Chuong 3 PDF

Nguồn điện trên ô tô là nguồn điện một chiều đ-ợc cung cấp bởi accu, nếu động cơ ch-a làm việc, hoặc bởi máy phát điện nếu động cơ đã làm việc.. + Phụ tải là các thiết bị tiêu thụ điện n

Ch-ơng iii: Trang bị điện ô tô

3.1 Khái quát chung về trang bị điện ô tô

3.1.1 Đặc điểm của mạng điện ô tô

Ôtô hiện nay đ-ợc trang bị nhiều chủng loại thiết bị điện và điện tử khác nhau Từng nhóm các thiết bị điện có cấu tạo và tính năng riêng, phục vụ một số mục đích nhất định, tạo thành những hệ thống điện riêng biệt trong mạch điện của ôtô

- Hệ thống điện trên ô tô là một hệ thống khép kín, trong đó có đầy đủ các khâu của một hệ thống điện nói chung:

+ Nguồn điện là nguồn 1 chiều, điện áp thấp ( 12; 24V; 42V) Nguồn điện trên ô tô là nguồn điện một chiều đ-ợc cung cấp bởi accu, nếu động cơ ch-a làm việc, hoặc bởi máy phát điện nếu động cơ đã làm việc Để tiết kiệm dây dẫn, thuận tiện khi lắp đặt sửa chữa…, trên đa số các xe, ng-ời ta sử dụng thân s-ờn xe (car body) làm dây dẫn chung (single wire system) Vì vậy, đầu âm của nguồn điện đ-ợc nối trực tiếp ra thân

xe

+ Phụ tải là các thiết bị tiêu thụ điện năng trên xe, các phụ tải điện trong hệ thống điện

ôtô rất đa dạng: Có thiết bị chỉ làm việc trong thời gian ngắn nh-ng tiêu thụ dòng điện rất lớn nh- máy khởi động điện yêu cầu cung cấp dòng điện ở chế độ hãm tới vài trăm Ampe, còn hệ thống đánh lửa làm việc liên tục và dòng điện sơ cấp trong mạch đánh lửa chỉ tiêu thụ từ 5-7 A Tính chất các phụ tải điện cũng rất đa dạng: các phụ tải điện cảm nh- các cuộn dây điện từ, biến áp đánh lửa ; các phụ tải thuần trở nh- bóng đèn… Các loại phụ tải điện trên ôtô đ-ợc mắc song song và có thể đ-ợc chia làm 3 loại:

Ngoài ra, ng-ời ta cũng phân biệt phụ tải điện trên ô tô theo công suất, điện áp làm việc

+ Dây dẫn điện trên ô tô cũng đa dạng: Dây nối ắc quy th-ờng chỉ có từ 2 đến 3 dây, tiết diện lớn vì chịu dòng điện lớn; dây cao áp trong hệ thống đánh lửa có lớp cách điện dày vì chịu điện áp cao; các dây dẫn điện áp thấp có chiều dài và tiết diện khác nhau,

đ-ợc đi theo bó dây

- Điều kiện làm việc của các trang bị điện, linh kiện điện tử trên ôtô rất khắc nghiệt: Nhiệt độ bên ngoài các hệ thống, cụm chi tiết của ôtô, đặc biệt ở khoang bố trí

động cơ th-ờng rất cao, có thể lên tới 1000 C Bụi, độ ẩm cao và các rung xóc trong quá trình ôtô chuyển động cũng là các nhân tố ảnh h-ởng xấu tới sự làm việc của các mối tiếp xúc, các linh kiện bán dẫn và các vi mạch

- Mạng điện trên xe là mạng điện hình tia: Dòng điện từ nguồn đ-a tới bảng cầu chì chính, rồi đến các bảng cầu chì ở các khoang, sau cùng tới các phụ tải Ngoài ra còn có các cầu nối an toàn, các rơ le bảo vệ mạng điện Toàn bộ mạnh điện trên xe và

sự kết nối với phụ tải đ-ợc thể hiện trên các sơ đồ nguyên lý và sơ đồ lắp ráp

3.1.2 Mạng điện chung trên ô tô

1 Hệ thống khởi động (starting system): Bao gồm accu, máy khởi động điện

(starting motor), các relay điều khiển và relay bảo vệ khởi động Đối với động cơ diesel có trang bị thêm hệ thống xông máy (glow system)

