b. Cấu tạo
5.1. Vấn đề khởi động động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong khác với một số động cơ khác nh động cơ điện, máy hơi nớc… vv… Không thể tự khởi động đợc . Nói cách khác, muốn khởi động động cơ thì máy khởi động phải phát ra mô men quay, mô men quay này phải thắng đợc mô men cản của động cơ.
Mô men cản này là tổng các mô men: Mô men lực ma sát, mô men nén, mô men để dẫn động cơ cấu phụ trợ đặt trên động cơ nh ( máy nén khi bơm dầu nhờn, bản nhiên liệu trên động cơ điezel ) và các mô men để khắc phục ( biến đổi ) lực quán tính của các khối chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến của động cơ.
Tóm lại: để khởi động đợc động cơ thì máy khởi động phải tạo ra mô men quay để truyền cho trục khuỷu, giúp trục khuỷu quay đợc với số vòng quay nhất định để động cơ khởi động đợc và sau và sau khi động cơ đã tự làm việc thì máy khởi động phải đợc loại ra một cách tự động.
Đối với động cơ xăng, số vòng quay khởi động 20 ữ 30 vòng/ phút. Đối với động cơ điezel , số vòng quay khởi động 80 ữ 250 vòng/ phút. Tuỳ thuộc vào từng loại động cơ và cách thức khởi động, ngời ta có một số 5.2. các phơng án khởi động động cơ
5.2.1. Khởi động bằng máy khởi động:
Trong hệ thống khởi động này, ắc quy cung cấp năng lợng cho máy khởi động ( máy đề ) để nó làm việc, máy khởi động sẽ kéo cho trục khuỷu của động cơ quay đến tốc độ vòng quay cần thiết để cho động cơ nổ và tự làm việc đợc.
Khởi động bằng máy khởi động ( máy đề ) có 2 phơng pháp thực hiện việc điều khiển máy tự động làm việc.
+ Điều khiển trực tiếp ( bằng hộp tiếp điểm ). + Điều khiển gián tiếp ( bằng rơle khởi động ).
* Ưu điểm:
- Rất thuận tiện khi sử dụng. - Khởi động nhanh.
- Kích thớc toàn bộ thiết bị khởi động nhỏ nên rất phổ biến ở động cơ cỡ nhỏ trung bình, kể cả động cơ xăng và điezel. Đặc biệt là động cơ ô tô và xe máy.
* Nhợc điểm:
- ắc quy dễ bị quá tải, nên thời gian khởi động ngắn ( thời gian khởi động không quá 15 – 20 giây).
- Phải thờng xuyên chăm sóc, bảo dỡng ắc quy cũng nh máy khởi động ( chổi than cổ góp… ) để có thể khởi động chắc chắn đợc.
5.2.2. Khởi động bằng máy nén khí .
Nguyên tắc làm việc của hệ thống này nh sau: Đa không khí nén vào xi lanh vào thời điểm tơng ứng với hành trình giãn nở sinh công, do đó đẩy piston đi xuống làm trục quay khuỷu để khởi động động cơ.
* Ưu điểm:
- Khởi động rất chắc chắn .
- Việc khởi động không tiêu tốn sức lực của ngời vận hành.
* Nhợc điểm:
- Việc khởi động động cơ tơng đối phức tạp, phải phụ thuộc vào nguồn khí nén dự trữ.
- Hệ thống bố trí phức tạp và cồng kềnh.
5.2.3. Khởi động bằng máy lai:
Việc khởi động động cơ đợc thực hiện thông qua một động cơ cỡ nhỏ có thể là động cơ xăng hoặc động cơ điezel để kéo cho trục khuỷu của động cơ cần khởi động quay số vòng quay nhất định giúp cho việc khởi động động cơ đợc dễ dàng hơn.
Khởi động bằng động cơ lai chỉ thích ứng với loại động cơ lớn nh tàu thuỷ, xe lu và một số động cơ tĩnh tại cỡ lớn.
* Ưu điểm:
- Số lần khởi động không hạn chế.
- Tạo số vòng quay lớn cho động cơ cần khởi động.
- Nhiệt làm mát động cơ phụ đợc dùng hàm nóng động cơ chính có tác dụng hỗ trợ khởi động, vì vậy khởi động rất chắc chắn.
* Nhợc điểm:
- Thời gian khởi động khá lâu.
- Hệ thống khởi động tơng đối đắt tiền.
- Việc sửa chữa và bảo dỡng hệ thống khởi động khó hơn các phơng pháp khởi động khác.
5.2.4. Khởi động bằng sức ngời:
Dùng sức ngời thông qua tay quay để quay cho động cơ làm việc phơng pháp này thích hợp cho động cơ cỡ nhỏ.
