Thuyết minh đồ án hệ thống khởi động

LỜI MỞ ĐẦU1Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN Ô TÔ21.1. Vai trò, nhiệm vụ hệ thống khởi động.21.2. Yêu cầu, phân loại hệ thống khởi động.21.2.1. Phân loại theo cách truyền động.21.2.2. Phân loại theo nguồn năng lượng khởi động.3Chương 2. CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG.122.1. Cấu tạo chung.122.1.1. Máy khởi động.132.1.2. Cơ cấu điều khiển.132.1.3. Khớp truyền động.132.2. Nguyên lý làm việc.132.3. Cấu tạo và đặc điểm kết nối các cụm chi tiết chính trong hệ thống khởi động.142.3.1. Động cơ điện khởi động.142.3.2. Khớp truyền động.152.4. Các cơ cấu điều khiển trung gian trong hệ thống khởi động.192.4.1. Rơle khởi động trung gian.192.4.2. Rơle gài khớp.202.4.3. Rơle bảo vệ khởi động.20Chương 3. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG233.1. Tính toán công suất của máy khởi động.233.2. Tính toán ắcqui khởi động.25TÀI LIỆU THAM KHẢO27

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN Ô TÔ 2

1.1 Vai trò, nhiệm vụ hệ thống khởi động 2

1.2 Yêu cầu, phân loại hệ thống khởi động 2

1.2.1 Phân loại theo cách truyền động 2

1.2.2 Phân loại theo nguồn năng lượng khởi động 3

Chương 2 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 12

2.1 Cấu tạo chung 12

2.1.1 Máy khởi động 13

2.1.2 Cơ cấu điều khiển 13

2.1.3 Khớp truyền động 13

2.2 Nguyên lý làm việc 13

2.3 Cấu tạo và đặc điểm kết nối các cụm chi tiết chính trong hệ thống khởi động 14

2.3.1 Động cơ điện khởi động 14

2.3.2 Khớp truyền động 15

2.4 Các cơ cấu điều khiển trung gian trong hệ thống khởi động 19

2.4.1 Rơle khởi động trung gian 19

2.4.2 Rơle gài khớp 20

2.4.3 Rơle bảo vệ khởi động 20

Chương 3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 23

3.1 Tính toán công suất của máy khởi động 23

3.2 Tính toán ắcqui khởi động 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, khi nền kinh tế đất nước ngày càng phát triển thìnhu cầu sử dụng ô tô trong giao thông càng nhiều Điều này buộc những kỹ sưtrong ngành Cơ Khí Động Lực phải nghiên cứu, tìm tòi, học hỏi những công nghệmới, cũng như thiết kế, cải tạo những ô tô cũ để phù hợp với nhu cầu hiện nay Do

đó, đồ án môn học Trang bị điện và điện tử động lực mang một ý nghĩa quan

trọng đối với sinh viên ngành Cơ Khí Động Lực trước khi ra trường

Trong đồ án trang bị điện và điện tử động lực này em được giao nhiệm vụ: “

Tính toán thiết kế hệ thống khởi động ”.

Hệ thống khởi động là một hệ thống quan trọng trên ôtô, nó truyền cho trụckhuỷu một momen với số vòng quay nhất định nào đó, kết hợp với các hệ thốngkhác giúp động khởi động được từ trạng thái không hoạt động, giúp nhẹ nhàng quátrình khởi động cho người lái Với những chức năng đó nên hệ thống khởi độngtrên ô tô cần thiết bảo đảm các yêu cầu: bền vững, tin cậy, kết cấu gọn nhẹ, hoạtđộng êm dịu, hiệu quả cao, có thể khởi động lại được nhiều lần, khi hỏng hóc cóthể sửa chữa hoặc thay thế dễ dàng giúp tài xế yên tâm khi lái xe

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm thực tế cóhạn nên trong quá trình làm đồ án sẽ không tránh những thiếu sót Em rất mongcác thầy góp ý, chỉ bảo để em có thể hoàn thiện hơn đồ án của mình

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Tụy đã tận tình hướng dẫn

để em có thể hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng 05 tháng 12 năm 2014.

Sinh viên thực hiện

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN Ô TÔ 1.1 Vai trò, nhiệm vụ hệ thống khởi động

Hệ thống khởi động là một hệ thống rất quan trọng trên ô tô Để khởi độngđược động cơ cần có một nguồn năng lượng bên ngoài như nguồn năng lượng điện

từ ắcqui, năng lượng của khí nén, sức người… để làm quay trục khuỷu động cơ,piston chuyển động lên xuống , hỗn hợp môi chất được hút vào bên trong xylanh,khi đạt tới số vòng quay khởi động, hỗn hợp nhiên liệu khống khí sẽ cháy và sinhcông Máy khởi động sẽ ngừng hoạt động khi động cơ đã nổ Hệ thống khởi độngchủ yếu dùng trên ô tô và máy kéo hiện nay là hệ thống khởi động dùng động cơđiện 1 chiều Số vòng quay khởi động tùy thuộc tùy thuộc vào loại động cơ

1.2 Yêu cầu, phân loại hệ thống khởi động.

1.2.1 Phân loại theo cách truyền động.

1.2.1.1 Truyền động trực tiếp qua bánh đà

Loại này thường lắp trên các động cơ đời cũ và những động cơ có công suất lớn, được chia làm 3 loại:

+Truyền động quán tính: Bánh răng ở khớp truyền động tự động văng theo quán tính để ăn khớp với bánh đà Sau khi động cơ nổ, bánh răng tự động trả về vị trí cũ

+Truyền động cưỡng bức: Khớp truyền động của bánh răng khi ăn khớp vào vành răng bánh đà, chịu sự điều khiển cưỡng bức của một cơ cấu các khớp

+Truyền động tổ hợp: Bánh răng ăn khớp với bánh đà cưỡng bức nhưng việc ra khớp tự động như kiểu ra khớp của truyền động quán tính

1.2.1.2 Truyền động phải qua hộp giảm tốc.

Đối với máy điện(máy phát, động cơ điện) kích thước sẽ nhỏ lại nếu tốc độ hoạt động lớn Vì vậy, để giảm kích thước của motor khởi động, người ta thiết kế chúng để hoạt động ở chế độ tốc độ rất cao, sau đó qua hộp giảm tốc để tăng momen Loại này được sử dụng phổ biến trên các ôtô hiện đại, phần motor điện một chiều có cấu tạo nhỏ gọn và có số vòng quay khá cao Trên đầu trục của

motor điện có lắp một bánh răng nhỏ, thông qua bánh răng trung gian truyền xuống bánh răng của hộp giảm tốc khớp truyền động là một khớp bi một chiều có

3 rãnh, mỗi rãnh có 2 bi đũa đặt kế tiếp nhau Bánh răng của khớp đầu trục của khớp truyền động được cài với bánh răng của bánh đà (khi khởi động) nhờ một rơle gài khớp Rơle gài khớp có một ty đẩy, thông qua viên bi đẩy bánh răng vào

ăn khớp với bánh đà Sau khi động cơ đã nổ, động cơ quay với tốc độ lớn, bi đũa trở về vị trí ban đầu

1.2.2 Phân loại theo nguồn năng lượng khởi động.

1.2.2.1 Khởi động bằng tay quay.

Phương pháp này dùng trực tiếp sức người để làm quay trục khuỷu động cơ Phương pháp này tương đối đơn giản và tiện lợi Tuy nhiên nó chỉ được ứng dụng trên các động cơ xăng và động cơ diezel cỡ nhỏ vì với các động cơ cỡ lớn, tỷ số nén cao, công suất lớn, sức người khó quay nổi để đạt đến tốc độ khởi động Để khởi động được nhẹ nhàng, người ta trang bị thêm cơ cấu giảm áp và bộ truyền động tới bánh đà Quay trục khuỷu động cơ đến tốc độ nhất định thì động cơ sẽ nổ

Hình 1.1 Hệ thống khởi động động cơ bằng tay [3]

1.Bánh đà 2.Bánh răng khởi động 3.Cần gạt ly hợp 4.Ly hợp 5.Cơ

1.2.2.2 Khởi động bằng phương pháp giật dây.

Hệ thống khởi động dùng phương pháp giật dây được lắp trên các động cơ xăng cỡ nhỏ Khi ta giật dây thì puly lắp trên đầu trục khuỷu quay, kéo theo trục khuỷu quay, khi đạt số vòng quay khởi động thì động cơ sẽ nổ, dây kéo sẽ được trả

về nhờ một lò xo xoắn đặt phía trong puly

Hình 1.2 Hệ thống khởi động động cơ bằng phương pháp giật dây.

1.Tay cầm để giật dây 2.Dây kéo 3.Puly 4.Lò xo

1.2.2.3 Khởi động bằng động cơ xăng cỡ nhỏ (động cơ phụ).

Hình 1.3 Hệ thống khởi động động cơ dùng động cơ phụ.

1.Động cơ diezel 2.Khớp truyền động 3.Bánh răng 4.Động cơ xăng phụ 5.Bộ khởi động điện 6.Cơ cấu tự động nhả khớp 7.Mặt bích bánh đà

8.Khớp ly hợp của hành trình tự do.

Nhiều động cơ diezel, máy kéo cỡ lớn dùng động cơ xăng phụ làm thiết bị khởi động Thiết bị truyền động từ động cơ phụ tới động cơ có cơ cấu tách nối tự động và cơ cấu giảm tốc cơ cấu giảm tốc thường là một bánh răng nhỏ ăn khớp với vành răng trên bánh đà động cơ.

Trục khuỷu (1) của động cơ diezel quay nhờ động cơ xăng 2 kì khởi động (4) Momen xoắn từ động cơ khởi động truyền động đến động cơ diezel qua bánh răng (3) và khớp truyền động (2) và cơ cấu tự động nhả khớp (6) rồi qua nó mà đến mặtbích (7) của bánh đà Khớp hành trình tự do (8) cũng được đưa vào dẫn động, khớp này bảo vệ động cơ khỏi bị hỏng khi số vòng quay tăng quá lớn

1.2.2.4 Khởi động bằng không khí nén cấp trực tiếp vào buồng đốt động cơ.

Trước khi khởi động phải kiểm tra áp lực bình chứa khí nén (2) Khi mở van (3) khí nén từ bình (2) vào hộp van khởi động (4) Khi ta ấn vào nút khởi động (5),khí nén vào đĩa chia khí nén (6) là hộp van phân phối Khí nén từ bộ phận van phân phối (6) vào các xylanh theo thứ tự nổ của động cơ qua các xupap khởi động tác dụng lên piston làm quay trục khuỷu Tốc độ trục khuỷu tăng dần và đạt đến sốvòng quay khởi động thì ngừng ấn nút khởi động (5), cho động cơ hoạt động bằng nhiên liệu, lúc đó khóa van (3) lại, khí nén theo đường (7) ra ngoài đảm bảo an toàn Khí nén trong bình chưa (2) được nổ sung nhờ máy nén khí (1)

Hình 1.4 Hệ thống khởi động động cơ bằng khí nén trực tiếp.

1.Máy nén khí 2.Bình chứa khí nén 3.Van chặn chính 4.Van khởi động chính

1.2.2.5 Khởi động bằng không khí nén cấp gián tiếp vào buồng đốt động cơ

Khi mở van (3), khí nén từ bình chứa khí nén (2) vào van khởi động (4) theo đường (T) lên hộp van (5) theo đường (H) vào phần trên của hộp van khởi động chính(4) tạo nên sự cân bằng áp suất nên hộp van khởi động đóng chặt Khi ấn nút khởi động (6) xuống, mở thông đường (H) và (C) nên khí nén trên van (4) theo đường (C) ra ngoài tạo nên sự chênh lệch áp suất, do đó van khởi động (4) mở khí nén ra và được chia làm 2 đường: đường khí nén chính và đường khí nén phụ tới đĩa chia khí nén(10)

Phần lớn khí nén theo đường khí nén (8) đến chờ sẵn ở các xupap khởi động, đây là đường khí nén khởi động

Phần kia vào đĩa chia khí nén (10) sau đó vào phần trên xupap khởi động theo thứ tự nổ của động cơ, nhờ trục phân phối tác động vào đĩa chia khí nén (10) để thông đường khí nén phụ tới từng xupap khởi động Mở xupap khởi động cho đường khí nén chính vào xylanh để khởi động động cơ

Khi khởi động xong, ngừng ấn nút khởi động, khóa van (3) lại

Hệ thống khởi động gián tiếp được sử dụng phần lớn cho động cơ diezel lai chân vịt

Hình 1.5 Hệ thống khởi động động cơ bằng khí nén gián tiếp.

1.Máy nén khí 2.Bình chứa khí nén 3.Van chặn chính 4.Van khởi động chính 5.Van khởi động 6.Nút khởi động 7.Đường khí nén phụ 8.Đường khí nén

chính 9.Xupap khởi động 10.Đĩa chia khí nén.

1.2.2.6 Khởi động bằng động cơ thủy lực.

Thiết bị gồm có bình tích lũy năng lượng, bên trong có màng mỏng ngăn làm

2 phần, phần trên chứa Nitơ, phần dưới chứa chất lỏng công tác( thường là dầu thủy lực) hai động cơ thủy lực, cán piston của động cơ là thanh răng ăn khớp với bánh răng của trục truyền động Trục này nối với trục khuỷu động cơ, bình chứa dầu và tay điều khiển

Vào lúc khởi động, gạt tay điều khiển để mở van cho chất lỏng trong bình tích năng lượng chạy tới động cơ thủy lực làm dịch chuyển các thanh răng, qua đó làm quay bánh răng và trục khuỷu động cơ Sau mỗi lần khởi động lò xo ở cuối thanh răng sẽ đẩy piston động cơ thủy lực về vị trí ban đầu và chất lỏng công tác về bình chứa dầu Sau đố dùng bơm hoặc bơm do động cơ dẫn động về bình tích năng lượng để nén khí Nitơ tới áp suất 20-30(MN/m2) chuẩn bị cho lần khởi động sau

Hình 1.6 Hệ thống khởi động dùng động cơ thủy lực [3]

1.Bình tích lũy năng lượng 2.Màng ngăn 3.Tay điều khiển 4.Động cơ thủy lực 5.Thanh răng 6.bánh răng lắp trên đầu trục khuỷu 7.Bơm dầu

8.Bình chứa dầu

1.2.2.7 Khởi động bằng động cơ điện.

Hệ thống khởi động dùng động cơ điện là hệ thống dùng chủ yếu trên ôtô và máy kéo hiện nay Hệ thống khởi động này bao gồm động cơ điện một chiều và cơcấu khởi động Trục của động cơ khởi động được nối với động cơ qua bánh răng khởi động và vành răng trên bánh đà động cơ

a Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống khởi động dùng động cơ điện.

-Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ nhỏ nhất mà tại đó động cơ có thể nổ được

-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 bánh răng của bánh đà phải nằm trong giới hạn từ 9÷18

-Chiều dài, điện trở của dây nối từ ắcqui đến máy khởi động phải nằm trong giới hạn quy định(<1m)

-Có kết cấu gọn nhẹ nhưng momen truyền động phải đủ để khởi động động cơ

b Phân loại.

Phần motor điện được chia ra làm nhiều loại theo kiểu đấu dây Motor điện trong máy khởi động là loại mắc nối tiếp hoặc mắc hỗn hợp, tùy thuộc vào kiểu đấu dây mà ta chia ra các kiểu sau

Hình 1.7 Đấu nối tiếp [2]

Hình 1.8 Đấu hỗn hợp [2]

-8 7

4

L1

5

6 2

3

ON ACC LOCK

Hình 1.9 Sơ đồ mạch khởi động động cơ bằng động cơ điện [2]

1.Ắcqui 2.Cầu chì tổng 3.Khóa điện 4.Cầu chì 5.Rơle phụ 6.Rơle

chính 7.Chổi than 8.Cổ góp.

Hình 1.7 Sơ đồ mạch khởi động động cơ bằng động cơ thủy lực.

1.Bơm dầu 2.Van an toàn 3.Van tiết lưu 4.Van phân phối 5.Động cơ thủy lực

Hình 1.8 Sơ đồ mạch khởi động động cơ bằng khí nén.

Chương 2 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG.

2.1 Cấu tạo chung.

Do hệ thống khởi động có yêu cầu là kết cấu nhỏ gọn, tính cơ động cao nên hệthống khởi động chủ yếu trên ô tô hiện nay là hệ thống khởi động dùng động cơ điện một chiều Hệ thống khởi động trên ôtô gồm 3 bộ phận chính: Máy khởi động, cơ cấu điều khiển và khớp truyền động

8 2

18

20

9

14 15 4

Hình 2.1 Kết cấu các bộ phận của hệ thống khởi động 1.Tiếp điểm động rơle kéo 2.Tiếp điểm tĩnh rơle kéo 3.Cuộn giữ 4.Cuộn hút 5.Phần ứng của rơle điều khiển 6.Thanh kéo điều chỉnh 7.Vỏ bảo vệ cần đẩy 8.Cần đẩy 9.Vít điều chỉnh khoảng chạy của bánh răng 10.Nắp máy khởi động điện 11.Vòng tựa 12.Bánh răng dẫn động 13.Khớp ly hợp một chiều 14.Lò xo 15.Khớp nối dẫn động 16.Thân máy khởi động 17.Phần ứng của máy khởi động điện 18.Vít kéo 19.Cổ góp 20.Nắp của

máy khởi động điện nhìn từ cổ góp.

2.1.1 Máy khởi động.

Dùng để biến năng lượng từ ăcqui thành cơ năng để quay trục khuỷu động động cơ

2.1.2 Cơ cấu điều khiển.

+Đưa khớp truyền động vào ăn khớp với bánh đà

+Đóng mạch điện máy khởi động khi bánh răng của nó vào ăn khớp với bánh đà

và ngắt mạch khi động cơ đã nổ

2.1.3 Khớp truyền động.

+Nối trục máy khởi động với vành răng bánh đà khi khởi động

+Tách chúng ngay sau khi động cơ đã nổ

2.2 Nguyên lý làm việc.

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống khởi động.[ 4]

1.ăcqui 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(khóa điện).

Khi bật công tắt khởi động ở vị trí start(13) thì dòng điện từ cực (+) của ắcqui

đi đến cầu chì (11), qua rơle (12) vào đồng thời cuộn kéo(7) và cuộn giữ (8) Dòngđiện qua các cuộn dây tạo ra từ trường, từ hóa lõi thép và sinh ra lực điện từ hút lõi

đưa vành răng của khớp truyền động vào ăn khớp với bánh đà thì đĩa tiếp điểm(9), đóng cặp tiếp điểm(10), đưa dòng điện từ ắcqui vào máy khởi động, quá trình khởiđộng bắt đầu, máy khởi động kéo trục khuỷu động cơ quay.

Khi động cơ đã nổ, người lái xe nhả công tắt (13) về, dòng điện và từ trường biến mất, các chi tiết trở về vị trí ban đầu dưới tác dụng của lò xo hồi vị

Công dụng của cuộn kéo là tạo thêm từ trường đủ mạnh vào lúc đầu để đẩy bánh răng khớp truyền động cài vào vành răng bánh đà khi đĩa tiếp điểm (9) đã đóng cặp tiếp điểm(10) thì cuộn kéo bị ngắn mạch, lúc này chỉ còn cuộn giữ tạo ra

từ trường duy trì đĩa tiếp điểm đóng để cấp nguồn cho máy khởi động làm việc

2.3 Cấu tạo và đặc điểm kết nối các cụm chi tiết chính trong hệ thống khởi động.

2.3.1 Động cơ điện khởi động.

Động cơ điện dùng trong hệ thống khởi động là động cơ điện một chiều kích

từ nối tiếp hoặc hỗn hợp

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 việccủa động cơ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp tuy có momen khởi động không lớn bằng động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp nhưng trị số tốc độ không tải bé hơn

Khi hệ thống khởi động làm việc, dòng điện khởi động có trị số rất lớn( từ 150A-300A đối với động cơ xe du lịch, với các động cơ xe tải cỡ lớn hoặc cực lớn,dòng điện có thể đạt từ 1600A-1800A) Để đảm bảo truyền được công suất từ động cơ điện khởi động sang động cơ ôtô, tránh tổn thất điện áp trên đường dây nối từ ắcqui đến động cơ điện khởi động và ở các chỗ tiếp xúc, yêu cầu điện trở của động cơ điện khởi động phải đủ nhỏ(0.02Ω), sụt áp ở vùng tiếp xúc giữa chổi ), sụt áp ở vùng tiếp xúc giữa chổi than và cổ góp của động cơ điện khởi động cho phép trong khoảng từ( 1.5V-2V) Các chổi than tiếp điện của động cơ điện khởi động thường được làm bằng đồng

đỏ