Được ví như “hệ thần kinh” của xe, hệ thống điện trên xe ô tô can thiệp vào gần như toàn bộ quá trình hoạt động của các thiết bị trên xe. Cùng tìm hiểu tường tận về cấu trúc và các chức năng của hệ thống điện trên ô tô trong bài viết dưới đây.
Nội dung chính
Cấu tạo hệ thống điện ô tô
Hệ thống điện trên ô tô gồm 6 bộ phận chính là: Ắc quy, máy khởi động, máy phát điện, hệ thống đánh lửa, relay, dây điện và cầu chì. Mỗi bộ phận sẽ đảm nhiệm một vai trò khác nhau, cùng phối hợp để đảm bảo sự hoạt động trơn tru, hiệu quả nhất.
1. Máy phát điện
Máy phát điện có chức năng tạo ra dòng điện, cung cấp cho ắc quy và toàn bộ hệ thống, thiết bị điện trên xe. Máy phát điện có 3 nhiệm vụ chính là: Phát điện, biến dòng điện xoay chiều thành một chiều, chỉnh điện áp đầu ra. Tương ứng với các chức năng, máy phát điện cũng có 3 bộ phận chính là: Phát điện, chỉnh lưu và hiệu chỉnh điện áp.
Máy phát điện hoạt động trên nguyên lý cảm ứng điện từ, được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ. Khi động cơ hoạt động, trục khuỷu quay sẽ dẫn động nam châm điện trong máy phát quay theo. Từ đó tạo ra từ trường tác động lên cuộn dây ứng điện bên trong stator, phát sinh ra dòng điện.
2. Ắc quy
Ắc quy (accu) có chức năng tích trữ nguồn điện dư thừa từ máy phát điện và cung cấp năng lượng ban đầu, giúp xe khởi động. Ngoài ra, ắc quy còn hỗ trợ cấp điện cho một số thiết bị trong trường hợp sử dụng dòng vượt quá dòng định mức cho phép của máy phát.
Với điều kiện hoạt động lý tưởng, tuổi thọ trung bình của ắc quy ô tô sẽ ở mức 100.000 km hoặc từ 4 - 5 năm. Tuy nhiên, khi sử dụng thực tế, tuổi thọ ắc quy thường chỉ kéo dài từ 2 - 4 năm, tùy vào thói quen sử dụng xe, chế độ bảo dưỡng và nhiệt độ.
3. Máy khởi động
Máy khởi động (còn gọi là máy đề, bộ đề hay củ đề) có tác dụng làm quay trục khuỷu động cơ để khởi động động cơ ô tô. Bởi để cho động cơ khởi động thì trục khuỷu phải quay đến một tốc độ nhất định.
Cấu tạo máy khởi động ô tô gồm có một motor điện một chiều. Khi khởi động xe, ắc quy sẽ cấp điện, motor hoạt động làm quay trục khuỷu động cơ. Thông thường, để nổ máy xe, trục khuỷu phải quay từ 40 - 60 vòng/phút với xe máy xăng và 80 - 100 vòng/phút đối với xe máy dầu.
4. Hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa bao gồm công tắc đánh lửa, bugi và cuộn dây đánh lửa. Nó hoạt động cùng nhau để đốt cháy nhiên liệu trong xi-lanh của động cơ, cung cấp năng lượng cho xe.
5. Dây điện
Dây điện có chức năng kết nối và truyền tải dòng điện từ các thiết bị điện khác nhau. Tùy từng dòng xe, hệ thống dây điện sẽ được kí hiệu bởi các màu sắc phân biệt khác nhau, để dễ dàng nhận diện khi sửa chữa.
6. Relay và cầu chì
Đây là 2 chi tiết đều có tác dụng bảo vệ hệ thống điện trên xe, thường được bố trí tập trung với nhau thành một cụm, nằm trong hộp cầu chì.
Relay (rơ - le) là một loại công tắc giúp tự động đóng ngắt mạch điện điều khiển, điều khiển hoạt động của mạch điện động lực. Còn cầu chì có nhiệm vụ tự động đóng ngắt dòng điện trên hệ thống dây dẫn, khi xảy ra hiện tượng quá dòng.
Đa phần trên ô tô sẽ có hai hộp cầu chì, một là cầu trì động cơ nằm ở bên dưới nắp capo, gần ắc quy xe, hai là hộp cầu chì điện thân xe nằm ở dưới taplo xe, trong khoang nội thất.
Cách thức hoạt động của hệ thống điện trên ô tô
Nguồn năng lượng chính của hệ thống điện là ắc quy, được sạc bằng máy phát điện trong khi động cơ đang chạy. Trước khi tìm hiểu về các hệ thống điện trên ô tô, chúng ta cùng tìm hiểu sơ qua, về cách thức hoạt động của hệ thống điện.
Khi bạn khởi động xe, động cơ khởi động của ô tô sẽ lấy dòng điện từ ắc quy, và sử dụng dòng điện đó để khởi động động cơ. Khi động cơ bắt đầu chạy, máy phát điện sẽ tiếp quản và bắt đầu tạo ra điện để cung cấp năng lượng cho hệ thống điện của ô tô, đồng thời sạc lại pin.
Máy phát điện được điều khiển bởi một dây đai nối với trục khuỷu của động cơ. Khi động cơ quay, roto của máy phát điện (là một nam châm) quay bên trong một tập hợp các cuộn dây stato (là các dây cuộn).
Từ đó, tạo ra một từ trường, tạo ra dòng điện trong cuộn dây stato. Dòng điện này sau đó được chuyển đổi từ AC (dòng điện xoay chiều) thành DC (dòng điện một chiều) bằng điốt chỉnh lưu của máy phát điện.
Dòng điện một chiều do máy phát điện tạo ra sau đó được sử dụng để cấp nguồn cho hệ thống điện của ô tô và sạc lại ắc quy. Máy phát điện điều chỉnh điện áp của hệ thống điện đến một mức đã đặt, thường là khoảng 14 V, để đảm bảo rằng ắc quy luôn hoạt động bình thường, được sạc và hệ thống điện đang nhận đúng lượng điện năng.
Vì vậy, tóm lại, ắc quy cung cấp năng lượng ban đầu để khởi động ô tô, trong khi máy phát điện tạo ra điện để cung cấp năng lượng cho hệ thống điện của ô tô và sạc lại ắc quy khi động cơ đang chạy.
Các hệ thống điện - điện tử trên ô tô
Dưới đây là 8 hệ thống điện - điện tử phổ biến trên ô tô.
1. Hệ thống điều khiển trung tâm
ECU (Electronic Control Unit) là hệ thống điều khiển điện tử trung tâm của xe ô tô, hoạt động như một hệ điều hành. Nó thực hiện xử lý các tín hiệu đầu vào từ cảm biến và truyền tín hiệu điều khiển các bộ phận đầu ra.
Nó có khả năng kiểm soát toàn bộ hoạt động, can thiệp vào gần như toàn bộ hệ thống trên xe. ECU điều khiển các hoạt động như: Đánh lửa sớm bằng điện tử, hệ thống phun xăng điện tử, điều chỉnh hỗn hợp xăng - gió, cảm biến khí thải,...
Bộ nhớ của ECU bao gồm 4 bộ phận là ROM, RAM, EEPROM và Flash Memory. Bên cạnh đó, bộ điều khiển trung tâm còn được trang bị 1 bộ vi xử lý có thể tiếp cận nhiều thông tin từ các tín hiệu khác nhau. Đường truyền BUS của ECU được sử dụng để truyền phát đi tín hiệu tới các bộ phận khác của xe.
2. Hệ thống thông tin
Hệ thống thông tin giúp cung cấp các thông số về vận hành, thông báo, cảnh báo tình trạng hoạt động của xe. Hệ thống này hiển thị qua cụm đồng hồ sau vô lăng, bao gồm các thông tin như: Tốc độ xe, vòng tua máy, nhiệt độ nước làm mát, áp suất dầu, mức nhiên liệu,...
3. Hệ thống đèn
Hệ thống chiếu sáng bao gồm: đèn pha, đèn hậu, đèn phanh, xi nhan và đèn nội thất. Nó có tác dụng chiếu sáng, phát tín hiệu và thông báo cho các phương tiện xung quanh nhận diện được dự định chuyển hướng, xin đường, hay chuyển làn của chủ xe.
4. Hệ thống điều hòa
Hệ thống điều hòa hay còn gọi là hệ thống điện lạnh ô tô, nó giúp duy trì nhiệt độ thoải mái, hút ẩm để loại bỏ hơi nước và sương mù đọng lại mặt trong kính xe.
Được cấu tạo bởi các bộ phận như máy nén, dàn nóng, quạt thông gió dàn nóng, bộ lọc khô, dàn lạnh, quạt gió dàn lạnh và van tiết lưu. Hệ thống điều hòa hoạt động với nguyên lý máy nén, hút chất làm lạnh ở thể khí và nén lại dưới áp suất cao.
Sau khi nhiệt độ chất làm lạnh tăng lên do bị nén, các môi chất lạnh sẽ được đẩy sang dàn nóng, hóa thành thể lỏng. Các môi chất lạnh ở thể lỏng tiếp đó lại được chuyển qua van tiết lưu để hóa hơi, sau đó chuyển về dàn lạnh. Lúc này các hơi lạnh sẽ được quạt gió dàn lạnh thổi ra, giúp khoang cabin mát mẻ.
5. Hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động trên ô tô có nhiệm vụ làm quay trục khuỷu thông qua vành răng, để khởi động động cơ đốt trong. Thông thường, trong máy khởi động, người ta thường sử dụng động cơ điện một chiều.
Nhờ việc tạo ra lực điện trong các cuộn giữ và cuộn hút, các lõi cực sẽ bị từ hóa, làm piston của công tắc từ bị hút vào lõi cực của nam châm điện. Khi đó, bánh răng của máy khởi động, khớp với bánh răng của bánh đà, làm đĩa tiếp xúc, bật công tắc chính.
Sau khi công tắc bật lên, cuộn dây phần cứng quay với tốc độ cao, giúp động cơ khởi động. Và khi khóa điện xoay từ vị trí START sang ON, dòng điện qua cuộn hút bị đổi chiều, lực điện từ của cuộn hút và cuộn giữ nhiệt triệt tiêu nhau, khiến piston bị đẩy trở lại, làm tắt công tắc chính, hệ thống khởi động ngừng lại.
6. Hệ thống an toàn
Hệ thống an toàn trong ô tô bao gồm các tính năng như: Túi khí, dây an toàn, chống bó cứng phanh, kiểm soát ổn định điện tử và hệ thống hỗ trợ người lái tiên tiến (ADAS). Chúng được thiết kế để giúp bảo vệ người ngồi trên xe và ngăn ngừa rủi ro khi va chạm.
7. Hệ thống điều khiển chạy tự động
Hệ thống điều khiển chạy tự động Cruise Control giúp giữ ga xe bằng việc tự động điều chỉnh góc mở bướm ga, để xe chạy theo tốc đã đã được cài đặt từ trước. Xe sẽ tự động duy trì tốc độ được ấn định, người lái không cần nhấn bàn đạp ga.
8. Hệ thống nạp điện
Hệ thống nạp điện trên ô tô tạo ra các nguồn điện, cung cấp cho động cơ trong quá trình khởi động. Ngoài ra, hệ thống nạp điện còn cung cấp điện cho tất cả các thiết bị điện và ắc quy. Hệ thống bao gồm máy phát điện, ắc quy, tiết chế, đèn báo sạc và công tắc máy. Hoạt động với nguyên lý tạo ra dòng điện từ cuộn dây và nam châm.
Số vòng quấn trên cuộn dây càng nhiều, lực nam châm càng mạnh, và tốc độ di chuyển của nam châm càng nhanh thì dòng điện được tạo ra cành lớn. Trên thực tế, có thể thay thế nam châm vĩnh cửu trong máy phát bằng nam châm điện từ hoặc thêm lõi thép.
Trên đây là toàn bộ thông tin về hệ thống điện trên ô tô, hy vọng thông tin là hữu ích với bạn.
Thùy Linh
