3.2.1 Sơ đồ cấu tạo
1. Ắc quy; 2. Ổ khố điện; 3. Máy khởi động
3.2.2 Nguyên lý làm việc
Khi quay chìa khĩa trong ổ khĩa khởi động (cơng tắc) 3 sang bên phải (hoặc ấn nút khởi động nếu cĩ trên ơ tơ), cuộn dây của rơ le khởi động 4 cĩ điện, rơ le khởi động tác động cặp tiếp điểm 5 đĩng lại. Khi đĩ cuộn dây hút 11, cuộn dây kích từ 16 và phần ứng 15 của động cơ điện khởi động được cấp điện theo mạch : Từ cực dương của ắc quy (+A) cặp tiếp điểm 5 của rơ le khởi động cuộn hút 11 của rơ le khởi động cuộn dây kích từ 16 của động cơ điện khởi động phần ứng 15 của động cơ điện khởi động mát (vỏ máy).
Cuộn dây giữ 12 của rơ le khởi động được cấp nguồn theo mạch: Từ cực dương của ắc quy (+A) cặp tiếp điểm 5 của rơ le khởi động cuộn giữ 12 của rơ le khởi động mát (vỏ máy).
33 Trong trường hợp này, từ thơng sinh ra trong cuộn dây hút 11 và trong cuộn dây giữ 12 tác dụng cùng chiều nhau, lực điện từ của rơ le khởi động sẽ kéo lõi thép 13 chuyển động sang bên trái, cánh tay địn sẽ làm cho bánh răng 14 ăn khớp với vành bánh răng của bánh đà của động cơ ơ tơ.
Khi bánh răng đã ăn khớp với vành bánh răng bánh đà, lõi thép 13 đẩy đĩa tiếp xúc 8 sang bên trái làm cho các tiếp điểm 7, 9 và 10 đĩng kín. Kết quả là cuộn dây hút 11 của rơ le khởi động bị ngắn mạch, phần ứng 15 và cuộn dây kích từ của động cơ điện khởi động được đấu trực tiếp với ắc quy (dịng điện khơng đi qua cuộn hút 11 của rơ le khởi động) theo mạch: Từ cực dương của ắc quy (+A) cặp tiếp điểm (9-10) của rơ le khởi động cuộn dây kích từ 16 của động cơ điện khởi động phần ứng 15 của động cơ điện khởi động mát (vỏ máy) máy khởi động quay kéo bánh đà quay để khởi động động cơ.
Sau khi động cơ ơ tơ đã khởi động, máy phát điện 1 phát ra điện, dịng điện trong cuộn dây 4 của rơ le khởi động giảm xuống, vì điện áp đặt lên cuộn dây 4 của rơ le khởi động trong trường hợp này bằng :
URKĐ = Uaq - Ump (2 - 4)
Trong đĩ: URKĐ - Điện áp đặt lên cuộn dây 4 của rơ le khởi động, V. Uaq - Điện áp của bình ắc quy, V.
Ump - Điện áp phát ra của máy phát, V.
Vì vậy rơ le khởi động khơng tác động, cặp tiếp điểm 5 mở ra dẫn đến cuộn dây giữ 12 của rơ le khởi động khơng được cấp điện. Từ thơng tác dụng lên lõi thép 13 giảm xuống đột ngột và dưới lực kéo của lị xo hồi vị làm cho lõi thép 13 di chuyển sang bên phải (về vị trí ban đầu). Các tiếp điểm 7, 9 và 10 mở ra, cắt nguồn cấp cho động cơ điện khởi động (phần ứng 15 và cuộn dây kích từ 16 của động cơ điện khởi động bị cắt điện). Tiếp điểm 7 dùng
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khởi động
1. Máy phát điện; 2. Bộ chỉnh lưu điện áp máy phát; 3. Cơng tắc khởi động; 4. Rơ le khởi động; 5, 7, 9, 10. Các tiếp điểm; 6. Biến áp đánh lửa; 8. Đĩa tiếp điểm; 11. Cuộn hút của rơ le kéo; 13. Lõi thép của rơ le kéo; 14. Bánh răng khởi động; 15. Phần ứng máy khởi động; 16. Cuộn dây kích từ của động cơ.
34 để ngắt mạch điện trở phụ đấu nối tiếp với cuộn dây sơ cấp của biến áp đánh lửa trong hệ thống đánh lửa (HTĐL) để nâng cao trị số điện áp đánh lửa khi khởi động động cơ ơ tơ.
3.2.3 Cấu tạo máy khởi động
Hiện nay cĩ hai kiểu động cơ khởi động được dùng trên các xe cỡ nhỏ là kiểu thơng thường và kiểu giảm tốc.
Những xe thiết kế để dùng ở vùng khí hậu lạnh thì sử dụng động cơ khởi động kiểu giảm tốc, loại này sinh ra mơ men cần để khởi động động cơ tốc độ thấp lớn hơn.
Do khả năng sinh ra mơ men của nĩ lớn hơn loại thơng thường nên nhiều ơ tơ hiện nay đang sử dụng loại này cả ở những vùng khí hậu ấm.
Nhìn chung động cơ khởi động được phân theo cơng suất danh nghĩa của chúng (kW). Cơng suất lớn hơn khả năng khởi động sẽ lớn hơn.
3.2.3.1 Máy khởi động kiểu thơng thường a. Cấu tạo
Kiểu động cơ khởi động này bao gồm: Cơng tắc từ, mơ tơ điện, bánh răng chủ động, ly hợp khởi động…
Bánh răng chủ động được gắn cùng trục với phần ứng và quay cùng tốc độ với trục. Cần gạt được nối vào pít tơng cơng tắc từ, đẩy bánh răng chủ động và ăn khớp với vành răng trên bánh đà của động cơ
- Cơng tắc từ (Rơ le khởi động)
Cơng tắc từ bao gồm một cuộn giữ, một cuộn kéo, một lị xo hồi vị, một piston và các chi tiết khác. Nĩ hoạt động bằng lực từ sinh ra trong các cuộn dây và thực hiện hai chức năng sau : + Đẩy bánh răng chủ động ra ăn khớp với vành răng.
Cơng tắc từ Cuộn cảm
Chổi than
Lị xo chổi than
Thân mơ tơ Phần ứng Ly hợp khởi động Bánh răng chủ động Chụp bánh răng Cần gạt
35 + Là cơng tắc chính hay rơ le, cho phép dịng điện lớn từ ắc quy đến động cơ khởi động.
- Cuộn cảm (Stato) (Hình 3.5) Dịng điện từ cơng tắc từ chạy qua cuộn cảm. Cuộn cảm sinh ra từ trường cần thiết để quay phần ứng.
- Chổi than: Chổi than tỳ lên các phần tử của cổ gĩp phần ứng bởi lị xo chổi than. Chổi than cho phép dịng điện từ các cuộn cảm chạy qua nĩ đến phần ứng.
Lị xo chổi than yếu hay chổi than mịn cĩ thể làm cho tiếp xúc điện khơng đủ giữa chổi và các phần tử cổ gĩp. Kết quả là điện trở quá lớn ở các điểm tiếp xúc sẽ làm giảm dịng điện cấp đến mơ tơ, khơng tạo đủ mơ men cần thiết. Vì vậy ta cần bảo dưỡng lại động cơ khởi động.
- Phần ứng (Rơ to)
Phần ứng là phần quay của máy khởi động. Bao gồm lõi phần ứng, dây phần ứng, cổ gĩp… Rơ to quay do sự tương tác giữa từ trường sinh bởi cuộn phần ứng và cuộn cảm.
- Ly hợp khởi động
Máy khởi động phải quay động cơ đến khi nổ và bắt đầu tự quay. Tuy nhiên, một khi động cơ đã nổ, nĩ sẽ làm động cơ khởi động quay ở tốc độ lớn hơn tốc độ thiết kế rất nhiều vì vậy sẽ làm hỏng động cơ khởi động. Ly hợp khởi động là một khớp nối một chiều để bảo vệ động cơ khởi động khỏi hiện tượng trên.
