đề tài tính toán thiết kế hệ thống khởi động trên xe toyota camry

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

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN ÔTÔ

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 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 phải quay đến một tốc độ tối thiểu nào đó để đảm bảo nhiên liệu đưa vào động cơ có thể đốt cháy được và sau đó động cơ có thể tự 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 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.

Trên một số dòng xe, một rơle khởi động được dùng để khởi động mạch điều khiển Trên xe hộp số tự động có một công tắc khởi động trung gian ngăn trường hợp khởi động xe khi đang cài số Trên xe hộp số thường có công tắc ly hợp ngăn trường hợp khởi động xe mà không đạp ly hợp Trên các dòng xe đặc biệt có công tắc an toàn cho phép xe khởi động trên đường đồi dốc mà không cần đạp ly hợp.

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 động cơ 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 trong giới 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 trong giới hạn quy định (l < 1m).

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 diesel cỡ nhỏ vì động cơ lớn, tỉ số nén cao, công suất lớn, sức người khó quay nổi để đạt đến tốc độ khởi động.

- Để khởi động được nhẹ, người ta trang bị thêm cơ cấu giảm áp có nghĩa là dùng cơ cấu cam để điều khiển xupáp nạp hay thải mở Nếu ta quay trục khuỷu động cơ đến một tốc độ nhất định, khi đóng xupáp lại thì năng lượng tích ở bánh đà sẽ thực hiện 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 động cơ 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 từ động cơ khởi động truyền đến động cơ diesel qua bánh răng (3), khớp (2) và cơ cấu tự động nhả khớp (6) đến mặt bích (7) của bánh đà Khớp hành rình tự do (8) cũng đưa vào dẫn động, khớp này bảo vệ động cơ khỏi bị hỏng khi số vòng quay tăng quá lớn.

1.3.2 Hệ thống khởi động bằng điện

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống khởi động điện [3].

1- Ắc quy; 2- Rơle nguồn; 3- Mạch nối cầu chì;

4- Hộp cầu chì; 5- Rơle đề; 6- Hộp nối dây;

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 tính hiệu quả và an toàn của nó.

- Hệ thống khởi động điện nói chung có ba bộ phận chính sau : Động cơ điện một chiều, 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.

Hình 1.5: Sơ đồ khởi động bằng động cơ thủy lực.

- Khi khởi động động cơ, dầu thủy lực từ bình chứa (10) sẽ được đưa đến van phân phối (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 và làm quay động cơ thủy lực, bánh đà được nối trục với động cơ thủy lực cũng sẽ quay theo.

- Khi ngừng khởi động động cơ thì dầu sẽ từ động cơ thủy lực về van phân phối qua van một chiều (7) và về lại bình chứa (10).

1.3.4 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 động chính.

- 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 động cơ có nhiệm vụ phân phối khí nén đến các xylanh đúng thời điểm và đúng thứ tự làm việc.

- Khi khí nén được đưa vào xylanh (1) tương ứng với hành trình giãn nở sinh công sẽ làm đẩy piston đi xuống và làm quay trục khuỷu để khởi động động cơ.

1.4 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 Camry Các 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.

Máy khởi động: Gồm có:

 Rơ le kéo (Solenoid ): để đưa bánh răng khỏi động ra ăn khớp với vành báng đà, 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

- 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

- Tự động loại ra khỏi hệ thống khi động cơ đã nô nhờ khớp 1 chiều

- Điều khiền dễ dàng, thuận lợi, tuổi thọ cao

- Cấu tạo phức tạp, giá thành cao

CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

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.

- Khi bật công tắc khởi động ở vị trí Start (13) → dòng điện từ (+) Ăcquy → Cầu chì (11) → Rơle (12) → vào đồng thời cuộn kéo (7) và cuộn giữ (8) Dòng điện qua các cuộn dây tạo ra từ trường, từ hoá lõi thép và sinh ra lực điện từ hút lõi thép sang trái, đồng thời làm quay cần gạt (5), dịch chuyển khớp truyền động (4), đưa vành răng vào ăn khớp với bánh đà Khi vành răng của khớp truyền động vào ăn khớp với bánh đà thì đĩa tiếp (9) đóng cặp tiếp điểm (10), đưa dòng điện từ ắc quy vào 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.

