3 he thong khoi dong 1

3.1 Nhiệm vụ sơ đồ hệ thống khởi động tiêu biểu Động đốt cần có hệ thống khởi động riêng biệt truyền cho trục khuỷu động moment với số vòng quay định để khởi động động Cơ cấu khởi động chủ yếu ôtô khởi động động điện chiều Tốc độ khởi động động xăng phải 50 v/p, động diesel phải 100 v/p ST1 Công tắc an toàn (gắn hộp số bàn đạp ly hợp) Công tắc máy Cầu chì tổng 30 50 Wh Wg Accu Ws Wr Máy khởi động Hình 3.1: Sơ đồ mạch khởi động tổng quát Trên sơ đồ hình 3.1, máy khởi động bao gồm: relay khớp với cuộn hút Wh, cuộn giữ Wg, động điện chiều với cuộn stator Ws cuộn rotor Wr 3.2 Máy khởi động 3.2.1 Yêu cầu, phân loại theo cấu trúc A Yêu cầu kỹ thuật hệ thống khởi động  Máy khởi động phải quay trục khuỷu động với tốc độ thấp  mà động nổ Nhiệt độ làm việc không giới hạn cho phép Chương 3: Hệ thống khởi động 38  Phải bảo đảm khởi động lại nhiều lần  Tỷ số truyền từ bánh máy khởi động bánh bánh đà   nằm giới hạn (từ đến 18) Chiều dài, điện trở dây dẫn nối từ accu đến máy khởi động phải nằm giới hạn quy định (< 1m) Moment truyền động phải đủ để khởi động động B Phân loại Để phân loại máy khởi động ta chia máy khởi động làm hai thành phần: Phần motor điện phần truyền động Phần motor điện chia làm nhiều loại theo kiểu đấu dây, phần truyền động phân theo cách truyền động máy khởi động đến động Motor điện máy khởi động loại mắc nối tiếp mắc hỗn hợp  Theo kiểu đấu dây: Tùy thuộc theo kiểu đấu dây mà ta phân loại sau: + + + _ + + _ _ _ _ + Đấu nối tiếp + + + Đấu nối tiếp Đấu hỗn hợp + + _ + + + _ Đấu hỗn hợp _ _ _ + + Đấu nối tiếp Đấu hỗn hợp Hệ thống điện điện tử ôtô đại – hệ thống điện động Hình 3.2: Các kiểu đấu dây máy khởi động 39 Chương 3: Hệ thống khởi động 40  Phân loại theo cách truyền động: có hai cách truyền động  Truyền động trực tiếp với bánh đà : loại thường dùng xe đời cũ động có công suất lớn, chia làm loại: * Truyền động quán tính: bánh khớp truyền động tự động văng theo quán tính để ăn khớp với bánh đà Sau động nổ, bánh tự động trở vị trí cũ * Truyền động cưỡng bức: khớp truyền động bánh ăn khớp vào vòng bánh đà, chịu điều khiển cưỡng cấu khớp * Truyền động tổ hợp: bánh ăn khớp với bánh đà cưỡng việc khớp tự động kiểu khớp truyền động quán tính  Truyền động phải qua hộp giảm tốc Hình 3.3: Cấu tạo máy khởi động có hộp giảm tốc Đối với máy điện (máy phát động cơ), kích thước nhỏ lại tốc độ hoạt động lớn Vì vậy, để giảm kích thước motor khởi động người ta thiết kế chúng để hoạt động với tốc độ cao, sau qua hộp giảm tốc để tăng moment Loại sử dụng nhiều xe đời Phần motor điện chiều có cấu tạo nhỏ gọn có số vòng quay cao Trên đầu trục motor điện có lắp bánh nhỏ, thông qua bánh trung gian truyền xuống bánh hôïp truyền động (hộp giảm tốc) Khớp truyền động khớp bi chiều có ba rãnh, rãnh có Hệ thống điện điện tử ôtô đại – hệ thống điện động 41 hai bi đũa đặt Bánh khớp đầu trục khớp truyền động cài với bánh bánh đà (khi khởi động) nhờ relay gài khớp Relay gài khớp