* Nhợc điểm:
- Việc khởi động vất vả tiêu tốn sức lực ngời vận hành động cơ. 5.3. máy khởi động điện
5.3.1. Khái niệm chung
a. Công dụng:
+ Truyền cho trục khuỷu số vòng quay tối thiểu để động cơ có thể nổ
b. Phân loại:
* Dựa vào phơng pháp điều khiển khởi động:
+ Máy khởi động điều khiển trực tiếp: Tác dụng bằng tay hoặc chân trực tiếp cho mạch khởi động
+ Máy khởi động điều khiển gián tiếp: Thông qua những bộ phận bằng điện ( rơ le điều khiển ) để thực hiện việc đóng mạch cho máy khởi động một cách tự động.
c. Yêu cầu:
+ Kết cấu gọn nhẹ nhng chắc chắn. Có sự ổn định và tin cậy cao.
+ Lực kéo sinh ra trên trục của máy phải đảm bảo đủ lớn, tốc độ quay cũng phải đạt tới phạm vi làm cho trục khuỷu có tốc độ quay nhất định.
+ Khi động cơ của ôtô đã làm việc, phải cắt sự truyền động từ máy khởi động tới trục khuỷu.
5.3.2. Cấu tạo của máy khởi động.
Hình 5.1. Kết cấu máy khởi động điện.
1. Cuộn giữ; 2. Cuộn hút; 3. Lò xo hồi vị; 4. Nạng gài; 5. ống chủ động; 6, 7. Khớp truyền động; 8. Bánh răng khởi động; 9. Trục rôto; 10. Vành hãm; 11. Rãnh răng xoắn; 12. Khớp cài với nạng gài; 13. Đầu nối dây điện; 14. Đầu tiếp điện; 15. Lò xo hồi vị; 16. Đĩa đồng tiếp điện; 17. Vỏ rơ le; 18. Nắp sau của máy khởi động; 19. Giá đỡ chổi than; 20. Chổi than; 21. Phiến góp; 22. Stator; 23. Rôto; 24. Vỏ máy; 25. Cuộn dây stator.
Gồm ba phần:
a. Động cơ điện của máy khởi động.
Hình 5.2. Sơ đồ kích từ của các động cơ điện khởi động.
Động cơ điện sử dụng trong hệ thống khởi động là động cơ một chiều, kích từ hỗn hợp hoặc nối tiếp. Động cơ kích từ nối tiếp có một mô men khởi động lớn song nó có nh- ợc điểm là vòng quay không tải quá lớn, ảnh hởng đến độ bền và tuổi thọ của động cơ. Động cơ kích từ hỗn hợp có khả năng cung cấp mô men khởi động không lớn bằng kích từ nối tiếp song giảm đợc trị số cực đại của vòng quay không tải. Khi hệ thống làm việc, dòng điện khởi động có trị số rất lớn từ (150 A – 300 A) đối với động cơ xe du lịch, với các động cơ dùng trên xe vận tải dòng điện có thể lên tới (1600 A – 1800 A), để đảm bảo truyền đợc công suất khởi động, tránh tổn thất trên các mạch và trên các chỗ tiếp xúc, yêu cầu điện trở động cơ khởi động phải đủ nhỏ khoảng 0,02 Ω , sụt áp ở vùng tiếp xúc của cổ góp điện động cơ khoảng (1,5 V – 2 V ). Các chổi than tiếp điện ở cổ góp thờng đợc thay bằng vật liệu đồng đỏ. Công suất điện từ của động cơ điện khởi động đợc tính toán theo công thức:
P1 = P2 ( 1/η ) ( W )
Trong đó: P2 – Công suất cơ khí cần thiết để khởi động động cơ.
η - Hiệu suất của động cơ điện khởi động. Trị số của ( η ) thờng lấy bằng 0,85 – 0,88.
Động cơ điện của máy khởi động là loại động cơ điện một chiều tạo ra mô men quay lớn. Cấu tạo gồm 3 phần.
- Phần tĩnh: Stator
- Phần động: Rôto.
- Chổi than cổ góp. * Stato (phần cảm)
Gồm có các má cực lắp cố định với phần vỏ của máy khởi động. Bốn má cực đợc bố trí lệch nhau 900.
Trên các má cực đợc bố trí các cuộn dây kích thích. Các cuộn dây này đợc mắc nối tiếp với nhau.
Có hai cách mắc các cuộn dây thờng dùng là.
Hình 5.3 Cấu tạo rôto.
Mắc nối tiếp. Hình 5.4 Mắc nối tiếp - Mắc hỗn hợp. Hình 5.5. Mắc hỗn hợp.