2 Hệ thống cung cấp điện (charging system): gồm accu, máy phát điện

(alternators), bộ tiết chế điện (voltage regulator), các relay và đèn báo nạp

3 Hệ thống đánh lửa (Ignition system): Bao gồm các bộ phận chính: accu, khóa

điện (ignition switch), bộ chia điện (distributor), biến áp đánh lửa hay bobine (ignition coils), hộp điều khiển đánh lửa (igniter), bougie (spark plugs)

4 Hệ thống chiếu ánh sáng và tín hiệu (lighting and signal system): gồm các

đèn chiếu sáng, các đèn tín hiệu, còi, các công tắc và các relay

5 Hệ thống đo đạc và kiểm tra (gauging system): chủ yếu là các đồng hồ báo

trên tableau và các đèn báo gồm có: đồng hồ tốc độ động cơ (tachometer), đồng

hồ đo tốc độ xe (speedometer), đồng hồ đo nhiên liệu và nhiệt độ n-ớc

6 Hệ thống điều khiển động cơ (engine control system): gồm hệ thống điều

khiển xăng, lửa, góc phối cam, ga tự động (cruise control) Ngoài ra, trên các

động cơ diesel ngày nay th-ờng sử dụng hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng

điện tử (EDC – electronic diesel control hoặc common rail injection)

7 Hệ thống điều khiển ôtô: bao gồm hệ thống điều khiển phanh chống hãm ABS

(antilock brake system), hộp số tự động, tay lái, gối hơi (SRS), lực kéo (traction control)

8 Hệ thống điều hòa nhiệt độ (air conditioning system): bao gồm máy nén

(compressor), giàn nóng (condenser), lọc ga (dryer), van tiết l-u (expansion valve), giàn lạnh (evaporator) và các chi tiết điều khiển nh- relay, thermostat, hộp điều khiển, công tắc A/C…

Nếu hệ thống này đ-ợc điều khiển bằng máy tính sẽ có tên gọi là hệ thống tự

động điều hòa khí hậu (automatic climate control)

9 Các hệ thống phụ:

Hệ thống gạt n-ớc, xịt n-ớc (wiper and washer system)

Hệ thống điều khiển cửa (door lock control system)

Hệ thống điều khiển kính (power window system)

Hệ thống điều khiển kính chiếu hậu (mirror control)

Hệ thống định vị (navigation system)

3.2 Hệ thống cung cấp điện

3.2.1 Những vấn đề chung của hệ thống cung cấp điện

a Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp điện

Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ: cung cấp năng l-ợng điện cho các phụ tải trên ô tô, với điện áp phù hợp, ổn định trong mọi chế độ làm việc của ô tô

b Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống cung cấp điện

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện

Các thiết bị điện chính trong hệ thống cung cấp điện đ-ợc giới thiệu trên hình 3.2

- Hệ thống cung cấp điện trên ô tô gồm : Nguồn điện, dây dẫn, các thiết bị bảo vệ nh- cầu chì, rơ le…các bộ phận chỉ báo nh- đồng hồ đo dòng điện; đồng hồ đo điện áp hoặc đèn báo nạp

- Nguồn điện trên ô tô gồm : máy phát điện và ắc quy mắc song song nhau, hỗ trợ nhau cùng làm việc:

+ Khi động cơ ch-a làm việc hoặc máy phát ch-a cấp điện thì ắc quy sẽ cấp điện cho các phụ tải, chủ yếu là để khởi động động cơ

+ Khi máy phát đã phát điện thì sẽ cấp điện cho phụ tải và nạp lại điện cho ắc quy

+ Khi có nhiều phụ tải cùng làm việc đồng thời, v-ợt quá khả năng cung cấp của máy phát thì cả ắc quy và máy phát cùng cấp điện cho phụ tải

- Để điều chỉnh máy phát điện có bộ tiết chế luôn đi kèm máy phát Với máy phát

điện một chiều : Bộ tiết chế phải làm 3 nhiệm vụ là điều chỉnh thế hiệu, hạn chế dòng

tiết chế chỉ còn nhiệm vụ điều chỉnh thế hiệu; một số bộ tiết chế IC còn thêm nhiệm vụ kiểm soát quá trình nạp điện của ắc quy

