Hệ thống khởi động ô tô | Cấu tạo, nguyên lý & phân loại

Hệ thống khởi động ô tô là một trong những bộ phận quang trọng nhất của một chiếc xe. Nó đóng vai trò như trái tim, khởi động và đưa động cơ vào hoạt động. Nếu là một kỹ thuật về mới vào nghề sửa chữa ô tô thì cần nắm rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các loại máy khởi động phổ biến. Cùng tìm hiểu thông tin được chuyên gia của Auto Protech chia sẻ về bộ phận này trong nội dung dưới đây nhé!

Tổng quan kiến thức hệ thống khởi động ô tô cần biết

Để tìm hiểu về hệ thống khởi động ô tô, mọi người hãy cùng Auto Protech các mục về mô tả máy khởi động, motor một chiều và các loại máy khởi động mà chúng ta thường gặp:

Hình ảnh: Tổng quan về hệ thống khởi động

Mô tả máy khởi động

Động cơ không tự ý khởi động được nên cần phải nhờ sự tác động của ngoại lực để có thể khởi động động cơ đốt trong. Để khởi động động cơ, máy khởi động làm quay trục khuỷu thông qua vành răng.

Máy khởi động trong hệ thống động cơ điện cần phải tạo ra momen lớn từ nguồn điện hạn chế từ ắc quy, lúc này phải nhanh. Vì những điều kiện trên, người ta dựng một motor điện 1 chiều trong máy khởi động

Để khởi động động cơ, trục khuỷu cần phải quay nhanh hơn tốc độ quay tối thiểu. Mỗi động cơ sẽ có tốc độ quay tối thiểu khác nhau, tùy vào cấu trúc và tình trạng hoạt động của động cơ. Thông thường từ 40-60 vòng/phút đối với động cơ xăng và động cơ diesel từ 80-100 vòng/phút.

Mô tơ điện một chiều

Motor điện 1 chiều bao gồm cuộn cảm và cuộn ứng, được mắc nối với nhau để tạo ra momen xoắn cực đại khi máy khởi động và bắt đầu làm việc.

Các loại máy khởi động

Máy khởi động loại thông thường

Bánh răng dẫn chủ động được đặt trên cùng một trục với lõi motor và quay cùng một tốc độ với lõi. Cần dẫn động được nối thẳng với thanh để đẩy của công tắc từ, đẩy bánh răng chủ động để nó ăn khớp với vành răng.

Hình ảnh: Máy khởi động loại thông thường

 Loại giảm tốc

Hệ thống khởi động ô tô có máy khởi động giảm tốc sử dụng motor tốc độ cao. Máy khởi động loại giảm tốc giúp tăng momen xoắn bằng cách giảm tốc độ quay phần ứng lõi motor qua bộ truyền giảm tốc. Piston công tắc từ đẩy trực tiếp bánh răng chủ động đặt trên cùng một trục với nó giúp ăn khớp với vành răng.

Hình ảnh: Loại giảm tốc

Máy khởi động loại bánh răng hành tinh

Máy khởi động loại bánh răng hành tinh sử dụng bộ truyền hành tinh để giảm tốc độ quay lõi của motor. Bánh răng dẫn động khởi động được ăn khớp với vành răng thông qua cần dẫn động, giống như máy khởi động thông thường.

Hình ảnh: Loại bánh răng hành tinh

Máy khởi động PS

Hệ thống khởi động có máy khởi động sử dụng nam châm vĩnh cửu đặt trong cuộn cảm. Cơ cấu đóng ngắt hoạt động giống với máy khởi động loại bánh răng hành tinh.

Hình ảnh: Loại máy PS (loại máy sử dụng nam châm vĩnh cửu)

Đặc tính khái quát hệ thống khởi động

Đặc tính của motor khởi động một chiều

Hình ảnh: Đặc tính của motor khởi động một chiều

Mối quan hệ giữa tốc độ – momen – cường độ dòng điện

Về cơ bản mạch điện của motor là các cuộn dây tạo thành. Giá trị điện trở của mạch rất nhỏ vì chỉ có điện trở từ của các cuộn dây. Theo định luật ôm, giá trị dòng điện sẽ tăng cực đại khi điện áp của ắc quy (12V) là không đổi và giá trị điện trở mạch điện là cực nhỏ. Kết quả là phần lớn dòng điện đi đến máy khởi động và momen xoắn cực đại được tạo ra ngay khi máy khởi động bắt đầu làm việc.