- 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.

2.1.1 Ắc quy Ắc quy khô là loại ắc quy có cấu tạo khép kín và không cần thêm nước định kỳ Về cơ bản, bên trong ắc quy không khô hoàn toàn mà vẫn chứa axit H2S04 ở dạng gel

Tiện lợi, không cần phải thêm nước định kỳ.

Độ bền cao, tuổi thọ lâu dài.

Khả năng phục hồi điện áp nhanh chóng sau khi cung cấp một dòng điện lớn.

An toàn, sạch sẽ, những phần kim loại xung quanh không bị ăn mòn bởi axit.

Tình trạng ắc quy hết điện đột ngột Vì vậy, người dùng cần chuẩn bị sẵn phương án trong tình huống này.

Giá thành cao hơn ắc quy nước.

- Để lựa chọn được dây điện dành cho ô tô đúng cách, tốt nhất là phải biết được tiết diện của dây Thông thường tiết diện dây dẫn phụ thuộc vào cường độ dòng điện chạy qua dây Nhưng vì các nhà chế tạo nghĩ đến các lý do kinh tế nên điều này sẽ có ít nhiều rất được cân nhắc Bởi vì dây dẫn có kích thước càng lớn thì độ sụt áp trên đường dây càng nhỏ nhưng dây lại cũng sẽ nặng hơn, cũng có nghĩa là phải mua thêm đồng nên dẫn đến chi phí cũng cao hơn Chinh vì thế mà nhà sản xuất phải có sự so đo giữa hai yếu tố vừa nêu.

- 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 định mức Khách hàng nên chọn tiết diện dây dẫn nếu biết công suất của phụ tải điện mà dây cần nối và độ sụt áp cho phép trên dây Và để có độ uốn tốt và bền, dây dẫn trên xe được bện bởi các sợi đồng có kích thước nhỏ.

Relay và cầu giúp duy trì và bảo vệ hệ thống điện ô tô Relay là thiết bị có vai trò đóng ngắt mạch điện, giúp bảo vệ và điều khiển hoạt động của mạch điện Cầu chì có vai trò bảo vệ hệ thống điện khí đường dây hệ thống bị quá dòng hay ngắn mạch

Động cơ điện khởi động

- Động cơ điện dùng để biến điện năng của ắc quy thành cơ năng quay trục khuỷu động cơ.

- Động cơ điện dùng trong hệ thống khởi động là động cơ điện một chiều kích từ nối 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 một chiều, chỉ khác ở chỗ : Các cuộn dây phần ứng và kích thích của nó thường có tiết diện chũ nhật, có kích thước lớn hơn khá nhiều và số vòng dây ít hơn so với các cuộn dây của máy phát bởi vì khi khởi động động cơ, động cơ điện khởi động tiêu thụ một dòng rất lớn 600 - 800 [A].

Hình 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 nhược điểm là tốc độ không tải quá lớn, ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ làm việc của động cơ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp tuy momen khởi động không lớn bằng so với động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp nhưng trị số tốc độ không tải bé.

- Để đảm bảo momen khởi động lớn, hầu hết các máy khởi động đều có cuộn kích thích mắc nối tiếp.

Hình 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, sau khi động cơ đốt trong đã được khởi động (nổ), máy khởi động được giảm tải hoàn toàn thì tốc độ quay của nó sẽ tăng rất lớn, có thể vượt giới hạn cho phép, làm các ổ trục 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 cực trên được quấn cuộn kích từ.

- Phần ứng (Rotor): Bao gồm lõi thép và cuộn dây được đặt trong rãnh của nó Cuộn dây thường có dạng hình chữ nhật, số vòng dây ít và có tiết diện lớn để chịu được dòng điện rất lớn (Ikđ hơn 600A) đi qua Các đầu cuộn dây được hàn vào các phiến của 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 các lò 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 khả năng chịu mài mòn lớn.

Khớp truyền động

Khớp truyền động là cơ cấu truyền momen từ động cơ điện của máy khởi động đến vành răng bánh đà của động cơ ôtô Khi hoạt động, tốc độ của rotor động cơ điện đạt trị số trong khoảng 2000 - 3000 [v/ph] sẽ kéo theo trục khuỷu của động cơ ôtô quay khoảng 200 [v/ph] đủ cho ôtô khởi động được.

Khớp truyền động trong máy khởi động có nhiệm vụ sau :

- 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 khỏi vành 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 trong rotor 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 ngoài vào trong ăn khớp với trục rotor của động cơ khởi động.

Hình 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 động chính:

+ Khớp truyền động quán tính + Khớp truyền động cưỡng bức (một chiều)

2.3.1 Khớp truyền động quán tính

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;

-Trên đầu trục máy khởi động có khớp (3) lắp then với trục máy khởi động Trên khớp (3) bắt chặt một đầu của lò xo xoắn (4), đầu thứ hai của lò xo bắt trên ống lót (2) mặt ngoài có ren và đặt tự do trên trục Bánh răng (5) (với đối trọng) ăn khớp ren với ống lót 2.

- Khi máy khởi động quay: Qua lò xo (4), nó làm quay ống lót (2) Bánh răng (5) đặt trên ống lót, do quán tính sẽ không kịp quay theo, nên sẽ dịch chuyển theo đường ren trên ống lót vào ăn khớp với vành răng bánh đà (6) và tỳ vào vòng tỳ (1).

Các va đập xảy ra khi các vành răng vào ăn khớp được giảm chấn nhờ lò xo (4).

- Sau khi động cơ đã được khởi động: Tốc độ vòng của vành răng bánh đà sẽ lớn hơn của bánh răng (5), làm bánh răng tự động chuyển động theo đường ren tách ra khỏi bánh đà.

- Phương pháp truyền động này có nhược điểm là xảy ra va đập mạnh khi các bánh răng vào ăn khớp nên không được sử dụng đối với những máy khởi động công suất lớn Nhược điểm thứ hai là bánh răng của máy khởi động tự động tách ra khỏi bánh đà ngay khi động cơ bắt đầu nổ những tiếng đầu tiên Nhưng không phải bao giờ động cơ cũng khởi động được ngay sau những tiếng nổ đầu tiên, nhất là trong điều kiện mùa đông Vì thế quá trình khởi động nhiều khi phải lặp đi lặp lại vài lần với những va đập mạnh.

2.3.2 Khớp truyền động cưỡng bức

- Trong trường hợp này, bánh răng của trục máy khởi động vào khớp cũng như ra khớp dưới tác dụng của những cơ cấu điều khiển bởi người lái hay lực của rơle điện từ.

Hình 2.8: Kết cấu máy khởi động với cơ cấu truyền động cơ khí cưỡng bức [5].

1- Bánh răng; 2- Khớp một chiều; 3- Cần gạt; 4- Vít tỳ; 5- Hộp tiếp điểm;

- Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ, người ta làm kiểu truyền động một chiều bằng khớp hành trình tự do loại bi hay cơ cấu cóc hoặc ma sát.

- Khi khởi động, dưới tác dụng của người lái hay lực của rơle điện từ, nạng gạt sẽ gạt ống gài (2) và qua lò xo (3) đẩy cả khối ống lót, khớp một chiều và bánh răng (7) vào ăn khớp với vành răng bánh đà Nếu răng của bánh răng (7) chưa ăn khớp được với răng của vành răng bánh đà thì bánh răng bị giữ lại, nạng gạt tiếp tục ép lò xo (3) lại, đồng thời đóng tiếp điểm nối mạch điện của máy khởi động làm phần ứng quay và dưới tác dụng của lò xo bánh răng sẽ vào ăn khớp với vành răng bánh đà.

