Hệ thống khởi động điện ôtô

Hệ thống khởi động điện ôtô

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY KHỞI ĐỘNG ĐIỆN 2

1.1 CHỨC NĂNG CỦA MÁY KHỞI ĐỘNG ĐIỆN: 2

1.2 CÁC YÊU CẦU KĨ THUẬT ĐỐI VỚI MÁY KHỞI ĐỘNG ĐIỆN: 3

1.3 CÁC LOẠI MÁY KHỞI ĐỘNG ĐIỆN: 4

1.3.1 Loại giảm tốc: 4

1.3.2 Máy khởi động loại thông thường : 5

1.3.3 Máy khởi động loại bánh răng hành tinh: 5

1.3.4 Máy khởi động PS (Mô tơ giảm tốc hành tinh-rôto đoạn dẫn): 6

CHƯƠNG II: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA MÁYKHỞI ĐỘNG ĐIỆN 7

2.1 CẤU TẠO CHUNG CỦA MÁY KHỞI ĐỘNG ĐIỆN: 7

2.2 SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG: 8

2.2.1 Sự hoạt động của hệ thống khởi động trên ôtô hộp số thường: 8

2.2.2 Sự hoạt động của hệ thống khởi động trên ôtô hộp số tự động: 9

2.3 NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA MÁY KHỞI ĐỘNG LOẠI THƯỜNG: 102.3.1 Công tắc đánh lửa ở vị trí khởi động (“ ST “): 10

2.3.2 Bánh răng và vành răng bánh đà được ăn khớp: 11

2.3.3 Công tắc đánh lửa ở vị trí mở “ON” : 12

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA MỘT SỐ CHI TIẾTCHÍNH TRONG MÁY KHỞI ĐỘNG 13

3.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHỞI ĐỘNG: 13

4.2 KIỂM TRA VÀ SỬA CHỮA MÁY KHỞI ĐỘNG: 28

4.2.1 Cổ góp và chổi than của động cơ khởi động: 28

4.2.7 Kiểm tra cuộn hút, cuộn giữ: 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

LỜI NÓI ĐẦU

Trên thị trường Việt Nam hiện nay có rất nhiều loại, nhiều kiểu ôtô Sựđa dạng về chủng loại, đặc biệt là tính hiện đại về kết cấu,.

Nhìn chung sự khác biệt của những ôtô mới, hiện đại so với những ôtô truyềnthống của thế hệ trước, ta thấy ngoài việc người ta đã thay thế nhiều chi tiếttrên xe để đảm bảo chúng có tính bền vững, gọn nhẹ, khả năng và độ tin cậycao trong quá trình khai thác và vận hành, đồng thời thuận tiện và cải thiệntiện nghi cho con người trong quá trình sủ dụng, ở những ôtô mới còn đượctrang bị thêm nhiều thiết bị phục vụ như: máy điều hoà nhiệt độ, rađiôcassette, chống trộm xe,v.v…

Các thiết bị điện và hệ thống điều khiển tự động trên ôtô hiện đại thựchiện các chức năng có quan hệ mật thiết và tác động rang buộc lẫn nhau Cácthiết bị điện lắp đặt trên ôtô ngày càng hiện đại, tiện dụng đối với người sửdụng thì hệ thống điều khiển ngày càng phức tạp, thông minh và đa dạng hơn.

Trong đồ án môn học này, em nhận nhiệm vụ : “ NGHIÊN CỨU

MÁY KHỞI ĐỘNG LOẠI THÔNG THƯỜNG ” Đó là loại máy khởi

động được dung phổ biến với các dòng xe đời cũ.

Mặc dù em đã rất cố gắng, nhưng thời gian, kiến thức và kinh nghiệmthực tế có hạn nên trong quá trình làm và hoàn thiện đồ án sẽ không tránhkhỏi thiếu sót Em rất mong các thầy góp ý, chỉ bảo cho em để kiến thức củaem được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lê Đức Hiếuđã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành nhiệm vụ.

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ MÁY KHỞI ĐỘNG ĐIỆN

Việc khởi động động cơ có lẽ là chức năng quan trọng nhất của hệthống điện ôtô Hệ thống khởi động thực hiện chức năng này bằng cách thayđổi năng lượng điện từ ắc quy thành cơ năng của máy khởi động Máykhởi động này chuyển cơ năng qua bánh răng tới bánh đà trên trục khuỷuđộng cơ Trong quá trình quay khởi động , bánh đà quay, hỗn hợp không khí–nhiên liệu được đưa tới xilanh, được nén và bốc cháy khởi động động cơ Đasố động cơ yêu cầu tốc độ quay khởi động khoảng 200v/ph.

