Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống khởi động- Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà độngcơ có thể nổ được nkđ.- Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn
Trang 2MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN ÔTÔ 2
1.1 Công dụng của hệ thống khởi động 2
1.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống khởi động 2
1.3 Phân loại hệ thống khởi động 3
1.3.1 Hệ thống khởi động bằng tay 3
1.3.2 Hệ thống khởi động bằng điện 5
1.3.3 Hệ thống khởi động bằng động cơ thủy lực 5
1.3.4 Hệ thống khởi động bằng khí nén 7
CHƯƠNG 2: CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 10
2.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống khởi động bằng điện 10
2.2 Động cơ điện khởi động 12
2.3 Khớp truyền động 14
2.3.1 Khớp truyền động quán tính 16
2.3.2 Khớp truyền động cưỡng bức 17
2.3.3 Khớp truyền động hỗn hợp 19
2.4 Cơ cấu điều khiển 19
2.4.1 Phương pháp điều khiển trực tiếp 19
2.4.2 Phương pháp điều khiển gián tiếp bằng rơle điện từ 19
2.5 Rơle khóa 24
2.6 Máy khởi động 24 vôn, rơle chuyển đổi điện áp 25
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA 27
Trang 33.2 Tính áp suất tổn hao cơ giới trung bình pm 28
3.3 Tính công suất tổn hao cơ giới Nm 28
3.4 Tính công suất máy khởi động 29
3.5 Tính ắc quy cho máy khởi động 29
KẾT LUẬN 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO 32
Trang 4LỜI NÓI ĐẦU
Theo xu hướng phát triển toàn cầu hoá, nền kinh tế Việt Nam đang tiến sangmột thời kì mới thời kì Công nghiệp hóa, hiện đại hoá đất nước với việc mở rộngquan hệ hợp tác kinh tế với các nước trong khu vực và trên toàn thế giới Sự chuyểnđổi này đã ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt động kinh tế cũng như những hoạt động kháccủa xã hội Trong nhiều năm gần đây cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuậtvà nhu cầu của con người gia tăng số lượng và chủng loại ô tô khá nhanh Nhiều hệthống trang thiết bị cũ kĩ trên ô tô đã dần được thay thế bởi các hệ thống kết cấuhiện đại Tuy vậy chúng ta cũng gặp không ít khó khăn trong việc khai thác sử dụngvà làm quen với các hệ thống đó Hơn nữa, khi công nghệ sản xuất ô tô được nânglên theo xu thế cạnh tranh kéo theo sự thay đổi trong công nghệ sửa chữa thì một sốthói quen trong sử dụng, sửa chữa cũng không còn thích hợp Chuyển từ việc sửachữa chi tiết sang sửa chữa thay thế Do đó, trong quá trình khác thác nhất thiết phảisử dụng kỹ thuật chuẩn đoán.
Làm tốt công tác quản lý chất lượng ô tô, có thể quyết định nhanh chóng cáctác động kỹ thuật tiếp sau, cần thiết phải nắm vững kỹ thuật chuẩn đoán trên ô tôngày nay.Chuẩn đoán trên ô tô là một công tác phức tạp cần đòi hỏi người tiến hànhphải nắm được kết cấu cụ thể Cũng để giúp cho các sinh viên có thể tìm hiểu sâuhơn vấn đề này các giảng viên của khoa CN ô tô đã giao cho em tìm hiểu đề án mônhọc “Nghiên cứu hệ thống khởi động trên xe TOYOTA CAMRY ”.
Do thời gian, điều kiện nghiên cứu và trình độ còn nhiều hạn chế nên đồ ánmôn học của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhân được sự giúpđỡ của các thầy cô giáo và bạn đọc.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Ths Trần Như Trung đã giúp đỡ em hoànthành bản đồ án môn học này.
