Giáo Trình Hệ Thống Điện Động Cơ Phần 1 Tại Trường ĐH Công Nghiệp Quảng Ninh

Giáo trình nghiên cứu hệ thống điện động cơ phần 1 trường đh công nghiệp quảng ninh, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên kỹ thuật.

• Tác giả: Nguyễn Bá Thiện
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Quảng Ninh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Giáo Trình Hệ Thống Điện Động Cơ
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Quảng Ninh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: Khái quát về hệ thống điện và điện tử trên xe ô tô
• 1.1. Tổng quát về mạng điện trên xe ô tô và phân bố các hệ thống
• 1.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống điện trên xe ô tô
• 1.3. Các linh kiện điện, điện tử dùng trên hệ thống điện ô tô
• 1.4. Các loại phụ tải điện trên xe ô tô
• 1.5. Các thiết bị bảo vệ và điều khiển trung gian
• 1.6. Ký hiệu và qui ước trong sơ đồ điện
• 1.7. Dây điện và bối dây điện trong hệ thống điện ô tô
• 2. CHƯƠNG 2: Hệ thống cung cấp điện
• 2.1. Ac quy khởi động
• 2.2. Máy phát điện
• 3. CHƯƠNG 3: Hệ thống khởi động
• 3.1. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu
• 3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
• 4. CHƯƠNG 4: Hệ thống đánh lửa
• 4.1. Công dung, yêu cầu và phân loại
• 4.2. Lý thuyết đánh lửa
• 4.3. Các linh kiện dùng trong hệ thống
• 4.4. Hệ thống đánh lửa cơ bản
• 4.5. Hệ thống đánh lửa bán dẫn
• 5. CHƯƠNG 5: Hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ ô tô
• 5.1. Khái quát về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ ô tô
• 5.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình và thuật toán điều khiển
• 5.3. Các loại cảm biến và tín hiệu ngõ vào
• 5.4. Bộ điều khiển điện tử ECU
• 5.5. Điều khiển đánh lửa
• 6. CHƯƠNG 6: Hệ thống điều khiển động cơ diesel bằng điện tử CDI

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Hệ Thống Điện Động Cơ Phần 1

Giáo trình Hệ thống điện động cơ - Phần 1 cung cấp cái nhìn tổng quan về các hệ thống điện và điện tử trên xe ô tô. Nội dung giáo trình được biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, đồng thời là tài liệu tham khảo cho các kỹ sư trong ngành. Cuốn sách không chỉ đảm bảo tính khoa học mà còn gắn liền với thực tiễn phát triển của ngành công nghiệp ô tô.

1.1. Mục tiêu và nội dung chính của giáo trình

Giáo trình tập trung vào việc giới thiệu các hệ thống điện cơ bản, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng. Nội dung được thiết kế để sinh viên có thể nắm bắt kiến thức một cách dễ dàng và hiệu quả.

1.2. Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình này được sử dụng cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô và các kỹ sư đang làm việc trong lĩnh vực ô tô. Nó cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho những ai muốn tìm hiểu sâu hơn về hệ thống điện động cơ.

II. Các thách thức trong việc học Hệ Thống Điện Động Cơ

Việc học về hệ thống điện động cơ không chỉ đơn thuần là lý thuyết mà còn bao gồm nhiều thách thức thực tiễn. Sinh viên thường gặp khó khăn trong việc áp dụng lý thuyết vào thực tế, đặc biệt là trong việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử.

2.1. Khó khăn trong việc hiểu cấu tạo động cơ điện

Cấu tạo của động cơ điện rất phức tạp, bao gồm nhiều linh kiện khác nhau. Việc nắm vững từng bộ phận và chức năng của chúng là điều cần thiết để hiểu rõ hơn về hệ thống điện động cơ.

2.2. Thách thức trong việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn

Sinh viên thường gặp khó khăn trong việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn. Việc thực hành trên các thiết bị thực tế giúp sinh viên củng cố kiến thức và kỹ năng cần thiết.

III. Phương pháp học hiệu quả về Hệ Thống Điện Động Cơ

Để học tốt về hệ thống điện động cơ, sinh viên cần áp dụng các phương pháp học tập hiệu quả. Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực hành sẽ giúp sinh viên nắm vững kiến thức hơn.

3.1. Kết hợp lý thuyết và thực hành

Việc thực hành trên các thiết bị thực tế giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của hệ thống điện động cơ. Thực hành cũng giúp sinh viên phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề.

