đồ án cdio 5 tính toán thiết kế hệ thống khởi động ô tô

LỜI NÓI ĐẦU

Theo xu hướng phát triển toàn cầu hoá, nền kinh tế Việt Nam đồng tiến sang

một thời kì mới thời kỳ Công nghiệp hóa, hiện đại hoá đất nước gắn liền với việc mở rộng quan hệ hợp tác kinh tế với các nước trong khu vực và trên toàn thế giới Sự chuyển đổi này đã ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt động kinh tế cũng như những hoạt động khác của xã hội Trong nhiều năm gần đây cùng với sự phát triển của kinh tế, khoa học kỹ thuật và nhu cầu của con người tốc độ gia tăng số lượng và chủng loại ô tô ở nước ta khá nhanh Nhằm thỏa mãn càng nhiều nhu cầu về giao thông vận tải và thị hiếu của con người Nhiều hệ thống trang thiết bị cũ kỹ trên ô tô đã dần được thay thế bởi các hệ thống kết cấu hiện đại… Tuy vậy chúng ta cũng gặp không ít khó khăn trong việc khai thác sử dụng và làm quen với các hệ thống đó Hơn nữa khi công nghệ sản xuất ô tô liên tục được nâng lên theo xu thế cạnh tranh kéo theo sự thay đổi cơ bản trong công nghệ sửa chữa thì một số thói quen trong sử dụng, sửa chữa cũng không còn thích hợp Cuộc sống càng ngày càng hiện đại hơn, đầy đủ hơn nên yêu cầu về hệ thống khởi động ngày càng nhỏ gọn, hiệu suất cao…đảm bảo khởi động nhanh, an toàn trong bất kỳ điều kiện hoạt động của động cơ.

Do thời gian, điều kiện nghiên cứu và trình độ còn nhiều hạn chế nên đề tài môn học của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhân được sự giúp đỡ của các thấy cô giáo và bạn đọc Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Như Trung đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này!

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng ngày 26 tháng 2 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Đức

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN ÔTÔ

1.1 Công dụng của hệ thống khởi động

- Hệ thống khởi động đóng vai trò quan trọng nhất trong hệ thống điện của ôtô Hệ thống khởi động sử dụng năng lượng từ bình ắc quy và chuyển năng lượng này thành cơ năng quay máy khởi động Máy khởi động truyền cơ năng này cho bánh đà trên trục khuỷu động cơ thông qua việc gài khớp Chuyển động của bánh đà làm hỗn hợp khí-nhiên liệu được hút vào bên trong xylanh, được nén và đốt cháy để quay động cơ Hầu hết các động cơ phải quay đến một tốc độ tối thiểu nào đó để đảm bảo nhiên liệu đưa vào động cơ có thể đốt cháy được và sau đó động cơ có thể tự làm việc được Tốc độ tối thiểu đó được gọi là tốc độ khởi động của động cơ n Trên ô tô hiện nàykđ thì chủ yếu sẽ khởi động bằng động cơ điện một chiều Đối với động cơ xăng phải trên 50 vòng/phút và 100 vòng/phút đối với động cơ diesel giúp gia tăng lực, cung cấp đủ số lực cần thiết giúp khởi động động cơ của xe.

1.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống khởi động

- Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động cơ có thể nổ được n kđ

- Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép.

- Phải đảm bảo khởi động lại được nhiều lần.

- Tỷ số truyền từ bánh răng của máy khởi động và vành răng của bánh đà nằm trong giới hạn.

- Momen khởi động M phải đủ lớn để đảm bảo khởi động được.kđ

- Chiều dài và điện trở của dây dẫn nối từ ắc quy đến máy khởi động phải nằm trong giới hạn quy định ( l < 1m).

1.3 Phân loại hệ thống khởi động

Hiện nay thường có 4 loại máy khởi động chính

1.3.1 Hệ thống khởi động bằng tay

Hình 1.2 Máy khởi động loại giảm tốc

1 Bánh răng bendix; 2 Công tắc từ; 3- Bánh răng rotor; 4- Motor; 5- Phần cứng

Hình 1.2- Sơ đồ hệ thống khởi động bằng dây kéo 1- Vành răng bánh đà; 2- Bánh răng khởi động; 3- Cần gạt ly hợp; 4- Ly hợp; 5- Cơ cấu hành tinh; 6- Bánh đà cân bằng; 7- Puli dây kéo; 8- Dây kéo.

