Trong chương này, em đã trình bày gần như đầy đủ và cơ bản nhất về sơ đồ nguyên lí và nguyên lí hoạt động của các hệ thống khởi động trên ô tô mà ngày nay đang sử dụng. Đặc biệt là phần máy khởi động, em đã phân tích khá rõ về cấu tạo và nguyên lí hoạt động của các loại máy khởi động cũng như có sự so sánh để có thể thấy được sự giống và khác của từng loại. Từ đó ta có thể ứng dụng vào trên xe thực tế để nghiên cứu và sửa chữa khi gặp sự cố.
CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN XE TOYOTA VIOS 2010 3.1 Thông số cơ bản của xe Toyota Vios 2010
Hình 3.1: Toyota Vios 2010.
Bảng 3.1: Bảng thông số xe Toyota Vios 2010.
Chiều dài tổng thể (mm) 4300
Chiều rộng tổng thể (mm) 1700
Chiều cao tổng thể (mm) 1460
Chiều dài cơ sở (mm) 2550
Khoảng cách giữa 2 bánh trước (mm) 1480
Khoảng cách giữa 2 bánh sau (mm) 1470
Khoảng sáng gầm tối thiểu (mm) 150
Dung tích bình nhiên liệu (lít) 42
Loại hộp số Hộp số cơ khí
Loại động cơ xăng
Cấu hình xy lanh I-4
Hệ thống van điều khiển với cam đôi trên thân máy DOHC
Hệ thống đánh lửa Đánh lửa điện tử
Hệ thống phun nhiên liệu Điều khiển điện tử
MPI
Dung tích công tác ( lít) 1.5
Đường kính x Hành trình piston (mm) 75 x 84.7
Tỉ số nén 10.5
Số van (xuppap) 16
Công suất cực đại 107bhp tại 6000 vòng/
phút
Mô men xoắn cực đại 14.4kg.m tại 4200
vòng/ phút
Điều khiển van biến thiên VVT-i
Tiêu chuẩn khí thải Euro 4
3.2 Tổng quan hệ thống khởi động trên xe Toyota Vios 2010
ACCR STSW STAR STA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 30 50 3 1 5 2 ST ACC ECM C 10
Hình 3.2: Sơ đồ tổng quan hệ thống khởi động trên xe Toyota Vios 2010. 1: ắc quy, 2: cầu chì tổng; 3: cầu chì khóa điện; 4: khóa điện; 1: ắc quy, 2: cầu chì tổng; 3: cầu chì khóa điện; 4: khóa điện;
5: diode 1 chiều; 6: công tắc bàn đạp li hợp; 7: cầu chì rơ le khởi động; 8: ECM ( hộp điều khiển động cơ); 9: rơ le khởi động; 10: cụm máy khởi động.
Nguyên lí hoạt động:
Khi đạp chân côn để đóng công tắc bàn đạp li hợp (6) và vặn khóa điện (4) từ nấc ACC sang ST, điện dương sẽ từ ắc quy (1) qua cầu chì tổng (2) sẽ đến chân STSW của ECM (8). Điện dương sẽ tiếp tục qua diode (5) và công tắc bàn đạp li hợp (6) xuống rơ le (9) để kích từ cho cuộn dây của rơ le. Khi cuộn dây được kích từ nó sẽ hút tiếp điểm 3 – 5 với nhau, điện sẽ từ ắc quy qua cầu chì (7) qua rơ le và vào chân 50 của máy khởi động. Điện sẽ qua cuộn hút, chân C, stator, rotor và về mass làm kích từ cho cuộn hút, hút piston lại. Đồng
thời khi điện xuống chân 50 sẽ qua cuộn giữ và kích từ cho cuộn giữ hoạt động nên khi piston bị hút lại nó sẽ bị giữ nguyên. Lúc này cần đẩy sẽ đẩy bánh răng khởi động ra ăn khớp với vành răng của bánh đà chuẩn bị qua trình khởi động. Khi piston bị hút và giữ lại tiếp điểm chính trong công tắc từ cũng được đóng lại điện dương sẽ từ ắc quy qua chân 30 máy khởi động và tiếp điểm chính đến motor và làm quay motor. Do motor được nối với bánh răng khởi động qua bộ giảm tốc, ống trượt và khớp li hợp nên khi motor quay, bánh răng chủ động cũng quay theo và làm khởi động động cơ. Khi động cơ đã nổ, ta không giữ ở ST nữa điện sẽ không được cấp đến rơ le khởi động tiếp điểm của rơ le cũng mở ra điện sẽ không xuống chân 50, lúc này lực của lò xo sẽ đẩy piston ra, cần đẩy cũng hồi về và bánh răng khởi động được tách ra khỏi vành răng bánh đà, kết thúc quá trình khởi động.