1.1 CHỨC NĂNG CỦA MÁY KHỞI ĐỘNG ĐIỆN:

Ôtô muốn khởi động được thì đầu tiên phải bằng cách nào đó làm chotrục khuỷu của động cơ ôtô quat được với tốc độ khoảng (60÷80)vòng/phút.Tương ứng với tốc độ này,máy phát điện của ôtô mới phát ra đủnăng lượng điện tạo ra tia lửa điện trên đầu bugi đốt cháy hỗn hợp công táctrong xylanh, lúc đó động cơ ôtô mới bắt đầu sinh công.

Để thực hiện quay trục khuỷu của động cơ ôtô, có thể dùng tay quayhoặc dùng một động cơ điện.Tất cả các thiết bị đi kèm theo động cơ điện đểthực hiện khởi động động cơ ôtô bằng phương pháp điện gọi là hệ thống khởiđộng điện.

Máy khởi động có chức năng quay trục khuỷu động cơ ôtô đạt tớ mộttrị số tốc độ nhất định để động cơ ôtô có thể làm việc tư lập được.Khi động cơ ôtô đã hoạt động, thì coi như máy khởi động đã hoàn thànhnhiệm vụ, nó sẽ thôi không làm việc nữa và được nghỉ suốt trong quá trìnhôtô còn nổ máy.

Hình 1-1 Phần máy khởi động được tô màu da cam.

1.2 CÁC YÊU CẦU KĨ THUẬT ĐỐI VỚI MÁY KHỞI ĐỘNGĐIỆN:

Do tính chất, đặc điểm và chức năng của máy khởi động như trên,những yêu cầu kĩ thuật cơ bản đối với máy khởi động điện bao gồm:

+ 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 cơôtô đạt tốc độ quay nhất định.

+ Khi động cơ ôtô đã làm việc,phải cắt được khớp truyền động của máykhởi động ra khỏi trục khuỷu của động cơ ôtô.

+ Có thiết bị điều khiển từ xa khi thực hiện khởi động động cơ ôtô(nútbấm hoặc khóa khởi động) thuận tiện cho người sử dụng.

Công suất tối thiểu của máy khởi động điện được tính theo công thức: Pkđ = Mc.Π.nmin/30 (w)

Trong đó: nmin-tốc độ quay nhỏ nhất tương ứng với trạng thái nhiệt độcủa động cơ khi khởi động, vòng/phút.Với trị số tốc độ này, động cơ ôtô phảilàm việc tự lập được sau ít nhất hai lần khởi động, thời gian khởi động khôngkéo dài quá 10s đối vớ động cơ xăng và không quá 15s đối với động cơđiêzen, khoảng thời gian giãn cách giữa hai lần khởi động liên tiếp không quá

60s.Trị số nmin phụ thuộc vào loại động cơ số lượng xylanh có trong động cơvà nhiệt độ của động cơ lúc bắt đầu khởi động.Trị số tốc độ đó bằng :

nmin= (40÷50) vòng/phút đối với động cơ xăng nmin= (80÷120) vòng/phút đối vớ động cơ điêzen.

Mc – mômen cản trung bình của động cơ ôtô trong quá trình khởi động, N.m.

Mômen cản khởi động của động cơ ôtô bao gồm mômen cản do lực masát của các chi tiết có chuyển động tương đối so với động cơ ôtô khi khởiđộng gây ra và mômen cản khi nén hỗn hợp công tác trong các xylanh củađộng cơ ôtô Trị số Mc phụ thuộc vào loại động cơ, số lượng xylanh có trongđộng cơ và nhiệt độ động cơ khi khởi động

1.3 CÁC LOẠI MÁY KHỞI ĐỘNG ĐIỆN:

Có 4 loại máy khởi động điện

1.3.1 Loại giảm tốc:

Hình 1-2 Máy khởi động loại giảm tốc

Máy khởi động loại giảm tốc dùng mô tơ tốc độ cao

Máy khởi động loại giảm tốc làm tăng mô men xoắn bằng cách giảmtốc độ quay của phần ứng lõi mô tơ nhờ bộ truyền giảm tốc.