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2024
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Ngọc Châu – Phạm Duy Nhất
Trang 5CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN ÔTÔ1.1 Công dụng của hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động đóng vai trò quan trọng nhất trong hệ thống điện của ô tô.Hệ thống khởi động sử dụng năng lượng từ bình ắc quy và chuyển năng lượng nàythành cơ năng quay máy khởi động Máy khởi động truyền cơ năng này cho bánh đàtrên trục khuỷu động cơ thông qua việc gài khớp Chuyển động của bánh đà làmhỗn hợp khí-nhiên liệu được hút vào bên trong xylanh, được nén và đốt cháy đểquay động cơ Hầu hết các động cơ phải quay đến một tốc độ tối thiểu nào đó đểđảm bảo nhiên liệu đưa vào động cơ có thể đốt cháy được và sau đó động cơ có thểtự làm việc được Tốc độ tối thiểu đó được gọi là tốc độ khởi động của động cơ nkđ.
Có hai hệ thống khởi động khác nhau được dùng trên xe ôtô Cả hai hệ thốngnày đều có mạch điện riêng, một mạch điều khiển và một mạch motor Một hệthống có motor khởi động riêng Hệ thống này được dùng trên hầu hết các dòng xeđời cũ Loại còn lại có motor khởi động giảm tốc Hệ thống này được dùng trên hầuhết các dòng xe hiện nay Một công tắc từ công suất lớn hay solenoid sẽ đóng mởmotor, nó là thành phần của cả hai mạch điều khiển và mạch motor.
Trên một số dòng xe, một rơle khởi động được dùng để khởi động mạch điềukhiển Trên xe hộp số tự động có một công tắc khởi động trung gian ngăn trườnghợp khởi động xe khi đang cài số Trên xe hộp số thường có công tắc ly hợp ngăntrường hợp khởi động xe mà không đạp ly hợp Trên các dòng xe đặc biệt có côngtắc an toàn cho phép xe khởi động trên đường đồi dốc mà không cần đạp ly hợp.
1.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống khởi động
- Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà độngcơ có thể nổ được nkđ.
- Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép.- 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 tronggiới hạn (từ 9 đến 18).
- Momen khởi động Mkđ phải đủ lớn để đảm bảo khởi động được.
- Chiều dài và điện trở của dây dẫn nối từ ắc quy đến máy khởi động phải nằm tronggiới hạn quy định (l < 1m).
Trang 61.3 Phân loại hệ thống khởi động
1.3.1 Hệ thống khởi động bằng tay
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-Ly hợp;5,7- Cơ cấu hành tinh; 6- Bánh đà cân bằng; 8- Tay quay.
Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống khởi động bằng dây kéo.
1- Vành răng bánh đà; 2- Bánh răng khởi động; 3- Cần gạt ly hợp; 4- Ly hợp;5- Cơ cấu hành tinh; 6- Bánh đà cân bằng; 7- Puli dây kéo; 8- Dây kéo.
- Dùng tay quay, dây kéo hoặc động cơ xăng phụ để quay trục khuỷu động cơ.Phương pháp này đơn giản và tiện lợi, nó ứng dụng trong các động cơ xăng hay
Trang 7diesel cỡ nhỏ vì động cơ lớn, tỉ số nén cao, công suất lớn, sức người khó quay nổiđể đạt đến tốc độ khởi động.
- Để khởi động được nhẹ, người ta trang bị thêm cơ cấu giảm áp có nghĩa là dùngcơ cấu cam để điều khiển xupáp nạp hay thải mở Nếu ta quay trục khuỷu động cơđến một tốc độ nhất định, khi đóng xupáp lại thì năng lượng tích ở bánh đà sẽ thựchiện việc khởi động cho động cơ.
Hình 1.3: Hệ thống khởi động bằng động cơ xăng phụ.
1- Động cơ diesel; 2- Khớp truyền động; 3- Bánh răng ăn khớp;
4- Động cơ xăng hai kỳ khởi động; 5- Máy khởi động; 6- Cơ cấu tự động nhả khớp;7- Mặt bích bánh đà; 8- Khớp ly hợp của hành trình tự do.
