Một số phương pháp khởi động động cơ đốt trong
- Thứ sáu - 31/03/2017 09:15
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Để động cơ đốt trong có thể làm việc ta phải tiến hành khởi động động cơ. Việc khởi động động cơ về bản chất là cung cấp mô men quay cho trục khuỷu từ bên ngoài để động cơ có thể thực hiện các quá trình hút, nén, nổ, xả. Sau đó, động cơ có thể tự duy trì các quá trình công tác của nó.
Hiện nay, phương pháp khởi động động cơ đốt trong tương đối đa dạng. Phụ thuộc vào kết cấu, kích thước, khả năng trang bị của hệ thống mà nhà sản xuất áp dụng các phương pháp khởi động khác nhau trên từng hệ thống.
1. Phương pháp khởi động sử dụng cần khởi động/tay quay khởi động.
Phương pháp này thường được sử dụng trên những động cơ cỡ nhỏ do nó yêu cầu về mô men để quay trục khuỷu không quá lớn. Mô men quay để khởi động được sinh ra bằng cách dùng chân/tay tác động vào cần/tay quay khởi động. Mô men quay này sẽ được truyền trực tiếp đến trục khuỷu hoặc bánh đà làm trục khuỷu quay giúp động cơ thực hiện được quá trình cháy giản nở sinh công. Khi tốc độ quay của động cơ đạt đến vòng quay tối thiểu ổn định thì nó tự duy trì được sự hoạt động. Quá trình khởi động kết thúc.
1. Phương pháp khởi động sử dụng cần khởi động/tay quay khởi động.
Phương pháp này thường được sử dụng trên những động cơ cỡ nhỏ do nó yêu cầu về mô men để quay trục khuỷu không quá lớn. Mô men quay để khởi động được sinh ra bằng cách dùng chân/tay tác động vào cần/tay quay khởi động. Mô men quay này sẽ được truyền trực tiếp đến trục khuỷu hoặc bánh đà làm trục khuỷu quay giúp động cơ thực hiện được quá trình cháy giản nở sinh công. Khi tốc độ quay của động cơ đạt đến vòng quay tối thiểu ổn định thì nó tự duy trì được sự hoạt động. Quá trình khởi động kết thúc.
Hình 1. Cần đạp khởi động trên xe máy
Hình 2. Khởi động động cơ dùng dây giật.
Thông thường hệ thống khởi động loại cần đạp/tay quay thường được sử dụng kết hợp với hệ thống khởi động điện để giúp người sử dụng có thể khởi động động cơ khi hệ thống khởi động điện gặp sự cố.
2. Phương pháp khởi động điện.
a. Khi khởi động động cơ.
b. Khi động cơ hoạt động (bình ắc quy được sạc).
Do không có sự ăn khớp của các bánh răng nên hệ thống này cho phép động cơ khởi động rất êm.
3. Phương pháp khởi động khí nén.
Trên một số động cơ đốt trong cỡ lớn và siêu lớn yêu cầu mô men quay khởi động lớn, việc trang bị động cơ điện sẽ không phù hợp do kích thước của động cơ điện khi đó sẽ rất lớn. Lúc này, người ta sử dụng khí nén có áp suất cao để khởi động động cơ.
a. Khởi động dùng tua bin khí nén.
Phương này về cơ bản là giống với phương pháp khởi động điện được trình bày ở trên. Trong đó động cơ điện 1 chiều sẽ được thay thế bằng một tua bin khí nén. Dòng khí được nén với áp suất cao sẽ thổi vào cánh tua bin làm tua bin quay kéo bánh đà và trục khuỷu động cơ quay theo giúp khởi động động cơ. So với kích thước của động cơ điện thì tua bin khí nén có kích thước nhỏ gọn hơn rất nhiều, trong khi đó vẫn đảm bảo cung cấp được mô men quay lớn để khởi động động cơ.
b. Khởi động dùng khí nén cấp trực tiếp vào buồng đốt động cơ.
Nguyên lý của phương pháp này là dùng năng lượng của khí nén thay thế cho quá trình cháy giãn nở trong xi lanh động cơ để làm cho pittông chuyển động. Do đó, khí nén phải được cung cấp vào buồng đốt động cơ ở đúng kỳ cháy giản nở. Phương pháp khởi động này thích hợp với động cơ có nhều xi lanh. Quy luật cung cấp khí nén trùng với thứ tự nổ của động cơ. Do động cơ có góc mở sớm của xu páp xả/cửa xả nên quá trình cung cấp khí nén vào động cơ phải kết thúc trước thời điểm xu páp xả/cửa xả mở.
Khi có tín hiệu khởi động từ người vận hành, cửa 1 và 2 sẽ thông với nhau. Khí nén được cấp tới van khởi động chính đẩy pit tông của van khởi động xuống thông cửa 3 và 4. Lúc đó, khí nén từ chai khí nén qua cửa 3, cửa 4 đến đầu vào của bộ chia gió. Tại đây bộ chia gió sẽ điều khiển để phân phối khí tới van khởi động trên nắp máy của máy có pit tông đang ở điểm chết trên và các xu páp đều đóng (đầu kỳ cháy giãn nở). Khí nén từ bộ chia khí nén đẩy con trượt đi xuống thông khoang 5 với buồng đốt động cơ. Khí nén áp suất cao từ chai khí nén túc trực sẵn ở khoang 5 sẽ vào xy lanh động cơ đẩy pit tông đi xuống làm trục khuỷu quay. Bộ chia gió sẽ lần lượt phân phối khí điều khiển đến các van khởi động trên nắp xy lanh còn lại theo thứ tự nổ của động cơ. Khí nén cũng lần lượt được cấp vào các xy lanh để đẩy pit tông động cơ chuyển động. Khi động cơ đạt vòng quay tối thiểu ổn định động cơ tự duy trì hoạt động, người vận hành sẽ kéo tay khởi động về vị trí Stop để ngắt tín hiệu khởi động, khí nén sẽ ngừng cấp vào các xy lanh kết thúc quá trình khởi động.
Bộ chia khí nén điều khiển được việc cấp khí nén vào đúng xy lanh đủ điều kiện là do có sự liên kết chuyển động của trục phân phối bên trong bộ chia gió với trục khuỷu của động cơ. Để đảm tại bất kỳ vị trí dừng nào của động cơ cũng có xi lanh đủ điều kiện để cấp khí nén khởi động thì với động cơ 4 kỳ phải có 6 xy lanh, với động cơ 2 kỳ là 4 xy lanh.
2. Phương pháp khởi động điện.
Hình 3. Nguyên lý khởi động điện
Trong phương pháp khởi động này, mô men làm quay trục khuỷu được tạo ra bởi một động cơ điện 1 chiều. Trục ra của động cơ điện này có gắn bánh răng và khi khởi động động cơ nó sẽ ăn khớp với vành răng trên bánh đà để kéo trục khuỷu quay theo. Phương pháp khởi động điện hiện nay được dùng rất phổ biến trên các động cơ ôtô, xe máy…. Trên một số dòng xe của hãng Honda, hệ thống khởi động điện còn được cải tiến kết hợp máy khởi động cùng với máy phát (bộ đề tích hợp ACG). Trong hệ thống này bộ máy phát/ máy khởi động được nối trực tiếp với trục khuỷu đảm bảo việc vừa phát điện vừa khởi động động cơ.Hình 4. Cấu tạo hệ thống máy phát/ máy khởi động tích hợp ACG
Hệ thống máy phát điện/ khởi động tạo ra một dòng điện tới cuộn dây stator khi động cơ khởi động có vai trò như một mô tơ. Sau khi động cơ được khởi động , hệ thống duy trì nó hoạt động như một máy phát điện. Hệ thống này bao gồm vô lăng điện, cuộn dây ba pha, bộ điều khiển động cơ ( ECM) để kiểm soát chức năng khởi động và chức năng phát điện.a. Khi khởi động động cơ.
| 1- ECM cấp nguồn cho cuộn dây Stato | 2 – Vô lăng điện và trục cơ quay |
Hình 5. Nguyên lý khi khởi động động cơ.
Khi nhấn nút khởi động động cơ, ECM sẽ cung cấp dòng điện tới cuộn dây stator, đo đó cuộn dây stator trở thành nam châm điện và sinh ra lực từ trường. Trên vô lăng điện được trang bị nam châm vĩnh cửu. Lực hút và lực đẩy phát sinh ra giữa hai cực của nam châm. Do đó lực này làm vô lăng quay cũng như trục cơ quay và khởi động động cơ. ECM sẽ tính toán và tối ưu hóa thời gian cung cấp dòng điện cho cuộn dây stator để từ hóa nó.b. Khi động cơ hoạt động (bình ắc quy được sạc).
| 1,2- Vô lăng điện và trục cơ quay | 3 – Stato sinh ra dòng điện cấp tới ECM |
Hình 6. Nguyên lý phát điện.
