Vai trò
Hệ thống khởi động đóng vai trò quan trọng nhất trong hệ thống điện ôtô
Hệ thống khởi động chuyển đổi năng lượng từ bình ắc quy thành cơ năng để quay máy khởi động, truyền năng lượng này cho bánh đà trên trục khuỷu động cơ thông qua khớp gài Sự quay của bánh đà giúp hút hỗn hợp khí nhiên liệu vào xylanh, nơi nó được nén và đốt cháy để khởi động động cơ Thông thường, các động cơ cần đạt tốc độ quay khoảng 200rpm để hoạt động hiệu quả.
Khi khởi động động cơ, nó không thể tự quay với công suất tối đa ngay lập tức Trước khi có tia lửa điện, cần phải sử dụng lực bên ngoài để làm quay động cơ, và máy khởi động sẽ thực hiện nhiệm vụ này Khi động cơ đã nổ, máy khởi động sẽ ngừng hoạt động.
Trên xe có hai hệ thống khởi động khác nhau, mỗi hệ thống đều có mạch điện riêng, bao gồm mạch điều khiển và mạch motor Hệ thống đầu tiên sử dụng motor khởi động riêng và thường thấy trên các dòng xe đời cũ Trong khi đó, hệ thống thứ hai áp dụng motor khởi động giảm tốc, phổ biến trên hầu hết các dòng xe hiện đại Công tắc từ công suất lớn hay Solenoid là thành phần quan trọng, có chức năng đóng mở motor và được sử dụng trong cả hai mạch điều khiển và mạch motor.
Cả hai hệ thống khởi động và điều khiển trên xe đều được bảo vệ bằng cầu chì và điều khiển qua công tắc máy Một số dòng xe sử dụng rơle khởi động để kích hoạt mạch điều khiển Trên xe hộp số tự động, công tắc khởi động trung gian ngăn không cho xe khởi động khi đang cài số, trong khi xe hộp số thường có công tắc ly hợp để ngăn khởi động mà không đạp ly hợp Đối với các dòng xe đặc biệt, có công tắc an toàn cho phép khởi động trên đường dốc mà không cần đạp ly hợp.
Hình 1.1: Vị trí làm việc máy khởi động
Sơ đồ tổng quan hệ thống khởi động
Hình 1.3: Sơ đồ tổng quan hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động ô tô bao gồm máy khởi động (động cơ điện), ắc quy và mạch khởi động, trong đó có dây nối từ ắc quy đến máy khởi động, rơle kéo đóng máy khởi động và công tắc khởi động Sơ đồ khối của hệ thống này được thể hiện trong hình 1.2.
Nhiệm vụ
Hệ thống khởi động ô tô có vai trò quan trọng trong việc khởi động động cơ bằng cách quay động cơ với tốc độ cần thiết Điều này giúp động cơ tạo ra hòa khí và nén hòa khí đến nhiệt độ thích hợp, từ đó đảm bảo quá trình cháy hòa khí diễn ra hiệu quả và sinh công.
Tốc độ vòng quay khởi động tối thiểu của động cơ xăng khoảng 50-100 v/p và của động cơ diesel khoảng 100- 200 v/p
Hình 1.4: Sơ đồ mạch khởi động.
Phân loại
Loại giảm tốc
Motor khởi động bao gồm các thành phần chính được minh họa trong hình vẽ, với thiết kế kết hợp giữa tốc độ cao và bánh răng giảm tốc So với motor khởi động thông thường, motor này có kích thước nhỏ gọn và nhẹ hơn, hoạt động ở tốc độ cao hơn Bánh răng giảm tốc chuyển mô men xoắn tới bánh răng chủ động ở tỷ lệ 1/4 đến 1/3 tốc độ của motor, giúp bánh răng chủ động quay nhanh hơn và tạo ra mô men xoắn lớn hơn, mang lại công suất khởi động vượt trội.
Bánh răng giảm tốc được gắn trên một vài trục như bánh răng chủ động
Công tắc từ đẩy trực tiếp bánh răng chủ động, không qua cần dẫn động, giúp ăn khớp với vòng răng bánh đà Sử dụng động cơ điện nhỏ gọn với tốc độ cao để quay hộp số giảm tốc, từ đó tăng momen khởi động hiệu quả.