Vì motor máy phát điện có cấu tạo khá giống nhau, nên điện áp theo chiều ngược lại (suất điện động đảo chiều) được tạo ra ngay khi motor quay làm nhiễu dòng một chiều. Khi tốc độ máy khởi động tăng lên thì suất điện động cảm ứng này cũng sẽ tăng lên, do đó dòng điện chạy qua motor giảm đi khiến cho momen xoắn và dòng điện một chiều cũng giảm.

Mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp

Khi máy khởi động bắt động hoạt động, hệ thống khởi động có điện áp ở cực từ ắc quy giảm xuống do cường độ dòng điện trong mạch giảm. Khi cường độ dòng điện từ mạch lớn thì không thể bỏ được sự rơi áp ở điện trở R điện trong mạch từ ắc quy.

Theo định luật ôm, khi giá trị dòng điện trong mạch điện tăng → sụt áp tăng lên, sụt áp giảm khi giá trị dòng điện trong mạch giảm và điện áp ắc quy lại trở về với giá trị bình thường.

Các bộ phận trên máy khởi động loại giảm tốc

Hình ảnh: Các bộ phận máy khởi động loại giảm tốc

• Công tắc từ.
• Phần ứng (lỗi của motor khởi động).
• Vỏ máy khởi động.
• Chổi than và giá đỡ chổi than.
• Bộ truyền bánh răng giảm tốc.
• Ly hợp khởi động.
• Bánh răng dẫn động khởi động và then xoắn.

Các bộ phận trên máy khởi động

• Công tắc từ: Hoạt động như một công tắc chính của dòng điện chạy đến motor và điều khiển bánh răng dẫn động bằng cách đẩy nó ăn khớp vành răng khi bắt đầu khởi động và kéo nó ra sau khi đã khởi động. Cuộn kéo được cuộn bằng dây có đường kính lớn cuộn giữ và lực điện từ của nó tạo ra lớn hơn lực điện từ tạo ra bởi cuộn giữ.
• Phần ứng và ổ bi cầu: Phần ứng tạo ra lực giúp quay motor và ổ bi cầu đỡ cho lõi (phần ứng) quay ở tốc độ cao.
• Vỏ máy khởi động: Vỏ máy khởi động của hệ thống khởi động tạo ra từ trường giúp motor có thể hoạt động. Nó cũng đảm nhiệm chức năng như vỏ bảo vệ các cuộn cảm, lõi cực và khép kín các đường sức từ. Cuộn cảm cũng mắc nối tiếp với phần ứng.
• Chổi than và giá đỡ chổi than: Chổi than tì vô chỗ góp phần ứng bởi các lò xo để dòng điện đi từ cuộn dây đến phần ứng theo một chiều nhất định. Chổi than làm từ hỗn hợp đồng – cacbon nên dẫn điện tốt và khả năng chịu mòn lớn.

Chi tiết các bộ truyền giảm tốc

Bộ truyền giảm tốc truyền lực quay motor đến bánh răng dẫn động khởi động trong hệ thống khởi động và làm tăng momen xoắn bằng cách làm chậm tốc độ motor.

Bộ truyền giảm tốc làm giảm tốc độ quay motor với tỉ số ⅓- ¼ và nó có 1 ly hợp khởi động ở bên trong.

Ly hợp khởi động

Ly hợp khởi động truyền chuyển động quay của motor tới động cơ thông qua các bánh răng chủ động.

Để bảo vệ nguyên lý hoạt động của máy khởi động không bị hỏng bởi số vòng quay cao tạo ra khi khởi động động cơ thì người ta bố trí ly hợp khởi động này. Đây là cách ly hợp khởi động một chiều có các con lăn.

Bánh răng khởi động chủ động và then xoắn

Bánh răng dẫn động khởi động và vành răng truyền lực trong hệ thống khởi động quay từ máy khởi động đến động cơ nhờ sự ăn khớp an toàn. Bánh răng dẫn động khởi động được vát mép để dễ dàng ăn khớp với nhau hơn. Then xoắn chuyển lực quay vòng của motor để trở thành lực đẩy bánh răng dẫn động khởi động. Đồng thời còn giúp cho việc ăn khớp và ngắt sự ăn khớp của các bánh răng dẫn động khởi động với vành răng.

Hoạt động

Công tắc có 2 chức năng: Đóng ngắt motor, ăn khớp và ngắt bánh răng khởi động dẫn động khởi động với vành răng. Công tắc này hoạt động theo 3 bước khi máy khởi động hoạt động như: Kéo – giữ – nhả hồi về.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống khởi động

Kéo (hút vào)

Khi hệ thống khởi động mở khoá điện vị trí Start, dòng điện của ắc quy đi vô cuộn giữ và cuộn kéo. Sau đó, dòng điện sẽ đi từ cuộn kéo đến phần ứng thông qua cuộn cảm làm quay phần ứng với tốc độ thấp.