Trong trường hợp khi vặn khóa điện và giữ ở ST một thời gian ngắn không đủ để động cơ khởi động, ECM sẽ đánh giá sự nổ của động cơ thông qua cảm biến vị trí trục khuỷu để xuất điện tiếp tục quá trình khởi động thông qua chân STAR. Ngoài ra điện dương sẽ không thể ngược dòng về chân STSW của ECM do có đặt một diode để tránh ngược dòng.
3.2.1 Ăc quy
Ắc quy có nhiệm vụ cấp điện cho hệ thống khởi động giúp khởi động động cơ. Ngoài ra ắc quy còn cung cấp điện cho các phụ tải (radio, điều hòa, đèn xe,…) sử dụng dòng điện vượt quá dòng định mức của máy phát. Khi chưa đề nổ, lúc này máy phát chưa hoạt động, tất cả các trang bị và phụ tải trên đều được cung cấp điện bởi ắc quy. Sau khi vặn start, ắc quy sẽ cung cấp điện cho máy khởi động làm quay bánh đà của động cơ, lúc này ắc quy xem như hết nhiệm vụ. Lúc này các trang thiết bị điện trên ô tô sẽ sửdụng điện năng từ máy phát. Đồng thời ắc quy sẽ được máy phát sạc điện để tích trữ năng lượng từ những lần khởi động tiếp theo. Bên cạnh đó, khi các phụ tải điện sử dụng vượt dòng định mức máy phát, ắc quy đóng vai trò hỗ trợ ngược lại cho máy phát. Sau khi xe đã tắt máy, ắc quy vẫn cung cấp một dòng điện nhỏ để duy trì các
hệ thống bảo mật, chống trộm hay nhận diện chìa khóa từ xa trên xe.
Hình 3.3: Ăc quy khởi động.
Ắc quy được sử dụng trên xe Toyota Vios là loại ắc quy khô chì-axit, sử dụng các bản cực âm (bằng chì Pb) và bản cực dương (chì oxit PbO2) ngâm trong dung dịch axit sulfuric (H2SO4).
3.2.2 Cầu chì
Hình 3.4: Vị trí cầu chì trên hộp cầu chì. 1: Cầu chì khóa điện; 2: Cầu chì rơ le khởi động 1: Cầu chì khóa điện; 2: Cầu chì rơ le khởi động
2 1
Cầu chì trên ô tô có chức năng bảo vệ các thiết bị điện tránh cháy nổ, hư hỏng trong các trường hợp quá tải hay ngắn mạch. Khi có hiện tượng quá tải hay ngắn mạch sẽ khiến dòng qua mạch điện lớn khi đó cầu chì sẽ bị nóng và đứt làm hở mạch, điện sẽ không được cấp đến tải nữa, từ đó bảo vệ được tải.
Các cầu chì thường được đặt chung vào 1 hộp trong khoang động cơ để dễ dàng cho việc kiểm tra và sửa chữa.
Hệ thống khởi động trên xe Toyota Vios 2010 sử dụng 2 cầu chì chính là: Cầu chì bảo vệ khóa điện AM2 15A.
Cầu chì bảo vệ rơ le khởi động ST 30A 3.2.3 Khóa điện
Hình 3.5: Khóa điện.
Khóa điện là một bộ phận vô cùng quan trọng trên ô tô, là cửa ngõ của tất cả các mạch điện cơ bản trên xe, có chức năng phân phối điện đến các các nơi cần thiết trên hệ thống khởi động ô tô
Khóa điện có 4 vị trí:
LOCK (khóa): Vị trí đầu tiên khi chúng ta cắm chìa vào ổ hay rút chì khóa ra. Ở vị trí này tất cả các mạch điện đều tắt trừ mạch cảnh báo nguy hiểm. ACC (phụ tải): 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.
START (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 tải. Đây chính là lý do vì sao cửa sổ và các phụ tải 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.
3.2.4 Công tắc bàn đạp li hợp
Hình 3.6: Công tắc bàn đạp li hợp.
Công tắc chân côn hay còn gọi là công tắc bàn đạp li hợp là công tắc an toàn, giúp ECM nhận biết được người lái đã đạp chân côn hay chưa và khi đạp chân côn, mạch điện trong hệ thống khởi động mới được khép kín khi đó điện mới được cấp đến rơ le khởi động và đề nổ máy được.