Sau khi động cơ được khởi động, trục khuỷu quay cùng vô lăng điện. Nam châm vĩnh cửu trên vô lăng điện sẽ làm phát sinh ra dòng điện khi từ trường của nó quét qua cuộn dây stator. Dòng điện ba pha được cung cấp cho tiết chế chỉnh lưu trong ECM sau đó được sạc cho bình ắc quy.Do không có sự ăn khớp của các bánh răng nên hệ thống này cho phép động cơ khởi động rất êm.
3. Phương pháp khởi động khí nén.
Trên một số động cơ đốt trong cỡ lớn và siêu lớn yêu cầu mô men quay khởi động lớn, việc trang bị động cơ điện sẽ không phù hợp do kích thước của động cơ điện khi đó sẽ rất lớn. Lúc này, người ta sử dụng khí nén có áp suất cao để khởi động động cơ.
a. Khởi động dùng tua bin khí nén.
Phương này về cơ bản là giống với phương pháp khởi động điện được trình bày ở trên. Trong đó động cơ điện 1 chiều sẽ được thay thế bằng một tua bin khí nén. Dòng khí được nén với áp suất cao sẽ thổi vào cánh tua bin làm tua bin quay kéo bánh đà và trục khuỷu động cơ quay theo giúp khởi động động cơ. So với kích thước của động cơ điện thì tua bin khí nén có kích thước nhỏ gọn hơn rất nhiều, trong khi đó vẫn đảm bảo cung cấp được mô men quay lớn để khởi động động cơ.
b. Khởi động dùng khí nén cấp trực tiếp vào buồng đốt động cơ.
Nguyên lý của phương pháp này là dùng năng lượng của khí nén thay thế cho quá trình cháy giãn nở trong xi lanh động cơ để làm cho pittông chuyển động. Do đó, khí nén phải được cung cấp vào buồng đốt động cơ ở đúng kỳ cháy giản nở. Phương pháp khởi động này thích hợp với động cơ có nhều xi lanh. Quy luật cung cấp khí nén trùng với thứ tự nổ của động cơ. Do động cơ có góc mở sớm của xu páp xả/cửa xả nên quá trình cung cấp khí nén vào động cơ phải kết thúc trước thời điểm xu páp xả/cửa xả mở.
Hình 7. Sơ đồ nguyên lý hệ thống khởi động bằng khí nén.
Hệ thống bao gồm các phần tử: Chai khí nén, tay khởi động, van khởi động chính, bộ chia khí nén, van khởi động trên nắp máy.Khi có tín hiệu khởi động từ người vận hành, cửa 1 và 2 sẽ thông với nhau. Khí nén được cấp tới van khởi động chính đẩy pit tông của van khởi động xuống thông cửa 3 và 4. Lúc đó, khí nén từ chai khí nén qua cửa 3, cửa 4 đến đầu vào của bộ chia gió. Tại đây bộ chia gió sẽ điều khiển để phân phối khí tới van khởi động trên nắp máy của máy có pit tông đang ở điểm chết trên và các xu páp đều đóng (đầu kỳ cháy giãn nở). Khí nén từ bộ chia khí nén đẩy con trượt đi xuống thông khoang 5 với buồng đốt động cơ. Khí nén áp suất cao từ chai khí nén túc trực sẵn ở khoang 5 sẽ vào xy lanh động cơ đẩy pit tông đi xuống làm trục khuỷu quay. Bộ chia gió sẽ lần lượt phân phối khí điều khiển đến các van khởi động trên nắp xy lanh còn lại theo thứ tự nổ của động cơ. Khí nén cũng lần lượt được cấp vào các xy lanh để đẩy pit tông động cơ chuyển động. Khi động cơ đạt vòng quay tối thiểu ổn định động cơ tự duy trì hoạt động, người vận hành sẽ kéo tay khởi động về vị trí Stop để ngắt tín hiệu khởi động, khí nén sẽ ngừng cấp vào các xy lanh kết thúc quá trình khởi động.
Bộ chia khí nén điều khiển được việc cấp khí nén vào đúng xy lanh đủ điều kiện là do có sự liên kết chuyển động của trục phân phối bên trong bộ chia gió với trục khuỷu của động cơ. Để đảm tại bất kỳ vị trí dừng nào của động cơ cũng có xi lanh đủ điều kiện để cấp khí nén khởi động thì với động cơ 4 kỳ phải có 6 xy lanh, với động cơ 2 kỳ là 4 xy lanh.