Píttông của công tắc từ đẩy trực tiếp bánh răng chủ động đặt trên cùngmột trục với nó vào ăn khớp với vành răng

1.3.2 Máy khởi động loại thông thường :

Hình 1-3 Máy khởi động loại thông thường.

Bánh răng dẫn động chủ động được đặt trên cùng một trục với lõi môtơ (phần ứng)và quay cùng tốc độ với lõi

Cần dẫn động được nối với thanh đẩy của công tắc từ đẩy bánh răngchủ động và làm cho nó ăn khớp với vành răng.

1.3.3 Máy khởi động loại bánh răng hành tinh:

Hình 1-4 Máy khởi động loại bánh răng hành tinh

Máy khởi động loại bánh răng hành tinh dùng bộ truyền hành tinh để giảm tốc độ quay của lõi (phần ứng) của mô tơ

Bánh răng dẫn động khởi động ăn khớp với vành răng thông qua cần dẫn động giống như trường hợp máy khởi động thông thường

1.3.4 Máy khởi động PS (Mô tơ giảm tốc hành tinh-rôto đoạn dẫn):

CHƯƠNG II

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA MÁY KHỞI ĐỘNGĐIỆN

2.1 CẤU TẠO CHUNG CỦA MÁY KHỞI ĐỘNG ĐIỆN:

Ta tìm hiểu loại thông thường:

Máy khởi động thông thường bao gồm các thành phần được chỉ rõ hình2-1 Bánh răng chủ động trên trục của phần ứng động cơ và quay cùng tốcđộ.Một lõi hút trong công tắc từ (solenoid) được nối với nạng gài Khi kíchhoạt nam châm điện thì nạng gài sẽ đẩy bánh răng chủ động khớp với vànhrăng bánh đà Khi động cơ bắt đầu khởi động khớp ly hợp một chiều ngắt nốibánh răng chủ động ngăn cản mô men động cơ làm hỏng motor khởi động.Đó là kiểu của bộ khởi động đã được sử dụng hầu hết ở năm 1975và trênnhững xe đời cũ Công suất đầu ra là 0.8, 0.9 và 1KW

Hình 2-1 Cấu tạo máy khởi động loại thông thường.

Hình 2-2 Sơ đồ bố trí của hệ thống khởi động điện trên ôtô.2.2 SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG:

2.2.1 Sự hoạt động của hệ thống khởi động trên ôtô hộp số thường:

Hình 2-3 Sơ đồ hệ thống khởi động điện trên ôtô hộp số thường.

+ Có một dòng thường trực từ accu đến máy khởi động tại chân 30.

+ Khi xoay công tắc máy START, nếu tài xế quên không đạp Ambrayathì không có dòng tới máy khởi động.

+ Khi công tắc máy START dòng điện đi từ bình > cầu chì > IGSW > rờle đề -> chân 50 của máy khởi động -> mass.

-+ Tùy vào dòng xe khác nhau,cầu chì có thể là loại 80A,90A hoặc 100A.

2.2.2 Sự hoạt động của hệ thống khởi động trên ôtô hộp số tự động:

Hình 2-4 Sơ đồ hệ thống khởi động điện trên ôtô hộp số tự động.

+ Có một dòng thường trực đến máy khởi động tại chân 30.

+ Khi xoay công tắc đến vị trí START,nếu tài xế quên không trả số về N hoặc P thì không có dòng xuống máy khởi động.Nếu hệ thống chống trộm được bật thì cũng không có dòng xuống máy khởi động.

+ Khi hệ thống chống trộm không làm việc,và vị trí số đang ở N hoặc Pthì khi công tăc ở vị trí START sẽ có dòng đi từ bình -> cầu chì -> IGSW -> công tắc số N/P -> chân 50 -> mass.

2.3 NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA MÁY KHỞI ĐỘNG LOẠI THƯỜNG:2.3.1 Công tắc đánh lửa ở vị trí khởi động (“ ST “):

tắc máy

Phần ứngCọc C

Cọc 50

quy

+ Cường độ dòng điện dòng từ ắc quy qua cực 50 tới cuộn giữ và cuộn hút Tiếp theo từ cuộn hút , dòng điện dòng qua cực C tới cuộn dây kích từ và cuộn dây phần ứng.

+ Sụt áp qua cuộn hút ngăn chặn dòng điện tới motor , giữ ở tốc độ chậm.+ Lõi hút solenoid kéo khớp dẫn động tới khớp bánh răng chủ động với vành răng bánh đà.

