7.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRANG BỊ ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Trang bị điện động cơ bao gồm các hệ thống: khởi động động cơ, đánh lửa trong xi lanh để đốt cháy nhiên liệu (động cơ xăng), điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu, điều khiển các quá trình khác của động cơ, kiểm tra và theo dõi tình trạng kỹ thuật của các bộ phận chính của động cơ, ...

Hệ thống điện động cơ thường sử dụng hệ điện áp là 12 V hoặc 24 V. Đặc điểm của hệ thống điện ôtô là chỉ sử dụng 1 dây dẫn tới các phụ tải trên xe, dây dẫn còn lại chính là khung xe bằng kim loại (thường gọi là "mát") và các chi tiết kim loại khác nối với khung. Do vậy hệ thống điện trên xe còn hay được gọi là hệ thống điện một dây.

Có thể phân biệt các phần cơ bản của hệ thống điện động cơ như sau:

- nguồn điện: ắc quy, máy phát điện, bộ điều chỉnh điện áp, ...

- hệ thống đánh lửa

- điều khiển cấp nhiên liệu, đo-báo các thông số kỹ thuật, ...

- hệ thống theo dõi tình trạng kỹ thuật của động cơ

Trong thời gian gần đây yêu cầu về tiện nghi sử dụng và cải thiện điều kiện làm việc cho người lái xe ngày càng được quan tâm nhiều hơn, do vậy việc sử dụng các hệ thống điều khiển tự động và điều khiển theo chương trình cũng ngày càng trở nên phổ biến. Hệ thống điện trên ôtô ngày càng trở nên phức tạp với công suất tiêu thụ ngày càng lớn. Các loại ôtô hiện nay đều sử dụng các hộp đen để điều khiển hoạt động của động cơ và nhiều hệ thống khác trên xe.

Hệ thống điện của ôtô nói chung bao gồn rất nhiều các trang thiết bị điện, điện tử điều khiển, ... rất phức tạp và đa dạng. Trong khuôn khổ của chương này chỉ trình bày những trang thiết bị điện phục vụ cho động cơ.

7.2- NGUỒN ĐIỆN

Trên ôtô sử dụng thường xuyên 2 loại nguồn điện: ắc quy và máy phát điện. Ắc quy được dùng để cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống khi động cơ không làm việc hoặc làm việc ở số vòng quay quá thấp (chế độ không tải). Máy phát điện chỉ làm việc khi động cơ hoạt động, nó cấp điện cho toàn bộ các hệ thống trên ôtô và đồng thời nạp điện bổ xung cho ắc quy.

Các ắc quy sử dụng trên ôtô đều là ắc quy chì (axit), thường được tạo bởi 6 khoang độc lập với điện áp 2 V mỗi khoang, được mắc nối tiếp với nhau để tạo thành ắc quy 12 V. Loại ắc quy này còn hay được gọi tên là "ắc quy khởi động" do đặc điểm của nó là có khả năng cấp dòng điện rất lớn trong một khoảng thời gian ngắn với độ sụt áp không đáng kể. Tính chất quan trọng này của ắc quy rất thích hợp với yêu cầu làm việc của động cơ khởi động.

Cấu tạo của ắc quy chì được mô tả trên các hình 7.1 và 7.2.

Trên hình 7.2 ta thấy vỏ ắc quy có dạng hình hộp có nắp đậy kín, vỏ và nắp của bình ắc quy được làm từ nhựa chịu axit, trên đáy có 2 đường gân để đỡ các tấm cực. Mỗi bình ắc quy có 6 ngăn, mỗi ngăn là một khoang kín có chứa dung dịch axit sun phua ric (H₂SO₄) pha loãng bằng nước cất với nồng độ 1,25 ¸ 1,27 g/cm³, gọi là dung dịch điện phân.

Thực chất mỗi khoang của bình là một ắc quy độc lập, nó được cấu tạo bởi các tấm cực dương và các tấm cực âm (hình 7.1), nằm ngập trong dung dịch điện phân. Các tấm cực dương 3 được nối chung với nhau bằng cầu nối 5 tạo thành cực dương 6 của ắc quy (mang dấu " + "), tương tự như vậy các bản cực âm 1 cũng được nối chung tạo thành cực âm (mang dấu " - "). Khi lắp ráp, các bản cực được lồng vào nhau, lúc này cứ một tấm cực dương nằm giữa 2 tấm cực âm, do vậy số lượng bản cực âm lớn hơn số bản cực dương là 1 bản (hình 7.2). Giữa các bản cực âm và dương có bố trí tấm cách 2 (hình 7.1) để ngăn cho chúng khỏi chạm vào nhau trong quá trình làm việc. Để đảm bảo cho dung dịch điện phân có thể lưu thông được bình thường thì tấm cách phải được làm từ vật liệu xốp (xem hình 7.2- d), cụ thể là nhựa xốp hoặc gỗ đã được xử lý thích hợp để có thể chịu được axit.

Mỗi bản cực được cấu tạo từ một tấm lưới đúc bằng chì, có pha 5 ¸ 13 % antimon để tăng độ cứng vững (hình 7.2- a). Sau đó các tấm lưới này được phủ đầy bột chì nguyên chất (Pb) pha lẫn với oxyt chì (PbO₂) rồi ép chặt thành tấm phẳng. Khi nạp điện sẽ xảy ra các phản ứng hoá học làm thay đổi thành phần của các tấm cực và nồng độ của dung dịch điện phân. Sau khi nạp xong, trên các tấm cực dương sẽ là oxyt chì (PbO₂) còn trên các tấm cực âm là chì nguyên chất (Pb).

Các khoang đều được đậy kín chỉ có các cực là được dẫn ra ngoài, mỗi khoang có một lỗ để đổ dung dịch. Lỗ này được đậy bằng nút 10, trên nút có lỗ nhỏ 13 để thông khí. Các cực của các khoang được nối với nhau bằng các cầu nối 12 theo cách mắc nối tiếp. Mỗi khoang có điện áp là 2 V, do vậy để có 12 V thì bình ắc quy phải có 6 ngăn. Nếu ôtô sử dụng nguồn điện 24 V thì cần phải có 2 bình như vậy mắc nối tiếp với nhau.

Trong quá trình sử dụng do thường xuyên bị bay hơi nên lượng dung dịch giảm xuống, khi mức dung dịch xuống thấp quá mức quy định thì chỉ bổ xung bằng nước cất. Cần nhớ rằng a xít sun phua ric có thể làm cháy da, gỗ, vải và phản ứng với hầu hết các kim loại thông dụng như sắt, đồng, nhôm, ... Hơi a xít cũng rất độc nên khi làm việc với a xít phải hết sức thận trọng.

Điện áp của ắc quy cũng phải được kiểm tra thường xuyên, không được để cho điện áp ở một ngăn sụt xuống quá 1,7 V. Cần phải nạp bổ xung kịp thời.

