ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNG

BÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNGBÀI GIẢNG CHƯƠNG 2 MÁY KHỞI ĐỘNG

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Sau khi học xong chương này người học có khả năng:

 Trình bày được công dụng, phân loại, yêu cầu đối với hệ thống khởi động

 Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy khởi động

 Giải thích được các sơ đồ mạch điện của hệ thống khởi động

 Nắm vững các kiến thức về chẩn đoán và sửa chữa đối với hệ thống khởi động

Nội dung bài giảng

2.1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG.

- Chất lượng tia lửa điện.

- Tốc độ tối thiểu của động cơ (động cơ xăng ≥ 50 v/p, động cơ diesel ≥75

v/p)

Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu hệ thống giúp đảm bảo yêu tố cuối cùng

(tốc độ tối thiểu của động cơ) đó là hệ thống khởi động

Do động cơ đốt trong không thể tự khởi động được, khi đã tắt máy muốn động cơhoạt động lại cần phải có một mô-ment xoắn phát động đặt vào bánh đà của động cơ từ

đó truyền đến trục khuỷu của động cơ làm trục khuỷu quay, piston chuyển động tịnh tiếntrong xi lanh lúc khởi động từ đó kích hoạt những hệ thống khác hoạt động theo để duytrì trạng thái hoạt động của động cơ mà không bị tắt máy như: hệ thống nhiên liệu, hệthống đánh lửa, hệ thống bôi trơn….vv.Lúc này động cơ đã đạt đươc tốc độ quay tốithiểu Hệ thống tạo moment phát động đó người ta gọi là hệ thống khởi động

2.1.2 Phân loại

Trong hệ thống khởi động thành phần quan trọng nhất chính là mô tơ khởi động

để phân loại hệ thống khởi động ta dựa vào hai yếu tố của máy khởi động đó là phươngpháp đấu dây của các cuộn dây và phương pháp truyền động của trục rô-to máy khởiđộng đến bánh đà động cơ

2.1.2.1 Phân loại theo phương pháp đấu dây

Dựa vào phương pháp đấu dây của các cuộn dây trong mô tơ điện thì ta chia hệ thốngkhởi động thành 3 loại là: phương pháp đấu nối tiếp, phương pháp đấu song song,phương pháp đấu hỗn hợp

Hình 2.1: Máy khởi động đấu nối tiếp

Hình 2.2: Máy khởi động đấu song song

Hình 2.3: Máy khởi động đấu hỗn hợp

2.1.2.2 Phân loại theo phương pháp truyền động

Theo phương pháp truyền động thì ta chia hệ thống khởi động thành 3 loại là:

- Truyền động trực tiếp tới bánh đà không qua hộp giảm tốc.

Hình 2.4: Máy khởi động loại dẫn động trực tiếp.

- Truyền động giảm tốc nhờ bánh răng trung gian.

Hình 2.5: Máy khởi động loại giảm tốc bằng bánh răng trung gian.

- Truyền động giảm tốc nhờ cụm bánh răng hành tinh.

Hình 2.6: Máy khởi động loại giảm tốc bằng cụm bánh răng hành

tinh.

2.1.3 Yêu cầu

 Yêu cầu đối với hệ thống khởi động là:

- Khi hoạt động phải dẫn động động cơ quay vượt qua được tốc độ tối thiểu.

- Tạo ra moment đủ lớn để khởi động động cơ.

- Chiều dài dây dẫn từ bình ắc quy đến máy khởi động phải ngắn (˂1m)

- Kết cấu phải nhỏ gọn, dễ tháo lắp bảo dưỡng và sửa chữa.

- Nhiệt độ khi hoạt động phải trong giá trị cho phép.

- Đảm bảo khởi động lại được nhiều lần.

2.2 CẤU TẠO HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

2.2.1 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống khởi động

Công tắc

an toàn (gắn trên hộp số hoặc bàn đạp ly hợp)Công tắc máy

Máykhởiđộng

Cầu

chì tổng

ST1

5030

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo hệ thống khởi động cơ bản

Một hệ thống khởi động cơ bản thông thường bao gồm: ăc quy khởi động, công tắc máy,các rơ le khởi động,cầu chì, dây dẫn, máy khởi động (công tắc từ, mô tơ điện, cơ cấu càikhớp) Ngoài ra trên các dòng xe hiện nay còn có thêm các mạch bảo vệ khởi động, đốivới động cơ diesel có thêm hệ thống xông máy để hổ trợ cho quá trình khởi động

