Nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong - Chương 9 pot

Chửụng 9 Heọ thoỏng khụỷi ủoọng ủoọng cụ

204













Chương 9 – Hệ thống khởi động động cơ

205

Chương 9
HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
I. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
I.1. Nhiệm vụ
Hệ thống khởi động có nhiệm vụ truyền cho trục khuỷu động cơ một mômen với số vòng quay
nhất đònh nào đó để khởi động được động cơ. Cơ cấu khởi động chủ yếu trên động cơ ô tô hiện nay là
khởi động bằng động cơ điện một chiều.
Tốc độ khởi động của động cơ xăng phải trên 50 vòng/phút và của động cơ Diesel phải trên
100 vòng/phút.
I.2. Yêu cầu
Hệ thống khởi động phải làm quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động cơ

có thể nổ được.
Mômen truyền động phải đủ lớn.
Phải đảm bảo dễ điều khiển và khởi động lại được nhiều lần.
Tỷ số truyền từ bánh răng của máy khởi động và vành răng trên bánh đà động cơ nằm trong
giới hạn từ 9 đến 18.
Chiều dài và điện trở của dây dẫn nối từ accu đến máy khởi động phải nằm trong giới hạn quy
đònh (< 1m).
II. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG TRÊN Ô TÔ
Dựa vào nguồn năng lượng khởi động người ta chia hệ thống khởi động ra các loại sau:
-

Khởi động bằng tay quay (dùng sức người).
Phương pháp này đơn giản và tiện lợi, nó ứng dụng trong các động cơ xăng hay Diesel loại
nhỏ vì động cơ lớn, tỷ 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 bò thêm cơ cấu giảm áp có nghóa là dùng cơ cấu cam để
điều khiển supap nạp hay thải mở. Nếu ta quay trục khuỷu đến một tốc độ nhất đònh, khi đóng supap
lại thì năng lượng tích ở bánh đà sẽ thực hiện việc khởi động cho động cơ.









Cần gạt ly hợp
Bánh đà khởi động

Ly hợp

Cơ cấu hành tinh

Bánh răng

Hình 8.1.
Hệ thống khởi động bằng tay quay.
Chương 9 – Hệ thống khởi động động cơ

206

-

Khởi động bằng động cơ điện.












Hệ thống bao gồm động cơ điện một chiều và cơ cấu khởi động. Trục của động cơ khởi động
được nối với trục khuỷu động cơ qua bánh răng khởi động và vành răng trên bánh đà động cơ. Tỷ số
truyền của cặp bánh răng phải đảm bảo cho trục khuỷu động cơ quay tới vòng quay khởi động.
-

Khởi động bằng động cơ xăng cỡ nhỏ (động cơ phụ).
Nhiều động cơ Diesel, máy kéo cỡ lớn dùng động cơ xăng phụ làm thiết bò khởi động. Thiết bò
truyền động từ động cơ phụ tới động cơ có cơ cấu tách nối tự động và cơ cấu giảm tốc. Cơ cấu giảm
tốc thường là một bánh răng nhỏ ăn khớp với vành răng lắp trên bánh đà của động cơ.
-

Khởi động bằng khí nén.









Khi khởi động van khởi động mở khí nén được dẫn đến van phân phối. Van phân phối được
dẫn 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. Từ van phân phối khí nén theo các ống dẫn qua van một chiều vào các xy lanh.
Khi không khí nén được đưa vào xylanh 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.
-

Khởi động bằng động cơ thuỷ lực.
Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 8.4.

Động cơ điện

Bánh đà
động cơ

Accu

Hình 8.2.
Hệ thống khởi động bằng động cơ điện.
Máy nén khí

Bình chứa khí nén

Van khởi động

Van một chiều

Van phân phối

Ống dẫn khí nén

Đ
ộng cơ

Hình 8.3.
Hệ thống khởi động bằng khí nén.
Chương 9 – Hệ thống khởi động động cơ

207

Thiết bò gồm có bình tích luỹ năng lượng,
bên trong có màng mỏng ngăn làm hai phần, phần
trên chứa nitơ, phần dưới chứa chất lỏng công tác
(thường là dầu), hai động cơ thủy lực, cán piston

của động cơ là thanh răng ăn khớp với bánh răng
của trục truyền động, Trục này nối với trục khuỷu
của động cơ, bình chứa dầu và tay điều khiển .
Vào lúc khởi động, gạt tay điểu khiển để
mở van cho chất lỏng trong bình tích năng lượng
chạy tới động cơ thuỷ lực làm dòch chuyển các
thanh răng qua đó làm quay bánh răng và trục
khuỷu động cơ. Sau mỗi lần khởi động lò xo ở cuối
thanh răng sẽ đẩy piston động cơ thuỷ lực về vò trí
ban đầu và chất lỏng công tác về bình chứa dầu.
Sau đó dùng bơm hoặc bơm do động cơ dẫn động
về bình tích năng lượng để nén khí nitơ tới áp suất
20 ÷ 30 MN/m
2
chuẩn bò cho lần khởi động sau.
Tuy nhiên đối với các động cơ trên ô tô hiện nay hầu hết được khởi động bằng động cơ điện
nên ta chỉ xét riêng và cụ thể cho trường hợp này.
II.1. Cấu tạo chung











II.2. Nguyên lý làm việc

Khi bật công tắc khởi động, rơle kiểu con trượt sẽ dòch chuyển sang bên trái (hình 8.2) đồng
thời đưa dòng điện vào stato qua cổ góp rồi vào rôto làm cho động cơ điện quay. Cùng lúc rôto quay,
khớp trượt dòch chuyển sang trái ăn khớp với vành răng trên bánh đà để truyền mômen với tốc độ
quay vòng đủ lớn khởi động cho động cơ.
Khi động cơ đã khởi động xong, khoá khởi động được mở ra. Do tác dụng của lực lò xo hồi vò,
rơle dòch chuyển về vò trí ban đầu. Khớp trượt tách bánh răng khởi động khỏi vành răng trên bánh đà,
động cơ khởi động ngừng làm việc và động cơ đốt trong làm việc bình thường.
Hình 8.
5
.
Cấu tạo chung của hệ thống khởi động bằng động cơ điện.
Accu

Công
tắc

Động cơ
khởi động

Bánh đà
động cơ
Bơm dầu

Bánh răng

Động cơ
thuỷ lực
Thanh răng

Tay điều

khiển


Màng ngăn

Bình chứa dầu

Bình tích luỹ năng lượng

Hình 8.4.
Hệ thống khởi động bằng thủy khí.

Chương 9 – Hệ thống khởi động động cơ

208

Các loại động cơ khởi động

-

Loại thường: phần ứng và bánh răng chủ động quay cùng tốc độ.
-

Loại giảm tốc: sử dụng bánh răng trung gian làm giảm bớt tốc độ phần ứng.
-

Loại bánh răng hành tinh: bánh răng hành tinh có tác dụng giảm tốc độ cho phần ứng (gọn
nhẹ hơn loại giảm tốc).
-

Loại giảm tốc hành tinh-môtơ thanh dẫn: nam châm vónh cữu được sử dụng trong cuộn dây
phần cảm. Cuộn dây phần ứng được chế tạo gọn hơn, làm rút ngắn được chiều dài tổng thể
của động cơ khởi động.
III. CÁC THIẾT BỊ HỖ TR KHỞI ĐỘNG
III.1. Cơ cấu giảm áp
Cơ cấu giảm áp bố trí trên nắp xylanh của động cơ (hình 8.7). Khi khởi động, kéo tay gạt 1
theo chiều mũi tên, cam 2 sẽ tỳ lên cò mổ làm cho supap luôn luôn mở. Do không có quá trình nén

hay nói cách khác không tốn công nén nên có thể quay trục khuỷu động cơ một cách dễ dàng đến tốc
độ vòng quay khởi động. Sau đó, gạt tay gạt về vò trí ban đầu, supap được giải phóng, quá trình nén
lại diễn ra để động cơ nổ và khởi động. Cơ cấu giảm áp này rất phổ biến ở động cơ Diesel.
Hình 8.6. Các loại động cơ khởi động.
A – Loại thường.
B – Loại giảm tốc.
C – Loại bánh răng hành tinh.
D – Loại giảm tốc hành tinh-môtơ thanh dẫn.

Bánh răng
chủ động
Bánh răng
chủ động
Bánh răng
chủ động
Bánh răng
chủ động
Phần ư
ùng

Phần ứng

Phần ứng

Bánh răng
trung gian

Bánh răng
hành tinh
Bánh răng

hành tinh
Nam
châm
vónh
cữu
A

B

D

C

Chương 9 – Hệ thống khởi động động cơ

209

Một số động cơ xăng hai kỳ cỡ nhỏ quét vòng như động cơ xe máy, để hỗ trợ khởi động, người
ta thiết kế một van riêng trên nắp xy lanh gọi là van giảm áp cũng hoạt động theo nguyên tắc trên.
III.2. Thiết bò sấy không khí nạp
Một số động cơ diesel ô tô, máy kéo sử dụng sấy nóng không khí nạp vào động cơ bằng cách
đốt nóng không khí trên đường ống nạp hoặc trong buồng cháy động cơ. Nhất là đối với động cơ trong
buồng cháy ngăn cách (do diện tích buồng cháy lớn, mất mát nhiệt nhiều nên khó khởi động) thường
sử dụng điện trở sấy nóng trong buồng cháy phụ, gọi là bougie sấy. Điện năng cung cấp cho điện trở
được lấy từ accu (hình 8.8).
III.3. Thiết bò sấy toàn bộ động cơ
Sấy nóng toàn bộ động cơ nhằm tăng nhiệt độ của môi chất công tác và dầu bôi trơn, từ đó
giảm độ nhớt của dầu. Qua đó tạo điều kiện cho quá trình bay hơi, hoà trộn của nhiên liệu với không
khí tạo thành hỗn hợp và giảm ma sát cũng như tổn thất nhiệt trong quá trình nén nên động cơ khởi
động dễ dàng hơn (hình 8.9).
Đối với động cơ Diesel thường dùng cuộn dây nhiệt điện trở để sấy nóng động cơ. Khi đường
ống nạp được sấy nóng thì không khí đi qua đường ống nạp cũng được sấy nóng, từ đó giúp cho nhiên
liệu dễ bay hơi và động cơ được khởi động dễ dàng.

Hình 8.7.
Cơ cấu giảm áp.
Cam

Tay gạt



Supap
thải
Nắp
xylanh

3

4

5

Hình
8.8.
Thiết bò sấy nóng khí nạp.
Điện trở


Bougie
sấy
Vòi phun

Cuộn dây sấy

Hình 8.9.
Thiết bò sấy nóng toàn bộ động cơ
.