Hệ thống khởi động ô tô: cấu tạo, nguyên lý hoạt động, vai trò | BOMTECH

Cấu tạo hệ thống khởi động gồm các thành phần chính là bánh đà, máy khởi động, ắc-quy, khóa điện (hay còn gọi là công tắc đánh lửa), rơ-le khởi động.

1. Chức năng của hệ thống khởi động

Vai trò, chức năng của hệ thống khởi động là thông qua máy khởi động để chuyển điện năng của ắc-quy thành cơ năng, làm cho động cơ quay. Vì động cơ không thể tự khởi động nên cần phải có một ngoại lực để giúp động cơ khởi động. Máy khởi động làm quay trục khuỷu động cơ thông qua vành răng bánh đà.

Máy khởi động cần phải tạo ra mô-men lớn từ nguồn điện hạn chế của ắc-quy, đồng thời phải gọn nhẹ. Vì lý do này, người ta dùng một mô tơ điện một chiều trong máy khởi động.

Để khởi động động cơ thì trục khuỷu phải quay nhanh hơn tốc độ quay tối thiểu. Tốc độ quay tối thiểu để khởi động động cơ khác nhau tùy theo cấu trúc động cơ và tình trạng hoạt động, thường từ 40 – 60 vòng/phút đối với động cơ xăng và từ 80 ~ 100 vòng/phút đối với động cơ diesel.

2. Cấu tạo hệ thống khởi động ô tô

Cấu tạo hệ thống khởi động gồm các thành phần chính là bánh đà, máy khởi động, ắc-quy, khóa điện (hay còn gọi là công tắc đánh lửa), rơ-le khởi động.

Thành phần của hệ thống khởi động

2.1. Máy khởi động

Máy khởi động gồm 3 thành phần chính là mô tơ điện một chiều, cơ cấu truyền động và công tắc từ.

Thành phần của máy khởi động

2.1.1. Phân loại máy khởi động

Có 2 loại máy khởi động thường được sử dụng là máy khởi động loại thông thường và máy khởi động loại giảm tốc.

Phân loại máy khởi động

2.1.2. Chức năng máy khởi động

Chức năng của máy khởi động là chuyển đổi điện năng của ắc-quy thành cơ năng, để làm quay bánh đà, làm cho động cơ quay cho đến khi khởi động thành công.

2.1.3. Cấu tạo của ly hợp khởi động

Ly hợp khởi động là loại ly hợp một chiều có các con lăn, với các thành phần chính như vỏ, bánh răng khởi động, trục then hoa, lò xo, con lăn.

Cấu tạo của ly hợp khởi động

Chức năng của ly hợp khởi động là:

– Khi động cơ khởi động, làm cho bánh răng khởi động ăn khớp với vành răng bánh đà, truyền mô-men quay của máy khởi động cho trục khuỷu động cơ.

– Sau khi động cơ khởi động thành công, bánh răng khởi động sẽ tách khỏi vành răng bánh đà do đặc tính quay trơn của ly hợp một chiều.

2.1.4. Nguyên lý làm việc của ly hợp khởi động

Bánh răng khởi động và vỏ ngoài được gắn cố định với nhau, quay trơn trên trục của máy khởi động. Vỏ trong có rãnh trượt then hoa để gắn kết và quay cùng với trục máy khởi động. Ngoài ra, vỏ trong còn có thể trượt dọc theo trục. Giữa vỏ trong và vỏ ngoài có bố trí con lăn với tác dụng liên kết một chiều giữa vỏ trong và vỏ ngoài.

Nguyên lý làm việc của ly hợp khởi động

Khi động cơ khởi động, trục của máy khởi động làm cho vỏ trong quay. Ngoài ra, vỏ trong và vỏ ngoài được nêm cứng nhờ các con lăn, cùng quay như một khối cố định. Bánh răng khởi động ăn khớp với vành răng bánh đà, đảm bảo khởi động được động cơ.

Khi động cơ đã chạy, bánh đà làm cho bánh răng khởi động và vỏ ngoài của ly hợp quay với tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ quay của vỏ trong và trục máy khởi động, khiến cho các con lăn bị đẩy ra phía phần rộng của rãnh ở trong vỏ trong và chuyển động quay của bánh răng khởi động không được truyền đến trục quay của máy khởi động. Sau khi động cơ nổ, bánh răng khởi động được tách ra, không còn ăn khớp với vành răng bánh đà nữa và dịch chuyển về vị trí ban đầu.

2.1.5. Cấu tạo của công tắc từ

Công tắc từ gồm các thành phần như cuộn hút (còn gọi là cuộn kéo), cuộn giữ, lõi thép có thể dịch chuyển, đĩa tiếp điện, các cực (còn gọi là cọc).