2.2.2 Cấu tạo ắc quy khởi động

Ắc quy axit bao gồm vỏ bình, có các ngăn riêng thường là ba ngăn hoặc 6 ngăntuỳ theo loại ắc quy 6V hay 12V

Hình 2.8: Cấu tạo ắc quy khởi động

Trong mỗi ngăn đặt khối bản cực có hai loại bản cực: bản cực dương và bản cực

âm Các tấm bản cực được ghép song song và xen kẽ nhau, ngăn cách với nhau bằng cáctấm ngăn Mỗi ngăn như vậy được coi là ắc quy đơn Các ắc quy đơn nối với nhau bằngcác cầu nối và tạo thành một bình ắc quy Ngăn đầu và ngăn cuối có hai đầu tự do gọi làcác đầu cực của ắc quy Dung dịch điện phân trong ắc quy là dung dịch axit sunfuric,

được chứa trong từng ngăn theo mức qui định thường không ngập các bản cực quá 15mm.

10-Vỏ ắc quy dược ché tạo bằng các loại nhựa ebônit hoặc cao su cứng, có độ bền vàkhả năng chịu ducowdj axit cao Bên trong vỏ được ngăn trhanhf các khoang riêng biệt, ởđáy có sống đỡ khối bản cực tạo thành khoản trống (giữa đáy bình và khối bản cực) nhằmchống việc chập mạch do chất tác dụng rơi xuống đáy trong quá trình sử dụng

Khung của các tấm bản cực được chế tạo bằng hợp kim chì-stibi (Sb) với thành phần 87-95% Pb + 5-13%Sb Các lưới của bản cực dương được chế tạo từ hợp kim Pb-

Sb có pha thêm 1,3%Sb + 0.2%Kali và được phủ bởi lớp bột dioxit chì PbO2 ở dạng xốp

tạo thành bản cực dương Các lưới của bản cực âm có pha 0.2%Ca + 0.1%Cu và được

phủ bởi bột chì Tấm ngăn giữa hai bản cực làm bằng nhựa PVC và sợi thuỷ tinh có tácdụng chống chập mạch giữa các bản cực dương và âm, nhưng cho axit đi qua được

Hình 2.9: Cấu tạo khối bản cực

Dung dịch điện phân là dung dịch axit sunfuric H2SO4 có nồng độ 1.22-1.27g/cm 3,

hoặc 1.29-1.33 g/cm 3 nếu ở vùng khí hậu lạnh Nồng độ dung dịch quá cao sẽ làm cáctấm ngăn nhanh hỏng, rụng các bản cực, các bản cực dễ bị sunfat hoá, khiến tuổi thọ của

ắc quy giảm Nồng độ quá thấp sẽ làm cho điện thế ắc quy giảm

2.2.3 Cấu tạo máy khởi động

Hình 2.10: Mô hình tháo rời máy khởi động

2 Công tắc từ và vòng đệm 12 Bánh răng trung gian

3 Bulong cố định giá đỡ chổi than 13 Bi thép

6 Chổi than

7 Giá dỡ chổi than và lò xo

8 Cuộn day stato

9 Roto

10 Nắp chụp sau

Máy khởi động bao gồm 3 bộ phận chính là: công tắc từ, mô tơ điện, cơ cấu khớp truyềnđộng

Hình 2.11: Cấu tạo máy khởi động

Hình 2.12: Sơ đồ cấu tạo máy khởi động

a Công tắc từ (Relay gài khớp)

Công tắc từ trong máy khởi động có nhiệm vụ đóng ngắt dòng điện của mô tơ khởi độngđiều khiển bánh răng dẫn động khởi động bằng cách đẩy nó vào ăn khớp với bánh đàđộng cơ khi bắt đàu khởi động và kéo nó ra khi kết thúc khởi động Trên công tắc từ sẽ có

2 cuộn dây là cuộn hút và cuộn giữ Cuộn hút có tiết diện dây lớn hơn cuộn giữ nên lực

từ do nó tạo ra lớn hơn cuộn giữ Ngoài ra còn có các tiếp điểm để đóng ngắt dòng cho

mô tơ điện

Hình 2.13: Cấu tạo công tắc từ

b Motor khởi động

Là bộ phận biến điện năng thành cơ năng nhờ tác dụng của lực từ trường Khi cấpđiện cho cuộn dây stato lực từ sẽ xuất hiện tác dụng lên khung day (trục rô to)làm cho trục rô to quay Trong mô tơ khởi động bao gồm: stator gồm vỏ, các mácực và các cuộn dây kích thích; rotor gồm trục, khối thép từ, cuộn dây phần ứng

và cổ góp điện, các nắp với các giá đỡ chổi than và chổi than, các ổ trượt …

 Phần ứng (Rô to)

Phần ứng tạo ra lực làm quay motor và ổ bi cầu đỡ cho lõi (phần ứng) quay ở tốc

độ cao

Hình 2.14: Cấu tạo phần ứng trong mô tơ khởi động.

 Cuộn dây kích từ (Stato)

Vỏ máy khởi động này tạo ra từ trường cần thiết để cho motor hoạt động Nó cũng

có chức năng như một vỏ bảo vệ các cuộn cảm, lõi cực và khép kín các đường sức

từ Cuộn cảm được mắc nối tiếp với phần ứng

Hình 2.15: Cấu tạo phần vỏ chứa các cuộn dây kích từ trong mô tơ khởi động.

 Chổi than và giá đỡ chổi than

Chổi than được tì vào cổ góp của phần ứng bởi các lò xo để cho dòng điện đi từcuộn dây tới phần ứng theo một chiều nhất định Chổi than được làm từ hỗn hợpđồng-cácbon nên nó có tính dẫn điện tốt và khả năng chịu mài mòn lớn Các lò xochổi than nén vào cổ góp phần ứng và làm cho phần ứng dừng lại ngay sau khimáy khởi động bị ngắt

Nếu các lò xo chổi than bị yếu đi hoặc các chổi than bị mòn có thể làm chotiếp điểm điện giữa chổi than và cổ góp không đủ để dẫn điện Điều này làm chođiện trở ở chỗ tiếp xúc tăng lên làm giảm dòng điện cung cấp cho motor và dẫnđến giảm moment

Hình 2.16: Cấu tạo chổi than và giá đỡ chổi than

c Cơ cấu khớp truyền động

Là cơ cấu truyền moment từ phần động cơ điện đến bánh đà, đồng thời bảo vệcho động cơ điện qua ly hợp một chiều.

Hình 2 17: Cấu tạo khớp truyền động 2.2.4 Các hệ thống phụ hỗ trợ khởi động khác

2.2.4.1 Relay bảo vệ khởi động.

a Công dụng

Relay bảo vệ khởi động là thiết dùng để bảo vệ máy khởi động trong những trườnghợp sau:

- Khi tài xế không thể nghe được tiếng động cơ nổ.

- Khởi động bằng điều khiển từ xa.

- Khởi động lại nhiều lần.

Thiết bị dùng bảo vệ khởi động còn gọi là relay khóa khởi động Relay khóa khởiđộng hoạt động tùy thuộc vào tốc độ quay của động cơ Ta có thể lấy tín hiệu này từmáy phát (dây L của đèn báo sạc và diode phụ)

Khi khởi động, điện thế ở đầu L của máy phát tăng Khi động cơ đạt tốc độ đủ lớn(động cơ đã nổ), relay khóa khởi động sẽ ngắt dòng điện đưa đến relay của máykhởi động, cho dù tài xế vẫn còn bật công tắc khởi động Ngoài ra, relay khóa khởiđộng không cho phép khởi động khi động cơ đang hoạt động

Cấu tạo nguyên lý làm việc của relay khóa khởi động

Relay khóa khởi động dùng tiếp điểm cơ khí.K

STARTING RELAY

BATL(ALT)ST(IG/SW)

Hình 2.18: Relay bảo vệ khởi động

Khi bật công tắc khởi động, dòng điện qua Wbv qua cuộn kích máy phát về mass làmđóng tiếp điểm K, dòng điện đến relay khởi động Khi động cơ hoạt động, máy phátđiện bắt đầu làm việc (đầu L có điện áp bằng điện áp accu nhưng máy chưa tắt côngtắc khởi động), dòng điện qua Wbv mất khiến khóa K mở, ngắt dòng đến relay khởiđộng làm cho máy khởi động không hoạt động nữa

Hình 2.19: Sơ đồ thực tế mạch bảo vệ khởi động

1 Accu; 2 Công tắc nguồn; 3 Công tắc máy; 4 Công tắc khởi động; 5 Đèn báo nạp,

6 Máy phát; 7 Relay bảo vệ khởi động; 8 Máy khởi động

2.2.4.2 Mạch bảo vệ khởi động điều khiển bằng điện tử

Trong loại này, người ta sử dụng mạch biến đổi tần số sang điện thế bằng cáchlấy tín hiệu tần số từ dây trung hoà (N) của máy phát hoặc đầu âm bobine Tínhiệu tốc độ động cơ thể hiện qua tần số đánh lửa được đưa đến ngõ vào của mạchbảo vệ, làm thay đổi tần số đóng mở của T1 Hiệu điện thế trung bình trên tụ C2

1

phụ thuộc vào tần số này Vì vậy, khi động cơ hoạt động, transitor T3 sẽ ở trạngthái đóng và mạch khởi động sẽ không hoạt động.

Hình 2.20: Mạch bảo vệ khởi động dùng OP-AMP

2.2.4.3 Relay đổi đấu điện áp

Trên một số xe có công suất lớn thường sử dụng hệ thống điện 12/24V Hệ thốngđiện 12V dùng cung cấp cho các phụ tải còn hệ thống điện 24V dùng để khởi động.Hình 3.14 trình bày sơ đồ đấu dây của mạch đổi điện áp trên xe IFA Trên sơ đồ này,máy khởi động có hiệu điện thế làm việc là 24 V trong khi các phụ tải điện khác vàmáy phát có điện áp định mức là 12V Để chuyển đổi điện áp trong lúc khởi động,thường bố trí relay đổi điện áp, relay này có nhiệm vụ đấu nối tiếp 2 bình accu 12V

để có 24V khi khởi động Khi kết thúc khởi động hai bình accu sẽ được mắc songsong để máy phát nạp điện cho chúng

-D2

D3

Hình 2.21: Mạch khởi động với relay đổi điện 12V-24V.

2.2.4.4 Hệ thống xông máy hỗ trợ khởi động cho động cơ diesel.

Ở Việt Nam hệ thống xông máy cho động cơ diesel khi khởi động thường ítquan trọng chỉ có tác dụng khi mùa đông trên vùng cao như SaPa, Lai Châu, CaoBằng… khi nhiệt độ xuống dưới 10oC Ở các nước châu Âu, Nhật Bản, Mỹ… vàomùa đông nhiệt độ thường xuống rất thấp dẫn đến hiện tượng khó khởi động Khikhởi động mặc dù động cơ quay với tốc độ lớn hơn tốc độ tối thiểu, áp suất cũngđạt giá trị áp suất cháy nhưng nhiệt độ động cơ còn thấp ảnh hưởng đến quá trình

tự bốc cháy của nhiên liệu làm cho động cơ khó nổ Chính vì vậy càn phải có hệthống xông nóng động cơ giúp cải thienj khả năng tự bốc cháy của dầu diesel

Có 2 phương pháp xông đó là xông nóng buồng đốt và xông nóng khí nạp

a Xông nóng buồng đốt

Các bougie xông được đặt trong buồng đốt phụ của động cơ Nhờ năng lượngđiện của accu các dây điện trở của bougie được nung nóng đến nhiệt độkhoảng 800÷1000oC

Hệ thống này có hai loại bougie: loại một điện cực và loại hai điện cực

Loại một điện cực: Dùng điện đưa trực tiếp đến đầu cục bougie xông qua điệntrở rồi về mass Loại này thường có điện trở lớn Các bougie được mắc songsong trong mạch nên nếu một bougie bị đứt thì các bougie khác vẫn làm việcbình thường

Loại hai điện cực: Điện trở bougie được nối trực tiếp với điện cực ngoài Cácđiện trở bougie đều được cách điện và mắc nối tiếp trong mạch Loại này cóđiện trở nhỏ

Hình 2.22: Hệ thống xông nóng buồng đốt.

b Xông nóng không khí nạp

Dùng điện trở đặt tại ống góp hút sau lọc gió, sử dụng nguồn điện ắc quy để đốtnóng điện trở từ đó xông nóng khí nạp vào động cơ Loại này ít phổ biến

2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG.

2.3.1 Nguyên lý tạo lực từ của motor khởi động

Do mô tơ khởi động ngày nay thường dùng là mo tơ điện kích từ bằng nam châmđiện nên chương này chúng ta sẽ tìm hiểu các quy tắc liên quan đến lực từ dodòng điện sinh ra vả ứng dụng của nó trong mô tơ khởi động

a Chiều của các đường sức từ.

