CHƯƠNG 5 máy KHỞI ĐỘNG

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

Chơng 5 máy khởi động

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 đ… ợc 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 )

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

- 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

+ Có thiết bị điều khiển (nút bấm hoặc khoá) thuận tiện cho ngời sử dụng

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.

1.Trục rôto; 2 Cuộn dây Phần ứng của rôto; 3.Rôto;

4.Cổ góp; 5.khối cực; 6.Cuộn dây stato; 7 Chổi than; 8 Giá đỡ chổi than.

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

thích Các cuộn dây này đợc mắc nối tiếp với nhau

Có hai cách mắc các cuộn dây thờng dùng là

H×nh 5.3 CÊu t¹o r«to.

1 M¸ cùc; 2 Cuén d©y stator

- 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.

- Trên các rãnh của rôto có lắp các cuộn dây phần ứng, các cuộn dây cũng

đợc mắc nối tiếp với nhau

- 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

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.

Lò xo 2 làm việc ở chế độ xoắn để truyền mô men rất lớn kéo bánh đà quay và

nó còn thêm nhiệm vụ giảm chấn động va đập khi bánh răng máy khởi động ăn khớp 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

- 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 tục đi qua mạch kích thích của động cơ điện sẽ làm cho trục của động cơ điện xoay đi một góc nhỏ, tạo điều kiện cho bánh răng khởi động có thể tự lựa tốt hơn trong quá trình vào khớp với các vành răng trên bánh đà Khi các tiếp điểm K2 của mạch khởi động động cơ điện đã đợc nối, lúc này cuộn dây Wh bị nối tắt ( hình 5.12b.) nhờ đó tiết kiệm đợc năng lợng của ắc quy, làm thuận lợi trong quá trình khởi động.

5.3.3 Hệ thống khởi động trực tiếp.

a Kết cấu:

Hệ thống khởi động trực tiếp gồm:

- ắc quy là nguồn cung cấp điện cho máy khởi động của hệ thống khởi động

- Khoá điện dùng để đóng cắt dòng điện cho máy khởi động

- Hộp công tắc gồm: Đĩa đồng 2 dùng để đóng tiếp điểm chính để cung cấp điện cho máy khởi động Đĩa đồng 3 dùng để nối tắt điện trở phụ khi khởi động động cơ

- Máy khởi động gồm có: Cuộn cảm và rôto có nhiệm vụ tạo ra mô men quay Khớp truyền động một chiều và bánh răng máy khởi động có nhiệm vụ truyền mô men quay cho trục khuỷu của động cơ

- Trụ điều khiển 4 có tác dụng đóng tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ

b Sơ đồ nguyên lý:

Hình 5.13 Sơ đồ hệ thống khởi động điều khiển trực tiếp

1 Hộp công tắc 7 Bánh răng máy khởi động.

2 Đĩa đồng tiếp điểm chính 8 Vành răng bánh đà.

3 Đĩa đồng nối tắt điện trở phụ 9 Máy khởi động.

4 Trụ điều khiển 10 Nắp máy khởi động.

5 Nạng gài điều khiển K đ Khoá điện.

6 Lò xo hồi vị

c.Nguyên lý làm việc:

Khi đóng khoá điện Kđ, nhng cha tác động vào trụ điều khiển 4 thì các tiếp điểm trong hộp công tắc 1 cha đóng Vì vậy máy khởi động cha đợc cung cấp điện, đồng thời lúc này lò xo 6 cha bị ép nén nó đẩy cho khớp truyền động một chiều lùi về tách bánh răng máy khởi động 7 ra không ăn khớp với vành răng bánh đà 8

Khi tác động vào trụ điều khiển 4, đẩy cho cần điều khiển đi vào để đóng các tiếp

điểm trong hộp công tắc 1, đồng thời lò xo hồi vị của cần điều khiển cũng bị nén lại, Tiếp

