máy khởi động

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
2.1 Nhiệm vụ và sơ đồ hệ thống khởi động tiêu biểu
Động cơ đốt trong cần có một hệ thống khởi động riêng biệt truyền cho trục khuỷu
động cơ một moment với một số vòng quay nhất định nào đó để khởi động được
động cơ. Cơ cấu khởi động chủ yếu trên ôtô hiện nay là khởi động bằng động cơ
điện một chiều. Tốc độ khởi động của động cơ xăng phải trên 50 v/p, đối với động
cơ diesel phải trên 100 v/p.
Wh Wg
Accu
Ws Wr
Hình 2.1: Sơ đồ mạch khởi động tổng quát
Trên sơ đồ hình 2.1, máy khởi động bao gồm: relay các khớp với cuộn hút Wh,
cuộn giữ Wg, và động cơ điện một chiều với cuộn stator Ws và cuộn rotor Wr.
2.2 Máy khởi động
2.2.1 Yêu cầu, phân loại theo cấu trúc
A. 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.
 Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép.
 Phải bảo đảm khởi động lại được nhiều lần.
 Tỷ số truyền từ bánh răng của máy khởi động và bánh răng của bánh đà
nằm trong giới hạn (từ 9 đến 18).
 Chiều dài, điện trở của dây dẫn nối từ accu đến máy khởi động phải
nằm trong giới hạn quy định (< 1m).
Công tắc an toàn
(gắn trên hộp số
hoặc bàn đạp ly
hợp)
Công tắc máy
Máy

khởi
động
Cầu
chì
tổng
ST1
5030

 Moment truyền động phải đủ để khởi động động cơ.
B. Phân loại
Để phân loại máy khởi động ta chia máy khởi động ra làm hai thành phần:
Phần motor điện và phần truyền động. Phần motor điện được chia ra làm
nhiều loại theo kiểu đấu dây, còn phần truyền động phân theo cách truyền
động của máy khởi động đến động cơ.
Motor điện trong máy khởi động là loại mắc nối tiếp và mắc hỗn hợp.
 Theo kiểu đấu dây: Tùy thuộc theo kiểu đấu dây mà ta phân ra các
loại sau:
Hình 2.2: Các kiểu đấu dây của máy khởi động
- Loại mắc nối tiếp: Moment phát ra lớn nhất khi bắt đầu quay, được dùng chủ yếu
trong máy khởi động.
- Loại mắc song song: Ít dao động về tốc độ, giống như loại dùng nam châm vình
cửu.
- Loại mắc hỗn hợp: Có cả đặc điểm của hai loại trên, thường dùng để khởi động
động cơ lớn.
Phân loại theo cách truyền động: có hai cách truyền động
Truyền động trực tiếp với bánh đà: loại này thường dùng trên xe đời cũ và
những động cơ có công suất lớn, được chia ra làm 3 loại:
* Truyền động quán tính: bánh răng ở khớp truyền động tự động văng theo
quán tính để ăn khớp với bánh đà. Sau khi động cơ nổ, bánh răng tự động trở
về vị trí cũ.

* Truyền động cưỡng bức: khớp
truyền động của bánh răng khi ăn
khớp vào vòng răng của bánh đà,
chịu sự điều khiển cưỡng bức của
một cơ cấu các khớp.
* Truyền động tổ hợp: bánh răng ăn
khớp với bánh đà cưỡng bức nhưng
việc ra khớp tự động như kiểu ra
khớp của truyền động quán tính.
Hình 2.3 Máy khởi động loại giảm tốc

Truyền động qua hộp giảm tốc:
Loại giảm tốc
- Máy khởi động loại giảm tốc dùng motor tốc độ cao.
- Máy khởi động loại giảm tốc làm tăng moment xoắn bằng cách giảm tốc độ
quay của phần ứng lõi motor nhờ
bộ truyền giảm tốc.
- Piston của công tắc từ đẩy trực
tiếp bánh răng chủ động đặt trên
cùng một trục với nó vào ăn khớp
với vành răng.
Máy khởi động loại đồng trục
- Bánh răng bendix được đặt trên
cùng một trục với lõi motor (phần
ứng) và quay cùng tốc độ với lõi.
- Cần dẫn động được nối với thanh
đẩy của công tắc từ đẩy bánh
răng chủ động và làm cho nó
ăn khớp với vành răng.
Máy khởi động loại bánh răng

hành tinh
- Máy khởi động loại bánh răng
hành tinh dùng bộ truyền hành
tinh để giảm tốc độ quay của
lõi (phần ứng) của motor.
Bánh răng bendix ăn khớp với vành
răng thông qua cần dẫn động giống
như trường hợp máy khởi động đồng
trục.
Máy khởi động PS (Motor giảm tốc hành tinh-rotor thanh dẫn)
- Máy khởi động này sử dụng các nam châm vĩnh cửu đặt trong cuộn cảm.
- Cơ cấu đóng ngắt hoạt động giống như máy khởi động loại bánh răng hành
tinh.
Hình 2.4. Máy khởi động loại đồng trục
Hình 2.5. Máy khởi động loại bánh răng hành
tinh

Hình 2.6. Máy khởi động loại PS
Cấu tạo máy khởi động
Hình 2.7. Các bộ phận của máy khởi động
2.1 Các bộ phận
Máy khởi động loại giảm tốc
gồm có các bộ phận sau đây:
1. Công tắc từ
2. Phần ứng (lõi của motor khởi động)
3. Vỏ máy khởi động
4. Chổi than và giá đỡ chổi than
5. Bộ truyền bánh răng giảm tốc
6. Li hợp khởi động
7. Bánh răng bendix và then xoắn.

Hình 2.8. Công tắc từ

2.2 Cấu tạo
2.2.1 Công tắc từ
Công tắc từ hoạt động như là một công tắc chính của dòng điện chạy tới
motor và điều khiển bánh răng bendix bằng cách đẩy nó vào ăn khớp với vành răng
khi bắt đầu khởi động và kéo nó ra sau khi khởi động. Cuộn hút được quấn bằng
dây có đường kính lớn hơn cuộn giữ và lực điện từ của nó tạo ra lớn hơn lực điện từ
được tạo ra bởi cuộn giữ.
2.2.2 Phần ứng và ổ bi cầu
Phần ứng tạo ra lực làm quay motor và ổ bi cầu đỡ cho lõi (phần ứng) quay ở tốc độ
cao.

Hình 2.9. Phần ứng và ổ bi cầu Hình 2.10 . Vỏ máy khởi động
2.2.3.Vỏ máy khởi động
Vỏ máy khởi động này tạo ra từ trường cần thiết để cho motor hoạt động. Nó
cũng có chức năng như một vỏ bảo vệ các cuộn cảm, lõi cực và khép kín các đường
sức từ. Cuộn cảm được mắc nối tiếp với phần ứng.
2.2.4. Chổi than và giá đỡ chổi than

Chổi than được tì vào cổ góp của phần ứng bởi các lò xo để cho dòng điện đi
từ cuộn dây tới phần ứng theo một chiều nhất định. Chổi than được làm từ hỗn hợp
đồng-cácbon nên nó có tính dẫn điện tốt và khả năng chịu mài mòn lớn. Các lò xo
chổi than nén vào cổ góp phần ứng và làm cho phần ứng dừng lại ngay sau khi máy
khởi động bị ngắt.
Nếu các lò xo chổi than bị yếu đi hoặc các chổi than bị mòn có thể làm cho
tiếp điểm điện giữa chổi than và cổ góp không đủ để dẫn điện. Điều này làm cho
điện trở ở chỗ tiếp xúc tăng lên làm giảm dòng điện cung cấp cho motor và dẫn đến
giảm moment.
Hình 2.11. Chổi than và giá đỡ chổi

than Hình 2.12. Bộ truyền giảm tốc
2.2.5. Bộ truyền giảm tốc
Bộ truyền giảm tốc truyền lực quay của motor tới bánh răng bendix và làm
tăng moment xoắn bằng cách làm chậm tốc độ của motor.
Bộ truyền giảm tốc làm giảm tốc độ quay của motor với tỉ số là 1/3 -1/4 và nó có
một li hợp khởi động ở bên trong.
2.2.6. Li hợp khởi động


Hình 2.13 Li hợp khởi động Hình 2.14. Bánh răng khởi động bendix và rãnh
xoắn
Li hợp khởi động truyền chuyển động quay của motor tới động cơ thông qua
bánh răng bendix.
Để bảo vệ máy khởi động khỏi bị hỏng bởi số vòng quay cao được tạo ra khi
động cơ đã được khởi động, người ta bố trí li hợp khởi động này. Đó là li hợp khởi
động loại một chiều có các con lăn.
Bánh răng khởi động chủ động và then xoắn
Bánh răng bendix và vành răng truyền lực quay từ máy khởi động tới động
cơ nhờ sự ăn khớp an toàn giữa chúng. Bánh răng bendix được vát mép để ăn khớp
được dễ dàng. Then xoắn chuyển lực quay vòng của motor thành lực đẩy bánh răng
bendix, trợ giúp cho việc ăn khớp và ngắt sự ăn khớp của bánh răng bendix với
vành răng.
Nguyên lí hoạt động
Kéo (Hút vào)

Khi bật khoá điện lên vị trí START, dòng điện của accu đi vào cuộn giữ và cuộn
hút. Sau đó dòng điện đi từ cuộn hút tới phần ứng qua cuộn cảm xuống mát. Việc
tạo ra lực điện từ trong các cuộn giữ và cuộn hút sẽ làm từ hoá các lõi cực và do vậy
piston của công tắc từ bị hút vào lõi cực của nam châm điện. Nhờ sự hút này mà
bánh răng bendix bị đẩy ra và ăn khớp với vành răng bánh đà đồng thời đĩa tiếp xúc

sẽ bật công tắc chính lên.
Hình 2.15. Nguyên lý hoạt động
Để duy trì điện áp kích hoạt công tắc từ, một số xe có relay khởi động đặt giữa
khoá điện và công tắc từ.

Hình 2.16. Hút vào Hình 2.17. Giữ
Giữ
Khi công tắc chính được bật lên, thì không có dòng điện chạy qua cuộn hút
vì hai đầu cuộn hút bị đẳng áp, cuộn cảm và cuộn ứng nhận trực tiếp dòng điện từ
accu. Cuộn dây phần ứng sau đó bắt đầu quay với vận tốc cao và động cơ được khởi
động. Ở thời điểm này piston được giữ nguyên tại vị trí chỉ nhờ lực điện từ của cuộn
giữ vì không có dòng điện chạy qua cuộn hút.

Nhả (hồi về)
Khi khoá điện được xoay từ vị trí START sang vị trí ON, tại thời điểm này,
tiếp điểm chính vẫn còn đóng, dòng điện đi từ phía công tắc chính tới cuộn hút rồi
qua cuộn giữ. Đặc điểm cấu tạo của cuộn hút và cuộn giữ là có cùng số vòng dây
quấn và quấn cùng chiều. Ở thời điểm này, dòng điện qua cuộn hút bị đảo chiều, lực
điện từ được tạo ra bởi cuộn hút và cuộn giữ triệt tiêu lẫn nhau nên không giữ được
piston. Do đó piston bị đẩy trở lại nhờ lò xo hồi về và công tắc chính bị ngắt làm
cho máy khởi động dừng lại.
Hình 2.18. Hồi về
Ly hợp máy khởi động
Hình 2.20. Cấu tạo ly hợp máy khởi động
Hoạt động
Khi khởi động
Khi bánh răng li hợp (bên ngoài) quay nhanh hơn trục then (bên trong) thì con
lăn li hợp bị đẩy vào chỗ hẹp của rãnh và do đó lực quay của bánh răng li hợp được
truyền tới trục then.

Hình 2.21. Hoạt động của ly hợp khởi động
(Khi khởi động)
Sau khi khởi động động cơ
Khi trục then (bên trong) quay nhanh hơn bánh răng li hợp (bên ngoài), thì con
lăn li hợp bị đẩy ra chỗ rộng của rãnh làm cho bánh răng li hợp quay không tải.
3.2.2 Cơ cấu ăn khớp và nhả
3.2.2.1 Công dụng
Cơ cấu ăn khớp / nhả có hai chức năng.
- Ăn khớp bánh răng bendix với vành răng bánh đà.
- Ngắt sự ăn khớp giữa bánh răng bendix với vành răng bánh đà.
3.2.2.2 Cơ cấu ăn khớp
Hình 2.22. Hoạt động của ly hợp khởi động
(Sau khi khởi động)

Hình 2.23. Hoạt động ăn khớp Hình 2.24. Hoạt động nhả khớp
Các mặt đầu của bánh răng bendix và vành răng đi vào ăn khớp với nhau nhờ
tác động hút của công tắc từ và ép lò xo dẫn động lại. Sau đó tiếp điểm chính được
bật lên và lực quay của phần ứng tăng lên. Một phần lực quay được chuyển thành
lực đẩy bánh răng bendix nhờ then xoắn. Nói cách khác bánh răng bendix được đưa
vào ăn khớp với vành răng bánh đà nhờ lực hút của công tắc từ, lực quay của phần
ứng và lực đẩy của then xoắn.
Bánh răng bendix và vành răng được vát mép để việc ăn khớp được dễ dàng.
3.2.2.3 Cơ cấu nhả khớp
Khi bánh răng bendix làm quay vành răng thì xuất hiện áp lực cao trên bề
mặt răng của hai bánh răng. Khi tốc độ quay của động cơ (vành răng) trở nên cao
hơn so với bánh răng bendix khi khởi động động cơ, nên vành răng làm quay bánh
răng bendix. Một phần của lực quay này được chuyển thành lực đẩy dọc trục nhờ
then xoắn để ngắt sự ăn khớp giữa bánh răng bendix và vành răng.
Cơ cấu ly hợp máy khởi động ngăn không cho lực quay của động cơ truyền
tới bánh răng bendix từ vành răng bánh đà. Kết quả là áp lực giữa các bề mặt răng

của hai bánh răng giảm xuống và bánh răng bendix được kéo ra khỏi sự ăn khớp
một cách dễ dàng. Vì lực hút của công tắc từ bị mất đi nên lò xo hồi về đang bị nén
sẽ đẩy bánh răng bendix về vị trí cũ và hai bánh răng sẽ không còn ăn khớp nữa.
4. MỘT SỐ LOẠI MÁY KHỞI ĐỘNG KHÁC
4.1 Máy khởi động đồng trục


Hình 2.25. Máy khởi động đồng trục Hình 2.26. Cơ cấu phanh
4.1.2 Công tắc từ
Cấu tạo của công tắc từ của máy khởi động loại đồng trục về cơ bản giống như
công tắc từ của máy khởi động loại giảm tốc. Tuy nhiên loại này kéo piston để đưa
bánh răng bendix vào ăn khớp và nhả khớp trong khi máy khởi động loại giảm tốc
đẩy piston để thực hiện thao tác này.
4.1.3 Cần đẩy dẫn động
Cần đẩy bendix truyền chuyển động của công tắc từ tới bánh răng bendix. Nhờ
chuyển động này bánh răng bendix được đưa vào ăn khớp và nhả khớp với vành
răng.
4.1.4 Lò xo dẫn động
Lò xo dẫn động được đặt trong cần đẩy dẫn động hoặc trong công tắc từ. Lò xo
dẫn động của máy khởi động loại đồng trục hoạt động giống như lò xo hồi về của
máy khởi động loại giảm tốc.
4.1.5 Cơ cấu giảm tốc

Vì máy khởi động loại đồng trục có thể tạo ra moment đủ lớn để có thể khởi
động động cơ nhờ phần ứng lớn, nên loại này không cần cơ cấu giảm tốc. Vì lí do
này nên phần ứng được nối trực tiếp với bánh răng bendix.
4.1.6 Cơ cấu phanh
Một số máy khởi động loại
đồng trục được trang bị một cơ cấu
phanh để dừng motor lại nếu động

cơ không khởi động được. Cơ cấu
phanh cũng được dùng để điều
khiển tốc độ cao của motor ngay
sau khi động cơ khởi động.
Một số máy khởi động loại
đồng trục và loại giảm tốc khác
không có cơ cấu phanh là vì những
lí do sau đây:
- Phần ứng có khối lượng nhỏ và
lực quán tính nhỏ.
- Lực ép của chổi than lớn.
- Bộ truyền giảm tốc tạo ra lực ma sát.
Hoạt động:
Lò xo phanh và và đĩa phanh hãm đẩy phần ứng tỳ vào khung ở đầu cổ góp
để tạo ra lực hãm.
4.2 Máy khởi động loại hành tinh:
4.2.1 Sự ăn khớp / nhả khớp của bánh răng chủ động
Lò xo dẫn động được đặt trong công tắc từ. Lò xo dẫn động hoạt động giống
như lò xo dẫn động của máy khởi động loại giảm tốc và máy khởi động loại đồng
trục
Công tắc từ và cần đẩy dẫn động hoạt động giống như công tắc từ và cần đẩy dẫn
động của máy khởi động loại đồng trục.
Cơ cấu giảm tốc
Hình 2.27. Máy khởi động loại hành tinh


Hình 43. Bộ bánh răng hành tinh
Cần dẫn của bộ truyền hành tinh có ba bánh răng hành tinh. Các bánh răng
hành tinh ăn khớp với bánh răng mặt trời ở phía trong và bánh răng hành tinh ăn
khớp với bánh răng bao ở phía ngoài. Thông thường bánh răng bao được cố định.

Tỉ số truyền giảm của bộ truyền hành tinh là 1:5, phần ứng nhỏ hơn và tốc độ của
nó nhanh hơn so với máy khởi động loại giảm tốc. Để bộ truyền hoạt động êm ng-
ười ta thường chế tạo bánh răng bao bằng chất dẻo. Máy khởi động loại hành tinh
có thiết bị hấp thụ moment thừa để tránh cho bánh răng bao bị hỏng.
Khi bánh răng mặt trời được phần ứng dẫn động, bánh răng hành tinh quay
xung quanh bánh răng bao và làm cho cần dẫn quay. Kết quả là tốc độ của cần dẫn
cùng với các bánh răng hành tinh giảm xuống làm cho moment xoắn truyền tới
bánh răng bendix tăng lên.
Thiết bị hấp thụ moment:
Bằng cách làm quay bánh răng bao, đĩa ly hợp ăn khớp với bánh răng bao bị
trượt và do đó hấp thụ moment thừa.
Hình 44. Thiết bị hấp thụ moment

4.3 Máy khởi động PS (Motor giảm tốc hành tinh- rotor thanh dẫn)
4.3.1. Phần cảm
Thay vì sử dụng các cuộn cảm như trong máy khởi động đồng trục, máy khởi
động loại PS sử dụng hai loại nam châm vĩnh cửu: Nam châm chính và nam châm đặt
giữa các cực. Nam châm chính và nam châm đặt giữa các cực được xắp xếp xen kẽ nhau
trong vỏ máy khởi động. Từ cách sắp đặt này làm cho từ thông được tạo ra giữa các nam
châm chính và nam châm đặt giữa các cực bổ sung cho nhau tạo nên từ thông tổng lớn
hơn. Ngoài việc tăng lượng từ thông, cấu trúc này còn rút ngắn được chiều dài tổng
cộng của vỏ máy khởi động.
Hình 45. Cuộn cảm - Máy khởi động PS
4.3.2. Phần ứng
Thay vì sử dụng dây dẫn dạng tròn như trong máy khởi động loại đồng trục máy
khởi động loại PS sử dụng dây dẫn hình vuông.Ở cấu trúc này các dây dẫn hình vuông
có thể đạt được các điều kiện giống như khi quấn các dây dẫn hình tròn nhưng không
làm tăng khối lượng. Kết quả là moment xoắn cao lên đồng thời cuộn ứng cũng trở nên
gọn hơn. Vì bề mặt của dây dẫn hình vuông làm cổ góp nên chiều dài tổng cộng của loại
PS được rút ngắn.

Hình 46. Phần ứng - Máy khởi động PS
Sơ đồ tính toán và đặc tính cơ bản của máy khởi động
Sơ đồ tính toán
Để xác định các đặc tuyến cơ bản của máy khởi động (chủ yếu là phần động cơ điện), ta
khảo sát mạch điện của một máy khởi động loại mắc nối tiếp. Sơ đồ tính toán được trình
bày trên hình 3.8.
Hình 3-8: Sơ đồ tính toán máy khởi động
Đặc tuyến và đánh giá hư hỏng thông qua các đặc tuyến
Đặc tuyến tốc độ máy khởi động n = f (I)
Sức điện động ngược E
ng
sinh ra trong cuộn dây phần ứng khi máy khởi
động quay:
30
.
.
30
.

60


nP
e
nP
lBe
DnlB
e
vlBe

Φ=
=
=
=
τ
π
Trong đó:
B : cường độ từ trường của nam châm
l : chiều dài khung dây
v : vận tốc dài khung dây
P : số cặp cực
φ
: từ thông qua khung dây
E
o
U
kđ
R
d
R
st
I
kđ
E
ng
R
r
U
a
R

a

2
.D
V
ω
=
và
30
.n
π
ω
=
Φ=
Φ==
=
. .
.
60.
.
2
2
.
nCE
n
a
NP
e
a
N

E
P
D
eng
ng
π
τ
a: số đôi mạch mắc song song trong rotor
C
e
: hằng số
Ce= pn/a.60
N: số dây dẫn trong rotor
Φ
=
.
e
ng
C
E
n
Từ sơ đồ trên hình 3.8 ta có:
U
a
= E
o
– IR
a
U
kd

= U
a
– IR
kd
Đối với sơ đồ trên, theo định luật Kirchhoff, ta có thể viết:
RIUEE
UIRIRIREE
chng
chkddaqng
∑−∆−=
∆+++=−
0
0
Trong đó:
R
d
: điện trở dây cáp accu
R
kđ
: điện trở các cuộn dây rotor và stator

U
ch
: độ sụt áp trên chổi than

U
ch
= 1,3V đối với máy khởi động 12V

U

ch
= 2,5V đối với máy khởi động 24V
E
ng
được xác định:
e
cho
e
ng
ch
kddaqchong
C
RIUE
C
E
n
rIU
IRIRIRUEE
∑−∆−
==
=∆
+++∆−=
.

Hình 2.: Đặc tuyến máy khởi động
Ở chế độ tải nhỏ, dòng điện qua máy khởi động nhỏ và từ thông của cuộn kích
phụ thuộc tuyến tính vào cường độ dòng điện
φ

≅

K
φ
I
2
1
0

aI
a
n
IKC
RIUE
n
e
ch
−
=
∑−∆−
≈
φ
Vì vậy lúc này tốc độ phụ thuộc vào cường độ dòng điện theo quy luật hyperbol:
Với:
φ
φ
KC
R
a
KC
UE
a

e
e
ch
.
.
2
0
1
∑
=
∆−
=
Ở chế độ tải lớn, dòng qua máy khởi động lớn và mạch từ bị bão hòa. Lúc này
đặc tuyến n = f(I) trở nên tuyến tính:
φ
= const
n = b
1
–b
2
.I
Dòng điện trong máy khởi động lớn nhất khi bánh răng máy khởi động ăn khớp với
bánh đà. Lúc đó E
ng
= 0 và I = I
nm
.
Đặc tuyến moment kéo M = f (I)
Moment kéo được tạo nên do lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường của các cuộn kích và
dòng điện trong các dây dẫn phần ứng (rotor).

M = FD/2
Trong đó: F: tổng lực tác dụng lên các khung dây
D: đường kính của rotor
n
o
M
2max
I.R
a
∆U
ch
I.R
kđ
E
ng
I.R
d
M
2
M
n
∆P
ck
+∆P
t
φ
I
o
I
nm

/2 I
nm
I
,
A
P, n, M, U
E
o

F = N.f
với f : lực tác dụng lên một khung
N: số khung có trong rotor
a
IlB
ilBf
2
. .
. . ==
a
I
i
2
=
: dòng điện chạy trong một khung
P
D
x
a
PIlBN
M

D
x
a
IlBN
M
2
.
. 2
. . . .
22
. . .
π
π
=
=
ICM
IlB
a
NP
M
M
. .

.2
.
Φ=
×=
τ
π
Khi tải nhỏ: φ = K

φ
.I
M = C
M
.K
Φ

.I
2
Khi tải lớn : Φ = const
M
≅
K
M
.Φ
Moment đạt cực đại khi n = 0. Như vậy, lúc tải nhỏ đặc tuyến phụ thuộc vào cường độ
dòng theo quy luật parabol và khi tải lớn đặc tuyến chuyển sang dạng tuyến tính.
Đặc tuyến công suất P = (I)
Tích số moment kéo và vận tốc góc của rotor sẽ là công suất điện từ P, tức
là công suất do các lực điện từ làm quay rotor tạo nên.
a
PN
E
I
a
PN
P
C
E
ICP

n
MP
ng
e
ng
M
.60
.
30
.
2
.30

60
.2
.
Φ
×Φ=
Φ
××Φ=
=
=
π
π
π
ω
ω
với:
Φ
=

.
e
ng
C
E
n

( )
( )
RIUEIP
RIUEIP
EIP
ch
ch
ng
∑−∆−=
∑−∆−=
=
2
0
0
.
Lấy đạo hàm phương trình P để tìm giá trị cực đại:
22
02
0
max
0
nmch
p

ch
I
R
UE
I
RIUE
dI
dP
=
∑
∆−
=
=∑−∆−=
Khi n = 0 thì E
ng
= 0

R
UE
I
RIUE
ch
nm
nmch
∑
∆−
=
=∑−∆−
2
0

0
0
I
nm
là dòng điện cực đại mà máy khởi động tiêu thụ khi nó bị hãm chặt. Thay
giá trị I
pmax
vào phương trình P, ta được công suất điện từ cực đại.
( ) ( )
( )
( )
[ ]
( )
tck
kdrs
d
rsngrsngkd
ch
chch
PPPP
RIRRIP
PPP
IRRIEIIRREIUP
R
UE
P
R
R
UE
R

UE
P
∆+∆+=
=+=∆
∆+=
++=++==
∑
∆−
=
∑
∑
∆−
−
∑
∆−
=
2
.22
1
2
1
2
0
max
0
2
0
max
.)(

4
4
4
2
Trong đó:
P
1
: công suất accu đưa đến máy khởi động.
P
đ
: mất mát công suất về điện do nhiệt sinh ra trên dây.
P
2
: công suất hữu ích.
P
ck
: công suất mất mát do cơ khí (ổ bi, chổi than).
P
t
: công suất mất mát về từ, chủ yếu là dòng Fucô.
P
1
= P
2
+

P
đ
+


P
ck
+

P
t
P
1
= P
2
+

P
Hiệu suất của máy khởi động
7,0
1
1
1
2
≈
∆−
==
P
PP
P
P
η
Đánh giá hư hỏng qua các đặc tính
Căn cứ vào các đặc tuyến, ta chia hoạt động của máy khởi động ra làm 3 chế độ:
Chế độ không tải ứng với máy khởi động quay ở tốc độ không tải n

0
, lúc đó công
sinh ra đủ thắng P
đ
, P
ck
, P
t
.
Chế độ công suất cực đại ứng với cường độ dòng điện gần bằng I
nm
/2.
Chế độ hãm chặt ứng với I = I
nm
, khi n = 0 và M= M
max

Trên thực tế, ta có thể ứng dụng các chế độ làm việc thứ nhất và thứ ba để chẩn
đoán hư hỏng của máy khởi động.
Ở chế độ thứ nhất, nếu tốc độ không tải đo được của máy khởi động nhỏ hơn giá trị
cho phép của nhà chế tạo n
0
và cường độ dòng điện không tải lớn hơn bình thường thì hư
hỏng xảy ra chủ yếu ở phần cơ: xem xét các ổ đỡ và chổi than.
Ở chế độ thứ ba, nếu dòng ngắn mạch lớn hơn giá trị cho phép trong khi moment
kéo nhỏ hơn thì hư hỏng chủ yếu xảy ra ở phần điện: chập mạch các vòng dây hoặc
chạm mass.
Các cơ cấu điều khiển trung gian trong hệ thống khởi động
Relay khởi động trung gian

Relay khởi động là thiết bị dùng để đóng mạch điện cung cấp điện cho máy khởi
động. Thiết bị này có tác dụng làm giảm dòng qua công tắc máy.
Hình 3.10: Relay khởi động
Relay gài khớp
Relay gài khớp dùng để đẩy bánh răng máy khởi động vào ăn khớp với vòng răng
bánh đà và đóng tiếp điểm đưa dòng điện đến motor điện, giữ yên tiếp điểm cho đến hết
thời gian khởi động.
Relay bảo vệ khởi động
Công dụng
Relay bảo vệ khởi động là thiết dùng để bảo vệ máy khởi động trong những trường hợp
sau:
Khi tài xế không thể nghe được tiếng động cơ nổ.
Khởi động bằng điều khiển từ xa.
Khởi động lại nhiều lần.
Thiết bị dùng bảo vệ khởi động còn gọi là relay khóa khởi động. Relay khóa khởi
động hoạt động tùy thuộc vào tốc độ quay của động cơ. Ta có thể lấy tín hiệu này từ
máy phát (dây L của đèn báo sạc và diode phụ).
Khi khởi động, điện thế ở đầu L của máy phát tăng. Khi động cơ đạt tốc độ đủ lớn
(động cơ đã nổ), relay khóa khởi động sẽ ngắt dòng điện đưa đến relay của máy khởi
động, cho dù tài xế vẫn còn bật công tắc khởi động. Ngoài ra, relay khóa khởi động
không cho phép khởi động khi động cơ đang hoạt động.
Cấu tạo nguyên lý làm việc của relay khóa khởi động
Relay khóa khởi động dùng tiếp điểm cơ khí.
K
STARTING
RELAY
BATL(ALT)ST(IG/SW)
Hình 3-11: Relay bảo vệ khởi động

Khi bật công tắc khởi động, dòng điện qua W

bv
qua cuộn kích máy phát về mass
làm đóng tiếp điểm K, dòng điện đến relay khởi động. Khi động cơ hoạt động, máy phát
điện bắt đầu làm việc (đầu L có điện áp bằng điện áp accu nhưng máy chưa tắt công tắc
khởi động), dòng điện qua W
bv
mất khiến khóa K mở, ngắt dòng đến relay khởi động
làm cho máy khởi động không hoạt động nữa.
Hình 3.12: Sơ đồ thực tế mạch bảo vệ khởi động
1. Accu; 2. Công tắc nguồn; 3. Công tắc máy; 4. Công tắc khởi động; 5. Đèn báo nạp,
6. Máy phát; 7. Relay bảo vệ khởi động; 8. Máy khởi động
b. Mạch bảo vệ khởi động điều khiển bằng điện tử
Trong loại này, người ta sử dụng mạch biến đổi tần số sang điện thế bằng cách
lấy tín hiệu tần số từ dây trung hoà (N) của máy phát hoặc đầu âm bobine. Tín hiệu tốc
độ động cơ thể hiện qua tần số đánh lửa được đưa đến ngõ vào của mạch bảo vệ, làm
thay đổi tần số đóng mở của T
1
. Hiệu điện thế trung bình trên tụ C
2
phụ thuộc vào tần số
này. Vì vậy, khi động cơ hoạt động, transitor T
3
sẽ ở trạng thái đóng và mạch khởi động
sẽ không hoạt động.
1
Âm
bobine
IG
ST
(relay đề)

Mass
T
1
T
2
T
3
R
1
R
2
R
3
R
4
R
5
R
6
R
7
R
8
R
9
C
2
C
1
R

10
+
-
D
1
D
2
D
3

Hình 3.13: Mạch bảo vệ khởi động dùng OP-AMP
Relay đổi đấu điện áp
Trên một số xe có công suất lớn thường sử dụng hệ thống điện 12/24V. Hệ thống
điện 12V dùng cung cấp cho các phụ tải còn hệ thống điện 24V dùng để khởi
động. Hình 3.14 trình bày sơ đồ đấu dây của mạch đổi điện áp trên xe IFA. Trên sơ
đồ này, máy khởi động có hiệu điện thế làm việc là 24 V trong khi các phụ tải điện
khác và máy phát có điện áp định mức là 12V. Để chuyển đổi điện áp trong lúc
khởi động, thường bố trí relay đổi điện áp, relay này có nhiệm vụ đấu nối tiếp 2
bình accu 12V để có 24V khi khởi động. Khi kết thúc khởi động hai bình accu sẽ
được mắc song song để máy phát nạp điện cho chúng.
Hình 3.14: Mạch khởi động với relay đổi điện 12V-24V
Hệ thống hỗ trợ khởi động cho động cơ diesel
Nhiệm vụ và phân loại
Nhiệm vụ
Một trong những nét đặc biệt của các động cơ diesel là chúng có số vòng quay
khởi động tối thiểu lớn hơn nhiều so với động cơ xăng.
Số vòng quay khởi động của động cơ xăng là 50v÷ 120 v/p , còn ở động cơ
diesel là 70÷150 v/p. Ở số vòng quay này, vào cuối quá trình nén, áp suất và nhiệt độ
động cơ mới đạt đủ giá trị để đốt cháy dầu do vòi phun phun vào buồng cháy. Tuy vậy,
nếu nhiệt độ khí trời và nhiệt độ động cơ thấp, việc khởi động vẫn gặp nhiều khó khăn.

Để hỗ trợ việc khởi động động cơ đồng thời giảm ô nhiễm khi nhiệt độ nước còn thấp,
trên các động cơ ngày nay thường trang bị hệ thống xông máy hoặc xông khí nạp.
Phân loại
Có hai hệ thống xông máy: xông nóng buồng đốt và xông nóng khí nạp.

Xông nóng buồng đốt
Các bougie xông được đặt trong buồng đốt phụ của động cơ. Nhờ năng lượng
điện của accu các dây điện trở của bougie được nung nóng đến nhiệt độ khoảng
800÷1000
o
C.
Hệ thống này có hai loại bougie: loại một điện cực và loại hai điện cực.
Loại một điện cực: Dùng điện đưa trực tiếp đến đầu cục bougie xông qua điện trở
rồi về mass. Loại này thường có điện trở lớn. Các bougie được mắc song song trong
mạch nên nếu một bougie bị đứt thì các bougie khác vẫn làm việc bình thường.
Loại hai điện cực: Điện trở bougie được nối trực tiếp với điện cực ngoài. Các
điện trở bougie đều được cách điện và mắc nối tiếp trong mạch. Loại này có điện trở
nhỏ.
Xông nóng không khí nạp
Dùng điện trở đặt tại ống góp hút sau lọc gió, sử dụng nguồn điện accu để xông. Loại
này ít phổ biến.
Hệ thống xông trước và trong khi khởi động ôtô
Hệ thống xông trước và trong khi khởi động ôtô có hai loại: xômh thường và xông
nhanh.
Hệ thống xông thường được mô tả trên hình 3.15.
Hệ thống xông này thường có trên các xe đời cũ. Các bougie xông được mắc nối
tiếp với điện trở báo xông. Các bougie không được điều khiển tự động ngắt mà phụ
thuộc vào tài xế. Khi bật công tắc xông ở vị trí (R ), tài xế sẽ đợi đến khi điện trở báo
xông nóng đỏ mới chuyển công tắc qua vị trí khởi động. Trong một số trường hợp, thời
gian cần thiết để các bougie xông đạt nhiệt độ làm việc được định sẵn và báo bằng đèn

báo xông. Khi đèn báo xông tắt, thời gian xông cần thiết đã đủ.
Hệ thống xông nhanh
Hệ thống xông nhanh giúp cải thiện khả năng khởi động và giảm bớt khói khi khởi
động lạnh (hình 3.16). Trong loại xông này nếu nhiệt độ làm mát nhỏ hơn 60
0
C, công
tắt nhiệt sẽ ở trạng thái OFF. Tín hiệu này được gửi về bộ điều khiển. Nếu công tắc máy
ở vị trí ON đèn báo xông sẽ sáng, đồng thời điều khiển nối mass cho relay xông hoạt
động, cung cấp dòng rất lớn đến các bougie xông để xông nhanh. Điện trở bougie loại
này khá nhỏ. Đèn báo xông tắt sau 3,5 giây, báo cho tài xế biết động cơ đã sẵn sàng cho
việc khởi động. Lúc này, nhiệt độ bougie xông đạt khoảng 800
o
C. Khi động cơ đã nổ và
Bougie
xông
Điện trở
báo xông
Relay
xông
IG SW
ON
R
B+
Hình 3.15: Sơ đồ hệ thống xông điều khiển thường

công tắc máy trả về vị trí ON thì bộ điều khiển sẽ ngắt relay xông sau 18 giây(hình
3.16).
Khi nhiệt độ nước làm mát lớn hơn 60
o
C, công tắt nhiệt chuyển sang vị trí ON đèn

báo xông tắt sau 0,3 giây.
Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý hệ thống xông nhanh (IZUSU)
Hệ thống xông sau khi khởi động
Trên một số xe đời mới, người ta sử dụng hệ thống xông nhanh (QOS – Quick On
Start) kèm theo điều khiển chế độ cầm chừng êm (Hình 3.18). Hệ thống xông này bao
gồm hai relay xông. Relay 1 phục vụ cho việc xông nhanh giống như đã trình bày trong
phần trên. Sau khi động cơ đã nổ relay 2 làm việc, dòng điện tới bougie xông đi qua
điện trở phụ, tiếp tục xông ở mức độ thấp hơn, đảm bảo động cơ nổ êm và không khói
khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp.
Các bougie xông được nối song song với nhau và cùng nối tiếp với điện trở điều
khiển. Khi công tắc khởi động được bật, dòng điện chạy qua điện trở điều khiển và
bougie xông, làm cho bougie nóng lên.
Khi bougie xông hỏng:
1. Điện trở tổng tăng bởi vì các bougie xông được nối song song.
2. Dòng điện giảm.
3. Đầu nung của bougie xông không đủ thời gian.
Như vậy, quá trình khởi động xấu đi. Lúc này, dòng điện qua điện trở cũng giảm,
và thời gian yêu cầu qua mạch phải kéo dài. Nói cách khác, dòng điện trong mạch bị
giảm đi. Hệ thống xông nhanh dò nhiệt độ động cơ và điều khiển dòng điện chạy qua
mạch bougie xông để điều khiển xông nhanh trước khi khởi động.
Hình 3.17: Sơ đồ thực tế hệ thống xông nhanh
Động cơ
Relay xông
ST
IG SW
Bougie xông
Công tắc nhiệt
1
2
3

4
5
7
Accu
ON
+
_
Hộp
điều
khiển
START
ON
ACC
LOCK
ON STRACB
M
Đầu dây
Key position
Hộp điều khiển xông nhanh
Công tắc nhiệt
Bougie xôngRelay xông
Máy khởi
động
+
+
1
4
5
7
3

6
Đèn báo xông