Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG XE Ô TÔ 1.1 Vai trò, nhiệm vụ của hệ thống khởi động trên xe ô tô 1.1 Vai trò Hệ thống khởi động đóng vai trò quan trọng nhất trong hệ thống điện Ô- tô. Hệ thống khởi động sử dụng năng lượng từ bình ắc quy và chuyển năng lượng này thành cơ năng quay máy khởi động. Máy khởi động truyền cơ năng này cho bánh đà trên trục khuỷu động cơ thông qua việc gài khớp. Chuyển động của bánh đà làm hỗn hợp khí – nhiên liệu hoặc không khí được hút vào bên trong xylanh, được nén và đốt cháy để sinh công làm quay động cơ.
Máy khởi động sẽ ngừng hoạt động khi động cơ đã nổ. Tốc độ vòng quay khởi động tối thiểu của động cơ xăng khoảng 50-100 vg/ph và của động cơ diesel khoảng 100- 200 vg/ph.1 Tổng quan hệ thống khởi động Vì động cơ đốt trong không thể tự khởi động nên cần có một ngoại lực để khởi động động cơ đốt trong. Để khởi động động cơ máy khởi động làm quay trục khuỷu thông qua vành răng bánh đà. Chuyển động của bánh đà làm hỗn hợp khí 9 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 nhiên liệu được hút vào bên trong xylanh, được nén và đốt cháy để quay động cơ Hệ thống khởi động bao gồm: Máy khởi động (động cơ điện), ắc quy và mạch khởi động (trong mạch khởi động gồm có dây nối từ ắc quy đến máy khởi động), rơle kéo đóng máy khởi động và công tắc ( khoá) khởi động.2 Nhiệm vụ của hệ thống khởi động Để khởi động động cơ thì trục khuỷu cần quay nhanh hơn tốc độ tối thiểu của động cơ.
Tốc độ tối thiểu của động cơ khác nhau tùy theo cấu trúc động cơ và tính trạng hoạt động thường từ 40-60 vòng/phút đối với động cơ xăng và từ 80-100 vòng/ phút đối với động cơ diesel 1. Phân loại hệ thống khởi động trên xe ô tô Để phân loại máy khởi động ta chia máy khởi động ra làm 2 thành phần. Phần motor điện và phần chuyển động. Phần chuyển động được phân ra theo các cách truyền động của máy khởi động đến động cơ.
Phân loại máy khởi động - Loại giảm tốc (Loại R, loại RA): Máy khởi động loại giảm tốc dùng mô tơ tốc độ cao. Máy khởi động loại giảm tốc làm tăng mô men xoắn bằng cách giảm tốc độ quay của phần ứng lõi mô tơ nhờ bộ truyền giảm tốc. 10 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Píttông của công tắc từ đẩy trực tiếp bánh răng chủ động đặt trên cùng một trục với nó vào ăn khớp với vành răng. - Loại bánh răng đồng trục Bánh răng chủ động được đặt trên cùng một trục với lõi của mô tơ và quay cùng tốc độ với lõi Cần dẫn động được nối với thanh đẩy của công tắc từ và đẩy bánh răng chủ động ăn khớp với vành răng - Loại bánh răng hành tinh (Loại P) Máy khởi động loại bánh răng hành tinh dùng bộ truyền hành tinh để giảm tốc độ quay của lõi (phần ứng) của mô tơ.
Bánh răng dẫn động khởi động ăn khớp với vành răng thông qua cần dẫn động giống như trường hợp máy khởi động thông thường.1 Máy khởi động kiểu giảm tốc Hình 1.3 Máy khởi động giảm tốc Máy khởi động loại giảm tốc được thể hiện trên Hình 1. Motor khởi động bao gồm các thành phần được chỉ rõ hình vẽ dưới. Đó là kiểu của bộ khởi động có sự kết hợp, tốc độ motor cao và sự điều chỉnh của bánh răng giảm tốc. 11 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Toàn bộ motor nhỏ hơn và nhẹ hơn motor khởi động thông thường, nó vận hành ở tốc độ cao hơn.