Hiện nay, máy phát điện một chiều ngày càng được sử dụng ít hơn, chúng bị thay thế dần trên các loại ôtô và xe-máy bởi các máy phát xoay chiều có nhiều ưu điểm hơn. Tuy nhiên, trên một số xe cũ vẫn còn lắp máy phát một chiều và cho tới nay, một số hãng sản xuất vẫn tiếp tục sử dụng máy phát một chiều.

Máy phát điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý của định luật Faraday: nếu một cuộn dây quay trong một từ trường thì giữa hai đầu của cuộn dây sẽ xuất hiện một sức điện động. Máy bao gồm 2 phần chính: thân máy cố định hay còn gọi là stato và lõi (rôto) quay. Sơ đồ nguyên lý làm của máy phát một chiều được mô tả trên hình 7.3.

Phần tạo ra từ trường chính là stato, các cuộn dây của rôto chính là cuộn phát điện. Các cuộn dây của stato được gọi là cuộn kích thích, chúng kết hợp với lõi sắt tạo thành nam châm điện. Khi lõi quay trong từ trường của nam châm điện do stato tạo nên thì trong các cuộn dây của lõi xuất hiện sức điện động. Ở đầu của lõi có cổ góp dùng dể dẫn điện qua các chổi than ra ngoài. Các đầu dây của các cuộn dây kích thích được nối với các chổi than, có nghĩa là cuộn kích thích được mắc song song với các cuộn dây của lõi.

Theo như cách mắc trên thì cuộn dây của stato sử dụng dòng điện của lõi phát ra để kích thích lại cuộn phát, phương pháp kích thích này được gọi là phương pháp tự kích. Khi máy phát bắt đầu hoạt động thì trong các cuộn kích thích chưa có dòng điện nên chưa tạo được nam châm điện. Lúc này từ trường có được chỉ nhờ vào lượng từ dư trong các lõi sắt của nam châm điện. Lượng từ trường ban đầu này tuy yếu nhưng cũng đủ để sản ra dòng điện nhỏ trên cuộn phát, rồi chính dòng này lại được cấp cho cuôn kích thích để tăng thêm từ trường của nam châm điện. Cứ như vậy, điện áp trên cuộn phát tăng dần lên cho tới khi máy phát hoạt động bình thường.

Máy phát điện thường được dẫn động bằng dây đai qua các pu li từ phía đầu trục khuỷu của động cơ. Trong quá trình làm việc động cơ có thể hoạt động ở những tốc độ rất khác nhau nên máy phát cũng phải chịu chung chế độ đó. Điều này làm cho điện áp của máy phát không ổn định bởi vì nó tỷ lệ với số vòng quay làm việc của rôto. Chẳng hạn, khi động cơ chạy không tải thì điện áp của máy phát là rất thấp, nhưng khi số vòng quay của động cơ tăng lên thì điện áp của máy phát tăng theo và nó có thể tăng quá cao, gây nên nguy cơ làm hỏng các thiết bị sử dụng điện trong hệ thống. Do vậy, mỗi máy phát một chiều phải được trang bị một rơ le điều chỉnh điện áp.

Hiện nay, trên các loại ôtô hiện đại, máy phát điện một chiều hầu như không còn được sử dụng nữa, chúng được thay thế bởi các máy phát điện xoay chiều.

Ngày nay, trên các ôtô sử dụng chủ yếu là các loại máy phát xoay chiều vì so với máy phát một chiều thì máy phát xoay chiều có nhiều ưu điểm hơn: cấu tạo gọn nhẹ và đơn giản hơn, hơn nữa, nó có thể cung cấp điện ngay cả khi động cơ hoạt động ở số vòng quay rất thấp.

Máy phát xoay chiều có thể phân biệt thành 2 loại khác nhau tuỳ theo cách bố trí cuộn kích thích: cuộn kích thích cố định và cuộn kích thích quay.

Trên hình 7.4 là cấu tạo của máy phát xoay chiều có cuộn kích thích cố định. Máy phát bao gồm stato và rôto.

Stato được ghép từ các tấm tôn mỏng, phía bên trong tạo thành 9 vấu là nơi để lắp 9 cuộn dây. Các cuộn dây này được nối với nhau để tạo thành nguồn điện 3 pha, có nghĩa là mỗi pha gồm 3 cuộn dây. Các pha được nối với nhau theo sơ đồ tam giác, các đầu ra được đưa đến bộ nắn dòng 8.

Rô to cũng được ghép từ các tấm thép tạo thành hình đĩa có 6 vấu, được ép chặt lên trục. Trục rôto quay trên 2 ổ bi, các ổ này được lắp trong các mặt bích chặn ở hai đầu của máy phát. Ở đầu trục có lắp pu li dẫn động 7 cùng với cánh quạt 6 để làm mát cho máy phát. Hai cuộn kích thích 2 và 4 được lắp ở hai bên và được bắt chặt vào các bích trước và sau, có nghĩa là cả 2 cuộn này đều cố định. Các đầu dây của cuộn kích được nối như sau: một đầu nối với vỏ, đầu còn lại được dẫn ra ngoài.

Khi rôto quay, từ trường biến thiên của hệ thống kích thích (rôto và các cuộn kích thích) đi qua các cuộn phát của stato làm xuất hiện sức điện động cảm ứng trong các cuộn dây này. Dòng điện xoay chiều được dẫn qua bộ nắn để chuyển thành dòng một chiều cung cấp cho các nguồn tiêu thụ.

Máy phát điện xoay chiều có cuộn kích thích quay được sử dụng phổ biến hơn nhiều so với máy phát có cuộn kích thích cố định. Cấu tạo của dạng máy phát này được mô tả trên hình 7.5.

Khác với máy phát đã mô tả trên đây, cuộn kích thích của máy được lắp ngay bên trong rôto. Để lắp được cuộn kích, cấu tạo của rôto cũng khác so với trường hợp trên: nó được tạo bởi 2 nửa (hình 7.5- c), mỗi nửa gồm có 6 vấu (6 cực nam châm). Khi khớp 2 nửa vào với nhau thì rôto tạo thành nam châm điện 12 cực, phía bên trong các cực này lắp cuộn dây kích thích. Khi làm việc cuộn kích thích quay cùng với rôto nên để cấp điện cho nó thì phải sử dụng các chổi than và các vòng đồng.

Stato có dạng hình trụ, phía trong có 18 cuộn dây được nối thành nguồn 3 pha, nghĩa là mỗi pha có 6 cuộn dây mắc nối tiếp. Các pha được nối với nhau theo sơ đồ hình sao: 3 đầu dây được nối với nhau, còn 3 đầu còn lại được dẫn tới bộ nắn dòng.

Khi rôto quay, nó tạo ra từ trường quay đi qua các cuộn dây của stato làm xuất hiện sức điện động cảm ứng trong các cuộn dây này, nghĩa là ở các đầu dây của các pha ta có nguồn điện 3 pha.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy phát được mô tả trên hình 7.6. Sơ đồ này thể hiện nguyên lý hoạt động chung của cụm nguồn bao gồm máy phát, ắc quy và bộ điều chỉnh điện áp. Khi rôto của máy phát quay, từ trường quay của nó làm phát sinh dòng điện xoay chiều 3 pha trong các cuộn dây của stato. Dòng xoay chiều được nắn bằng bộ nắn 6 đi ốt thành dòng một chiều để cấp cho hệ thống, đồng thời nạp bổ xung cho ắc quy và cấp cho cuộn kích.