3.2. Sử dụng tài liệu tham khảo bổ sung

Ngoài giáo trình, sinh viên nên tham khảo thêm các tài liệu khác như sách, bài báo và video hướng dẫn để mở rộng kiến thức và hiểu biết về hệ thống điện động cơ.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Hệ Thống Điện Động Cơ

Hệ thống điện động cơ có ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô. Việc hiểu rõ về hệ thống này giúp kỹ sư thiết kế và bảo trì các thiết bị điện một cách hiệu quả.

4.1. Ứng dụng trong thiết kế ô tô

Các kỹ sư sử dụng kiến thức về hệ thống điện động cơ để thiết kế các hệ thống điện cho ô tô, đảm bảo tính an toàn và hiệu suất cao.

4.2. Bảo trì và sửa chữa hệ thống điện

Kiến thức về hệ thống điện động cơ giúp kỹ sư thực hiện bảo trì và sửa chữa các thiết bị điện một cách hiệu quả, từ đó nâng cao độ bền và tuổi thọ của ô tô.

V. Kết luận và tương lai của Hệ Thống Điện Động Cơ

Hệ thống điện động cơ đang ngày càng phát triển và trở thành một phần không thể thiếu trong ngành công nghiệp ô tô. Tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến và ứng dụng mới.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ điện động cơ

Công nghệ điện động cơ đang phát triển mạnh mẽ với sự xuất hiện của các hệ thống điện thông minh và tự động hóa. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho sinh viên và kỹ sư trong ngành.

5.2. Tầm quan trọng của việc cập nhật kiến thức

Việc cập nhật kiến thức về hệ thống điện động cơ là rất quan trọng để theo kịp với sự phát triển của công nghệ. Sinh viên và kỹ sư cần thường xuyên tham gia các khóa học và hội thảo để nâng cao trình độ.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Hệ thống điện động cơ là tài liệu học thuật chuyên ngành do nhóm giảng viên thuộc Bộ môn Cơ khí Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh (Bộ Công Thương) biên soạn năm 2018, gồm hai tác giả chính là Nguyễn Bá Thiện và Nguyễn Văn Hậu. Trong chương trình đào tạo kỹ sư và cử nhân ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, môn học này giữ vị trí cốt lõi thuộc khối kiến thức chuyên ngành bắt buộc, đóng vai trò bản lề kết nối giữa khối kiến thức cơ sở (Kỹ thuật điện - điện tử, Cấu tạo động cơ đốt trong) với các học phần chẩn đoán, sửa chữa và điều khiển nâng cao.

Mục tiêu học tập của giáo trình hướng tới việc trang bị cho sinh viên hệ thống kiến thức toàn diện về cấu trúc mạng điện, nguyên lý chuyển đổi năng lượng trong các nguồn điện độc lập (ắc quy, máy phát điện xoay chiều), cơ chế kích hoạt hệ thống khởi động - đánh lửa, và các thuật toán điều khiển điện tử lập trình trên động cơ xăng cũng như động cơ diesel (CDI/Common Rail).

Cấu trúc tài liệu được thiết kế theo 6 chương chính, tiếp cận từ các linh kiện cơ bản, mạng dây dẫn và thiết bị bảo vệ, phát triển dần lên các hệ thống chức năng truyền thống và hoàn thiện ở các hệ thống điều khiển điện tử phức hợp có tích hợp mạng giao tiếp vi điều khiển. Điểm đặc sắc của giáo trình nằm ở việc chuẩn hóa ký hiệu kỹ thuật theo tiêu chuẩn Châu Âu, tích hợp đầy đủ công thức giải tích tính toán thiết kế kỹ thuật (như tính toán chọn tiết diện dây dẫn, phân bố tải theo định luật Kirchhoff, đặc tuyến nạp - phóng ắc quy) và minh họa bằng sơ đồ mạch điện thực tế trên các dòng phương tiện cụ thể.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 6 chương với tiến trình sư phạm phát triển từ phần tử mạch cơ sở đến các hệ thống chấp hành và điều khiển số:

• Chương 1: Khái quát về hệ thống điện và điện tử trên xe ô tô (trang 6): Trình bày cấu trúc mạng điện 1 dây (single wire system lấy thân vỏ làm mass); các yêu cầu kỹ thuật môi trường (chịu rung 50–250 Hz, gia tốc $150\text{ m/s}^2$, dải điện áp làm việc $0{,}9–1{,}25,U_{\text{đm}}$, biên độ xung điện áp cao đến vài trăm volt); phân loại 3 nhóm phụ tải (thường trực, không liên tục, thời gian ngắn); thiết bị bảo vệ (cầu chì 5–30A, dây chảy fusible link 40–120A, bộ ngắt mạch CB); ký hiệu mạch điện; bảng mã màu và ký hiệu số chân rắc tiêu chuẩn Châu Âu (chân 15, 30, 31, 50, 85, 86, 87...); phương pháp tính toán tiết diện dây dẫn theo độ sụt áp; cấu trúc mạng giao tiếp đa dẫn (Multiplex) và mạng vùng điều khiển CAN (Controller Area Network theo tiêu chuẩn ISO 11519-2 và ISO 11898).
• Chương 2: Hệ thống cung cấp điện (trang 21): Phân tích toàn diện ắc quy khởi động và máy phát điện xoay chiều. Đối với ắc quy: trình bày cấu tạo bình ắc quy chì - axit (nồng độ dung dịch $\text{H}_2\text{SO}_4$ từ $1{,}22–1{,}27\text{ g/cm}^3$), phương trình điện hóa, đặc tính phóng nạp, định luật Peukert, phương pháp nạp (áp cố định, dòng cố định, 2 nấc, hỗn hợp) và các dòng ắc quy kiềm (Fe-Ni, Cd-Ni, Ag-Zn), pin nhiên liệu ($\text{H}_2/\text{O}_2$). Đối với máy phát: cấu tạo rotor hình móng, máy phát kích từ nam châm vĩnh cửu, kích từ điện từ có chổi than và không có chổi than (cảm ứng dọc trục), máy phát 2 nấc điện áp 14/28V và các bộ chỉnh lưu (6, 8 và 14 diode).
• Chương 3: Hệ thống khởi động (trang 83): Xác định nhiệm vụ, yêu cầu kỹ thuật, phân loại các dòng máy khởi động điện (starting motor), cấu tạo cụm stator, armature, khớp truyền động một chiều và hệ thống rơ le điều khiển khởi động, rơ le bảo vệ.
• Chương 4: Hệ thống đánh lửa (trang 97): Trình bày cơ sở lý thuyết đánh lửa, cấu tạo các linh kiện (biến áp đánh lửa bobine, bộ chia điện distributor, igniter, bugi), sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa cơ bản (tiếp điểm) và hệ thống đánh lửa bán dẫn (sử dụng cảm biến điện từ, cảm biến quang hoặc Hall).
• Chương 5: Hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ ô tô (trang 172): Giới thiệu cấu trúc tổng thể của hệ thống điều khiển lập trình, cấu tạo khối xử lý trung tâm ECU (Electronic Control Unit), thuật toán điều khiển số, phân loại các nhóm cảm biến đo ngõ vào và cơ chế điều khiển góc đánh lửa điện tử sớm.
• Chương 6: Hệ thống điều khiển động cơ diesel bằng điện tử CDI (trang 281): Cung cấp nguyên lý quản lý phun nhiên liệu điện tử trên động cơ diesel thông qua hệ thống đường dẫn chung (Common Rail Injection / EDC).

Tiến trình phát triển logic của nội dung giáo trình:
Mạng điện cơ sở & Tiêu chuẩn dây dẫn (Chương 1)

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập khối kiến thức dựa trên các cơ sở khoa học tự nhiên và kỹ thuật chuyên sâu:

• Lý thuyết hóa điện và điện giải: Phương trình điện hóa thuận nghịch trong ắc quy chì - axit: $$\text{PbO}_2 + \text{Pb} + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \rightleftharpoons 2\text{PbSO}_4 + 2\text{H}2\text{O}$$ Công thức thực nghiệm xác định sức điện động tĩnh: $E_0 = 0{,}85 + \rho{25^\circ\text{C}}$ (với $\rho$ là khối lượng riêng dung dịch điện phân).
• Định luật phóng điện Peukert: Mô tả mối quan hệ phi tuyến giữa cường độ dòng phóng và dung lượng hiệu dụng của ắc quy: $$I^n \cdot t = C$$ (với $n \approx 1{,}4$ đối với ắc quy chì).
• Định luật Kirchhoff và lý thuyết mạch nguồn - tải: Xác định 3 chế độ cân bằng năng lượng giữa ắc quy và máy phát điện xoay chiều: $$I_L = I_a + I_{mf}$$ $$U_{mf} = r_1 \cdot I_{mf} + R_L \cdot I_L$$ $$\text{Hệ số cân bằng năng lượng: } K_{cb} = \frac{\int_0^{t_n} \eta \cdot i_n , dt}{\int_0^{t_p} i_p , dt}$$
• Lý thuyết chuỗi Fourier và sóng điều hòa: Phân tích từ thông trong khe hở không khí của máy phát cảm ứng không chổi than: $$\Phi = \Phi_0 + \Phi_1 \cos \omega t + \Phi_3 \cos 3\omega t + \dots$$ Giải pháp sử dụng cặp diode trung hòa trong bộ chỉnh lưu 8 diode nhằm khai thác sóng điều hòa bậc 3 giúp tăng 10–15% công suất máy phát.
• Cấu trúc truyền thông dữ liệu mạng CAN: Cơ chế phân định quyền ưu tiên trên bus (bus arbitration), định dạng khung dữ liệu 7 trường (SOF, Arbitration 11/29-bit, Control, Data 0–8 bytes, CRC, ACK, EOF) và các chức năng tự chẩn đoán lỗi (cờ lỗi error flag, phân biệt lỗi gián đoạn và thường trực).