- Dùng tay quay, dây kéo hoặc động cơ xăng phụ để quay trục khuỷu động cơ Phương pháp này đơn giản và tiện lợi, nó ứng dụng trong các động cơ xăng hay diesel cỡ nhỏ vì động cơ lớn, tỉ số nén cao, công suất lớn, sức người khó quay nổi để đạt đến tốc độ khởi động.

- Để khởi động được nhẹ, người ta trang bị thêm cơ cấu giảm áp có nghĩa là dùng cơ cấu cam để điều khiển xupáp nạp hay thải mở Nếu ta quay trục khuỷu động cơ đến một tốc độ nhất định, khi đóng xupáp lại thì năng lượng tích ở bánh đà sẽ thực hiện việc khởi động cho động cơ.

Hình 1.3- Hệ thống khởi động bằng động cơ xăng phụ 1- Động cơ diesel; 2- Khớp truyền động; 3- Bánh răng ăn khớp; 4- Động cơ xăng hai kỳ khởi động; 5- Máy khởi động; 6- Cơ cấu tự động nhả khớp; 7- Mặt bích bánh đà; 8- Khớp ly hợp của hành trình tự do.

- Phương pháp khởi động bằng động cơ xăng phụ thường được dùng cho các động cơ diesel có công suất lớn

- Trục khuỷu của động cơ diesel (1) quay được nhờ động cơ xăng hai kỳ khởi động (4) Đông cơ được đưa vào làm việc nhờ bộ khởi động điện (5) Momen xoắn từ động cơ khởi động truyền đến động cơ diesel qua bánh răng (3), khớp (2) và cơ cấu tự động nhả khớp (6) đến mặt bích (7) của bánh đà Khớp hành rình tự do (8) cũng đưa vào dẫn động, khớp này bảo vệ động cơ khỏi bị hỏng khi số vòng quay tăng quá lớn.

Hệ thống khởi động bằng điện

Hình 1.4 - Sơ đồ hệ thống khởi động điện.

- Hệ thống khởi động điện được dùng đa số trên các dòng xe ôtô hiện nay vì tính hiệu quả và an toàn của nó.

- Hệ thống khởi động điện nói chung có ba bộ phận chính sau : Động cơ điện một chiều, khớp truyền động và cơ cấu điều khiển.

1.1.1 Hệ thống khởi động bằng động cơ thủy lực

- Phương pháp khởi động này được sử dụng chủ yếu cho máy tĩnh tại.

Hình 1.5 - Sơ đồ khởi động bằng động cơ thủy lực 1- Vành răng bánh đà; 2- Động cơ thủy lực; 3- Van phân phối; 4- Van tiết lưu; 5- Van an toàn; 6- Đồng hồ áp suất; 7- Van một chiều; 8- Bơm thủy lực;

9- Lọc dầu; 10- Bình chứa dầu Nguyên lý làm việc :

- Khi khởi động động cơ, dầu thủy lực từ bình chứa (10) sẽ được đưa đến van phân phối (3) bằng bơm thủy lực (8) qua lọc dầu (9) và van tiết lưu (4) Van phân phối (3) được điều khiển bằng điện từ sẽ đóng mở các cửa lưu thông cho dầu chảy vào và làm quay động cơ thủy lực, bánh đà được nối trục với động cơ thủy lực cũng sẽ quay theo.

- Khi ngừng khởi động động cơ thì dầu sẽ từ động cơ thủy lực về van phân phối qua van một chiều (7) và về lại bình chứa (10).

1.1.2 Hệ thống khởi động bằng khí nén

Hình 1.6 - Sơ đồ hệ thống khởi động bằng khí nén.

1- Xylanh lực; 2- Van phân phối; 3- Lọc khí có van xả; 4- Van an toàn; 5- Đồng hồ áp suất; 6- Máy nén khí; 7- Van một chiều Nguyên lý làm việc :

- Khi khởi động động cơ, khí nén sẽ được đưa từ máy nén khí (6) đến van phân phối (2) sau khi qua lọc khí (3) Van phân phối (2) được dẫn động từ trục cam của động cơ có nhiệm vụ phân phối khí nén đến các xylanh đúng thời điểm và đúng thứ tự làm việc.

