TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
Vai trò ,sơ đồ,nhiệm vụ ,phân loại hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động trên xe ô tô đóng vai trò quan trọng, hoạt động dựa trên năng lượng từ bình ắc quy để chuyển đổi thành cơ năng cho máy khởi động Máy khởi động truyền cơ năng này đến bánh đà trên trục khuỷu động cơ thông qua khớp gài, giúp hút, nén và đốt cháy hỗn hợp khí nhiên liệu trong xy lanh để quay động cơ Để khởi động, động cơ cần đạt tốc độ khoảng 200 rpm, và trước khi tia lửa điện xuất hiện, máy khởi động sẽ cung cấp lực cần thiết để quay động cơ.
Trên xe ô tô, có hai hệ thống khởi động khác nhau, mỗi hệ thống đều có mạch điện riêng biệt bao gồm mạch điều khiển và mạch motor Hệ thống khởi động đầu tiên có motor khởi động riêng và thường được trang bị trên các dòng xe đời cũ Trong khi đó, hệ thống thứ hai sử dụng motor khởi động giảm tốc, phổ biến trên hầu hết các xe ô tô hiện nay Một công tắc từ công suất lớn hay Solenoid có nhiệm vụ đóng và mở motor, là thành phần quan trọng trong cả hai mạch điều khiển và mạch motor.
Cả 2 hệ thống này đều được điều khiển từ công tắc máy và được bảo vệ qua cầu chì Trên một vài dòng xe, một rơle khởi động được dùng để khởi động mạch điều khiển Ở xe hộp số tự động, có một công tắc khởi động trung gian ngăn cho trường hợp khởi động xe khi xe vẫn đang cài số Ở xe hộp số sàn, có công tắc ly hợp ngăn cho trường hợp khởi động xe mà không đạp bàn đạp côn Hiện nay trên các dòng xe đặc biệt có trang bị tính năng công tắc an toàn cho phép xe khởi động trên đường đồi dốc mà không cần đạp ly hợp
Hình 1 1 Vị trí làm việc của máy khởi động
Hình 1 2 Vị trí bố trí hệ thống khởi động trên xe
1.1.2 Sơ đồ tổng quan hệ thống khởi động
Hình 1 3 Sơ đồ tổng quan hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động của xe bao gồm máy khởi động (động cơ điện), ắc quy và mạch khởi động, trong đó mạch khởi động kết nối ắc quy với máy khởi động thông qua các cáp nối Hệ thống này còn có rơle kéo để đóng máy khởi động và công tắc khởi động (khoá).
1.1.3 Nhiệm vụ Đối với xe ô tô, động cơ đốt trong sẽ cần có một hệ thống khởi động riêng biệt nhằm giúp truyền momem cho trục khuỷu động cơ với số vòng quay nhất định nào đó để động cơ được khởi động giúp xe có thể vận hành Các dòng xe ôtô hiện nay chủ yếu là dùng cơ cấu khởi động bằng động cơ điện một chiều
Tốc độ vòng quay tối thiểu để cho máy khởi động của động cơ xăng nằm trong khoảng 50 - 100 (v/p) và đối với của động cơ diesel khoảng 100 -
Hình 1 4 Sơ đồ mạch khởi động
1.1.4 Phân loại a) Hệ thống khởi động trực tiếp
- Ắc quy là nguồn cung cấp điện cho máy khởi động của hệ thống khởi động
- Khoá điện dùng để đóng cắt dòng điện cho máy khởi động
Hộp công tắc bao gồm hai loại đĩa đồng: Đĩa đồng 2 được sử dụng để đóng tiếp điểm chính, cung cấp điện cho máy khởi động, trong khi Đĩa đồng 3 có nhiệm vụ nối tắt điện trở phụ khi khởi động động cơ.
Máy khởi động bao gồm cuộn cảm và rôto, có chức năng tạo ra mô men quay cho khớp truyền động một chiều Bánh răng máy khởi động có nhiệm vụ truyền mô men quay đến trục khuỷu của động cơ.
- Trụ điều khiển 4 có tác dụng đóng tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ
Hình 1 5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống khởi động trực tiếp
1:Hộp công tắc từ 7:Bánh răng máy khởi động 2:Đĩa đồng tiếp điểm chính 8:Vành răng bánh đà 3:Đĩa đồng nối tắt điện trở phụ 9:Máy khởi động
4:Trụ điều khiển 10:Lắp máy khởi động 5:Nạng gài điều khiển Kđ:Khóa điện
Khi khóa điện Kđ được đóng nhưng chưa tác động vào trụ điều khiển 4, các tiếp điểm trong hộp công tắc 1 vẫn chưa đóng, dẫn đến việc máy khởi động không nhận được điện Đồng thời, lò xo 6 chưa bị nén, khiến khớp truyền động một chiều không thể tách bánh răng máy khởi động 7 ra khỏi vành răng bánh đà 8.
Khi tác động vào trụ điều khiển 4, cần điều khiển được đẩy vào, đóng các tiếp điểm trong hộp công tắc 1 Lò xo hồi vị của cần điều khiển bị nén, dẫn đến việc tiếp điểm phụ 3 đóng, nối tắt điện trở phụ của hệ thống đánh lửa Cuối cùng, tiếp điểm chính 2 tiếp tục đi vào, cung cấp điện cho máy khởi động.
Lúc này dòng điện cung cấp cho máy khởi động sẽ đi như sau: (+)Aq
Khóa điện Kđ kích hoạt cặp tiếp điểm chính 2 và cuộn dây kích từ Wkt, dẫn đến việc rô to mát (-) Aq hoạt động Khi trục điều khiển 4 di chuyển sang trái, càng gạt 5 nén lò xo 6, đẩy khớp truyền động một chiều cùng với bánh răng máy khởi động 7 khớp với vành răng bánh đà 8.
Dòng điện lớn đi qua các cuộn dây của máy khởi động tạo ra mô men quay lớn, truyền qua khớp truyền động tới bánh răng máy khởi động, giúp quay bánh đà và kéo trục khuỷu của động cơ, từ đó khởi động động cơ hiệu quả.
Khi động cơ tự khởi động, tốc độ quay của nó sẽ vượt qua tốc độ của máy khởi động, dẫn đến mô men quay lớn Điều này sẽ gây ra sự truyền ngược mô men từ động cơ vào máy khởi động, làm hư hỏng thiết bị khởi động.
Khớp truyền động một chiều giúp ngăn chặn mô men quay từ động cơ truyền vào máy khởi động, mặc dù bánh răng khởi động vẫn ăn khớp với vành răng bánh đà Điều này đảm bảo máy khởi động được bảo vệ an toàn.
Khi ngừng tác động vào trụ điều khiển 4, lò xo 6 dãn ra, đẩy khớp truyền động một chiều cùng bánh răng máy khởi động 7 lùi về phía trái, tách khỏi vành răng bánh đà 8 Đồng thời, lò xo của cần điều khiển cũng dãn ra, đẩy điều khiển sang phải, làm tách các tiếp điểm chính 2 và tiếp điểm phụ 3, dẫn đến việc máy khởi động bị ngắt điện Do đó, máy khởi động sẽ không hoạt động nữa Hệ thống khởi động gián tiếp sử dụng cực từ là nam châm điện.
Hình 1 6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống khởi động gián tiếp
1:Khóa điện 4:Cuộn dây cảm 7:Bánh răng 2:Rơ le 5:Cần gạt 8:Ắc quy 3:Lò xo hồi vị 6:Khớp truyền động một chiều 9:Rôto
Khi bật khóa điện, dòng điện sẽ từ (+) ắc quy đi qua khóa điện 1, sau đó đến cọc 50 của rơ le khởi động, kích hoạt cuộn dây hút Dòng điện tiếp tục chạy qua cuộn dây cảm 4 và cuộn dây rôto 9, cuối cùng trở về mát và (-) ắc quy Cuộn dây giữ cũng được kết nối với mát.
Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động điện cần đáp ứng một số yêu cầu kỹ thuật cơ bản, bao gồm cấu trúc gọn nhẹ và chắc chắn, đảm bảo hoạt động ổn định với độ tin cậy cao Lực kéo tái sinh trên trục máy khởi động phải đủ lớn và tốc độ quay cần đạt một mức nhất định để khởi động trục khuỷu của động cơ ôtô Sau khi động cơ hoạt động, cần phải cắt khớp truyền động của hệ thống khởi động ra khỏi trục khuỷu Ngoài ra, hệ thống cũng cần có thiết bị điều khiển từ xa, như nút nhấn hoặc công tắc khởi động, để 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 giá trị này cho phép động cơ hoạt động tự động sau ít nhất hai lần khởi động Thời gian khởi động không được kéo dài quá 10 giây cho động cơ xăng và 15 giây cho động cơ diesel, với khoảng cách giữa hai lần khởi động không quá 60 giây Giá trị nmin phụ thuộc vào loại động cơ, số lượng xilanh và nhiệt độ của động cơ khi khởi động Cụ thể, nmin là 40-60 vòng/phút cho động cơ xăng và 80-120 vòng/phút cho động cơ diesel.
Mc – mômen cản trung bình của động cơ ôtô trong quá trình khởi động, N.m
Mômen cản khởi động của động cơ ôtô chủ yếu do lực ma sát giữa các chi tiết chuyển động tương đối gây ra Mômen cản khí nén trong xilanh cũng ảnh hưởng đến quá trình khởi động Giá trị của mômen cản (Mc) phụ thuộc vào loại động cơ, số lượng xilanh và nhiệt độ của động cơ tại thời điểm khởi động.
Các biện pháp cải thiện đặc tính làm việc của hệ thống khởi động trên ôtô
1.3.1 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 hiệu suất của hệ thống khởi động Để giảm thiểu tổn thất điện áp trong hệ thống này, một biện pháp hiệu quả là nâng cao trị số điện áp cung cấp cho máy khởi động trong quá trình khởi động.
Nguyên tắc chung của biện pháp này là trong chế độ bình thường, các thiết bị điện trên xe nhận nguồn điện 12V (đối với xe có hệ thống cung cấp điện 12V) Khi khởi động, hệ thống khởi động sẽ nhận nguồn điện 24V (hoặc cao hơn), trong khi các phụ tải điện khác vẫn được cung cấp điện 12V.
1.3.2 Dùng bu-gi có hệ thống sấy
Hiệu quả khởi động của động cơ ôtô phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ khi khởi động Khi nhiệt độ thấp, việc khởi động trở nên khó khăn do độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dẫn đến mômen cản (Mc) cao hơn trên trục động cơ khởi động Ngoài ra, độ nhớt của nhiên liệu cũng tăng, làm giảm khả năng bay hơi và hòa trộn với không khí, từ đó làm tăng trị số tốc độ thấp nhất cần thiết để khởi động (nmin).
Giảm trị số áo suất và nhiệt độ trong xilanh động cơ ôtô trong chu kỳ nén có thể tác động tiêu cực đến khả năng bén lửa và quá trình cháy, dẫn đến hiệu suất sinh công của hỗn hợp công tác bị giảm sút.
Dung lượng phóng điện của ắc quy giảm khi nhiệt độ thấp, ảnh hưởng đến hiệu suất khởi động Để cải thiện khả năng 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 nâng cao hiệu quả khởi động của hệ thống.
Bu-gi sấy có cấu tạo gồm một lõi gốm chịu nhiệt, quấn dây điện trở bên ngoài và ống bọc cách điện chịu nhiệt Bộ phận này được lắp đặt trong buồng đốt của động cơ ô tô, giúp làm nóng không khí trong xilanh, tạo điều kiện cho việc bốc hơi và hòa trộn nhiên liệu với không khí, đặc biệt quan trọng trong quá trình hình thành hỗn hợp công tác ở động cơ xăng Đối với động cơ diesel, bu-gi sấy hỗ trợ bốc hơi, hòa trộn và bốc cháy nhiên liệu khi vòi phun hoạt động Thời gian sấy của bu-gi có thể được điều khiển bằng phương pháp thủ công hoặc thông qua mạch định thời gian.
CẤU TẠO NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỒNG KHỞI ĐỘNG
Nguyên lý hoạt động của máy khởi động
Nguyên lý hoạt động của máy khởi động dựa trên các nguyên lý sau: Nguyên lý tạo ra mô men
Nguyên lý quay liên tục
Lý thuyết trong động cơ điện
2.1.1 Nguyên lý tạo ra momen Đường sức từ sinh ra giữa cực bắc và cực nam của nam châm Nó đi từ cực bắc đến cực nam Khi đặt một nam châm khác ở giữa hai cực từ, sự hút và đẩy của hai nam châm làm cho nam châm đặt giữa quay xung quanh tâm của nó
Hình 2 1 Tạo ra momen quay
Mỗi đường sức từ không cắt nhau, mà thay vào đó, chúng có xu hướng đẩy các đường sức từ gần đó ra xa, khiến cho nam châm ở giữa quay theo chiều kim đồng hồ.
2.1.2 Nguyên lý quay liên tục
Trong động cơ thực tế, khung dây đóng vai trò quan trọng Khi dòng điện chạy qua khung dây, từ thông sẽ xuyên qua nó Chiều của đường sức từ trên khung dây được xác định theo quy tắc vặn nút chai Nếu chiều từ trường trùng nhau, đường sức từ sẽ mạnh hơn, còn khi chiều từ trường đối ngược, đường sức từ sẽ yếu đi.
Hình 2 2 Đường sức từ trong khung dây
Đường sức từ có xu hướng ngắn lại và đẩy các đường sức từ khác ra xa, tạo ra lực trên khung dây để cung cấp năng lượng cho động cơ điện quay Đặt hai đầu khung dây lên điểm tựa cho phép nó quay, nhưng chỉ khi lực sinh ra theo chiều cũ Khi gắn cổ góp và chổi than vào khung dây, dòng điện di chuyển từ sau ra trước ở cực bắc và từ trước ra sau ở cực nam, giúp nam châm tiếp tục quay.
Hình 2 3 Cổ góp và chổi than gắn trên khung dây
2.1.3 Lý thuyết trong động cơ điện thực tế Để ứng dụng lý thuyết này trong thực tế, trước tiên, người ta phải quấn nhiều khung dây để tăng từ thông từ đó sinh ra moment lớn
Hình 2 4 Quấn nhiều khung dây tăng momen
Tiếp theo, người ta đặt một lõi thép bên trong các khung dây cũng nhằm tăng từ thông và tạo ra moment lớn
Hình 2 5 Đặt lõi thép tăng từ thông
Thay vì sử dụng nam châm vĩnh cửu, nam châm điện có thể được sử dụng làm phần cảm Quan hệ giữa cực từ của nam châm và dòng điện có thể được giải thích qua qui tắc bàn tay phải: hướng bốn ngón tay theo chiều dòng điện, ngón cái sẽ chỉ hướng cực bắc.
Để đạt được tốc độ quay cao và êm ái cho động cơ, việc sử dụng nhiều khung dây là cần thiết Dựa trên những lý thuyết này, máy khởi động đã được thiết kế và ứng dụng trong thực tế.
Hình 2 7 Máy khởi động thực tế
Cấu tạo hệ thống khởi động
Hình 2 8 Cấu tạo hệ thống khởi động 1: Ác quy 2: Khóa điện 3: Rơ Le khởi động 4: Công tắc an toàn khởi động 5: Động cơ khởi động 6: Cáp Pin
Hình 2 9 Ắc quy ô tô a) Nhiệm vụ
Pin ắc quy ô tô là bộ phận dự trữ năng lượng cần thiết cho việc khởi động hệ thống trong khoang máy Nó hoạt động như một thiết bị điện, lưu trữ năng lượng dưới dạng hóa học và chuyển đổi thành dòng điện khi cần thiết Mục đích chính của pin ô tô là cung cấp điện cho tất cả các mạch và các thành phần khác, bao gồm hệ thống đánh lửa và cung cấp điện bổ sung khi nhu cầu vượt quá khả năng của máy phát điện.
-Có cường độ phóng lớn, đủ cho máy khởi động điện (máy đề) hoạt động
- Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ chăm sóc bảo dưỡng
- Phóng nạp tuần hoàn có hiệu suất cao c) Phân loại
Có 2 loại ắc quy axit chì và ắc quy ắt kền Ắc quy ô tô có nhiều loại, tuy nhiên phổ biến và được trang bị nhiều nhất chính là ắc quy axit-chì Loại ắc quy này chứa tấm chì (Pb) ngập trong chất lỏng hỗn hợp gồm axit sunfuric (H2SO4) và nước Khi được sạc đầy, hỗn hợp này chứa 40% axit sunfuric và 60% nước
+Một số điều về pin/ắc quy ô tô bạn cần lưu ý:
Ắc quy ô tô lưu trữ năng lượng dưới dạng hóa học thay vì điện trực tiếp Hoạt động của ắc quy dựa vào phản ứng hóa học giữa tấm chì và dung dịch điện phân, quá trình này giải phóng năng lượng điện để cung cấp dòng điện cho xe ô tô.
- Khí hydro phát ra trong khi sạc pin rất dễ bắt lửa, do đó bạn cần thật cẩn thận trong khi sạc pin
Dung lượng của bình ắc quy thường được tính bằng ampe giờ (AH)
AH là tích số giữa dòng điện phóng và thời gian phóng điện Dung lượng này thay đổi theo nhiều yếu tố như dòng điện phóng, nhiệt độ của chất điện phân, tỉ trọng dung dịch, và điện thế cuối cùng sau khi phóng Các biến đổi của thông số của bình ắc-quy được trình bày qua các biểu đồ dưới đây.
Bình ắc quy sắt kền, hay còn gọi là ắc quy ankalin, được cấu tạo từ các bản cực dương làm bằng oxy hydrat - kền và bản cực âm bằng sắt thuần, ngâm trong dung dịch hyđrôxít kali Các bản cực có thiết kế phẳng, dẹp và được làm từ hợp kim thép mạ kền, với các quai ở trên để dễ dàng buộc chặt bằng bu lông, đảm bảo bản cực dương và âm được kết nối đúng cách.
Chiều dài, chiều ngang, chiều dày và số lượng bản cực sẽ quyết định dung lượng của bình ắc quy, với điện thế danh định là 1,2 vôn Điện thế thực tế của bình phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm trạng thái hở mạch, quá trình phóng điện và mức độ nạp Thông thường, điện thế hở mạch dao động từ 1,25 đến 1,35 vôn, tùy thuộc vào tình trạng nạp Chất lỏng trong bình là dung dịch hydrôxít kali, có thêm chất xúc tác như điôxít liti, tùy thuộc vào nhà sản xuất.
Nồng độ của dung dịch được biểu trưng bằng tỉ trọng đo được, không phụ thuộc vào loại bình ắc quy hay tình trạng phóng nạp của bình, vì nó không tham gia vào phản ứng hóa học.
Nhiệt độ 25 độ C (77 độ F) có trọng lượng riêng từ 1,210 đến 1,215 g/cm³ Tuy nhiên, trị số này có xu hướng giảm nhẹ theo thời gian do dung dịch bị cacbônát hoá khi tiếp xúc với không khí Khi trọng lượng riêng giảm xuống còn 1,160 g/cm³, nó có thể ảnh hưởng đến dung lượng của bình và yêu cầu phải thay thế Tình trạng này có thể xảy ra nhiều lần trong suốt vòng đời của bình.
Tỉ trọng của bình ắc quy chỉ thay đổi khi bình đã phóng điện vượt quá giới hạn bình thường, gần như đạt điện thế bằng không Lúc này, các phần tử liti sẽ chuyển ra dung dịch, làm tăng tỉ trọng từ 0,025 đến 0,030 g/cm³ Tuy nhiên, tác động này sẽ được loại bỏ khi bình ắc quy được nạp lại.
Dung lượng của bình ắc quy chì - axít và ắc quy sắt-kền có sự khác biệt về cách tính và các thông số hiệu chỉnh Đặc tuyến của bình ắc quy sắt-kền được thể hiện qua các hình ảnh dưới đây.
Hình 2 11 Đặc tính điện thế và thời gian phóng d) Nguyên tắc hoạt động
Bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion âm và ion dương
Hiện tượng chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện được gọi là phóng điện, trong khi quá trình chuyển đổi ngược lại, từ năng lượng điện sang năng lượng hóa học, được gọi là nạp điện.
Hình 2 12 Nguyên tắc hoạt động của ắc quy
Các cực dương của ắc-quy được nối với cực dương của nguồng điện một chiều, cực âm của ắc-quy được nối với cực âm của nguồn điện
Phản ứng nạp điện xẩy ra như sau:
Trong quá trình nạp dung dịch chất điện phân, tỷ trọng của dung dịch tăng lên trong khi lượng nước giảm dần Kết quả là, bản cực dương chuyển thành peôxit chì màu nâu, trong khi bản cực âm trở thành chì nguyên chất với màu xám.
Hình 2 13 Quá trình nạp điện
1: Vỏ bình 2: Bản cực dương 3:Máy phát điện một chiều 4:Bản cực âm 5:Tỉ trọng kế
Bản cực dương PbO2 và bản cực âm chì Pb phản ứng với dung dịch axit sulfuric H2SO4, tạo ra sunfat chì PbSO4 Quá trình này làm cho hai bản cực trở nên giống nhau, dẫn đến việc hiệu điện thế giữa chúng giảm và nồng độ dung dịch cũng giảm theo.
Quá trình phóng điện qua phụ tải bóng đèn diễn ra như sau:
Phản ứng phóng điện xẩy ra như sau:
Tại bản cực dương: PbO2 + H2SO4 = PbSO4 +H2O
Tại bản cực âm: Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2O
Để đảm bảo tuổi thọ cho ắc-quy, thời gian khởi động động cơ không nên vượt quá 10 giây và khoảng cách giữa hai lần khởi động tối thiểu là 15 giây Khi khởi động, ắc-quy cần phóng một cường độ dòng điện lớn, nhưng nếu thời gian phóng quá dài sẽ khiến bề mặt bản cực bị chai cứng do lớp chì sunfat hình thành Kết quả là bản cực bị sunfat hoá, ngăn cản phản ứng thuận diễn ra.
Hình 2 15 Bảng thông số kỹ thuật một số ắc quy ô tô
1:Tấm tiếp điểm 2:Trống xoay 3:Vỏ khoá
4:Xy lanh 5:Lò xo 6:Nắp công tắc
Khóa điện là một phần quan trọng trong hệ thống khởi động ô tô, được coi là "cửa ngõ" phân phối dòng điện đến các bộ phận cần thiết trong xe.
+ Khóa điện điều khiển 5 vị trí sau
Nguyên lý làm việc của máy khởi động
Hình 2 24 Sơ đồ máy khởi động
2.3.1 Khi động cơ chưa khởi động
Khi chưa đóng công tắc khởi động, lò xo 2 đẩy lõi thép 3 và thanh kéo
4 sang phải, đầu dưới cần gạt 5 kéo khớp 6 sang trái để vành răng của khớp
6 tách ra khỏi vành răng của bánh đà 8
Hình 2 25 Khi động cơ chưa khởi động
- Khi động cơ đã làm việc
Khi động cơ hoạt động, hãy tắt khóa khởi động để ngắt điện vào cuộn rơ le của bộ phận điều khiển và động cơ 1 Lò xo hồi vị 2 trong rơ le sẽ giãn ra, đẩy các bộ phận điều khiển và truyền động trở về vị trí ban đầu.
2.3.2 Khi khởi động động cơ
Hình 2 26 Khi khởi động động cơ
Khi khởi động động cơ đốt trong, việc đóng khóa khởi động sẽ kích hoạt rơ le khóa khởi động, khiến lõi thép 3 di chuyển sang trái qua cần gạt 5 Đồng thời, khớp truyền động 6 sẽ được đẩy sang phải để ăn khớp với vành răng của bánh đà 8.
2.3.3 Khi động cơ đã làm việc
Hình 2 27 Khi động cơ đã làm việc
Khi động cơ hoạt động, hãy tắt khóa khởi động để ngắt điện vào cuộn rơ le của bộ phận điều khiển và động cơ 1 Lò xo hồi vị 2 ở rơ le sẽ giãn ra, đẩy các bộ phận điều khiển và truyền động trở về vị trí ban đầu.
Các chế độ làm việc của máy khởi động
Máy khởi động điện dụng trên ôtô có ba chế độ làm việc đặc trưng:
Là chế độ mà khi đó trị số dòng khởi động đạt bằng trị số cực đại ( Ikd
Mômen điện từ (Mdt) và mômen (M2) của động cơ điện khởi động đạt giá trị tối đa khi bánh răng khởi động bắt đầu quay bánh đà của động cơ ôtô.
2.4.2 Chế độ quay vòng tua
Chế độ khởi động là thời điểm mà công suất truyền từ động cơ điện sang động cơ ôtô đạt giá trị cực đại Trong giai đoạn này, mômen động cơ (M2) trên trục khởi động phải lớn hơn hoặc bằng mômen cản (Mc) khi khởi động, tương ứng với tốc độ vòng quay tối thiểu (nmin).
Khi động cơ hoạt động độc lập, mômen cản trên trục động cơ khởi động giảm xuống mức tối thiểu, chủ yếu do lực ma sát trong các ổ đỡ Tốc độ quay của động cơ điện khởi động đạt giá trị cực đại trong chế độ này, điều này có ảnh hưởng lớn đến độ bền của cổ góp và các ổ đỡ của động cơ.
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG MÁY KHỞI ĐỘNG TRÊN XE TOYOTA VIOS 2018
Giới thiệu chung về toyota vios 2018
Toyota Vios 2018 là mẫu xe bán chạy nhất tại Việt Nam, luôn đứng trong top đầu bảng xếp hạng xe bán chạy hàng tháng Để đối phó với sự cạnh tranh ngày càng gia tăng từ các đối thủ như Honda City, Mazda 2 sedan, Kia Rio và sự ra mắt của Suzuki Ciaz, hãng xe hàng đầu thế giới đã thực hiện những cải tiến đáng kể cho mẫu xe này.
Toyota Vios 2018 là một trong những mẫu xe sedan cỡ nhỏ nổi bật với giá cả hợp lý và tính ổn định cao Được mệnh danh là “vua giữ giá”, Toyota Vios không chỉ có giá trị kinh tế cao mà còn duy trì giá trị tốt nhất trong các dòng xe của Toyota Điều này giúp mẫu xe này khẳng định vị thế vững chắc trong lòng người tiêu dùng tại Việt Nam và các thị trường quốc tế.
Hình 3 2 Doanh số bán xe Toyota Vios tháng 1/2018
Phiên bản 2018 của Toyota Vios sở hữu động cơ 4 xylanh, 16 van cam kép với công nghệ VVT-i, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm chi phí bảo dưỡng Cả Vios E và G đều sử dụng động cơ 1NZ-FE 1.5L, trong khi Vios J trang bị động cơ 2NZ-FE 1.3L Với dung tích bình nhiên liệu 42 lit, người dùng hoàn toàn yên tâm khi di chuyển xa, tiết kiệm thời gian và nhiên liệu.
Hình 3 3 Công nghệ van biến thiên VVT-I trên xe Toyota Vios 2018
Hình 3 4 Bảng thông số kỹ thuật trên xe Toyota Vios 2018
Cấu tạo, hoạt động hệ thống máy khởi động động cơ 1NZ-FE trên xe
Hệ thống khởi động động cơ 1NZ-FE trên xe Toyota Vios sử dụng máy khởi động bánh răng đồng trục, bao gồm các chi tiết tháo rời như dẫn động, phanh hãm, ly hợp, bộ giảm chấn, cụm rô to, cụm stato, cụm giá đỡ chối than và khung đầu cổ góp.
Hình 3 5 bộ phận tháo rời của máy khởi động động cơ 1NZ-FE
1: Cụm công tắc từ 2: Phần ứng và ổ bi cầu 3 : Vỏ máy khởi động
4:Chổi than và giá đỡ chổi than 5:Ly hợp khởi động
6:Bánh răng khỏi động và then xoắn
-Ăn khớp và ngắt bánh răng dẫn động khởi động với vành răng
Công tắc từ này cũng hoạt động theo ba bước khi máy khởi động hoạt động
- Kéo (hút vào), Giữ, Hồi vị (nhả về)
Hình 3 7 Dòng điện chế độ hút
Khi bật khoá điện ở vị trí START, dòng điện từ ắc quy sẽ đi vào cuộn giữ và cuộn kéo, tạo ra lực điện từ Dòng điện này làm quay phần ứng qua cuộn cảm với tốc độ thấp, đồng thời từ hoá các lõi cực Kết quả là píttông của công tắc từ bị kéo vào lõi cực của nam châm điện, dẫn đến việc bánh răng khởi động được đẩy ra và ăn khớp với vành răng bánh đà.
Hình 3 8 Dòng điện ở chế độ giữ
Khi công tắc chính được bật, dòng điện không chạy qua cuộn giữ, cuộn cảm và cuộn nhận trực tiếp dòng điện từ ắc quy Cuộn dây phần ứng bắt đầu quay với tốc độ cao, khởi động động cơ Lúc này, píttông được giữ nguyên nhờ lực điện từ của cuộn giữ, vì không có lực điện từ chạy qua cuộn hút.
Hình 3 9 Dòng điện ở chế độ nhả về
Khi khoá điện chuyển từ vị trí START sang ON, dòng điện từ công tắc chính đi vào cuộn giữ và cuộn kéo Lúc này, lực điện từ giữa hai cuộn triệt tiêu lẫn nhau, không giữ được píttông Kết quả là píttông bị kéo lại bởi lò xo hồi vị, dẫn đến việc công tắc chính ngắt và máy khởi động dừng lại.
3.2.2 Phần ứng và ổ bi cầu
Hình 3 10 Phần ứng và ổ bi cầu
Phần ứng tạo ra lực làm quay mô tơ và ổ bi cầu đỡ cho lõi (phần ứng) quay ở tốc độ cao
Hình 3 11 Vỏ máy khởi động
Vỏ máy khởi động tạo ra từ trường cần thiết để mô tơ hoạt động, đồng thời bảo vệ các cuộn cảm và lõi cực, đồng thời khép kín các đường suất từ Cuộn cảm được mắc nối tiếp với phần ứng, đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
3.2.4 Chổi than và giá đỡ chổi than
Hình 3 12 Chổi than và giá đỡ chổi than
Chổi than được gắn vào cổ góp của phần ứng thông qua các lò xo, giúp dòng điện từ cuộn dây truyền tới phần ứng theo một chiều nhất định Chổi than được chế tạo từ hỗn hợp đồng cơ cácbon, mang lại khả năng dẫn điện tốt và độ bền cao Các lò xo này nén vào cổ góp phần ứng, đảm bảo phần ứng dừng lại ngay sau khi máy khởi động bị ngắt.
Khi lò xo chổi than yếu hoặc chổi than mòn, tiếp điểm điện giữa chổi than và cổ góp sẽ không đủ để dẫn điện Điều này làm tăng điện trở tại điểm tiếp xúc, dẫn đến giảm dòng điện cung cấp cho mô tơ và giảm mô men.
Hình 3 13 Ly hợp máy khởi động
Khi động cơ khởi động, nếu bánh răng li hợp bên ngoài quay nhanh hơn trục then bên trong, con lăn li hợp sẽ bị đẩy vào vị trí hẹp của rãnh, dẫn đến việc lực quay của bánh răng li hợp được truyền tới trục then.
Sau khi khởi động động cơ, khi trục then bên trong quay nhanh hơn bánh răng li hợp bên ngoài, con lăn li hợp sẽ bị đẩy ra chỗ rộng của rãnh, dẫn đến việc bánh răng li hợp quay không tải.
Hình 3 14 Ly hợp khi động cơ quay khởi động 3.2.6 Bánh răng khởi động chủ động và then xoắn
Hình 3 15 Bánh răng khởi động chủ động và then xoắn
Cơ cấu ăn khớp của bánh răng:
Khi bánh răng dẫn động khởi động và vành răng ăn khớp, công tắc từ và lò xo tạo ra lực kéo Khi công tắc chính được bật, lực quay của phần ứng tăng lên, một phần lực này được chuyển thành lực đẩy bánh răng dẫn động khởi động thông qua then xoắn Như vậy, bánh răng dẫn động khởi động được kết nối với vành răng bánh đà nhờ lực hút từ công tắc từ, lực quay của phần ứng và lực đẩy từ then xoắn.
Hình 3 16 Cơ cấu ăn khớp
Cơ cấu nhả khớp cửa bánh răng
Khi bánh răng dẫn động khởi động làm quay vành răng thì xuất hiện áp lực cao trên bề mặt răng của hai bánh răng
Khi khởi động động cơ, tốc độ quay của vành răng cao hơn so với bánh răng dẫn động, dẫn đến việc vành răng quay bánh răng dẫn động Lực quay này một phần được chuyển đổi thành lực đẩy dọc trục thông qua then xoắn, giúp tăng cường sự ăn khớp giữa hai bánh răng Cơ cấu li hợp máy khởi động có tác dụng ngăn chặn việc truyền lực quay từ máy khởi động tới bánh răng dẫn động, làm giảm áp lực giữa các bề mặt răng của hai bánh răng Kết quả là bánh răng dẫn động dễ dàng được kéo ra khỏi sự ăn khớp.
Hình 3 17 Cơ cấu nhả khớp
Bánh răng dẫn động khởi động được thiết kế với mép vát giúp dễ dàng ăn khớp Chức năng của nó là chuyển đổi lực quay từ mô tơ thành lực đẩy, hỗ trợ hiệu quả trong quá trình khởi động.
Các thông số hệ thống khởi động 1NZ-FE
Hình 3 18 Bảng thông số sửa chữa hệ thống khởi động 1NZ-FE
Hình 3 19 Momen xiết các chi tiết hệ thống khởi động
3.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống khởi động động cơ 1NZ-FE trên xe Toyota Vios
Mạch điện hệ thống khởi động động cơ 1NZ-FE bao gồm các thành phần chính như ắc quy, cụm máy khởi động, rơ le khởi động, rơ le cắt ACC, cụm công tắc khởi động của ly hợp, công tắc vị trí P/N của hộp số, diode khởi động, khóa điện, ECM và các giắc kết nối cùng với cầu chì.
Khi người lái bật khóa điện về nấc ST2 (Start), ECM sẽ điều khiển hệ thống khởi động Để khởi động, người lái cần đạp hết côn và đưa tay số về vị trí N (đối với số sàn) hoặc P (đối với số tự động), lúc này cụm công tắc khởi động của ly hợp và cụm công tắc vị trí P/N sẽ được đóng.
Dòng điện từ ắc quy sẽ đi qua khóa điện, nấc ST2, vị trí STSW và STAR của ECM, tiếp theo là công tắc khởi động ở ly hợp hoặc công tắc vị trí P/N của hộp số, rồi qua cuộn dây của rơ le khởi động và cuối cùng trở về mát.
Trong hệ thống số tự động, dòng điện từ ắc quy đi qua khóa điện và các vị trí ST2, STSW, STA của ECM, cũng như công tắc vị trí P/N của hộp số, trước khi đến cuộn dây của rơ le khởi động và trở về mát Đồng thời, ECM sẽ ngắt nguồn điện từ ắc quy đến hệ thống điều hòa thông qua rơ le cắt ACC, giúp tập trung nguồn điện cho hệ thống khởi động.
Dòng điện từ ắc quy sẽ đi qua cầu chì 30A và rơ le khởi động, sau đó qua cuộn dây cụm công tắc từ Khi công tắc từ đóng lại, dòng điện sẽ được truyền đến động cơ điện một chiều của máy khởi động, giúp máy khởi động quay về mát.
Hình 3 20 Sơ đồ mạch điện hệ thống khởi động 1NZ-FE
QUY TRÌNH THÁO LẮP,PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA BẢO DƯỠNG VÀ CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN XE
Chẩn đoán hư hỏng hệ thống khởi động trên xe toyota vios
4.1.1 Đóng mạch điện cho máy khởi động nhưng máy khởi động không quay
Cầu chì bị đứt hoặc tiếp xúc không tốt
Khóa điện có dòng điện từ 20-30A qua cuộn hút, dẫn đến thời gian sử dụng lâu ngày Sự cháy xém tại tiếp điểm tạo ra màng điện trở, làm giảm điện áp trên tiếp điểm của khóa điện, dẫn đến điện áp cung cấp cho cuộn hút giảm, không đủ để duy trì hoạt động.
Do tiếp điểm bị cháy xém tạo thành màng điện trở hoặc tiếp điểm cháy rộ
Do dây dẫn từ của rơ le phụ hoặc khoá điện tới rơ le gài bi đứt hoặc tiếp xúc không tốt
Ắc quy bị yếu điện
Đầu ắc quy hoặc dây cáp bị gỉ, bị lỏng
Cách khắc phục :Sạc hoặc thay thế ác quy ,thay dây cáp,thay cầu chì làm sạch các tiếp điểm
Hình 4 1 Thay cáp ắc quy
4.1.2 Máy khỏi động quay nhưng có tiếng va đập
Bánh răng truyền động hoặc vành bánh răng đà trên trục khuỷu có thể bị hỏng, dẫn đến tình trạng không ăn khớp Ngoài ra, bánh răng máy đề và vành răng bánh đà cũng có thể gặp vấn đề như toe hoặc mẻ đầu răng.
Khi cuộn giữ của rơ le gài bị đứt, tiếp điểm của rơ le gài sẽ đóng và dòng điện qua cuộn dây hút giảm xuống bằng 0 Điều này khiến cuộn giữ hở mạch, dẫn đến việc tiếp điểm động của rơ le gài tách ra Khi đó, dòng điện cuộn hút lại xuất hiện, tiếp điểm đóng trở lại, làm cho bánh răng khớp và sau đó nhả ra.
Cách khắc phục : Thay bánh răng,nối liền cuộn giữ hoặc thay thế
Hình 4 2 Vành răng bánh đà bị mòn
4.1.3 Máy đề vẫn quay khi nhả khóa điện
Tiếp điểm của rơ le gài hoặc rơ le phụ cháy dính vào nhau
Lò xo hồi vị của rơ le gài quá yếu hay bị gãy
Trục rô to và tiết hợp một chiều quá bẩn, bị kẹt do thiếu dầu mỡ bôi trơn
Dây điện bị chạm làm cho rơ le gài hút
Thay lò xo hồi vị của rơ le,làm sach trục roto
Quy trình tháo lắp máy khởi động trên xe toyota vios
Trước khi tháo cáp âm ra khỏi ắc quy, hãy ghi lại những thông tin lưu trong ECU
• DTC (Mã chẩn đoán hư hỏng)
• Tần số đài đã chọn
• Vị trí ghế (với hệ thống nhớ)
• Vị trí vôlăng(với hệ thống nhớ)
Hình 4 3 Tháo cáp âm của ác quy
(1) Tháo nắp bảo vệ ngăn mạch
(2) Tháo đai ốc bắt cáp máy đề
(3) Tháo cáp máy đề ra khỏi cực 30 của máy đề
4.2.2 Tháo giắc nối của máy đề Ấn vấu hãm của giắc, và cầm vào thân giắc để tháo giắc ra
Hình 4 5 Tháo giắc nối máy đề
Tháo bulong bắt máy đề và trượt máy đề để tháo nó ra
Hình 4 6 Tháo bulong máy đề
4.2.4 4.2.5 Tháo cụm công tắc từ
(1) Tháo đai ốc bắt và tháo dây dẫn
2 Tháo cụm công tắc từ
(1) Tháo 2 đai ốc và kép công tắc từ về phía sau
(2) Kéo đầu của công tắc từ lên trên và nhả móc của móc ra khỏi cần dẫn động
Hình 4 7 Tháo cụm công tắc từ
1 Dây dẫn 2 Vỏ máy đề 3 Công tắc từ 4 Cần dẫn động 5 Móc 4.2.5 Tháo cụm stato
(2) Tháo nắp đầu cổ góp
(3) Tách vỏ máy đề ra khỏi stato
1 Vỏ sau 2 Stato 3 Vỏ máy đề 4 Cần dẫn động
4.2.6 Tháo lò xo chổi than
1 Tháo lò xo chổi than
(1) Giữ trục của rôto lên êtô giữa những tấm nhôm hay giẻ
Hình 4 9 Tháo Lò xo chổi than
(2) Nhả khoá vấu hãm và tháo đĩa
Kéo vấu hãm lên bằng ngón tay để tháo đĩa
Tháo dần đĩa ra nếu không lò xo chổi thân có thể bay ra ngoài
(3) Tháo chổi than trong khi ép lò xo bằng tô vít đầu dẹt
• Hãy thực hiện công việc với tô vít có quấn băng dính
• Hãy thực hiện công việc này với giẻ trên giá đỡ chổi than do lò xo chổi
Than có thể văng ra
Hình 4 10 Tháo lò xo chổi than khi ép bằng tô vít
1 Chổi than 2 Lò xo chổi than
(4) Tháo lò xo chổi than ra khỏi tấm cách điện giá đỡ
2 Tấm cách điện giá đỡ chổi than
Hình 4 11 Tháo lò xo chổi than ra khỏi tấm cách điện
(5) Tháo tấm cách điện giá đỡ chổi than
1 Tấm cách điện giá đỡ chổi than
Hình 4 12 Tháo tấm cách điện giá đỡ chổi than
4.2.8 Tháo cụm ly hợp máy đề
1 Tháo ly hợp của máy đề
(1) Tháo cụm rôto của máy đề ra khỏi stato và giữ rôto lên êto giữa những tấm nhôm mềm hay giẻ
Hình 4 14 Tháo cụm ly hợp máy đề
(2) Trượt bạc chặn xuống dưới bằng cách gõ vào nó với tô vít đầu dẹt
1 Mở miệng của phanh hãm bằng tô vít đầu dẹt
(4) Tháo bạc chặn và ly hợp máy đề ra khỏi trục roto
Quy trình sửa chữa của máy khởi động
Quy trình sửa chữa máy khởi động gồm 6 bước: tháo – tháo rời – kiểm tra
Hình 4 15 Quy trình kiểm tra
1 Tháo cực âm của bình ắc-quy
2 Tháo đế máy gồm: tháo nắp bảo vệ và ngăn mạch, tháo đai ốc bắt cáp đến máy, tháo giắc nối của đế máu và tháo đế máy
Hình 4 16 Tháo cực âm ác quy
1 Tháo cụm công tắc từ gồm: tháo công tắc từ và cần dẫn động
2 Tháo cụm stato gồm: tháo stato, lắp sau và vỏ nắp máy
3 Tháo lò xo chổi than
5 Tháo cụm ly hợp máy đề gồm: ly hợp máy đề, bạc chặn và phanh hãm
Hình 4 17 Tháo rời máy khởi động
1 Kiểm tra cụm roto máy đề: quan sát bằng mắt xem cuộn dây roto và cổ góp xem có bị bẩn hay không Nếu bẩn và cháy sẽ khiến máy đề hoạt động không đúng Nếu bẩn, hãy vệ sinh cụm roto bằng chổi và khăn lau
2 Kiểm tra thông mạch và cách điện của roto: dùng đồng hồ điện để kiểm tra cách điện giữa cổ góp, lõi roto và thông mạch giữa các thanh dẫn điện của cổ góp
3 Kiểm tra độ bảo hướng kính, đường kính ngoài và độ sâu của rãnh cổ góp
4 Kiểm tra cuộc cảm: dùng đồng hồ đo điện để kiểm tra thông mạch giữa các dây dẫn chổi than và dây dẫn, cách điện giữa chổi than và phần cảm
5 Kiểm tra chổi than: vệ sinh sạch và kiểm tra bằng thước kẹp
6 Kiểm tra cụm ly hợp máy đề bằng tay và kiểm tra khớp nối một chiều có ở trạng thái hãm hay không
7 Kiểm tra cụm công tắc từ
8 Kiểm tra thông mạch của công tắc từ: dùng đồng hồ đo
1 Lắp cụm ly hợp máy đề gồm: ly hợp máy đề, bạc chặn và phanh hãm
2 Lắp cụm rô to máy đề
3 Lắp lò xo chổi than máy đề
4 Lắp cụm stato máy đề gồm vỏ máy đề, nắp sau và stato máy đề
5 Lắp cụm công tắc từ máy đề gồm công tắc từ máy đề và cần dẫn động
Hình 4 18 Lắp ráp máy khởi động
Cấp điện trực tiếp từ ắc quy để kiểm tra các chức năng như kéo và giữ, đồng thời kiểm tra khe hở của bánh răng chủ động, chức năng đàn hồi của bánh răng chủ động và thực hiện thử nghiệm không tải.
2 Nối cáp âm của ắc quy
Hình 4.1 Lắp máy khởi động lại động cơ
Ô tô ngày càng trở nên phổ biến tại Việt Nam, không chỉ là phương tiện di chuyển cá nhân mà còn phục vụ cho việc vận chuyển hành khách và hàng hóa Sự bùng nổ số lượng ô tô, đặc biệt là các mẫu xe mới trong những năm gần đây, đã tạo ra nhu cầu lớn về đào tạo nguồn nhân lực trong lĩnh vực bảo dưỡng và sửa chữa ô tô.
Xuất phát từ nhu cầu trên em đã được giáo viên bộ môn giao cho đề tài:
Nghiên cứu hệ thống khởi động trên xe TOYOTA VIOS nhằm cung cấp kiến thức cơ bản về lý thuyết và thực hành bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống khởi động Bài viết được tổ chức theo các chương, bao gồm tổng quan về hệ thống khởi động, sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc, cùng quy trình tháo lắp, phương pháp kiểm tra bảo dưỡng và chẩn đoán hư hỏng Mỗi bộ phận của hệ thống khởi động được phân tích một cách rõ ràng, giúp người đọc nắm bắt thông tin một cách dễ dàng.
Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã kết hợp kinh nghiệm thực tiễn và lý thuyết về sửa chữa ô tô để cập nhật những kiến thức mới nhất, nhằm đáp ứng yêu cầu sửa chữa cho xe TOYOTA VIOS.
Mặc dù thời gian thực hiện đề tài hạn chế, nhưng nhờ sự hỗ trợ của thầy Ts Vũ Hải Quân từ Khoa Công nghệ ô tô, tôi đã hoàn thành đề tài của mình Trong quá trình thực hiện, không tránh khỏi những sai sót và tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ thầy và các bạn để hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