Máy phát điện phải đảm bảo cung cấp dòng điện ổn định cho toàn bộ hệ thống và đặc biệt là không được để điện áp vượt quá định mức, vì khi đó các thiết bị sử dụng điện sẽ bị hỏng. Điện áp của máy phát phụ thuộc vào tốc độ quay của rôto, khi tốc độ quay tăng lên thì điện áp cũng tăng theo. Do máy phát được dẫn động từ động cơ nên điện áp phát ra của máy phát phụ thuộc vào tốc độ làm việc của động cơ. Như vậy, ở chế độ không tải của động cơ điện áp có thể thấp hơn định mức, ngược lại, khi số vòng quay của động cơ cao thì điện áp có thể vượt quá định mức và gây tổn hại cho các thiết bị tiêu thụ điện. Vì vậy, cần thiết phải có thiết bị điều chỉnh điện áp để không cho nó vượt quá mức quy định. Thiết bị này chính là rơ le điều chỉnh điện áp.

Ngoài ra, nếu sử dụng máy phát một chiều thì cũng cần phải hạn chế cường độ của dòng điện phát ra để bảo vệ cho máy phát khỏi bị quá tải, do đó, máy phát một chiều còn được trang bị thêm rơ le hạn chế dòng. Hơn nữa, trong quá trình làm việc có những lúc điện áp của máy phát thấp hơn điện áp của ắc quy, nên để tránh cho dòng điện từ ắc quy không đi ngược vào máy phát thì phải có rơ le dòng điện ngược.

Một máy phát một chiều phải được trang bị cả 3 loại rơ le nói trên. Nhưng đối với các máy phát xoay chiều thì các đi ốt của bộ nắn dòng ngăn không cho dòng điện từ ắc quy đi ngược vào máy phát (xem hình 7.6), do vậy nên không cần có rơ le dòng điện ngược. Ngoài ra, máy phát xoay chiều có một tính chất đặc biệt là tự nó có khả năng hạn chế cường độ dòng điện trong các cuộn dây 3 pha khi rô to quay ở tốc độ cao. Như vậy máy phát xoay chiều chỉ cần có một rơ le điều chỉnh duy nhất là rơ le điều chỉnh điện áp.

Hiện nay các loại rơ le điều chỉnh điện áp rất đa dạng, hiện đại và rất nhỏ gọn về kích thước. Tuy nhiên, hầu hết chúng đều hoạt động dựa trên nguyên tắc giới hạn dòng kích thích để khống chế điện áp của máy phát.

Trên hình 7.7 là một sơ đồ ví dụ tương đối đơn giản về rơ le điều chỉnh điện áp. Đây là loại rơ le điều chỉnh 2 cấp sử dụng các tiếp điểm kiểu má vít. Nó hoạt động như sau. Khi máy phát bắt đầu làm việc thì dòng điện kích thích được cấp từ ắc quy đi qua khoá điện 7 và tiếp điểm 3-4 tới cuộn kích 6. Đồng thời có một nhánh được dẫn qua điện trở R₁ và qua cuộn hút 1 của rơ le. Khi điện áp của máy phát tăng lên thì dòng điện qua cuộn hút cũng tăng theo, tới khi đạt điện áp giới hạn thì lực hút đủ lớn để mở tiếp điểm 3. Lúc này dòng điện đi vào cuộn kích 6 của máy phát buộc phải qua 2 điện trở R₂ và R₃ nhờ đó mà cường độ dòng điện đi qua cuộn kích giảm xuống làm giảm điện áp của máy phát. Nếu số vòng quay của động cơ tiếp tục tăng làm điện áp phát ra cũng tăng thêm nữa thì dòng điện qua cuộn hút 1 sẽ tăng theo cho tới khi lực hút của nó đủ lớn để đóng tiếp điểm 2-3, lúc này dòng điện kích thích bị ngắt hoàn toàn.

Ngoài ra trong hệ thống này còn có rơ le 8 có nhiệm vụ tắt đèn hiệu khi máy phát bắt đầu nạp điện cho ắc quy.

Trên hình 7.8 là sơ đồ bố trí dẫn động máy phát trên động cơ, cấu tạo của máy phát và rơ le điều chỉnh.

Đối với các động cơ xăng, việc đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu bị nén trong buồng đốt ở cuối kỳ nén được thực hiện nhờ tia lửa điện phát ra giữa 2 điện cực của nến đánh lửa (bugi). Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa chính là tạo được tia lửa điện này vào đúng thời điểm cần thiết theo chu trình làm việc của động cơ. Để có thể tạo được tia lửa điện giữa 2 điện cực của bugi cần phải có điện áp rất cao (tới 10 kV hoặc lớn hơn nữa). Có thể sử dụng một số phương pháp khác nhau để có thể tạo được điện áp cao như vậy. Phổ biến hơn cả trên các loại động cơ đốt trong là 3 phương pháp sau: đánh lửa bằng vô lăng ma-nhe-tic, đánh lửa bằng ma-nhe-tô và đánh lửa bằng ắc quy. Phương pháp thứ nhất được sử dụng rộng rãi trên các loại mô tô, xe máy. Phương pháp thứ hai được sử dụng chủ yếu trên các động cơ xăng tĩnh tại cỡ nhỏ có 1 hoặc 2 xi lanh (chạy máy phát điện, máy nén khí, ...) hoặc trên các máy lai dùng để khởi động động cơ diezel của máy kéo và các loại xe-máy công trình. Các động cơ ôtô hiện nay đều sử dụng phương pháp đánh lửa bằng ắc quy.

Các hệ thống đánh lửa bằng ắc quy có thể phân thành 2 dạng như sau: đánh lửa bằng tiếp điểm và đánh lửa bán dẫn (trong đó phân biệt 2 loại: đánh lửa nửa bán dẫn và đánh lửa bán dẫn hoàn toàn).

Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa bằng ắc quy có tiếp điểm được thể hiện trên hình 7. 9. Hệ thống đánh lửa bao gồm các bộ phận chính như sau: các bugi 1, bộ tăng điện 12, bộ ngắt dòng sơ cấp 7, bộ chia điện cao áp 4, tụ điện 8, điện trở phụ 14, khoá điện 15 và các nguồn điện (máy phát 16 và ắc quy 17). Các bugi 1 được lắp trong các buồng đốt của động cơ và có nhiệm vụ phát tia lửa điện mỗi khi có điện cao áp đi qua nó. Bộ tăng điện 12 có nhiệm vụ tăng điện áp từ mức điện áp nguồn (12 V) tới điện áp cao để đánh lửa (trên 10 kV), thực chất nó là một biến áp tự ngẫu gồm có các cuộn dây sơ cấp 13 và thứ cấp 11. Bộ ngắt dòng sơ cấp 7 có nhiệm vụ ngắt đột ngột dòng sơ cấp để tạo xung điện áp cao trong cuộn thứ cấp của bộ tăng điện. Nó gồm một tiếp điểm có 2 má vít 9 và 10 và một cam điều khiển có số vấu đúng bằng số xi lanh của động cơ. Cam này tác động vào má vít động để đóng (hoặc mở) tiếp điểm theo đúng chu kỳ làm việc của hệ thống.