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Khả năng tính chọn tiết diện dây dẫn dựa trên công suất phụ tải, chiều dài đường truyền và giới hạn sụt áp cho phép theo công thức: $$S = \frac{\rho \cdot I \cdot l}{\Delta U}$$ (quy định $\Delta U \le 0{,}6\text{V}$ cho mạch chiếu sáng/nạp; $\le 1{,}9\text{V}$ cho mạch khởi động).
• Kỹ năng đọc và giải mã sơ đồ mạch điện: Thành thạo việc tra cứu ký hiệu chân rắc và màu dây theo tiêu chuẩn DIN/Châu Âu (như dây đỏ Rt nối từ ắc quy, dây nâu Br nối mass, chân 15 cấp dương qua khóa điện, chân 30 dương trực tiếp, chân 50 cấp đề, chân 85-86 cuộn dây rơ le, chân 87 tiếp điểm tải).
• Kỹ năng phân tích và chẩn đoán: Phân tích nguyên lý hoạt động của các bộ chỉnh lưu, bộ điều áp tiết chế vi mạch, hộp cầu chì bảo vệ, mạch đánh lửa bán dẫn và các đường truyền bus của hộp điều khiển động cơ ECU.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp sư phạm kỹ thuật kết hợp giữa chứng minh giải tích toán học, mô tả cơ chế vật lý và ứng dụng sơ đồ thực tế:

• Mô hình hóa lý thuyết gắn liền sơ đồ thực tiễn: Mỗi hệ thống lý thuyết đều đi kèm sơ đồ nguyên lý mạch điện tương ứng. Điển hình là việc khảo sát sơ đồ bố trí thiết bị điện tổng thể trên xe Volga M21, sơ đồ chi tiết hộp cầu chì phân bổ 40 vị trí tải trên xe Honda Accord 1989, và sơ đồ nắn dòng 2 nửa chu kỳ 3 pha qua bộ chỉnh lưu diode.
• Phân tích bài toán cân bằng và phân bố phụ tải: Giáo trình chia quá trình vận hành nguồn điện thành 3 chế độ cụ thể (chế độ không tải, chế độ tải trung bình và chế độ quá tải khi $R_L < \frac{E_a \cdot r_1}{U_{mf} - E_a}$), giúp người học hiểu rõ sự tương tác động lực giữa máy phát xoay chiều và ắc quy.
• Bài tập và tính toán kiểm chứng: Cung cấp hệ thống bảng tra định mức (Bảng 1.1 ký hiệu màu dây, Bảng 1.2 ký hiệu đầu dây, Bảng 1.3 độ sụt áp tối đa, Bảng 1.4 cỡ dây dẫn và dòng liên tục cho phép) hỗ trợ sinh viên thực hiện các bài toán thiết kế mạng dây dẫn và tính chọn ắc quy theo công suất máy khởi động.
• Phương pháp đánh giá học phần: Giảng viên có thể sử dụng cấu trúc nội dung để thiết kế các hình thức đánh giá bao gồm: kiểm tra lý thuyết điện hóa và bán dẫn; bài tập lớn tính toán thiết kế mạng điện và phụ tải; thực hành đo kiểm dạng sóng chỉnh lưu, kiểm tra điện trở trong ắc quy và giải mã mã lỗi trên đường truyền CAN bus.
• Hướng dẫn tự học: Sinh viên cần học theo phương pháp lập sơ đồ khối chức năng, đối chiếu giữa sơ đồ nguyên lý với bảng quy ước chân rắc tiêu chuẩn, đồng thời rèn luyện kỹ năng đọc tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của các hãng ô tô quốc tế.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình Hệ thống điện động cơ phản ánh bước chuyển dịch công nghệ từ hệ thống cơ điện thuần túy sang hệ thống điện tử số và mạng truyền thông trên ô tô:

• Tích hợp công nghệ mạng vùng điều khiển (CAN bus): Tài liệu phân tích chuyên sâu giải pháp thay thế bối dây truyền thống (vốn có thể lên tới hơn 1.200 sợi dây) bằng cấu trúc đường truyền bus tuyến tính của Bosch triển khai trên xe Mercedes. Nội dung bao quát chuẩn ISO 11519-2 (tốc độ dưới $125\text{ kbit/s}$) và ISO 11898 (tốc độ trên $125\text{ kbit/s}$ đến $1\text{ Mbit/s}$), cơ chế định địa chỉ theo thông tin (11-bit hoặc 29-bit identifier) và phương thức chẩn đoán lỗi tích hợp.
• Cập nhật các dạng nguồn năng lượng mới: Bên cạnh ắc quy chì - axit truyền thống, giáo trình đưa vào phân tích các dòng ắc quy kiềm (sắt - niken Fe-Ni, cađimi - niken Cd-Ni, bạc - kẽm Ag-Zn) và mở rộng sang pin nhiên liệu (Fuel Cell: dạng kiềm, dùng khí đốt, hydro) với năng lượng riêng đạt tới $500\text{ Wh/kg}$ so với mức $30\text{ Wh/kg}$ của ắc quy chì.
• Giải pháp kỹ thuật nguồn kép (14V/28V): Trình bày cấu trúc mạch điện máy phát hai nấc điện áp 14/28V và cơ chế rơ le đổi nối ắc quy (nối tiếp khi khởi động phụ tải lớn và song song khi vận hành thông thường), giải thích rõ cơ chế giảm tiết diện dây dẫn và hạn chế tiêu hao nhiệt năng $I^2R$.
• Hệ thống điều khiển điện tử CDI: Mở rộng nội dung sang hệ thống điều khiển lập trình động cơ diesel điện tử CDI/Common Rail, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của các dòng xe hiện đại.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học và cao đẳng: Dành cho sinh viên từ năm thứ 2 đến năm thứ 4 chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Cơ khí Động lực và Điện tử Ô tô.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết: Người học cần hoàn thành các môn học nền tảng gồm Vật lý đại cương (phần Điện - Từ), Kỹ thuật Điện - Điện tử cơ bản và Lý thuyết Động cơ đốt trong để có thể tiếp thu trọn vẹn các mô hình tính toán hóa điện và thuật toán điều khiển ECU.
• Giảng viên chuyên ngành: Tài liệu đóng vai trò là khung giáo trình chuẩn để biên soạn bài giảng, xây dựng đề cương chi tiết môn học Hệ thống điện động cơ, thiết lập bài tập tính toán thiết kế và thiết kế nội dung thực hành xưởng.
• Cán bộ kỹ thuật và kỹ sư xưởng: Tài liệu phục vụ tra cứu thông số kỹ thuật, phương pháp nạp ắc quy, quy chuẩn màu dây/ký hiệu chân rắc theo hệ Châu Âu (Ford, BMW, Mercedes, Volkswagen) và nguyên lý đo kiểm hộp điều khiển điện tử trong công tác sửa chữa, bảo dưỡng ô tô.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên theo học ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô tại các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật; đồng thời là tài liệu tra cứu chuyên môn cho giảng viên và kỹ thuật viên ngành sửa chữa ô tô.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần nắm vững kiến thức cơ sở về mạch điện một chiều/xoay chiều, nguyên lý bán dẫn cơ bản (diode, transistor), phản ứng hóa học cơ bản và cấu tạo chung của động cơ đốt trong.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Tài liệu tập trung sâu vào tính toán định lượng kỹ thuật (chọn cỡ dây, độ sụt áp, phân bố tải nguồn), chuẩn hóa hoàn toàn hệ thống mã số/mã màu dây Châu Âu, phân tích kỹ cấu trúc máy phát không chổi than, máy phát 2 nấc điện áp và tích hợp cơ chế truyền thông mạng CAN bus.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Cần kết hợp việc đọc hiểu lý thuyết điện hóa/điện từ với việc vẽ lại sơ đồ mạch điện nguyên lý, tự giải các bài toán tính toán tiết diện dây dẫn và đối chiếu các thông số chân cực thực tế trên các dòng xe mẫu được nêu trong sách.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Nên kết hợp tham khảo các sổ tay hướng dẫn thực hành điện ô tô, tài liệu tiêu chuẩn ISO 11898 về mạng CAN và sơ đồ mạch điện chuyên hãng (wiring diagrams) của các dòng xe thực tế để củng cố kỹ năng chẩn đoán.

