Xe được trang bị rất nhiều thiết bị điện để điều khiển xe được an toàn và thuận tiện. Xe cần sử dụng điện không chỉ khi đang chạy mà cả khi dừng. Vì vậy, xe có ắc quy để cung cấp điện cho các thiết bị phụ và khởi động động cơ, hệ thống nạp để tạo ra nguồn cung cấp điện khi động cơ đang nổ máy. Hệ thống nạp cung cấp điện cho tất cả các thiết bị điện và để nạp điện cho ắc quy khi xe đang chạy.
Hệ thống cung cấp nguồn bao gồm các thiết bị chính sau đây: Ắc quy, máy phát điện, bộ điều chỉnh điện, đèn báo nạp, công tắc máy.
2.3.1.1. Máy phát điện
Máy phát là nguồn điện chính trên xe, nó có nhiệm vụ : - Cung cấp điện cho tất cả các phụ tải.
- Nạp điện cho ắc quy a. Cấu tạo máy phát điện xoay chiều
Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ loại có vòng tiếp điện gồm những bộ phận chính là: rôto, stato, puli, cánh quạt, bộ chỉnh lưu, bộ điều chỉnh điện, quạt, chổi than và vòng tiếp điểm.
Máy phát thực tế sử dụng trên xe Toyota Camry là : Nhà sản xuất : DENSO HAIRPIN
Mã : 270600V130 Điện áp(V): 12V Ampere(A):80A
+ Rôto: Gồm hai chùm cực hình móng lắp then trên trục. Giữa các chùm cực có các cuộn dây kích thích đặt trên trục qua ống lót bằng thép. Các đầu của cuộn dây kích thích được nối với các vòng tiếp điện gắn trên trục máy phát. Trục của rôto được đặt trên các ổ bi lắp trong các nắp bằng hợp kim nhôm. Trên nắp, phía vòng tiếp điện còn bắt giá đỡ chổi điện. Một chổi điện được nối với vỏ máy phát, chổi còn lại nối với đầu ra cách điện với vỏ. Trên trục còn lắp cánh quạt và puli dẫn động.
+ Stator: Là khối thép từ ghép từ các lá thép điện kỹ thuật, phía trong có xẻ rãnh phân bố đều để đặt cuộn dây phần ứng.
Stator trên máy phát trên xe Toyota Camry được cấu tạo bởi nhiều đoạn dây dẫn hàn lại với nhau. Sự sắp xếp dây dẫn và hình dạng của dây dẫn hợp lý giúp cho máy phát điện nhỏ gọn hơn. Stator với cuộn dây ba pha kép được bố trí trên máy phát điện, nó gồm h ai bộ cuộn dây ba pha bố trí so le 30 độ. Điều này làm cho tiếng ồn và sự nhiễu tần số vô tuyến giảm đáng kể do những biến động từ trường sinh ra bởi cuộn dây tự triệt tiêu lẫn nhau.
b. Nguyên lý sinh điện của máy phát điện xoay chiều 3 pha thông thường
Khi nam châm quay trong cuộn dây, điện áp sẽ sinh ra giữa 2 đầu cuộn dây. Điện áp này sẽ sinh ra một dòng điện xoay chiều. Mối liên hệ giữa dòng điện sinh ra trong cuộn dây và vị trí của nam châm được chỉ ra trong hình 2.6. Dòng điện lớn nhất được sinh ra khi cực N và cực S của nam châm gần với cuộn dây nhất. Tuy nhiên, chiều dòng điện ở mỗi nửa vòng quay của nam châm lại ngược nhau. Dựa trên nguyên lý trên và để sinh ra dòng điện một cách hiệu quả hơn, máy phát điện trên ô tô dùng 3 cuộn dây bố trí lệch nhau một góc 1200 trên stator.
Mỗi cuộn A, B, C được đặt chênh nhau 1200. Khi nam châm quay giữa chúng dòng điện xoay chiều được sinh ra trong mỗi cuộn dây. Dòng điện bao gồm 3 dòng xoay chiều được gọi là “dòng xoay chiều 3 pha”.
c. Bộ chỉnh lưu
Các thiết bị điện trên xe đều yêu cầu dòng điện một chiều để hoạt động và ắc quy cần dòng điện một chiều để nạp. Trên ô tô hiện đại đều sử dụng máy phát điện xoay chiều 3 pha nên muốn sử dụng dòng điện này cần phải biến đổi thành dòng một chiều. Việc biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều gọi là “chỉnh lưu”. Trên ô tô thường sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha. Biện pháp đơn giản nhất để chỉnh lưu dòng điện là sử dụng các diod.