Bánh răng xoắn và tốc độ khởi động chậm của motor giúp cho việc gài răng được êm dịu.

2.3.2 Bánh răng và vành răng bánh đà được ăn khớp:

Dòng chuyển động:

Công tắc máy

Cọc 30

Cọc 50

Cọc C Cuộn kích từBản

tiếp xúc

Phần ứngCuộn

MátĂc

quy

Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy khởi động khi bánh răng vàvành bánh đà ăn khớp.

+ Khi bánh răng đã được ăn khớp , bản tiếp xúc trên lõi hút trên bộ chuyển mạch chính đóng , nối giữa cực 30 và cực C

+ Cường độ dòng điện lớn tới motor và nó quay với momen xoắn lớn hơn ( năng lượng khởi động ).

Cường độ dòng điện không lưu động lâu trên cuộn hút Lõi hút được giữ ở một vị trí bằng lực từ của cuộn giữ.

2.3.3 Công tắc đánh lửa ở vị trí mở “ON” :

Dòng chuyển động:

Cuộn hút Cuộn giữCọc 30 Cọc C

Cuộn kích từBản tiếp

quy

+ Dòng điện không lưu động lâu ở cực “50” , nhưng phần dư bộ chuyển mạch chính đóng cấp dòng điện dòng từ cực “ C ” qua cuộn hút tới cuộn giữ.

+ Từ trường trong hai cuộn dây bị cắt và cần đẩy ( lõi hút ) được kéo trở lại bằng lò xo hồi vị.

+ Cắt dòng điện cao tới motor và bánh răng chủ động được nhả ra từ vành răng bánh đà.

3.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHỞI ĐỘNG:

Động cơ điện dùng trong hệ thống khởi động là động cơ điện một chiềukích từ nối tiếp hoặc hỗn hợp.

Động cơ điện gồm các bộ phận:

Hình 3-1 Cấu tạo của động cơ điện.3.1.1 Phần cảm:

Hình 3-2 Cấu tạo phần cảm

 Chức năng: tạo ra từ trường cần thiết cho động cơ điện.Là chỗ bố trí cuộn dây kích từ và lõi của nó, đồng thời là nơi đi qua của đường sức từ.

 Cấu tạo: gồm có

+ Phầncảm + lõi cực.

+ cuộn dây kích từ + chổi than.

+ được sử dụng để máy ở tốc độ cao.

+ chống nhiệt tốt hơn so với các loại động cơ điện khác.Chịu nhiệt rất tốt để có thể khởi động nhiều lần.

+ kết cấu gọn(đường kính nhỏ).

3.1.3 Chổi than và giá đỡ chổi than:

+ chổi than được chế tạo bằng hợp kim đồng và cácbon (60%-70%

+ lực cũa lò xo chổi than ép chổi ngăn rotor quay quá nhanh.+ làm rotor dừng ngay khi ngắt đề.

Nguyên lý tạo ra mômen trong động cơ điện khở động:

Đường sức từ sinh ra giữa cực bắc và cực nam của nam châm Nó đi từ cực bắc tới cực nam Khi đặt một nam châm khác ở giữa hai cực từ , sự hút vàđẩy của hai nam châm làm cho nam châm đặt giữa quay xung quanh nó.

Hình 3-5 Nguyên lí tạo ra từ trường trong động cơ điện khởi động

Mỗi đường sức từ không thể cắt ngang qua đường sức từ khác Nódường như trở nên ngắn hơn và cố đẩy những đường sức từ gần nó ra xa Đólà nguyên nhân làm cho nam châm ở giữa quay theo chiều kim đồng hồ.

Trong động cơ thực tế, phần giữa là khung dây.Giả sử chúng ta có mộtkhung dây quấn như trên hình sau:

Hình 3-6 Khung dây trong từ trường.

Khi dòng điện chạy xuyên qua khung dây, từ thông sẽ xuyên quakhung dây.Chiều của đường sức từ sinh ra được xác định bằng qui tắc vặn núttrai.Khi chiều của từ trường trùng nhau, đường sức từ trở nên mạnh hơn ( dàyhơn ) Khi chiều của từ trường đối ngược, thì đường sức từ trở nên yếu đi( thưa hơn ).

Hình 3-7 Đường sức từ.