có ty đẩy, thông qua viên bi đẩy bánh vào ăn khớp với bánh đà Một số hãng sử dụng máy khởi động có cấu giảm tốc kiểu bánh hành tinh hình 3.4 Trục thứ cấp; Vòng răng; Bánh hành tinh; Bánh mặt trời; Phần ứng; Cổ góp Hình 3.4: Cấu tạo hộp giảm tốc kiểu bánh hành tinh 3.2.2 Cấu tạo máy khởi động Trên hình 3.5 trình bày cấu tạo máy khởi động có hộp giảm tốc, sử dụng phổ biến ôtô du lịch hiệ Khung từn(phầ n cảm) Hình 3.5: Cấu tạo máy khởi động Chương 3: Hệ thống khởi động 42 Máy khởi động cấu sinh moment quay truyền cho bánh đà động Đối với loại động mà máy khởi động điện có kết cấu có đặc tính khác nhau, nói chung chúng thường có phận chính: Động điện, khớp truyền động cấu điều khiển a Motor khởi động Là phận biến điện thành Trong đó: stator gồm vỏ, má cực cuộn dây kích thích; rotor gồm trục, khối thép từ, cuộn dây phần ứng cổ góp điện, nắp với giá đỡ chổi than chổi than, ổ trượt … b Relay gài khớp công tắc từ Dùng để điều khiển hoạt động máy khởi động Có hai phương pháp điều khiển: điều khiển trực tiếp điều khiển gián tiếp Trong điều khiển trực tiếp, ta phải tác động trực tiếp vào mạng gài khớp để gài khớp đóng mạch điện máy khởi động Phương pháp thông dụng Điều khiển gián tiếp thông qua công tắc relay phương pháp phổ biến mạch khởi động c Nguyên lý hoạt động Relay gài khớp bao gồm: cuộn hút cuộn giữ Hai cuộn dây có số vòng tiết diện cuộn hút lớn cuộn giữ quấn chiều Hình 3.6: Sơ đồ làm việc hệ thống khởi động Khi bật công tắc vị trí ST dòng điện rẽ thành hai nhánh: (+) Wg  mass Wh  Wst  Brush  Wrotor  mass Doøng qua cuộn giữ hút tạo lực từ để hút lõi thép vào bên (tổng lực từ hai cuộn) Lực hút đẩy bánh máy khởi động phía bánh đà, đồng thời đẩy đồng nối tắt cọc (+) accu xuống máy khởi động Lúc này, hai đầu cuộn hút đẳng dòng qua mà có dòng qua cuộn giữ Hệ thống điện điện tử ôtô đại – hệ thống điện động 43 Do lõi thép vào bên mạch từ khiến từ trở giảm nên lực từ tác dụng lên lõi thép tăng lên Vì thế, cần cuộn Wg giữ lõi thép Khi động nổ, tài xế trả công tắc vị trí ON, mạch hở quán tính, dòng điện Do hai bánh dính dòng qua đồng Như dòng từ: (+) Wh Wg  mass Lúc này, hai cuộn dây mắc nối tiếp nên dòng nhau, dòng cuộn giữ không đổi chiều, dòng qua cuộn hút ngược với chiều ban đầu Vì vậy, từ trường hai cuộn triệt tiêu Kết là, tác dụng lực lò xo, bánh đồng trở vị trí ban đầu Đối với xe có hộp số tự động, mạch khởi động có thêm công tắc an toàn (Inhibitor switch) Công tắc nối mạch tay số vị trí N, P Trên số xe có hộp số khí, công tắc an toàn bố trí bàn đạp ly hợp d Khớp truyền động Là cấu truyền moment từ phần động điện đến bánh đà, đồng thời bảo vệ cho động điện qua ly hợp chiều Hình 3.7: Cấu tạo khớp truyền động 3.2.3 Sơ đồ tính toán đặc tính máy khởi động a Sơ đồ tính toán Để xác định đặc tuyến máy khởi động (chủ yếu phần động điện), ta khảo sát mạch điện máy khởi động loại mắc nối tiếp Sơ đồ tính toán trình bày hình 3.8 Chương 3: Hệ thống khởi động 44 Rd Ikđ Rst Ua Ukđ Eo Ra Eng Rr Hình 3-8: Sơ đồ tính toán máy khởi động b Đặc tuyến đánh giá hư hỏng thông qua đặc tuyến  Đặc tuyến tốc độ máy khởi động n = f (I) Sức điện động ngược Eng sinh cuộn dây phần ứng máy khởi động quay: e B.l.v B.l..n.D 60 P.n e B.l. 30 P.n e  30 e Trong đó: B: l : v : P:  : cường độ từ trường nam châm chiều dài khung dây vận tốc dài khung dây số cặp cực từ thông qua khung dây V   D   n 30 .D 2P N NP E ng  e   n 2a a.60 E ng C e n   a: số đôi mạch mắc song song rotor Ce: số Ce= pn/a.60 N: số dây dẫn rotor n E ng C e  Hệ thống điện điện tử ôtô đại – hệ thống điện động 45 Từ sơ đồ hình 3.8 ta có: Ua = Eo – IRa Ukd = Ua – IRkd Đối với sơ đồ trên, theo định luật Kirchhoff, ta viết: E  E ng  IRaq  IRd  IRkd  U ch E ng  E  U ch  I  R Trong đó: Rd: điện trở dây cáp accu Rkđ: điện trở cuộn dây rotor stator Uch: độ sụt áp chổi than Uch = 1,3V máy khởi động 12V Uch = 2,5V máy khởi động 24V Eng xác ñònh: E ng E o  U ch  IR aq  IR d  IR kd U I.rch n E ng Ce  E o  U ch  I  R Ce P, n, M, U Pck+Pt no  M2max Eo I.Rd I.Ra Uch I.Rkñ n M Io M2 Inm/2 Eng I, A Inm Hình 3.9: Đặc tuyến máy khởi động Ở chế độ tải nhỏ, dòng điện qua máy khởi động nhỏ từ thông cuộn kích phụ thuộc tuyến tính vào cường độ dòng điện   KI Chương 3: Hệ thống khởi động 46 n E  U ch  I  R C e K  I n a1 I  a2 Vì lúc tốc độ phụ thuộc vào cường độ dòng điện theo quy luật hyperbol: Với: a1  E  U ch C e K  a2  R C e K  Ở chế độ tải lớn, dòng qua máy khởi động lớn mạch từ bị bão hòa Lúc đặc tuyến n = f(I) trở nên tuyến tính:  = const n = b1 –b2.I Dòng điện máy khởi động lớn bánh máy khởi động ăn khớp với bánh đà Lúc Eng = I = Inm  Đặc tuyến moment kéo M = f (I) Moment kéo tạo nên lực tác dụng tương hỗ từ trường cuộn kích dòng điện dây dẫn phần ứng (rotor) M = FD/2 Trong đó: F: tổng lực tác dụng lên khung dây D: đường kính rotor F = N.f với f : lực tác dụng lên khung N: số khung coù rotor f B l i  i B l I 2a I : dòng điện chạy khung 2a N B l I D x 2a N B l I P  D M x 2a  2P M P.N B.l..I 2a. M C M  I M Khi tải nhỏ:  = K.I M = CM.K I2 Hệ thống điện điện tử ôtô đại – hệ thống điện động 49 3.3 Các cấu điều khiển trung gian hệ thống khởi động 3.3.1 Relay khởi động trung gian Relay khởi động thiết bị dùng để đóng mạch điện cung cấp điện cho máy khởi động Thiết bị có tác dụng làm giảm dòng qua công tắc máy Hình 3.10: Relay khởi động 3.3.2 Relay gài khớp Relay gài khớp dùng để đẩy bánh máy khởi động vào ăn khớp với vòng bánh đà đóng tiếp điểm đưa dòng điện đến motor điện, giữ yên tiếp điểm hết thời gian khởi động 3.3.3 Relay bảo vệ khởi động a Công dụng Relay bảo vệ khởi động thiết dùng để bảo vệ máy khởi động trường hợp sau:  Khi tài xế nghe tiếng động nổ  Khởi động điều khiển từ xa  Khởi động lại nhiều lần Thiết bị dùng bảo vệ khởi động gọi relay khóa khởi động Relay khóa khởi động hoạt động tùy thuộc vào tốc độ quay động Ta lấy tín hiệu từ máy phát (dây L đèn báo sạc diode phụ) Khi khởi động, điện đầu L máy phát tăng Khi động đạt tốc độ đủ lớn (động