Phân loại các hệ thống đánh lửa cùng ưu và nhược điểm mỗi loại

[nampham1122]

Hệ thống đánh lửa trên động cơ đốt trong là một hệ thống đóng vai trò hết sức quan trọng, nó quyết định tình trạng làm việc của động cơ, đến tính kinh tế và hiệu suất làm việc của đông cơ. Có nhiều loại hệ thống đánh lửa, vậy cách phân loại cùng ưu nhược điểm của chúng ra sao?

​

Hệ thống đánh lửa sử dụng trên động cơ xăng phải đáp ứng đủ 5 tiêu chí sau:

• Phải đảm bảo hiệu điện thế đủ để tạo ra được tia lửa điện, phóng qua khe hở giữa các điện cực của bugi.
• 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.
• Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
• Độ tin cậy làm việc 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.

Dựa theo các tiêu chí trên, người ta đưa ra các cách phân loại như sau:
I. Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc thì hệ thống đánh lửa được chia làm 4 loại chính, đó là:

• Loại đánh lửa dùng má vít
• Loại đánh lửa bán dẫn
• Loại đánh lửa Manhêtô và Vôlăng Manhêtic
• Loại đánh lửa kỹ thuật số (đánh lửa điện tử)

1. Loại đánh lửa dùng má vít:
Đây là loại hệ thống đánh lửa thông dụng được dùng hầu hết trên các ô tô thời gian trước.

​

a. Ưu điểm:

• Cấu tạo đơn giản, ít chi tiết, dễ dàng lắp đặt, vận hành và sữa chữa.
• Cấu tạo và vận hành hệ thống bằng cơ khí điện tử nên có tính ổn định tương đối cao.
• Không yêu cầu khắc khe trong quá trình lắp đặt, có thể mang tính chính xác tương đối.

b. Nhược điểm:

• Sai lệch góc đánh lửa do sử dụng các tiếp điểm cơ khí nên khi làm việc trong thời gian dài dễ bị mài mòn và cháy rỗ vì chịu ảnh hưởng của dòng điện lớn.
• Khó thay đổi kịp thời góc đánh lửa cho phù hợp với từng chế độ hoạt đông của động cơ.
• Cấu tạo các bộ tự động điều chỉnh phức tạp.
• Chất lượng đánh lửa ở số vòng quay cao giảm do thời gian đóng tiếp điểm cơ khí ngắn hơn, dòng điện qua cuộn dây sơ cấp giảm.
• Ít được sử dụng ngày nay vì hiệu năng làm việc không ổn định.

2. Loại đánh lửa bán dẫn:
Với sự có mặt của linh kiện bán dẫn điện tử, đây là loại hệ thống đánh lửa mới có nhiều ưu điểm hơn hẳn loại hệ thống đánh lửa dùng má vít và có xu hướng thay thế hệ thống đánh lửa dùng má vít.

Hệ thống đánh lửa bán dẫn
​

Hầu hết các loại ô tô hiện nay sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn vì loại này tạo tia lửa mạnh ở điện cực bugi, đáp ứng tốt ở các chế độ làm việc của động cơ, tuổi thọ cao.

Hệ thống đánh lửa bán dẫn được phân thành hai loại, mỗi loại đều có ưu và nhược điểm riêng:

• Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại có tiếp điểm.
• Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại không có tiếp điểm.

2.1. Loại có tiếp điểm:

​

a. Ưu điểm:

• Sử dụng Transistor để đóng ngắt dòng điện nên tránh được hiện tượng cháy rỗ của các tiếp điểm cơ khí. Tăng tuổi thọ hệ thống đánh lửa..
• Kết cấu đơn giản, dễ bảo hành, sữa chữa và thay thế, giá thành rẻ.
• Đáp ứng tốt từng chế độ vận hành của động cơ.

b. Nhược điểm:

• Chỉ sử dụng cho các động cơ thấp tốc bởi vì tốc độ cao sẽ làm cho transistor đóng cắt không tích cực làm giảm hiệu điện thế trong cuộn dây và nhanh mòn tiếp điểm.
• Chất lượng đánh lửa giảm khi tăng hiệu điện thế nguồn, dòng điện qua cuộn sơ cấp giảm, hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp giảm.

