Khi thế hiệu U2 vừa đạt đến giá trị Uđl, đủ để xuyên qua khe hở giữa các điện cực của bugi, thì ở đó sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế (hình 1. 6). Khi xuất hiện tia lửa điện thì U2 giảm đột ngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại.
Hình 2.16: Sự thay đổi thế hiệu U2 khi phóng tia lửa điện
a: Thời gian tia lửa điện dung; b: Thời gian tia lửa điện cảm.
Kết quả của nhiều công trình nghiên cứu đã xác định được rằng: Tia lửa điện có hai phần rõ rệt: phần điện dung và phần điện cảm.
Phần điện dung xuất hiện trước, vào thời điểm đầu của quá trình phóng điện. Đó là sự phóng tĩnh điện do năng lượng của điện trường tích luỹ trong điện dung C1 và C2 của hệ thống đánh lửa, tia lửa điện dung có màu xanh lam và rất chói do nhiệt độ của nó cao tới 10000OC. Hiệu điện thế cao và dòng điện phóng rất lớn nên công suất tức thời của nó cũng khá lớn (có thể đạt đến hàng chục kW). Tuy nhiên, thời gian tồn tại tia lửa này rất ngắn (<1s) nên năng lượng điện trường cũng không lớn lắm.
Đặc trưng của phần tia lửa điện dung là có tiếng nổ lách tách, tần số dao động lớn tới (106. . . 107) Hz, nên gây nhiễu xạ vô tuyến mạnh.
Tia lửa điện dung làm điện thế U2 giảm đột ngột, chỉ còn khoảng 1500. . 2000V. Vì tia lửa xuất hiện trước khi U2 đạt giá trị cực đại, nên phần tia lửa điện dung chỉ tiêu tốn một phần năng lượng của từ trường tích luỹ trong biến áp đánh lửa.
Phần năng lượng còn lại được tiếp tục phóng qua khe hở bugi dưới dạng tia lửa điện cảm hay còn gọi là đuôi lửa. Do U2 đã giảm nhiều nên dòng phóng lúc này cũng rất nhỏ, chỉ khoảng (80. . . 100)mA. Tia lửa điện cảm có màu tím nhạt- vàng, kéo dài khoảng vài s đến vài ms, phụ thuộc vào giá trị năng lượng điện cảm tích luỹ trong mạch sơ cấp.
Trong điều kiện thực tế, tia lửa có thể chỉ có phần điện dung hoặc điện cảm thuần túy hoặc hỗn hợp cả hai phần, tuỳ thuộc vào các thông số của hệ thống đánh lửa. Và các điều kiện vật lý khi xuất hiện tia lửa. Nói chung các xoáy khí hình thành trong buồng cháy ở số vòng quay cao của động cơ, cản trở việc tạo thành phần điện cảm của tia lửa. Đuôi lửa có tác dụng tốt khi khởi động động cơ nguội. Vì khi khởi động nhiên liệu bốc hơi kém, khó cháy. Nên khi nhiên liệu đã bén lửa của phần điện dung, nó sẽ bốc hơi và hoà trộn tiếp, đuôi lửa sau đó sẽ đốt cho nhiên liệu cháy hết.
Điều khiển đánh lửa
Sự cần thiết phải điều khiển thời điểm đánh lửa
Trong động cơ xăng, hỗn hợp không khí- nhiên liệu được đánh lửa để đốt cháy (nổ), và áp lực sinh ra từ sự bốc cháy sẽ đẩy piston xuống. Năng lượng nhiệt được biến thành động lực có hiệu quả cao nhất khi áp lực nổ cực đại được phát sinh vào thời điểm trục khuỷu ở vị trí 100 sau điểm chết trên. Động cơ không tạo ra áp lực nổ cực đại vào thời điểm đánh lửa; nó phát ra áp lực nổ cực đại chậm một chút, sau khi đánh lửa. Vì vậy, phải đánh lửa sớm, sao cho áp lực nổ cực đại được tạo ra vào thời điểm 100 ATDC. Thời điểm đánh lửa để động cơ có thể sản sinh ra áp lực nổ cực đại vào 100 trước điểm chết trên lại thường xuyên thay đổi, tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ. Vì thế, hệ thống đánh lửa phải có khả năng đánh lửa vào thời điểm để động cơ tạo ra áp lực nổ một cách có hiệu quả nhất, phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ.