Hình 3.4. Cấu tạo cơng tắc từ Hình 3.5. Cấu tạo cuộn cảm
Cổ gĩp
Cuộn ứng Lõi phần ứng
Trục rơ to
Hình 3.7. Cấu tạo phần ứng Hình 3.6. Cấu tạo chổi than
36 + Ly hợp khởi động khi quay động cơ: Phần ứng quay cĩ xu hướng đẩy vỏ ly hợp (vỏ ăn khớp bằng then hoa với phần ứng) quay nhanh hơn và vịng lăn trong (gắn với bánh răng chủ động). Vì vậy các con lăn của ly hợp bị đẩy về phía mặt cắt hẹp hơn giữa vỏ ly hợp và vịng lăn trong. Kết quả là các con lăn truyền mơ men quay của vỏ ly hợp đến các vịng lăn trong rồi đến bánh răng chủ động.
+ Ly hợp khởi động sau khi động cơ đã nổ: Khi động cơ đã nổ, mơ men của ly hợp làm vịng trong quay nhanh hơn vỏ ly hợp. Vì vậy, các con lăn đẩy lị xo về phía mặt cắt rộng hơn bên trong vỏ ly hợp, kết quả là vỏ ly hợp và vịng lăn trong tách ra khỏi nhau làm cho ly hợp khởi động khơng truyền được mơmen động cơ từ bánh răng chủ động đến mơ tơ khởi động
b. Nguyên lý làm việc
- Khố điện ở vị trí START
Khi bật khố điện đến vị trí Start, dịng điện từ ắc quy qua cực 50 đến cuộn giữ và cuộn kéo. Sau đĩ từ cuộn kéo, dịng điện chạy đến các cuộn cảm và cuộn ứng qua cực C. Lúc này do sự sụt áp khi qua cuộn kéo làm cho cường độ dịng điện qua các cuộn dây của mơtơ (cuộn cảm và cuộn ứng) nhỏ, nên động cơ quay chậm.
Cùng lúc đĩ, từ trường sinh ra bởi cuộn giữ và cuộn kéo pít tơng sang phải ép lị xo hồi vị lại.
Con lăn ly hợp
Vỏ ly hợp
Rãnh then hoa xoắn Vịng lăn trong
Bánh răng chủ động Trục phần ứng
Hình 3.8. Ly hợp khởi động
Hình 3.9. Nguyên lý làm việc của ly hợp khởi động
Con lăn ly hợp Cần đẩy
Lị xo
Vịng lăn trong (gắn với với bánh răng chủ động)
Bánh răng chủ động Vỏ ly hợp (ăn
khớp then với trục phần ứng)
37 Chuyển động này làm bánh răng chủ động dịch sang trái nhờ cần dẫn động và ăn khớp với vành răng.
Tốc độ của động cơ khởi động ở giai đoạn này thấp làm cho các bánh răng ăn khớp êm. Các then hoa xoắn giúp cho bánh răng chủ động và vành răng ăn khớp êm.
Dịng điện đi như sau: Ắc quy(+) → Khĩa điện → Cực 50 → Cuộn giữ → Mát ắc quy (-).
Ắc quy(+)→ Khĩa điện→Cực 50 → Cuộn kéo → Cực C → Cuộn cảm → Phần ứng → Mát ắc quy (-).
- Bánh răng chủ động ăn khớp với vành răng
Hình 3.10. Khi khố điện ở vị trí START
38 Khi bánh cơng tắc từ và then hoa xoắn đã đẩy bánh răng chủ động đến vị trí ăn khớp hồn tồn với vành răng, đĩa tiếp xúc gắn ở đuơi pít tơng đĩng cơng tắc chính bằng cách nối tắt cực 30 với cực C (Hình 3.11). Kết quả là cĩ một dịng điện lớn chạy qua động cơ khởi động làm cho động cơ quay với mơ men lớn hơn. Then hoa xoắn giúp bánh răng ăn khớp chắc chắn hơn với vành răng. Cùng lúc đĩ, điện áp ở cả 2 đầu của cuộn kéo như nhau nên khơng cĩ dịng điện chạy qua cuộn kéo nữa. Vì vậy, pít tơng được giữ ở vị trí này chỉ nhờ lực tạo ra bởi cuộn giữ mà thơi.
Dịng điện đi như sau: Ắc quy(+)→ Khĩa điện → Cực 50 → Cuộn giữ → Mát ắc quy (-).
Ắc quy(+)→ Cực 30 → Tiếp điểm → Cực C→Cuộn cảm → Phần ứng → Mát ắc quy (-). - Khi khĩa điện ở vị trí ON
Khi xoay khố điện từ vị trí START về vị trí ON làm ngắt điện áp cấp lên cực 50. Tuy nhiên cơng tắc chính vẫn đĩng nên vẫn cĩ dịng điện từ cực C đến cuộn giữ qua cuộn kéo. Do vậy dịng điện qua cuộn giữ cùng chiều với khi khố điện ở vị trí Start nên nĩ sinh ra một cực từ kéo pít tơng.
Mặt khác, trong cuộn kéo, dịng điện đi theo chiều ngược lại sinh ra một lực từ kéo pít tơng về vị trí ban dầu. Lực từ sinh ra bởi hai cuộn này khử lẫn nhau nên pít tơng bị kéo ngược lại về bởi lị xo hồi vị. Vì vậy, dịng điện lớn cấp cho động cơ bị cắt và cùng lúc đĩ pít tơng ngắt bánh răng ra khỏi vành răng (hình 3.20).
Dịng điện đi như sau:
Ắc quy(+)→ Cực 30 → Tiếp điểm →Cực C →Cuộn kéo →Cuộn giữ → Mát ắc quy (-). Ắc quy(+)→ Cực 30 → Tiếp điểm → Cực C → Cuộn cảm→Phần ứng→Mát ắc quy (-).
3.2.3.2 Máy khởi động kiểu giảm tốc
39
a. Cấu tạo
Kiểu máy khởi động này bao gồm một cơng tắc từ, một động cơ cao tốc cĩ kích thước nhỏ gọn, các bánh răng giảm tốc, một bánh răng chủ động, một ly hợp khởi động
Các bánh răng phụ để giảm tốc độ động cơ khoảng 2 ÷ 3 lần và truyền mơ men đến bánh răng chủ động.
Pít tơng của cơng tắc từ đẩy trực tiếp vào bánh răng chủ động, bánh răng được đặt cùng trục với pít tơng làm cho bánh răng ăn khớp với vành răng.
Động cơ khởi động kiểu này sinh ra mơ men xoắn lớn hơn loại thơng thường nếu cùng kích thước và khối lượng.
b. Nguyên lý hoạt động
- Khi khố điện ở vị trí START
Hình 3.13. Cấu tạo MKĐ loại giảm tốc
Bánh răng chủ động Ly hợp khởi động Cơng tắc từ Piston Chổi than Lị xo chổi than than Phần ứng Cuộn cảm V ỏ Bánh răng dẫn động Bánh răng lồng khơng khơng
Hình 3.14. Khi khố điện ở vị trí start
Piston Cực C
Khố điện Cực 50 Then hoa xoắn Bánh răng ly hợp Ly hợp khởi động Vành răng Bánh răng khởi động Lị xo hồi vị bánh răng chủ động Bánh răng lồng khơng Phần ứng Phần cảm Cực 30 Chổi than
40 Khi khố điện xoay về vị trí START, dịng điện từ ắc quy qua cực 50 đến cuộn giữ và cuộn kéo.
Sau đĩ từ cuộn kéo dịng điện đi đến các cuộn cảm và cuộn ứng qua cực C. Lúc này tốc độ quay của động cơ thấp do sự sụt áp trên cuộn kéo làm cho dịng điện đến các cụm của động cơ nhỏ (các cuộn cảm và phần ứng).
Cùng lúc đĩ, các cuộn giữ và cuộn kéo tạo ra một từ trường đẩy pít tơng sang bên phải ép lị xo hồi vị lại. Vì vậy bánh răng chủ động dịch sang trái đến khi ăn khớp vành răng.
Tốc độ động cơ ở giai đoạn này thấp làm cho cả hai bánh răng ăn khớp êm. Then hoa xoắn cũng giúp cho bánh răng và vành răng trên bánh đà ăn khớp êm.
Dịng điện đi như sau:
- Bánh răng chủ động ăn khớp với vành răng
Khi cơng tắc từ và then hoa xoắn đẩy bánh răng vào vị trí ăn khớp hồn tồn với vành răng, đĩa tiếp xúc gắn ở pít tơng đĩng cơng tắc chính bằng cách nối tắt giữa cực 30 và cực C. Vì vậy cho phép dịng điện lớn hơn chạy qua động cơ khởi động làm cho động cơ quay với mơ men lớn hơn. Then hoa xoắn giúp cho bánh răng chủ động ăn khớp chắc chắn với
Ắc quy (+) Khố điện Cực 50
Cuộn giữ
Cuộn kéo Cực C Cuộn cảm Phần ứng
Mát (-) ắc quy Mát (-) ắc quy Đĩa tiếp xúc Cực C Cực 30 Khố điện Piston Ly hợp khởi động Vành răng
Bánh răng Then hoa xoắn
Phần ứng Phần cảm
Chổi than
41 vành răng. Cùng lúc đĩ, điện áp ở 2 đầu cuộn kéo bằng nhau nên khơng cĩ dịng điện qua cuộn này. Vì vậy pít tơng được giữ ở đúng vị trí chỉ bởi lực từ do cuộn giữ sinh ra.
Dịng điện đi như sau:
- Khố điện ở vị trí ON
Khi xoay khố điện trở lại vị trí ON từ vị trí START sẽ cắt điện áp cấp cho cực 50. Cơng tắc chính bị giữ ở vị trí đĩng, tuy nhiên một phần dịng điện chạy từ cực C đến cuộn giữ cho cuộn kéo. Do dịng điện chạy trong cuộn giữ cùng chiều với khi khố điện ở vị trí START, nĩ tạo ra lực từ kéo cần đẩy. Mặc khác, trong cuộn kéo, dịng điện chạy theo hướng ngược lại, tạo ra lực từ cĩ xu hướng đưa cần đẩy về vị trí ban đầu. Các lực từ sinh ra do hai cuộn dây sẽ khử lẫn nhau nên cần đẩy bị kéo ngược trở lại do lực của lị xo hồi. Vì vậy, dịng điện lớn cấp cho động cơ sẽ bị cắt và pít tơng sẽ làm bánh răng chủ động khơng ăn khớp với vành răng tại thời điểm này. Phần ứng dùng trong động cơ khởi động kiểu giảm tốc cĩ quán tính nhỏ hơn ở kiểu thơng thường nên ma sát nhanh chĩng làm phần ứng dừng lại. Vì vậy kiểu mơ tơ khởi động này khơng cần cơ cấu phanh như loại thơng thường.
Dịng điện đi như sau:
Ắc quy (+)
Khĩa điện Cực 50 Cuộn giữ
Đĩa tiếp điểm Cực C Cuộn giữ Phần ứng Mát (-) Ắc quy Mát (-) Ắc quy Cực 30 Hình 3.16. Khi khố điện ở vị trí ON
42
3.2.3.3 Máy khởi động kiểu hành tinh a. Cấu tạo
Máy khởi động kiểu hành tinh sử dụng bánh răng hành tinh để giảm tốc độ quay của phần ứng giống như kiểu giảm tốc, và bánh răng chủ động ăn khớp với vành răng qua cần gạt giống như kiểu thơng thường
b. Nguyên lý hoạt động
- Cơ cấu giảm tốc
Việc giảm tốc độ phần ứng được thực hiện bởi ba bánh răng hành tinh và một bánh răng ăn khớp trong.
Khi trục phần ứng quay, các bánh răng hành tinh quay theo chiều ngược lại và cĩ xu hướng làm bánh răng ăn khớp trong quay. Tuy nhiên do bánh răng ăn khớp trong bị cố định