2.2. Loại không có tiếp điểm:

2.2.1. Loại không có tiếp điểm kiểu cảm ứng:​

​

a. Ưu điểm:

• Không cần tiếp điểm nên không còn hiện tượng cháy rỗ tiếp điểm, tuổi thọ của hệ thống đánh lửa theo đó cũng tăng lên.
• Loại bỏ các má vít cơ khí nên việc điều chỉnh góc đánh lửa thực hiện một cách dễ dàng.
• Dễ lắp đặt, làm việc ổn định không ồn như loại tiếp điểm má vít.

b. Nhược điểm:

• Cấu tạo bộ cảm biến phức tạp làm tăng giá thành.
• Tín hiệu điện áp ra của cảm biến có dạng phi tuyến và biên độ của nó phụ thuộc vào tốc độ quay của rô to.
• Ở chế độ khởi động điện áp ra của cảm biến không đủ lớn để đưa trực tiếp vào điều khiển transistor công suất trong hệ thống đánh lửa vì vậy trong mạch cần có thêm mạch ổn định và biến đổi điện áp làm phức tạp cấu tạo của mạch điện.

2.2.2. Loại không có tiếp điểm kiểu quang điện:

​

a. Ưu điểm:

• Loại này cũng không còn tiếp điểm cơ khí nên giảm được hiện tượng cháy rỗ tiếp điểm nên làm tăng tuổi thọ của hệ thống đánh lửa.
• Dạng tín hiệu điện áp là loại xung vuông nên không làm giảm chất lượng đánh lửa khi khởi động mà còn làm tăng chất lượng ở chế độ này (vì tốc độ chậm nên transistor được chiếu sáng lâu hơn dẫn đến điện áp ra của cảm biến đánh lửa lớn hơn).

b. Nhược điểm:

• Mạch điện phức tạp, khó sữa chữa khi hư hỏng.
• Sử dụng cảm biến quang nên giảm chất lượng đánh lửa ở số vòng quay động cơ cao vì điện áp của cảm biến thấp nên cần phải có thêm mạch ổn định điện áp ra cho cảm biến, làm phức tạp cấu tạo.
• Chỉ sử dụng trên các động cơ đời mới có tốc độ động cơ thấp và trung bình để đảm bảo chất lượng đánh lửa.

3. Loại hệ thống đánh lửa Manhêtô và Vôlăng Manhêtic:
Manhêtô là hệ thống đánh lửa cao áp độc lập không cần ắc quy mà nguồn điện trong cuộn sơ cấp sinh ra là do nam châm quay làm từ thông biến thiên mà tạo ra.

Cấu tạo: 1: Lõi thép; 2: Cuộn sơ cấp; 3: Cuộn thứ cấp; 4: Má cực; 5:Kim đánh lửa phụ; 6: Điện cực bộ chia điện; 7: Rô to; 8,9: Bánh răng; 10: Buji; 11: Rô to nam châm; 12: Cam; 13: Tiếp điểm tĩnh; 14: Tiếp điểm động; 15: Công tắc; 16:Cam.​

a. Ưu điểm:

• Có độ tin cậy cao và độ bền lớn.
• Bố trí nhỏ gọn (nguồn điện, biến thế cao áp, bộ chia điện được bố trí chung một khối).
• Không phụ thuộc vào hệ thống cung cấp điện.
• Chất lượng đánh lửa tốt ở số vòng quay cao.

b. Nhược điểm:

• Chất lượng đánh lửa phụ thuộc vào số vòng quay của động cơ (Ví dụ: Ở số vòng quay thấp, khi khởi động chất lượng đánh lửa kém hơn, giảm).
• Việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm rất khó khăn bởi vì thời điểm mở tiếp điểm còn phải tương ứng với góc ngắt.
• Chỉ sử dụng được trên các loại máy kéo và các phương tiện không trang bị ăc quy.

4. Hệ thống đánh lửa kỹ thuật số (đánh lửa điện tử):
Được gọi là hệ thống đánh lửa theo chương trình. Dựa vào các tín hiệu như: tốc độ động cơ, vị trí cốt máy, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ mà hệ thống vi xử lý sẽ điều khiển để tạo ra tia lửa ở mạch thứ cấp vào đúng thời điểm đánh lửa.

Hệ thống đánh lửa kỹ thuật số được chia làm hai loại:

• Loại gián tiếp
• Loại trực tiếp

4.1. Loại gián tiếp:

​

a. Ưu điểm:

• Dây cao áp ngắn hoặc không có dây cao áp nên giảm sự tổn thất năng lượng, giảm nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp.
• Không cần mỏ quẹt nên không có khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp
• Bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng (bộ ly tâm).
• Loại bỏ được những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trên mạch cao áp và giảm chi phí bảo dưỡng.
• Kiểm soát tốt được quá trình đánh lửa do có tín hiệu phản hồi IGF
• Dễ dàng điều khiển đánh lửa nhờ chương trình của ECU

b. Nhược điểm:

• Vẫn còn tồn tại bộ chia điện cơ khí nên vẫn còn tổn thất điện áp trên bộ chia và trên dây cao áp.
• Gây nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp.
• Khi động cơ ở tốc độ cao và số xi lanh nhiều thì dễ xảy ra đánh lửa đồng thời ở hai xi lanh kề nhau.
• Bộ chia điện là bộ phận dễ hư hỏng nên cần phải thường xuyên theo dõi và bảo dưỡng.
• Chỉ Sử dụng trên các xe du lịch, xe khách nhỏ đời mới có công suất vừa (số xi lanh ít) tốc độ trung bình.