Điều khiển thời điểm đánh lửa:
Hệ thống đánh lửa điều khiển thời điểm đánh lửa theo tốc độ và tải trọng của động cơ sao cho áp lực nổ cực đại xuất hiện ở 100 sau điểm chết trên. Trước đây, các hệ thống đánh lửa sử dụng bộ đánh lửa sớm li tâm và bộ đánh lửa sớm chân không để điều khiển đánh lửa sớm hoặc muộn. Tuy nhiên, ngày nay hầu hết các động cơ đều sử dụng hệ thống ESA.
Điều khiển theo tốc độ động cơ:
(1)Động cơ được coi là phát công suất hiệu quả nhất khi áp lực nổ tối đa xuất hiện ở 100ATDC, khi đó thời điểm đánh lửa tối ưu là 100 BTDC, với tốc độ 1000 (v/ph).
(2)Giả sử tốc độ động cơ tăng lên đến 2000 v/ph, giai đoạn cháy trễ vẫn gần như không đổi với mọi tốc độ động cơ. Vì thế góc quay của trục khuỷu sẽ tăng lên so với khi động cơ chạy với tốc độ 1000 v/ph. Nếu vẫn sử dụng thời điểm đánh lửa như trong mục (1) cho tốc độ 2000 v/ph thì thời điểm mà động cơ sản ra áp lực nổ cực đại sẽ bị trễ hơn 100 ATDC.
(3)Vì vậy, để sản ra áp lực nổ cực đại tại 100 ATDC khi động cơ đang chạy 2000 v/ph thì thời điểm đánh lửa phải sớm hơn để bù cho góc quay của trục khuỷu đã bị trễ trong mục (2). Quá trình định thời đánh lửa sớm này được gọi là đánh lửa sớm, và sự làm trễ thời điểm đánh lửa được gọi là đánh lửa muộn.
Điều khiển theo tải trọng của động cơ
(1)Khi động cơ mang tải thấp thì áp lực nổ cực đại được coi là xuất hiện 100ATDC , khi thời điểm đánh lửa tối ưu được đặt sớm 200 BTDC.
(2)Khi tải trọng của động cơ tăng, mật độ không khí cũng tăng và giai đoạn lan truyền ngọn lửa giảm xuống. Vì thế, nếu cứ sử dụng thời điểm đánh lửa như trong mục (1) thì thời điểm mà động cơ sản ra áp lực nổ cực đại sẽ bị sớm hơn 100 ATDC.
(3) Để sản ra áp lực nổ cực đại tại thời điểm 100 ATDC khi động cơ mang tải nặng thì thời điểm đánh lửa phải muộn hơn để bù cho góc quay của trục khuỷu đã bị sớm trong mục (2). Ngược lại, khi tải trọng của động cơ thấp thì thời điểm đánh lửa phải sớm hơn. (Tuy nhiên, khi động cơ chạy không tải, thì khoảng thời gian đánh lửa sớm phải nhỏ hoặc bằng không để ngăn ngừa hiện tượng nổ không ổn).
Điều khiển tiếng gõ động cơ:
Tiếng gõ trong động cơ do sự tự bốc cháy gây ra, khi hỗn hợp không khí- nhiên liệu tự bắt lửa trong buồng đốt. Động cơ trở nên dễ bị gõ khi thời điểm đánh lửa sớm. Hiện tượng tiếng gõ mạnh có ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của động cơ như tăng tiêu hao nhiên liệu, giảm công suất phát. Trái lại, tiếng gõ nhẹ lại có tác dụng nâng cao tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất. Các hệ thống đánh lửa gần đây có điều khiển thời điểm đánh lửa làm muộn thời điểm đánh lửa theo tiếng gõ, khi cảm biến phát hiện có tiếng gõ thì điều khiển cho thời điểm đánh lửa muộn, còn khi không phát hiện ra tiếng gõ nữa thì điều khiển cho thời điểm đánh lửa sớm hơn.
Bằng cách ngăn ngừa tiếng gõ như vậy, hệ thống này giúp tăng tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất phát.