Hình 2. 8 Cấu tạo hệ thống khởi động
1: Ác quy 2: Khóa điện 3: Rơ Le khởi động
2.2.1 Pin / Ắc quy ô tô
Hình 2. 9 Ắc quy ô tô
a) Nhiệm vụ
Pin hay ắc quy ô tô là bộ phận dự trữ năng lượng đang khởi động hệ thống được đặt trong khoang máy. Ắc quy là một thiết bị điện và có khả năng lưu trữ điện ở dạng hoá học và chuyển nó thành dòng điện khi cần thiết.
Mục đích của pin ô tô chính là cung cấp dòng điện cho tất cả các mạch và các phần khác như hệ thống đánh lửa đang quay hay cấp dòng điện bổ sung khi nhu cầu cao hơn mức máy phát điện có thể cung cấp.
b) Yêu cầu
-Có cường độ phóng lớn, đủ cho máy khởi động điện (máy đề) hoạt động.
- Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ chăm sóc bảo dưỡng. - Phóng nạp tuần hoàn có hiệu suất cao
c) Phân loại
Có 2 loại ắc quy axit chì và ắc quy ắt kền
Ắc quy ô tô có nhiều loại, tuy nhiên phổ biến và được trang bị nhiều nhất chính là ắc quy axit-chì. Loại ắc quy này chứa tấm chì (Pb) ngập trong chất lỏng hỗn hợp gồm axit sunfuric (H2SO4) và nước. Khi được sạc đầy, hỗn hợp này chứa 40% axit sunfuric và 60% nước.
- Về bản chất, ắc quy ô tô không lưu trữ điện trực tiếp mà dưới dạng hoá học. Ắc quy hoạt động nhờ vào phản ứng hoá học của tấm chì và dung dịch điện phân, phản ứng này sẽ giải phóng năng lượng điện và cung cấp cho xe ô tô dòng điện.
- Khí hydro phát ra trong khi sạc pin rất dễ bắt lửa, do đó bạn cần thật cẩn thận trong khi sạc pin.
Dung lượng của bình ắc quy thường được tính bằng ampe giờ (AH). AH đơn giản chỉ là tích số giữa dòng điện phóng với thời gian phóng điện. Dung lượng này thay đổi tuỳ theo nhiều điều kiện như dòng điện phóng, nhiệt độ chất điện phân, tỉ trọng của dung dịch, và điện thế cuối cùng sau khi phóng. Các biến đổi của thông số của bình ắc-quy được cho trên các biểu đồ sau:
Hình 2. 10 Đặc tính điện thế và tỷ trọng khi phóng và nạp
Ắc quy sắt kền còn gọi là bình ắc quy ankalin, gồm các bản cực làm bằng oxy hydrat - kền, và các bản cực âm bằng sắt thuần ngâm trong dung dịch hyđrôxít kali. Các bản cực thường có cấu trúc phẳng, và dẹp, làm bằng hợp kim thép có mạ kền. Các bản cực được chế tạo có các quai ở trên để có thể dùng bu lông xiết dính lại với nhau, bản cực dương nối với bản cực dương, bản cực âm nối với bản cực âm.
Chiều dài, chiều ngang, chiều dầy, số lượng các bản cực sẽ xác định dung lượng của bình ắc quy. Điện thế danh định của bình là 1,2 vôn. Điện
thế thực sự của bình phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như đang hở mạch, hay đang phóng, hay được nạp bao nhiêu. Thông thường, Điện thế hở mạch biến thiên từ 1,25 đến 1,35 vôn, tuỳ thuộc vào tình trạng nạp. Chất lỏng trong bình này là dung dịch hydrôxít kali, có pha thêm chất xúc tác tuỳ thuộc vào nhà chế tạo, thường là điôxít liti.
Nồng độ của dung dịch, biểu trưng bằng tỉ trọng đo được, không tuỳ thuộc vào loại bình ắc quy, và cũng không tuỳ thuộc vào tình trạng phóng nạp của bình, do nó không tham gia vào phản ứng hóa học. tỉ trọng suy ra ở 25 độ C (77 độ F) từ 1,210 đến 1,215 g/cm³. Trị số này thực tế giảm nhẹ theo thời gian, do dung dịch có khuynh hướng bị cacbônát hoá, do tiếp xúc với không khí. Khi trị số này giảm xuống tới 1,160 g/cm³, nó có thể làm thay đổi dung lưọng của bình, và cần phải thay thế. Tình trạng này có thể xảy ra vài lần trong suốt tuổi thọ của bình.
Ngoài ra, chỉ có một lý do duy nhất có thể làm thay đổi tỉ trọng của bình, đó là khi bình ắc quy đã phóng quá giới hạn bình thường, nghĩa là tới điện thế gần bằng không. Khi đó, các phần tử liti chuyển ra dung dịch làm tăng tỉ trọng lên, có thể tăng thêm từ 0,025 đến 0,030 g/cm³. Tác động này có thể loại bỏ khi nạp bình ắc quy trở lại.
Dung lượng của bình, cách tính cũng như bình ắc quy chì - axít, nhưng các thông số và các hệ số hiệu chỉnh cũng khác. Đặc tuyến của bình ắc quy sắt-kền được vẽ ở các hình dưới đây:
d) Nguyên tắc hoạt động
Bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion âm và ion dương.
Hiện tượng chuyển đổi năng lượng hoá học thành năng lượng điện được gọi là phóng điện, và ngược lại hiện tượng chuyển đổi năng lượng điện thành hoá học được gọi là nạp điện.
Hình 2. 12 Nguyên tắc hoạt động của ắc quy
Quá trình nạp điện:
Các cực dương của ắc-quy được nối với cực dương của nguồng điện một chiều, cực âm của ắc-quy được nối với cực âm của nguồn điện.
Phản ứng nạp điện xẩy ra như sau: Tại bản cực dương.
PbSO4 + H2O = PbO2 + H2SO4. Tại bản cực âm.
PbSO4 + H2O = Pb + H2SO4.
Trong quá trình nạp dung dịch chất điện phân có tỷ trọng tăng dần, nước bị giảm dần. Bản cực dương trở thành peôxit chì có màu nâu, bản cực âm trở thành chì nguyên chất có màu xám.
Hình 2. 13 Quá trình nạp điện
1: Vỏ bình 2: Bản cực dương
3:Máy phát điện một chiều 4:Bản cực âm 5:Tỉ trọng kế
Quá trình phóng điện:
Bản cực dương PbO2, bản cực âm chì Pb tác dụng với dung dịch a xít sunfuric H2SO4 cùng tạo thành sunfat chì PbSO4, làm cho hai bản cực ngày càng giống nhau, khi đó hiệu điện thế giữa hai bản cực giảm đi, nồng độ dung dịch giảm đi.
Quá trình phóng điện qua phụ tải bóng đèn diễn ra như sau: Phản ứng phóng điện xẩy ra như sau:
Tại bản cực dương: PbO2 + H2SO4 = PbSO4 +H2O Tại bản cực âm: Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2O
Để đảm bảo tuổi thọ cho ắc-quy, thời gian khởi động động cơ chi cho phép không vượt quá 10 giây và khoảng cách giữa hai lần khởi động liên tiếp ít nhất làn 15 giây. Bởi vậy, khi khởi động động cơ ắc-quy phải phóng một cường độ dòng điện có cường độ rất lớn, nếu thời gian phóng quá dài sẽ dẫn tới bản cực bị chai cứng bề mặt do một lớp chì sunfat. Khi đó bản cực bị sun fát hoá và không xảy ra phản ứng thuận.
Hình 2. 15 Bảng thông số kỹ thuật một số ắc quy ô tô
2.2.2 Khóa điện
Hình 2. 16 Khóa điện
1:Tấm tiếp điểm 2:Trống xoay 3:Vỏ khoá
Là một thành phần của hệ thống và được xem như “cửa ngõ” của tất cả các mạch, khóa điện có chức năng phân phối dòng điện đến các nơi cần thiết trên hệ thống khởi động ô tô.
+ Khóa điện điều khiển 5 vị trí sau
- Khoá: vị trí chìa khoá được đưa vào nhưng chưa xoay. Ở vị trí này, tất cả các mạch điện đều tắt và vô lăng bị khoá. Chìa khóa chỉ có thể rút ra khi nó ở vị trí khoá.
- Tắt: vị trí mặc định, ở vị trí Tắt, tất cả các mạch điện đều bị “tắt” (không có dòng điện được cấp). Khi đó, vô lăng có thể xoay nhưng không thể rút chìa khoá.
- Chạy: vị trí chìa khoá vẫn còn trên ổ khoá, khi động cơ đã khởi động. Lúc này, dòng điện cung cấp cho tất cả các bộ phận ngoại trừ mạch của hệ thống khởi động.
- Phụ kiện: dòng điện được cung cấp cho tất cả các phụ kiện (thành phần) ngoại trừ hệ thống khởi động và đánh lửa. Khi đó, dòng điện chỉ được phép chạy vào các phụ kiện như radio, bật lửa, cửa sổ...
- Khởi động: ở vị trí này, dòng điện sẽ được cung cấp cho hệ thống khởi động và đánh lửa, nó được cắt khỏi tất cả các phụ kiện. Đây chính là lý do vì sao cửa sổ và các phụ kiện khác ngừng hoạt động khi động cơ đang được khởi động. Việc phân bổ dòng điện chính xác giúp tiết kiệm pin và rút ngắn thời gian khởi động xe.
2.2.3 Rơ Le khởi động
a) Nhiệm vụ
Rơ le khởi động là thiết bị cho phép một lượng điện nhỏ điều khiển một lượng lớn dòng điện.
Tuy là một bộ phận nhỏ nhưng Rơ le đóng vai trò vô cùng quan trọng trong hệ thống khởi động ô tô . Động cơ khởi động cần sử dụng một lượng lớn dòng điện, chính xác là 250+ amps. Đây là một dòng điện lớn, không thể kiểm soát trực tiếp được từ công tắc đánh lửa, do vậy, rơ le được sử dụng trong mạch để điều khiển quá trình khởi động dòng điện này.
Rơle khởi động đóng cặp tiếp điểm chính để nối điện cho máy khởi động đồng thời đóng tiếp điểm khi khởi động động cơ và gài bánh răng của máy khởi động ăn khớp với bánh răng của bánh đà.
b) Yêu cầu
Rơle khởi động phải đóng mở dứt khoát khi khởi động, có đủ sức hút để gài hai bánh răng ăn khớp với nhau, đảm bảo êm dịu nhẹ nhàng
c) Phân loại
Rơle: Có hai loại là Rơle kéo và Rơle đóng mạch.
Rơle kéo gồm có đĩa 3 được gắn trên trục 10 của lõi 8 và cách điện với trục, lõi 8 dịch chuyển trong ống 5. Tất cả được đặt trong vỏ 6. Lò xo 9 luôn luôn giữ cho lõi 8 ở vị trí ngoài cùng, có nghĩa là để cho đĩa 3 không đóng được K1, K2. Trên ống 5 quấn hai cuộn dây kéo và hút.
Rơ le Dóng mạch: Gồm có cặp tiếp điểm 12 và 13 luôn luôn mở khi không làm việc. Móc giữ 14 giữ tấm dung 15 ở vị tríkhe hở tiếp điểm tiêu chuẩn. Giá 16 để đặt lõi thép. Rơle đóng mạch có các cực. K,C,b. Rơle đóng mạch có nhiện vụ đóng cắt dòng điên rơ le khởi động
Hình 2. 19 Rơ le đóng mạch
d) Nguyên lý hoạt động
Hình 2. 20 Sơ đồ của rơ le khởi động
Khi ấn nút BZ thì cuộn dây Rơle đóng mạch có điện. Dòng điện sẽ đi như sau:
(+) Ắc quy đến BZ đến cọc K của Rơle đóng mạch đến cuộn dây từ hoá 17. Do có dòng điện qua cuộn dây Rơle tạo lên từ trường làm từ hoá lõi thép
hút tiếp điểm 13đóng lai lúc này cuộn dây kéo và giữ có điện. Chiều của dòng điện trong 2 cuộn như sau:
+ Trong cuôn dây kéo: (-) Ăcquy đến mát đến chổi than nối mát của máy khởi động đến chổi than khác của máy khởi động rồi đến cuộn dây kích thích đến K1 đến K3 đến cuộn dây B đến K4 đến cục C của rơle đóng mạch. Trong cuộn giữ: (-) Ăc quy đến mát đến cuộn giữ đến cọc K của Rơle kéo đếncọc C của Rơle đóng mạch.
Từ đây cả hai mạch đi qua cặp tiếp điểm 12 và 13 đến tấm rung 15, giá 16, cực của rơle đóng rồi đến cực dương của ắc quy. Do trong cuộn kéo và giữ có điện tạo ra từ trường hút lõi thép về phía trái làm cần 11 tác dụng vào cơ cấu truyền lực để đưa khối bánh răng máy khởi động đến ăn khớp với bánh đà.
Khi cặp bánh răng đã ăn khớp hoàn toàn thì đĩa 3 đóng K1 và K2. Khi khởi
động xong, do tốc độ máy phát còn nhỏ, sức điện động của nó ngược chiều với sức điện động của ắc quy nên cường độ dòng điện trong cuộn dây rơ le đóng mạch bị khử ,tiếp điểm 9 và 10 mở ra và dòng điện trong hai cuộn dây kéo và giữa cũng bị ngắt. Dưới tác dụng của lực lò so trên cần hai nhánh 11 và lò so 9, lõi thép trỏ về vị trí cũ làm phân ly khối bánh răng, đĩa 3 tách K1 và K2, dòng điện vào máy khởi động bị ngắt, máy khởi động thôi làm việc.
2.2.4 Công tắc an toàn khởi động
Công tắc an toàn khởi động là một bộ phận của công tắc dải số, có tác dụng ngăn cản hoạt động của hệ thống khởi động khi ô tô đang ở số (ở hộp số tự động), hoặc bàn đạp ly hợp không được nhấn (ở hộp số tay). Vai trò của công tác này chính là đảm bảo ô tô không khởi động khi đang ở chế độ số tránh việc ô tô vô tình giật về phía trước hoặc phía sau, gây mất an toàn cho người lái khi khởi động.
Đối với mỗi loại hộp số, công tắc an toàn sẽ được trang bị một loại riêng biệt:
- Hộp số sàn (hộp số tay) sử dụng công tắc an toàn bàn đạp ly hợp. - Hộp số tự động sử dụng công tắc vị trí trung tính đỗ xe.
2.2.5 Động cơ khởi động
Hình 2. 22 Động cơ khởi động
Được gắn ở mặt sau của vỏ động cơ hoặc trên vỏ hộp số nơi động cơ và hộp số tiếp xúc với nhau, động cơ khởi động là một bộ phận thiết yếu của hệ thống khởi động. Nó là một thiết bị có chức năng biến đổi năng lượng điện
thành cơ năng trong động cơ vi mạch. Khi hoạt động, động cơ khởi động tạo ra momen xoắn giúp quay bánh đà của động cơ và làm cho xe quay trở lại
Bộ khởi động hoàn chỉnh bao gồm một bộ điện từ và một cụm động cơ: - Bộ điện từ là một công tắc điện từ gắn và ngắt pin với cụm động cơ khởi động. Nó có chức năng như một rơ le lớn hơn, sử dụng dòng điện nhỏ để kích thích dòng điện lớn.
- Cụm động cơ khởi động gồm nhiều bộ phận bao gồm: phần ứng, cổ góp, chổi than, bánh răng trụ, ly hợp quá tốc. Các bộ phận này kết hợp để tạo thành một cụm động cơ hoàn chỉnh.
2.2.6 Cáp ắc quy
Hình 2. 23 Cáp ắc quy
Cáp pin hay còn được gọi là cáp ắc quy, nó là loại dây có đường kính lớn với nhiều sợi, mang dòng điện cao (250+ amps) cần thiết để vận hành động cơ khởi động. Một số cáp pin có một dây nhỏ hơn được hàn vào thiết bị đầu cuối và được sử dụng để vận hành một thiết bị nhỏ hơn.
Lưu ý, cáp khởi động thường bị ăn mòn, gỉ theo thời gian gây ảnh hưởng trực tiếp đến việc khởi động động cơ. Vậy nên, bạn hãy thường xuyên kiểm tra và thay dây cáp pin ngay khi nó bị ăn mòn.
2.3 Nguyên lý làm việc của máy khởi động
Hình 2. 24 Sơ đồ máy khởi động
2.3.1 Khi động cơ chưa khởi động
Khi chưa đóng công tắc khởi động, lò xo 2 đẩy lõi thép 3 và thanh kéo 4 sang phải, đầu dưới cần gạt 5 kéo khớp 6 sang trái để vành răng của khớp 6 tách ra khỏi vành răng của bánh đà 8.
Hình 2. 25 Khi động cơ chưa khởi động
- Khi động cơ đã làm việc .
+ Khi động cơ đã làm việc , tắt khóa khởi động để ngắt dòng điện vào cuộn rơ le của bộ phận điều khiển và ngắt dòng điện vào động cơ 1, lò xo hồi vị 2 ở rơ le giãn ra đẩy các bộ phận điều khiển và truyền động về vị trí ban đầu
2.3.2 Khi khởi động động cơ
Hình 2. 26 Khi khởi động động cơ
Khi khởi động động cơ đốt trong, đóng khóa khởi dộng, rơ le khóa khởi động sẽ hút lõi thép 3 sang bên trái qua cần gạt 5, khớp truyền động 6 được đẩy sang phải để vành răng của nó ăn khớp với vành răng bánh đà 8.
2.3.3 Khi động cơ đã làm việc
Hình 2. 27 Khi động cơ đã làm việc
Khi động cơ đã làm việc , tắt khóa khởi động để ngắt dòng điện vào cuộn rơ le của bộ phận điều khiển và ngắt dòng điện vào động cơ 1, lò xo hồi
vị 2 ở rơ le giãn ra đẩy các bộ phận điều khiển và truyền động về vị trí ban đầu.
2.4 Các chế độ làm việc của máy khởi động