3.2.5 Diode một chiều
Diode 1 chiều là linh kiện điện tử cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều duy nhất mà không thể chạy ngược lại. Trong hệ thống khởi động này, nó cho phép dòng điện đi qua từ khóa điện đến rơ le khởi động và ngăn dòng chạy từ chân STAR của ECM lên chân STSW khi thực hiện chức năng giữ đề của hộp điều khiển động cơ.
3.2.6 ECM – Hộp điều khiển động cơ
động cơ. ECM có chức năng điều khiển toàn bộ hoạt động của động cơ bằng cách nhận các thông tin từ những cảm biến gửi về sau đó phân tích những tín hiệu này rồi gửi tín hiệu đến để điều khiển đến bộ chấp hành.
Hình 3.7: ECM – Hộp điều khiển động cơ.
Bảng 3.2: Bảng một số kí hiệu chân và diễn giải của ECM.
Kí hiệu Diễn giải
IG/SW Công tắc IG
STSW Tín hiệu vận hành Rơ le máy khởi động ACCR Rơ le các thiết bị phụ tải
STA Tín hiệu máy khởi động
STAR Điều khiển rơ le máy khởi động
+BM Nguồn của bộ chấp hành bướm ga
MREL Rơ le chính
IGT Tín hiệu đánh lửa
NE Số vòng quay động cơ
OX Cảm biến oxy
G2 Tín hiệu cảm biến trục cam
KNK Tín hiệu kích nổ
SPD Tín hiệu tốc độ
THW Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát THA Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp
Ở trong mạch khởi động động cơ, chúng ta cần quan tâm đến các chân: STSW, ACCR, STA, STAR. Các chân này có kí hiệu cực số, điều kiện, tiêu chuẩn như trong bảng dưới đây:
Bảng 3.3: Bảng kí hiệu, điều kiện, tiêu chuẩn của các cực của hệ thống khởi động.
Cực số ( kí hiệu) Mô tả cực Điều kiện Tiêu chuẩn A20-48 (STA) Tín hiệu máy khởi
động
Khóa điện ON Dưới 1,5 V Quay khởi động 5,5 V trở lên C23-52 (STAR) Tín hiệu điều khiển
rơ le máy khởi động
Khóa điện ON Dưới 1,5 V Quay khởi động 5,5 V trở lên
C20-13 (ACCR) Tín hiệu điều khiển rơ le ACC cắt
Khóa điện ON 11 đến 14 V Quay khởi động Dưới 1.5 V A20-14 (STSW) Tín hiệu vận hành
rơ le máy khởi động
Khóa điện ON Dưới 1.5 V Quay khởi động 11 đến 14 V
Mô tả hoạt động của các chân:
Hình 3.8: Sơ đồ hoạt động của các chân ECM trong mạch khởi động. Hệ thông điều khiển giữ khởi động sẽ giữ cho rơle máy khởi động được Hệ thông điều khiển giữ khởi động sẽ giữ cho rơle máy khởi động được cẫp điện từ khi ECM phát hiện thấy tín hiệu máy khởi động (Tín hiệu STSW) từ khóa điện cho đển khi ECM thực hiện việc đánh giá "Động cơ đã nố". Hơn nữa, ECM phát ra một tín hiệu cắt trang bị phụ (Tín hiệu ACCR) đển rơle cắt ACC khi đề nố đế tránh làm tôi bảng đồng hồ táplô, đèn, hệ thổng âm thanh.
Khi ECM phát hiện tín hiệu STSW, ECM phát ra tín hiệu dẫn động rơle khởi động (tín hiệu STAR) đển rơle máy đề qua công tắc khởi động ly hợp hay công tắc vị trí đỗ/trung gian, và sau đó, động cơ sẽ quay. Khi ECM nhận tín hiệu tổc độ động cơ ốn định (tín hiệu NE), đặc biệt hơn, khi tín hiệu NE đạt đển giá trị nhất định, ECM ngừng phát ra tín hiệu STAR.
Ngoài ra, ECM theo dõi trạng thái hoạt động cúa rơle máy đề dựa trên tình trạng điện áp cực STA.
3.2.7 Rơ le khởi động
Hình 3.9: Rơ le khởi động.
Với các hệ thống khởi động trên xe ô tô hiện nay thì người ta đều sử dụng rơ le khởi động. Việc dùng rơ le khởi động với mục đích tạo ra một vị trí hư hỏng thay thế giúp cho khóa điện được bền hơn, dòng điện chạy qua khóa điện để điều khiển khởi động thực chất là một dòng điện rất nhỏ chạy qua để cung cấp cho cuộn dây của rơ le.
Hình 3.10: Vị trí rơ le khởi động.
Chân 1 của cuộn dây Rơ le khởi động được nối mass chân 2 của cuộn dây được nối dương thông qua công tắc bàn đạp li hợp. Trong trường hợp chưa
thực hiện chức năng giữ đề, chân 2 sẽ được cấp dương từ khóa điện còn khi có chức năng giữ đề chân 2 của rơ le sẽ được cấp điện qua chân STAR của ECM. Chân 5 của rơ le được nối với dương ăc quy qua cầu chì ST, chân 3 nối với cực 50 của máy khởi động. Khi cuộn dây của rơ le được kích từ, nó sẽ hút tiếp điểm đóng lại làm cho điện thông từ chân 5 sang chân 3 của rơ le và đi đến máy khởi động.
3.2.8 Máy khởi động
Hình 3.11: Máy khởi động xe Toyota Vios 2010.
Máy khởi động của xe Toyota Vios 2010 là loại bánh răng hành tinh gồm 2 phần chính: phần công tắc từ và phần máy. Trong công tắc từ có cực 30, cực 50, cực C, cuộn hút, cuộn giữ, piston và lò xo hồi vị. Phần máy gồm có cơ cấu liên động, cơ cấu giảm tốc motor, rotor, stator, chổi than và giá đỡ chổi than. Khi có điện từ ắc quy, qua rơ le khởi động xuống cực 50, công tắc từ sẽ hút piston lại đẩy bánh răng khởi động ra ăn khớp và làm quay bánh đà thông qua cần đẩy và cơ cấu liên động. Khi ngắt khởi động, bánh răng sẽ được hồi về thông qua lực đẩy lò xo hồi vị, kết thúc quá trình khởi động.
3.3 Đặc điểm kết cấu và nguyên lí hoạt động của máy khởi động trên xe Toyota Vios 2010. Toyota Vios 2010.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 24 23 25
Hình 3.12: Kết cấu máy khởi động.
1: Cực C; 2: Cực 50; 3: Cực 30; 4: Tiếp điểm tĩnh; 5: Tiếp điểm động; 6: Cuộn hút; 7: Cuộn giữ; 8: Piston; 9: Lò xo hồi vị; 10: Trục piston; 11: Cần đẩy; 12: Trục dẫn; 13: Vòng hãm; 14: Bánh răng khởi động; 15: Khớp li hợp;
16: Ố lót; 17: Bộ bánh răng hành tinh; 18: Phần ứng; 19: Stator; 20: Dây quấn; 21: Chổi than; 22: Lò xo chổi than; 23: Giá đỡ chổi than; 24: Cổ góp
25: Dây điện nối cực C với cuộn dây stator. 3.3.2 Nguyên lí hoạt động của máy khởi động
Khi có điện dương từ rơ le khởi động xuống chân 50 của công tắc từ sẽ kích từ cho cuộn hút và cuộn giữ tạo ra một lực từ hút piston lại, đẩy bánh răng khởi động ra ăn khớp với vành răng của bánh đà qua cần đẩy. Đồng thời khi piston được hút lại nó sẽ đóng tiếp điểm chính của công tắc từ làm thông từ cực 30 sang cực C, điện dương từ ắc quy sẽ đi từ cực 30 qua cực C vào cuộn cảm để sinh ra từ trường quanh stator rồi tiếp tục qua chổi than đến cổ góp của rotor. Điện sẽ đi vào cuộn dây sinh ra một lực từ làm rotor quay quanh trục của nó. Trục của rotor được nối cứng với bánh răng mặt mặt trời của bộ bánh răng hành tinh. Bộ bánh răng hành tinh có chức năng giảm tốc, tăng momen, từ đó momen
của bánh răng khởi động được tăng lên. Khi động cơ đã nổ, tốc độ của bánh đà lớn hơn tốc độ của bánh răng khởi động, lúc này khớp li hợp sẽ bị trượt để bánh răng khởi động quay cùng tốc độ với bánh đà, giúp bảo vệ các chi tiết phía sau. Khi ngắt khởi động, điện sẽ không được cấp xuống chân 50, lực từ sinh ra ở cuộn hút và cuộn giữ sẽ bị suy giảm, lò xo hồi vị có lực lớn hơn sẽ đẩy piston về vị trí ban đầu. Cần đẩy hồi về, bánh răng chủ động cũng được tách ra khỏi vành răng của bánh đà. Tiếp điểm chính lúc này cũng được tách ra, điện sẽ không được cấp xuống motor nữa, máy khởi động lúc này dừng hoạt động. a.Công tắc từ
Công tắc từ có nhiệm vụ đẩy cơ cấu liên động gồm li hợp một chiều và bánh răng khởi động ra ăn khớp với vành răng của bánh đà thông qua cần dẫn động. Công tắc từ gồm có chân 30 nối với dương ắc quy, chân 50 nối với chân