Công tắc từ chỉ để đẩy bánh răng bendix gây ra Được sử dụng rộng dãi trên xe nhỏ gọn và nhẹ.
Loại bánh răng đồng trục
Motor khởi động thông thường bao gồm các thành phần chính như bánh răng chủ động trên trục của phần ứng động cơ, quay cùng tốc độ Khi nam châm điện trong công tắc từ (solenoid) được kích hoạt, lõi hút sẽ kết nối với nạng gài, 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
Công suất đầu ra là 0.8, 0.9 và 1KW Trong hầu hết trường hợp thay thế bộ khởi động cho motor cũ bằng motor có bánh răng giảm tốc
Bánh răng bendix được lắp ở cuối của trục rotor
Lực của công tắc từ đẩy bánh răng bendix nhờ đòn dẫn hướng
Sử dụng chủ yếu trên xe nhỏ
Hình 1.7: Loại bánh răng đồng trục.
Loại bánh răng hành tinh
Hình 1.8: Loại bánh răng hành tinh
Bánh răng hành tinh được sử dụng để giảm tốc và tăng momen quay, truyền lực từ trục rotor đến bánh răng bendix Với trọng lượng nhẹ, momen lớn và ít tiếng ồn, bánh răng hành tinh phù hợp cho nhiều loại xe nhỏ đến trung bình.
Bánh răng hành tinh hoạt động dựa trên nguyên tắc dẫn động, trong đó nếu hai bánh răng có sự ăn khớp ngoài, chúng sẽ quay ngược chiều nhau, trong khi nếu ăn khớp trong, chúng sẽ quay cùng chiều.
Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động điện cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cơ bản như sau: đầu tiên, kết cấu phải gọn nhẹ và chắc chắn, đảm bảo hoạt động ổn định với độ tin cậy cao Thứ hai, lực kéo tái sinh trên trục máy khởi động phải đủ lớn và tốc độ quay cần đạt một giá trị nhất định để quay trục khuỷu động cơ ô tô Thứ ba, khi động cơ ô tô hoạt động, cần cắt khớp truyền động của hệ thống khởi động ra khỏi trục khuỷu Cuối cùng, hệ thống phải có thiết bị điều khiển từ xa như nút nhấn hoặc công tắc khởi động, tạo sự thuận tiện cho người sử dụng.
Công suất tối thiểu của máy khởi động trong hệ thống khởi động điện được tính theo công thức sau:
Tốc độ quay nhỏ nhất (nmin) của động cơ ôtô khi khởi động là yếu tố quan trọng, với yêu cầu động cơ phải tự khởi động ít nhất hai lần trong thời gian không quá 10 giây cho động cơ xăng và 15 giây cho động cơ diezen Khoảng thời gian giữa hai lần khởi động không được vượt quá 60 giây Giá trị nmin phụ thuộc vào loại động cơ, số lượng xilanh và nhiệt độ động cơ tại thời điểm khởi động, cụ thể nmin dao động từ 40-50 vòng/phút cho động cơ xăng và 80-120 vòng/phút cho động cơ diezen.
Mc – mômen cản trung bình của động cơ ôtô trong quá trình khởi động, đơn vị N.m
Mômen cản khởi động của động cơ ôtô được hình thành do lực ma sát giữa các chi tiết chuyển động tương đối, gây ra mômen cản khí nén trong xilanh Trị số của mômen cản này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất khởi động của động cơ ôtô.
Mc phụ thuộc vào loại động cơ, số lượng xilanh có trong động cơ và nhiệt độ động cơ khi khởi động.
Các biện pháp cải thiện đặc tính làm việc của hệ thống khởi động trên
Dùng bu-gi có hệ thống sấy
Hiệu quả khởi động của hệ thống phụ thuộc vào nhiệt độ của động cơ ôtô Khi nhiệt độ thấp, quá trình khởi động trở nên khó khăn do một số nguyên nhân nhất định.
Độ nhớt cao của dầu bôi trơn làm tăng trị số mômen cản (Mc) trên trục động cơ khởi động, trong khi độ nhớt của nhiên liệu cũng tăng lên, dẫn đến giảm khả năng bay hơi và hòa trộn với không khí Điều này ảnh hưởng đến quá trình hình thành hỗn hợp công tác trong xilanh của động cơ ôtô, làm tăng trị số tốc độ thấp nhất khi khởi động (nmin).