nổ), relay khóa khởi động ngắt dòng điện đưa đến relay máy khởi động, cho dù tài xế bật công tắc khởi động Ngoài ra, relay khóa khởi động không cho phép khởi động động hoạt động Cấu tạo nguyên lý làm việc relay khóa khởi động Relay khóa khởi động dùng tiếp điểm khí Chương 3: Hệ thống khởi động 50 K ST(IG/SW) L(ALT) BAT STARTING RELAY Hình 3-11: Relay bảo vệ khởi động Khi bật công tắc khởi động, dòng điện qua W bv qua cuộn kích máy phát mass làm đóng tiếp điểm K, dòng điện đến relay khởi động Khi động hoạt động, máy phát điện bắt đầu làm việc (đầu L có điện áp điện áp accu máy chưa tắt công tắc khởi động), dòng điện qua W bv khiến khóa K mở, ngắt dòng đến relay khởi động làm cho máy khởi động không hoạt động Hình 3.12: Sơ đồ thực tế mạch bảo vệ khởi động Accu; Công tắc nguồn; Công tắc máy; Công tắc khởi động; Đèn báo nạp, Máy phát; Relay bảo vệ khởi động; Máy khởi động b Mạch bảo vệ khởi động điều khiển điện tử Trong loại này, người ta sử dụng mạch biến đổi tần số sang điện cách lấy tín hiệu tần số từ dây trung hoà (N) máy phát đầu âm bobine Tín hiệu tốc độ động thể qua tần số đánh lửa đưa đến ngõ vào mạch bảo vệ, làm thay đổi tần số đóng mở T Hiệu điện trung bình tụ C2 phụ thuộc vào tần số Vì vậy, động hoạt động, transitor T trạng thái đóng mạch khởi động không hoạt động Hệ thống điện điện tử ôtô đại – hệ thống điện động Âm bobine 51 ST (relay ñeà) IG D2 R1 D1 C1 R5 R6 R10 R4 T1 R2 R3 C2 + R7 - T2 R T3 D3 Mass R9 Hình 3.13: Mạch bảo vệ khởi động dùng OP-AMP 3.3.4 Relay đổi đấu điện áp Trên số xe có công suất lớn thường sử dụng hệ thống điện 12/24V Hệ thống điện 12V dùng cung cấp cho phụ tải hệ thống điện 24V dùng để khởi động Hình 3.14 trình bày sơ đồ đấu dây mạch đổi điện áp xe IFA Trên sơ đồ này, máy khởi động có hiệu điện làm việc 24 V phụ tải điện khác máy phát có điện áp định mức 12V Để chuyển đổi điện áp lúc khởi động, thường bố trí relay đổi điện áp, relay có nhiệm vụ đấu nối tiếp bình accu 12V để có 24V khởi động Khi kết thúc khởi động hai bình accu mắc song song để máy phát nạp điện cho chúng Hình 3.14: Mạch khởi động với relay đổi điện 12V-24V Chương 3: Hệ thống khởi động 52 3.4 Hệ thống hỗ trợ khởi động cho động diesel 3.4.1 Nhiệm vụ phân loại Nhiệm vụ Một nét đặc biệt động diesel chúng có số vòng quay khởi động tối thiểu lớn nhiều so với động xăng Số vòng quay khởi động động xăng 50v÷ 120 v/p , động diesel 70÷150 v/p Ở số vòng quay này, vào cuối trình nén, áp suất nhiệt độ động đạt đủ giá trị để đốt cháy dầu vòi phun phun vào buồng cháy Tuy vậy, nhiệt độ khí trời nhiệt độ động thấp, việc khởi động gặp nhiều khó khăn Để hỗ trợ việc khởi động động đồng thời giảm ô nhiễm nhiệt độ nước thấp, động ngày thường trang bị hệ thống xông máy xông khí nạp Phân loại Có hai hệ thống xông máy: xông nóng buồng đốt xông nóng khí nạp a Xông nóng buồng đốt Các bougie xông đặt buồng đốt phụ động Nhờ lượng điện accu dây điện trở bougie nung nóng đến nhiệt độ khoảng 800÷1000oC Hệ thống có hai