Nam châm là những vật có từ tính tức là xuất hiện các đường sức từ xung qanh nó

Ta thường phân ra làm 2 loại anm châm đó là nam châm vĩnh cửu và nam châmđiện Một nam châm sẽ phân ra 2 cực rõ ràng là cực bắc ký hiệu là (N) và cực nam

ký hiệu là (S) Chiều của các đường sức là chiều đi ra từ cực bắc (N) và vào cựcnam (S) xem hình 2.23 Khi đặt 2 nam châm gần nhau nếu 2 nam châm cùng cực

sẽ đẩy nhau và khác cực sẽ hút nhau xem hình 2.24

Lực từ phụ thuộc vào số lượng đường sức do nam châm phát ra

Động cơRelay xông

ST IG SW

Bougie xông

Hình 2.23 Chiều đường sức từ Hình 2.24 Tác dụng của 2 nam châm

b Quy tắc vặn nút chai (quy tắc đinh ốc).

Nếu vặn chiều tiến nút chai theo chiều dòng điện lúc này chiều quay của nút chai

sẽ là chiều của các dường cảm ứng từ Quy tắc này ứng dụng trong việc xác địnhchiều của các đường cảm ứng từ sinh ra trong dây dẫn thẳng hoặc trong một khungdây có dòng điện chạy qua

Hình 2.25: Quy tắc vặn nút chai và ứng dụng trong mô tơ khởi động.

c Quy tắc bàn tay trái Fleming.

Được phát biểu như sau: một khung dây có dòng điện chạy qua đặt trong từtrường sẽ có một lực từ tác dụng lên khung dây đó Chiều của lực này được xácđịnh bằng cách đặt lòng bàn tay trái hứng lấy các đường cảm ứng từ (các đườngsức từ xuyên qua lòng bàn tay trái), chiều từ cổ tay đến ngón tay là chiều dòngđiện khi đó ngón tay cái hướng ra 90ochính là chiều của lực từ Quy tắc này ứngdụng trong việc xác định chiều của lực từ tác dụng lên rô to của mô tơ khởi động.Nhờ có lực từ tác dụng lên khung dây này sẽ xuất hiện một moment làm xoay

khung dây (rô to của mô tơ khởi động) từ đó giúp mô tơ khởi động có thể quayđược.

Hình 2.26: Quy tắc bàn tay trái và ứng dụng trong mô tỏ khởi động.

d Quy tắc bàn tay phải.

Quy tắc này dùng để xác định chiều các đường sức từ được tạo ra bởi các vòngdây khi có dòng điện chạy qua

Quy tắc được phát biểu như sau: Khi ta hướng 4 ngón tay cưa bàn tay phải theochiều dòng điện chạy trong cuộn dây, khi đó ngón tay cái hướng ra 90o chính làchiều của các đường sức từ xuyên qua cuộn dây

Hình 2.27: Quy tắc bàn tay phải và ứng dụng trong mô tơ khởi động.

e Ứng dụng các quy tắc trong việc thiết kế mô tơ khởi động.

Khi thiết mô tơ khởi động người ta quấn các cuộn dây kích từ sao cho từ trường

mà nó sinh ra được phân thành 2 cực Bắc, Nam nằm đối xứng nhau phân biệt Rô

to dược quấn sao cho khi dòng điện qua chổi than tới cổ góp tới các khung dây của

Chiều dòng điện

Chiều dòngđiện

rô to thì lực từ tác dụng lên chúng tuân theo quy tắc bàn tay trái tạo ra đượcmoment xoay rô to từ đó dẫn động được bánh đà quay trong quá trình khởi động.

Hình 2.28: Mô hình thực tế mô tơ khởi động.

2.3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống khởi động

a Quá trình ăn khớp máy khởi động với bánh đà.

Khi bật khoá điện lên vị trí START, dòng điện của ắc quy đi vào cuộn giữ và cuộnhút Sau đó dòng điện đi từ cuộn hút tới phần ứng qua cuộn cảm xuống mát Việctạo ra lực điện từ trong các cuộn giữ và cuộn hút sẽ làm từ hoá các lõi cực và dovậy piston của công tắc từ bị hút vào lõi cực của nam châm điện Nhờ sự hút nàythông qua cần đẩy mà bánh răng bendix bị đẩy ra và ăn khớp với vành răng bánh

đà đồng thời đĩa tiếp xúc sẽ bật công tắc chính lên

Để duy trì điện áp kích hoạt công tắc từ, một số xe có relay khởi động đặt giữakhoá điện và công tắc từ

Hình 2.29: Quá trình ăn khớp bánh răng bendix với bánh đà.

b Quá trình giữ