Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa CDI trên xe máy

leduchuan

Moderator

Staff member

Tham gia

29 Tháng mười 2021

Bài viết

95

Điểm tương tác

34

Điểm

18

I. Tổng quan về hệ thống đánh lửa?

Trên các động cơ đốt trong cháy cưỡng bức, sau khi hỗn hợp hòa khí đã được nén, hệ thống đánh lửa sẽ cung cấp tia lửa điện để đốt cháy hòa khí và sinh công cho động cơ. Nguồn điện xoay chiều hoặc một chiều có hiệu điện thế thấp từ ắc quy (12V hoặc 24V) sẽ được chuyển đổi thành các xung điện thế cao (15000V – 40000V). Các xung điện áp cao này sẽ được phân bố đến các bougie của các xi lanh đúng thời điểm để tạo tia lửa đốt cháy hòa khí.
Dựa vào nguyên lý tích trữ năng lượng trên cuộn sơ cấp ta có thể chia hệ thống đánh lửa thành 2 loại chính sau:

Dựa vào nguyên lý tích trữ năng lượng trên cuộn sơ cấp ta có thể chia hệ thống đánh lửa thành 2 loại chính sau:

• Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI – Transistorized Ignition system).
• Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI – Capacitor Discharged Ignition system).

Trong khuôn khổ bài viết dưới đây Cộng đồng Ô tô Bách Khoa Phú Thọ chỉ sẽ đề cập về hệ thống đánh lửa điện dung, hay còn gọi là đánh lửa CDI cực kỳ phổ biến trên xe máy hiện đại.

II. Hệ thống CDI là gì?

CDI là viết tắt của Capacitor Discharged Ignition system, tức đánh lửa bằng quá trình xả của tụ điện. Quá trình xả của tụ điện sẽ tạo nên sự biến thiên dòng điện cực nhanh qua cuộn sơ cấp, làm cho từ thông biến thiên cực nhanh và tạo dòng điện cảm ứng ở cuộn thứ cấp, sinh ra tia lửa điện.
Hệ thống đánh lửa CDI chia làm 2 loại:

Hệ thống đánh lửa CDI chia làm 2 loại:

• AC – CDI
• DC – CDI

Về mặt nguyên lý, 2 loại AC và DC có nguyên lý hoạt động khá giống nhau, chỉ khác nhau cách thức cấp nguồn cho hệ thống hoạt động.

1. Hệ thống AC – CDI

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa AC – CDI

Dòng điện xoay chiều được tạo ra trong cuộn dây khi nam châm vĩnh cửu quay sẽ được cấp qua tụ điện để nạp điện cho tụ. Dòng điện xoay chiều qua các diode sẽ được lọc thành dòng điện một chiều. Ngoài ra các diode còn có công dụng ngăn chặn không cho tụ điện xả dòng về ngược lại (Hình 2).

Hình 2. Tụ điện đang được nạp

Khi đầu nhô ra của roto kích quét qua cuộn kích sẽ sản sinh ra một tín hiệu điện áp truyền đến SCR. Lúc này, SCR được kích mở ra và cho phép dẫn điện. Đây cũng chính là lúc dòng điện của tụ được xả qua SCR, cuộn dây sơ cấp và xuống mass (Hình 3). Dòng điện xả qua cuộn sơ cấp cực nhanh tạo nên sự biến thiên từ trường và tạo nên dòng điện cảm ứng trên cuộn thứ cấp, xảy ra hiện tượng phóng điện.
Khi điện năng tích lũy trong tụ được phóng ra hết, ngay lúc này tại cuộn dây sơ cấp sẽ xuất hiện một dòng điện cảm ứng với chiều ngược chiều của dòng xả tụ. Dòng điện cảm ứng ngược này sẽ kích vào SCR và đóng SCR lại, tụ điện quay về trạng thái nạp.

Khi điện năng tích lũy trong tụ được phóng ra hết, ngay lúc này tại cuộn dây sơ cấp sẽ xuất hiện một dòng điện cảm ứng với chiều ngược chiều của dòng xả tụ. Dòng điện cảm ứng ngược này sẽ kích vào SCR và đóng SCR lại, tụ điện quay về trạng thái nạp.

Hình 3. SCR được thông, tụ phóng điện và xuất hiện tia lửa ở bugi

Ở mạch đánh lửa AC – CDI có một công tắc máy. Khi công tắt này được đóng, dòng điện của cuộn dây sẽ được nối tắt xuống mass, lúc này sẽ không có dòng diện qua tụ, và hệ thống đánh lửa không hoạt động.
Hệ thống đánh lửa AC – CDI sử dụng nguồn điện cấp từ roto quay tạo dòng điện cảm ứng. Mà roto nam châm vĩnh cữu được dẫn động bằng trục khuỷu, chính vì thế dòng điện tạo ra cấp cho tụ điện sẽ bị phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ động cơ. Với nhược điểm là dòng điện cấp vào tụ điện không ổn định theo các tốc độ động cơ, nên tia lửa tạo ra cũng không đồng đều ở các tốc độ động cơ khác nhau, nên ngày nay, hệ thống AC – CDI đã không còn được trang bị phổ biến trên các xe máy hiện đại, mà thay vào đó là hệ thống DC – CDI.

