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

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

MỤC LỤC


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

LỜI NÓI ĐẦU
Trên ôtô hiện nay, để động cơ có thể hoạt động được cần phải có một hệ thống
khởi động để làm quay trục khuỷu động cơ đến số vòng quay có thể tự làm việc được.
Do đó, hệ thống khởi động là một hệ thống rất quan trọng, không thể thiếu trên những
chiếc ôtô ngày nay.
Sau khi học xong môn “TRANG BỊ ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG”. Chúng em được giao đồ án môn học “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ
ÔTÔ” nhằm củng cố kiến thức đã học và hiểu hơn các hệ thống khởi động thường sử
dụng hiện nay, kết cấu và nguyên lý làm việc của chúng. Trong quá trình làm đồ án, em
đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy TS. Lê Văn Tụy để em hoàn thành đồ án này.
Cuộc sống càng ngày càng hiện đại hơn, đầy dủ 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.
Trong quá trình làm đồ án do thời gian hạn hẹp và kiến thức còn nhiều hạn chế
nên không thể tránh khỏi thiếu sót mong nhận được những lời đóng góp của quý thầy
cô và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 10 tháng 05 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Thái Lê Văn An

Trang 2

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
1.1 Công dụng của hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động trên ôtô có nhiệm vụ khởi động động cơ bằng cách kéo động
cơ quay với tốc độ cần thiết, đảm bảo cho động cơ có thể tạo hòa khí và nén hòa khí
đến nhiệt độ thích hợp để quá trình cháy hòa khí và sinh công diễn ra.
1.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống khởi động
- Kết cấu gọn nhẹ, chắc chắn, làm việc ổn định với độ tin cậy cao.
- Tốc độ quay phải đạt tới một giá trị nào đó để cho trục khuỷu của động cơ đạt
tốc độ quay nhất định. Đối với động cơ xăng phải trên 50 [v/p], với động cơ diesel phải
trên 100 [v/p].
- Khi động cơ ôtô đã làm việc, phải cắt được khớp truyền động của hệ thống khởi
động ra khỏi trục khuỷu của động cơ ôtô.
- Có thiết bị điều khiển từ xa khi thực hiện khởi động động cơ ôtô (nút bấm hoặc
khóa khởi động) thuận tiện cho người sử dụng.
- Tỷ số truyền bánh răng của máy khởi động và bánh răng của bánh đà trong giới
hạn (từ 9 đến 18).
- Chiều dài và điện trở của dây dẫn nối từ acquy đến máy khởi động nằm trong
giới hạn quy định (< 1 [m]).
1.3 Phân loại hệ thống khởi động
- Theo phương pháp khởi động, hệ thống khởi động bao gồm:
+ Khởi động bằng tay
+ Khởi động bằng động cơ điện
+ Khởi động bằng động cơ xăng phụ
+ Khởi động bằng khí nén.
- Theo phương pháp kích từ cho máy khởi động, hệ thống khởi động bao gồm:

+ Kích từ nối tiếp
+ Kích từ song song

Trang 3


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

+ Kích từ hỗn hợp.
- Theo phương pháp truyền động, hệ thống khởi động bao gồm:
+ Truyền động trực tiếp với bánh đà
+ Truyền động gián tiếp với bánh đà qua hộp giảm tốc.
1.3.1 Phương pháp khởi động
1.3.1.1 Hệ thống khởi động bằng tay
Dùng tay quay hoặc dây kéo để quay trục khuỷu động cơ. Phương pháp này chủ
yếu áp dụng cho các động cơ xăng hay diesel cỡ nhỏ vì động cơ lớn, tỉ số nén cao,
công suất lớn, sức người khó quay nỗi để đạt đến tốc độ khởi động.
Do cơ cấu quán tính khá phức tạp nên ngày nay không dùng nữa.

Hình 1.1 – Sơ đồ hệ thống khởi động bằng tay quay.
1- Vành răng bánh đà; 2- Bánh răng khởi động; 3- Cần gạt ly hợp; 4- Ly hợp;
5, 7- Cơ cấu hành tinh; 6- Bánh đà cân bằng; 8- Tay quay.
1.3.1.2 Hệ thống khởi động bằng động cơ điện
Hệ thống khởi động bằng động cơ điện được dùng phổ biến trên động cơ ôtô,
máy kéo hiện nay vì tính hiệu quả và an toàn của nó.

Trang 4


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Hình 1.2 – Sơ đồ mạch khởi động bằng động cơ điện.
1- Acquy; 2- Cầu chì; 3- Công tắc điều khiển; 4- Rơle khởi động; 5- Rơle báo động
chống trộm; 6- Thiết bị chống trộm; 7- Công tắc chế độ hộp số; 8- Cuộn giữ;
9- Cuộn hút; 10- Động cơ điện.

Trang 5


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

1.3.1.3 Hệ thống khởi động bằng khí nén
4
3
2

1

Hình 1.3 – Sơ đồ đơn giản của hệ thống khởi động bằng khí nén.
1- Van phân phối khí; 2- Bình chứa khí nén; 3- Xy lanh; 4- Van khởi động chính.
Máy nén khí thường dùng là máy piston dẫn động bằng động cơ điện hoặc từ trục
khuỷu. Cũng có khi đối với loại động cơ công suất vừa, nhiều xilanh dùng một xilanh
tạm thời làm máy nén khí.
Nguyên lý làm việc như sau: khi van khởi động chính (4) mở, khí nén từ bình khí
nén sẽ đến các xilanh lần lượt theo thứ tự làm việc của động cơ nhờ van phân phối khí
(1) và van khởi động xilanh (3). Thông thường, van khởi động xilanh (3) được mở ở vị
trí của piston ở DCT đầu hành trình giãn nở. Dưới tác dụng của khí nén lên đỉnh piston,
trục khuỷu động cơ sẽ quay và khi đạt số vòng quay khởi động, ta đóng van khởi động
chính (4).

Trang 6


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

1.3.2 Phương pháp kích từ cho máy khởi động

Mắc nối tiếp

Mắc song song

Mắc hỗn hợp

Hình 1.4 – Phương pháp kích từ.
Loại mắc nối tiếp có mômen khởi động lớn, hầu hết các máy khởi động đều có
cuộn kích thích mắc nối tiếp. Tuy vậy, loại này có nhược điểm là khi mômen cản giảm
thì n tăng. Do đó, sau khi động cơ đốt trong đã được 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 rôto.
Để khắc phục nhược điểm trên, một số máy khởi động có cuộn kích thích mắc
hỗn hợp.
1.3.3 Phương pháp truyền động
1.3.3.1 Truyền động trực tiếp với bánh đà
Loại này thường dùng trên xe đời cũ và những động cơ công suất lớn, được chia
ra làm 3 loại:
- Truyền động quán tính: bánh răng ở khớp truyền động tự 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 vành
răng của bánh đà, chịu sự 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.

Trang 7


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

1.3.3.2 Truyền động phải qua hộp giảm tốc
Đối với máy điện (máy và động cơ) kích thước sẽ nhỏ lại nên tốc độ hoạt động
lớn. Vì vậy, để giảm kích thước của motor khởi động người ta thiết kế chúng để hoạt
động với tốc độ rất cao, sau đó qua hộp giảm tốc để tăng mômen.
Loại này được sử dụng nhiều trên xe đời mới. Phần motor điện một chiều có cấu
tạo nhỏ gọn và có số vòng quay khá cao. Trên đầu trục của motor điện có lắp một bánh
răng nhỏ, thông qua bánh răng trung gian truyền xuống bánh răng của hộp truyền động
(hộp giảm tốc). Khớp truyền động là một khớp bi một chiều có ba rãnh, mỗi rãnh có
hai đũa đặt kế tiếp nhau. Bánh răng của khớp đầu trục của khớp truyền động được cài
với bánh răng của bánh đà (khi khởi động) nhờ một rơle gài khớp. Rơle gài khớp có
một ty đẩy, thông qua viên bi đẩy bánh răng vào ăn khớp với bánh đà.
1.4 Ảnh hưởng của tốc độ khởi động đến quá trình khởi động động cơ
Để khởi động động cơ cần phải dùng một nguồn năng lượng bên ngoài để quay
trục khuỷu của động cơ đến một tốc độ tối thiểu nào đó, đảm bảo cho 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.
Tốc độ khởi động phụ thuộc vào phương pháp hình thành khí hỗn hợp, phương
pháp đốt cháy nhiên liệu, nhiệt độ của khí nạp và của động cơ, phụ thuộc vào loại, đặc
điểm kết cấu và trạng thái kỹ thuật của động cơ.
- Đối với động cơ xăng: Tốc độ khởi động cần phải đảm bảo tạo được độ chân
không cần thiết trong đường nạp để hỗn hợp hòa trộn tốt và đủ nhanh để giảm
hiện tượng ngưng tụ hơi nhiên liệu. Nói chung tốc độ khởi động của động cơ
xăng với trạng thái kỹ thuật trung bình thường là nkđ= 30÷50 [ vòng/phút].

- Đối với động cơ diesel tốc độ khởi động cần phải cao hơn vì:
+ Để đảm bảo cho nhiên liệu tự bốc cháy cần phải có nhiệt độ đủ lớn vào
cuối kỳ nén. Muốn như vậy cần phải tăng tốc độ để không khí không kịp
truyền nhiệt cho thành xilanh và buồng cháy để giảm lượng lọt khí qua xéc
măng.

Trang 8


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

+ Ngoài ra tốc độ khởi động cần phải đảm bảo đủ áp suất để phun nhiên liệu
mà áp suất này phụ thuộc nhiều vào tốc độ chuyển động của piston bơm cao
áp.
+ Đối với động cơ diesel hai kỳ: tốc độ khởi động còn phải đảm bảo cả áp
suất của bơm quét.
Với những lý do trên tốc độ khởi động của động cơ diesel là nkđ= 100÷200
[vòng/phút].
- Đối với các động cơ tĩnh tại, tàu thủy thấp tốc: tốc độ khởi động có giá trị và
khoảng 1/3nđm.

Trang 9


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Chương 2
CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

4

5
2

3

6

7
FA A

8

11

12
13

KT
A
A

1

9
10

16

15

14

Hình 2.1 – Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khởi động điện
1- Máy phát điện; 2- Bộ tiết chế;3- Công tắc; 4- Rơle khởi động; 6- Biến áp đánh lửa;
5,7,9,10- Các tiếp điểm; 8- Đĩa tiếp điện; 11-Cuộn dây hút của rơle kéo; 12-Cuộn dây
giữ của rơle kéo; 13- Lõi thép của rơle kéo; 14-Bánh răng; 15- Phần ứng của động cơ
điện khởi động; 16- Cuộn dây kích từ của động cơ điện khởi động.
Nguyên lý làm việc:
Khi quay chìa khóa hoặc ấn nút khởi động trên ôtô, cuộn dây của rơle khởi động
(4) có điện, rơle khởi động tác động lên cặp tiếp điểm (5) của nó đóng lại. Khi đó cuộn
dây hút (11), cuộn dây kích từ (16) và phần ứng (15) của động cơ điện khởi động được
cấp theo mạch:

Trang 10


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Cực dương acquy (+A) → cặp tiếp điểm (5) của rơle khởi động → cuộn hút (11)
của rơle kéo → cuộn dây kích từ (16) của động cơ điện khởi động → phần ứng (15)
của động cơ điện → mass (vỏ máy).
Còn cuộn giữ (12) của rơle kéo được cấp nguồn theo mạch:
Từ cực dương acquy (+A) → cặp tiếp điểm (5) của rơle khởi động → cuộn dây
(12) của rơle kéo → mass.
Trong trường hợp này, từ thông sinh ra trong cuộn hút (11) và trong cuộn giữ (12) của
rơle kéo có tác dụng cùng chiều nhau, lực điện từ của rơle kéo sẽ kéo lõi thép (13)
chuyển động sang trái cánh tay đòn sẽ làm cho bánh răng (14) ăn khớp với vành răng
của bánh đà, lõi thép (13) đẩy đĩa tiếp xúc (8) làm cho các tiếp điểm (7),(9) và (10) kín.
Kết quả, cuộn dây hút (11) của rơle khởi động bị ngắn mạch, phần ứng (15) và cuộn
dây kích từ của động cơ điện khởi động đấu trực tiếp với acquy (dòng điện không qua

cuộn hút (11)) theo mạch:
Từ cực dương của acquy → cặp tiếp điểm (9),(10) của rơle kéo → cuộn dây kích
từ của động cơ điện → phần ứng (15) → mass.
Sau khi động cơ đã khởi động, máy phát điện phát ra dòng điện, dòng điện trong cuộn
dây (4) của rơle khởi động giảm xuống, vì điện áp đặt lên cuộn dây (4) của rơle khởi
động trong trường hợp này là:
URKĐ = Uaq - Ump

(2.1)

Trong đó:
URKĐ [V] : Điện áp đặt lên cuộn dây (4) của rơle.
Uaq [V]

: Điện áp của acquy [V].

Ump [V]

: Điện áp phát ra của máy phát [V].

Vì vậy, rơle khởi động không tác động, cặp tiếp điểm (5) của nó hở ra dẫn đến
cuộn dây giữ (12) của rơle kéo không được cấp điện. Từ thông tác dụng lên cuộn lõi
thép (13) giảm xuống đột ngột và dười lực kéo của lò xo làm choi lõi thép (13) trở về

Trang 11


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

vị trí ban đầu. Các tiếp điểm (7), (9), (10) hở cắt nguồn cấp cho động cơ điện khởi

động.
Tiếp điểm (7) dùng để ngắn mạch điện trở phụ đấu nối tiếp với cuộn dây sơ cấp
của máy biến áp đánh lửa trong hệ thống đánh lửa để nâng cao trị số điện áp đánh lửa
khi khởi động động cơ ôtô.
Hệ thống khởi động bằng động cơ điện nói chung có ba bộ phận chính sau: động
cơ điện một chiều; khớp truyền động và cơ cấu điều khiển.
2.1 Động cơ điện
Động cơ điện dùng để biến điện năng của acquy thành cơ năng quay trục khuỷu
động cơ.
Cấu tạo động cơ điện khởi động không khác gì cấu tạo của máy phát điện. Chỉ
khác ở chỗ: các cuộn dây phần ứng và kích thích của nó thường có tiết diện chữ nhật,
kích thước lớn khá nhiều và số vòng dây ít hơn so với các cuộn dây của máy phát. Bởi
vì, khi khởi động động cơ, máy khởi động (động cơ điện) khởi động tiêu thụ một dòng
rất lớn 600 – 800 [A], thậm chí có thể đến 200 [A] khi khởi động động cơ diesel công
suất lớn. Cấu tạo động cơ điện bao gồm: phần cảm, phần ứng, chổi than và giá đở chổi
than.
- Phần cảm (stato):
Có chức năng tạo ra từ trường. Cấu tạo của nó bao gồm vỏ máy và các bản cực
trên có quấn cuộn dây kích từ. Các cuộn dây kích từ được quấn từ 1 dây đồng dẹt quấn
trên các bản cực để tạo ra từ trường chính cho các khối cực, hai khối cực kề nhau được
quấn ngược chiều nhau để tạo thành 2 cực xen kẽ Bắc-Nam.
- Phần ứng (roto):
Bao gồm lõi thép và cuộn dây được đặt trong rãnh của lõi thép. Lõi thép được chế
tạo từ nhiều lá thép nhỏ (0,5 1[mm]) và được xếp thành khối. 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> 600 [A]) đi qua. Các đầu cuộn dây được hàn vào các phiến của cổ góp. Roto của

Trang 12

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

máy khởi động được đặt trên 2 ổ bi lắp ở 2 đầu nắp máy và đặt cách khối cực 1 khoảng
cách ngắn nhất để giảm hao mất từ trường.
- 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 than được chế tạo từ hỗn hợp
đồng và cacbon nên có tính dẫn điện tốt và có khả năng chịu mài mòn cao.
Để đảm bảo momen khởi động lớn hầu hết các máy khởi động đều có cuộn kích
thích mắc nối tiếp (hình 2.2).

Hình 2.2 – Sơ đồ mạch điện máy khởi động có cuộn kích thích mắc nối tiếp
Tuy vậy, sơ đồ này có nhược điểm là: Khi momen càng giảm thì số vòng quay
càng tăng. Do đó, sau khi động cơ đốt trong đã được khởi động, máy khởi động được
giảm tải hoàn toàn thì tốc độ của nó sẽ tăng rất lớn có thể vượt quá giới hạn cho phép
làm cho các ổ trục mau mòn và các thanh dây dẫn có thể văng ra khỏi rãnh của roto. Để
khắc phục nhược điểm trên, một số máy có cuộn kích thích mắc hỗn hợp.
2.2 Khớp truyền động
Khớp truyền động là cơ cấu dùng để:
- Nối trục của máy khởi động với vành răng bánh đà khi khởi động.
- Tách chúng ra ngay sau khi động cơ đã nổ (khởi động).
Việc tách trục máy khởi động ra khỏi vành răng bánh đà cần phải thực hiện tự
động để tránh trường hợp máy khởi động bị động cơ nổ kéo theo với số vòng quay lớn
gây hư hỏng.

Trang 13


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Phụ thuộc vào kết cấu và nguyên lý làm việc, khớp truyền động có thể chia ra
một số loại sau:
- Truyền động quán tính
- Truyền động cưỡng bức
- Truyền động hỗn hợp.
2.2.1 Truyền động quán tính
Cấu tạo:

Hình 2.3 – Cơ cấu truyền động quán tính.
a – Vị trí ban đầu

b – Vị trí ăn khớp

1- Vòng tỳ; 2- Ống lót; 3- Khớp nối; 4- Lò xo xoắn; 5- Bánh răng; 6- 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).

Trang 14


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

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.
2.2.2 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.
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.

Hình 2.4 – Kết cấu cơ cấu truyền động cơ khí và khớp một chiều.
1- Vòng hãm; 2- Ống gài; 3- Lò xo giảm chấn; 4- Ống lót dẫn hướng; 5- Nắp;
6- Con lăn; 7- Bánh răng; 8- Lò xo bi; 9- Cốc lò xo.

Trang 15


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

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
dưới tác dụng của lò xo bánh răng sẽ vào ăn khớp với vành răng bánh đà.

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 2.5 – Kết cấu máy khởi động với cơ cấu truyền động cơ khí cưỡng bức.
1- Bánh răng; 2- Khớp một chiều; 3- Cần gạt; 4- Vít tỳ; 5- Hộp tiếp điểm;
6- Ống lót;7- Lò xo.

Trang 16


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

2.2.3 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 truyền động quán tính.
2.3 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 vào 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.
2.3.1 Phương pháp điều khiển trực tiếp
Có ưu điểm là đơn giản nhưng nó không thể sử dụng khi máy khởi động và acquy
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.
2.3.2 Phương pháp điều khiển gián tiếp bằng rơle điện từ
Phương pháp này cho phép giảm chiều dài đường dây chịu tải và tăng độ tin cậy
làm việc của hệ thống.
Hệ thống điều khiển gồm hai phần chính là hộp tiếp điểm với các tiếp điểm (6) và
rơle điện từ (2) lắp trên vỏ máy khởi động (7).
Khi người lái đóng khóa điện (1), dòng điện từ acquy (8) sẽ đi vào cuộn dây của
rơle điện từ (2) mà lõi thép của nó được nối với cần gạt (3). Cuộn dây có điện trở thành
nam châm hút lõi thép sang trái, đồng thời làm quay cần (3), dịch chuyển khớp truyền
động (4) cùng bánh răng vào ăn khớp với vành răng bánh đà.

Trang 17


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Khi bánh răng của khớp truyền động đã vào ăn khớp với bánh đà thì vành tiếp
điểm (5) cũng nối các tiếp điểm (6), đưa dòng điện vào các cuộn dây của máy khởi
động. Máy khởi động quay, kéo trục khuỷu của động cơ quay theo, khi động cơ đã nổ
thì người lái nhả khóa điện (1), các chi tiết trở về vị trí ban đầu dưới tác dụng của lò xo
hồi vị.

Hình 2.6 - Sơ đồ máy khởi động với cơ cấu điều khiển điện từ.
1- Khóa điện; 2- Rơle điện từ; 3- Cần gạt; 4- Khớp truyền động; 5- Máy khởi động;
6- Vành tiếp điểm; 7- Tiếp điểm.
Trong các sơ đồ điều khiển từ xa hiện nay, ngoài rơle điện từ chính là rơle khởi
động, thường người ta còn sử dụng thêm một rơle phụ nữa. Rơle phụ này cho phép
giảm dòng qua khóa điện và rút ngắn hơn nữa những đoạn mạch có dòng lớn do đó làm
giảm độ sụt thế của acquy và tăng tuổi thọ của các tiếp điểm. Ngoài ra, rơle này còn

Trang 18


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

đảm bảo tự động ngắt mạch máy khởi động khi động cơ đã làm việc.

Hình 2.7 – Sơ đồ nối máy khởi động CT130 – A1 dùng trên ZIL – 130, URAL – 377.

Hình 2.8 – Sơ đồ nối máy khởi động CT230 dùng trên xe GAZ – 53A, GAZ – 66 và
PAZ– 672.

Trang 19


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Hình 2.9 – Sơ đồ nối máy khởi động CT142 dùng trên xe KAMAZ – 5320 và các model
khác của nó.
Hai sơ đồ trên hình 2.7 và 2.8 dùng cho động cơ xăng và có cùng nguyên lý làm
việc như nhau:
- Khi bật khóa điện, dòng qua cuộn dây của rơle phụ sẽ hút các tiếp điểm của nó
đóng chặt lại, cho dòng từ acquy đi vào mạch máy khởi động theo hai nhánh
song song: Một nhánh là cuộn dây giữ , nhánh thứ hai gồm ba cuộn dây mắc nối
tiếp là cuộn hút, cuộn kích thích và cuộn dây phần ứng của máy khởi động.
- Dòng điện đi qua các cuộn dây của rơle khởi động sẽ hút lõi thép của nó sang
trái, ép đĩa đồng nối tắt các tiếp điểm lại, đưa điện từ acquy đi thẳng vào máy
khởi động, đồng thời cũng nối tắt cuộn dây hút của rơle phụ và điện trở phụ của
mạch đánh lửa.
Trên các ôtô sử dụng động cơ diesel, do không có hệ thống đánh lửa nên trong sơ

đồ điều khiển máy khởi động không có mạch nối tắt điện trở phụ. Tuy vậy thường có
thêm công tắc khởi động phụ ngay trên động cơ như hình 2.9.

Trang 20


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Khi dùng máy phát điện một chiều, một đầu cuộn dây rơle phụ được nối máy qua
máy phát

Hình 2.10 – Sơ đồ nối máy khởi động CT130-B.
1- Máy phát; 2- Bộ điều chỉnh điện áp; 3- Acquy; 4- Máy khởi động;
5- Biến áp đánh lửa; 6- Các tiếp điểm chính của rơle; 7- Dây nối;
8- Các đầu nối dây; 9- Phần ứng rơle; 10,11- Cuộn dây giữ và hút;
12- Đĩa tiếp điểm; 13- Lò xo; 14- Lõi thép; 15- Cuộn dây rơle phụ; 16- Khung từ;
17- Panel; 18- Giá đỡ; 19- Các tiếp điểm; 20- Hạn chế độ nâng cần tiếp điểm;
21- Cần tiếp điểm; 22- Khóa điện.
Sau khi động cơ đã khởi động, máy phát làm việc thì thế hiệu máy phát tăng lên
làm giảm dần dòng điện qua cuộn dây rơle phụ. Khi số vòng quay đạt đến một giá trị
nào đó, dòng điện này sẽ chạy theo chiều ngược lại. Như vậy, sau khi động cơ đã khởi
động thì lực điện từ của rơle phụ giảm nhanh, thậm chí đổi chiều nên các tiếp điểm của

Trang 21


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

nó mở ra ngay, cắt mạch cuộn dây rơle khởi động. khóa giữ, đảm bảo không cho hệ
thống khởi động làm việc trong bất kỳ trường hợp nào.

Khi dùng máy phát xoay chiều thì rơle phụ không làm được nhiệm vụ trên. Vì thế
để khóa giữ máy khởi động ngưởi ta phải dùng thêm một rơle khóa hay rơle bảo vệ
khởi động.

Hình 2.11 Sơ đồ nối rơle khóa trong hệ thống khởi động CT212.
1- Máy phát xoay chiều; 2- Bộ điều chỉnh điện; 3- Bộ chỉnh lưu; 4- Lò xo;
5,14- Khung từ; 6- Cần tiếp điểm; 7- Các tiếp điểm; 8,12- Lõi thép; 9- Điện trở;
10- Đèn kiểm tra; 11- Các tiếp điểm của rơle khởi động; 13- Cuộn dây;
15- Công tắc máy khởi động; 16- Điện trở phụ; 17- Phần tử kiểm tra;
18- Bugi sấy nóng; 19- Máy khởi động; 20,21- Cuộn dây giữ và hút;
22- Cuộn kích thích của máy khởi động; 23- Acquy; 24- Rơle khóa.

Trang 22


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Rơle khóa gồm hai phần chính: Phần thứ nhất là rơle điện từ với hai cuộn dây O
và B quấn quanh trên lõi thép và cặp tiếp điểm thường đóng (7). Phần thứ hai là bộ
chỉnh lưu cầu bốn điod bán dẫn (3) để chỉnh lưu dòng xoay chiều từ hai dây pha của
máy phát điện cung cấp cho cuộn dây từ hóa chính O của rơle khóa.
Điện trở (9) được mắc nối tiếp với cuộn từ hóa phụ B để hạn chế dòng điện trong
mạch.
Khi muốn khởi động động cơ: Người lái bật khóa điện về vị trí khởi động, lúc đó
sẽ xuất hiện dòng điện chạy theo mạch: Cực (+) của acquy → Công tắc máy khởi động
(15) cực Cm → điểm N → Cuộn dây Wkđ (13) → điểm I → tiếp điểm (7) → khung từ
(5) → Mass → về cực (-) của acquy. Do đó tiếp điểm của rơle phụ đóng lại, đưa điện
vào các mạch của hệ thống khởi động để thực hiện khởi động động cơ.
Khi động cơ quay: Máy phát sẽ làm việc tạo nên dòng một chiều chạy qua cuộn
dây O có xu hướng hút tiếp điểm (7) của rơle khóa mở ra. Để loại trừ khả năng tác

động sớm của rơle khóa khi động cơ chưa đạt số vòng quay đủ lớn để có thể làm việc
tự lập được, cần phải khử lực điện từ của cuộn dây O trong giai đoạn này. Với mục
đích đó, trên lõi thép của rơle còn quấn cuộn dây B và đưa điện từ acquy vào cung cấp
cho nó theo mạch: Cực (+) acquy → công tắc máy khởi động (15) cực C m → điểm N
→ điện trở (9) → cuộn dây B → tiếp điểm (7) → khung từ (5) → Mass → cực (-) của
acquy.
Dòng chạy qua cuộn dây B có chiều ngược với dòng chạy qua cuộn dây O, nên
lực điện từ của chúng khử nhau vì thế đảm bảo cho các tiếp điểm (7) đóng chắc cho
đến khi đạt số vòng quay đủ lớn để có thể tự làm việc được. Lúc đó do thế hiệu của
máy phát tăng cao nên lực từ hóa của cuộn dây O đủ lớn để thắng được lực điện từ của
cuộn dây B và lực của lò xo, hút tiếp điểm (7) mở ra và khóa hệ thống khởi động lại.

Trang 23


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

Chương 3
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
3.1 Các thông số ban đầu
Bảng 3.1 – Bảng thông số ban đầu
TT
1
2
3
4
5

Tên gọi
Số xilanh của động cơ

Đường kính xilanh
Hành trình pittong
Tỉ số nén
Tốc độ quay nhỏ nhất khi khởi động

Ký hiệu
Z
D
S
ε

Thông số
3
86
86
9,5:1

nmin

65

Đơn vị
[-]
[mm]
[mm]
[-]
[vòng/phút
]

Một phần công suất của động cơ phải tiêu hao trong nội bộ động cơ, không được

truyền tới máy công tác. Phần công suất này dùng để khắc phục những trở lực bên
trong động cơ, phần công suất này được gọi là công suất tổn hao cơ giới N m. Để khởi
động được động cơ thì công suất của máy khởi động phải lớn hơn hoặc bằng công suất
tổn hao cơ giới Nm.
Công suất tổn hao cơ giới gồm:
- Nms: công suất tiêu hao do ma sát giữa các chi tiết trượt tương đối với nhau như
ma sát giữa séc măng và pittong với thành xilanh, ma sát trong cổ trục chính và
chốt khuỷu.
- Ndg: công suất tiêu hao cho ma sát giữa các chi tiết động cơ với không khí môi
trường (như chuyển động của thanh truyền, chuyển động quay của trục khuỷu,
bánh đà trong không khí).
- Ndđ: công suất dẫn động những cơ cấu và thiết bị phụ của động cơ.
- Nb: công suất tiêu hao cho các hành trình “bơm” trong chu trình, tức là tiêu hao
cho quét sạch khí thải và nạp đầy môi chất mới vào xilanh của động cơ 4 kì.

Trang 24


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG

- Nqk: công suất dẫn động bơm khí quét trong động cơ hai kì hoặc dẫn động máy
nén trong động cơ bốn kì tăng áp cơ giới.
⇒

Nm = Nms + Ndg + Ndđ + Nb + Nqk [W]

(3.1)

Mặt khác theo [4] ta có công suất chỉ thị của động cơ là:
⇒

Ni = N m + N e

[W]

(3.2)

Nm = Ni - Ne

[W]

(3.3)

Trong đó :
Ni

: Công suất chỉ thị của động cơ

Ne

: Công suất của đầu ra động cơ (công suất có ích)

3.2 Tính công suất chỉ thị của động cơ
Công suất chỉ thị động cơ được tính theo [4] :
Ni =

pi .Vh .i.n
30τ

(3.4)

Trong đó:
Nm [W]

: Công suất tổn hao cơ giới.

Vh [m3]

: Thể tích công tác của xilanh.

π.D 2
Vh =
.S
4

(3.5)

π.0,0862
.0,086
4
=
−3
= 0,5.10 [m3].

i

: Số xilanh của động cơ, theo đề i = 3.

n [v/ph]

: Số vòng quay nhỏ nhất để động cơ khởi động, theo đề n = 65 [v/ph].

τ

: Số kỳ của động cơ, theo đề τ = 4.

pi [N/m2] : Áp suất chỉ thị trung bình. Theo [4] thì áp suất chỉ thị trung bình tính
theo công thức sau:

pi = φd.pi’

(3.6)

Theo [4] thì φd là hiệu số hiệu chỉnh, φd = (0,92 ÷ 0,97). Ta chọn φd = 0,92.

Trang 25