Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam ghi nhận sự gia tăng nhanh chóng về số lượng phương tiện cùng sự phát triển đồng bộ của các hệ thống trang thiết bị phụ trợ. Trong cấu trúc tổng thể của ô tô, hệ thống khởi động giữ vai trò then chốt khi thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng điện từ ắc quy thành cơ năng để quay trục khuỷu động cơ đạt đến tốc độ khởi động tối thiểu. Sự phát triển này dẫn đến nhu cầu lắp đặt, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống khởi động ngày càng lớn, đòi hỏi kỹ sư và kỹ thuật viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô phải nắm vững kiến thức lý thuyết chuyên sâu cũng như kỹ năng thực hành chẩn đoán. Đồ án "Hệ thống khởi động trên xe Kia Morning 2014" được nhóm sinh viên Viện Kỹ thuật HUTECH thực hiện nhằm đáp ứng yêu cầu trên.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể theo hồ sơ giao đề tài gồm:

  1. Tìm hiểu quá trình hình thành, phát triển, nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống khởi động trên ô tô hiện đại.
  2. Phân tích kết cấu và nguyên tắc hoạt động của các loại máy khởi động sử dụng năng lượng điện (loại giảm tốc, loại bánh răng đồng trục, loại bánh răng hành tinh); phân tích ưu điểm của khởi động điện và tổng quan các hệ thống tiện ích mở rộng (nút nhấn Start Engine, chìa khóa thông minh Smart Key, hệ thống khởi động trên xe Hybrid không dùng máy khởi động riêng).
  3. Thiết kế mạch mô phỏng hệ thống khởi động trên phần mềm Proteus.
  4. Phân tích chi tiết sơ đồ mạch điện hệ thống khởi động trang bị trên xe Kia Morning 2014.
  5. Xây dựng bản vẽ kỹ thuật 2D, 3D và chế tạo mô hình thực nghiệm hệ thống khởi động có công tắc điều khiển.
  6. Khảo sát, tổng hợp các hiện tượng hư hỏng, nguyên nhân, phương pháp kiểm tra chẩn đoán và quy trình tháo lắp, bảo dưỡng máy khởi động.

Đối tượng nghiên cứu trọng tâm của đề tài là hệ thống khởi động điện trên xe ô tô, đi sâu vào cấu tạo, sơ đồ mạch điện và máy khởi động của dòng xe Kia Morning 2014. Đồ án được triển khai trong phạm vi môn học Đồ án Hệ thống Điện – Điện tử Ô tô tại Viện Kỹ thuật HUTECH, thực hiện từ ngày 07/03/2022 đến ngày 25/05/2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và khái niệm kỹ thuật

Đề tài vận dụng lý thuyết máy điện một chiều và cơ cấu truyền động cơ khí ứng dụng trên ô tô:

  • Nhiệm vụ và động học khởi động: Động cơ đốt trong không thể tự khởi động từ trạng thái đứng yên mà cần nguồn ngoại lực kéo trục khuỷu quay đạt tốc độ tối thiểu ($n_{min}$). Tốc độ khởi động yêu cầu của động cơ xăng là $50 - 100 \text{ vòng/phút}$ (theo tính toán lý thuyết tối thiểu là $40 - 50 \text{ vòng/phút}$) và động cơ diesel là $100 - 200 \text{ vòng/phút}$ (lý thuyết tối thiểu $80 - 120 \text{ vòng/phút}$). Khi vận hành, máy khởi động quay ở tốc độ xấp xỉ $2000 \text{ vòng/phút}$, kéo trục khuỷu quay khoảng $200 \text{ vòng/phút}$ nhờ tỷ số truyền giữa bánh răng bendix và vành răng bánh đà nằm trong khoảng $i = 9 \div 18$.
  • Công thức xác định công suất tối thiểu: Công suất máy khởi động được tính toán theo biểu thức: $$P_{kđ} = M_c \cdot \omega_{min}$$ Trong đó $M_c$ là mô-men cản trung bình của động cơ khi khởi động (gồm ma sát cơ khí và mô-men cản nén khí trong xi-lanh, biến thiên theo loại động cơ, số xi-lanh và nhiệt độ môi trường), $\omega_{min}$ là vận tốc góc tối thiểu của trục khuỷu.
  • Phân loại kết cấu máy khởi động: Văn bản hệ thống hóa 3 kết cấu chính:
    • Loại giảm tốc (R, RA): Tích hợp bộ truyền bánh răng giảm tốc truyền mô-men tới bánh răng chủ động ở mức $1/4 \div 1/3$ tốc độ motor, giúp tăng mô-men khởi động và giảm kích thước, khối lượng motor.
    • Loại bánh răng đồng trục (G, GA): Bánh răng chủ động bố trí trực tiếp trên trục phần ứng rotor và quay cùng tốc độ motor.
    • Loại bánh răng hành tinh (P): Sử dụng bộ truyền hành tinh trung gian để giảm tốc, tăng mô-men xoắn, vận hành êm và giảm tiếng ồn.
  • Biện pháp cải thiện đặc tính khởi động ở nhiệt độ thấp: Ứng dụng bugi sấy (Glow Plug) có lõi gốm chịu nhiệt quấn dây điện trở đặt trong buồng đốt nhằm sấy nóng không khí, khắc phục hiện tượng tăng độ nhớt dầu bôi trơn, tăng độ nhớt nhiên liệu, giảm áp suất nén và giảm dung lượng phóng điện của ắc quy.

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

Nhóm tác giả đã kết hợp các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật:

  • Phương pháp tra cứu, phân tích - tổng hợp: Thu thập, đối chiếu dữ liệu kỹ thuật từ giáo trình chuyên ngành và tài liệu tra cứu trực tuyến bằng tiếng Việt và tiếng Anh.
  • Phương pháp đọc và phân tích sơ đồ mạch: Ứng dụng các công cụ tra cứu mạch chuyên dụng bao gồm phần mềm Carmin std và Auto Schematic để trích xuất, phân tích đường truyền tín hiệu và cấp nguồn của xe Kia Morning 2014.
  • Phương pháp mô phỏng điện tử: Thiết kế và kiểm chứng logic điều khiển hệ thống khởi động trên phần mềm Proteus.
  • Phương pháp thiết kế và chế tạo thực nghiệm: Lập bản vẽ 2D, 3D và tiến hành gia công, đấu nối mô hình bàn giao diện học cụ thực tế sử dụng nguồn điện một chiều.

Nguồn dữ liệu tham khảo chính được sử dụng gồm:

  • Giáo trình "Hệ Thống Điện – Điện Tử Trên Ô Tô", Trường Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH).
  • Giáo trình "Thực hành Hệ Thống Điện – Điện Tử Trên Ô Tô", HUTECH.
  • Cơ sở dữ liệu mạch điện từ Carmin std và Auto Schematic.

Thiết kế và triển khai mô hình hệ thống

Mô phỏng mạch điều khiển trên phần mềm Proteus

Nhóm nghiên cứu xây dựng sơ đồ mạch mô phỏng trên môi trường Proteus nhằm kiểm tra tính liên tục của mạch cấp nguồn:

  • Cấu trúc mạch mô phỏng: Nguồn ắc quy (Battery DC) $\rightarrow$ Cầu chì bảo vệ $\rightarrow$ Công tắc máy $\rightarrow$ Công tắc bàn đạp ly hợp (SW1) $\rightarrow$ Cuộn dây Relay khởi động (xuất mass) $\rightarrow$ Tiếp điểm Relay đóng $\rightarrow$ Chân 50 máy khởi động $\rightarrow$ Cuộn hút và cuộn giữ $\rightarrow$ Tiếp điểm công tắc từ (C và 30) $\rightarrow$ Motor khởi động $\rightarrow$ Mass.