- Để thông báo tình hình làm việc của hệ thống có các đồng hồ hoặc đèn báo nạp

- Để bảo vệ phụ tải có các cầu chì, cầu nối, rơ le

3.2.2 Các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện

3.2.2.1 ắc quy

a Công dụng của ắc quy

Để cấp dòng điện cho máy khởi động điện khi cần khởi động động cơ và các phụ tải khác của thiết bị điện khi máy phát điện không làm việc hoặc ch-a cung cấp năng l-ợng vào mạng l-ới điện (Thí dụ khi động cơ làm việc ở chế độ không tải)

Khi công suất của máy phát lớn hơn công suất của các phụ tải thì máy phát sẽ cung cấp năng l-ợng cho phụ tải và nạp điện cho ắc quy vì thế ắc quy đ-ợc duy trì dòng một chiều và cung cấp cho phụ tải khi cần

* Theo cách bố trí cầu nối

ắc quy cầu nổi

* ắc quy axit: là loại ắc quy mà dung dịch điện phân dùng trong ắc quy là dung dịch axit, th-ờng là axit sunfuaric (H2S04)

* ắc quy kiềm: là loại ắc quy mà dung dịch điện phân dùng trong ắc quy là dung dịch kiềm (Na0H) hoặc (K0H)

+ Dựa vào cấu tạo bản cực ng-ời ta chia ắc quy kiềm ra làm ba loại:

-Loại ắc quy sắt – niken

-Loại ắc quy cadimi (Cd) và niken

-Loại ắc quy bạc- Kẽm

c Yêu cầu của ắc quy

Nguồn điện ắc quy trên ô tô phải đủ lớn để máy khởi động làm việc đ-ợc, ngoài yêu cầu cần đạt đ-ợc về điện áp, chắc chắn về kết cấu, cấu tạo đơn giản dễ chăm sóc, bảo d-ỡng và sửa chữa, kích th-ớc nhỏ gọn, trọng l-ợng nhỏ, độ bền cao, đảm bảo các

điện lớn

d Kết cấu của ắc quy axit

Hai hình vẽ 3.3 và 3.4 thể hiện rõ hình dáng bên ngoài và cấu tạo bên trong của hai loại ắc quy axit dùng trên ô tô đó là ắc quy cầu nổi (Hình 2.1.1) và ắc quy cầu chìm (Hình 2.1.2)

Hình 3.3 Cấu tạo ắc quy axit cầu nổi

3 Nút của từng ngăn ắc quy 6 Bản cực d-ơng 9 Yên đỡ bản cực

Hình 3.4 Cấu tạo ắc quy axit cầu chìm

1 Tấm l-ới cực 5 Chùm cực d-ơng 9 Đầu cực

2 Tấm ngăn cách 6 Đầu nối 10 Vỏ bình điện

3 Tấm cực d-ơng 7 Chùm cực âm 11 Nắp

4 Tấm cực âm 8 Khối các tấm cực d-ơng 12 Nút lỗ rót

Chúng đều có kết cấu bình đ-ợc chia làm nhiều ngăn, thông th-ờng (3- 6) ngăn, mỗi ngăn cho điện áp ra ở hai đầu cực là 2 V Nh- vậy khi đấu nối tiếp cả (3- 6) ngăn với nhau ta sẽ có bộ nguồn ắc quy là (6-12)V

3.2.2.2 Máy phát điện

a Nhiệm vụ

- Cung cấp điện năng cho các phụ tải khi ô tô đã làm việc

- Nạp điện bổ sung cho ắc quy ngay trên xe

b Yêu cầu

- Kích th-ớc, trọng l-ợng máy phát nhỏ gọn nh-ng công suất, số vòng quay lớn

- Làm việc ổn định khi số vòng quay của động cơ luôn luôn thay đổi

- Máy phát phải làm việc tốt trong điều kiện ẩm, nhiệt độ cao, bụi bẩn và rung động

- Làm việc không phát sinh tiếng kêu, chăm sóc bảo d-ỡng kỹ thuật đơn giản, giá thành hạ

c Phân loại

* Căn cứ theo cấu tạo và nguồn điện phát ra:

- Máy phát điện một chiều: Dòng điện phát ra là dòng một chiều

- Máy phát điện xoay chiều: Dòng điện phát ra là dòng xoay chiều, qua chỉnh l-u thành dòng một chiều cấp cho phụ tải Máy phát điện xoay chiều lại chia ra:

+ Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu

+ Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ :

 Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ có vòng tiếp điện

 Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ không có vòng tiếp điện

* Căn cứ vào điện thế phát ra:

- Máy phát điện 12V

- Máy phát điện 24V

- Máy phát điện có 2 nấc điện áp (12V, 24V)

Tuy nhiên, hiện nay trên ô tô sử dụng phổ biến loại máy phát điện xoay chiều 12 - 24V

d Cấu tạo của máy phát điên xoay chiều

- Cấu tạo máy phát điện xoay chiều gồm:

+ Stato + Cánh quạt làm mát

+ Roto + Bộ điốt chỉnh l-u điện áp

+ Bánh đai truyền

Khi ta bật công tắc máy, điện ắc quy vào kích từ cuộn cảm các vấu cực roto trở thành nam châm điện các từ cực bắc nam xen kẽ nhau

dây ứng điện, cuộn dây ứng điện

gồm 3 pha có các cuộn dây riêng

biệt, cuộn dây pha của stato đấu với

nhau theo hình sao hoặc hình tam

giác

Hình 3.9 Bố trí các cuộn dây ứng điện trong phần ứng Stato

a Một Stato hoàn chỉnh b Sơ đồ cuôn dây Stato

1 Lõi thép từ ; 2 Đầu mối các cuộn dây

Hình 3.8 Đấu mạch sao và mạch tam giác trong máy phát điện xoay chiều

a, Đấu hình sao b, đấu tam giác Hình 3.7 Cấu tạo rôto

* Chổi than

Hai chổi than đ-ợc cấu tạo từ

đồng graphit và một số phụ chất để

giảm điện trở và sức mài mòn Hai

chổi than đ-ợc đặt trong giá đỡ,

chổi than bắt cố định trên vỏ máy,

luôn áp sát vào vành tiếp điện nhờ

lực ép của lò xo

* Nắp máy:

Để bảo vệ máy khỏi bị những

vật bên ngoài rơi vào làm h- hỏng

dây quấn, nó còn làm giá đỡ cho

các đầu trục roto, đồng thời cũng để

bắt máy phát điện vào ôtô

Hình 3.12 Sơ đồ đấu dây bộ Hình 3.13 Bộ chỉnh l-u điốt Silic

2.2.2.3 Bộ điều chỉnh điện

a Sự cần thiết phải có bộ điều chỉnh điện

Hình 3.11 Nắp máy của máy phát điện xoay chiều

Hình 3.10 Chổi than và giá đỡ chổi than

hỏi nguồn cung cấp phải ổn định

- Điện áp của máy phát phụ thuộc vào tốc độ quay của trục khuỷu nên không đ-ợc ổn

định

- Trong quá trình làm việc của ôtô tốc độ quay của trục khuỷu luôn thay đổi bởi nhiều

lý do khác nhau, chính vì thế làm cho điện áp thay đổi theo

Trong quá trình làm việc tải của máy phát không đều nhau Tất cả các phụ tải trên

Ôtô đều làm việc nên dòng cung cấp phải lớn, có lúc ít tải làm việc Ngoài ra hệ thống

điện trên Ôtô th-ờng xảy ra sự cố nh- chạm chập

Vậy trong hệ thống cung cấp điện cần có bộ điều chỉnh điện để giữ cho điện áp của máy phát và dòng điện của máy phát, phát ra ổn định trong một phạm vi nào đó không v-ợt quá giá trị quy định Vì vậy bộ điều chỉnh điện là tối cần thiết

b Nguyên lý chung để điều chỉnh tự động điện áp

Khi làm việc điện áp máy phát phát ra có giá trị:

n : Tốc độ quay của trục máy phát Phụ thuộc vào tốc độ quay của

động cơ Vì vậy chúng ta không thể điều chỉnh theo ý muốn

 : Từ thông kích từ của máy phát

 = Ikt Wkt / Rkt

Wkt : Số vòng dây của cuộn kích từ ( Wkt = const)

Rkt: Điện trở của cuộn dây kích từ ( Rkt = const )

Ikt: Dòng điện kích từ Là dòng đ-a vào cuộn dây kích từ có thể điều chỉnh đ-ợc Vì vậy muốn thay đổi điện áp phát ra của máy phát ng-ời ta tìm cách thay đổi dòng kích từ Đó chính là nguyên lý chung điều chỉnh tự động điện áp khi Ikt tăng,  tăng, thì UF tăng tỷ lệ vì vậy khi UF tăng quá cao, tìm cách giảm Ikt Khi UF thấp, tìm cách tăng Ikt