Cấu tạo của công tắc từ

2.1.6. Nguyên lý làm việc của công tắc từ

Sau khi xoay khóa điện sang vị trí ST, mạch khởi động được đóng kín, lực điện từ được tạo ra bởi cuộn hút và cuộn giữ thắng được sức căng lò xo hồi vị, khiến cho lõi sắt từ di chuyển sang trái, thông qua tay đòn đẩy bánh răng khởi động sang phải, ăn khớp với vành răng bánh đà.

Nguyên lý làm việc của công tắc từ

Sau khi khởi động, mạch điện khởi động bị hở. Dưới tác dụng của sức căng lò xo hồi vị, lõi thép dịch chuyển sang phải, thông qua tay đòn làm cho bánh răng khởi động dịch chuyển sang trái.

2.2. Mô tơ điện một chiều

2.2.1. Cấu tạo của mô tơ điện một chiều

Mô tơ điện một chiều gồm các thành phần chính như rô-to, chổi than, lõi thép stato, nắp đậy phía trước, nắp đậy phía sau.

Cấu tạo của mô tơ điện một chiều

2.2.2. Nguyên lý làm việc của mô tơ điện một chiều

Khi dòng điện từ ắc-quy chạy qua chổi than để đi vào cuộn dây phần ứng, thì trong cuộn dây phần ứng sẽ có dòng điện chạy qua, sinh ra lực điện từ. Phần ứng sẽ quay dưới tác dụng của lực điện này, từ đó thực hiện việc chuyển điện năng (của ắc-quy) thành cơ năng. Cuộn cảm và cuộn ứng của mô tơ điện một chiều được mắc nối tiếp với nhau nhằm mục đích tạo ra mô-men quay cực đại khi máy khởi động mới bắt đầu làm việc.

Nguyên lý làm việc của mô tơ điện một chiều

2.3. Rơ-le khởi động

Rơ-le là một loại công tắc (khóa K). Nhưng khác với công tắc thông thường ở chỗ, rơ-le được đóng ngắt bằng điện thay vì dùng tay người. Chính vì lẽ đó, rơ-le được dùng làm công tắc điện tử.

2.3.1. Thành phần của rơ-le khởi động

Rơ-le khởi động gồm các thành phần chính như cuộn dây, lò xo, tiếp điểm, vỏ.

Cấu tạo của rơ le khởi động

2.3.2. Chức năng của rơ-le khởi động

Rơ-le là linh kiện được điều khiển theo nguyên lý điện từ. Trên thực tế, nó là loại công tắc điện từ dùng dòng điện cường độ nhỏ để điều khiển dòng điện cường độ lớn. Trong mạch điện, nó đóng vai trò bảo vệ, tự động điều chỉnh.

Chức năng của rơ le khởi động

2.3.3. Nguyên lý làm việc của rơ-le khởi động

Khi khóa điện ở vị trí đóng mạch → dòng điện chạy qua cuộn dây của rơ-le → tiếp điểm của rơ-le đóng → dòng điện của nguồn điện chạy qua tiếp điểm rơ-le đến công tắc từ của máy khởi động → cuộn hút → cuộn cảm → cuộn ứng → nối mát → đĩa tiếp điện → máy khởi động ở trạng thái làm việc.

Nguyên lý làm việc của rơ le khởi động

3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống khởi động

Khi khóa điện ở vị trí ST, thì dòng điện đồng thời chạy qua cuộn hút (còn gọi là cuộn kéo) (7) và cuộn giữ (6) trong công tắc từ của máy khởi động, lực từ trường do hai cuộn dây tạo ra sẽ hút và làm cho lõi thép (9) di chuyển sang phải. Lõi thép di chuyển sẽ làm cho tay đòn (3) di chuyển, đẩy bánh răng khởi động (2) ra ngoài, ăn khớp với bánh đà (1). Khi lõi thép di chuyển đến vị trí khiến cho đĩa tiếp điện (8) ở vị trí đóng, thì cuộn dây hút (7) bị ngắn mạch, mất tác dụng. Lực từ trường được tạo ra bởi cuộn dây giữ (6) tiếp tục giữ cho lõi thép ở nguyên vị trí.

Sơ đồ mạch điện của hệ thống khởi động

Vào thời điểm tắt khóa điện, lúc đó dòng điện một chiều sẽ chạy như sau để tạo thành mạch kín: ắc-quy → đĩa tiếp điện → cuộn dây hút → cuộn dây giữ → nối đất. Vì dòng điện trong cuộn hút có chiều ngược với dòng điện ban đầu, khiến từ trường mà nó tạo ra ngược chiều với từ trường ban đầu, nên có tác dụng triệt tiêu từ trường của cuộn giữ, làm cho lõi thép nhanh chóng trở về vị trí ban đầu. 

Khi xoay khóa điện đến vị trí ON, mạch điện bị hở, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, lõi thép trở về vị trí ban đầu, bánh răng khởi động ngừng quay, máy khởi động dừng làm việc.

Khi khóa điện chưa xoay sang vị trí ST, thì ắc-quy không cấp điện cho máy khởi động.