Bản vẽ và chế tạo mô hình thực nghiệm

Mô hình thực nghiệm được thiết kế và thi công trên khung đỡ chuyên dụng với các đặc điểm:

  • Tích hợp ắc quy 12V, cụm khóa điện/công tắc khởi động, relay điều khiển, cụm máy khởi động thực tế và hệ thống dây dẫn.
  • Mô hình minh họa trực quan quá trình công tắc từ đẩy bánh răng bendix ra ăn khớp và motor điện quay khi kích hoạt công tắc khởi động.
Đặc tính kỹ thuật Ưu điểm ghi nhận Nhược điểm / Hạn chế
Nguồn cấp Sử dụng nguồn điện 1 chiều (DC), không phụ thuộc nguồn xoay chiều Cần bảo dưỡng, nạp điện ắc quy định kỳ
Tính ứng dụng Cấu trúc mạch đơn giản, dễ vận hành, phù hợp giảng dạy và học tập Kích thước còn cồng kềnh, dễ hư hỏng nếu va đập mạnh
Kết cấu cơ khí Bố trí linh kiện trực quan Phần lắp ráp gá đặt linh kiện trên khung chưa thật sự chắc chắn
An toàn điện Có relay và cầu chì bảo vệ Dễ hư hỏng các giắc nối điện nếu bảo quản không tốt

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương mở đầu trình bày lý do chọn đề tài dựa trên sự phát triển của công nghiệp ô tô và nhu cầu thực tiễn về đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật. Tác giả xác định mục tiêu củng cố kiến thức lý thuyết, rèn luyện kỹ năng nghiên cứu độc lập và giải quyết các vấn đề kỹ thuật phát sinh. Nội dung nghiên cứu bao gồm 6 nhiệm vụ chính từ tìm hiểu lý thuyết, mô phỏng trên Proteus, phân tích mạch xe Kia Morning 2014 đến chế tạo mô hình và xây dựng quy trình bảo dưỡng. Bố cục đồ án được phân chia thành 5 chương rõ ràng.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống khởi động

Chương 2 trình bày chi tiết về chức năng, phân loại và các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của hệ thống khởi động trên ô tô:

  • Yêu cầu kỹ thuật: Máy khởi động phải có kết cấu nhỏ gọn, chắc chắn, tạo đủ lực kéo và tốc độ quay cần thiết; tự động tách khớp truyền động khi động cơ đã nổ; đảm bảo khởi động lại nhiều lần; tỷ số truyền vành răng bánh đà $i = 9 \div 18$; chiều dài dây dẫn từ ắc quy đến máy khởi động phải ngắn ($l < 1\text{m}$) để giảm sụt áp.
  • Phân loại máy khởi động: So sánh đặc tính của 3 kết cấu (giảm tốc, bánh răng đồng trục, bánh răng hành tinh).
  • Hệ thống hỗ trợ: Trình bày cấu tạo bugi sấy lõi gốm chịu nhiệt và phân tích nguyên nhân gây khó khởi động khi nhiệt độ thấp (tăng mô-men cản $M_c$, tăng tốc độ $n_{min}$, giảm áp suất nén và giảm dung lượng phóng của ắc quy).

Chương 3: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống khởi động xe Kia Morning 2014

Chương 3 tập trung phân tích sâu cấu tạo cơ - điện của máy khởi động và sơ đồ mạch điện xe Kia Morning 2014:

1. Cấu tạo các cụm chi tiết máy khởi động

  • Công tắc từ (Solenoid): Cung cấp dòng điện lớn ($300\text{A} - 1200\text{A}$) từ ắc quy tới motor. Gồm cuộn hút và cuộn giữ quấn cùng chiều, cùng số vòng dây nhưng dây cuộn hút có tiết diện lớn hơn để tạo lực từ lớn hơn.
  • Phần cảm (Stator): Bố trí cuộn dây kích từ trên lõi cực sắt từ để tạo từ trường. Đấu dây theo 3 dạng: nối tiếp, song song hoặc hỗn hợp.
  • Phần ứng (Rotor) và ổ bi: Tạo ra mô-men quay, ổ bi cầu đỡ trục quay tốc độ cao.
  • Chổi than và giá đỡ: Chế tạo từ hợp kim đồng - cacbon ($60 \div 70%$ đồng) nhằm dẫn điện tốt và chống mòn. Lò xo giữ chổi than tì sát vào cổ góp; chổi than mòn hoặc lò xo yếu sẽ làm tăng điện trở tiếp xúc, giảm dòng điện và mô-men motor.
  • Ly hợp một chiều (Khớp kiểu bi): Khi khởi động, con lăn bị nêm vào vị trí hẹp của rãnh để truyền mô-men từ motor sang bánh đà. Khi động cơ đã nổ và quay nhanh hơn, con lăn bị đẩy về phía rộng, ngắt truyền động nhằm bảo vệ motor.
  • Bánh răng bendix và trục xoắn ốc: Chuyển chuyển động quay thành lực đẩy dọc trục đưa bánh răng ăn khớp vào vành răng bánh đà.
  • Motor khởi động điện một chiều: Công suất định mức $0,8\text{ kW}$, dòng làm việc khoảng $150\text{A}$. Điện trở trong và điện trở tiếp xúc yêu cầu cực nhỏ (khoảng $0,02,\Omega$), sụt áp cho phép giữa chổi than và cổ góp trong khoảng $1,5 \div 2\text{V}$.

2. Nguyên lý hoạt động máy khởi động

Quá trình làm việc chia làm 3 giai đoạn:

  1. Chế độ kéo (Hút vào): Khóa điện bật START, dòng điện cấp đồng thời vào cuộn hút và cuộn giữ. Cuộn hút nối tiếp với phần ứng xuống mass. Lực từ hút piston đẩy bánh răng bendix ăn khớp với bánh đà và đóng tiếp điểm chính.
  2. Chế độ giữ: Tiếp điểm chính đóng, hai đầu cuộn hút bị đẳng áp nên không có dòng điện qua cuộn hút. Piston được giữ nguyên vị trí chỉ nhờ lực từ của cuộn giữ. Motor nhận dòng điện trực tiếp từ ắc quy qua tiếp điểm chính và quay tốc độ cao để khởi động động cơ.
  3. Chế độ nhả (Hồi về): Khóa điện bật từ START về ON, tiếp điểm chính vẫn đóng tạm thời. Dòng điện từ tiếp điểm chính chạy ngược chiều qua cuộn hút rồi sang cuộn giữ. Do quấn cùng chiều nhưng dòng điện ngược nhau, từ trường hai cuộn triệt tiêu lẫn nhau. Lò xo hồi vị đẩy piston về vị trí ban đầu, ngắt tiếp điểm chính và tách bánh răng bendix.

3. Tổng quan các hệ thống khởi động hiện đại

  • Nút nhấn Start/Stop: Khởi động không cần chìa vật lý thông qua tín hiệu tần số thấp từ chìa khóa FOB gửi đến bộ thu và hệ thống máy tính xe.
  • Khóa thông minh Smart Key: Cơ chế làm việc qua bộ vi xử lý trung tâm ECU, cụm khóa, bộ điều khiển SCU (Smart Control Unit) quét mã nhận dạng trong phạm vi 1m từ thiết bị điều khiển FOB.
  • Xe Hybrid: Động cơ điện công suất lớn nhận năng lượng từ pin cao áp thông qua bộ chuyển đổi công suất để kéo động cơ đốt trong quay khởi động mà không cần máy khởi động riêng biệt.

