Полная версия

Главная arrow Техника arrow Автомобили

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПУСКА

28.1. НАЗНАЧЕНИЕ, ТРЕБОВАНИЯ, КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ

Система пуска представляет собой комплекс устройств, предназначенных для принудительного вращения коленчатого вала при пуске двигателя.

Требования к системе пуска: обеспечить пусковую частоту вращения при различных условиях эксплуатации автомобиля; высокая надежность, малые габариты и удельная масса; возможность автоматизации процесса пуска.

При пуске двигателя пусковое устройство (стартер) должно обеспечить заданную (пусковую) частоту вращения п . Это необходимо для создания в камере сгорания в конце сжатия достаточного давления и требуемой температуры смеси (в дизеле — воздуха). Только в этом случае смесь может воспламениться и образовать надежный фронт распространения пламени по всей камере сгорания. Для бензиновых двигателей пусковая частота вращения составляет 40—80 мин-1, а для дизелей — 150—300 мин-1. Большая частота вращения для дизелей обусловлена тем, что для воспламенения топлива, впрыскиваемого форсункой, нужна более высокая температура, чем в бензиновых двигателях.

Для обеспечения такой частоты вращения стартер должен преодолеть момент сопротивления при пуске

где — моменты соответственно сил трения, сжатия

свежей смеси и инерции.

Момент сил трения Мл. вызывается трением во всех парах трения механизмов двигателя (в КШМ, ГРМ, насосах и т.д.), что зависит от мощности (литража), числа цилиндров, технологии изготовления, а также от вязкости масла, на которую сильно влияет температура масла (окружающего воздуха). Существуют эмпирические зависимости для определения этого момента:

• для четырехцилиндровых двигателей

• для шести- и восьмицилиндровых двигателей

где Vh литраж двигателя, л; v — вязкость масла при соответствующей температуре, сСт.

Момент сил сжатия Мсж действует только первые пол-оборота (в четырехцилиндровых двигателях), а затем компенсируется в процессе расширения газов в других цилиндрах.

Момент сил инерции Mj действует в первые 2—3 с, когда коленчатый вал набирает частоту вращения от нуля до пп. Однако в момент начала трогания он достигает больших значений, так как угловое ускорение ед при этом очень большое: Mj = /даед, здесь Jm — момент инерции двигателя.

Различают системы пуска: инерционные, пневматические, гидропневматические, механические (ручные и с помощью вспомогательного двигателя внутреннего сгорания) и электрические. В основном применяют электрическую (электростартерную) систему, которая лучше всех других отвечает приведенным требованиям.

Она состоит из аккумуляторной батареи, стартера, механизма привода и цепи управления и средств облегчения пуска.

При включении (в замке зажигания) контактов 2 (рис 28.1, а) включают в цепь тяговое реле. Его сердечник 4 втягивается внутрь магнитным полем обмоток, поворачивает рычаг 6 и перемещает зубчатое колесо 7, вводя его в зацепление с венцом маховика 9. Одновременно контактный диск 12 замыкает силовые контакты 11, включая питание обмоток стартера от батареи 1. Стартер — это специальный электродвигатель с оборудованием управления. Он вращает маховик основного двигателя, обеспечивая его пуск. После пуска водитель, поворачивая ключ зажигания, разрывает контакты 2, реле обесточивается, пружина 5 отодвигает сердечник 4 вправо, зубчатое колесо 7 выводится из зацепления с венцом маховика.

В начальный момент трогания двигателя для создания высокого момента стартер потребляет ток 100-500 А. Обеспечить такой режим может стартерная аккумуляторная батарея. При работе системы электроснабжения (во время движения автомобиля) батарея работает циклически: то заряжается, то разряжается. Токи зарядки обычно не превышают (0,5—0,7)С20. При пуске двигателя батарея разряжается с силой тока (2—5)С20. Развиваемая батареей мощность должна быть соизмерима с мощностью стартера. В условиях эксплуатации система пуска работает с большой нагрузкой. Так, например, средняя частота

Схема стартера (а) и его характеристики (б)

Рис. 28.1. Схема стартера (а) и его характеристики (б):

7 — аккумуляторная батарея; 2 — контакты включателя; 3 — обмотка электромагнита и тягового реле; 4 — сердечник реле; 5 — пружина; 6 — рычаг; 7 — зубчатое ведущее колесо; 8 — вал; 9 — венец маховика; 10 — электродвигатель; 11 — контакты; 12 — контактный диск; М, N, п — соответственно момент, мощность и частота вращения вала стартера

включений двигателя составляет 22—28 раз на 100 км пути в городских условиях.

28.2. СТАРТЕРЫ

Электромеханические характеристики стартеров. В качестве стартеров применяют электрические двигатели постоянного тока, подразделяя их на двигатели последовательного, параллельного и смешанного возбуждения. Это определяется способом подключения обмотки возбуждения относительно обмотки якоря. У двигателей с параллельным подключением обмотки возбуждения ток в ней не зависит от тока нагрузки (тока якоря). Поэтому электромеханическая характеристика такого двигателя достаточно стабильна, т.е. частота вращения практически не меняется с ростом момента нагрузки.