 Phân chia tia lửa cao áp đến các xi lanh theo đúng thứ tự của động cơ

b Yêu cầu

Để đáp nhiệm vụ đánh lửa có những yêu cầu sau:

Tạo ra điện áp đủ lớn (12kV-24kV) từ nguồn hạ áp một chiều

 Tia lửa phóng qua khe hở giữa hai cực ( điện cực) của bugi trong điều kiện áp xuất lớn , nhiệt độ cao phải đủ mạnh để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu ở mọi chế độ

 Thời điểm phát tia lửa điện trên bugi trong từng xilanh phải đúng theo góc đánh lửa

và thứ tự đánh lửa quy định

 Biến áp đánh lửa phải có hệ số dự trữ lớn đảm bảo cho hệ thống làm việc ở mọi chế

độ của động cơ

c Phân loại

* Dựa theo nguyên lý làm việc gồm có :

 Hệ thống đánh lửa bằng tiếp điểm

 Hệ thống đánh lửa bán dẫn

 Hệ thống đánh lửa điện tử

 Hệ thống đánh lửa Manhêto

 Hệ thống đánh lửa điện dung

* Dựa vào cấu tạo gồm có :

 Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện

 Hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện

 Hệ thống đánh lửa có bộ điều chỉnh sớm bằng chân không và bằng li tâm

 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm hoặc không có tiếp điểm

 Hệ thống đánh lửa điện tử có điều khiển bằng ECU

a Nguyên lý làm việc

Hình 3.15 Hệ thống đánh lửa th-ờng

1 ắc quy 4 Cuộn sơ cấp 7 Con quay chia điện 10 Cặp tiếp điểm

2 Khoá điện 5 Lõi thép 8 Nắp bộ chia điện 11 Cam chia điện

3 Điện trở phụ 6 Cuộn thứ cấp 9 Bugi 12 Tụ điện

Khi đóng khoá điện, dòng điện một chiều I1 sẽ qua cuộn dây sơ cấp (4) Khi tiếp

điểm (10) đóng, mạch sơ cấp khép kín và dòng sơ cấp trong mạch có chiều từ :

(+) ắc quy  khoá điện  điện trở phụ (3)  cuộn sơ cấp (w1)  tiếp điểm (10)  mát  (-) ắc quy

Khi khóa điện ở mức START (nấc khởi động) điện trở phụ đ-ợc nối tắt loại ra khỏi mạch sơ cấp trên Thời gian tiếp điểm đóng dòng sơ cấp gia tăng từ giá trị I0 đến giá trị cực đại Imax

Cam chia điện(11) quay, tác động tiếp điểm (10) mở ra, mạch sơ cấp bị ngắt (mở)

đột ngột, đồng thời từ tr-ờng trong lõi thép bị ngắt đột ngột, từ thông do dòng sơ cấp sinh ra biến thiên móc vòng qua hai cuộn sơ cấp và thứ cấp Trong cuộn sơ cấp sinh ra sức điện động tự cảm C1 có trị số (180 300)(V) Đồng thời trong cuộn thứ cấp xuất hiện một sức điện động cảm ứng có trị số 18  25(KV) Lúc đó dòng cao áp ở cuộn thứ cấp sẽ đ-ợc dẫn qua con quay (7) bộ chia điện (8) để dẫn đến bugi (9) và phóng qua khe hở của bugi tạo ra tia lửa điện đúng thời điểm gần cuối của quá trình nén để đốt cháy hỗn hợp công tác của động cơ

ở cuộn sơ cấp xuất hiện sức điện động U2 = 200  300(V) Lúc này tụ điện sẽ tích

điện, làm giảm nhanh sức điện động tự cảm U1 hay nói cách khác, làm cho dòng sơ cấp mất đi đột ngột, để làm xuất hiện sức điện động cảm ứng lớn ở cuộn sơ cấp Tụ điện còn có tác dụng bảo vệ cặp tiếp điểm khỏi bị cháy

Khi điện áp thứ cấp U2 đủ lớn, con quay chia điện đã chia điện cho các dây cao áp

đều các bugi Nhờ có cam quay(11) mà tia lửa cao áp đ-ợc phân chia tới các bugi theo

đúng thứ tự nổ của động cơ