4. Phân tích sơ đồ mạch điện xe Kia Morning 2014

Đường truyền tín hiệu và dòng điện được phân tích chi tiết:

  • Cấp nguồn thường trực: Từ cực dương ắc quy $\rightarrow$ chân số 1 (E01) của máy khởi động (dương thường trực).
  • Mạch cấp nguồn điều khiển: Từ cực dương ắc quy $\rightarrow$ Cầu chì tổng F2 (ALT) $\rightarrow$ Cầu chì F12 (IG2) chia làm hai: một nhánh chờ tại tiếp điểm relay khởi động, một nhánh cấp tới chân khóa điện.
  • Kích hoạt khởi động: Tài xế đạp chân côn và xoay khóa điện sang vị trí START $\rightarrow$ Dòng điện đi từ chân số 1 (M17) khóa điện $\rightarrow$ Chân 3 (I/P-A) $\rightarrow$ Cầu chì F14.
  • Trường hợp xe không có hệ thống chống trộm: Dòng điện từ F14 $\rightarrow$ Chân 34 $\rightarrow$ Chân số 1 công tắc bàn đạp ly hợp, sau đó rẽ 2 nhánh:
    • Nhánh 1: Cấp tín hiệu vào chân 29 (EKB-A) của hộp điều khiển động cơ ECM.
    • Nhánh 2: Cấp nguồn cho cuộn dây Relay khởi động $\rightarrow$ Chân 29 $\rightarrow$ Nối mass tại chân 93 của hộp ECM.
  • Đóng mạch khởi động: Cuộn dây relay có điện hút tiếp điểm đóng lại $\rightarrow$ Dòng điện từ cầu chì F12 $\rightarrow$ Tiếp điểm relay $\rightarrow$ Chân 1 (E02) máy khởi động $\rightarrow$ 2 cuộn dây công tắc từ (Start Solenoid) $\rightarrow$ Piston hút cần gạt đưa bánh răng bendix ăn khớp bánh đà và đóng tiếp điểm cấp điện cho motor quay.
  • Ngắt khởi động: Nhả chìa khóa về ON $\rightarrow$ Relay đề mất điện $\rightarrow$ Tiếp điểm relay mở $\rightarrow$ Ngắt điện solenoid $\rightarrow$ Lò xo hồi vị đẩy bánh răng bendix rút về.

Chương 4: Thiết kế hệ thống khởi động trên Proteus và Chuẩn đoán, bảo dưỡng máy khởi động trên xe Kia Morning 2014

Chương 4 cung cấp bảng tổng hợp chẩn đoán hư hỏng, thông số kỹ thuật kiểm tra và quy trình tháo rã bảo dưỡng thực tế.

Bảng tổng hợp chẩn đoán hư hỏng hệ thống khởi động

Hiện tượng hư hỏng Nguyên nhân kỹ thuật Phương pháp kiểm tra Biện pháp khắc phục
Máy khởi động không hoạt động - Ắc quy yếu hoặc hết điện
- Dung lượng không đủ
- Sụt áp cọc bình / kẹp cực
- Mất kết nối cực B, cực ST
- Hở mạch công tắc
- Hỏng Relay khởi động
- Hỏng Solenoid máy đề
- Hỏng stator, rotor, chổi than		 - Đo điện áp ắc quy
- Kiểm tra mức dung dịch
- Đo sụt áp cọc bình và kẹp cực
- Đo điện áp cực B, ST
- Dùng ôm kế/vôn kế kiểm tra công tắc
- Kiểm tra thông mạch cuộn dây relay
- Kiểm tra chạm mass/hở mạch cuộn hút, giữ
- Tháo rã kiểm tra stator, rotor, cổ góp		 - Điện áp $< 12,5\text{V}$ tiến hành sạc lại
- Châm thêm nước cất/dung dịch
- Sụt áp $> 0,2\text{V}$ chà nhám cọc bình, thay kẹp cực
- Nối lại dây, chỉnh giắc lỏng
- Thay thế công tắc hỏng
- Thay thế relay khởi động
- Sửa chữa hoặc thay solenoid
- Sửa chữa hoặc thay mới máy khởi động
Có tiếng gõ lớn khi hoạt động - Bánh răng khởi động ăn khớp kém với bánh đà
- Máy khởi động bắt không chặt
- Hỏng ổ bi đỡ trục		 - Kiểm tra bề mặt răng bendix và vành răng bánh đà
- Kiểm tra độ rung lắc cụm máy đề
- Kiểm tra độ rơ lỏng ổ bi, trục quay		 - Thay thế bánh răng bị mòn, nứt, vỡ
- Siết chặt bu-lông cố định
- Thay thế ổ bi đỡ
Bánh răng ra vào khớp liên tục - Ắc quy yếu điện
- Đứt cuộn giữ của solenoid
- Sụt áp lớn tại các mối nối		 - Đo điện áp và dung lượng ắc quy
- Dùng vôn kế kiểm tra hở mạch giữa cực ST và mass vỏ
- Đo sụt áp qua mối nối, giắc, relay		 - Sạc lại hoặc châm nước ắc quy
- Thay thế solenoid
- Xử lý tiếp xúc (sụt áp mỗi vị trí phải $\le 0,2\text{V}$)
Máy khởi động vẫn quay sau khi ngắt khóa - Hỏng lò xo hồi vị
- Dính đĩa đồng tiếp xúc với cọc		 - Kiểm tra cơ cấu lò xo hồi vị
- Quan sát tiếp điểm đĩa đồng và cọc		 - Thay thế lò xo hồi vị
- Làm sạch vị trí tiếp xúc đĩa đồng
Máy khởi động quay yếu - Ắc quy yếu điện/thiếu dung lượng
- Lỏng cọc bình hoặc mòn kẹp cực
- Lỏng dây nối mass
- Sụt áp trên đường dây
- Hỏng phần cơ/điện motor		 - Đo điện áp ắc quy
- Đo sụt áp cọc bình, tiếp điểm mass và toàn hệ thống
- Kiểm tra chổi than, rotor, stator		 - Sạc/thay ắc quy, châm dung dịch
- Vệ sinh, siết chặt cọc bình/mass (sụt áp $\le 0,2\text{V}$)
- Sửa chữa hoặc thay thế linh kiện motor

