Yêu cầu của hệ thống khởi độngNhững yêu cầu kĩ thuật đối với HTKĐ.+ Kết cấu gọn nhẹ, chắc chắn, làm việc ổn định với độ tin cậy cao.+ Lực kéo tải sinh ra trên trục của máy khởi động phải
Trang 1HỆ THÔNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI : HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN XE VIOS KHOA : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Nguyễn Trung Kiên
Trang 2TLời nói đầu
heo xu hướng phát triển toàn cầu hoá, nền kinh tế Việt Nam đangtiến sang một thời kì mới thời kỳ Công nghiệp hóa, hiện đại hoá đấtnước gắn liền với việc mở rộng quan hệ hợp tác kinh tế với các nước
trong khu vực và trên toàn thế giới Sự chuyển đổi này đã ảnh hưởng rõ rệt đến hoạtđộng kinh tế cũng như những hoạt động khác của xã hội.Trong nhiều năm gần đâycùng với sự phát triển của kinh tế,khoa học kỹ thuật và nhu cầu của con người tốc độgia tăng số lượng và chủng loại ô tô ở nước ta khá nhanh Nhằm thỏa mãn càng nhiềunhu cầu về giao thông vận tải và thị hiếu của con người Nhiều hệ thống trang thiết bịcũ kỹ trên ô tô đã dần được thay thế bởi các hệ thống kết cấu hiện đại Tuy vậy chúngta cũng gặp không ít khó khăn trong việc khai thác sử dụng và làm quen với các hệthống đó Hơn nữa khi công nghệ sản xuất ô tô liên tục được nâng lên theo xu thếcạnh tranh kéo theo sự thay đổi cơ bản trong công nghệ sửa chữa thì một số thói quentrong sử dụng, sửa chữa cũng không còn thích hợp Chuyển từ việc sửa chữa chi tiếtsang sửa chữa thay thế Do đó trong quá trình khác thác nhất thiết phải sử dụng kỹthuật chuẩn đoán.
Trên thị trường Việt Nam hiện nay đã xuất hiện nhiều chủng loại xe khác nhau củacác hãng như Toyota,Camry,Honda,Mekong Auto, Isuzu Mỗi hãng xe khác nhau cócông nghệ sản xuất khác nhau,thậm chí cùng 1 hãng xe ở những dòng xe khác nhaucũng có cấu tạo và kỹ thuật chuẩn đoán khác nhau Do vậy để làm tốt công tác quảnlý chất lượng ô tô, có thể quyết định nhanh chóng các tác động kỹ thuật tiếp sau, cầnthiết phải nắm vững kỹ thuật chuẩn đoán trên ô tô ngày nay.Chuẩn đoán trên ô tô làmột công tác phức tạp cần đòi hỏi người tiến hành phải nắm được kết cấu cụ thể.Cũng để giúp cho các sinh viên của trường ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI có thể tìmhiểu sâu hơn vấn đề này giảng viên Ths Nguyễn Trung Kiên đã giao cho chúng emtìm hiểu đề tài“Nghiên cứu hệ thống khởi động ’’ Do thời gian, điều kiện nghiên cứvà trình độ còn nhiều hạn chế nên bài tập lớn môn học của nhóm chúng em khôngtránh khỏi những thiếu sót.Em rất mong nhân được sự giúp đỡ của thầy giáo và cácbạn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths Nguyễn Trung Kiên đã giúp đỡ chúng em
hoàn thành bài tập lớn môn học này
Trang 3MỤ L C C Ụ
CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 2
1.Vai trò, nhiệm vụ của hệ thống khởi động 2
1.1 Vai trò 2
1.2 Nhiệm vụ 2
2 Yêu cầu, phân loại hệ thống khởi động 2
2.1 Yêu cầu của hệ thống khởi động 2
2.2 Phân loại hệ thống khởi động 3
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỒNG KHỞI ĐỘNG 10
1 Nguyên lý hoạt động của máy khởi động: 10
1.1 Nguyên lý tạo ra mô men: 10
1.2 Nguyên lý quay liên tục 12
1.3 Lý thuyết trong động cơ điện thực tế 13
2 Hoạt động của hệ thống khởi động 14
3 Các chế độ làm việc của máy khởi động: 16
CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 17
1.Cấu tạo, hoạt động hệ thống khởi động động cơ 1NZ-FE trên xe Toyota Vios 17
Kết cấu các bộ phận tháo rời của máy khởi động động cơ 1NZ- 17
1.1: Công tắc từ < Rơle gài khớp> 18
Trang 4CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 1.Vai trò, nhiệm vụ của hệ thống khởi động
1.1 Vai trò
- Hệ thống khởi động đóng vai trò quan trọng nhất trong hệ thống điện ôtô.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 được hút vào bên trong xylanh, được nén và đốt cháy để quay động cơ Hầu hết các động cơ đòi hỏi tốc độ quay khoảng 200rpm.