- Phương pháp khởi động bằng động cơ xăng phụ thường được dùng cho các độngcơ diesel có công suất lớn
- Trục khuỷu của động cơ diesel (1) quay được nhờ động cơ xăng hai kỳ khởi động(4) Đông cơ được đưa vào làm việc nhờ bộ khởi động điện (5) Momen xoắn từđộng cơ khởi động truyền đến động cơ diesel qua bánh răng (3), khớp (2) và cơ cấutự động nhả khớp (6) đến mặt bích (7) của bánh đà Khớp hành rình tự do (8) cũngđưa vào dẫn động, khớp này bảo vệ động cơ khỏi bị hỏng khi số vòng quay tăng quálớn.
Trang 81.3.2 Hệ thống khởi động bằng điện
Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống khởi động điện [3].
7- Vành răng bánh đà; 8- Bánh răng khởi động; 9- Motor đề.
- Hệ thống khởi động điện được dùng đa số trên các dòng xe ôtô hiện nay vì tínhhiệu quả và an toàn của nó.
- Hệ thống khởi động điện nói chung có ba bộ phận chính sau : Động cơ điện mộtchiều, khớp truyền động và cơ cấu điều khiển.
1.3.3 Hệ thống khởi động bằng động cơ thủy lực
- Phương pháp khởi động này được sử dụng chủ yếu cho máy tĩnh tại.
Trang 9Hình 1.5: Sơ đồ khởi động bằng động cơ thủy lực.
Nguyên lý làm việc:
- Khi khởi động động cơ, dầu thủy lực từ bình chứa (10) sẽ được đưa đến van phânphối (3) bằng bơm thủy lực (8) qua lọc dầu (9) và van tiết lưu (4) Van phân phối(3) được điều khiển bằng điện từ sẽ đóng mở các cửa lưu thông cho dầu chảy vào vàlàm quay động cơ thủy lực, bánh đà được nối trục với động cơ thủy lực cũng sẽquay theo.
- Khi ngừng khởi động động cơ thì dầu sẽ từ động cơ thủy lực về van phân phối quavan một chiều (7) và về lại bình chứa (10).
Trang 101.3.4 Hệ thống khởi động bằng khí nén
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống khởi động bằng không khí nén.
1-Máy nén khí; 2-Bình chứa khí nén; 3-Các đường ống cao áp; 4-Van khởi độngchính.
Nguyên lý làm việc:
- Khi khởi động động cơ, khí nén sẽ được đưa từ máy nén khí (6) đến van phân phối(2) sau khi qua lọc khí (3) Van phân phối (2) được dẫn động từ trục cam của độngcơ có nhiệm vụ phân phối khí nén đến các xylanh đúng thời điểm và đúng thứ tựlàm việc.
- Khi khí nén được đưa vào xylanh (1) tương ứng với hành trình giãn nở sinh côngsẽ làm đẩy piston đi xuống và làm quay trục khuỷu để khởi động động cơ.
Trang 111.4 Giới thiệu về hệ thống khởi động trên xe Camry
Giới thiệu về xe Toyota Camry
1.4.1 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống khởi động trên xe Camry.
Hình 1.7: Hệ thống khởi động xe CamryCác bộ phận khác:
Ắc quy: Có nhiệm vụ cấp điện cho các cuộn dây rơ le và động cơ điện
Cầu chì: Dùng đề bảo vệ mạch điện khởi động
Khóa điện: Công tắc khởi động để đóng, cắt dòng điện của ắc quy đến các cuộn
dây rơ le.
Trang 12Máy khởi động: Gồm có:
Rơ le kéo (Solenoid ): để đưa bánh răng khỏi động ra ăn khớp với vành bángđà, đồng thời đóng điện từ ắc quy vào động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiêu: đề biên điện năng thành cơ năng
Khớp truyền lực: để truyền mô men từ rô to động cơ điện đến bánh đà
1.4.2 Các thông số kỹ thuật của hệ thống khởi động trên xe Camry.
- Công suất : 3 [kW]- Điện áp : 12 [V]
- Chiều dài tổng thể : 23 - 25 [cm] - Số bánh răng Bendix : 11 [răng]
- Đường kính bánh răng Bendix : 29 [mm]- Khoảng dịch chuyển bánh răng : 29 [mm]
1.4.3 Ưu và nhược điểm của hệ thống khởi động trên xe Camry.