Hệ thống đánh lửa AC – CDI sử dụng nguồn điện cấp từ roto quay tạo dòng điện cảm ứng. Mà roto nam châm vĩnh cữu được dẫn động bằng trục khuỷu, chính vì thế dòng điện tạo ra cấp cho tụ điện sẽ bị phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ động cơ. Với nhược điểm là dòng điện cấp vào tụ điện không ổn định theo các tốc độ động cơ, nên tia lửa tạo ra cũng không đồng đều ở các tốc độ động cơ khác nhau, nên ngày nay, hệ thống AC – CDI đã không còn được trang bị phổ biến trên các xe máy hiện đại, mà thay vào đó là hệ thống DC – CDI.

2. Hệ thống DC – CDI

Hệ thống DC – CDI cũng có nguyên lý hoạt động tương tự hệ thống AC – CDI, tụ điện được nạp đầy và khi có tín hiệu đánh lửa từ cảm biến trục cam hoặc trục khuỷu, tụ điện sẽ xả dòng điện cực nhanh qua cuộn sơ cấp bobin và tạo nên dòng điện cảm ứng cực lớn trên cuộn thứ cấp, xuất hiện tia lửa.
Điểm khác biệt lớn nhất của hệ thống DC – CDI so với hệ thống AC – CDI chính là nguồn điện cung cấp vào cho hệ thống. Ở hệ thống AC – CDI dòng điện xoay chiều cung cấp vào hệ thống thông qua roto nam châm vĩnh cữu được dẫn động quay bởi trục khuỷu. Còn ở hệ thống DC – CDI nguồn cấp vào hệ thống là nguồn điện một chiều 12V được lấy trực tiếp từ ắc quy.
Ngoài ra, ở các xe máy hiện đại người ta còn trang bị thêm IC điều khiển đánh lửa sớm. Góc đánh lửa sớm sẽ được điều khiển tối ưu hơn trong điều kiện vận hành khác nhau.

Điểm khác biệt lớn nhất của hệ thống DC – CDI so với hệ thống AC – CDI chính là nguồn điện cung cấp vào cho hệ thống. Ở hệ thống AC – CDI dòng điện xoay chiều cung cấp vào hệ thống thông qua roto nam châm vĩnh cữu được dẫn động quay bởi trục khuỷu. Còn ở hệ thống DC – CDI nguồn cấp vào hệ thống là nguồn điện một chiều 12V được lấy trực tiếp từ ắc quy.

Ngoài ra, ở các xe máy hiện đại người ta còn trang bị thêm IC điều khiển đánh lửa sớm. Góc đánh lửa sớm sẽ được điều khiển tối ưu hơn trong điều kiện vận hành khác nhau.

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa DC – CDI

Ưu điểm của DC – CDI so với AC – CDI: hệ thống DC – CDI có dòng điện ổn định hơn trong mọi dãy tốc độ động cơ do nguồn điện cấp vào hệ thống được lấy trực tiếp từ ắc quy. Do đó, tia lửa điện sẽ mạnh, và ổn định hơn ở các điều kiện vận hành khác nhau của động cơ.
Nhược điểm của DC – CDI so với AC – CDI: hệ thống DC – CDI do là sử dụng nguồn cấp vào từ bình ắc quy, nên nếu xe hết bình thì động cơ không thể hoạt động. Đối với AC – CDI, nếu xe có hết bình động cơ vẫn có thể nổ bởi vì nguồn điện cung cấp cho hệ thống không lấy trực tiếp từ ắc quy, mà lấy từ dẫn động quay của trục khuỷu.

Nhược điểm của DC – CDI so với AC – CDI: hệ thống DC – CDI do là sử dụng nguồn cấp vào từ bình ắc quy, nên nếu xe hết bình thì động cơ không thể hoạt động. Đối với AC – CDI, nếu xe có hết bình động cơ vẫn có thể nổ bởi vì nguồn điện cung cấp cho hệ thống không lấy trực tiếp từ ắc quy, mà lấy từ dẫn động quay của trục khuỷu.

III. Ưu và nhược điểm của hệ thống đánh lửa điện dung

• Đặc tính của hệ thống CDI, mà chủ yếu là DC – CDI hầu như không phụ thuộc vào tốc độ động cơ, vì tụ điện đã được tín toán và chọn sao cho ở tốc độ cao nhất, tụ điện vẫn được nạp đầy giữa hai lần đánh lửa.
• Hiệu điện thế thứ cấp, tăng trưởng nhanh nên tăng được độ nhạy đánh lửa, không phụ thuộc vào điện trở rò trên bougie.
• Tuy nhiên, do thời gian xuất hiện tia lửa ngắn (0.3 – 0.4ms) nên sẽ khó đốt cháy được những hòa khí quá nghèo. Vì vậy, đối với hệ thống đánh lửa CDI phải sử dụng bougie với khe hở điện cực lớn để tăng diện tích tiếp xúc của tia lửa nên bougie sẽ rất mau mòn.
• Hệ thống CDI tạo ra các nhiễu điện từ khá lớn và đây chính là lý do hệ thống này chỉ thường phổ biến ở các xe máy cỡ nhỏ và ít được trang bị trên ô tô.

Chỉnh sửa lần cuối: