Kiến thức cơ bản cấu tạo ô tô từ A-Z (IV)

Bài 13 - Hệ thống khí thải

Các bác lưu ý là từ đầu đến giờ e chỉ nói về động cơ xăng thôi nhé, e chưa nói gì đến diezel cả, bởi nhiều thứ các bác ko thể nạp hết đc, dẫn đến khó hiểu, quên, và sinh ra chán nản. Về cơ bản, các bác hiểu xăng thì hiểu về diesel chỉ trong nháy mắt, nên cứ yên tâm nhé.

Hình 13.1 - Hệ thống khí thải trên xe hơi

Hình 13.2 - Các bộ phận chính trên hê thống khí thải
Mời các bác cùng xem nguyên lý hoạt động em nó
Xem xong các bác rõ chưa ạ? Có cần e giải thích gì thêm ko? E thấy như thế là quá đơn giản dễ hiểu rồi đấy. Giờ ta xem trong thực tế nó ra làm sao Hình 13. 3 - Bộ góp xả
 
 
Hình 13. 4 - Bộ chuyển đổi khí thải
 

Hình 13. 5 - Bộ giảm thanh (tiêu âm)
Các bác lưu ý tỉ lệ không khí - xăng hoàn hảo để cả 2 cháy hết là 14.7/1, nghĩa là cần 14,7g không khí để đốt cháy hết gần như hoàn toàn 1g xăng.

Nếu như không khí vào động cơ nhiều quá, thì sẽ thừa không khí trong đó có cả N2 và O2, vì nhiệt độ cao O2 sẽ phản ứng với N2 tạo thành khí độc NO2.Nếu không khí ít, sẽ thừa xăng, tạo ra khí CH có màu đen. Đó là lý do vì sao nếu các bác thấy khí thải màu đen thì có nghĩa là xăng cháy chưa hết.
Vì thế người ta gắn thêm cái cảm biến Ô xi trên đường khí thải để xem lượng O2 trong khí thải thừa thiếu ra sao, ECU (bộ điều khiển trung tâm) sẽ điều chỉnh bộ phận cung cấp khí, xăng phù hợp.
Cảm biến ô xi đây

Hình 13. 6 - Cảm biến Ô xi
Thường người ta gắn thêm 1 cảm biến ô xi ở phía sau của bộ chuyển đổi khí thải, mục đích là xem có ô xi ra nữa ko, nếu còn thì bộ chuyển đổi đã bị hỏng, thay chắc tầm 10 củ.

Thú thật các bác đừng cười e chứ ngày xưa cứ mỗi lần bật điều hòa xem JAV trên ô tô e lại cứ thắc mắc ngu tại sao bình ắc quy có tí xíu vậy mà nó chiến đc cả điều hòa, băng đĩa, đèn đóm... Mà giả sử có chạy đc những thứ đó thì sao đi hoài ko thấy hết ắc quy...Sau này tìm hiểu mới vỡ ra cái sự ngu đó, và e mới hiểu ắc quy gần như chả có tác dụng mẹ gì khi mà động cơ đã khởi động. Có bác nào hiện tại cũng đang thắc mắc như e ngày xưa ko nhở? Ha ha
Trước khi bắt đầu bài hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu em Ắc quy này xem nguyên lý e nó làm việc ra sao và tác dụng em nó trên xe hơi là gì.