В электродвигателях последовательного возбуждения ток в обмотках возбуждения равен току в обмотках якоря и магнитный поток пропорционален току якоря /я, т.е. Ф = к^1я, где кф — коэффициент пропорциональности. В результате этого электромеханическая характеристика двигателя имеет «падающий» характер (рис. 28.1, б), т.е. с уменьшением момента сопротивления на валу двигателя частота вращения увеличивается. При «нулевой» нагрузке двигатель идет «вразнос», т.е. частота вращения достигает максимального значения. Двигатели с последовательным возбуждением получили основное распространение в качестве стартеров пуска основных двигателей. Они в начальный момент пуска могут создать большой крутящий момент при малых частотах вращения. В некоторых случаях применяют стартеры со смешанным возбуждением, характеристика которых занимает промежуточное положение.

Исходя из этих условий можно определить вид кривой мощности: iVCT = Мстсост. В начале характеристики сост = 0, в конце Мст = О, т.е. и там и там мощность двигателя будет равна нулю. Максимум мощности соответствует середине характеристики.

Нужно иметь в виду, что характеристики стартеров во многом зависят от характеристик аккумуляторов. С изменением их параметров меняются параметры стартера, что показано на совместной характеристике стартера и аккумуляторной батареи. При температуре -25 °С характеристика стартера (кривые II) более пологая по сравнению с характеристикой при 25 °С (кривая Г), а мощность, которую он может развивать, почти в 1,5 раза ниже.

Механизм привода служит для соединения стартера с основным двигателем и их разъединения при начале работы основного двигателя. Механизм должен обеспечить безударное включение зубчатых колес, пусковую частоту вращения, введение зубчатых колес в зацепление раньше или одновременно с подачей тока в обмотки электродвигателя, отключение стартера и вывод зубчатых колес из зацепления при пуске двигателя.

Безударное соединение зубчатого колеса стартера с венцом маховика достигается скруглением торцов зубьев зубчатого колеса стартера и вращением его при вводе в соединение с венцом маховика.

Передаточное число от вала стартера к валу основного двигателя (отношение числа зубьев венца маховика к числу зубьев зубчатого колеса стартера) составляет 10—15. Это обеспечивает необходимую пусковую частоту вращения коленчатого вала. Но после пуска двигателя частота вращения коленчатого вала составляет 800— 1200 мин-1, и в этом случае уже двигатель вращает стартер. Частота вращения вала стартера пст = (800—1200) • 15 = 12000—18000 мин-1. На такую частоту вращения стартер не рассчитан — он выйдет из строя.

Для разъединения стартера и основного двигателя устанавливают муфты свободного хода (МСХ) и выполняют левую ходовую винтовую нарезку на валу.

Устройство роликовой МСХ. В ведущей муфте 4 и ведомой шестерне 7 (рис. 28.2, а) выполнены пазы специального профиля — с небольшим конусом. В этих пазах установлены ролики 3, поджатые пружинами 10. Когда внешняя обойма (стартер) является ведущей (до начала работы двигателя), ролики затягиваются в пазы — МСХ заклинивает ведомую обойму (шестерню 7) на валу стартера и все это вращается как единое целое. Когда двигатель заработает, он становится ведущим, муфта 4 вращается быстрее внешней, ролики выкатываются из пазов. В этом случае МСХ разблокирует соединение шестерня — вал стартера и последний вращается отдельно от маховика.

Муфты свободного хода

Рис. 28.2. Муфты свободного хода:

о — роликовая: 7 — втулка; 2 — кожух; 3 — ролик; 4 — ведущая муфта; 5,6 — ограничительные шайбы; 7— ведомая шестерня; 8 — втулки; 9— направляющий плунжер; 10 — пружина; 7 7 — упор; б — храповая: 7 — втулка; 2 — стопорное кольцо; 3 — шлицы; 4 — резиновый демпфер; 5 — корпус; 6 — опорная шайба; 7 — пружина; 8 — ходовая резьба; 9 — ведущая полумуфта; 10 — коническая втулка; 7 7 — замковое кольцо; 72—направляющий штифт; 13 — сухарь; 14, 16 — подшипники; 75— ведомая полумуфта

При передаче больших крутящих моментов (в автомобилях КамАЗ) роликовые МСХ работают ненадежно, поэтому в них применена храповая МСХ. На направляющей втулке / (рис. 28.2, б), соединенной шлицами с валом стартера, установлена на винтовой нарезке ведущая полумуфта 9. Ведомая полумуфта выполнена заодно с шестерней привода стартера. Зубцы храповой муфты позволяют осуществить вращение в одну сторону. Обе части поджаты пружиной 7.