Giảm áp suất và nhiệt độ trong xilanh động cơ ôtô trong chu kỳ nén có tác động tiêu cực đến khả năng bén lửa, quá trình cháy và sự giãn nở sinh công của hỗn hợp khí.
Dung lượng phóng điện của ắc quy giảm ở nhiệt độ thấp, ảnh hưởng đến khả năng khởi động Để cải thiện hiệu suất hệ thống khởi động trong điều kiện lạnh, nhiều biện pháp hỗ trợ đã được áp dụng Một trong những giải pháp phổ biến là sử dụng bu-gi có bộ phận sấy, giúp tăng cường quá trình khởi động khi nhiệt độ môi trường giảm.
Bu-gi được trang bị bộ phận sấy với lõi gốm chịu nhiệt, quấn dây điện trở bên ngoài và ống bọc cách điện Bộ phận này được lắp đặt trong buồng đốt của động cơ ôtô, giúp sấy nóng không khí trong xilanh, tạo điều kiện thuận lợi cho việc bốc hơi và hòa trộn nhiên liệu với không khí, đặc biệt quan trọng cho động cơ xăng và diesel Để điều khiển thời gian sấy của bu-gi, có thể áp dụng phương pháp điều khiển bằng tay hoặc sử dụng mạch định thời gian sấy.
Phương pháp đổi nối tiếp điện áp trong quá trình khởi động
Khi khởi động, dòng điện lớn gây ra tổn thất điện áp đáng kể trên đường dây nối từ ắc quy đến máy khởi động, ảnh hưởng đến chất lượng hoạt động của hệ thống khởi động Một biện pháp hiệu quả để giảm tổn thất điện áp là nâng điện áp cấp cho máy khởi động lên 24V (hoặc cao hơn) trong quá trình khởi động, trong khi các thiết bị điện khác vẫn nhận điện áp 12V Điều này giúp cải thiện hiệu suất làm việc của hệ thống khởi động mà không ảnh hưởng đến các phụ tải điện khác.
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2.0
Giới thiệu về xe Toyota Camry 2.0
Ô tô Toyota Camry 2.0 có nhiều loại khác nhau, trong đó Toyota Camry
Năm 2014, dòng xe này đã để lại ấn tượng mạnh mẽ trên thị trường Việt Nam, khẳng định vị thế vượt trội trong phân khúc sedan hạng trung Trong những năm qua, chiếc xe này vẫn duy trì phong độ đẳng cấp nhờ vào những cải tiến phù hợp với xu hướng thời đại.
Thông số của xe ô tô Toyota Camry 2.0 2014
Tên xe: TOYOTA Camry 2.0 2014, Nhà chế tạo: TOYOTA, Năm sản xuất: 2014
Thông số kỹ thuật chính: Động cơ 4 xy lanh thẳng hàng, VVT-i kép
Hộp số Tự động 6 cấp
Bán kính quay vòng ( min)
Khoảng sáng gầm xe 160 mm
Công suất tối đa ( bhp/rpm)
Mô men xoắn tối đa
Hệ dẫn động Cầu trước (FWD)
Tiêu chuẩn khí thải Euro 4
Phanh Đĩa thông gió Đèn trước HID dạng bóng chiếu
Gương chiếu hậu Chỉnh và gập điện, tích hợp đèn báo rẽ, cùng màu thân xe Tay lái 4 chấu, bọc da, trợ lực lái điện, chỉnh điện 4 hướng
Cửa sổ Chỉnh điện, chống kẹt
Khóa cửa từ xa Có
Chìa khóa 1 chìa có remote, 1 chìa khóa thường Bảng đồng hồ trung tâm Optitron, có màn hình hiển thị đa thông tin
Hệ thống điều hòa Tự động 3 vùng độc lập
Hệ thống âm thanh CD 1 đĩa, 6 loa, AM/FM, MP3
Túi khí Tài xế và hành khách phía trước, túi khí bên hông phía trước, túi khí đầu gối người lái
An toàn ABS, EBD, BA
Cảm biến lùi Có Đèn sương mù Có
Hệ thống chống trộm Có
Bảng 1: Thông số kỹ thuật chính trên xe Toyota Camry 2.0 2014
Công tắc từ
Rơle kéo có hai cuộn dây: cuộn dây hút 11(Wh) và cuộn dây giữ tác động cùng với cặp tiếp điểm 5 Khi có dòng điện chảy qua cả hai cuộn dây, từ thông sinh ra sẽ hút lõi thép 13 Lúc này, đĩa tiếp xúc bằng đồng 8 chưa nối các tiếp điểm 7, 9 và 10, nên phần ứng 15(M) và cuộn dây kích từ 16(WKT) được đấu với ắcquy qua cuộn dây hút 11(Wh), tương ứng với K1 kín và K2 hở Điều này dẫn đến điện áp đặt lên động cơ không lớn, chỉ làm cho trục động cơ xoay một góc nhỏ, giúp bánh răng khởi động tự lựa tốt hơn khi ăn khớp với vành bánh răng bánh đà Khi tiếp điểm 9-10 kín, cả K1 và K2 đều kín, cuộn dây hút 11(Wh) bị nối tắt, động cơ điện khởi động được nối trực tiếp với ắcquy, cung cấp điện áp định mức cho động cơ, giúp quá trình khởi động diễn ra dễ dàng.