Quy trình tháo lắp và bảo dưỡng máy khởi động

  • Bước 1: Kiểm tra trước khi tháo: Khảo sát tình trạng thực tế qua khách hàng (khó nổ lúc máy nguội/nóng, tiếng động lạ, đề dài) và trực tiếp thử khởi động động cơ.
  • Bước 2: Tháo máy khởi động khỏi động cơ và rã chi tiết:
    1. Tháo cực âm (mát) ắc quy để chống chập cháy.
    2. Tháo nắp bảo vệ cực dương, tháo đai ốc ngắt cáp cực dương (cực 30).
    3. Ngắt giắc điều khiển, tháo các bu-lông cố định và đưa cụm máy khởi động ra ngoài.
    4. Tháo đai ốc ngắt dây dẫn nối vào cực công tắc từ.
    5. Nới lỏng 2 đai ốc giữ cụm công tắc từ vào vỏ máy đề.
    6. Kéo và nâng phía trước công tắc từ để nhả móc piston khỏi cần dẫn động, tháo cụm công tắc từ.
    7. Tháo 2 bu-lông xuyên suốt, tách phần rotor và stator ra khỏi vỏ.
    8. Tháo 2 vít giữ nắp đuôi, nhấc khung đầu cổ góp và giữ chổi than cẩn thận.

Chương 5: Kết luận

Chương tổng kết khẳng định nhóm sinh viên đã hoàn thành đầy đủ các nhiệm vụ được giao trong phiếu giao đề tài, bao gồm việc hệ thống hóa cơ sở lý thuyết, phân tích chi tiết sơ đồ mạch điện xe Kia Morning 2014, mô phỏng thành công trên Proteus, chế tạo mô hình học cụ hoàn chỉnh và xây dựng sổ tay chẩn đoán, bảo dưỡng thực tế.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật cụ thể

Đồ án ghi nhận các kết quả kỹ thuật định lượng và định tính chính xác từ văn bản:

  • Thông số kỹ thuật vận hành máy khởi động: Công suất định mức $0,8\text{ kW}$; dòng điện làm việc $150\text{A}$; dòng điện công tắc từ đóng ngắt $300\text{A} - 1200\text{A}$; điện trở trong và tiếp xúc toàn mạch xấp xỉ $0,02,\Omega$; độ sụt áp tiếp xúc chổi than - cổ góp nằm trong ngưỡng $1,5 - 2\text{V}$; tỷ lệ đồng trong chổi than đạt $60 \div 70%$.
  • Tiêu chuẩn chẩn đoán điện áp: Xác định ngưỡng điện áp ắc quy tiêu chuẩn $\ge 12,5\text{V}$ và tiêu chuẩn sụt áp tối đa cho phép tại cọc bình, các giắc nối, tiếp điểm relay và tiếp mass không vượt quá $0,2\text{V}$.
  • Sản phẩm thực nghiệm: Hoàn thành 01 bản vẽ 2D/3D và 01 mô hình hệ thống khởi động bàn thử nghiệm hoạt động tốt bằng nguồn DC, phục vụ việc quan sát động học và đo kiểm tín hiệu điện.

Đóng góp của đề tài

  • Phân tích chi tiết đường truyền tín hiệu của hệ thống khởi động trên dòng xe Kia Morning 2014, làm rõ sự kết hợp an toàn giữa công tắc bàn đạp ly hợp, relay khởi động và các chân giao tiếp điều khiển của hộp ECM (chân 29 cấp mass relay và chân 93 nối mass sườn).
  • Xây dựng quy trình 8 bước tháo rã cơ cấu máy khởi động kèm phương pháp đo đạc chẩn đoán hư hỏng chi tiết, có thể ứng dụng trực tiếp vào công tác bảo dưỡng tại xưởng.
  • Chế tạo thành công mô hình học cụ trực quan phục vụ công tác giảng dạy thực hành môn học Điện – Điện tử Ô tô tại trường đại học.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

Theo đánh giá thực tế từ văn bản đồ án:

  • Về mô hình phần cứng: Kết cấu lắp ráp cơ khí giữa các linh kiện trên khung giá đỡ còn chưa thật sự chắc chắn; kích thước tổng thể còn cồng kềnh; các mối nối điện hở dễ phát sinh hư hỏng nếu bảo quản trong điều kiện ẩm ướt hoặc va đập mạnh.
  • Về phạm vi ứng dụng: Đồ án mới tập trung giải quyết hệ thống khởi động sử dụng khóa điện truyền thống kết hợp công tắc côn; các nội dung công nghệ mới như Smart Key, nút nhấn Start/Stop hay hệ thống trên xe Hybrid mới dừng lại ở mức độ tổng quan lý thuyết, chưa được tích hợp mô phỏng hay chế tạo trên mô hình phần cứng.

Hướng mở rộng nghiên cứu

  • Gia cố cơ khí khung giá đỡ mô hình, bố trí hộp bảo vệ các giắc cắm và mạch relay để tăng độ bền và tính cơ động.
  • Mở rộng nghiên cứu và tích hợp thêm mạch điều khiển Smart Key với hộp điều khiển khóa thông minh SCU và nút bấm Start/Stop Engine lên mô hình thực nghiệm.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô: Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho đồ án môn học Điện – Điện tử Ô tô, đồ án tốt nghiệp hoặc bài tập lớn về hệ thống khởi động và hệ thống điện thân xe.
  • Giảng viên và kỹ thuật viên xưởng thực hành: Tham khảo bản vẽ thiết kế, nguyên lý mạch mô phỏng Proteus để phát triển các module học cụ đào tạo nghề.
  • Thợ sửa chữa điện ô tô: Ứng dụng trực tiếp bảng mã chẩn đoán hư hỏng, các tiêu chuẩn sụt áp ($\le 0,2\text{V}$) và quy trình 8 bước tháo rã máy khởi động trong sửa chữa thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Cuộn hút và cuộn giữ của công tắc từ máy khởi động hoạt động theo nguyên lý nào trong các chế độ làm việc?