Khi bật khoá điện 15, dòng điện từ nguồn (ắc quy 17 hay máy phát 16) đi qua điện trở phụ 14 vào cuôn sơ cấp 13 của bộ tăng điện tới má vít động 9 của bộ tiếp điểm rồi đi qua má vít cố định để đi ra mát. Má vít động được lắp trên một giá đỡ có thể quay được quanh trục 6, nó luôn luôn được tỳ chặt về phía má vít cố định bởi một lò xo lá. Cũng nhờ lò xo lá này mà giá của má vít động thường xuyên được tỳ vào cam 5. Số vấu của cam đúng bằng số xi lanh của động cơ. Mỗi khi đỉnh của một vấu cam tiếp xúc với giá của má vít động thì giá này bị đẩy ra làm tiếp điểm bị ngắt. Tiếp điểm phải được ngắt vào đúng thời điểm cần phát tia lửa điện trong buồng đốt (cuối kỳ nén, đầu kỳ nổ). Đối với động cơ 4 kỳ thì cứ 2 vòng quay của trục khuỷu mới có một kỳ nổ (cứ 2 vòng quay của trục khuỷu thì mới cần ngắt tiếp điểm một lần) cho nên trục của cam phải quay chậm hơn so với trục khuỷu là 2 lần, nghĩa là nó quay cùng tốc độ với trục phân phối. Vì lý do này mà trục của cam ngắt thường được dẫn động từ trục phân phối của động cơ.

Bộ phận ngắt dòng sơ cấp và bộ phận phân phối dòng cao áp được lắp chung trong một cụm có tên gọi là bộ chia điện. Trục của cam ngắt dòng sơ cấp 5 được gọi là trục của bộ chia điện, trên đỉnh trục có lắp con quay 3 của bộ phận chia điện.

Dòng điện đi qua cuộn dây sơ cấp của bộ tăng điện tạo nên một từ trường. Khi tiếp điểm mở, dòng sơ cấp bị ngắt và từ trường của nó bị triệt tiêu. Nghĩa là có sự biến thiên của từ trường đi qua các cuộn sơ cấp 13 và thứ cấp 11, nhờ đó mà trong cuộn thứ cấp xuất hiện dòng điện cao áp, còn trong cuộn sơ cấp thì xuất hiện dòng điện tự cảm. Điện áp của cuộn thứ cấp chính là điện áp dùng để phát tia lửa điện ở bugi, nó phụ thuộc vào tốc độ biến thiên (tốc độ triệt tiêu) của dòng sơ cấp, do vậy người ta luôn mong muốn cho dòng sơ cấp triệt tiêu với tốc độ nhanh nhất. Tuy nhiên dòng điện tự cảm trong cuộn sơ cấp lại làm giảm tốc độ triệt tiêu của dòng sơ cấp, nghĩa là làm giảm điện áp đánh lửa. Hơn nữa, dòng tự cảm còn làm phát sinh tia lửa điện giữa các má vít của bộ tiếp điểm và làm cho nó bị ăn mòn nhanh chóng. Để tránh những hiện tượng trên, người ta mắc tụ điện 8 song song với bộ tiếp điểm 9 - 10.

Khi ngắt tiếp điểm thì dòng tự cảm xuất hiện trong cuộn sơ cấp 13 sẽ nạp điện cho tụ 8, nhờ đó mà giảm được tia lửa điện giữa các má vít. Khi tiếp điểm đóng, tụ 8 phóng điện qua cuộn sơ cấp, dòng này ngược với dòng sơ cấp nên nó làm cho dòng sơ cấp triệt tiêu với tốc độ nhanh hơn. Như vậy, tụ điện góp phần vào việc tăng điện áp đánh lửa trên cuộn thứ cấp.

Dòng điện cao áp từ cuộn thứ cấp của bộ tăng điện được dẫn tới con quay 3 của bộ chia điện. Con quay được lắp ngay trên đầu của trục của cam ngắt dòng sơ cấp và quay cùng với nó. Vào thời điểm ngắt dòng sơ cấp (mở tiếp điểm) thì dòng cao áp được dẫn qua thanh dẫn trên con quay để cấp tới một trong các tiếp điểm 2 của bộ chia điện. Các tiếp điểm này được nối với các bugi trong các xi lanh cho nên khi dòng cao áp được dẫn tới một tiếp điểm nào đó thì bugi tương ứng sẽ phát tia lửa điện trong xi lanh để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt. Các tiếp điểm của bộ chia điện phải được nối với các bugi theo đúng trình tự làm việc (thứ tự nổ) của các xi lanh. Chẳng hạn, theo sơ đồ trên thì động cơ có 4 xi lanh với các bugi tương ứng từ xi lanh số một cho tới xi lanh thứ tư là I, II, III, IV. Như vậy, thứ tự nổ của động cơ là I - II - IV - III.

Một vấn đề rất quan trọng trong hoạt động của hệ thống đánh lửa là thời điểm phát tia lửa điện trong chu trình làm việc của động cơ. Trong các động cơ xăng, năng lượng của quá trình đốt cháy nhiên liệu được sẽ được tận dụng tối đa nếu áp suất khí cháy trong xi lanh đạt giá trị cực đại của nó sau khi pít tông đi qua điểm chết trên khoảng 15 ¸ 20° tính theo góc quay của trục khuỷu. Trên thực tế, không phải toàn bộ hỗn hợp nhiên liệu chứa trong xi lanh bị đốt cháy một cách tức thời mà cần phải có một thời gian nhất định cho quá trình cháy. Bởi vậy, muốn đạt được yêu cầu trên thì cần phải bắt đầu đốt cháy nhiên liệu vào thời điểm sớm hơn, nghĩa là trước khi pít tông đi tới điểm chết trên. Khoá trình đốt cháy sớm nhiên liệu được gọi là quá trình đánh lửa sớm và thường được tính theo góc quay của trục khuỷu.

Do đặc điểm làm việc của động cơ, góc đánh lửa sớm không phải là cố định mà thay đổi theo số vòng quay của trục khuỷu và tải của động cơ (mức mở bướm ga). Điều này được giải thích như sau. Khi tăng số còng quay làm việc của động cơ thì thời gian dành cho quá trình cháy sẽ ít đi, như vậy cần phải đánh lửa sớm hơn nữa. Có nghĩa là khi tốc độ quay của động cơ tăng lên thì cũng phải tăng góc đánh lửa sớm và ngược lại. Khi động cơ làm việc ở một số vòng quay không đổi thì góc đánh lửa sớm lại phụ thuộc vào tải của động cơ. Nếu động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ (bướm ga mở nhỏ) thì lượng hỗn hợp khí đốt (nhiên liệu- không khí) được đưa vào xi lanh sẽ ít đi, do đó lượng khí đã cháy còn tồn lại trong xi lanh sẽ nhiều lên. Tỷ lệ khí đã cháy trong hỗn hợp càng cao thì tốc độ cháy sẽ càng thấp và khi đó càng phải đánh lửa sớm hơn. Như vậy khi tải càng nhỏ (bướm ga mở nhỏ) thì góc đánh lửa sớm phải càng lớn.

