12. Lõi điện cực; 13. Phần ren vặn vào thân máy; 14. Điện cực trung tâm;

15. Điện cực bên.

2.1.3. Vật liệu bugi

Vật liệu các điện cực phải đảm bảo chịu được tác động hoá học của khí cháy và

không được han rỉ trong điều kiện nhiệt độ cao, nên:



-34-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

- Các điện cực giữa: thường được làm bằng crôm, hợp kim crôm - titan 13X25T

hay đồng mạ crôm.

- Các điện cực bên: làm bằng hợp kim niken - mangan (95 ÷ 97% Ni và 3 ÷ 5%

Mn).

- Sứ cách điện: được chế tạo từ vật liệu gốm có thành phần ôxýt nhôm cao để

đảm bảo độ bền điện và cơ ở nhiệt độ cao, như: Uralít (95% Al 2O3), tinh thể Korunt

(98% Al2O3) và Bo-Korunt (95% Al2O3+0,16%B2O3).

Hiện nay, để tăng độ bền của bugi, người ta sử dụng các hợp kim chống mòn rất

tốt gắn lên đầu điện cực trung tâm như: iridium, platin. Khi sử dụng các kim loại

này, ta có thể giảm đường kính điện cực trung tâm xuống còn 0,4 [mm]. Điều này

giúp cho sự đánh lửa diễn ra dễ dàng hơn và tia lửa điện được tạo ra cũng mạnh hơn

do tăng được khe hở điện cực.

2.1.4. Đặc tính nhiệt của bugi

Để bugi làm việc bình thường thì nhiệt độ phần sứ dưới của bugi cần phải nằm

trong khoảng (500OC ÷ 600OC), đó là nhiệt độ tự tẩy muội.

Nếu nhiệt độ phần sứ dưới của bugi < 450 OC thì nhiên liệu và dầu bôi trơn lẫn

trong nó sẽ không cháy hết hoàn toàn mà đọng lại ở các điện cực dưới dạng muội

than dẫn điện, làm giảm chất lượng cách điện của bugi, tức là xuất hiện điện trở rò

làm giảm U2 và chất lượng đánh lửa. Nếu muội nhiều thì dòng điện rò lớn sẽ làm

mất tia lửa hoặc tia lửa không liên tục, làm giảm công suất động cơ và tăng suất tiêu

hao nhiên liệu.

Ngược lại, nếu nhiệt độ phần sứ dưới của bugi lớn hơn (700 OC ÷ 800OC) thì

nhiên liệu có thể tự bốc cháy do tiếp xúc với bugi trước khi có tia lửa điện.

Nhiệt độ của bugi phụ thuộc nhiệt lượng sinh ra trong buồng cháy, vào hình

dạng và kích thước của nó. Cùng làm việc trên một động cơ, những bugi có kết cấu

và kích thước khác nhau sẽ có nhiệt độ khác nhau. Như vậy có thể nói: các bugi có

kết cấu và kích thước khác nhau sẽ có đặc tính nhiệt khác nhau.

Mỗi bugi có kết cấu và kích thước khác nhau sẽ có đặc tính nhiệt khác nhau.

Mà mỗi động cơ lại có tỷ số nén, công suất và số vòng quay khác nhau, do đó nhiệt

lượng sinh ra trong buồng cháy của chúng khác nhau, nên để đảm bảo cho nhiệt độ



-35-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

phần sứ dưới của bugi nằm trong giới hạn cần thiết, cần phải sử dụng các bugi có

đặc tính nhiệt thích hợp.

Đặc tính nhiệt của bugi phụ thuộc chủ yếu vào chiều dài phần sứ dưới, điều

kiện làm mát nó và được đánh giá thông qua một đại lượng, gọi là trị số bén lửa.

Đây là trị số quy ước bằng khoảng thời gian (tính theo giây) làm việc của bugi trên

động cơ thử nghiệm đặc biệt ở chế độ xác định, cho đến khi xảy ra hiện tượng tự

bén lửa. Trị số bén lửa càng cao thì khả năng thoát nhiệt của bugi càng lớn.



