Hệ thống khởi động trên ô tô giúp xe khởi động và làm quay động cơ. Bạn có bao giờ tò mò về quá trình này diễn ra như thế nào không? Bài viết này sẽ giúp bạn khám phá chi tiết về hệ thống này. Cùng tìm hiểu ngay nhé!
Hệ thống khởi động xe ô tô là gì?
Động cơ đốt trong không thể tự hoạt động mà luôn cần sự hỗ trợ từ bên ngoài. Chính vì thế, hệ thống khởi động trên ô tô được phát triển và đảm nhiệm vai trò quan trọng giúp xe khởi động và vận hành. Hệ thống khởi động, hay còn gọi là thiết bị khởi động (starter), là thành phần thiết yếu giúp động cơ đốt trong có thể bắt đầu hoạt động.
Hệ thống này hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng hóa học được lưu trữ trong pin thành điện năng và sau đó thành cơ năng trong động cơ.
Khi khởi động động cơ đốt trong, trục khuỷu phải quay với tốc độ nhất định (trong trường hợp động cơ xăng là từ 50 – 100 vòng/phút) trong một số lần bắn cho đến khi động cơ đạt công suất. Điều này chứng minh rằng hệ thống khởi động đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc giúp xe có thể di chuyển một cách mượt mà.
Cấu tạo của hệ thống khởi động trên ô tô
Hệ thống khởi động của ô tô được cấu tạo bởi 6 thành phần chính: pin/ắc quy, công tắc đánh lửa, rơ le khởi động, công tắc an toàn khởi động, động cơ khởi động, và cáp pin.
Mỗi bộ phận thực hiện một nhiệm vụ riêng biệt, nhưng khi chúng hoạt động phối hợp, sẽ tạo thành một hệ thống khởi động hoàn chỉnh và hiệu quả.
Pin/Ắc quy ô tô
Pin hay còn gọi là ắc quy, đây là nguồn năng lượng chủ yếu trong hệ thống khởi động ô tô. Nó lưu trữ năng lượng dưới dạng hóa học và chuyển đổi thành dòng điện để cung cấp cho các bộ phận khác như công tắc đánh lửa và động cơ khởi động.
Hiện nay, có hai loại ắc quy phổ biến là ắc quy khô và ắc quy nước. Việc lựa chọn loại ắc quy phù hợp phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng cũng như điều kiện vận hành của xe.
Ắc quy không chỉ đơn thuần là cung cấp năng lượng để khởi động xe mà còn có vai trò duy trì điện năng cho các hệ thống khác của xe trong suốt quá trình hoạt động. Đây là một bộ phận cần được bảo trì thường xuyên để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ lâu dài.
Công tắc đánh lửa
Công tắc đánh lửa là bộ phận chịu trách nhiệm phân phối dòng điện từ ắc quy đến các bộ phận khác trong hệ thống khởi động. Nó được thiết kế với nhiều vị trí khác nhau, mỗi vị trí lại có chức năng riêng biệt:
- Khóa: Đây là vị trí mà chìa khóa được cắm vào nhưng chưa xoay để khởi động. Lúc này, tất cả các mạch điện trong xe đều tắt và vô lăng bị khóa.
- Tắt: Tại vị trí này, tất cả các mạch điện đều tắt nhưng vô lăng vẫn có thể xoay được.
- Chạy: Khi chìa khóa ở vị trí này, động cơ đã khởi động và các bộ phận khác như đèn và hệ thống điều hòa bắt đầu hoạt động, tuy nhiên mạch khởi động sẽ không nhận dòng điện nữa.
- Phụ kiện: Dòng điện được cung cấp cho các thiết bị phụ trợ như radio hay bật lửa, nhưng không cho hệ thống khởi động.
- Khởi động: Vị trí này cung cấp điện cho hệ thống khởi động, đồng thời ngắt nguồn điện khỏi các phụ kiện khác để tập trung vào việc khởi động động cơ.
Rơ le khởi động
Rơ le khởi động đóng vai trò điều khiển dòng điện lớn lên đến 250A để kích hoạt động cơ. Nguyên tắc hoạt động của rơ le khá đơn giản: sử dụng một lượng điện nhỏ để kiểm soát dòng điện lớn hơn. Đây là một thành phần thiết yếu để đảm bảo rằng hệ thống khởi động nhận đủ dòng điện cần thiết mà không gây hỏng hóc cho các bộ phận khác. Rơ le giúp tối ưu hóa dòng điện, đảm bảo rằng năng lượng được sử dụng một cách hiệu quả và an toàn.
Công tắc an toàn khởi động
Công tắc an toàn khởi động được thiết kế để ngăn chặn tình trạng khởi động xe ở chế độ số, điều này có thể khiến xe di chuyển đột ngột về phía trước hoặc sau, gây nguy hiểm cho người lái và những phương tiện xung quanh. Tùy vào loại hộp số, công tắc an toàn có thể khác nhau:
- Hộp số sàn (hộp số tay): Cần có công tắc an toàn trên bàn đạp ly hợp.
- Hộp số tự động: Được trang bị công tắc vị trí trung tính và công tắc đỗ xe.
Động cơ khởi động
Động cơ khởi động là bộ phận chủ đạo trong hệ thống khởi động ô tô, giúp chuyển đổi điện năng thành cơ năng để tạo ra momen xoắn cần thiết, làm quay bánh đà của động cơ.
Bộ phận này bao gồm nhiều thành phần như bộ điện từ, cụm động cơ khởi động với các bộ phận như cổ góp, chổi than, và bánh răng trụ. Sự kết hợp này giúp động cơ có đủ lực để khởi động và duy trì hoạt động ban đầu cho đến khi động cơ chính có thể tự duy trì.
Cáp pin
Cáp pin, hay còn được gọi là cáp ắc quy, là một dây dẫn điện có đường kính lớn được cấu tạo từ nhiều sợi dây nhỏ bên trong. Nó chịu trách nhiệm truyền tải dòng điện có cường độ lớn từ ắc quy đến động cơ khởi động.
Tuy nhiên, qua thời gian, cáp pin có thể bị ăn mòn hoặc oxy hóa, làm giảm hiệu suất khởi động của xe. Vì vậy, việc kiểm tra định kỳ và thay mới cáp pin khi cần là điều cần thiết để đảm bảo quá trình khởi động diễn ra suôn sẻ.
Các loại máy khởi động ô tô
Hiện nay, có rất nhiều loại hệ thống khởi động khác nhau tùy theo từng dòng xe và mục đích sử dụng của chúng. Mỗi loại hệ thống khởi động được thiết kế với những đặc điểm riêng biệt, phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật và tính năng của từng loại phương tiện.
Hệ thống khởi động giảm tốc
Điểm đặc trưng của hệ thống này là sử dụng motor khởi động với tốc độ cao nhưng không có mô-men xoắn lớn. Điều này dẫn đến việc cần phải tạo ra đủ mô-men để có thể khởi động động cơ.
Để đạt được điều đó, hệ thống khởi động giảm tốc sẽ sử dụng một bánh răng trung gian giữa bánh răng của motor và bánh răng Bendix, có tác dụng giảm tốc độ quay và đồng thời tăng mô-men xoắn cần thiết cho quá trình khởi động.
Khi người lái xe kích hoạt hệ thống khởi động, điện sẽ được cung cấp cho motor tốc độ cao. Bánh răng Bendix lúc này sẽ di chuyển lên và khớp với bánh răng trên bánh đà của động cơ. Motor bắt đầu quay, bánh đà cũng bắt đầu chuyển động, từ đó khởi động động cơ.
Khi động cơ đã hoạt động ổn định và không cần hệ thống khởi động nữa, công tắc từ và motor sẽ tự động ngắt điện, bánh răng Bendix sẽ trở về vị trí ban đầu. Quá trình này diễn ra nhanh chóng và hiệu quả, giúp tiết kiệm năng lượng trong suốt quá trình khởi động xe.
Hệ thống khởi động với máy khởi động loại bánh răng hành tinh
Hệ thống khởi động loại bánh răng hành tinh sử dụng bộ truyền hành tinh để giảm tốc độ quay của motor, điều này giúp tăng cường mô-men xoắn và tối ưu hóa hiệu suất khởi động.
Khi hệ thống này được kích hoạt, điện sẽ cấp cho công tắc, làm công tắc bị hút xuống. Đồng thời, cần dẫn động cũng được kích hoạt, di chuyển bánh răng đến vị trí khớp với vành răng trên bánh đà.
Khi bánh răng đã khớp với vành răng, motor sẽ bắt đầu quay theo chuyển động của bánh đà, giúp động cơ khởi động. Sau khi động cơ đã khởi động, công tắc sẽ từ từ quay về vị trí ban đầu và motor cũng dừng hoạt động.
Quá trình này đảm bảo độ chính xác cao trong việc điều khiển tốc độ quay của động cơ và giúp kéo dài tuổi thọ của các bộ phận trong hệ thống khởi động.
Máy khởi động PS (Mô tơ giảm tốc hành tinh – roto thanh dẫn)
Máy khởi động PS có cách hoạt động tương tự như hệ thống khởi động loại bánh răng hành tinh, nhưng với một số cải tiến đáng chú ý. Hệ thống này được trang bị các nam châm vĩnh cửu, được đặt bên trong cuộn cảm, giúp tăng cường khả năng tạo ra từ trường mạnh mẽ và ổn định trong suốt quá trình khởi động.
Điểm nổi bật của máy khởi động PS là việc sử dụng các nam châm vĩnh cửu giúp hệ thống hoạt động bền bỉ hơn và tiết kiệm năng lượng hơn so với các loại hệ thống khởi động truyền thống. Điều này giúp cải thiện hiệu suất, giảm thiểu hao mòn của các bộ phận cơ khí trong hệ thống, từ đó kéo dài tuổi thọ của máy khởi động và động cơ.
Cách hoạt động của hệ thống khởi động trên xe ô tô
Động cơ đốt trong, trái tim của hầu hết các phương tiện giao thông, không thể tự khởi động. Nó cần một lực đẩy ban đầu để quay các piston và tạo ra vụ nổ đầu tiên. Hệ thống khởi động chính là cầu nối cung cấp lực đẩy đó.
Để tránh quá tải cho hệ thống điện và đảm bảo dòng điện được truyền đi ổn định, hệ thống khởi động được chia thành hai mạch chính:
- Mạch điều khiển khởi động: Đây là mạch thần kinh trung ương, điều khiển quá trình khởi động. Khi bạn vặn chìa khóa, mạch điều khiển sẽ gửi tín hiệu đến một rơ le điện từ. Rơ le này hoạt động như một công tắc khổng lồ, đóng mạch điện và cho phép dòng điện mạnh mẽ chảy qua mạch động cơ.
- Mạch động cơ khởi động: Đây là mạch cơ bắp, cung cấp năng lượng trực tiếp cho động cơ khởi động. Động cơ khởi động, về bản chất là một động cơ điện mạnh mẽ, sẽ quay với tốc độ cao và kết nối với bánh đà của động cơ. Khi bánh đà đạt đủ tốc độ, động cơ đốt trong sẽ bắt đầu tự hoạt động và hệ thống khởi động sẽ tự động ngắt kết nối.
Quá trình khởi động chi tiết:
- Vặn chìa khóa: Khi bạn vặn chìa khóa sang vị trí khởi động, mạch điều khiển được kích hoạt.
- Rơ le hoạt động: Rơ le điện từ đóng lại, tạo thành một đường dẫn điện cho dòng điện cường độ lớn.
- Động cơ khởi động quay: Dòng điện mạnh mẽ chạy qua động cơ khởi động, khiến nó quay với tốc độ cao.
- Kết nối với bánh đà: Răng của động cơ khởi động ăn khớp với bánh đà, truyền momen xoắn để quay bánh đà.
- Động cơ nổ máy: Khi bánh đà đạt đủ tốc độ, hỗn hợp nhiên liệu trong xi lanh bị nén và đốt cháy, tạo ra lực đẩy piston và khởi động động cơ.
- Ngắt kết nối: Khi động cơ bắt đầu tự hoạt động, một cơ chế tự động sẽ ngắt kết nối giữa động cơ khởi động và bánh đà, đảm bảo động cơ khởi động không bị quá tải.
Hệ thống khởi động là một trong những hệ thống quan trọng nhất trên ô tô. Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của nó không chỉ giúp bạn sử dụng xe một cách hiệu quả mà còn giúp bạn phát hiện và khắc phục các sự cố một cách nhanh chóng.