Các động cơ xăng thường được trang bị 2 bộ phận tự động thay đổi góc đánh lửa sớm tuỳ theo chế độ làm việc của động cơ: bộ điều chỉnh ly tâm cho phép điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo số vòng quay của trục khuỷu, còn bộ điều chỉnh chân không thì thay đổi góc đánh lửa sớm theo độ mở của bướm ga.

Một vấn đề hết sức quan trọng trong hệ thống đánh lửa là năng lượng của dòng cao áp dùng để phát tia lửa điện. Tia lửa điện phải đủ mạnh để dễ dàng làm nhiên liệu bắt lửa, nếu tia lửa yếu thì việc đốt cháy nhiên liệu sẽ khó khăn hơn.

Đối với hệ thống đánh lửa có tiếp điểm như nêu trên thì năng lượng của dòng cao áp phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mà tiếp điểm ở trạng thái đóng. Khi đóng tiếp điểm thì dòng điện trong mạch sơ cấp không thể đạt ngay giá trị cực đại của nó mà tăng dần lên. Bởi vậy, thời gian đóng tiếp điểm phải đủ lớn thì dòng điện sơ cấp mới có thể đạt được giá trị cực đại của nó. Thời gian này phụ thuộc vào biên dạng của cam ngắt, khe hở giữa các má vít khi ở trạng thái mở, số xi lanh và số vòng quay làm việc của động cơ. Thông thường khe hở tối thiểu giữa các má vít bị giới hạn bởi khả năng phóng điện giữa chúng và nằm trong khoảng 0,3 ¸ 0,4 mm.

Khi tăng số vòng quay của trục khuỷu tới một giá trị nào đó thì dòng so cấp không còn đủ thời gian để đạt tới được giá trị cực đại của nó nữa và vì thế mà điện áp của dòng thứ cấp sẽ bị giảm đi. Như vậy, khi số vòng quay của động cơ tăng lên thì năng lượng của dòng cao áp bị giảm, hay nói cách khác là lửa điện phát ra trong buồng đốt sẽ bị yếu đi. Để giảm sự chênh lệch về năng lượng của tia lửa điện trong buồng đốt ở các chế độ vận tốc khác nhau của động cơ, người ta mắc thêm điện trở phụ 14 (xem hình 7.9).

Điện trở phụ được chế tạo từ vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng lên thì điện trở của nó cũng tăng theo. Nhiệt độ của điện trở phụ thuộc vào cường độ dòng điện chạy qua nó. Khi số vòng quay của động cơ tăng lên thì cường độ dòng điện đi qua cuộn sơ cấp giảm xuống, lúc này điện trở phụ điện trở phụ nguội đi và điện trở của nó giảm xuống, nhờ đó mà dòng điện đi qua cuộn sơ cấp sẽ được tăng lên.

Khi khởi động động cơ bằng máy khởi động thì dòng tiêu thụ của động cơ điện rất lớn gây sụt áp trên toàn bộ hệ thống và tia lửa điện cũng bị yếu đi. Để khắc phục hiện tượng đó người ta bố trí cơ cấu nối tắt điện trở phụ khi khởi động. Nhờ nó mà khi khởi động cường độ dòng điện trong cuộn sơ cấp được tăng lên và nghĩa là tăng được độ mạnh của tia lửa điện trong buồng đốt.

Các động cơ xăng được tắt bằng cách ngắt điện của hệ thống đánh lửa. Việc này được thực hiện nhờ một khoá điện (số 15 trên hình 7.9). Thông thường khoá điện đảm nhiệm các nhiệm vụ: khởi động, duy trì điện đánh lửa, ngắt điện đánh lửa, duy trì cấp điện cho các hệ thống điện trên xe như radio, hệ thống thiết bị, đồng hồ báo, hệ thống chẩn đoán và thông tin về trạng thái của các cụm trên xe, ...

Nến đánh lửa (bugi) là bộ phận tạo tia lửa điện trong buồng đốt của xi lanh để đốt cháy nhiên liệu. Nó bao gồm điện cực trung tâm (hình 7.10) nằm trong lòng một ống sứ cách điện, bên ngoài ống sứ là phần thân của bugi bằng kim loại. Đoạn cuối của thân bugi có ren để bắt vào nắp máy và cuối cùng là điện cực âm có dạng một thanh kim loại nối từ phần thân bugi ra khu vực trung tâm. Khoảng cách giữa các điện cực nằm trong khoảng 0,5 ¸ 1,1 mm. Đầu trên của điện cực trung tâm là nơi nối dây cao áp dẫn từ bộ chia điện tới. Ngoài ra, phía trong bugi có các gioăng làm kín và phía ngoài có một đệm bằng đồng để tránh không cho khí từ trong xi lanh lọt ra ngoài.

Nhiệt độ phần đuôi của bugi phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo và điều kiện làm việc của động cơ và vào cấu tạo của bugi. Mỗi loại động cơ chỉ có thể sử dụng một loại bugi nào đó có chế độ nhiệt tương thích. Do vậy, người ta phân biệt các loại bugi "nguội" và "nóng" (xem hình 7.11). Bugi nguội có phần đuôi nằm trong buồng đốt ngắn hơn và như vậy nó bị đốt nóng ít hơn và khả năng thoát nhiệt của nó cũng tốt hơn. Còn bugi nóng thì có phần nằm trong buồng đốt dài hơn, cho nên nó phải chịu chế độ nhiệt khắc nghiệt hơn so với bugi nguội.

Các loại bugi được ký hiệu theo những tiêu chuẩn khác nhau tuỳ theo nhà sản xuất. Các thông số ghi trên ký hiệu của bugi thường cho biết loại bugi, kích thước của phần ren (đường kính, bước), chế độ nhiệt, khoảng cách giữa các cực, ...

Hiện nay, có một số loại bugi sử dụng các điện cực bằng platin có tuổi thọ rất cao (tới 100.000 km xe chạy) và không cần đòi hỏi phải chăm sóc, bảo dưỡng trong suốt quá trình sử dụng. Loại bugi này thường có ký hiệu bắt đầu bằng chữ P.