3 Bi thép 7 Lò xo dẫn động
4 Lò xo hoàn lực 8 Tiếp điểm chính
Công tắc từ đóng vai trò quan trọng trong việc kéo và đẩy bánh răng bendix khi khởi động, đồng thời hoạt động như một công tắc điều khiển dòng điện cho động cơ điện.
Khi khởi động động cơ công tắc từ thực hiện theo 3 bước:
+ Hút, giữ và hồi vị
Khi khoá điện ở vị trí Star lõi của công tắc từ được hút bởi sức từ động của cuộn hút và cuộn giữ
Khi công tắc ở vị trí Star, dòng điện sẽ đi qua cuộn hút và cuộn giữ, tạo ra từ trường Từ trường này khiến lõi bị hút vào, dẫn đến việc tiếp điểm chính đóng lại và bắt đầu quá trình quay.
Khi tiếp điểm chính đóng, động cơ điện quay để khởi động động cơ Khi tiếp điểm chính đóng lõi được giữ bằng sức từ động của cuộn giữ
Tiếp điểm chính đóng →Cuộn hút bị ngắt điện→ Chỉ có cuộn giữ làm việc→ Động cơ điện quay→ Động cơ khởi động
Giai đoạn 3: Hồi vị (Hình 2.5)
Khi động cơ đã nổ, trả công tắc máy về vị trí off Lõi trả về làm tiếp điểm hở ra, máy khởi động ngừng quay
Khi công tắc từ khởi động ở vị trí tắt, cuộn hút và cuộn giữ vẫn có dòng điện Lực từ của hai cuộn này sẽ khử nhau, khiến lõi trở về vị trí ban đầu nhờ lò xo hoàn lực Do đó, tiếp điểm chính sẽ mở và quá trình quay sẽ ngừng lại.
Phần ứng và ổ bi
Hình 2.6: Phần ứng và ổ bi
Phần ứng và ổ bi có chức năng sinh ra mô men đồng thời giữ cho đông cơ điện ở tốc độ cao.
Phần cảm
Phần cảm đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra từ trường cần thiết cho động cơ điện Đây là nơi lắp đặt cuộn dây kích từ và lõi cực, đồng thời cũng là đường đi của sức từ.
Phần cảm của máy bao gồm lõi thép đúc, đóng vai trò là mạch từ và vỏ máy Gắn liền với lõi thép là các cực từ chính, được quấn dây kích từ Đây là bộ phận tạo ra từ trường ban đầu, có thể sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện.
Cả cực, lõi cực được chế tạo bằng lõi sắt, nghĩa là chúng dễ dàng dẫn từ
Có 3 kiểu đấu dây cuộn kích: Nối tiếp, song song và hỗn hợp
Chổi than và giá đỡ chổi than
Hình 2.8: Chổi than và giá đỡ chổi than
Chổi than và giá đỡ chổi than cho phép dòng điện chạy qua phần ứng một chiều, đồng thời giữ ổn định lõi ép chổi than
Chổi than được chế tạo bằng hợp kim đồng và cacbon Cho phép dẫn nhiệt tốt và chống mòn
Lực của lò xo chổi than ép chổi than ngăn roto quay quá nhanh
Làm roto ngừng ngay khi ngắt đề.