Hình 14.1 - Ắc quy
Cấu tạo bên trong em nó

Hình 14.2 - Cấu tạo bên trong ắc quy
Trong ắc quy gồm có rất nhiều tấm lá chắn như trên hình nằm đan xen nhau. Có 1 vách ngăn giữa tấm cực dương (màu đỏ) và tấm cực âm (màu xanh da trời). Người ta bố trí nhiều tấm như vậy là để tạo ra 1 nguồn năng lượng lớn cho ắc quy.
Tấm cực dương cấu tạo từ Chì Ôxit (PbO2)
Tấm cực ấm cấu tạo từ Chì (Pb)
Người ta đổ dung dịch Axit Sunfuric loãng (H2SO4) vào trong ắc quy. Có nghĩa là toàn bộ các tấm âm dương này nằm ngập trong dung dịch H2SO4. Bác nào học hóa còn nhớ mấy cái chất này chứ nhở?
Bây giờ ta cùng xem Ắc quy hoạt động ra sao mà thấy cả 4,5 năm chạy xe cũng thấy không có hết điện nhé.
1. Quá trình phóng tinh, ơ đệch, nhầm, phóng điện
Bình thường ắc quy chẳng có phóng phiếc gì cả. Khi các bác gắn 1 cái bóng đèn giữa 2 cực âm dương của ắc quy chẳng hạn thì lúc này ắc quy sẽ phóng điện làm bóng đèn sáng lên. Tại sao lại dùng chì, rồi thì H2SO4, tại sao lại phóng điện thì kệ ông nội nó đi, bác nào thích tìm hiểu sâu về hóa học thì tìm hiểu sau:
Thực ra năng lượng điện đc tạo ra do các phản ứng hóa học bao gồm:
Tại cực dương:
2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2
Còn cực âm:
Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2
Nếu các bác để bóng đèn sáng hoài vậy, Cực âm và dương sẽ bị chuyển hóa dần dần cho đến khi thành PbSO4 (Chì Sun phát) hết thì ắc quy hết điện. Lúc này ta cần nạp điện cho ắc quy.
2. Quá trình nạp điện
Khi chúng ta nạp điện cho ắc quy thì lại xảy ra phản ứng ngược (gộp 2 phản ứng cả 2 đầu âm dương)
2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4.
Lúc này cực âm trở về Pb và cực dương lại trở về PbO2.
Nói chung các bác hiểu nôm na ắc quy là như thế, vậy tại sao ắc quy ô tô dùng 4,5 ko hết điện? 
Các bác lưu ý, trọng trách lớn lao nhất của ắc quy là phóng điện vào bộ khởi động (máy đề, củ đề...) để khởi động động cơ. Khi động cơ đã khởi động, ắc quy gần như hết nhiệm vụ của nó. Bởi trên ô tô có 1 máy phát điện chạy khi động cơ đã chạy sẽ làm nhiệm vụ cung cấp điện cho toàn bộ thiết bị điện trên ô tô đông thời máy phát này còn nạp điện ngược trở lại ắc quy.
Khi các bác tắt chìa khóa xe nhưng vẫn để ở nấc thứ 2 là nấc dùng điện ắc quy thì các bác vẫn bật đèn đóm, nghe nhạc, xem JAV bình thường bởi vì các bác đang sử dụng điện năng tích trữ trong bình ắc quy. Đang xem JAV phóng phiệc mệt quá lăn ra ngủ mất sáng mai ngủ dậy thì chắc chắn ắc quy hết điện . Khi đã hết điện trong bình (thực ra ko phải là hết điện mà là hết phản ứng hóa học 2 cực), các bác sẽ ko khởi động xe được nữa mà phải đấu điện từ 1 bình ắc quy ngoài hoặc từ bình của xe khác sang bình của mình rất mất thời gian. Sau khi khởi động xong phải để xe nổ trong vài 3 tiếng để bộ phát điện nạp điện tích trữ cho bình ắc quy phục vụ cho lần khởi động tiếp theo.
Đôi khi, hệ thống điện quá tải, máy phát điện ko đủ sức thì ắc quy sẽ hỗ trợ thêm thằng máy phát này.
Vậy máy phát điện hoạt động ra sao?
Hình ảnh em nó đây

Hình 14.3 - Máy phát điện ô tô
Cấu tạo e nó
 
Hình 14.4 - Cấu tạo máy phát điện
Trong máy phát điện có bộ phận Rô to và Stato (roto là phần quay đc, stato là đứng yên), khi Rô to quay trong Stato sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều. Rô to cấu tạo từ các cục nam châm vĩnh cửu, còn stato cấu tạo từ các cuộn dây (các bác lên mạng tìm hiểu thêm về cái này nhé, cũng đơn giản thôi, học hồi lớp 7, lớp 8 gì đấy). Rô to được dẫn động từ trục khuỷu thông qua dây đai và puli.
Trong máy phát này có bộ chỉnh lưu để chỉnh điện xoay chiều thành điện 1 chiều (vì thiết bị điện trên xe dùng điện 1 chiều), và có thêm tiết chế vi mạch để ổn định điện áp (nghĩa là rô to quay nhanh hay chậm gì thì vẫn ra 1 điện áp ổn định).
Đố các bác tìm thấy máy phát điện trong hình ảnh sau:

Hình 14.5 - Máy phát điện ở đâu? Dễ quá phải ko
Trở về tuổi thơ
Bài này e sẽ tập trung phân tích về cái máy phát điện, bên cạnh đó, các bác sẽ hiểu lại 1 số nguyên lý về điện và từ trường học hồi cấp 2, 3 mà đến bây giờ e chắc chắn nhiều bác vẫn còn ngu ngơ mơ hồ.
Tuổi thơ dữ dội của các bác đã bao giờ vọc vạch cái mô tơ điện mini chưa nhỉ? Ví dụ như tháo cái quạt thổi lò than của bà nội ra chơi chẳng hạn? Trong cái quạt thổi lò than này có 1 cái mô tơ nhỏ, ng ta gắn cánh quạt lên mô tơ để khi mô tơ quay tạo ra gió thổi không khí vào lò than đấy. Hay là nghịch mô tơ trong xe ô tô đồ chơi chẳng hạn. Em nó đây


Hình 14.6 - Mô tơ điện mini
Các bác có nhớ khi tháo mô tơ này ra có 2 miếng nam châm màu đen gắn cố định xung quanh phía trong vỏ mô tơ ko nhỉ? Cái này ng ta gọi là Sờ tai to (Stato) đấy. Còn 1 cái bộ phận quay quay để gắn quạt vào các bác có thấy nhiều dây điện quấn lên nó ko? Đó là Rô to (Roto). Điện sẽ được dẫn vào rô to dưới tác động của từ trường làm rô to quay. Điện năng chuyển thành cơ năng).
CÁC BÁC NHỚ CHO E CÁI LÀ STATO LUÔN ĐỨNG YÊN CÒN ROTO LUÔN CHUYỂN ĐỘNG. STATO ĐỨNG YÊN, ROTO CHUYỂN ĐỘNG. NHỚ ĐIỀU NÀY ĐỂ ĐỌC PHẦN DƯỚI KO BỊ LOẠN.HAHA
Nhưng vấn đề là toàn bộ cái cụm roto nó quay tròn, vậy làm sao để truyền điện cho nó trong khi nó vẫn quay? Thế là người ta sinh ra cái chổi than. Xem ảnh
 
Hình 14.7 - Chổi than và cổ góp
Ta thấy rằng điện được dẫn vào chổi than, chổi than này ép vào cổ góp của Roto để truyền điện, xem thêm hình
 
Hình 14.8 - Chổi than
Lõi chổi than là bột đồng ép, có 1 lò xo để nếu lõi đồng ép này bị mòn thì lò xo sẽ đẩy tiếp phần còn lại xuống. A đù, giờ thì các bác hiểu chổi than, cổ góp là gì rồi. Sau này cứ cái gì mà quay quay như máy bơm, quạt điện, mô tơ...mà bị mòn chổi than thì các bác biết nó mòn cái gì rồi đúng ko.
Mà đấy là chuyện của ngày xưa, còn bây giờ ta trở lại cái máy phát điện xem nào.
Máy phát điện thì cấu tạo kết cấu ngược với mô tơ, các bác lấy tay quay roto thì lúc này lại tạo ra dòng điện (Cơ năng chuyển thành điện năng). Nhưng lưu ý, lúc này Roto lại đc cấu tạo từ nam châm, và Stato lại cấu tạo từ các vòng dây (thường là dây đồng), điện sẽ được dẫn từ vòng dây của Stato ra ngoài.

Hình 14.6 - Roto và stato trong máy phát điện
Vậy nó tạo ra điện thế nào? Xem sơ đồ nguyên lý
 
Hình 14.9 - Nguyên lý tạo ra điện
Ở hình trên, cái Roto đc biểu thị bởi thanh nam châm có chữ S, N quay quay đó. S, N biểu thị cho cực bắc và cực nam của nam châm. Khi quay như vậy các bác thấy điện kế đồng hồ thay đổi, có nghĩa là có dòng điện. Hiện tượng này là hiện tượng cảm ứng điện từ. Bản chất của nó là liên quan tới sự chuyển động electron nhưng mà đây là tiền đề đã đc chứng minh nên các bác ko cần cất công đi tìm hiểu làm mẹ gì. Có nghĩa là các bác cứ cho nam châm quay trong cuộn dây thì sẽ tạo ra điện trong cuộn dây. Thế thôi
Vấn đề ở đây là nếu cho nó quay như vậy thì lại tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây. Các bác thấy trên ảnh chiều dòng điện cứ thay đổi tuần hoàn ko, thực tế là nó thay đổi hàng chục lần trong 1 giây. Số lần đổi chiều trong 1s ng ta gọi là tần số, ví dụ tần số 50Hz là 50 lần đảo chiều trong 1 s.
Nhưng mà thiết bị điện trên ô tô của chúng ta lại dùng điện 1 chiều, tức là phải ép dòng điện chạy theo 1 hướng thôi. Mịe, thế là lại phải đẻ ra cái Chỉnh lưu
 
Hình 14.10 - Điod chỉnh lưu trong máy phát điện
Bộ chỉnh lưu chẳng qua là tập hợp của các Diod chỉnh lưu, Diod này có tác dụng chỉ cho dòng điện đi qua 1 chiều, nếu điện chạy chiều ngược lại thì ko được. Ng ta bố trí khoảng 6 cái Diod như vậy để đảm bảo điện 1 chiều ra mượt mà, ko bị ngắt quãng do chạy ngược lại quá lâu. Thế nhưng tốc độ trục khuỷu động cơ lúc nhanh lúc chậm, kéo theo Roto máy phát cũng nhanh chậm theo. Mà điện áp thì phải ổn định. Thế là đẻ thêm cái gọi là Tiết chế vi mạch (giống như cái ổn áp)
 
Hình 14.11 - Tiết chế vi mạch
Giải thích cái này thực sự cũng hơi khó, nhưng mà nó khái quát như thế này
Trên cái roto ngoài nam châm, người ta quấn thêm cuộn dây ở phía dưới các nam châm này với mục đích để tạo thêm nam châm điện (người ta gọi cuộn dây trên roto này là các cuộn kích từ). Nam châm điện này khi hoạt động sẽ điều tiết được từ trường và làm cho dòng điện trong Stato luôn ổn định dù Roto quay chậm hay là quay nhanh. Điện được truyền vào cuộn dây roto qua Tiết chế vi mạch nhờ chổi than. Và tiết chế vi mạch lại lấy điện 1 chiều từ ắc quy và sau đó là từ chính điện xoay chiều đã chuyển thành 1 chiều tại bộ chỉnh lưu.

Hình 14.12 - Vi mạch của tiết chế
Trong tiết chế có bộ vi mạch gồm các Transitor, điện trở, diod...kệ bà nó đi, chẳng qua những thứ này để giúp điều tiết dòng điện 1 chiều, cũng là để điều tiết từ trường trong roto để đảm bảo điện áp ổn định tại stato.
Lưu ý là cuộn dây trên stato khác cuộn dây trên roto nhé, và điện dẫn đến các thiết bị tiêu thụ trong xe là đi ra từ Stato, còn điện trong Roto là lấy từ điện 1 chiều trong ắc quy, sau đó là từ điện đã đc chỉnh qua bộ chỉnh lưu của chính nó.
Lại làm tí cho thông não nhở

Bài 14 (Phần 3) - Máy khởi động (Củ đề)
Các bác cũng hiểu rằng động cơ ko thể tự sướng đc, nên phải nhờ ngoại lực mới hoạt động đc. Các bác nhớ cái máy nổ chạy xăng ko ko, muốn nổ thì các bác phải dùng cái cần để quay tay đúng ko? Còn ô tô thì ko thể quay tay đc. Thế mới sinh ra cái máy khởi động, gọi dân dã là củ đề.
E nói thế này cho dễ hiểu, động cơ lúc dừng lại thì có xilanh đang ở kỳ nén, xylanh thì kỳ hút, cái thì kỳ xả...Bây giờ các bác có đánh lửa, có phun xăng thì cũng có thể xảy ra kỳ nổ đc chút chút trong 1 xylanh nào đó đang ở kỳ nén (thường thì chưa nén hết nên gọi là cháy đúng hơn là nổ), mà giả sử có 1 xilanh nổ đc chăng đi nữa thì cũng ko đủ sức để kéo mấy thằng piston còn lại để làm quay trục khuỷu. Nên cần cái máy khởi động giúp trục khuỷu đạt đc vòng quay tối thiểu để có thể tự hoạt động đc (khoảng 60-100v/p). Bên cạnh đó, với tốc độ tối thiểu này của trục khuỷu thì mới làm cho máy phát điện tạo ra đủ điện kích hoạt bugi hoạt động.

Hình 14.xx - Củ đề, máy khởi động
Và e nó được gắn vào động cơ như lày:

Hình 14.xx - Vị trí máy khởi động
Cấu tạo e nó

Hình 14.xx - Cấu tạo sơ lược máy khởi động
Và nguyên lý

Bài 14 - Hệ thống khởi động xe ô tô (Phần 1)

Bài 14 (Phần 2) - Hệ thống khởi động xe ô tô