Trang 13CHƯƠNG 2: CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG2.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống khởi động bằng điện
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lí của hệ thống khởi động điện [3].
1- Ắc quy; 2- Máy khởi động; 3- Lò xo hồi vị; 4- Khớp truyền động; 5- Cần gạt;6- Lõi thép; 7- Cuộn hút; 8- Cuộn giữ; 9- Đĩa tiếp điểm; 10- Tiếp điểm;11- Cầu chì;
12- Rơle khởi động; 13- Công tắc khởi động.
Nguyên lý làm việc:
- Khi bật công tắc khởi động ở vị trí Start (13) → dòng điện từ (+) Ăcquy → Cầuchì (11) → Rơle (12) → vào đồng thời cuộn kéo (7) và cuộn giữ (8) Dòng điệnqua các cuộn dây tạo ra từ trường, từ hoá lõi thép và sinh ra lực điện từ hút lõi thépsang trái, đồng thời làm quay cần gạt (5), dịch chuyển khớp truyền động (4), đưavành răng vào ăn khớp với bánh đà Khi vành răng của khớp truyền động vào ănkhớp với bánh đà thì đĩa tiếp (9) đóng cặp tiếp điểm (10), đưa dòng điện từ ắc quyvào máy khởi động, quá trình khởi động bắt đầu, kéo trục khuỷu động cơ quay - Khi động cơ đã nổ, người lái xe nhả công tắc (13), dòng điện và từ trường biến mất, các chi tiết trở về vị trí ban đầu dưới tác dụng của lò xo hồi vị.
Trang 14- Hệ thống khởi động bằng động cơ điện nói chung có ba bộ phận chính sau:Động cơ điện, khớp truyền động và cơ cấu điều khiển.
- Độ sụt áp tối đa trên dây dẫn kể cả mối nối:
Nhìn chung, độ sụt áp cho phép trên đường dây thường nhỏ hơn 10% điện áp địnhmức Khách hàng nên chọn tiết diện dây dẫn nếu biết công suất của phụ tải điện màdây cần nối và độ sụt áp cho phép trên dây Và để có độ uốn tốt và bền, dây dẫn trênxe được bện bởi các sợi đồng có kích thước nhỏ.
2.1.3 Thiết bị bảo vệ
Relay và cầu giúp duy trì và bảo vệ hệ thống điện ô tô Relay là thiết bị có vai tròđóng ngắt mạch điện, giúp bảo vệ và điều khiển hoạt động của mạch điện Cầu chìcó vai trò bảo vệ hệ thống điện khí đường dây hệ thống bị quá dòng hay ngắn mạch
Trang 152.2 Động cơ điện khởi động
- Động cơ điện dùng để biến điện năng của ắc quy thành cơ năng quay trục khuỷuđộng cơ.
- Động cơ điện dùng trong hệ thống khởi động là động cơ điện một chiều kích từnối tiếp hoặc hỗn hợp.
Hình 2.2: Các kiểu đấu dây của máy khởi động [2]
- Cấu tạo của động cơ điện một chiều không khác gì cấu tạo của máy phát điện mộtchiều, chỉ khác ở chỗ : Các cuộn dây phần ứng và kích thích của nó thường có tiếtdiện chũ nhật, có kích thước lớn hơn khá nhiều và số vòng dây ít hơn so với cáccuộn dây của máy phát bởi vì khi khởi động động cơ, động cơ điện khởi động tiêuthụ một dòng rất lớn 600 - 800 [A].
Trang 16Hình 2.3: Cấu tạo máy phát điện trên ôtô [3].
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có momen khởi động lớn song có nhượcđiểm là tốc độ không tải quá lớn, ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ làm việc củađộng cơ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp tuy momen khởi động không lớnbằng so với động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp nhưng trị số tốc độ không tảibé.
- Để đảm bảo momen khởi động lớn, hầu hết các máy khởi động đều có cuộn kíchthích mắc nối tiếp.
Trang 17Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện máy khởi động [5].