Hộp số giảm tốc
Hộp số giảm tốc làm nhiệm vụ truyền mô men của mô tơ và giảm tốc độ của chúng để tăng mômen
Tỷ số truyền của hộp số giảm tốc dao động từ 1/3÷ 1/4
Có ly hợp một chiều được lắp bên trong
Hình 2.9: Hộp số giảm tốc
Ly hợp một chiều
Hình 2.10: Ly hợp một chiều
Khi động cơ khởi động, áp lực lớn tác động lên bề mặt tiếp xúc giữa răng bánh răng bendix và vòng răng bánh đà Khi động cơ đã nổ, bộ ly hợp quá tốc hoạt động, cho phép bánh đà quay trơn bánh răng bendix, ngăn cản mô men từ bánh đà truyền đến máy khởi động Áp suất trên bề mặt răng của bánh răng giảm, tạo điều kiện cho quá trình khởi động diễn ra hiệu quả hơn.
Ly hợp một chiều truyền momen quay của động cơ điện đến động cơ quay bánh răng bendix
Ngăn chặn sự truyền ngược lại khi động cơ đã nổ
Bi đũa được đặt bên trong hộp truyền động, cho phép bánh răng bendix quay trơn theo chỉ một chiều.
Bánh răng bendix và trục xoắn ốc
Hình 2.11: Bánh răng bendix và trục xoắn ốc
Bánh răng bendix và trục xoắn ốc truyền momen khởi động cho động cơ Đưa bánh răng bendix ăn khớp với vòng răng bánh đà
Giúp bánh răng bendix vào khớp và ra khớp
Bánh răng bendix được vát mặt để dễ vào khớp với vòng răng bánh đà Trục xoắn chuyền lực quay của động cơ điện thành lực đẩy bánh răng
Tỉ số truyền của cặp bánh răng trong máy khởi động ô tô thường được chọn trong khoảng từ 9 đến 18 (i=9-18) Để tránh hiện tượng cắt chân răng, số lượng răng trên bánh răng thường được chọn từ 9 đến 11 Đối với các động cơ điện khởi động công suất lớn, để hạn chế kích thước của vành bánh răng bánh đà, thường sử dụng bộ truyền bánh răng trung gian, có thể là cặp bánh răng trụ hoặc bộ truyền bánh răng hành trình.
Khớp truyền động là cơ cấu quan trọng giúp truyền mômen từ động cơ điện của máy khởi động đến vành bánh răng bánh đà của động cơ ôtô Tỷ số truyền trên bánh răng của máy khởi động yêu cầu phải quay 10 hoặc 20 vòng để làm cho vành bánh răng bánh đà quay được 1 vòng Khi hoạt động, tốc độ của rôto động cơ điện đạt từ 2000 đến 3000 vòng/phút, giúp kéo trục khuỷu của động cơ ôtô quay khoảng 200 vòng/phút, đủ để khởi động động cơ ôtô.
Sau khi động cơ đã nổ, số vòng quay độc lập của nó có thể lên đến (3000-
Khi động cơ điện trong máy khởi động quay với tốc độ từ 3000 đến 4000 vòng/phút, nếu bánh răng vẫn ăn khớp với vành bánh răng bánh đà, rôto sẽ bị cuốn theo với tốc độ này Tốc độ cao tạo ra lực ly tâm mạnh, có thể làm bung tất cả dây quấn ra khỏi rãnh của rôto và gây hư hỏng cho cổ góp của động cơ.
Khớp truyền động cơ trong máy khởi động có các nhiệm vụ sau:
Truyền mômen của máy khởi động làm quay vành bánh răng bánh đà động cơ ôtô
Bảo vệ máy khởi động bằng cách tách rôto của động cơ điện khởi động khỏi vành bánh răng bánh đà khi động cơ ô tô đã nổ Cơ cấu truyền động được thiết kế nhằm đảm bảo hiệu suất và độ bền cho hệ thống khởi động.
Khi khởi động, bánh răng của khớp truyền động sẽ văng ra ngoài từ trong rôto, nhằm ăn khớp với vành bánh răng của bánh đà động cơ ô tô.