Việc tạo ra lực điện từ trong các cuộn giữ và cuộn kéo sẽ làm từ hoá các lõi cực. Vậy nên piston của công tắc từ bị kéo vào lõi cực của nam châm điện. Nhờ sự kéo này mà bánh răng dẫn động khởi động bị đẩy ra ngoài ăn khớp với vành răng bánh đà đồng thời đĩa tiếp xúc sẽ bật công tắc chính lên.

Hình ảnh: Kéo (hút vào)

Giữ

Khi công tắc chính bật lên thì công có bất kỳ dòng điện nào chạy qua cuộn hút, còn cuộn cảm và cuộn ứng sẽ nhận dòng điện trực tiếp từ ắc quy. Sau đó cuộn dây phần ứng bắt đầu quay với vận tốc cao và động cơ được khởi động. Trong thời điểm này, piston được giữ nguyên vị trí nhờ lực điện từ của cuộn giữ vì không có lực điện từ chạy qua cuộn hút.

Hình ảnh: Piston được giữ nguyên vị trí nhờ lực điện từ của cuộn giữ

Nhả hồi về

Khi khoá điện được mở từ vị trí Start sang On, dòng điện từ phía công tắc chính sẽ đi tới cuộn giữ qua cuộn kéo. Vào thời điểm này lực điện từ được tạo ra bởi cuộn kéo và giữ triệt tiêu lẫn nhau nên không giữ được pittong. Piston bị kéo lại nhờ lò xo hồi vị và công tắc chính bị ngắt làm máy khởi động bị dừng lại.

Hình ảnh: Piston bị kéo lại nhờ lò xo hồi vị

Cơ cấu ăn khớp của máy khởi động

Khái quát

Cơ cấu này có 2 chức năng là ăn khớp và ngắt sự ăn khớp giữa bánh răng dẫn động khởi động với vành răng trong hệ thống khởi động.

Cơ cấu ăn khớp

Khi các mặt đầu của bánh răng dẫn động khởi động và vành răng ăn khớp với nhau, nhờ tác động kéo của công tắc từ và ép lò xo dẫn động lại. Khi đó công tắc chính được bật và lực quay phần ứng cũng tăng lên.

Một phần lực quay sẽ chuyển thành lực đẩy bánh răng dẫn động khởi động nhờ then xoắn. Nghĩa là bánh răng dẫn động khởi động được đưa vào ăn khớp vành răng bánh đà nhờ lực hút công tắc từ và lực quay phần ứng cộng với lực đẩy then xoắn. Bánh răng dẫn động khởi động và vành răng trong hệ thống khởi động được vát mép để việc ăn khớp được diễn ra dễ dàng.

Cơ cấu nhả khớp

Khi bánh răng dẫn động khởi động làm quay vành răng sẽ xuất hiện áp lực cao trên bề mặt răng của 2 bánh. Vì tốc độ quay của động cơ (vành răng) trở nên cao hơn so với bánh răng dẫn động khởi động khi khởi động động cơ nên vành răng sẽ làm quay bánh răng dẫn động. Một phần lực quay sẽ được chuyển thành lực đẩy dọc trục nhờ then xoắn để ngắt sự ăn khớp giữa bánh răng dẫn động khởi động và vành răng.

Cơ cấu ly hợp máy khởi động ngăn không cho lực quay của máy truyền tới bánh răng dẫn động khởi động từ vành răng bánh đà. Kết quả áp lực giữa các bề mặt răng của 2 bánh răng giảm và bánh răng dẫn động trong hệ thống khởi động được kéo ra khỏi sự ăn khớp dễ dàng hơn.

Vì lực hút công tắc từ bị mất đi nên lò xo hồi vị đang bị nén sẽ đẩy bánh răng dẫn động khởi động về lại vị trí và 2 bánh răng sẽ không ăn khớp nhau.

Trên đây là những kiến thức về hệ thống khởi động ô tô được chuyên gia của Auto Protech soạn thảo và chia sẻ. Các học viên chuyên kỹ thuật ô tô nhớ tham khảo và đọc hết bài viết để hiểu hơn về hệ thống khởi động. Hoặc có thể tham gia khóa học sửa chữa ô tô của chúng tôi để được đào tạo và thực hành dưới sự chỉ dạy bởi các giảng viên hàng đầu. Liên hệ đăng ký khóa học theo thông tin dưới đây.

Liên hệ trực tiếp cho Auto Protech theo thông tin:

• Địa chỉ: 60A Kênh Tân Hóa, Phú Trung, Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh
• Điện thoại – Zalo: 028 22287175 – 0908858875
• Email: haihv78@gmail.com