- Khi khí nén được đưa vào xylanh (1) tương ứng với hành trình giãn nở sinh công sẽ làm đẩy piston đi xuống và làm quay trục khuỷu để khởi động động cơ.

CHƯƠNG 2: CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

2.1 SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNGBẰNG ĐIỆN

Hình 2.1 - Sơ đồ nguyên lí của hệ thống khởi động điện.

- Khi khởi động động cơ đốt trong, đóng khoá khới động, rơle của bộ phận điều khiển sẽ hút lõi thép 3 sang trái, qua cần gạt 5, khớp truyền động 6 được đấy sang phải đê vành răng của nó ăn khớp với vành răng của bánh đà 8 Đổng thời khi đó động cơ điện 1 cũng được đóng điện, momen quay của nó sẽ được truyền qua khớp 6 để làm quay bánh đà của động cơ đốt trong.

- Khi động cơ đốt trong đã làm việc, tắt khoá khơi động để ngắt dòng điện vào cuộn dây rơle của bộ phận điều khiển và ngắt dòng điện vào động cơ 1, lò xo 2 dãn ra đưa các chi tiết của bộ phận điểu khiến và truyền động trở vể vị trí ban đầu.

- Hệ thống khởi động bằng động cơ điện nói chung có ba bộ phận chính sau: Động cơ điện, khớp truyền động và cơ cấu điều khiển.

2.2 Động cơ điện khởi động

- Động cơ điện dùng để biến điện năng của ắc quy thành cơ năng quay trục khuỷu động cơ.

- Động cơ điện dùng trong hệ thống khởi động là động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp hoặc hỗn hợp.

- Cấu tạo của động cơ điện một chiều không khác gì cấu tạo của

máy phát điện một chiều, chỉ khác ở chỗ : Các cuộn dây phần ứng và kích thích của nó thường có tiết diện chũ nhật, có kích thước lớn hơn khá nhiều và số vòng dây ít hơn so với các cuộn dây của máy phát bởi vì khi khởi động động cơ, động cơ điện khởi động tiêu thụ một dòng rất lớn 600 - 800 [A].

Hình 2.3 - Cấu tạo máy phát điện trên ôtô.

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có momen khởi động lớn song có nhược điểm là tốc độ không tải quá lớn, ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ làm việc của động cơ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp tuy momen khởi động không lớn bằng so với động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp nhưng trị số tốc độ không tải bé.

- Để đảm bảo momen khởi động lớn, hầu hết các máy khởi động đều có cuộn kích thích mắc nối tiếp.

Hình 2.4 - Sơ đồ mạch điện máy khởi động.

- Tuy vậy sơ đồ này có nhược điểm là: Khi mô men cản giảm thì n tăng Do đó, sau khi động cơ đốt trong đã được khởi động (nổ), máy khởi động được giảm tải hoàn toàn thì tốc độ quay của nó sẽ tăng rất lớn, có thể vượt giới hạn cho phép, làm các ổ trục mau mòn và các thanh dây dẫn có thể văng ra khỏi rãnh của rotor.

Cấu tạo của động cơ điện một chiều bao gồm :

- Phần cảm (Stator): có chức năng tạo ra từ trường, bao gồm: vỏ máy và các bản cực trên được quấn cuộn kích từ.

- Phần ứng (Rotor): Bao gồm lõi thép và cuộn dây được đặt trong rãnh của nó Cuộn dây thường có dạng hình chữ nhật, số vòng dây ít và có tiết diện lớn để chịu được dòng điện rất lớn (Ikđ hơn 600A) đi qua Các đầu cuộn dây được hàn vào các phiến của cổ góp Rotor của máy khởi động được đặt trên hai ổ bi lắp ở hai nắp máy.

- Chổi than và giá đỡ chổi than: Chổi than được tỳ vào cổ góp của phần ứng bởi các lò xo và cho phép dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng theo một chiều nhất định Chổi điện được chế tạo từ hỗn hợp đồng và cacbon nên có tính dẫn điện tốt và khả năng chịu mài mòn lớn.

2.3 Khớp truyền động

- Khớp truyền động là cơ cấu truyền momen từ động cơ điện của máy khởi động đến vành răng bánh đà của động cơ ôtô Khi hoạt động, tốc độ của rotor động cơ điện đạt trị số trong khoảng 2000 - 3000 [v/ph] sẽ kéo theo trục khuỷu của động cơ ôtô quay khoảng 200 [v/ph] đủ cho ôtô khởi động được.