loại bougie: loại điện cực loại hai điện cực Loại điện cực: Dùng điện đưa trực tiếp đến đầu cục bougie xông qua điện trở mass Loại thường có điện trở lớn Các bougie mắc song song mạch nên bougie bị đứt bougie khác làm việc bình thường Loại hai điện cực: Điện trở bougie nối trực tiếp với điện cực Các điện trở bougie cách điện mắc nối tiếp mạch Loại có điện trở nhỏ b Xông nóng không khí nạp Dùng điện trở đặt ống góp hút sau lọc gió, sử dụng nguồn điện accu để xông Loại phổ biến 3.4.2 Hệ thống xông trước khởi động ôtô Hệ thống xông trước khởi động ôtô có hai loại: xômh thường xông nhanh a Hệ thống xông thường mô tả hình 3.15 Hệ thống điện điện tử ôtô đại – hệ thống điện động 53 IG SW B+ R Relay xông ON Điện trở báo xông Bougie xông Hình 3.15: Sơ đồ hệ thống xông điều khiển thường Hệ thống xông thường có xe đời cũ Các bougie xông mắc nối tiếp với điện trở báo xông Các bougie không điều khiển tự động ngắt mà phụ thuộc vào tài xế Khi bật công tắc xông vị trí (R ), tài xế đợi đến điện trở báo xông nóng đỏ chuyển công tắc qua vị trí khởi động Trong số trường hợp, thời gian cần thiết để bougie xông đạt nhiệt độ làm việc định sẵn báo đèn báo xông Khi đèn báo xông tắt, thời gian xông cần thiết đủ b Hệ thống xông nhanh Hệ thống xông nhanh giúp cải thiện khả khởi động giảm bớt khói khởi động lạnh (hình 3.16) Trong loại xông nhiệt độ làm mát nhỏ 600C, công tắt nhiệt trạng thái OFF Tín hiệu gửi điều khiển Nếu công tắc máy vị trí ON đèn báo xông sáng, đồng thời điều khiển nối mass cho relay xông hoạt động, cung cấp dòng lớn đến bougie xông để xông nhanh Điện trở bougie loại nhỏ Đèn báo xông tắt sau 3,5 giây, báo cho tài xế biết động sẵn sàng cho việc khởi động Lúc này, nhiệt độ bougie xông đạt khoảng 800 oC Khi động nổ công tắc máy trả vị trí ON điều khiển ngắt relay xông sau 18 giây(hình ON 3.16) _ ST + IG SW Accu Relay xông Công tắc nhiệt Động Hộp điều khiển Bougie xông Chương 3: Hệ thống khởi động 54 Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý hệ thống xông nhanh (IZUSU) Key position Khi nhiệt độ nước làm mát lớn 60oC, công tắt nhiệt chuyển sang vị trí ON đèn báo xông tắt sau 0,3 giây Đầu dây B AC R ON ST Đèn báo xông 3.4.3 Hệ thống xông sau khởi động LOCK Trê n số xe đời mới, người ta sử dụng hệ thống xông nhanh (QOS – Quick On ACC Hộp điều khiển xông nhanh Start) kèm theo điều khiển chế độ cầm chừng êm (Hình 3.18) Hệ thống xông ON bao gồm hai relay xông Relay phục vụ cho việc xông nhanh giống trình START bày phần Sau động nổ relay làm 4việc, dòng điện tới bougie xông qua điện trở phụ, tiếp tục xông mức độ thấp hơn, đảm bảo động nổ êm không khói nhiệt độ nước làm mát thấp Các bougie xông nối song song với cùng7nối tiếp với điện trở điều khiển Khi công tắc khởi động bật, dòng điện chạ3y qua điện trở điều khiển bougie xông, làm cho bougie nóng lên Khi bougie xông hỏng: Công tắc nhiệt Điện trở tổng tăng bougie xông nối song song Dòng điện giảm Đầu nung bougie xông không đủ thời gian