Tăng điện là bộ phận phát ra dòng điện cao áp trong hệ thống đánh lửa. Sơ đồ nguyên lý hoạt động và cấu tạo của tăng điện được thể hiện trên hình 7.12. Về bản chất thì tăng điện là một biến thế tự ngẫu. Nó bao gồm một lõi sắt đặt ở trung tâm, quấn quanh lõi sắt là lần lượt các cuộn dây thứ cấp và sơ cấp (hình 7.12- a). Với cách bố trí như vậy, cuộn sơ cấp nằm ở phía ngoài sẽ có được khả năng thoát nhiệt tốt hơn. Hai cuộn dây được mối chung một đầu, đầu còn lại của cuộn thứ cấp là nơi phát ra dòng điện cao áp để đánh lửa, còn đầu thứ hai của cuộn sơ cấp được gọi là cực âm của nó. Với cấu tạo như vậy, khi có dòng điện biến thiên trong cuộn sơ cấp thì trong cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng. Để có được điện áp cao trong cuộn thứ cấp thì cuộn này phải có số vòng dây lớn hơn rất nhiều lần so với số vòng dây của cuộn sơ cấp. Cuộn sơ cấp thường được quấn bằng dây đồng đường kính 0,5 ¸ 1 mm và có từ 150 đến 300 vòng, còn cuộn thứ cấp có khoảng 15000 ¸ 30000 vòng với đường kính dây là 0,05 ¸ 0,1 mm.

Cấu tạo của tăng điện được thể hiện trên hình 7.14- b. Ngoài các bộ phận cơ bản như đã nêu trên, nó còn có các lớp cách điện để tránh đoản mạch. Giữa cuộn sơ cấp và vỏ tăng điện là một ống thép từ có nhiệm vụ tạo mạch từ cho biến thế. Để tăng khả năng dẫn nhiệt, bên trong tăng điện được đổ đầy dầu biến thế. Phía dưới các cuộn dây là một tấm sứ cách điện, nắp của tăng điện cũng được làm từ vật liệu cách điện. Ngoài ra, trên tăng điện còn có bố trí điện trở phụ.

Bộ chia điện thường được bố trí trong cùng một cụm với bộ ngắt dòng sơ cấp, cùng sử dụng chung một trục dẫn động và được gọi tên chung là bộ chia điện. Nguyên lý hoạt động của các bộ phận ngắt dòng sơ cấp và phân chia dòng thứ cấp đã được trình bày trong phần trên, kết cấu cụ thể của một bộ chia điện được mô tả trên hình 7.15.

Các bộ phận cơ bản của bộ ngắt dòng sơ cấp được bố trí trên đĩa 7: các má vít của bộ tiếp điểm ngắt dòng sơ cấp, lò xo lá, tụ điện, bộ phận điều chỉnh khe hở giữa các má vít, các dây dẫn, ... Cam ngắt dòng sơ cấp 5 được dẫn động nhờ trục 12 thông qua bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng ly tâm. Dòng sơ cấp được dẫn qua cọc 14 để tới má vít động của bộ tiếp điểm. Má vít cố định được nối với thân của bộ chia điện, nghĩa là nối với "mát". Má vít cố định được lắp trên một giá đỡ có thể điều chỉnh được vị trí nhờ cam lệch tâm 26, điều này cho phép có thể điều chỉnh được khe hở giữa các má vít khi tiếp điểm ở trạng thái mở. Vị trí của má vít cố định được giữ nhờ vít hãm 25. Tụ điện 15 được mắc song song với bộ tiếp điểm, có điện dung khoảng 0,17 ¸ 0,35 m F. Bộ ngắt dòng sơ cấp hoạt động theo nguyên lý đã được mô tả ở phần trên.

Bộ phân phối dòng thứ cấp (bộ phận chia điện) thường được bố trí ở phần trên của bộ chia điện. Trên đầu trục 12 là con quay 4, được làm bằng vật liệu cách điện, trên nó có một lá đồng dùng để dẫn dòng cao áp tới các tiếp điểm của bộ chia. Các tiếp điểm này được bố trí trong nắp của bộ chia điện, nắp này, cũng như con quay, phải được làm từ vật liệu có khả năng cách điện cao. Phía trên của nắp là các lỗ để cắm các đầu dây cao áp nối tới các tiếp điểm. Ở giữa là đầu dây cao áp dẫn từ cuộn thứ cấp của tăng điện, còn xung quanh là các đầu dây cao áp dẫn tới các bugi tại các xi lanh. Điện cao áp được dẫn từ cuộn thứ cấp của tăng điện tới lỗ trung tâm trên nắp chia điện và từ đó qua tiếp điểm bằng than 1 được dẫn tới lá đồng của con quay 4. Khi động cơ hoạt động, con quay lần lượt tiếp xúc với các tiếp điểm của bộ chia để cấp điện cao áp tới từng bugi theo đúng thứ tự làm việc của các xi lanh (thứ tự nổ). Khe hở giữa đầu dẫn điện của con quay và các tiếp điểm nằm trong khoảng 0,2 ¸ 0,3 mm.

Ngoài ra trong bộ chia điện còn có các cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng ly tâm và bằng chân không cùng với bộ điều chỉnh theo trị số ốc tan.

Bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng ly tâm có nhiệm vụ tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo tốc độ làm việc của động cơ. Nó có cấu tạo như mô tả trên các hình 7.13 và 7.14. Việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm được thực hiện bằng cách quay cam ngắt dòng sơ cấp đi một góc (sớm hoặc muộn) so với trục dẫn động. Vì vậy, cam ngắt dòng sơ cấp 5 (hình 7.13) không phải được nối trực tiếp với trục dẫn động 12 mà thông qua một cơ cấu cơ khí sao cho nó có thể quay tương đối được so với trục này trong những điều kiện nhất định. Trục 12 thường được dẫn động trực tiếp từ trục phân phối của cơ cấu phối khí. Trên trục có gắn một tấm đỡ, tấm này đỡ các quả văng 19 thông qua các khớp bản lề. Các quả văng luôn luôn được kéo về phía tâm nhờ các lò xo 21. Trên các quả văng có các chốt 20 (hình 7.13), các chốt này nằm lọt vào trong các rãnh xiên trên thanh 18. Thanh 18 được nối trực tiếp với cam ngắt dòng sơ cấp 5. Với kết cấu như vậy, khi số vòng quay của trục 12 tăng lên thì các quả văng sẽ văng ra do tác dụng của lực ly tâm, lúc này các chốt 20 sẽ trượt trong các rãnh xiên trên thanh 18, làm thanh 18 xoay đi một góc cùng chiều với chiều quay của trục. Như vậy cam 5 sẽ được quay đi một góc (cùng với chiều quay) so với trục 12, cho nên các vấu trên cam 5 sẽ tác động lên giá đỡ của má vít động sớm hơn và tia lửa được phát trong buồng đốt sẽ sớm hơn.

Bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng chân không có nhiệm vụ điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo tải của động cơ. Cấu tạo của bộ điều chỉnh chân không được thể hiện trên các hình 7.13 và 7.14. Bộ phận chính của nó là màng 23 (hình 7.13) được đặt trong một vỏ bằng thép. Phía trái màng là lò xo 22 (hình 7.13), còn phía phải là thanh đòn 24 nối màng với đĩa 7. Đĩa này được gọi là đĩa động vì nó có thể quay được trên một đĩa cố định nhờ một ổ bi (xem hình 7.14). Đĩa cố định được nối cứng với vỏ của bộ chia điện, còn đĩa động chính là nơi lắp bộ tiếp điểm ngắt dòng sơ cấp.