- Sau khi động cơ đã nổ, dưới tác dụng của lò xo trả, nạng gạt cùng các chi tiết khác được đưa trở lại vị trí ban đầu Nếu như người lái chưa thả bàn đạp thì khớp một chiều sẽ đảm bảo không cho động cơ kéo trục máy khởi động quay theo với tốc độ lớn, vì khi tốc độ gốc phần ngoài (nối với bánh đà) lớn hơn tốc độ góc phần trong(nối với trục máy khởi động) thì khớp không truyền chuyển động nữa.

Hình 2.9: Khớp truyền động một chiều của bi đũa [1]. a) Cấu tạo khớp truyền động; b) Bi đũa bị nêm chặt, khớp truyền động truyền momen; c) Bi đũa quay tự do, khớp truyền động trượt ra.

1-Ống lót; 2,6-Vòng khóa; 3-Vòng chặn; 4-Lò xo; 5-Khớp chặn; 7-Lò xo giảm chấn 8- Vòng của bi đũa (ca-bi); 9- Vỏ; 10- Bi đũa; 11- May-ơ của bánh răng;

12- Bánh răng khởi động; 13- Con đội; 14- Lò xo của con đội.

- Khớp truyền động một chiều có thể di chuyển theo rãnh xoắn của trục máy khởi động Vòng (8) được lắp trên ống lót (1) có rãnh xoắn bên trong Vòng (8) có bốn rãnh hình nêm, trong các rãnh đó có bi đũa (10), các bi đũa bị ép vào phần hẹp của rãnh bằng con đội (13) và lò xo (14) Bánh răng khởi động (12) được lắp đồng tâm với may-ơ (11).

- Khi đóng nguồn cấp cho máy khởi động, momen được truyền từ ống lót (1) đến may-ơ của bánh răng truyền động (11) bằng các bi đũa (10) Khi đó các bi đũa bị ép bánh răng khởi động trở thành bị động (vành răng bánh đà sẽ trở thành chủ động), các bi đũa không bị ép chặt nữa và khớp truyền động trượt ra, cắt ly hợp.

2.3.3 Khớp truyền động hỗn hợp

Truyền động hỗn hợp là truyền động mà quá trình đưa bánh răng máy khởi động vào ăn khớp với vành răng bánh đà được thực hiện cưỡng bức, còn quá trình ra khớp thì thực hiện tự động như kiểu truyền động quán tính.

Cơ cấu điều khiển

- Cơ cấu điều khiển có nhiệm vụ:

+ Đưa khớp truyền động vào ăn khớp với bánh đà.

+ Đóng mạch điện máy khởi động khi bánh răng của nó đã vòa ăn khớp với vành răng bánh đà và ngắt mạch sau khi đã nổ.

- Cơ cấu điều khiển có thể là cơ khí điều khiển trực tiếp bằng bàn đạp chân hay cần gạt hoặc điện từ điều khiển gián tiếp từ xa bằng cách đóng mở khóa điện cho rơle làm việc.

2.4.1 Phương pháp điều khiển trực tiếp

Có ưu điểm là đơn giản nhưng nó không thể sử dụng khi máy khởi động và ắc quy đặt ở xa người lái, bởi vì đường dây dẫn dài, với dòng tải lớn sẽ gây độ sụt thế lớn và chi phí cho dây dẫn cao.

2.4.2 Phương pháp điều khiển gián tiếp bằng rơle điện từ

- Phương pháp này cho phép giảm chiều dài đường dây chịu tải và tăng độ tin cậy làm việc của hệ thống.

Hình 2.10: Sơ đồ máy khởi động với cơ cấu điều khiển điện từ [5].

1- Khóa điện; 2- Rơle điện từ; 3- Cần gạt; 4- Khớp truyền động; 5- Vành tiếp điểm;

6- Tiếp điểm; 7- Máy khởi động; 8- Ắc quy.

- Hệ thống điều khiển gồm hai phần chính là hộp tiếp điểm với các tiếp điểm (6) và rơle điện từ (2) lắp trên vỏ máy khởi động (7).

- Khi người lái đóng khóa điện (1), dòng điện từ ắc quy (8) sẽ đi vào cuộn dây của rơle điện từ (2) mà lõi thép của nó được nối với cần gạt (3) Cuộn dây có điện trở thành nam châm hút lõi thép sang trái, đồng thời làm quay cần (3), dịch chuyển khớp truyền động (4) cùng bánh răng vào ăn khớp với vành răng bánh đà.

- Khi bánh răng của khớp truyền động đã vào ăn khớp với bánh đà thì vành tiếp điểm (5) cũng nối các tiếp điểm (6), đưa dòng điện vào các cuộn dây của máy khởi động Máy khởi động quay, kéo trục khuỷu của động cơ quay theo, khi động cơ đã nổ thì người lái nhả khóa điện (1), các chi tiết trở về vị trí ban đầu dưới tác dụng của lò xo hồi vị.

- Trong các sơ đồ điều khiển từ xa hiện nay, ngoài rơle điện từ chính là rơle khởi động, thường người ta còn sử dụng thêm một rơle phụ nữa Rơle phụ này cho phép giảm dòng qua khóa điện và rút ngắn hơn nữa những đoạn mạch có dòng lớn do đó làm giảm độ sụt thế của ắc quy và tăng tuổi thọ của các tiếp điểm Ngoài ra, rơle này còn đảm bảo tự động ngắt mạch máy khởi động khi động cơ đã làm việc

Hình 2.11: Sơ đồ mạch máy khởi động CT130-A1 trên xe Zil-130 [5].

1- Rơle phụ; 2- Máy khởi động; 3- Ắc quy.

Hình 2.12: Sơ đồ mạch máy khởi động CT230 trên xe GAZ-53A,

1- Rơle phụ; 2- Máy khởi động; 3- Ắc quy.

Hình 2.13: Sơ đồ mạch máy khởi động CT142 trên xe Kamaz-5320 và các model của nó [5].

1- Rơle phụ; 2- Máy khởi động; 3- Công tắc khởi động phụ; 4- Ắc quy.

- Hai sơ đồ trên hình 2.11 và 2.12 dùng cho động cơ xăng và có cùng nguyên lý làm việc như sau:

+ Khi bật khóa điện, dòng qua cuộn dây của rơle phụ sẽ hút các tiếp điểm của nó đóng chặt lại, cho dòng từ ắc quy đi vào mạch máy khởi động theo hai nhánh song song: Một nhánh là cuộn dây giữ , nhánh thứ hai gồm ba cuộn dây mắc nối tiếp là cuộn hút, cuộn kích thích và cuộn dây phần ứng của máy khởi động.

+ Dòng điện đi qua các cuộn dây của rơle khởi động sẽ hút lõi thép của nó sang trái, ép đĩa đồng nối tắt các tiếp điểm lại, đưa điện từ ắc quy đi thẳng vào máy khởi động, đồng thời cũng nối tắt cuộn dây hút của rơle phụ và điện trở phụ của mạch đánh lửa.

+ Trên các ôtô sử dụng động cơ diesel, do không có hệ thống đánh lửa nên trong sơ đồ điều khiển máy khởi động không có mạch nối tắt điện trở phụ Tuy vậy thường có thêm công tắc khởi động phụ ngay trên động cơ như hình 2.13.

- Khi dùng máy phát điện một chiều, một đầu cuộn dây rơle phụ được nối với mass qua máy phát.

Hình 2.14: Sơ đồ nối máy khởi động CT130-B [5].

1- Máy phát; 2- Bộ điều chỉnh điện áp; 3- Ắc quy; 4- Máy khởi động; 5- Biến áp đánh lửa; 6- Các tiếp điểm chính của rơle; 7- Dây nối; 8- Các đầu nối dây; 9- Phần ứng rơle; 10,11- Cuộn dây giữ và hút; 12- Đĩa tiếp điểm; 13- Lò xo; 14- Lõi thép;

15- Cuộn dây rơle phụ; 16- Khung từ; 17- Panel; 18- Giá đỡ; 19- Các tiếp điểm;

20- Hạn chế độ nâng cần tiếp điểm; 21- Cần tiếp điểm; 22- Khóa điện.

- Sau khi động cơ đã khởi động, máy phát làm việc thì thế hiệu máy phát tăng lên làm giảm dần dòng điện qua cuộn dây rơle phụ Khi số vòng quay đạt đến một giá trị nào đó, dòng điện này sẽ chạy theo chiều ngược lại Như vậy, sau khi động cơ đã khởi động thì lực điện từ của rơle phụ giảm nhanh, thậm chí đổi chiều nên các tiếp điểm của nó mở ra ngay, cắt mạch cuộn dây rơle khởi động khóa giữ, đảm bảo không cho hệ thống khởi động làm việc trong bất kỳ trường hợp nào.

Rơle khóa

Hình 2.15: Sơ đồ nối rơle khóa trong hệ thống khởi động CT212 [5].

1- Máy phát xoay chiều; 2- Bộ điều chỉnh điện; 3- Bộ chỉnh lưu; 4- Lò xo;

5,14- Khung từ; 6- Cần tiếp điểm; 7- Các tiếp điểm; 8,12- Lõi thép; 9- Điện trở;

10- Đèn kiểm tra; 11- Các tiếp điểm của rơle khởi động; 13- Cuộn dây;

15- Công tắc máy khởi động; 16- Điện trở phụ; 17- Phần tử kiểm tra;

18- Bugi sấy nóng; 19- Máy khởi động; 20,21- Cuộn dây giữ và hút;

22- Cuộn kích thích của máy khởi động; 23- Ắc quy; 24- Rơle khóa.

- Rơle khóa gồm hai phần chính: Phần thứ nhất là rơle điện từ với hai cuộn dây O và B quấn quanh trên lõi thép và cặp tiếp điểm thường đóng (7) Phần thứ hai là bộ chỉnh lưu cầu bốn điod bán dẫn (3) để chỉnh lưu dòng xoay chiều từ hai dây pha của máy phát điện cung cấp cho cuộn dây từ hóa chính O của rơle khóa.

- Điện trở (9) được mắc nối tiếp với cuộn từ hóa phụ B để hạn chế dòng điện trong mạch.

- Khi muốn khởi động động cơ: Người lái bật khóa điện về vị trí khởi động, lúc đó sẽ xuất hiện dòng điện chạy theo mạch: Cực (+) của ắc quy  Công tắc máy khởi động (15) cực Cm  điểm N  Cuộn dây Wkđ (13)  điểm I  tiếp điểm (7)  khung từ (5)  Mass  về cực (-) của ắc quy Do đó tiếp điểm của rơle phụ đóng lại, đưa điện vào các mạch của hệ thống khởi động để thực hiện khởi động động cơ.

- Khi động cơ quay: Máy phát sẽ làm việc tạo nên dòng một chiều chạy qua cuộn dây O có xu hướng hút tiếp điểm (7) của rơle khóa mở ra Để loại trừ khả năng tác động sớm của rơle khóa khi động cơ chưa đạt số vòng quay đủ lớn để có thể làm việc tự lập được, cần phải khử lực điện từ của cuộn dây O trong giai đoạn này Với mục đích đó, trên lõi thép của rơle còn quấn cuộn dây B và đưa điện từ ắc quy vào cung cấp cho nó theo mạch: Cực (+) ắc quy  công tắc máy khởi động (15) cực Cm

 điểm N  điện trở (9)  cuộn dây B  tiếp điểm (7)  khung từ (5)  Mass  cực (-) của ắc quy.

- Dòng chạy qua cuộn dây B có chiều ngược với dòng chạy qua cuộn dây O, nên lực điện từ của chúng khử nhau vì thế đảm bảo cho các tiếp điểm (7) đóng chắc cho đến khi đạt số vòng quay đủ lớn để có thể tự làm việc được Lúc đó do thế hiệu của máy phát tăng cao nên lực từ hóa của cuộn dây O đủ lớn để thắng được lực điện từ của cuộn dây B và lực của lò xo, hút tiếp điểm (7) mở ra và khóa hệ thống khởi động lại.

Máy khởi động 24 vôn, rơle chuyển đổi điện áp

- Trên các động cơ ôtô máy kéo có công suất lớn, để tăng công suất máy khởi động người ta tăng thế hiệu làm việc của nó lên 24 [V] Trong khi đó máy phát và các thiết bị tiêu thụ điện khác đa số vẫn giữ nguyên điện áp làm việc 12 [V] Điều đó đòi hỏi phải thay đổi sơ đồ nối dây hoặc lắp thêm một bộ phận đặc biệt gọi là rơle chuyển đổi điện áp Rơle này có nhiệm vụ:

+ Đấu nối tiếp hai bình ắc quy 12 [V] lại để tạo được điện áp 24 [V] cung cấp cho máy khởi động khi khởi động động cơ.

+ Sau khi động cơ khởi động xong, chuyển về đấu song song hai bình ắc quy với nhau và với máy phát để có điện áp 12 [V] cung cấp cho các phụ tải khác và để máy phát nạp điện cho chúng.

+ Đồng thời thực hiện chức năng của rơle đóng mạch, cho phép tiến hành khởi động động cơ bằng phương pháp điều khiển gián tiếp từ xa.

Hình 2.16 - Sơ đồ máy khởi động CT-30 và rơle chuyển đổi điện áp [5].

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA

Tính áp suất tổn hao cơ giới trung bình p m

• pm [N/m 2 ] : Áp suất tổn hao cơ giới trung bình

m = 0,63  0,93 Đối với động cơ xăng, chọn m = 0,93.

• pi [N/m 2 ] : Áp suất chỉ thị trung bình, pi = 1461634,055 [N/m 2 ].

Thay các giá trị vào biểu thức (3.3) ta có : pm = (1- 0,93) 1461634,055

Tính công suất tổn hao cơ giới N m

• Nm [w] : Công suất tổn hao cơ giới

• pm [N/m 2 ] : Áp suất tổn hao cơ giới

• Vh [m 3 ] : Thể tích công tác của xylanh

• i : Số xylanh của động cơ Theo catalog i = 4

• n [v/ph] : Số vòng quay nhỏ nhất để động cơ khởi động n = 200 [v/ph].

•  : Số kỳ của động cơ Theo đề  = 4.

Thay các giá trị vào biểu thức (3.4) ta có:

Tính công suất máy khởi động

Công suất cần thiết để khởi động:

(3.6) Công suất máy khởi động: kn nC nC

Với đc = 0,7  0,75 : Hiệu suất máy khởi động

Với Nđc của máy khởi động như trên, ta chọn máy khởi động của xe ôtô Toyota Camry, kí hiệu Bosch SR0448X với các thông số như sau:

+ 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]

Tính ắc quy cho máy khởi động

 Dung lượng ắc quy phụ thuộc lớn vào dòng phóng Phóng dòng càng lớn thì dung lượng càng giảm, tuân theo định luật:

• Q [Ah] : Dung lượng ắc quy khi khởi động

• Ip [A] : Dòng điện phóng của ắc quy

• n : Hằng số tùy thuộc vào loại ắc quy Đối với ắc quy chì thì n = 1,4.

• tp [giờ] : Thời gian phóng điện của ắc quy

Với 10 lần khởi động, thời gian khởi động mỗi lần từ 510 [s], ta có: tp = 50  100 [s] Chọn tp = 100 [s].

Từ phương trình (3.9) ta có:

Với 10 lần khởi động thì dung lượng ắc quy giảm đi 50%, do đó dung lượng ắc quy cần thiết khi khởi động động cơ là:

Chọn ắc quy cho xe ôtô du lịch với các thông số sau:

+ Số lượng : 1 bình + Điện áp : 12 [V]