Relay xông Bougie xông Như vậy, trình khởi động xấu Lúc này, dòng điện qua điện trở giảm, thời gian yêu cầu qua mạch phải kéo dài Nói cách khác, dòng điện mạch bị giảm Hệ thống xông nhanh dò nhiệt độ động điều khiển dòng Máxô y khở điện chạy qua mạch bougie ng iđể điều khiển xông nhanh trước khởi động + động TÊN + Bộ điều khiển (Controller) M Hình 3.17: CHỨC NĂNG Sơ đồ thựn c tế xônngkhi nhanh Điề u khiể mạhệ chthố xônngg đế nhiệt độ bougie xông đạt o 900 C Có mạch định thời để điều khiển đèn báo xông sáng 3,5s (hoặc 0,3s nhiệt độ động đạt 600C) Dựa vào giá trị điện trở nhận cảm biến dòng điện trở bougie xông điều khiển nhiệt độ xông Điều khiển relay xông theo nhiệt độ động Relay xông Điều khiển mạch xông nhanh trước khởi động xông ổn định sau khởi động Điện trở phụ Điện trở cố định làm cho điện áp bougie xông giảm Hệ thống điện điện tử ôtô đại – hệ thống điện động Điện trở cảmCô biế ngn tắc dòng máy Bougie xông Công tắc nhiệĐè t n báo xông 55 chế độ xông ổn định Công tắc máy “ON” ST Là sở để nhận biết điện trở bougie xông ON NO Công tắc nhiệt “ON” ST Nung nóng dây nung bên bougie 3.5 sec YES NhậON n biết nhiệt độ động (có thấp 60 oC) gởi tín Xông nhanh Duy trì nhiệt độ hiệ u đế n hộp điều khiển Relay “ON” OFF ĐộRelay ng1 “OFF” Relay “OFF” Relay “ON” “ON” Relay NO khởi Điện trở xônHình g 3.18 Sơxônđồ bougie “OFF” g thuậ 11 t toán điều khiển xông nhanh g c) đưa đến Dữ liệu nhiệt độ động cơYES (có hay không theo giá trị độ đặt n trướ điều khiển dạnDuy g tín hiệu ON – OFF Hơn nữa, dựa vào giá trị điện trở “OFF” trì nhiệt độ Relay bougie xôxô ngngvà trở 1cả“OFF” m biến, tìm nhiệt độ bougie xông có đủ lớn điệnRelay “ON” “ON” cho động khởi độnRelay g hay không Nhờ tín hiệu này, điều khiển tín thời gian xông trước cho định có nên tiếp tục xông hay không Sau công tắc độ khởi động Nhiệ đượct bậ t, điều khiển kiểm soát thời gian xông Hoạt động hệ bougie xông ng độ ng thống nhiệt độ nước thấp 60 oC mô tả trênKhở giảinđộđồ hình 3.19, sơ đồ mạch xông trình bày hình 3.20 Xông trước Ổn định Chương 3: Hệ thống khởi động 56 Hình 3.19 Giản đồ hoạt động hệ thống xông nhanh nhiệt độ nước thấp 60oC Công tắc máy B1 IG 1ST + Relay xông _- Relay xông Hình 3.20 Sơ đồ mạch hệ thống xông nhanh BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Buogie xông Điện trở phụ Điện trở cảm biến Cảm biến nhiệt độ Đèn báo ... – hệ thống điện động Âm bobine 51 ST (relay đề) IG D2 R1 D1 C1 R5 R6 R10 R4 T1 R2 R3 C2 + R7 - T2 R T3 D3 Mass R9 Hình 3. 13 : Mạch bảo vệ khởi động dùng OP-AMP 3. 3.4 Relay đổi đấu điện áp Trên... hình 3. 19 , sơ đồ mạch xông trình bày hình 3. 20 Xông trước Ổn định Chương 3: Hệ thống khởi động 56 Hình 3. 19 Giản đồ hoạt động hệ thống xông nhanh nhiệt độ nước thấp 60oC Công tắc máy B1 IG 1ST... máy phát nạp điện cho chúng Hình 3. 14 : Mạch khởi động với relay đổi điện 12 V-24V Chương 3: Hệ thống khởi động 52 3. 4 Hệ thống hỗ trợ khởi động cho động diesel 3. 4 .1 Nhiệm vụ phân loại Nhiệm vụ Một