Hệ thống đánh lửa điện dung hiện nay thường được sử dụng trên xe thể thao, xe đua, động cơ có piston tam giác và trên xe gắn máy. Hệ thống đánh lửa điện dung có thể được chia làm hai loại: loại có vít điều khiển và loại không có vít điều khiển hoặc có thể phân loại theo cách tạo ra điện áp nạp tụ: xoay chiều (CDI –AC) và một chiều (CDI - DC)
Đối với hệ thống đánh lửa điện dung, năng lượng trong mạch sơ cấp của bobine được tích lũy dưới dạng điện trường chứa trong tụ C:
2 .U2
C Wc = Trong đó:
C: điện dung của tụ điện (F);
U: điện áp trên tụ điện (V).
Thông thường, người ta chọn tụ điện C có giá trị nằm trong khoảng từ 0,5 ÷
3µF, vì theo tính toán và thực nghiệm, nếu điện dung của tụ C lớn thì khi tốc độ cao sẽ không đủ thời gian để tụ C được nạp đầy. Còn nếu điện dung nhỏ thì sẽ ảnh hưởng đến năng lượng đánh lửa. Hiệu điện thế nạp trên tụ thường nhỏ hơn
400V, vì nếu lớn hơn sẽ gây hiện tượng rò điện ở mạch thứ cấp trong bobine. Quá trình tích lũy năng lượng trong tụ điện được thực hiện ở dạng xung điện liên tục. Trong trường hợp năng lượng tích lũy ở dạng xung thì tụ điện được nạp bởi các xung điện một chiều trong thời gian trước lúc đánh lửa. Trong trường hợp còn lại, năng lượng tích lũy trong tụ nhờ những xung một chiều biến thiên nhờ nguồn điện một chiều trong suốt thời gian giữa hai lần đánh lửa.
Hình 5.46 trình bày một sơ đồ đơn giản của hệ thống đánh lửa điện dung trên xe gắn máy.
Hình 5.46: Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI trên xe gắn máy (với D2//SCR)
Khi SCR ngắt, tụ điện C1 sẽ nạp nhờ nguồn điện N đã chỉnh lưu qua diode D1. Khi có tín hiệu đánh lửa từ cuộn dây điều khiển K, SCR dẫn, tụ điện C1 sẽ xả theo chiều mũi tên (a): (+) tụ điệnC1→ SCR → mass → W1→ (-) tụ điện C1.
Sự biến thiên dòng điện đột ngột trên cuộn sơ cấp W1sẽ cảm ứng lên cuộn thứ cấp W2, một sức điện động cao áp đưa tới các bougie đánh lửa. Tuy nhiên, sau khi tụ điện C1 đã xả hết, do sức điện động tự cảm trong cuộn dây W1, tụ C1sẽ được nạp theo chiều ngược lại. Nhờ điện áp ngược (điện áp trên tụ), SCR sẽ được đóng lại. Khi C1 xả ngược, D2 có nhiệm vụ dập tắt điện áp ngược bảo vệ cho SCR.
Hình 5.47: Hiệu điện thế trên tụ và cường độ dòng điện
qua cuộn sơ cấp bobine (D2 // SCR)
Trong trường hợp mắc D2 song song SCR, dòng qua cuộn sơ cấp sẽ lệch pha với hiệu điện thế trên tụ. Hiệu điện thế và cường độ dòng điện có dạng dao động tắt dần nếu thời gian mở SCR lớn hơn thời gian phóng điện. Trong trường hợp ngược lại, dao động thường kết thúc vào khoảng t1÷ t2 (hình 5.49).
Trên một số mạch, để giảm thời gian nạp tụ, người ta mắc D2 song song với cuộn dây sơ cấp (hình 5.48).
Hình 5.48: Hệ thống đánh lửa điện dung với diode D2 mắc song song cuộn sơ cấp
1 2 3 4 5 6 7 8 t i1 Uc Uc1 Uc i1 D2 C SCR Bobine SCR D1 D2 D3 D4 R1 R2 C1 W1 W2 N K (a) Đến bougie
Mạch này cho phép chuyển đổi gần như toàn bộ năng lượng chứa trong tụ sang mạch thứ cấp nên ngày càng được sử dụng rộng rãi. Đường biểu diễn hiệu điện thế và cường độ dòng điện được trình bày trên hình 5.49.
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại trong hệ thống đánh lửa CDI được xác định bởi công thức: η 2 1 2 C C U U m = cl
UC1 : hiệu điện thế trên tụ lúc bắt đầu phóng.
C1 : điện dung tụ điện.
C2 : điện dung ký sinh trên mạch dao động.
η : hệ số phụ thuộc vào dạng dao động.
Như vậy hiệu điện thế thứ cấp ít phụ thuộc vào C1mà phụ thuộc vào hiệu điện thế nạp được trên C1 nhiều hơn.
Hình 5.49: Hiệu điện thế trên tụ và cường độ dòng điện qua cuộn
sơ cấp của bobine (với D2 mắc song song cuộn sơ cấp)
Hình 5.50: So sánh thời gian tăng trưởng của hiệu điện thế thứ cấp
của hệ thống đánh lửa CDI, TI và hệ thống đánh lửa thường
Đồ thị hình 5.50 biểu diễn thời gian tăng trưởng của hiệu điện thế thứ cấp của hệ thống đánh lửa bán dẫn loại điện dung (CDI), loại điện cảm (TT) và hệ thống đánh lửa thường. Ở hệ thống đánh lửa điện dung, thời gian hiệu điện thế
t t1 t2 Uc, i1 Uc i1 CDI TI CI 10 20 30 40 10 20 U2(KV) t (µs)
thứ cấp đạt 20KV chỉ vào khoảng 10 µs. Một điểm khác biệt giữa hệ thống đánh lửa điện dung và hệ thống đánh lửa điện cảm nữa là thời gian tồn tại tia lửa ở bougie của loại điện dung rất ngắn, chỉ vào khoảng 0,1 ÷ 0,4 ms, trong khi loại điện cảm là từ 1 ÷ 2ms. Nếu so sánh giữa hai cách mắc diode sẽ thấy cách mắc thứ hai làm tăng thời gian phóng điện ở bougie.
B. Sơ đồ thực tế