Nhợc điểm ở cách mắc nối tiếp là tạo ra số vòng quay quá lớn.Vì vậy ngời ta phải nghĩ ngay đến chuyện mắc hỗn hợp, tức là vừa nối tiếp vừa song song. ở cách mắc này thì cứ hai cuộn dây đợc mắc nối tiếp với nhau thành một cuộn, rồi hai cặp đó lại đợc mắc song song với nhau.
* Rôto (phần ứng)
- Rôto của máy khởi động bao gồm trục rôto, khớp nối từ, cuộn dây của phần ứng và cổ góp.
- Trên thân có sẻ các rãnh các rãnh có thể song song với đờng tâm trục rôto, hoặc sẻ chéo so với trục rôto .
Hình 5.6. Cấu tạo rôto.
1. Trục rôto; 2. Cuộn dây phần ứng; 3.Thân rô to; 4. Cổ góp.
- Phía đầu máy còn có các cổ góp gồm các phiến góp ép chặt trên trục rôto, gồm nhiều phiến đồng ép chặt với nhau và cách điện với trục.
- Trên trục rôto còn có các rãnh xoắn, trục đợc đỡ bởi hai ổ đỡ ổ lăn. * Chổi than và giá đỡ chổi than.
- Làm bằng hỗn hợp thiếc đồng và có pha thêm một chút graphit, nhằm mục đích làm giảm điện trở của chổi than.
- Các chổi than cũng có tiết diện lớn và đợc lắp nghiêng một góc so với trục của rôto.
- Các lò xo luôn tỳ sát ép chổi than vào cổ góp.
Hình 5.7 Cụm chổi than
1. Chổi than; 2. Giá đỡ chổi than.
* Nắp: gồm có nắp trớc và sau. Nắp trớc để đỡ trục và giá đỡ chổi than. Nắp sau để bao kín và đỡ trục. Nắp và vỏ đợc nối với nhau bằng các vít xuyên tâm
b. Khớp nối của máy khởi động.
Là cơ cấu truyền mô men từ động cơ đến bánh đà động cơ ô tô. Tỷ số truyền động trong khoảng 1/10 ữ 1/20, có nghĩa là bánh răng máy khởi động phải quay 10ữ 20 vòng để kéo bánh đà động cơ quay một vòng. Khi hoạt động, tốc độ của rô tor từ 2000 ữ 3000 vòng / phút sẽ kéo trục khuỷu quay khoảng 200 vòng / phút đủ cho động cơ khởi động.
Sau khi khởi động động cơ đã nổ đợc số vòng quay của động cơ có thể lên tới 3000 ữ 4000 vòng/phút. Nếu lúc này bánh răng khớp truyền động còn dính với bánh đà , rôto sẽ bị cuốn theo với vận tốc 30000 ữ 40000 vòng /phút. Tốc độ này sẽ tạo lực ly tâm cực mạnh sẽ làm bung tất cả các dây ra khỏi rãnh roto và phá hỏng cổ góp.
Vì vậy trong hệ thống khởi động nhất thiết phải có khớp truyến động để nó có thể tự tách khỏi động cơ khi động cơ đã tự khởi động đợc.
* công dụng:
- Truyền mô men của máy khởi động đến bánh đà động cơ để quay động cơ ô tô. - Bảo vệ máy khởi động bằng cách tách bánh răng máy khởi động ra khỏi bánh đà ngay khi động cơ đã khởi động đợc
* Phân loại:
- Khớp truyền động theo quán tính. - Truyền động cơ khí cỡng bức. - Truyền động kiểu bi.
- Truyền động hỗn hợp.
+) Khớp truyền động theo quán tính. * Sơ đồ cấu tạo
.
Hình 5.8. Kết cấu khớp truyền động quán tính.
1.đầu chủ động; 2. Lò xo; 3.5. Vít hãm; 6. ốc hãm; 7. Bánh răng; 8. Chốt hãm và lò xo; 9. Trục; 10. Đối trọng của bánh răng.
ống bị động lắp trơn trên trục rôto 9 và liên kết với đầu chủ động 1 nhờ lò xo 2 và hai ốc hãm 3,5. Vít hãm 3 gắn chặt ống chủ động vào trục rôto.
* Nguyên lý làm việc.
Khi nối mạch điện, rôto quay, quán tính đối trọng 10 của bánh răng không cho bánh này quay theo nên nó phải tiến lên đờng xoắn răng ốc văng ra cài vào vành răng bánh đà giống nh con tán trên thân vít, khi bánh răng 7 đến sát ống hãm 6 thì dừng lại và bắt đầu kéo mô men của bánh đà quay.