Diod là một vật liệu bán dẫn nó chỉ cho phép dòng điện đi qua theo một chiều, cấu tạo bởi chất bán dẫn Silic hoặc Gecmani có pha thêm một số chất để tăng cường electron tự do.
2.3.1.2. Nguyên lí của mạch
Trường hợp thứ 1 khóa điện ở vị trí ON nhưng động cơ chưa làm việc:
- Dòng từ dương Ắc quy → khóa điện → cầu chì ECU-IG1, tác động vào chân IG, làm cho IC được kích hoạt. Lúc này IC sử dụng tín hiệu từ chân S và chân M để điều khiển ( tín hiệu từ chân S có điện áp bằng điện áp ắc quy, tín hiệu từ chân M thông báo cho ECM động cơ chưa hoạt động, đèn báo nạp sáng lên thông qua chân L. IC điều khiển ngắt Transitor điều khiển cuộn dây kích từ → không có dòng kích từ.
Trường hợp thứ 2 khóa điện ở vị trí ST và động cơ làm việc :
- Cảm biến vị trí trục khuỷu gửi tín hiệu về ECM xác nhận động cơ đã làm việc → ECM xuất tín hiệu điều khiển IC thông qua chân M. Lúc này IC đưa tín hiệu qua thông chân L làm tắt đèn báo nạp, đồng thời đóng Transitor lại và có dòng điện chạy qua Roto, sinh ra từ trường và quay nhờ sức kéo của động cơ → 3 cuộn dây pha sinh ra dòng điện → qua chỉnh lưu thành dòng điện 1 chiều
Trường hợp thứ 3 khi điện áp phát ra của máy phát tới ắc quy cần điều chỉnh:
- Điện áp phát ra tác động vào chân S, IC sẽ biết được điện áp cần điều chỉnh, nếu lớn sẽ ngắt dòng kích từ → giảm điện áp phát ra từ máy phát đến mức min thì IC lại nhận biết thông qua chân S, IC sẽ đóng mạch cho dòng điện qua cuộn kích từ → điện áp lại tăng lên. Quá trình cứ diễn ra lặp đi lặp lại giúp cho điện áp phát ra ở chân B luôn nằm trong 1 giá trị nhất định để cung cấp cho các phụ tải.
Hình 2.7 Sơ đồ mạch điện hệ thống nạp trên xe Toyota Camry 2.5Q 2013 (Xem rõ sơ đồ mạch điện ở bản vẽ số 02)
Để tránh những trường hợp máy phát có tải vượt quá trị số định mức trong quá trình vận hành, vì vậy tiết chế IC (bộ điều chỉnh) được gắn trong máy phát. Trên xe Toyota Camry sử dụng bộ điều chỉnh bán dẫn không tiếp điểm.
2.3.2. Hệ thống khởi động
2.3.2.1. Giới thiệu về hệ thống
Trong mạch điện của hệ thống khởi động bao gồm : ắc quy, máy khởi động, cụm khóa điện hoặc công tắc động cơ, ECM, rơ le khởi động và các cầu chì.
2.3.2.2. Nguyên lí của mạch
Khí bật khóa điện ở vị trí khởi động khí đó : AM1 nối với ST1, AM2 nối với ST2, có dòng chạy trong mạch như sau:
+ Dòng thứ 1 là dòng điện điều khiển : Từ dường ắc quy → cầu chì AM1 → chân số 4 → ECM ( thông báo cho ECM biết khóa điện ở vị trí khởi động, và vị trí cần số ở vị trí N hoặc P → ECM ( thông báo cho động cơ đang hoạt động ở trang thái khởi động ) → Rơ le khởi động → Mass. Khi đó có dòng điện thứ 2 trong mạch
+ Dòng thứ 2 : Từ dương ắc quy → cầu chì AM2 → chân số 5 → Rơ le khởi động → Máy khởi động → có dòng trong cuộn hút và cuộn giữ → Mass
+ Dòng thứ 3: Từ dương ắc quy → Máy khởi động → công tắc → Mass. Lúc này máy khởi động sẽ quay kéo cho động cơ hoạt động.
2.3.2.3. Sơ đồ mạch điện của hệ thống khởi động
Hình 2.8 Sơ đồ mạch điện hệ thống khởi động ( Xem rõ sơ đồ mạch điện ở bản vẽ số 02 )