Bản chất của đường sức từ thường trở nên ngắn đi và cố đẩy nhữngđường sức từ khác ra xa nó và tạo ra lực Lực sinh ra trên khung dây cungcấp năng lượng làm quay động cơ điện

Đặt hai đầu khung dây lên điểm tựa để nó có thể quay.Tuy nhiên nó chỉcó thể tiếp tục quay khi lực sinh ra theo chiều cũ.

Bằng cách gắn cổ góp và chổi than vào khung dây, dòng điện chạy quadây dẫn từ sau đến trước phía cực bắc, trong khi dòng điện chạy từ trước rasau phía cực nam và duy trì như vậy Điều đó làm nam châm tiếp tục quay.

Hình 3-8.

Hoạt động thực tế: để ứng dụng lý thuyết trên tong thực tế, trước tiên,người ta phải quấn nhiều khung dây để tăng từ thông từ đó sinh ra mômenlớn.Tiếp tjeo, người ta đặt một lõi thép bên trong các khung dây cũng nhằmtăng từ thông và tạo ra mômen lớn.

Thay vì sử dụng nam châm vĩnh cửu, người ta sử dụng nam châm điệnlàm phần cảm.

Quan hệ giữa cực từ của nam châm và dòng điện chạy qua nó có thểdùng qui tắc bàn tay phải đẻ giải thích Hướng tất cả bốn ngón tay, trừ ngóntay cái của bàn tay phải theo chiều của dòng điện đi qua cuộn dây Khi đó,ngón cái sẽ chỉ chiều của cực bắc.

Để tốc độ động cơ quay cao và êm, người ta dùng nhiều khung dây.Từ những lý thuyết trên, người ta thiết kế máy khởi động trong thực tế:

Hình 3-9 Một số chi tiết của động cơ điện thực tế.

Cuộn dây phần ứng được quấn như hình trên Hai đầu của hai khungdây cạnh nhau được hàn với cùng một phiến đồng trên cổ góp Dòng điệnchạy từ chổi than dương đến âm qua các khung dây mắc nối tiếp Nếu nhìn từphía bánh răng bendix thì dòng điện có chiều như sau:

Hình 3-10.

Nhờ sự bố trí các khung dây trong phần cảm và phần ứng mà sinh ralực từ làm quay phần ứng.Rôto quay theo chiều kim đồng hồ theo qui luật bàntay trái: để ngón tay cái bàn tay trái thẳng góc với mặt bàn tay.hướng cả bốnngón tay theo chiều dòng điện.Khi đó, ngón cái sẽ chỉ chiều lực từ.

Động cơ điện một chiều được chia làm 3 loại tùy theo phương pháp nốidây:

+ Loại mắc nối tiếp: phát ra mômen lớn nhất khi bắt đầu quay, đượcdùng chủ yếu trong máy khởi động.

Hình 3-13.

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có mômen khởi động lớn songcó nhược điểm là tốc độ không tải (ωo) quá lớn, ảnh hưởng đến độ bền và tuổio) quá lớn, ảnh hưởng đến độ bền và tuổithọ làm việc của động cơ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp tuymômen khởi động không lớn bằng so với động cơ điện một chiều kích từ nốitiếp nhưng trị số không tải bé hơn.

Khi hệ thống khởi động làm việc, dòng điện khởi động có trị số rất lớn( từ 150 đến 300 ampe đối với động cơ của xe du lịch, với các động cơ trên xevận tải dòng điện khơi động có thể đạt tới 1600 ÷ 1800 ampe) Để đảm bảotruyền được công suất từ động cơ điện khởi động sang động cơ ôtô, tránh tổnthất điện áp trên đường dây nối từ ắcquy đến động cơ điện khởi động và ở cácchỗ tiếp xúc, yêu cầu điện trở của động cơ điện khởi động phải đủnhỏ( khoảng 0,02 Ω) , sụt áp ở vùng tiếp xúc giữa chổi than và cổ góp của) , sụt áp ở vùng tiếp xúc giữa chổi than và cổ góp củađộng cơ điện khởi động cho phép trong khoảng ( 1,5 ÷ 2 )V Các chổi thantiếp điện của động cơ khởi động thường làm bằng đồng đỏ.

3.2 CÔNG TẮC TỪ:

Hình 3-14 Cấu tạo công tắc từ.

+Chức năng: kéo và đẩy bánh răng bendix ra nhờ tay gạt khi đề.Có tácdụng như công tắc đóng mở dòng điện cho động cơ điện.