Sau khi động cơ đã khởi động đợc, vòng quay của trục khuỷu tăng vọt lên khoảng 3000vòng/phút, bánh đà lúc này trở thành chủ động kéo bành răng khớp truyền động 7 quay theo. Do tỷ số truyền động 1/10 nên lúc này bánh răng 7 quay nhanh hơn ống bị động 4 nên nó theo đờng ven gai tách khỏi vành răng bánh đà và trở về vị trí cũ. Nó đợc giữ lại vị trí này nhờ chốt chặn và lò xo.
lúc động cơ bắt đầu nổ. Ưu điểm của loại này là giá thành hạ kết cấu đơn giản nhng nó phải chịu va đập lớn, lò xo chịu lực xoắn cao.
+) Truyền động cơ khí cỡng bức.
Bánh răng của máy khởi động cùng với khớp truyền động đợc điều khiển một cách cỡng bức của cơ cấu gài khớp để đi ra ăn khớp với bánh đà. Và sau khi động cơ đã tự làm việc đợc thì lại điều khiển cỡng bức để tách khỏi vành răng bánh đà.
Hình 5.9. Khớp truyền động cỡng bức.
1. Cơ cấu điều khiển bằng cơ khí; 2.Khớp xoay; 3,6. Vành răng trong; 4.Rãnh gắn cần gạt; 5. ống răng di trợt; 7. Bánh răng khởi động.
+) Truyền động hỗn hợp.
+ Kết cấu gồm hai phần: ống chủ động và ống bị động.
- ống chủ động : Đợc lắp với trục động cơ máy khởi động thông qua các rãnh xoắn. - ống bị động: Đợc lắp với bánh răng máy khởi động.
Phần chủ động và bị động đợc nối với nhau thông qua khớp nối kiểu bi một chiều.
Hình.5.10. Khớp dẫn động một chiều kiểu bi.
1. ống chủ động; 2. Bánh răng; 3. ống bị động;
4. Viên bi thanh lăn; 5.Bạc đỡ trục; 6.Vòng chặn; 7. rãnh gắn cần gạt;
Vòng quay khởi động động cơ thấp hơn vòng quay làm việc của động cơ rất nhiều vì vậy để đảm bảo an toàn cho động cơ khởi động, bánh răng khởi động không đợc dẫn động trực tiếp từ trục của động cơ điện mà thông qua khớp một chiều. Khớp một chiều chỉ cho phép mô men truyền theo từ trục của động cơ điện thông qua bánh răng khởi động tới làm quay vành răng bánh đà mà không cho phép truyền mô men theo chiều ngợc lại. Có nhiều kiểu kết cấu của khớp một chiều, ( hình 1.12.) trình bày kết cấu của khớp một chiều kểu bi để dẫn động bánh răng khởi động, ống chủ động 1 của động cơ điện nối với phần 3 của khớp. Bánh răng khởi động 2 nối với phần bị động 3 của khớp . Giữa phần chủ động và bị động có các viên bi thanh lăn đợc lò xo ép vào phía rãnh hẹp giữa moay ở bánh răng khởi động và phần chủ động 1. Mô men truyền từ trục qua 1 làm xoay tơng đối giữa phần chủ động và phần bị động, khi đó viên bi kẹt cứng vào khe hẹp tạo ma sát truyền mô men quay giữa các bánh răng khởi động 2.
+ Nguyên lý làm việc của khớp nối kiểu bi một chiều.
Khi động cơ làm việc, tốc độ của bánh răng 2 tăng lên đẩy các viên bi ra khỏi khe hẹp, lúc này giữa hai phần chủ động và bị động của khớp không còn liên hệ với nhau nữa, do đó mô men không truyền theo chiều ngợc từ bánh răng khởi động về trục động cơ điện.
c. Rơ le gài khớp. * Sơ đồ, cấu tạo.
Hình 5.11. Cấu tạo rơ le khởi động.
1. Cuộn hút; 2. Cuộn giữ; 3. Đĩa đồng tiếp điện; 4. Đầu tiếp xúc; 5,6. Các đầu nối dây; 7. Lò xo hồi vị; 8. Trục điều khiển điã đồng.
`
Hình 5.12. Sơ đồ nguyên lý của rơ le kéo.
Gồm có hai cuộn dây từ hoá : Cuộn Wh và Wg nh sơ đồ trên (hình 5.12). WKT là cuộn dây kích từ đa điện vào máy khởi động. M là máy khởi động, K1, K2 lần lợt là hai tiếp điểm của rơ le.
* Nguyên lý làm việc.
Khi đóng khoá khởi động ( hình5.12a. ) lúc này các dòng điện đi qua cả hai cuộn Wh và WG ( đĩa đồng tiếp điện cha nối mạch của động cơ điện khởi động ). Các dòng điện này có tác dụng tạo ra lực từ hoá hút lõi thép của rơle kéo. Dòng điện đi qua Wh khi tiếp