4.2. Loại trực tiếp:

Hệ thống đánh lửa điện tử loại trực tiếp (DIS)
​

4.2.1. Loại trực tiếp sử dụng bobin đôi:
ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến, tính toán và đưa ra thời điểm đánh lửa, thông qua các Transistor đóng ngắt sẽ tạo nên điện áp cao ở hai bobin đánh lửa, hai bugi của cùng một bobin sẽ đánh lưa cùng lúc nhưng do theo thứ tự làm việc thì 1 xilanh ở kỳ nén thì xilanh kia sẽ ở kỳ thải hoặc giản nở nên việc đánh lửa trong các kỳ đó không gây ảnh hưởng gì.

​

a. Ưu điểm:

• Dây cao áp ngắn nên giảm mất mát năng lượng, giảm điện dung ký sinh, giảm nhiễu vô tuyến.
• Không còn bộ phân phối điện cao áp nên không còn khe hở trên đường dẫn cao áp.
• Bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt như bộ phân phối, chổi than, nắp chia điện.
• Sử dụng bobin đôi cho 4 xilanh nên giảm được số lượng bobin, giảm chân điều khiển cho ECU, giảm số lượng transistor nên giảm được giá thành.

b. Nhược điểm:

• Cấu tạo phức tạp, cần dùng nhiều cảm biến, nếu một trong số các cảm biến bị hư hỏng thì hệ thống không làm việc được.
• Do dùng bobin đôi nên đánh lửa trong thời kỳ không cần thiết làm tiêu thụ nhiều năng lượng.

4.2.2. Loại trực tiếp sử dụng bobin đơn:
ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến sau đó tính toán xử lý và đưa ra tín hiệu đến các Transistor theo đúng thứ tự nổ của động cơ. Khi có tín hiệu thì Transistor sẽ dẫn tạo ra dòng điện trong cuộn sơ cấp, khi mất tín hiệu thì transistor sẽ ngắt làm dòng sơ cấp giảm nhanh và tạo ra dòng cao áp trong cuộn thứ cấp của bobin và đưa đến các bugi đánh lửa.

​

a. Ưu điểm:

• Không có dây cao áp nên ít tổn thất năng lượng đánh lửa.
• Không còn bộ chia điện nên ít bị hư hỏng.
• Mỗi bobin được điều khiển riêng biệt bởi một chân của ECU nên có khả năng hoạt động độc lập.
• Thời điểm đánh lửa chính xác và tối ưu theo mọi chế độ làm việc nên tăng hiệu suất của động cơ.

b. Nhược điểm:

• Cấu tạo phức tạp, mỗi xi lanh là một bobin nên làm tăng giá thành.
• Tổn nhiều chân điều khiển của ECU.
• Yêu cầu nguồn điện cung cấp phải ổn định.
• Công nghệ chế tạo khó khăn.

II. Theo năng lượng được tích lũy trước khi đánh lửa thì hệ thống đánh lửa được chia làm hai loại là:

1. Loại điện cảm:
Bao gồm các hệ thống đánh lửa má vít, đánh lửa bán dẫn dùng Transistor, Manhêtô. Ở loại này năng lượng được tích lũy trong từ trường của biến áp đặc biệt gọi là biến áp đánh lửa.
(Loại này đã trình bày ở các phần phía trên).

2. Loại điện dung:
Là loại hệ thống đánh lửa mới về nguyên lý và có rất nhiều ưu điểm nên hiện nay được sử dụng rộng rãi trên các ô tô xe máy hiện đại. Ở loại này năng lượng đánh lửa được tích lũy không phải trong từ trường của biến áp đánh lửa mà trong một tụ điện đặc biệt gọi là tụ tích.

​

a. Ưu điểm:

• Năng lượng điện trường tích lũy trong tụ điện nên có năng lượng lớn.

b. Nhược điểm:

• Cấu tạo phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao.
• Hiệu quả đánh lửa không cao do khó điều chỉnh được góc đánh lửa sớm theo từng chế độ làm việc.
• Vẫn còn tồn tại bộ tiếp điểm cơ khí và bộ chia điện nên tuổi thọ làm việc của hệ thống đánh lửa không cao so với các loại như đánh lửa trực tiếp.
• Thường chỉ được sử dụng trên các xe thể thao, xe đua, động cơ có piston tam giác và trên xe gắn máy.

Tổng hợp​