Màng 23 tạo thành 2 khoang, trong đó khoang có lò xo được nối với họng hút của bộ chế hoà khí còn khoang kia thông với khí trời. Như vậy, khoang bên trái sẽ có độ chân không tương đương với độ chân không trong họng hút của động cơ. Khi động cơ hoạt động ở tải nhỏ, bướm ga mở nhỏ, lúc này độ chân không ở phía sau bướm ga tăng lên hút màng về phía trái (theo hình 7.13, hay xuống phía dưới theo hình 7.14) và thanh nối 24 sẽ kéo đĩa động 7 quay ngược chiều quay của cam ngắt dòng sơ cấp. Khi đó các vấu cam sẽ ngắt tiếp điểm sớm hơn, nghĩa là góc đánh lửa sớm được tăng lên.

Bộ điều chỉnh theo trị số ốctan nằm ở phía dưới của bộ chia điện, nó bao gồm 2 tấm: một tấm trên và một tấm dưới. Tấm dưới 9 (hình 1.13) có các vạch chia, được cố định với thân động cơ bằng một bulông, còn tấm trên 10 được bắt chặt với thân của bộ chia điện bằng vít 11. Rãnh bắt vít 11 được khoét trong tấm trên 10 có dạng vòng cung, cho phép thân của bộ chia điện có thể quay tương đối so với tấm này. Điều này cần thiết cho việc đặt lửa ban đầu. Tấm trên 9 được nối với tấm dưới 10 nhờ một thanh có ren, vị trí tương đối giữa 2 tấm được cố định bởi các êcu 8. Các ê cu này cho phép thay đổi vị trí tương đối giữa thân của bộ chia điện so với trục của nó, nhờ đó mà có thể điều chỉnh được góc đánh lửa sớm tuỳ theo trị số ốctan của loại nhiên liệu sử dụng.

Hệ thống đánh lửa mô tả trên đây hoạt động dựa trên việc ngắt dòng sơ cấp của tăng điện nhờ một bộ tiếp điểm, nó có những hạn chế nhất định. Thứ nhất, là trong hệ thống này không thể sử dụng dòng sơ cấp lớn để tăng công suất của tia lửa điện, bởi vì dòng sơ cấp lớn sẽ làm tăng hiện tượng đánh lửa giữa các má vít của tiếp điểm, làm tiếp điểm chóng bị ăn mòn, tăng điện trở tiếp xúc và vì vậy làm giảm dòng điện chạy qua nó. Thứ hai, là đối với hệ thống đánh lửa bằng tiếp điểm, khi số vòng quay của động cơ tăng cao thì thời gian tiếp điểm đóng rất ngắn và không đủ để dòng sơ cấp đạt được giá trị cần thiết, do vậy dòng thứ cấp sẽ bị yếu đi.

Để khắc phục những nhược điểm nêu trên, trên các động cơ ôtô hiện đại thường sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn. Có thể phân biệt 2 dạng: hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm và hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm. Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp điện tử, ngày nay các hệ thống đánh lửa sử dụng trên các động cơ ôtô chủ yếu là các hệ thống không tiếp điểm.

Trên hình 7.15 là sơ đồ của hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm. Hệ thống bao gồm những bộ phận cơ bản giống như đã mô tả trên đây: ắc quy, khoá điện, bộ tăng điện, bộ chia điện, và nến đánh lửa. Thay cho bộ ngắt dòng sơ cấp bằng tiếp điểm là một hệ thống có thể chia thành 2 bộ phận: bộ phận phát tín hiệu đánh lửa và bộ phận ngắt dòng sơ cấp bằng transistor.

Bộ phận phát tín hiệu bao gồm một rô to quay, trên nó có các vấu (số vấu chính bằng số xi lanh của động cơ), bên cạnh rô to là cuộn dây tín hiệu và cuối cùng là một nam châm vĩnh cửu.

Bình thường, nếu rôto không quay thì từ trường của nam châm không thay đổi và không có dòng điện trong cuộn dây tín hiệu. Khi rôto quay, các vấu trên rô to sẽ lần lượt đi lại gần cuộn dây làm khép kín mạch từ. Vào thời điểm mà một vấu nào đó nằm đối diện với cuộn dây thì từ trường của nam châm là cực đại, sau đó nó giảm dần khi vấu này đi xa ra khỏi cuộn dây. Rồi quá trình lại lặp lại khi vấu tiếp theo tiến đến gần cuộn dây. Như vậy cuộn dây nằm trong từ trường biến thiên và trong nó sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng dạng xung. Mỗi khi có một vấu đi qua cuộn dây thì trong cuộn dây sẽ xuất hiện một xung điện và chính xung điện này được dùng để điều khiển bộ phận ngắt dòng sơ cấp. Xung điện có dạng như trên hình 7.16- b, bao gồm một phần dương và một phần âm: điện áp cực đại đạt được khi vấu tiến đến gần cuộn dây và cực tiểu khi vấu bắt đầu rời khỏi cuộn dây.

Trên đây chỉ là một ví dụ của bộ phận phát tín hiệu điều khiển đánh lửa. Trên thực tế tồn tại rất nhiều dạng khác, nhưng chúng đều có chung một nguyên lý là sản sinh ra xung điện để điều khiển transistor của bộ ngắt dòng sơ cấp.

Bộ phận ngắt dòng sơ cấp (Igniter) có nhiệm vụ lưu thông dòng sơ cấp và ngắt nó vào thời điểm cần thiết để tạo điện áp cao ở cuộn thứ cấp. Sơ đồ tối giản của một bộ ngắt dòng sơ cấp được thể hiện trên hình 7.17. Nó bao gồm một transistor và 2 điện trở R₁ và R₂.

Khi động cơ hoạt động bộ phận phát tín hiệu sẽ phát những tín hiệu có dạng như trên. Khi điện áp của cuộn dây điều khiển là dương thì nó sẽ được cộng với điện áp của ắc quy tai điểm P (hình 7.17- a) và làm tăng điện áp tại điểm Q tới điện áp mở của transistor. Lúc này transistor mở và cho phép dòng điện sơ cấp đi qua nó từ C sang E và đi ra mát.

Khi điện áp của tín hiệu điều khiển là âm (hình 7.17- b) thì dòng điện này có xu hướng triệt tiêu dòng điện của ắc quy nên điện áp tại điểm Q giảm xuống tới mức làm transistor đóng lại và dòng điện sơ cấp bị ngắt đột ngột. Đây chính là thời điểm xuất hiện dòng cao áp trong cuộn thứ cấp của tăng điện. Như vậy thời điểm đánh lửa chính là thời điểm khi tín hiệu chuyển từ phần điện áp dương sang điện áp âm.

Cũng tương tự như trong hệ thống đánh lửa có tiếp điểm, cường độ dòng điện sơ cấp phụ thuộc vào thời gian tồn tại của nó (thời gian transistor mở). Khi số vòng quay của động cơ tăng lên thì thời gian transistor mở sẽ ngắn đi làm giảm cường độ của dòng sơ cấp. Nếu dòng này quá nhỏ thì điện áp thứ cấp không đủ mạnh để đảm bảo đánh lửa. Do vậy để đảm bảo có được điện áp đánh lửa đủ mạnh trong mọi điều kiện, người ta bố trí bộ phận điều chỉnh thời gian tồn tại dòng sơ cấp.

Hệ thống đánh lửa bằng transistor không sử dụng tiếp điểm cơ khí, do vậy có tuổi thọ và độ tin cậy cao hơn so với hệ thống đánh lửa có tiếp điểm. Hơn nữa, do không có tiếp điểm nên dòng sơ cấp có thể cho phép lớn hơn để đảm bảo được điện áp đánh lửa đủ mạnh trong mọi điều kiện làm việc.

7.4- HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Để khởi động động cơ đốt trong có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau. Các động cơ cỡ nhỏ có thể được khởi động bằng tay (chân), các loại động cơ lớn thì có thể khởi động bằng điện (dùng ắc quy), bằng một động cơ đốt trong nhỏ (máy lai) hay bằng khí nén. Tuy nhiên, sử dụng phổ biến hơn cả trên ôtô vẫn là phương pháp khởi động bằng điện.

Động cơ điện khởi động phải đảm bảo các yêu cầu sau: đủ công suất để khởi động động cơ ở điều kiện nhiệt độ đã định; tự động ngắt sau khi động cơ đã nổ; phát huy được mô men lớn với dòng điện nhỏ nhất. Động cơ điện dùng để khởi động thường là động cơ một chiều kích thích nối tiếp, vì loại này tạo được mô men lớn hơn cả.

Máy khởi động (hình 7.18) có thể được chia thành 3 phần chính: một động cơ điện một chiều, bộ phận điều khiển và cơ cấu dẫn động. Cơ cấu dẫn động có nhiệm vụ gài bánh răng của máy khởi động vào bánh răng trên bánh đà của động cơ và ngắt dẫn động khi động cơ đã nổ. Bộ phận điều khiển dùng để cấp điện cho động cơ khi các bánh răng đã vào ăn khớp và ngắt điện khi động cơ đã nổ.

Động cơ điện một chiều bao gồm vỏ 1, phía trong có 4 cực, trên các cực có quấn các cuộn dây kích thích 3. Rôto được tạo bởi lõi sắt có các rãnh dọc để quấn dây, ở một đầu của rôto có cổ góp để cấp điện. Trục của rôto được đặt trên 3 ổ trượt: 2 ổ ở hai đầu (trong các nắp 7 và 18) và một ổ trung gian 26. Phía trong của nắp 8 có 4 giá đỡ chổi than cùng với các chổi than 4.

Khi có dòng điện chạy qua rôto và các cuộn kích thích thì tương tác giữa các từ trường này sẽ làm cho rôto quay. Cơ cấu dẫn động được đặt trên đầu trục của rôto, bao gồm bánh răng 21, khớp một chiều 22, lò xo 23 và ống gạt 24. Khớp một chiều cho phép truyền mô men từ trục máy khởi động sang bánh đà, nhưng không cho phép truyền ngược lại.

Khi bật máy khởi động thì mô men truyền từ trục máy tới vành ngoài 27 của khớp một chiều. Vành này quay theo chiều kim đồng hồ, kéo theo các viên bi lăn về phía khe hẹp làm chúng bị kẹp chặt giữa 2 vành 27 và 32. Nhờ đó mà mô men được truyền từ vành ngoài vào vành trong, sang bánh răng 21 rồi sang bánh đà làm quay trục khuỷu của động cơ. Khi động cơ nổ, tốc độ quay của bánh đà đột ngột tăng lên, truyền qua bánh răng 21 tới vành trong của khớp một chiều làm cho vành này quay quay nhanh hơn vành ngoài. Lúc này, các viên bi bị kéo về hướng khoảng rộng và ép các lò xo lại. Các viên bi nằm lọt vào khe rộng giữa vành trong và vành ngoài và cho phép 2 vành này quay độc lập với nhau, nhờ đó mà mô men không thể truyền ngược từ bánh đà sang máy khởi động.

Rơ le hút điện từ có nhiệm vụ gạt bánh răng của máy khởi động 21 vào ăn khớp với vành răng trên bánh đà và đóng điện cho động cơ khởi động. Nó bao gồm cuộn hút 11, cuộn giữ 12, lõi sắt 13 và lò xo 14. Khi bật máy khởi động thì cả cuộn hút và cuộn giữ đều được cấp điện tạo thành từ trường đủ mạnh để hút lõi sắt làm nó dịch chuyển sang phía trái (xem hình vẽ) và thông qua đòn 16 đẩy ống gạt cùng với khớp một chiều sang phải đưa bánh răng 21 vào ăn khớp với vành răng của bánh đà. Ở cuối hành trình của mình, đầu trái của lõi sắt tỳ vào ty đẩy 10, đẩy đĩa tiếp xúc sang trái đóng tiếp điểm cung cấp điện cho động cơ khởi động. Đồng thời, vào đúng thời điểm này điện cấp tới cuộn hút bị ngắt và lõi sắt được giữ nguyên ở vị trí này chỉ nhờ vào lực điện từ của cuộn giữ. Khi tắt máy khởi động, rơ le bị ngắt điện, lò xo hồi vị đẩy bánh răng 21 trở về vị trí ban đầu và ngắt tiếp điểm cấp điện cho động cơ.

Để tự động ngắt điện của máy khởi động khi động cơ đã nổ, đồng thời để giảm cường độ dòng điện trên các tiếp điểm, người ta mắc thêm vào mạch điều khiển các rơ le phụ. Sơ đồ điện của máy khởi động được thể hiện trên hình 7. 21.

Hệ thống hoạt động như sau. Khi bật công tắc khởi động (khoá 2 đóng), dòng điện từ ẵc quy đi tới cuộn dây 21 của rơ le khởi động 5 rồi vòng qua máy phát (lúc này chưa làm việc) đi ra mát. Cuộn dây 21 cùng với lõi sắt tạo thành nam châm điện hút thanh 4 làm đóng tiếp điểm 6. Lúc này, dòng điện từ ắc quy đi qua tiếp điểm, qua thân rơ le tới đầu các cuộn hút và giữ (10 và 11). Sau đó quá trình khởi động được thực hiện như đã mô tả ở phần trên.

Khi động cơ đã nổ, máy phát bắt đầu làm việc và cấp điện tới một đầu của cuộn dây 21, đầu còn lại của cuộn dây vẫn được cấp điện từ ắc quy. Như vậy, độ chênh áp giữa 2 đầu của cuộn dây giảm xuống làm giảm cuờng độ dòng điện đi qua nó, nghĩa là giảm lực hút của nam châm điện và tiếp điểm 6 bị mở, ngắt dòng điện cấp tới máy khởi động. Như vậy, khi động cơ nổ thì máy khởi động cũng ngừ