---

Kết luận

Giáo trình Hệ thống điện động cơ của Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh là công trình học thuật chuyên ngành có tính hệ thống cao, kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết giải tích và yêu cầu kỹ thuật thực tế trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô.

Lộ trình tiếp cận kiến thức chuẩn mực bắt đầu từ việc nắm vững mạng lưới dây dẫn, phụ tải và tiêu chuẩn ký hiệu; tiến tới làm chủ hệ thống cung cấp nguồn, khởi động, đánh lửa; và hoàn thiện ở năng lực phân tích hệ thống điều khiển lập trình ECU, mạng truyền thông CAN và hệ thống phun dầu điện tử CDI. Để tối ưu hóa hiệu quả học tập, người học nên kết hợp nghiên cứu giáo trình cùng các tiêu chuẩn quốc tế ISO liên quan và tài liệu thực hành xưởng chuyên sâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Khái quát về hệ thống điện và điện tử ôtô Nếu có một trạm phát hiện ra lỗi, nó sẽ gửi một cờ báo lỗi “error flag” và ngăn lại việc truyền thông tin. Điều này ngăn cản các trạm khác nhận thông tin bị lỗi này. Trong trường hợp một trạm đựơc phát hiện bị lỗi, có thể xảy ra trường hợp là tất cả thông tin, bao gồm cả thông tin bị lỗi, sẽ bị loại bỏ khi chỉ có một “error flag”. Để ngăn điều này xảy ra, hệ thống mạng CAN có thêm một chức năng có thể phân biệt giữa lỗi gián đoạn và lỗi thường trực (intermittent and permanent errors), và nhờ đó, có thể xác định vị trí của trạm bị lỗi.

Quá trình này dựa vào giá trị thống kê tình trạng lỗi. Tiêu chuẩn (standardization) Tiêu chuẩn ISO (International Organization Standardization) được áp dụng cho việc truyền thông tin bằng mạng CAN trên ôtô:  ISO 11 519-2 dùng cho các ứng dụng đến 125 kBit/s  ISO 11 898 cho các ứng dụng trên 125 kBit/s 1. HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 2. Ắc quy khởi động 2.1 Nhiệm vụ và phân loại accu ôtô a.

Nhiệm vụ Accu trong ô tô thường được gọi là accu khởi động để phân biệt với loại accu sử dụng ở các lãnh vực khác. Accu khởi động trong hệ thống điện thực hiện chức năng của một thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng và ngược lại. Đa số accu khởi động là loại accu chì – axit. Đặc điểm của loại accu nêu trên là có thể tạo ra dòng điện có cường độ lớn, trong khoảng thời gian ngắn (510s), có khả năng cung cấp dòng điện lớn (200800A) mà độ sụt thế bên trong nhỏ, thích hợp để cung cấp điện cho máy khởi động để khởi động động cơ.

Accu khởi động còn cung cấp điện cho các tải điện quan trọng khác trong hệ thống điện, cung cấp từng phần hoặc toàn bộ trong trường hợp động cơ chưa làm việc hoặc đã làm việc mà máy phát điện chưa phát đủ công suất (động cơ đang làm việc ở chế độ số vòng quay thấp): cung cấp điện cho đèn đậu (parking lights), radio cassette, CD, các bộ nhớ (đồng hồ, hộp điều khiển…), hệ thống báo động… Ngoài ra, accu còn đóng vai trò bộ lọc và ổn định điện thế trong hệ thống điện ô tô khi điện áp máy phát dao động. Điện áp cung cấp của accu là 6V, 12V hoặc 24V. Điện áp accu thường là 12V đối với xe du lịch hoặc 24V cho xe tải. Muốn điện áp cao hơn ta đấu nối tiếp các accu 12V lại với nhau.