Bánh răng giảm tốc chuyển mô men xoắn tới bánh răng chủ động ở 1/4 đến 1/3 tốc độ motor. Bánh răng chủ động quay nhanh hơn bánh răng trên bộ khởi động thông thường và mô men xoắn lớn hơn rất nhiều (công suất khởi động). Bánh răng giảm tốc được gắn trên một vài trục như bánh răng chủ động. Và khác với bộ khởi động thông thường, công tắc từ đẩy trực tiếp bánh răng chủ động (không qua cần dẫn động) tới ăn khớp với vòng răng bánh đà.
Đặc điểm: Động cơ điện nhỏ gọn với tốc độ cao được sử dụng để quay hộp số giảm tốc, như vậy sẽ làm tăng momen khởi động. Ứng dụng: Máy khởi động loại giảm tốc được sử dụng rộng rãi trên xe nhỏ gọn và nhẹ.2 Máy khởi động loại bánh răng đồng trục Hình 1.4 Máy khởi động loại bánh răng đồng trục Máy khởi động loại đồng trục được thể hiện trên Hình 1. Motor khởi động thông thường bao gồm các thành phần được chỉ rõ hình vẽ. Bánh răng chủ động trên trục của phần ứng động cơ và quay cùng tốc độ.
Một lõi hút trong 12 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 công tắc từ (solenoid) được nối với nạng gài. Khi kích hoạt nam châm điện thì nạng gài sẽ đẩy bánh răng chủ động khớp với vành răng bánh đà. Khi động cơ bắt đầu khởi động khớp ly hợp một chiều ngắt nối bánh răng chủ động ngăn cản mô men động cơ làm hỏng motor khởi động. Đặc điểm: Công suất đầu ra của máy khởi động là 0.
Trong hầu hết các trường hợp, bộ khởi động cho motor cũ được thay thế bằng motor có bánh răng giảm tốc. Ứng dụng: Máy khởi động loại đồng trục được sử dụng chủ yếu trên xe nhỏ.3 Máy khởi động loại bánh răng hành tinh Hình 1.5 Máy khởi động loại bánh răng hành tinh Máy khởi động loại bánh răng hành tinh được thể hiện trên Hình 4. Bánh răng hành tinh cũng dùng để giảm tốc nhằm tăng momen quay. Trục rotor sẽ truyền lực qua bánh răng hành tinh đến bánh răng bendix.
Nhờ trọng lượng nhỏ momen lớn, ít tiếng ồn nên máy khởi động loại bánh răng hành tinh được sử dụng ở nhiều loại xe nhỏ đến trung bình.3 Yêu cầu đối với hệ thống khởi động Do tính chất, đặc điểm và chức năng của máy khởi động như trên, những yêu cầu kĩ thuật cơ bản đối với máy khởi động điện bao gồm: + Kết cấu gọn nhẹ, chắc chắn, làm việc ổn định với độ tin cậy cao. 13 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 + Lực kéo tải sinh ra trên trục của máy khởi động phải đảm bảo đủ lớn, tốc độ quay cũng phải đạt tới một trị số nào đó để cho trục khuỷu của động cơ Ô-tô đạt tốc độ quay nhất định. + Khi động cơ ô tô đã làm việc, phải cắt được khớp truyền động của máy khởi động ra khỏi trục khuỷu của động cơ ô tô. + Có thiết bị điều khiển từ xa khi thực hiện khởi động động cơ ô tô (nút bấm hoặc khóa khởi động) thuận tiện cho người sử dụng.