Hình 2.3. Phân phối dòng nhiệt và nhiệt độ theo chiều cao bugi

Các bugi có phần sứ dưới dài, nhận được nhiều nhiệt, đường truyền nhiệt dài

nên thoát nhiệt chậm, có trị số bén lửa từ (100 ÷ 260 [đơn vị]) được gọi là bugi

nóng, thích hợp cho động cơ có tỷ số nén thấp, công suất và số vòng quay nhỏ.

Các bugi có phần sứ dưới ngắn, nhận ít nhiệt, đường truyền nhiệt ngắn nên

thoát nhiệt nhanh, có trị số bén lửa từ (280 ÷ 500 [đơn vị]) được gọi là bugi nguội,

dùng thích hợp cho động cơ có tỷ số nén cao, công suất và số vòng quay lớn.



2.2. Biến áp đánh lửa (bobin)



-36-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

Biến áp đánh lửa là loại biến áp cao thế đặc biệt , nhiệm vụ của biến áp là biến

những xung điện thế hiệu thấp (6,12 hay 24 V) thành các xung điện cao thế

(12000…24000V) để tạo ra tia lửa phục vụ việc đánh lửa cho động cơ.



2



1



3

4

5



6



Hình 2.4. Kết cấu bôbin đôi

1 Dây cao áp ; 2 Cuộn thứ cấp; 3 Đầu kết nối; 4 Lõi sắt;

5 Cuộn sơ cấp; 6 Đầu cắm Bugi

Lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật dày 0,35 mm ,có sơn cách điện để

tránh dòng phu cô . Lõi thép được chèn chặc trong một ống các tông cách điện.

Cuộn dây thứ cấp có rất nhiều vòng (W2=19000…26000 vòng) đường khính

dây khoảng 0,07…0,1mm,được quấn phía ngoài ống các tông. Chiều rộng của lớp

giấy cách điện lớp hơn khoảng dây quấn khá nhiều để tránh chạm các lớp dây và

tránh bị phóng điện qua phần mặt bên của cuộn dây ,hai đầu dây của cuộn thứ cấp

được dẫn ra hai đầu cao áp ra của hai xilanh đôi phụ trách đánh lửa.

Cuộn dây sơ cấp được quấn trên ống, các tông cách điện bao ngoài cuộn thứ

cấp .Số vòng của cuộn sơ cấp không nhiều (khoảng 250…400 vòng) đường kính

dây lớn hơn khoảng 0,72…0,86mm.



-37-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

Tất cả cuộn dây và lõi thép được bao ngoài bởi hợp chất khuôn, ống xilanh được

làm từ nhựa exopy bên trong được đổ đầy dầu biến thế, dầu có khả năng nóng chảy

ở nhiệt độ cao và tạo bọt khí, điều này giúp cho các cuộn dây được thoát nhiệt tốt.

2.3. Mạch đánh lửa (IC đánh lửa)

IC đánh lửa là mạch điện tử được tích hợp từ các linh kiện điện tử như

transistor ,diot, tụ điện, điện trở… để điều khiển đóng ngắt dòng sơ cấp (và tạo ra

tín hiệu phản hồi IGF về cho ECU động cơ.

Đối với các động cơ được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng chi tiết với

bobine đánh lửa nên kết cấu rất đơn giản gọn nhẹ. Điển hình trong trường hợp này

là IC đánh lửa của động cơ 1TR-FE (lắp trên xe Toyota Innova) có 4 chân giao tiếp

đó là các chân: +B, GND, IGT, IGF. Trong đó chân +B nối với accu, chân GND nối

mass, chân IGT và IGF nối với ECU động cơ.



Hình 2.6- Cấu tạo của IC đánh lửa.

1- bộ tạo tín hiệu phản hồi IGF; 2- bộ kiểm soát góc ngậm điện; T- là transistor

công suất; R- là điện trở trong IC; B- là chân nối tới một đầu của cuộn sơ cấp của

bobin; E- là chân nối mass; IGT- chân tín hiệu đánh lửa; IGF- chân tín hiệu phản

hồi.

Ngoài ra, trên một số loại động cơ, IC đánh lửa cón có chức năng hạn chế dòng

điện. Khi dòng điện sơ cấp vượt quá giá trị cho phép, IC đánh lửa sẽ hạn chế dòng

điện, tránh trường hợp làm cho biến áp đánh lửa quá nóng.



-38-