Phân loại Trên ôtô có thể sử dụng hai loại accu để khởi động: accu axit và accu kiềm. Nhưng thông dụng nhất từ trước đến nay vẫn là accu axit, vì so với accu kiềm nó có sức điện động của mỗi cặp bản cực cao hơn, có điện trở trong nhỏ và đảm bảo chế độ khởi động tốt, mặc dù accu kiềm cũng có khá nhiều ưu điểm. Cấu tạo và quá trình điện hóa của accu chì-axit 2.1 Cấu tạo Accu axit bao gồm vỏ bình, có các ngăn riêng, thường là ba ngăn hoặc 6 ngăn tùy theo loại accu 6V hay 12V.1: Cấu tạo bình accu axit Trong mỗi ngăn đặt khối bản cực có hai loại bản cực: bản dương và bản âm. Các tấm bản cực được ghép song song và xen kẽ nhau, ngăn cách với nhau bằng các tấm ngăn.

Mỗi ngăn như vậy được coi là một accu đơn. Các accu đơn được nối với nhau bằng các cầu nối và tạo thành bình accu. Ngăn đầu và ngăn cuối có hai đầu tự do gọi là các đầu cực của accu. Dung dịch điện phân trong accu là axit sunfuric, được chứa trong từng ngăn theo mức qui định thường không ngập các bản cực quá 10  15 mm.

Vỏ accu được chế tạo bằng các loại nhựa ebônit hoặc cao su cứng, có độ bền và khả năng chịu được axit cao. Bên trong vỏ được ngăn thành các khoang riêng biệt, ở đáy có sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống (giữa đáy bình và khối bản cực) nhằm chống việc chập mạch do chất tác dụng rơi xuống đáy trong quá trình sử dụng. Khung của các tấm bản cực được chế tạo bằng hợp kim chì – stibi (Sb) với thành phần 87  95% Pb + 5 13% Sb. Các lưới của bản cực dương được chế tạo từ hợp kim Pb- Sb có pha thêm 1,3%Sb + 0,2% Kali và được phủ bởi lớp bột dioxit chì Pb02 ở dạng xốp tạo thành bản cực dương.

Các lưới của bản cực âm có pha 0,2% Ca + 0,1% Cu và được phủ bởi bột chì. Tấm ngăn giữa hai bản cực làm bằng nhựa PVC và sợi thủy tinh có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực dương và âm, nhưng cho axit đi qua được.2 : Cấu tạo khối bản cực Dung dịch điện phân là dung dịch axid sulfuric H2SO4 có nồng độ 1,22  1,27 g/cm3, hoặc 1,29 1,31g/cm3 nếu ở vùng khí hậu lạnh. Nồng độ dung dịch quá cao sẽ làm hỏng nhanh các tấm ngăn, rụng bản cực, các bản cực dễ bị sunfat hóa, khiến tuổi thọ của accu giảm. Nồng độ quá thấp làm điện thế accu giảm.3: Cấu tạo chi tiết bản cực 1.

Bản cực âm; 2. Bản cực dương; 3. Khối bản cực âm; 5. Khối bản cực dương.2 Các quá trình điện hóa trong accu Trong accu thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận nghịch đặc trưng là quá trình nạp và phóng điện, và được thể hiện dưới dạng phương trình sau: PbO2 + Pb + 2H2SO4  2PbSO4 + 2H2O Trong quá trình phóng điện, hai bản cực từ PbO2 và Pb biến thành PbSO4.

Như vậy khi phóng điện, axit sunfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfat chì, còn nước được tạo ra, do đó, nồng độ dung dịch H2SO4 giảm. Quá trình phóng điện Bản cực âm Dung dịch Bản cực dương điện phân Chất ban đầu Pb 2H2SO4 + 2H2O PbO2 Quá trình ion hóa SO4- -, SO4- -,4H+ 4OH - Pb++++ 2e- ++ - ++ - 2e- Quá trình tạo dòng Pb -2e Pb +2e 4H2O -2H2O Chất được tạo ra PbSO4 PbSO4 2H2O Quá trình nạp điện Bản cực âm Dung dịch Bản cực dương điện phân Chất được tạo ra cuối quá PbSO4 4H2O PbSO4 trình phóng Quá trình ion hóa Pb++, SO4- - 2H+, 4OH -, 2H+ SO4- -, Pb++ + Quá trình tạo dòng 2e- 2e- Pb++++ 2H2O Chất ban đầu Pb H2SO4 H2SO4 PbO2 Sự thay đổi nồng độ dung dịch điện phân trong quá trình phóng và nạp là một trong những dấu hiệu để xác định mức phóng điện của accu trong sử dụng.3 Thông số và các đặc tính của accu chì-axit 2. Sức điện động của accu Sức điện động của accu phụ thuộc chủ yếu vào sự chênh lệch điện thế giữa hai tấm bản cực khi không có dòng điện ngoài. - Sức điện động trong một ngăn ea = + - - (V) - Nếu accu có n ngăn Ea = n.