- Khi bạn khởi động động cơ nó không thể tự quay với công suất của nó Trước khi tia lửa điện xuất hiện ta phải dùng lực từ bên ngoài để làm quay động cơ Máy khởi động thực hiện công việc này Máy khởi động sẽ ngừng hoạt động khi động cơ đã nổ
- Có hai hệ thống khởi động khác nhau được dùng trên xe.Cả hai hệ thống này đều có mạch điện riêng…một mạch điều khiển và một mạch motor.Một hệ thống có motor khởi động riêng Hệ thống này được dùng trên hầu hết các dòng xe đời cũ Loại còn lại có motor khởi động giảm tốc Hệ thống này được dùng trên hầu hết các dòng xe hiện nay.Một công tắc từ công suất lớn hay Solenoid sẽ đóng mở motor Nó là thành phần của cả hai mạch điều khiển và mạch motor.
1.2 Nhiệm vụ
Hệ thống khởi động có nhiệm vụ làm quay trục khuỷu của động cơ đến một tốc độ nhất định để khởi động cơ tự nổ máy được.
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.
2 Yêu cầu, phân loại hệ thống khởi động2.1 Yêu cầu của hệ thống khởi động
Những yêu cầu kĩ thuật đối với HTKĐ.
+ Kết cấu gọn nhẹ, chắc chắn, làm việc ổn định với độ tin cậy cao.
+ 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.
Trang 5+ 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.
Ngoài ra phải đảm bảo các yêu cầu khác: + Phải đảm bảo khởi động lại được nhiều lần.
+ Tỷ số truyền từ bánh răng của máy khởi động và vành răng của bánh đà nằm trong giới hạn (từ 9 đến 18).
+ Chiều dài và điện trở của dây dẫn nối từ ắc quy đến máy khởi động phải nằm trong giới hạn quy định (l < 1m) Điều này đảm bảo rằng độ sụt áp trên dây dẫn khi khởi động là nhỏ nhất.
2.2 Phân loại hệ thống khởi động
2.2.1 Phân loại HTKĐ theo phương pháp khởi động.a Khởi động bằng tay.
Phương pháp này dùng tay quay hoặc tay kéo để quay trục khuỷu động cơ.
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống khởi động bằng tay quay.
1- Vành răng bánh đà; 2- Bánh răng khởi động; 3- Cần gạt ly hợp; 4-Lyhợp; 5, 7- Cơ cấu hành tinh; 6- Bánh đà cân bằn; 8- Tay quay.
Nguyên lý hoạt động :
Khi người khởi động tiến hành quay tay quay (8) thì mô men được truyền từ tay quay (8) đến cơ cấu hành tinh (7) đến cần C của cơ cấu hành tinh qua bánh rang trung gian, mô men từ các bánh răng trung gian này được truyền đến cơ cấu hành tinh (5) kết nối với ly hợp đến vành răng khởi động Cần gạt ly hợp (3) giúp kết nối vành răng khởi động và vành răng bánh đà.
Ưu điểm: Khởi động đơn giản.
Nhược điểm: Điều kiện lao động của người sử dụng khá nặng nhọc và đôi khi
dễ gây tai nạn lao động nhất là lúc động cơ quay ngược chiều quay quy định.
Ứng dụng: Phương pháp này đươc ứng dụng hầu hết trên các động cơ xăng và
diesel công suất nhỏ
Trang 6b Hệ thống khởi động bằng động cơ thủy lực.
Hình 1.2 Sơ đồ khởi động bằng động cơ thủy lực.
1- Bình tích năng lượng; 2- Màng ngăn cách; 3- Tay điều khiển; 4- Bình chứadầu thủy lực; 5- Động cơ thủy lực; 6- Bơm dầu; 7- Thanh răng; 8- Bánh răng;
9- Lò xo.
Cấu tạo, nguyên lý làm việc:
Sơ đồ 1.2 gồm các bộ phận chính: 1 bình tích năng lượng, 2 động cơ thủy lực, 1 bình chứa dầu và 1 bơm dầu nhờn Bên trong bình tích năng lượng có màng ngăn cách bình thành 2 phần: phần trên chứa khí trơ( thường là Ni tơ), phần dưới chứa chất lỏng công tác Hai động cơ thủy lực có cán piston là thanh răng thường xuyên ăn khớp với bánh răng của trục truyền động Trục truyền động nối với trục khuỷu của động cơ.
Khi khởi động, ta gạt tay điều khiển để mở van cho chất lỏng trong bình tích năng chảy tới động cơ thủy lực, làm thanh răng chuyển động Bánh răng của trục truyền động quay, từ đó làm trục khuỷu động cơ quay Sau mỗi lần khởi động, lò xo ở cuối thanh răng sẽ đẩy piston của động cơ thủy lực về vị trí ban đầu và chất lỏng công tác về lại bình chứa Bơm có nhiệm vụ bơm dầu lên bình tích năng để chuẩn bị cho lần khởi động tiếp theo.
Ưu điểm: Khởi động chắc chắn, số lần khởi động không hạn chế.Nhược điểm: Cấu tạo, sử dụng phức tạp khi bảo dưỡng 2 động cơ.
Trang 7Ứng dụng: Phương pháp khởi động bằng động cơ thủy lực thường chỉ áp dụng
cho các động cơ diesel cỡ nhỏ, làm việc trong điều kiện nhiệt độ đặc biệt thấp.
c Hệ thống khởi động bằng không khí nén.
Để khởi động người ta đưa khí nén vào buồng đốt ở đầu thời kỳ sinh công, dung công dãn nở của khí nén làm piston chuyển động Để phân phối khí nén đến các xilanh người ta dùng một loại van đặc biệt.
Yêu cầu khởi động bằng khí nén:
- Để động cơ có thể khởi động bằng khí nén khi piston ở bất kỳ vị trí nào chỉ có thể thực hiện được với động cơ có nhiều xilanh Cụ thể động cơ 4 kỳ thì ít nhất phải có 6 xilanh và động cơ 2 kỳ ít nhất có 4 xilanh.
- Khí nén phải đủ áp lực để làm quay trục khuỷu dễ dàng (thông thường từ 10 - 30 kg/cm2) Lượng khí nén phải đủ để khởi động động cơ được 10 - 20 lần.
- Khí nén vào khởi động động cơ phải ở thời kỳ sinh công của từng xilanh và theo đúng thứ tự nổ của động cơ Thời gian khí nén vào xilanh phải kết thúc trước khi xupáp xả của xilanh đó mở
Ưu điểm: Lực khởi động lớn.
Nhược điểm: Hệ thống này rất cồng kềnh và phức tạp.
Ứng dụng: Phương pháp này thường ứng dụng cho các động cơ tĩnh tại và tàu
thủy cỡ lớn, tốc độ thấp hay trung bình.
Hệ thống khởi động bằng khí nén có 2 loại:
- Hệ thống khởi động trực tiếp bằng không khí nén.
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống khởi động trực tiếp bằng không khí nén.
1- Máy nén gió; 2- Chai gió; 3- Van chặn chính; 4- Van khởi động chính; 5- Taykhởi động; 6- Đĩa chia gió; 7- Đường gió phụ; 8- Các van khởi động.
Nguyên lý làm việc:
Trang 8- Trước khi khởi động phải kiểm tra áp lực chai gió (2).
- Khi mở van (3) khí nén từ bình (2) vào hộp van khởi động (4) Khi ta ta ấn tay khởi động, gió vào đĩa chia gió (6) là hộp van phân phối Khí nén từ bộ phận phân phối lần lượt vào các xilanh theo thứ tự nổ của động cơ, qua các xupáp khởi động tác dụng lên piston làm quay trục khuỷu Tốc độ trục khuỷu tăng dần và đến khi tự làm việc được thì ngừng ấn tay (5) cho hoạt động bằng nhiên liệu Khoá van (3) lại, khí nén theo đường (7) ra ngoài bảo đảm an toàn.
- Áp lực ở chai gió (2) thiếu thì dùng máy nén (1) bổ sung đạt đến áp lực yêu cầu.
- Hệ thống khởi động gián tiếp bằng không khí nén.
Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống khởi động gián tiếp bằng không khí nén.
1- Máy nén gió; 2- Chai gió; 3- Van chặn chính; 4- Van khởi động chính; 5- Vankhởi động; 6- Tay khởi động; 7- Đường gió phụ; 8- Đường gió chính; 9- Các
xupáp khởi động; 10- Đĩa chia gió.
Nguyên lý làm việc:
- Khi mở van (3), khí nén từ chai gió (2) vào hộp (4) theo đường (T) lên hộp van (5) theo đường (H) vào phần trên hộp van khởi động chính (4) tạo nên sự cân bằng áp suất nên hộp van khởi động đóng chặt Khi ấn tay khởi động (6) xuống, mở thông đường (H) và (C) nên khí nén trên hộp (4) theo đường (C) ra ngoài tạo nên sự chênh lệch áp suất, do đó hộp (4) mở khí nén ra và được chia làm 2 đường: đường gió chính và đường gió tới đĩa chia gió
- Phần lớn khí nén chủ yếu theo đường (8) đến chờ sẵn ở các xupáp khởi động đó là đường gió chính để khởi động.
- Phần kia vào đĩa chia gió (10) sau đó vào phần trên của xupáp khởi động theo thứ tự nổ của động cơ, nhờ trục phân phối tác động vào đĩa chia gió để thông đường gió phụ tới từng xupáp khởi động Mở xupáp khởi động cho đường gió chính vào xilanh để khởi động động cơ.
- Khi khởi động xong, ngừng ấn tay khởi động, khoá van (3) và nạp bổ sung nhờ máy nén khí
Trang 9d Hệ thống khởi động bằng động cơ xăng phụ.
Động cơ xăng phụ thường có công suất bằng 15-20% công suất của động cơ chính Thiết bị truyền động từ động cơ khởi động sang động cơ chính gồm có cơ cấu li hợp tự động và cơ cấu giảm tốc Cơ cấu giảm tốc thường là 1 bánh răng nhỏ lắp vào đầu trục của động cơ khởi động ăn khớp với vành răng lắp trên bánh đà động cơ chính
Hình 1.5 Hệ thống khởi động bằng động cơ xăng phụ.
1- Động cơ chính; 2- động cơ xăng phụ; 3- Cơ cấu li hợp; 4- Hộp bánh đà; 5-Cơ cấu khởi động động cơ xăng phụ.
Nguyên lý làm việc:
Để khởi động động cơ chính (1), trước hết phải khởi động động cơ xăng phụ (2) nhờ cơ cấu khởi động (5) (có thể bằng tay hoặc dùng động cơ điện) Trên hình 1.2 trình kiểu khởi động động cơ phụ bằng dây quấn quanh puli của động cơ phụ.
Khi động cơ phụ đã ổn định, người điều khiển đóng ly hợp (3) để mô men truyền qua bánh đà quay trục khuỷu của động cơ chính Cơ cấu li hợp cũng phải có chức năng như 1 khớp 1 chiều để không cho mô men động cơ chính truyền cho động cơ phụ khi động cơ chính đã nổ.
Ưu điểm: Số lần khởi động không hạn chế.
Nhược điểm: Cấu tạo và thao tác với hệ thống tương đối phức tạp.
Ứng dụng: Phương pháp khởi động bằng động cơ xăng phụ thường được dùng
cho các động cơ diesel có công suất lớn như: máy kéo máy ủi, máy xúc…
e Hệ thống khởi động bằng động cơ điện.
Trang 10Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống khởi động điện trên ô tô.
Công tắc khởi động; 2- Cuộn dây rơ le; 3- Đòn quay; 4- Vành răng;5- Đĩatiếp điểm; 6- Tiếp điểm ;7- Cuộn dây kích thích.
Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy khởi động.
Trang 111- Động cơ điện; 2-Lò xo; 3- Lõi thép; 4-Thanh kéo; 5- Cần gạt; 6- Khớp truyềnđộng; 7- Trục roto của động cơ điện; 8- Bánh đà động cơ; 9 Trục khuỷu động
Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
- Động cơ điện làm việc nhờ dòng điện một chiều của ắc quy, trục động cơ có cấu tạo rãnh then hoa để lắp với moay ơ của khớp truyền động một chiều (6) - Bộ phận truyền động là khớp truyền động (6) chỉ truyền chuyển động một chiều từ trục động cơ điện tới vành răng bánh đà Vành răng của khớp (6) chỉ ăn khớp với vành răng trên bánh đà động cơ khi khởi động.
- Bộ phận điều khiển gồm: Thanh kéo (4), lõi thép (3) và cần gạt (5), các chi tiết này được nối với nhau Đầu dưới của cần gạt gài vào rãnh của khớp (6) - Khi bật công tắc khởi động Rơ le có điện sẽ hút lõi thép (3), thanh kéo (4) chuyển động sang trái khiến cho cần gạt (5) gạt khớp truyền động (6) sang phải cùng với vành răng ăn khớp với vành răng của bánh đà
- Khi rơ le tác động sẽ đóng công tắc vào động cơ điện Động cơ điện truyền mô men quay đến khớp truyền động (6) và vành răng bánh đà làm cho bánh đà và trục khuỷu quay, động cơ được khởi động
Ưu điểm: Khởi động dễ dàng, không tốn sức người lái, thời gian khởi động
Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, dễ hư hỏng về phần điện
Ứng dụng : Động cơ nhỏ và trung bình kể cả động cơ xăng và diesel nhỏ như xe
máy, ô tô và được sử dụng trên các loại ô tô hiện nay.
2.2.2 Phân loại HTKĐ theo phương pháp truyền động.
Có 2 phương pháp truyền động: trực tiếp và gián tiếp.
- Truyền động trược tiếp với bánh thường dùng ở các ô tô đời cũ và những động cơ công suất lớn Gồm có 3 loại :
+ Truyện động quán tính: bánh răng ở khớp truyền động tự động văng theo quán tính ăn khớp với bánh đà Sau khi động cơ tự nổ, bánh răng tự động về vị trí cũ.
+ Truyền động cưỡng bức: bánh răng ở khớp truyền động khi ăn khớp vào vành rang bánh đà chịu sự điều khiển của 1 cơ cấu khớp.
+ Truyền động tổ hợp: bánh răng ăn khớp với vành răng bánh đà cưỡng bức nhưng việc ra khớp tự động như kiểu ra khớp truyền động quán tính - Truyền động gián tiếp với bánh đà qua hộp giảm tốc.
Trang 12Hình 1.8 Cấu tạo máy khởi động có hộp giảm tốc.
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỒNGKHỞI ĐỘNG
1 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
1.1 Nguyên lý tạo ra mô men:
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 sự đẩy của hai nam châm làm cho nam châm đặt giữa quay quanh tâm của nó.
Trang 13Hình 1.1.1 Chiều đường sức từ
Mỗi đường sức từ không thể cắt ngang qua đường sức khác.Nó dường như trở thành ngắn hơn và cố đẩy những đưòng sức gần nó ra xa Đó là nguyên nhân làm nam châm ở giữa quay theo chiều kim đồng hồ.
Hình 1.1.2 Các đường sức từ
Trong động cơ điện thực tế phần giữa là khung dây.
Hình 1.1.3 Khung dây trong từ trường