điểm phụ 3 đóng để nối tắt điện trở phụ của hệ thống đánh lửa, sau đó tiếp điểm chính 2 tiếp tục đi vào để đóng điện cho máy khởi động

Lúc này dòng điện cung cấp cho máy khởi động sẽ đi nh sau: (+) ắc quy -> Khoá

điện Kđ -> Cặp tiếp điểm chính 2 -> Cuộn dây kích từ Wkt -> Rô to -> mát -> (-)ắc quy

Đồng thời khi tác động trục điều khiển 4 đi sang trái, nhờ càng gạt 5 sẽ nén lò xo 6 lại

đẩy cho khớp truyền động một chiều cùng với bánh răng máy khởi động 7 lao ra ăn khớp với vành răng bánh đà 8

Nhờ dòng điện có giá trị lớn đi qua các cuộn dây của máy khởi động sẽ tạo ra một mô men quay lớn cho máy khởi động, mô men này đợc truyền qua khớp truyền động một chiều tới bánh răng máy khởi động 7 làm quay bánh đà 8 kéo cho trục khuỷu của động cơ quay để thực hiện việc khởi động động cơ

Khi động cơ đã tự khởi động đợc, tốc độ quay của động cơ sẽ lớn hơn tốc độ quay của máy khởi động Nh vậy, mô men quay rất lớn, từ động cơ sẽ truyền ngợc vào máy khởi động làm h máy khởi động

Nhng nhờ có khớp truyền động một chiều mà mô men quay của động cơ không truyền vào máy khởi động đợc , mặc dù bánh răng khởi động 7 vẫn ăn khớp với vành răng bánh đà 8 Nhờ vậy mà máy khởi động đợc bảo vệ an toàn

Khi thôi tác động vào trụ điều khiển 4, lò xo 6 dãn ra đẩy cho khớp truyền động một chiều cùng với bánh răng máy khởi động 7 lùi về phía trái tách khỏi vành răng bánh

đà 8 Đồng thời lúc này lò xo của cần điều khiển cũng dãn ra đẩy cho điều khiển đi sang phải làm tách các tiếp điểm chính 2 và tiếp điểm phụ 3, máy khởi động bị ngắt điện Vì vậy máy khởi động sẽ không làm việc nữa

5.3.4 Hệ thống khởi động gián tiếp có cực từ là nam châm điện

Hình 5.14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống khởi động gián tiếp

1 Khoá điện 4 Cuộn dây cảm 7 Bánh răng khớp truyền động

2 Rơle khởi động 5 Càng gạt 8 ắc quy

3 Lò xo hồi vị 6 Khớp truyền động một chiều 9 Rôto

Nguyên lý làm việc

Khi bật khoá điện có dòng điện đi từ ( +) ắc quy -> Khoá điện 1-> cọc 50 của rơ le khởi động Cuộn dây hút -> cuộn dây cảm 4 -> cuộn dây rôto 9 -> mát -> (-) ắc quy

Cuộn dây giữ -> mát

Do đó dòng điện chạy trong hai cuộn dây của rơ le khởi động nên lõi thép của rơle

bị từ hoá thành nam châm điện, lực từ do nó sinh ra thắng đợc sức căng của lò xo 3 vì vậy

nó sẽ hút lõi đi vào thực hiện việc đóng tiếp điểm và nhờ có càng gạy đa bánh răng máy khởi động 7 cùng với khớp truyền động một chiều 6 lao ra ăn khớp với vành răng bánh đà

Khi tiếp điểm 30 cha đóng thì dòng điện đi qua cuộn dây hút và các cuộn dây của máy khởi động có giá trị nhỏ, nên nó chỉ làm cho rô to của máy khởi động quay nhúc nhích để tạo điều kiện cho bánh răng máy khởi động ăn khớp với vành răng bánh đà một cách dễ dàng

Khi tiếp điểm 30 đóng, một dòng điện rất lớn từ ắc quy đi qua khoá điện 1-> tiếp

điểm 30 -> các cuộn dây máy khởi động -> mát