Khớp truyền động trong máy khởi động có nhiệm vụ sau :

- Nối trục của máy khởi động với vành răng bánh đà khi khởi động - Truyền momen của máy khởi động làm quay vành răng bánh đà động cơ - Bảo vệ máy khởi động bằng cách tách rotor của động cơ điện khởi động ra khỏi vành răng bánh khi động cơ ôtô đã nổ được.

Cơ cấu truyền động được thiết kế theo hai kiểu : - Kiểu văng ra:

+ Khi khởi động, bánh răng của khớp truyền động sẽ văng từ trong rotor ra ngoài để ăn khớp với vành răng bánh đà của động cơ ôtô.

Hình 2.5 - Cấu tạo máy khởi động dùng khớp truyền động kiểu văng ra [1].

1- Nắp đậy; 2- Cổ góp của động cơ; 3- Rotor; 4- Khối cực từ và cuộn dây kích từ; 5- Dây quấn của rotor; 6- Nắp đậy bánh răng; 7- Bánh răng của khớp truyền động;

8- Lò xo; 9- Vỏ máy khởi động; 10- Chổi than; 11- Trục rotor.

- Kiểu văng vào : Ngược với kiểu văng ra, khi khởi động bánh răng văng từ ngoài vào trong ăn khớp với trục rotor của động cơ khởi động.

Hình 2.6 - Cấu tạo máy khởi động dùng khớp truyền động kiểu văng vào [1] 1- Rơle kéo; 2- Trục rotor; 3- Bánh răng; 4- Khớp truyền động; 5- Vỏ máy khởi động; 6- Cầu nối điện; 7- Đai che cửa sổ chổi than - Tùy thuộc vào cấu tạo của khớp ly hợp người ta phân ra hai loại khớp truyền

Hình 2.7 - Cơ cấu khớp truyền động quán tính [5] a) Vị trí ban đầu b) Vị trí ăn khớp

1- Vòng tỳ; 2- Ống lót có ren; 3- Khớp nối; 4- Lò xo xoắn; 5- Bánh răng; 6- Vành răng bánh đà.

-Trên đầu trục máy khởi động có khớp (3) lắp then với trục máy khởi động Trên khớp (3) bắt chặt một đầu của lò xo xoắn (4), đầu thứ hai của lò xo bắt trên ống lót (2) mặt ngoài có ren và đặt tự do trên trục Bánh răng (5) (với đối trọng) ăn khớp ren với ống lót 2.

- Khi máy khởi động quay: Qua lò xo (4), nó làm quay ống lót (2) Bánh răng (5) đặt trên ống lót, do quán tính sẽ không kịp quay theo, nên sẽ dịch chuyển theo đường ren trên ống lót vào ăn khớp với vành răng bánh đà (6) và tỳ vào vòng tỳ (1) Các va đập xảy ra khi các vành răng vào ăn khớp được giảm chấn nhờ lò xo (4).

- Sau khi động cơ đã được khởi động: Tốc độ vòng của vành răng bánh đà sẽ lớn hơn của bánh răng (5), làm bánh răng tự động chuyển động theo đường ren tách ra khỏi bánh đà.

- Phương pháp truyền động này có nhược điểm là xảy ra va đập mạnh khi các bánh răng vào ăn khớp nên không được sử dụng đối với những máy khởi động công suất lớn Nhược điểm thứ hai là bánh răng của máy khởi động tự động tách ra khỏi bánh đà ngay khi động cơ bắt đầu nổ những tiếng đầu tiên Nhưng không phải bao giờ động cơ cũng khởi động được ngay sau những tiếng nổ đầu tiên, nhất là trong điều

kiện mùa đông Vì thế quá trình khởi động nhiều khi phải lặp đi lặp lại vài lần với những va đập mạnh.

2.3.2 Khớp truyền động cưỡng bức

- Trong trường hợp này, bánh răng của trục máy khởi động vào khớp cũng như ra khớp dưới tác dụng của những cơ cấu điều khiển bởi người lái hay lực của rơle điện từ.

Hình 2.8 - Kết cấu máy khởi động với cơ cấu truyền động cơ khí cưỡng bức [5] 1- Bánh răng; 2- Khớp một chiều; 3- Cần gạt; 4- Vít tỳ; 5- Hộp tiếp điểm;

6- Ống lót; 7- Lò xo.

- Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ, người ta làm kiểu truyền động một chiều bằng khớp hành trình tự do loại bi hay cơ cấu cóc hoặc ma sát.

- Khi khởi động, dưới tác dụng của người lái hay lực của rơle điện từ, nạng gạt sẽ gạt ống gài (2) và qua lò xo (3) đẩy cả khối ống lót, khớp một chiều và bánh răng (7) vào ăn khớp với vành răng bánh đà Nếu răng của bánh răng (7) chưa ăn khớp được với răng của vành răng bánh đà thì bánh răng bị giữ lại, nạng gạt tiếp tục ép lò xo (3) lại, đồng thời đóng tiếp điểm nối mạch điện của máy khởi động làm phần ứng quay và

- Sau khi động cơ đã nổ, dưới tác dụng của lò xo trả, nạng gạt cùng các chi tiết khác được đưa trở lại vị trí ban đầu Nếu như người lái chưa thả bàn đạp thì khớp một chiều sẽ đảm bảo không cho động cơ kéo trục máy khởi động quay theo với tốc độ lớn, vì khi tốc độ gốc phần ngoài (nối với bánh đà) lớn hơn tốc độ góc phần trong (nối với trục máy khởi động) thì khớp không truyền chuyển động nữa.

Hình 2.9 - Khớp truyền động một chiều của bi đũa [1].

a)Cấu tạo khớp truyền động; b)Bi đũa bị nêm chặt, khớp truyền động truyền momen c) Bi đũa quay tự do, khớp truyền động trượt ra.

1-Ống lót; 2,6-Vòng khóa; 3-Vòng chặn; 4-Lò xo; 5-Khớp chặn; 7-Lò xo giảm chấn 8-Vòng của bi đũa (ca-bi); 9- Vỏ; 10- Bi đũa; 11- May-ơ của bánh răng;

12- Bánh răng khởi động; 13- Con đội; 14- Lò xo của con đội.

- Khớp truyền động một chiều có thể di chuyển theo rãnh xoắn của trục máy khởi động Vòng (8) được lắp trên ống lót (1) có rãnh xoắn bên trong Vòng (8) có bốn rãnh hình nêm, trong các rãnh đó có bi đũa (10), các bi đũa bị ép vào phần hẹp của rãnh bằng con đội (13) và lò xo (14) Bánh răng khởi động (12) được lắp đồng tâm với may-ơ (11).

- Khi đóng nguồn cấp cho máy khởi động, momen được truyền từ ống lót (1) đến may-ơ của bánh răng truyền động (11) bằng các bi đũa (10) Khi đó các bi đũa bị ép chặt giữa may-ơ (11) và vòng (8) Khi động cơ ôtô đã khởi động được may-ơ của bánh răng khởi động trở thành bị động (vành răng bánh đà sẽ trở thành chủ động), các bi đũa không bị ép chặt nữa và khớp truyền động trượt ra, cắt ly hợp.

2.3.3 Khớp truyền động hỗn hợp

- Truyền động hỗn hợp là truyền động mà quá trình đưa bánh răng máy khởi động vào ăn khớp với vành răng bánh đà được thực hiện cưỡng bức, còn quá trình ra khớp thì thực hiện tự động như kiểu truyền động quán tính.

2.4 Cơ cấu điều khiển

- Cơ cấu điều khiển có nhiệm vụ:

+ Đưa khớp truyền động vào ăn khớp với bánh đà.

+ Đóng mạch điện máy khởi động khi bánh răng của nó đã vòa ăn khớp với vành răng bánh đà và ngắt mạch sau khi đã nổ.

- Cơ cấu điều khiển có thể là cơ khí điều khiển trực tiếp bằng bàn đạp chân hay cần gạt hoặc điện từ điều khiển gián tiếp từ xa bằng cách đóng mở khóa điện cho rơle làm việc.

2.4.1 Phương pháp điều khiển trực tiếp

- Có ưu điểm là đơn giản nhưng nó không thể sử dụng khi máy khởi động và ắc quy đặt ở xa người lái, bởi vì đường dây dẫn dài, với dòng tải lớn sẽ gây độ sụt thế lớn và chi phí cho dây dẫn cao.