( ) - Lượt xem: 1169

Tổng quan cấu tạo và nguyên lý hoạt động của điện ô tô

Hệ thống điện ô tô gồm 5 bộ phận chính: ắc quy, máy phát điện, máy khởi động (máy đề), dây điện và hộp cầu chì. Vậy nguyên lý hoạt động chung của cả hệ thống điện này là gì? Cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận thuộc hệ thống điện này như thế nào?

1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động tổng quát của hệ thống điện ô tô

1.1. Cấu tạo

Hệ thống điện ô tô gồm 5 bộ phận chính:

Ắc quy

Máy phát điện

Máy khởi động

Dây diện

Rơ le và cầu chì (hộp cầu chì)

Trong những phần tiếp theo Hà Thành Garage sẽ đi sâu vào cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận hệ thống điện.

1.2. Nguyên lý hoạt động

Về tổng quát, hệ thống điện ô tô hoạt động theo nguyên lý sau:

Khi vặn chìa khóa xe để khởi động động cơ, năng lượng từ ắc-quy sẽ được thay thế bằng năng lượng từ máy phát điện. 

Điện từ bình ắc quy đi vào hệ thống đánh lửa điện tử trên ô tô, là nơi điện cao áp sẽ tạo ra tia lửa điện ở bugi.

Nếu ắc quy hết điện, máy phát điện sẽ sử dụng sức mạnh động cơ, chuyển đổi động năng thành điện năng và chuyển nó vào ắc-quy.

Khi hệ thống điện kích điện thành công, nguồn điện sẽ được cung cấp cho tất cả các thiết bị tiêu thụ điện trên xe như đèn pha, gạt nước, cửa sổ điện, điều hòa không khí và hệ thống cảm biến, các thiết bị giải trí…

Dưới đây là cấu tạo, phân loại, chức năng và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận thuộc hệ thống điện của ô tô.

2. Ắc quy 

Ắc quy ô tô có cấu tạo gồm 5 thành phần cơ bản: Cực dương, cực âm, dung dịch điện ly, màng chắn và vỏ bình.

Cực âm và cực dương là hai cực oxy hóa khử. Trong đó, cực dương có khả năng oxy hóa khử lớn hơn, cực âm có khả năng oxy hóa khử nhỏ hơn.

Dung dịch điện ly được đổ đầy làm trung gian tiếp xúc gián tiếp cho hai cực, đóng vai trò cung cấp và vận chuyển các ion trong quá trình phản ứng xảy ra trong ắc quy.

Ở giữa hai bản cực là các màng chắn có tính chất cách điện và cho phép các ion thẩm thấu trao đổi qua lại giữa hai cực.

2.2. Phân loại

Hiện nay, trên thị trường phổ biến 2 loại ắc quy chính là ắc quy nước và ắc quy khô:

Ắc quy khô

Ắc quy khô là loại ắc quy có cấu tạo khép kín.

Ắc quy khô có ưu điểm độ bền cao, tuổi thọ lâu dài, khả năng phục hồi điện nhanh chóng, an toàn, sạch sẽ, không phải thay nước định kỳ.

Tuy nhiên, lại có nhược điểm là có thể hết điện đột ngột khiến xe chết máy, xe đề khó nổ hoặc không thể khởi động máy giữa chừng. Bên cạnh đó, giá ắc quy khô cũng khá đắt.

Ắc quy nước

Ắc quy nước là loại ắc quy có sử dụng chất lỏng bên trong kết hợp với lá chì và kim loại xen kẽ nhau.

Ưu điểm của ắc quy nước là dòng điện khỏe hơn so với ắc quy khô, khi không sử dụng trong thời gian dài vẫn có thể hồi điện, có cấu tạo đơn giản, dễ dàng tháo lắp, giá thành đồng thời cũng rẻ hơn so với ắc quy khô.

Tuy nhiên, ắc quy nước có nhược điểm cần nạp điện định kỳ, dung dịch axit bên trong có tính ăn mòn cao, dễ gây gỉ sét, có mùi khó chịu và tuổi thọ thấp hơn so với ắc quy khô.

2.3. Chức năng 

Ắc quy được ví như nguồn cung cấp điện cho cả hệ thống điện của xe:

Khi xe vận hành, ắc quy có chức năng lưu trữ nguồn điện được sản sinh ra từ quá trình này.

Khi máy phát điện chưa hoạt động hoặc vòng tua máy chưa đạt đến tốc độ quy định  vòng thì ắc quy giữ vai trò cung cấp lại nguồn năng lượng cho phép xe khởi động.

Bên cạnh đó, ắc quy cũng giúp duy trì hoạt động của các thiết bị tiêu thụ điện. Khi các thiết bị điện sử dụng dòng điện vượt quá dòng định mức của máy phát điện thì ắc quy cũng có vai trò cung cấp thêm điện năng hỗ trợ phần điện sử dụng quá định mức đó.

3. Máy khởi động

3.1. Cấu tạo

Máy khởi động trong hệ thống điện ô tô (hay còn được gọi là củ đề) được cấu tạo gồm 2 bộ phận chính:

1 cuộn cảm màu đỏ

1 động cơ điện màu xanh

Ngoài ra, còn một số bộ phận khác như: Lớp vỏ máy vận hành, motor, cần chuyển động, công tắc từ, bánh răng.

3.2. Phân loại

Máy khởi động có 3 loại chính: Máy khởi động giảm tốc, máy khởi động đồng trục và máy khởi động loại bánh răng hành tinh. 

3.3. Chức năng

Chức năng chính của máy khởi động là làm quay trục khuỷu động cơ để khởi động động cơ thông qua vành bánh răng bằng việc quay trục.

3.4. Nguyên lý hoạt động

Khi quay chìa khóa khởi động động cơ, máy khởi động nhận dòng điện của ắc quy thông qua công tắc khoá điện. Khi này, điện từ ắc quy chạy qua cuộn cảm, chúng tạo ra từ trường, cho phép dòng điện 300A (dòng điện cần thiết cho củ đề được cung cấp bởi ắc quy) chạy qua và làm quay động cơ, làm di chuyển thanh chạc và đẩy bánh răng ra tiếp xúc với bánh đà, giúp động cơ khởi động.

Tùy theo cấu trúc và tình trạng hoạt động của động cơ, tốc độ quay tối thiểu để khởi động động cơ sẽ khác nhau. Thông thường động cơ xăng có tốc độ 40 - 60 vòng/ phút và động cơ diesel có tốc độ rơi vào khoảng 80 - 100 vòng/ phút.

4. Máy phát điện

4.1. Cấu tạo

Máy phát điện ô tô có cấu tạo gồm 4 bộ phận: 

Bộ phận phát điện

Chỉnh lưu

Hiệu chỉnh điện áp

Một tiết chế vi mạch nhỏ gắn trên thân máy

4.2. Chức năng

Máy phát điện có chức năng tạo ra dòng điện cho ắc quy và các thiết bị tiêu thụ điện khác. Nói tóm gọn, nếu như ắc quy được ví như nguồn điện cho cả hệ thống điện của ô tô, thì máy phát điện là “lò nguyên nhiên liệu” tạo ra năng lượng cho nguồn điện trong ắc quy đó.

4.3. Nguyên lý hoạt động

Máy phát điện hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Máy phát điện được dẫn động thông qua dây đai từ trục khuỷu động cơ làm quay nam châm điện, tạo ra từ trường tác động lên dây quấn trong Stato để phát sinh điện.

5. Dây điện

5.1. Cấu tạo, phân loại

Mỗi dòng xe và hãng xe khác nhau thì hệ thống dây điện sẽ khác nhau. Bên cạnh đó, dây điện ở những những bộ phận đảm nhiệm những chức năng khác nhau trong ô tô cũng được thiết kế màu sắc khác nhau nhằm phân biệt dễ dàng trong quá trình kiểm tra và sửa chữa.

5.2. Chức năng

Dây điện có chức năng kết nối và truyền tải dòng điện từ ắc quy đến các thiết bị khác nhau trong hệ thống điện trên ô tô.

5.3. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của dây điện trong hệ thống điện ô tô gắn liền với nguyên lý hoạt động của máy khởi động ô tô.

6. Rơ-le và cầu chì

6.1. Cấu tạo

Mỗi chiếc xe thường có 2 hộp cầu chì chính:

Hộp cầu chì động cơ: Nằm ngoài khoang động cơ, dưới nắp ca pô và gần ắc quy chính của xe.

Hộp cầu chì body: Nằm dưới taplo xe, có tên gọi là hộp cầu chì điện thân xe.

6.2. Chức năng

Rơ-le và cầu chì thường được bố trí thành một cụm trên xe và được gọi là hộp cầu chì.

Chức năng của rơ-le và cầu chì là bảo vệ hệ thống điện của ô tô. Cả hai bộ phận này đều có chức năng đóng ngắt mạch điều khiển điện:

Rơ-le giúp bảo vệ và điều khiển hoạt động của mạch điện động lực.

Cầu chì giúp bảo vệ hệ thống điện khi đường dây hoạt động quá tải do một bộ phận nào đó xảy ra sự cố hoạt hoạt động quá tải.

6.3. Nguyên lý hoạt động

Cầu chì hoạt động dựa trên nguyên lý đốt nóng khi có dòng điện chạy qua dây dẫn:

Khi mạch làm việc bình thường, dòng điện định mức chạy qua cầu chì ở ngưỡng cho phép, nhiệt lượng sinh ra khi dòng điện chạy qua cầu chì sẽ tỏa ra môi trường mà không gây nóng chảy. Việc thiết lập cân bằng nhiệt sẽ không gây lão hóa hoặc hư hỏng phần tử cầu chì.

Khi xảy ra ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch lớn hơn dòng điện định mức, sự cân bằng trên cầu chì bị phá vỡ và nhiệt trên cầu chì tăng lên do dòng điện chạy qua quá lớn. Phần tử ngắn mạch của cầu chì bị nóng chảy do nhiệt độ làm đứt mạch ở hai đầu cầu chì.

Đó chính là cơ chế bảo vệ hệ thống điện của cầu chì. Cũng tương đối giống nguyên lý hoạt động của cầu chì trong hệ thống điện trong gia đình.

7. Kết luận

Trên đây là cấu tạo và nguyên lý hoạt động tổng quát và của từng bộ phận thuộc hệ thống điện ô tô bao gồm: Ắc quy, máy phát điện, máy khởi động (máy đề), dây điện, rơ le và cầu chì.

Hệ thống điện là một trong những hệ thống quan trọng bậc nhất trên xe. Vì vậy quý khách nên quan tâm và kịp thời phát hiện những vấn đề, hỏng hóc của hệ thống này và ngay lập tức sửa chữa, tránh để lâu ngày khiến hiệu quả vận hành xe không cao.