Công suất tối thiểu của máy khởi động điện được tính theo công thức: Pkđ = Mc.nmin/30 (w) Trong đó: nmin-tốc độ quay nhỏ nhất tương ứng với trạng thái nhiệt độ của động cơ khi khởi động, vòng/phút. Với trị số tốc độ này, động cơ ô tô phải làm việc tự lập được sau ít nhất hai lần khởi động, thời gian khởi động không kéo dài quá 10s đối với động cơ xăng và không quá 15s đối với động cơ điêzen, khoảng thời gian giãn cách giữa hai lần khởi động liên tiếp không quá 60s.Trị số nmin phụ thuộc vào loại động cơ. số lượng xylanh có trong động cơ và nhiệt độ của động cơ lúc bắt đầu khởi động. Trị số tốc độ đó bằng: nmin= (40÷60) vòng/phút đối với động cơ xăng.
nmin= (80÷100) vòng/phút đối vớ động cơ điêzen. Mc – mômen cản trung bình của động cơ ô tô trong quá trình khởi động, N. Mômen cản khởi động của động cơ ô tô bao gồm mômen cản do lực ma sát của các chi tiết có chuyển động tương đối so với động cơ ô tô khi khởi động gây ra và mômen cản khi nén hỗn hợp công tác trong các xylanh của động cơ ô tô. Trị số Mc phụ thuộc vào loại động cơ, số lượng xylanh có trong động cơ và nhiệt độ động cơ khi khởi động.
14 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Chương 2 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN XE TOYOTA VIOS 2.1 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống khởi động 2.1 Cấu tạo Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống khởi động Hệ thống khởi động bao gồm: máy khởi động (động cơ điện), ắc quy và mạch khởi động (trong mạch khởi động gồm có dây nối từ ắc quy đến máy khởi động), rơle kéo đóng máy khởi động và công tắc (khoá) khởi động.2 Các bộ phận chính trong hệ thống khởi động - Ắc quy điện 15 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Hình 2.2 Ắc quy Ắc quy trong hệ thống điện thực hiện chức năng của một số thiết bị chuyển đổi hóa năng thành nhiệt năng và ngược lại. Đa số ăc quy trên ô tô hiện nay là ắc quy chì – axit. Đặc điểm của loại ắc quy này là có thể tạo ra dòng điện lớn trong thời gian ngắn và độ sụt áp bên trong nhỏ là loại ắc quy 12v có nhiệm vụ dự trữ điện để cung cấp điện một chiều cho máy khởi động nhằm làm động cơ hoạt động. Đảm bảo cung cấp điện cho máy khởi động có thể khởi động nhiều lần liên tục.
- Máy phát điện Hình 2.3 Máy phát điện Máy phát điện có nhiệm vụ cung cấp điện áp cho các phụ tải và nạp điện cho ắc quy sau khi động cơ khởi động. Máy phát điện sử dụng trên ô tô hiện nay thường là máy phát điện xoay chiều 3 pha kích thích bằng điện từ có vòng tiếp điện. - Cầu chì: 16 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 Hình 2.3 Cầu chì tổng Là loại cầu chì 30A có tác dụng đảm bảo an toàn cho mạch điện khi một số đoạn dây dẫn đến máy khởi động bị chập hoặc máy khởi động bị quá tải tăng điện áp. - Công tắc khởi động Hình 2.4 Ổ khóa Công tắc khởi động có tác dụng khởi đóng mạch để truyền điện từ ác quy đến máy khởi động để làm nổ động cơ.
Và ngắt dòng điện đến từ ác quy đến máy khởi động khi động cơ đã nổ và hoạt động.5 Rơ le Có tác dụng đảm ảo an toàn cho dòng điện và hệ thống điện khác trên xe. Khi máy khởi động bị chập điện hoặc bị quá tải thì rơ le đề sẽ ngắt không cho dòng điện đi qua, để không làm ảnh hưởng đến các hệ thống khác trên xe. 17 Downloaded by sau xanh (saudinh2@gmail.com) lOMoARcPSD|39270540 - Máy khởi động Hình 2.6 máy khởi động khi được cấp điện đến, máy khởi động sẽ có tác dụng khởi động cho động cơ nổ và hoạt động.