Công tắc từ gồm cuộn hút và cuộn giữ có cùng chiều quấn và cùng số vòng dây, nhưng dây cuộn hút có đường kính lớn hơn:

  • Chế độ kéo: Cả hai cuộn đều có dòng chạy qua cùng chiều tạo lực từ cực đại hút piston để đẩy bánh răng bendix ăn khớp với bánh đà và đóng tiếp điểm chính.
  • Chế độ giữ: Tiếp điểm chính đóng nối tắt hai đầu cuộn hút (đẳng áp), dòng qua cuộn hút bằng 0; piston được giữ nguyên vị trí chỉ nhờ lực từ của cuộn giữ.
  • Chế độ hồi về: Khi khóa điện nhả về ON, dòng điện từ tiếp điểm chính chạy ngược chiều qua cuộn hút rồi sang cuộn giữ. Hai từ trường ngược chiều triệt tiêu nhau, giải phóng lực hút để lò xo đẩy piston hồi vị.

2. Mạch điều khiển khởi động xe Kia Morning 2014 yêu cầu những điều kiện an toàn nào trước khi cấp nguồn cho máy khởi động?

Trên xe Kia Morning 2014 số sàn, dòng điện điều khiển từ khóa điện vị trí START (chân 1 giắc M17) qua cầu chì F14 chỉ có thể đến cuộn dây Relay khởi động khi người lái đạp hết hành trình bàn đạp ly hợp để đóng công tắc chân côn. Đồng thời, cuộn dây Relay chỉ tạo ra lực từ khi chân mass của nó (chân 29) được hộp điều khiển động cơ ECM đóng thông mạch ra mass sườn tại chân 93.

3. Tiêu chuẩn điện áp và mức sụt áp cho phép khi kiểm tra hệ thống khởi động trong đồ án là bao nhiêu?

  • Điện áp ắc quy ở trạng thái tốt phải đạt từ $12,5\text{V}$ trở lên (dưới $12,5\text{V}$ phải sạc lại).
  • Mức sụt áp cho phép tối đa giữa cọc bình và kẹp cực, qua các giắc nối dây, tiếp điểm relay khởi động hoặc tại các mối nối mass không được vượt quá $0,2\text{V}$.
  • Mức sụt áp cho phép tại vùng tiếp xúc giữa chổi than và cổ góp motor nằm trong khoảng $1,5 \div 2\text{V}$.

4. Vật liệu chế tạo chổi than của máy khởi động có đặc điểm gì đặc biệt?

Chổi than máy khởi động được chế tạo bằng hợp kim đồng và cacbon với tỷ lệ đồng chiếm $60 \div 70%$. Tỷ lệ hàm lượng đồng cao giúp chổi than đạt độ dẫn điện và dẫn nhiệt tốt nhằm chịu được cường độ dòng điện rất lớn ($150\text{A}$ khi làm việc thông thường và lên tới $300\text{A} - 1200\text{A}$ khi đóng mạch khởi động), đồng thời đảm bảo khả năng chống mài mòn cơ học.

5. Hệ thống khởi động trên xe Hybrid có điểm gì khác biệt so với xe sử dụng động cơ đốt trong thông thường?

Xe Hybrid không sử dụng cụm máy khởi động điện 12V truyền thống (motor đề và công tắc từ riêng biệt) mà sử dụng trực tiếp động cơ điện chính của hệ thống Hybrid. Động cơ điện này nhận nguồn năng lượng từ cụm pin cao áp thông qua bộ chuyển đổi công suất để quay trục khuỷu động cơ đốt trong đạt tốc độ nổ máy.

Kết luận

Đồ án "Hệ thống khởi động trên xe Kia Morning 2014" của nhóm sinh viên Trường Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH) đã hoàn thành toàn diện việc nghiên cứu lý thuyết, phân tích sơ đồ mạch điện thực tế và chế tạo mô hình học cụ hoàn chỉnh. Công trình cung cấp các thông số kỹ thuật chính xác, làm rõ logic điều khiển an toàn qua bàn đạp ly hợp và hộp ECM trên xe Kia Morning 2014. Bảng chẩn đoán hư hỏng chi tiết và quy trình tháo lắp chuẩn hóa trong đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ thuật viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô.