Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ô tô Phần 1 - CĐ Kỹ thuật Lý Tự Trọng

Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ô tô (P1) của CĐ Kỹ thuật Lý Tự Trọng, cung cấp kiến thức lý thuyết cơ bản về điện thân xe, ắc quy, khởi động.

• Tác giả: Ths. Nguyễn Anh Tuấn
• Trường học: Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Lý Tự Trọng
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ôtô
• Đề tài: Hệ thống điện và điện tử ôtô
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP.HCM

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hệ Thống Điện Ôtô

Hệ thống điện ôtô là một trong những hệ thống quan trọng nhất trên các phương tiện hiện đại. Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ôtô được biên soạn bởi Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Lý Tự Trọng TP.HCM dành cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ Thuật Ôtô. Nội dung giáo trình trang bị kiến thức lý thuyết cơ bản về điện thân xe, bao gồm 12 chương chi tiết. Giáo trình được biên soạn dựa trên các tiêu chuẩn sửa chữa của các hãng xe nổi tiếng như Toyota, Mitsubishi, Honda và các tài liệu từ Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Điều đặc biệt là giáo trình Hệ thống điện và điện tử ôtô được thiết kế phù hợp với các thiết bị dạy học sẵn có tại Khoa Động lực, giúp sinh viên nắm vững kiến thức từ lý thuyết đến thực hành một cách toàn diện.

1.1. Mục Tiêu Của Giáo Trình

Sau khi học xong giáo trình hệ thống điện ôtô, sinh viên sẽ có khả năng vẽ được các ký hiệu cơ bản trong sơ đồ điện và điện tử ôtô, trình bày được chức năng của các hệ thống chính. Giáo trình giúp sinh viên hiểu rõ cấu trúc, nguyên lý hoạt động của từng hệ thống điện. Thông qua đó, học viên có thể áp dụng kiến thức vào sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống điện trên các loại ôtô khác nhau một cách chuyên nghiệp.

1.2. Phạm Vi Nội Dung

Nội dung giáo trình bao gồm các hệ thống điện chính: ắc-quy khởi động, hệ thống nạp, hệ thống khởi động, hệ thống chiếu sáng, hệ thống tín hiệu, hệ thống nâng hạ cửa kính, hệ thống gạt nước và hệ thống điều hòa. Mỗi chương được trình bày chi tiết với sơ đồ mạch điện, cấu tạo linh kiện, nguyên lý hoạt động và các hư hỏng thường gặp kèm phương pháp sửa chữa.

II. Cấu Trúc Và Nội Dung 12 Chương

Giáo trình hệ thống điện và điện tử ôtô được chia thành 12 chương chi tiết, mỗi chương tập trung vào một hệ thống điện cụ thể. Chương 1 cung cấp khái quát chung về mạng điện ôtô và các yêu cầu kỹ thuật. Các chương tiếp theo đi sâu vào từng hệ thống riêng biệt, từ ắc-quy khởi động (Chương 2), máy phát điện xoay chiều (Chương 3), cho đến các hệ thống tiện nghi như nâng hạ cửa kính, gạt nước và điều hòa. Mỗi chương được cấu trúc logic, từ khái niệm cơ bản đến ứng dụng thực tế, giúp sinh viên dễ tiếp thu và áp dụng kiến thức.

2.1. Các Hệ Thống Năng Lượng Cơ Bản

Phần đầu của giáo trình tập trung vào các hệ thống năng lượng chính: ắc-quy (Chương 2), máy phát điện xoay chiều (Chương 3) và bộ điều chỉnh máy phát (Chương 4). Đây là nền tảng của hệ thống điện, cung cấp năng lượng cho toàn bộ các thiết bị điện trên xe. Giáo trình trình bày chi tiết về cấu tạo ắc-quy axít-chì, quá trình điện hóa, các phương pháp nạp điện và các thông số kỹ thuật quan trọng.

2.2. Các Hệ Thống Điều Khiển Và Chiếu Sáng

Hệ thống khởi động (Chương 5), chiếu sáng (Chương 6) và tín hiệu (Chương 7) là những hệ thống quan trọng cho an toàn và lái xe. Giáo trình chi tiết về các loại đèn ôtô, công tắc điều khiển, phương pháp điều chỉnh đèn pha và các hư hỏng thường gặp. Chương 8 giới thiệu hệ thống đo đạc, bao gồm đồng hồ báo nhiên liệu, áp suất dầu và nhiệt độ nước làm mát.

III. Các Hệ Thống Tiện Nghi Trên Ôtô

Ngoài các hệ thống cơ bản, giáo trình hệ thống điện ôtô còn bao gồm các hệ thống tiện nghi hiện đại. Hệ thống gạt nước và phun nước (Chương 9) là trang bị bắt buộc để đảm bảo tầm nhìn của tài xế trong điều kiện thời tiết xấu. Hệ thống nâng hạ cửa kính (Chương 10) cung cấp sự tiện lợi và thoải mái cho hành khách. Đặc biệt, hệ thống điều hòa nhiệt độ (Chương 11-12) đã trở thành trang bị tiêu chuẩn trên các ôtô hiện đại, giúp duy trì nhiệt độ thoải mái bên trong cabin xe.

3.1. Hệ Thống Gạt Nước Và Phun Nước

Hệ thống gạt nước và phun nước bao gồm các linh kiện chính như động cơ gạt nước, cơ cấu truyền động và các bộ phận liên quan. Giáo trình cung cấp sơ đồ mạch điện tiêu biểu và phương pháp sửa chữa, bảo dưỡng. Sinh viên sẽ hiểu rõ nguyên lý hoạt động và có thể phát hiện các hư hỏng như gạt nước không hoạt động, áp suất phun yếu hay không phun nước.

3.2. Hệ Thống Nâng Hạ Cửa Kính Và Điều Hòa

Hệ thống nâng hạ cửa kính sử dụng động cơ điện để điều khiển chuyển động cửa kính, với sơ đồ mạch điện chi tiết cho các dòng xe như Toyota Cressida. Hệ thống điều hòa (Chương 11-12) trình bày nguyên lý làm lạnh, sơ đồ cấu tạo tổng quát và các bộ phận chính của hệ thống làm lạnh, giúp sinh viên nắm vững kỹ năng bảo dưỡng và sửa chữa.

IV. Phương Pháp Học Tập Và Ứng Dụng Thực Tế

Giáo trình hệ thống điện và điện tử ôtô được thiết kế để hỗ trợ cả lý thuyết và thực hành. Sinh viên không chỉ học về lý thuyết mà còn được hướng dẫn xuống xưởng thực hành với các môn học thực tập điện ôtô 1 và 2. Giáo trình cung cấp ký hiệu, quy ước trong sơ đồ mạch điện, chi tiết về dây điện và bối dây điện để sinh viên hiểu rõ cách đọc và vẽ sơ đồ hệ thống điện. Ngoài ra, mỗi chương đều kết thúc bằng phần các hư hỏng thường gặp và phương pháp sửa chữa, giúp sinh viên áp dụng kiến thức vào công việc thực tế.

4.1. Kỹ Năng Đọc Sơ Đồ Mạch Điện

Để thành công trong ngành kỹ thuật ôtô, sinh viên cần thành thạo kỹ năng đọc sơ đồ mạch điện. Giáo trình cung cấp ký hiệu chuẩn, quy ước vẽ và chi tiết về các linh kiện điện. Sinh viên học cách nhận diện các thiết bị bảo vệ và điều khiển trung gian như rơ-le, công tắc, cảm biến. Thông qua đó, họ có thể đọc hiểu sơ đồ mạch của bất kỳ hệ thống điện nào và thực hiện kiểm tra, sửa chữa hiệu quả.

4.2. Liên Hệ Giữa Lý Thuyết Và Thực Hành

Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ôtô được biên soạn dựa trên thiết bị sẵn có tại khoa, đảm bảo tính thực tiễn cao. Sinh viên có thể tham khảo giáo trình, sau đó vào xưởng thực hành để làm việc trực tiếp với các ôtô thật. Các hãng xe Toyota, Mitsubishi, Honda được sử dụng làm ví dụ cụ thể, giúp sinh viên tiếp cận kiến thức từ các nhà sản xuất hàng đầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Khái quát hệ thống điện trên ôtô 1. Bó dây: Dây điện trong xe được gộp lại thành bối dây. Các bối dây được quấn nhiều lớp bảo vệ, cuối cùng là lớp băng keo. Trên nhiều loại xe, bối dây có thể được đặt trong ống nhựa PVC.

Ở những xe đời cũ, bối dây điện trong xe chỉ gồm vài chục sợi. Ngày nay do sự phát triển vũ bão của hệ thống điện và điện tử ô tô, bối dây có thể có hơn 1000 sợi. Khi đấu dây hệ thống điện ô tô, ngoài quy luật về màu, cần tuân theo các quy tắc sau đây: 1. Chiều dài dây giữa các điểm nối càng ngắn càng tốt.

Các mối nối giữa các đầu dây cần phải hàn. Số mối nối càng ít càng tốt. Dây ở vùng động cơ phải được cách nhiệt. Bảo vệ bằng cao su những chỗ băng qua khung xe.

Câu hỏi ôn tập: 1. Trình bày các hệ thống điện và điện tử cơ bản trên ôtô? 2. Vẽ hình ký hiệu bình ắc – quy, bóng đèn 1 tim và 2 tim, rơ-le 4 chân thường đóng và thường mở, rơ-le 5 chân 2 tiếp điểm (tiếp điểm thường đóng và tiếp điểm thường mở)? Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ôtô Trang 10 Chương 2: Ắc-quy khởi động Chương 2: ẮC-QUY KHỞI ĐỘNG Mục tiêu: Sau khi học xong chương này Sinh viên: - Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bình ắc – quy. - Trình bày được các phương pháp kiểm tra và bảo dưỡng ắc-quy.1 Nhiệm vụ và phân loại ắc - quy ôtô: 2.1 Nhiệm vụ: Ắc - quy trong ô tô thường được gọi là ắc - quy khởi động để phân biệt với loại ắc - quy sử dụng ở các lĩnh vực khác.

Ắc - quy 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 ắc - quy khởi động là loại ắc - quy chì – axit. Đặc điểm của loại ắc - quy 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. Ắc - quy khởi động còn cung cấp điện cho các tải Hình 2.1: Ắc - quy khởi động 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, ắc - quy còn đóng vai trò bộ lọc và ổn định điện thế trong hệ thống điện ô tô khi điện áp máy phát dao động.

Ñieän aùp cung caáp cuûa ắc - quy laø 6V, 12V hoaëc 24V. Ñieän aùp ắc - quy thöôøng laø 12V ñoái vôùi xe du lòch hoaëc 24V cho xe taûi. Muoán ñieän aùp cao hôn ta ñaáu noái tieáp caùc ắc - quy 12V laïi vôùi nhau. Ắc - quy cung cấp điện khi:  Động cơ ngừng hoạt động: Điện từ bình ắc - quy được sử dụng để chiếu sáng, dùng cho các thiết bị điện phụ, hoặc là các thiết bị điện khác khi động cơ không hoạt động.

 Động cơ khởi động: Điện từ bình ắc - quy được dùng cho máy khởi động và cung cấp dòng điện cho hệ thống đánh lửa trong suốt thời gian động cơ đang Hình 2.2: Ắc - quy và hệ thống điện. Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ôtô Trang 11 Chương 2: Ắc-quy khởi động khởi động. Việc khởi động xe là chức năng quan trọng nhất của ắc - quy.  Động cơ đang hoạt động: Điện từ bình ắc - quy có thể cần thiết để hỗ trợ cho hệ thống nạp khi nhu cầu về tải điện trên xe vượt qua khả năng của hệ thống nạp.

Cả ắc - quy và máy phát đều cấp điện khi nhu cầu đòi hỏi cao.2 Phân loại: Trên ôtô có thể sử dụng hai loại ắc - quy để khởi động: ắc - quy axit và ắc - quy kiềm. Nhưng thông dụng nhất từ trước đến nay vẫn là ắc - quy axit, vì so với ắc - quy 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 ắc - quy kiềm cũng có khá nhiều ưu điểm.2 Cấu tạo và quá trình điện hóa của ắc - quy axit chì: 2.1 Cấu tạo: Một bình ắc - quy trên ô tô bao gồm một dung dịch a-xít sun-phu-ric loãng và các bản cực âm, dương. Khi các bản cực được làm từ chì hoặc vật liệu có nguồn gốc từ chì thì nó được gọi là ắc - quy chì-axít. Một bình ắc - quy được chia thành nhiều ngăn (ắc - quy trên ô tô thường có 6 ngăn), mỗi một ngăn có nhiều bản cực, tất cả được nhúng trong dung dịch điện phân.3: Cấu tạo ắc – quy.

Cấu tạo của một ngăn Cơ sở cho hoạt động của ắc - quy là các ngăn của ắc - quy. Các bản cực âm và bản cực dương được nối riêng rẽ với nhau. Các nhóm bản cực âm và bản cực dương này được đặt xen kẽ với nhau và ngăn cách bằng các tấm ngăn có lỗ thông nhỏ. Kết hợp với nhau, các bản cực và tấm ngăn tạo nên một ngăn của ắc - quy.

Việc kết nối bản cực theo cách này tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu hoạt tính và chất điện phân. Điều đó cho phép cung cấp một lượng điện nhiều hơn. Mặt khác dung lượng của bình ắc - quy tăng lên vì diện tích bề mặt tăng lên. Càng nhiều diện tích bề mặt đồng nghĩa với việc ắc - quy cung cấp điện nhiều hơn.

Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ôtô Trang 12 Chương 2: Ắc-quy khởi động Hình 2.4: Cấu tạo một ắc - quy đơn Bản cực Bản cực ắc - quy được cấu trúc từ một khung sườn làm bằng hợp kim chì có chứa Antimony hay Canxi. Khung sườn này là một lưới phẳng, mỏng. Lưới tạo nên khung cần thiết để dán vật liệu hoạt tính lên nó, cả ở bản cực âm và bản cực dương. Vật liệu hoạt tính được dán lên ở bản cực dương là chì oxít (PbO2) và ở bản cực âm là chì xốp (Pb).5: Cấu tạo bản cực Hình 2.6: Chất điện phân Chất điện phân Chất điện phân trong bình ắc - quy là hỗn hợp 36% a-xít sun-phu-ric (H2SO4) và 64% nước cất (H2O).

Dung dịch điện phân trên ắc - quy ngày nay có tỷ trọng là 1.270 (ở 200 C) khi nạp đầy. Tỷ trọng là trọng lượng của một thể tích chất lỏng so sánh với trọng lượng của nước với cùng một thể tích. Tỷ trọng càng cao thì chất lỏng càng đặc. Một tỷ trọng kế được sử dụng để đo tỷ trọng của dung dịch điện phân.

Chất điện phân trong bình ắc - quy đã được nạp điện thì mạnh hơn và nặng hơn chất điện phân trong ắc - quy đã phóng điện. Những cẩn trọng khi sử dụng ắc - quy : Chất điện phân trong bình ắc - quy là hỗn hợp của a-xít sun-phu-ric và nước. A-xít sun-phu-ric thì có tính ăn mòn rất cao và có thể gây thương tích trên da và mắt. Luôn luôn mang đồ bảo hộ khi tiếp xúc với bình ắc - quy.

Khi bị dung dịch a-xít dính vào tay phải rửa ngay bằng nhiều nước, khi văng vào mắt Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ôtô Trang 13 Chương 2: Ắc-quy khởi động phải rửa bằng nước ngay và khám y tế càng sớm càng tốt. Khi nạp ắc - quy , khí hy-drô được giải phóng vì vậy phải tránh xa ngọn lửa và tia lửa điện nếu không có thể gây ra cháy nổ nghiêm trọng. Vỏ ắc - quy Vỏ ắc - quy giữ các điện cực và các ngăn riêng rẽ của bình ắc - quy. Nó được chia thành 6 phần hay 6 ngăn.

Các bản cực được đặt trên các gờ đỡ, giúp cho các bản cực không bị ngắn mạch khi có vật liệu hoạt tính rơi xuống đáy ắc - quy. Vỏ được làm từ polypropylen, cao su cứng, và plastic. Một vài nhà sản xuất làm vỏ ắc - quy có thể nhìn xuyên qua để có thể nhìn thấy được mực dung dịch điện phân mà không cần mở nắp ắc - quy. Đối với loại này thường có hai đường để chỉ mực thấp (lower) và cao (upper) bên ngoài vỏ.7: Vỏ ắc – quy.

Nắp thông hơi: Nắp thông hơi chụp trên các lỗ để thêm dung dịch điện phân. Nắp thông hơi được thiết kế để hơi axít ngưng tụ và rơi trở lại ắc - quy và cho phép hydrogene bay hơi. Dãy nắp thông hơi: Hầu hết các ắc - quy ngày nay thiết kế một dãy nắp thông hơi để có thể chụp cho nhiều ngăn. Dãy nắp thông hơi được thiết kế để hơi a-xít ngưng tụ và rơi trở lại ắc - quy và cho phép hydrogene bay hơi.

Cọc ắc – quy: Có 3 loại cọc bình ắc - quy được sử dụng, loại đỉnh, loại cạnh và loại L. Loại trên đỉnh thông dụng nhất trên ô tô. Loại này có cọc được vát xiên. Loại cạnh là loại đặc trưng của hãng General Motors, loại L được dùng trên tàu thuỷ.

Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ôtô Trang 14 Chương 2: Ắc-quy khởi động Hình 2.10: Cọc ắc - quy Ký hiệu trên cọc ắc - quy : Ký hiệu trên cọc ắc - quy để nhận biết cực dương hay âm. Thông thường, ký hiệu "+" để chỉ cực dương, "-" để chỉ cực âm. Đôi khi, các ký hiệ "POS" và "NEG" cũng được sử dụng để ký hiệu cực dương và cực âm. Trên loại ắc - quy có cọc là loai đỉnh, đầu của cọc dương thường lớn hơn cực âm, mục đích để dễ phân biệt.

Đầu kẹp ắc - quy : Đầu kẹp cáp của ắc - quy có thể làm bằng thép hoặc chì tuỳ thuộc vào nhà chế tạo.11: Cọc ắc - quy Chì Thép Hình 12. Đầu kẹp ắc - quy Cửa xem tỷ trọng Cửa xem tỷ trọng dùng một quả cầu có thể đo được tỷ trọng của dung dịch điện phân trong một ngăn.13: Cửa xem tỷ trọng Hoạt động của ắc - quy (Hoạt động của một ngăn) Hai kim loại không giống nhau đặt trong dung dịch a-xít sẽ sinh ra hiệu điện thế giữa hai cực. Cực dương làm bằng chì ôxít PbO2, cực âm làm bằng chì Pb. Dung dịch điện phân là hỗn hợp axít sun-phu-ric và nước.

Chúng tạo nên một phần tử của ngăn. Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ôtô Trang 15 Chương 2: Ắc-quy khởi động Hình 2.