- Tuy vậy sơ đồ này có nhược điểm là: Khi mô men cản giảm thì n tăng Do đó, saukhi động cơ đốt trong đã được khởi động (nổ), máy khởi động được giảm tải hoàntoàn thì tốc độ quay của nó sẽ tăng rất lớn, có thể vượt giới hạn cho phép, làm các ổtrục mau mòn và các thanh dây dẫn có thể văng ra khỏi rãnh của rotor.
Cấu tạo của động cơ điện một chiều bao gồm :
- Phần cảm (Stator): có chức năng tạo ra từ trường, bao gồm: vỏ máy và các bản cựctrên được quấn cuộn kích từ.
- Phần ứng (Rotor): Bao gồm lõi thép và cuộn dây được đặt trong rãnh của nó Cuộndây thường có dạng hình chữ nhật, số vòng dây ít và có tiết diện lớn để chịu đượcdòng điện rất lớn (Ikđ hơn 600A) đi qua Các đầu cuộn dây được hàn vào các phiếncủa cổ góp Rotor của máy khởi động được đặt trên hai ổ bi lắp ở hai nắp máy.- Chổi than và giá đỡ chổi than: Chổi than được tỳ vào cổ góp của phần ứng bởi cáclò xo và cho phép dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng theo một chiều nhất định.Chổi điện được chế tạo từ hỗn hợp đồng và cacbon nên có tính dẫn điện tốt và khảnăng chịu mài mòn lớn.
2.3 Khớp truyền động
Khớp truyền động là cơ cấu truyền momen từ động cơ điện của máy khởiđộng đến vành răng bánh đà của động cơ ôtô Khi hoạt động, tốc độ của rotor độngcơ điện đạt trị số trong khoảng 2000 - 3000 [v/ph] sẽ kéo theo trục khuỷu của độngcơ ôtô quay khoảng 200 [v/ph] đủ cho ôtô khởi động được.
Khớp truyền động trong máy khởi động có nhiệm vụ sau :
Trang 18- Nối trục của máy khởi động với vành răng bánh đà khi khởi động.
- Truyền momen của máy khởi động làm quay vành răng bánh đà động cơ.
- Bảo vệ máy khởi động bằng cách tách rotor của động cơ điện khởi động ra khỏivành răng bánh khi động cơ ôtô đã nổ được.
Cơ cấu truyền động được thiết kế theo hai kiểu :
- Kiểu văng ra: Khi khởi động, bánh răng của khớp truyền động sẽ văng từ trongrotor ra ngoài để ăn khớp với vành răng bánh đà của động cơ ôtô.
Hình 2.5: Cấu tạo máy khởi động dùng khớp truyền động kiểu văng ra [1].
1- Nắp đậy; 2- Cổ góp của động cơ; 3- Rotor; 4- Khối cực từ và cuộn dây kích từ;5- Dây quấn của rotor; 6- Nắp đậy bánh răng; 7- Bánh răng của khớp truyền động;
8- Lò xo; 9- Vỏ máy khởi động; 10- Chổi than; 11- Trục rotor.
- Kiểu văng vào : Ngược với kiểu văng ra, khi khởi động bánh răng văng từ ngoàivào trong ăn khớp với trục rotor của động cơ khởi động.
Trang 19Hình 2.6: Cấu tạo máy khởi động dùng khớp truyền động kiểu văng vào [1].
1- Rơle kéo; 2- Trục rotor; 3- Bánh răng; 4- Khớp truyền động;5- Vỏ máy khởi động; 6- Cầu nối điện; 7- Đai che cửa sổ chổi than.
- Tùy thuộc vào cấu tạo của khớp ly hợp người ta phân ra hai loại khớp truyền độngchính:
+ Khớp truyền động quán tính
+ Khớp truyền động cưỡng bức (một chiều)
2.3.1 Khớp truyền động quán tính
- Cấu tạo:
Hình 2.7: Cơ cấu khớp truyền động quán tính [5].
a) Vị trí ban đầu b) Vị trí ăn khớp
1- Vòng tỳ; 2- Ống lót có ren; 3- Khớp nối; 4- Lò xo xoắn; 5- Bánh răng;6- Vành răng bánh đà.