Hệ thống đánh lửa: Cách phân loại, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hệ thống đánh lửa giữ vai trò then chốt trong việc khởi động và vận hành động cơ đốt trong. Chỉ với một tia lửa nhỏ, nó có thể kích hoạt cả cỗ máy hàng trăm mã lực. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về hệ thống đánh lửa, từ khái niệm, phân loại, cấu tạo đến nguyên lý hoạt động và dấu hiệu hư hỏng.

Hệ thống đánh lửa là gì?

Hệ thống đánh lửa là một tập hợp các bộ phận trên động cơ đốt trong có nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong buồng đốt. Tia lửa này được tạo ra nhờ dòng điện cao áp truyền từ cuộn dây đánh lửa đến bugi, làm phát sinh sự cháy và sinh công để động cơ hoạt động.

Tùy theo công nghệ và thời kỳ phát triển, hệ thống đánh lửa có nhiều loại khác nhau. Từ những hệ thống cơ khí đơn giản đến những hệ thống điện tử hiện đại, tất cả đều nhằm mục tiêu tối ưu hóa quá trình đánh lửa, giúp động cơ hoạt động mượt mà, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải.

Cách phân loại các hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa được phân loại dựa trên công nghệ và phương pháp tạo ra tia lửa. Hiện nay, có bốn loại phổ biến:

Hệ thống đánh lửa sử dụng má vít

Đây là loại hệ thống đánh lửa cơ khí được sử dụng rộng rãi trong những mẫu xe đời cũ. Hệ thống này gồm các thành phần chính như bộ chia điện, má vít, tụ điện và cuộn dây đánh lửa. Khi trục cam quay, má vít mở ra và đóng lại liên tục, tạo ra dòng điện cao áp đến bugi để đánh lửa.

Ưu điểm:

• Thiết kế đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa.
• Chi phí sản xuất và thay thế thấp.
• Phù hợp với động cơ không yêu cầu hiệu suất đánh lửa cao.

Nhược điểm:

• Hiệu suất không ổn định do tiếp điểm má vít bị hao mòn theo thời gian.
• Cần bảo dưỡng định kỳ để tránh hiện tượng đánh lửa không đều.
• Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm, làm giảm độ bền của hệ thống.

Hệ thống đánh lửa bán dẫn

Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng linh kiện bán dẫn (transistor) để thay thế tiếp điểm má vít, giúp giảm hao mòn cơ khí và nâng cao độ chính xác khi đánh lửa. Hệ thống này được chia thành hai loại chính:

Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

Vẫn sử dụng má vít để điều khiển đóng/mở dòng điện sơ cấp, nhưng thay vì trực tiếp tạo ra tia lửa điện, nó chỉ kích hoạt transistor thực hiện nhiệm vụ này.

Giúp giảm hao mòn má vít và cải thiện hiệu suất đánh lửa so với hệ thống cơ khí truyền thống.

Ưu điểm:

• Giảm hao mòn má vít do chỉ hoạt động như một công tắc điều khiển dòng điện nhỏ, không chịu tải lớn.
• Hiệu suất đánh lửa tốt hơn so với hệ thống đánh lửa má vít truyền thống.
• Dễ dàng nâng cấp từ hệ thống cũ mà không cần thay đổi quá nhiều linh kiện.

Nhược điểm:

• Vẫn cần bảo trì và điều chỉnh khoảng cách má vít định kỳ để đảm bảo đánh lửa chính xác.
• Không khắc phục hoàn toàn hiện tượng đánh lửa sai do hao mòn tiếp điểm theo thời gian.
• Độ bền không cao bằng hệ thống không có tiếp điểm.

Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm

Loại này loại bỏ hoàn toàn má vít, thay vào đó sử dụng cảm biến (cảm biến quang, cảm biến Hall) để phát hiện vị trí trục cam hoặc trục khuỷu.

Cung cấp dòng điện ổn định hơn, giúp cải thiện hiệu suất động cơ và giảm nhu cầu bảo trì.

Loại không có tiếp điểm kiểu cảm ứng:

Ưu điểm:

• Không sử dụng tiếp điểm cơ khí nên loại bỏ được tình trạng cháy rỗ tiếp điểm, giúp tăng tuổi thọ của hệ thống.
• Việc điều chỉnh góc đánh lửa trở nên dễ dàng hơn do không còn sự phụ thuộc vào các bộ phận cơ khí.
• Hệ thống hoạt động ổn định, ít gây tiếng ồn và dễ dàng lắp đặt hơn so với loại sử dụng má vít.

Nhược điểm:

• Cảm biến có cấu tạo phức tạp, làm tăng chi phí sản xuất và bảo trì.
• Điện áp đầu ra của cảm biến không tuyến tính và chịu ảnh hưởng bởi tốc độ quay của rô-to.
• Khi khởi động, điện áp từ cảm biến thường không đủ lớn để điều khiển trực tiếp transistor công suất, do đó cần thêm mạch ổn định và chuyển đổi điện áp, làm hệ thống trở nên phức tạp hơn.

Loại không có tiếp điểm kiểu quang điện:

Ưu điểm:

• Không sử dụng tiếp điểm cơ khí nên tránh được hiện tượng mài mòn và cháy rỗ, giúp hệ thống có độ bền cao hơn.
• Tín hiệu điện áp đầu ra có dạng xung vuông ổn định, giúp cải thiện chất lượng đánh lửa ngay cả khi khởi động, nhờ thời gian dẫn điện dài hơn giúp cảm biến tạo ra điện áp cao hơn.
• Đảm bảo quá trình đánh lửa chính xác, góp phần tối ưu hiệu suất vận hành của động cơ.

Nhược điểm:

• Cấu trúc mạch điện phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao khi sửa chữa hoặc thay thế linh kiện.
• Sử dụng cảm biến quang, khiến hiệu suất đánh lửa bị ảnh hưởng khi động cơ hoạt động ở vòng tua cao do điện áp đầu ra của cảm biến giảm. Vì vậy, cần bổ sung mạch ổn định điện áp, làm tăng mức độ phức tạp của hệ thống.
• Thường chỉ được áp dụng trên các động cơ đời mới có dải tốc độ trung bình hoặc thấp để đảm bảo hiệu suất đánh lửa tối ưu.

Hệ thống đánh lửa Magneto

Hệ thống này thường được sử dụng trên các động cơ nhỏ. Magneto hoạt động bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu quay quanh cuộn dây để tạo ra dòng điện cao áp phục vụ quá trình đánh lửa trên xe ô tô.

Ưu điểm:

• Tự cấp nguồn: Hệ thống này không phụ thuộc vào bình ắc quy hay nguồn điện bên ngoài, giúp xe ô tô vẫn có thể hoạt động ngay cả khi hệ thống điện gặp sự cố.
• Độ bền cao: Với cấu tạo đơn giản và ít linh kiện điện tử phức tạp, hệ thống có độ bền tốt, giảm nguy cơ hỏng hóc trong quá trình sử dụng.
• Bảo trì đơn giản: Không yêu cầu thay thế hoặc bảo trì bình ắc quy, giúp tiết kiệm chi phí và công sức bảo dưỡng.

Nhược điểm:

• Hiệu suất không cao: So với các hệ thống đánh lửa điện tử hiện đại, hệ thống này có mức năng lượng đánh lửa thấp hơn, ảnh hưởng đến hiệu quả đốt cháy nhiên liệu.
• Không phù hợp với động cơ lớn: Khả năng cung cấp dòng điện đánh lửa mạnh và ổn định bị hạn chế, khiến hệ thống không thích hợp với các xe ô tô có dung tích động cơ lớn hoặc yêu cầu hiệu suất cao.
• Hiệu suất đánh lửa giảm ở tốc độ cao: Khi vòng tua máy tăng, điện áp đầu ra có thể không ổn định, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của xe ô tô.
• Hạn chế trong điều chỉnh thời điểm đánh lửa: Góc đánh lửa khó có thể tối ưu theo từng điều kiện vận hành, làm giảm hiệu suất tổng thể và khả năng tiết kiệm nhiên liệu.

Hệ thống đánh lửa điện tử kỹ thuật số

Đây là loại hệ thống hiện đại nhất, sử dụng cảm biến và bộ vi xử lý để kiểm soát thời điểm đánh lửa một cách chính xác nhất.

Ưu điểm:

• Đánh lửa chính xác: Cảm biến và vi xử lý tối ưu thời điểm đánh lửa, giúp động cơ hoạt động hiệu quả.
• Tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải: Kiểm soát quá trình đốt cháy, giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải độc hại.
• Độ bền cao, ít hao mòn: Không dùng tiếp điểm cơ khí, giảm hỏng hóc và nhu cầu bảo trì.
• Tích hợp với các hệ thống hiện đại: Hỗ trợ điều khiển phun nhiên liệu và kiểm soát động cơ.

Nhược điểm:

• Cấu tạo phức tạp, khó sửa chữa: Yêu cầu kỹ thuật cao và thiết bị chẩn đoán chuyên dụng.
• Chi phí thay thế cao: Cảm biến, vi xử lý đắt đỏ khi cần sửa chữa.
• Phụ thuộc vào nguồn điện: Điện áp không ổn định có thể ảnh hưởng đến quá trình đánh lửa.

Cấu tạo của một hệ thống đánh lửa trên ô tô

Hệ thống đánh lửa điện tử bao gồm các bộ phận chính sau:

Nguồn điện (Ắc quy, pin)

Nguồn điện trong hệ thống đánh lửa điện tử thường là ắc quy hoặc pin, cung cấp dòng điện một chiều (DC) từ 12V đến 14.2V. Đây là bộ phận đảm bảo hệ thống đánh lửa luôn có đủ điện năng để hoạt động ngay cả khi xe đang khởi động hoặc ở chế độ không tải. Nếu nguồn điện không ổn định hoặc yếu, hệ thống đánh lửa sẽ hoạt động kém hiệu quả, gây khó khăn khi khởi động động cơ.

Cuộn dây đánh lửa (Ignition Coil)

Cuộn dây đánh lửa có nhiệm vụ tăng điện áp từ 12V lên mức cao hơn, thường dao động từ vài nghìn đến hàng chục nghìn volt, đủ để tạo tia lửa điện tại bugi. Bộ phận này hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ, trong đó cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tương tác với nhau để tạo ra điện áp cao. Nếu cuộn dây đánh lửa bị hỏng hoặc suy yếu, tia lửa điện sẽ không đủ mạnh, làm giảm hiệu suất đốt cháy nhiên liệu trong động cơ.

Công tắc đánh lửa (Ignition Switch)

Công tắc đánh lửa kiểm soát quá trình bật/tắt hệ thống đánh lửa. Nó có thể được kích hoạt bằng chìa khóa cơ, nút bấm khởi động hoặc tín hiệu từ cảm biến. Khi công tắc đánh lửa được bật, hệ thống sẽ bắt đầu cung cấp điện cho cuộn dây đánh lửa và các thành phần liên quan. Nếu công tắc này gặp sự cố, xe có thể không khởi động được hoặc động cơ hoạt động không ổn định.

Mô-đun đánh lửa hoặc bộ điều khiển (Ignition Control Module – ICM)

Mô-đun đánh lửa hoặc bộ điều khiển là thành phần trung tâm của hệ thống đánh lửa điện tử. Nó đóng vai trò điều chỉnh thời điểm đánh lửa để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả nhất. Bộ phận này nhận dữ liệu từ các cảm biến, như cảm biến trục khuỷu (CKP) và cảm biến trục cam (CMP), để xác định thời điểm bugi đánh lửa phù hợp. Ngoài ra, mô-đun còn có thể điều chỉnh cường độ tia lửa theo điều kiện vận hành của xe, giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu.

Nguyên lý hoạt động của một hệ thống đánh lửa ô tô

Khi người lái xe khởi động động cơ, hệ thống đánh lửa điện tử ngay lập tức được kích hoạt. Ban đầu, dòng điện từ ắc quy được dẫn qua công tắc đánh lửa đến cuộn sơ cấp của mobin đánh lửa. Trong quá trình này, cuộn dây sơ cấp bắt đầu nhận và tích trữ năng lượng điện.

Cùng lúc đó, cảm biến trục khuỷu hoặc cảm biến trục cam gửi tín hiệu về mô-đun điều khiển đánh lửa (ICM – Ignition Control Module) hoặc ECU (Engine Control Unit). Dựa trên dữ liệu từ cảm biến, mô-đun điều khiển sẽ quyết định thời điểm ngắt dòng điện đi qua cuộn sơ cấp.

Khi dòng điện đột ngột bị ngắt, hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra, làm xuất hiện một điện áp cực cao trong cuộn thứ cấp (có thể lên tới hàng nghìn vôn). Điện áp cao này được truyền qua dây cao áp đến bộ chia điện (nếu có) hoặc trực tiếp đến bugi trong các hệ thống đánh lửa không bộ chia.

Tại bugi, khi điện áp đạt đến ngưỡng đủ lớn để thắng được sức cản của không khí, một tia lửa điện mạnh được tạo ra giữa hai cực bugi. Tia lửa này kích hoạt quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong buồng đốt, giúp động cơ sinh công và duy trì hoạt động.

Toàn bộ quá trình này diễn ra trong thời gian rất ngắn, lặp lại liên tục theo vòng quay của động cơ để đảm bảo hiệu suất đánh lửa tối ưu, giúp động cơ vận hành trơn tru, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải.

Nguyên nhân và dấu hiệu bị hỏng của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa là một trong những bộ phận quan trọng của động cơ đốt trong. Khi gặp sự cố, nó có thể ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng khởi động và vận hành của xe. Dưới đây là những nguyên nhân và dấu hiệu bị hỏng phổ biến khiến hệ thống đánh lửa bị hỏng và các dấu hiệu nhận biết đi kèm.

Nguyên nhân hệ thống đánh lửa bị hỏng

Bugi bị mòn, bẩn, hỏng hoặc khe hở sai: Bugi là bộ phận chịu trách nhiệm tạo tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí. Theo thời gian, bugi có thể bị mòn, bám muội than hoặc bị hỏng. Nếu khe hở giữa hai cực bugi không đạt tiêu chuẩn, tia lửa điện có thể yếu hoặc không xuất hiện, khiến quá trình đốt cháy diễn ra không hiệu quả.

Mobin sườn bị yếu hoặc cháy: Mobin sườn (cuộn dây đánh lửa) có nhiệm vụ tăng điện áp để tạo ra tia lửa điện. Nếu mobin bị hỏng, dòng điện cao áp truyền đến bugi sẽ yếu hoặc không có, làm động cơ khó khởi động hoặc bị giật cục khi vận hành.

Bộ chia điện bị mòn hoặc tiếp điểm bị oxy hóa: Trên các xe sử dụng hệ thống đánh lửa có bộ chia điện, nếu bộ phận này bị mòn hoặc tiếp điểm bị oxy hóa, điện áp cao sẽ không được phân phối chính xác đến các xy-lanh. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng bỏ máy hoặc mất lửa cục bộ.

Cảm biến trục khuỷu/trục cam bị lỗi hoặc hỏng: Cảm biến trục khuỷu/trục cam cung cấp tín hiệu để ECU tính toán thời điểm đánh lửa. Nếu cảm biến bị hỏng hoặc gửi tín hiệu sai lệch, ECU sẽ không điều khiển đánh lửa chính xác, khiến động cơ khó khởi động hoặc chạy không ổn định.

ECU bị lỗi hoặc hư hỏng: ECU (bộ điều khiển động cơ) có nhiệm vụ điều chỉnh thời điểm đánh lửa sao cho tối ưu nhất. Khi ECU bị lỗi hoặc hư hỏng, hệ thống đánh lửa có thể hoạt động sai, gây ra nhiều vấn đề như bỏ máy, hao nhiên liệu, hoặc không thể khởi động động cơ.

Dây cao áp bị đứt hoặc rò rỉ điện: Dây cao áp có nhiệm vụ dẫn điện áp từ mobin đến bugi. Nếu dây bị đứt, nứt vỡ hoặc rò rỉ điện, dòng điện không thể truyền đủ đến bugi, gây ra tình trạng đánh lửa yếu hoặc không đánh lửa được.

Ắc quy yếu, hệ thống sạc có vấn đề: Hệ thống đánh lửa cần một nguồn điện ổn định từ ắc quy để hoạt động. Nếu ắc quy yếu hoặc hệ thống sạc không cung cấp đủ điện, tia lửa điện sẽ yếu, dẫn đến động cơ khó nổ hoặc hoạt động không ổn định.

Dấu hiệu nhận biết hệ thống đánh lửa bị hỏng

• Động cơ khó khởi động hoặc không nổ máy: Một trong những dấu hiệu rõ ràng nhất của hệ thống đánh lửa bị lỗi là xe khó khởi động. Nếu tia lửa điện yếu hoặc không có, hỗn hợp nhiên liệu-không khí sẽ không thể đốt cháy, khiến xe không thể nổ máy.
• Động cơ bị bỏ máy (misfire), chạy rung giật: Khi hệ thống đánh lửa gặp sự cố, một hoặc nhiều xy-lanh có thể không đốt cháy nhiên liệu đúng cách. Điều này dẫn đến tình trạng động cơ bị bỏ máy, rung giật hoặc hoạt động không ổn định.
• Xe bị hụt ga, mất công suất: Nếu bugi không đánh lửa đúng thời điểm hoặc tia lửa điện yếu, quá trình đốt cháy sẽ không hiệu quả, làm giảm công suất động cơ. Xe có thể bị hụt ga khi tăng tốc hoặc không đạt được công suất mong muốn.
• Tiêu hao nhiên liệu tăng bất thường: Hệ thống đánh lửa không hoạt động chính xác có thể khiến nhiên liệu không được đốt cháy hoàn toàn, làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu mà không mang lại hiệu suất tương ứng.
• Có tiếng nổ bất thường từ ống xả (backfire): Nếu hỗn hợp nhiên liệu-không khí không được đốt cháy đúng thời điểm hoặc không cháy hết trong buồng đốt, nó có thể bị đẩy ra ống xả và phát nổ, tạo ra tiếng nổ lớn (backfire).
• Đèn Check Engine sáng (trên xe có ECU): Trên các xe có ECU, khi hệ thống đánh lửa gặp sự cố, đèn cảnh báo động cơ (Check Engine) sẽ sáng. Hệ thống chẩn đoán OBD II có thể lưu mã lỗi liên quan đến cảm biến trục khuỷu, cảm biến trục cam hoặc hệ thống đánh lửa.

Nơi bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống đánh lửa uy tín

Khi hệ thống đánh lửa gặp sự cố, việc tìm kiếm một địa chỉ bảo dưỡng và sửa chữa uy tín là điều quan trọng để đảm bảo động cơ vận hành ổn định. Phụ Tùng Đức Anh là lựa chọn đáng tin cậy dành cho bạn, cung cấp dịch vụ kiểm tra, sửa chữa và thay thế phụ tùng hệ thống đánh lửa chất lượng cao.

Với đội ngũ kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm, kiến thức ô tô và trang thiết bị hiện đại, Phụ Tùng Đức Anh đảm bảo mang đến giải pháp tối ưu cho từng dòng xe, giúp khôi phục hiệu suất đánh lửa và đảm bảo động cơ hoạt động bền bỉ. Chúng tôi cung cấp các phụ tùng chính hãng, OEM và aftermarket phù hợp với nhu cầu của từng khách hàng.

Liên hệ ngay qua Zalo: 0979722210 để được tư vấn và hỗ trợ chi tiết về dịch vụ bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống đánh lửa cho xe của bạn.