Sức điện động còn phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, trong thực tế có thể xác định theo công thức thực nghiệm: Eo = 0,85 + 25oC (2.1) Eo : sức điện động tĩnh của accu đơn (tính bằng volt).  : nồng độ của dung dịch điện phân được tính bằng (g/cm3) ở 25oC. 25oC = đo – 0,0007(25 – t) t : nhiệt độ dung dịch lúc đo. đo : nồng độ dung dịch lúc đo.

Hiệu điện thế của accu - Khi phóng điện Up = Ea - Ra.2) - Khi nạp điện Un = Ea + Ra.3) Trong đó: Ip - cường độ dòng điện phóng. In - cường độ dòng điện nạp. Ra - điện trở trong của accu. Điện trở trong accu Raq = Rđiện cực + Rbản cực + Rtấm ngăn + Rdung dịch Điện trở trong accu phụ thuộc chủ yếu vào điện trở của điện cực và dung dịch.

Pb và PbO2 đều có độ dẫn điện tốt hơn PbSO4. Khi nồng độ dung dịch điện phân tăng, sự có mặt của các ion H+ và SO42- cũng làm giảm điện trở dung dịch. Vì vậy điện trở trong của accu tăng khi bị phóng điện và giảm khi nạp. Điện trở trong của accu cũng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường.

Khi nhiệt độ thấp, các ion sẽ dịch chuyển chậm trong dung dịch nên điện trở tăng. Độ phóng điện của accu Để đánh giá tình trạng của accu, ta sử dụng thông số độ phóng điện. Độ phóng điện của accu tính bằng % và được xác định bởi công thức: pn  pñ (25o C) %Q (2.4) pn  pp n - p = 0,16 g/cm3 Trong đó: n - nồng độ dung dịch lúc nạp no. đ - nồng độ dung dịch lúc đo đã qui về 25oC.

26 p – nồng độ dung dịch lúc accu đã phóng hết. Năng lượng accu Năng lượng của accu lúc phóng điện: Wp = 3600.tp Wp = 3600 n U i pi n - số lần đo. Năng lượng của accu lúc nạp điện: n i U pi I n .6) n Trong đó: Qp - năng lượng phóng của accu. Up - điện thế phóng của accu.

tn - thời gian nạp accu. Công suất của accu Pa = IE = I(IR + IRa) (2.7) R - điện trở tải bên ngoài. Pa = I2R + I2Ra Công suất đưa ra mạch ngoài (đưa vào tải điện) Pa = IE - I2Ra dPa E = E - 2RaI đạt cực đại khi bằng không  I = (2.8) dI 2Ra Như vậy, khi R = Ra , accu sẽ cho công suất lớn nhất. Đặc tuyến phóng nạp của accu Đặc tuyến phóng của accu đơn: khi phóng điện bằng dòng điện không đổi thì nồng độ dung dịch giảm tuyến tính (theo đường thẳng).

Nồng độ axit sulfuric phụ thuộc vào lượng axit tiêu tốn trong thời gian phóng và trữ lượng dung dịch trong bình. 27 R + _ V A A In V Ip R Eaq Eaq Thôi Điể m cuố i quá nạ p 2,12V trình phóng B(2,70V) I(A),,U(V) Eo In.Ra Khoả n g nghỉ E 2,5 Ip.Ra 1,96V 2,0 E Eo E Un 1,5 UP A(1,70V 1,27  ) 1,0 1,27  1,11 1,11 Ip In 0,5 Ip=5,4A Q=5,4.10=54 IN=5,4 QN=IN. Thời gian phóng b. Thời gian nạp Sơ đồ phóng và đặc tuyến phóng Sơ đồ nạp và đặc tuyến nạp Hình 2.4: Đặc tuyến phóng - nạp của accu axit Trên đồ thị có sự chênh lệch giữa Ea và Eo trong quá trình phóng điện là vì nồng độ dung dịch chứa trong chất tác dụng của bản cực bị giảm do tốc độ khuếch tán dung dịch đến các bản cực chậm, khiến nồng độ dung dịch thực tế ở trong lòng bản cực luôn luôn thấp hơn nồng độ dung dịch trong từng ngăn.

Hiệu điện thế Up cũng thay đổi trong quá trình phóng. Ở thời điểm bắt đầu phóng điện, Up giảm nhanh và sau đó giảm tỷ lệ với sức giảm nồng độ dung dịch. Khi ở trạng thái cân bằng thì Up gần như ổn định.