При прокручивании двигателя обе части прижаты и передают вращение на маховик и коленчатый вал. После начала работы основного двигателя ведомая часть, вращаясь быстрее вместе с шестерней, отжимает благодаря скосу зубьев ведущую часть (по рисунку влево) и разъединяет стартер и двигатель. Чтобы предотвратить прощелки- вание зубьев храповика, имеется блокировочное устройство, которое удерживает обе части в рассоединенном состоянии. Внутри ведомой части на штифтах 12 установлены три сухаря 13, своей конической поверхностью упирающиеся в коническую поверхность втулки 10, установленной внутри ведущей части. При разжатии ведущей и ведомой частей сухари под действием центробежной силы отбрасываются от центра, скользя по штифтам 12. Упираясь в торец конусной втулки, они удерживают зубья в рассоединенном состоянии. После выключения стартера и вывода шестерни из зацепления центробежные силы исчезают и пружина возвращает втулку и сухари в первоначальное положение.

Вывод шестерни из зацепления у большинства стартеров происходит после отключения питания стартера за счет вращения шестерни по винтовой нарезке вала, имеющей направление витков, обратное вращению.

Электрическое управление стартером в современных автомобилях почти везде дистанционное. При таком управлении электродвигатель стартера соединяется с аккумуляторной батареей с помощью тягового реле стартера.

На автомобилях с бензиновыми двигателями оно включается через замок зажигания. Замыкая контакты S1 (рис. 28.3, а) замка зажигания установкой ключа зажигания в положение «Стартер», включают в работу тяговое реле К1. Якорь электромагнита через рычаг перемещает зубчатое колесо привода до соединения с венцом маховика двигателя и в конце его хода замыкает контакты Kl. 1 силовой цепи от аккумулятора к щеткам стартера. Такая система позволяет обеспечить пуск при малом токе через контакты замка зажигания, пропуская большой ток через силовые контакты Kl. 1. После пуска двигателя срабатывает МСХ, при установке ключа в положение

Электрическая схема управления стартером СТ 221 (а) и схемы работы двухобмоточного тягового реле [6-г)

Рис. 28.3. Электрическая схема управления стартером СТ 221 (а) и схемы работы двухобмоточного тягового реле [6-г)

«Зажигание» обесточивается реле К1 и размыкаются контакты Kl. 1, зубчатое колесо выводится из зацепления.

В стартерах применяются двухобмоточные тяговые реле. Втягивающая обмотка ВО подключена последовательно в цепь стартера, а удерживающая УО — параллельно (рис. 28.3, б). Такие реле позволяют снизить расход энергии батареи. При замыкании контактов КРС. 1 ток от аккумулятора проходит по двум обмоткам ВО и УО, якорь втягивается в обмотки, перемещая зубчатое колесо и замыкая контакты КТР. 1. Эти контакты шунтируют втягивающую обмотку ВО (рис. 28.3, в). Ток идет только через удерживающую обмотку УО.

После пуска двигателя контакты КРС. 1 размыкаются (рис. 28.3, г) и ток через обмотку ВО идет в обратном направлении. Так как число витков обеих обмоток одинаково, то и силы токов, проходящих по ним, одинаковы, поэтому суммарное действие обмоток становится равным нулю. Пружина возвращает якорь реле в исходное положение, размыкая контакты КРС. 1.

В стартерах для пуска дизелей контакты замка зажигания включают сначала промежуточное реле, а затем тяговое. Это обусловлено тем, что для включения тягового реле требуется ток силой 30—40 А, на который не рассчитаны контакты замка зажигания.

Для предотвращения включения стартера на работающем двигателе в последние модели стартеров введено специальное реле блокировки. Оно реагирует на сигналы специальных датчиков. Ими могут быть датчики частоты вращения (тахометры), давления масла в смазочной системе, но чаще всего реле реагирует на номинальное напряжение генератора, т.е. когда генератор вырабатывает номинальное напряжение, все реле стартера не срабатывают. Сигнал напряжения снимается с одной из фаз генератора или с дополнительной специальной обмотки.

Устройство стартеров. Электростартер объединяет в одном агрегате электродвигатель, механизм привода и систему управления.

Большинство моделей стартеров имеют однотипную конструкцию. В качестве примера на рис. 28.4 показан стартер СТ130- АЗ, устанавливаемый на ЗИЛ-431410. Он работает от батареи СТ-90, развивает мощность 1,8 кВт при 1400 мин~', при полном торможении (столовый режим) создает момент 22,5 Н м и ток 700 А.

Электродвигатель стартера состоит из корпуса 18 с полюсными башмаками 3, обмотками возбуждения 2, якоря 19 с обмоткой 1 и коллектором 21. Коллектор закрыт крышкой 22 и защитной лентой 20. Обмотки возбуждения выполнены из провода (шины) прямо-

Стартер СТ1ЗО-АЗ

Рис. 28.4. Стартер СТ1ЗО-АЗ:

7 — обмотка якоря; 2 — обмотка возбуждения; 3 — полюсный башмак; 4 — контакты тягового реле; 5 — контакт добавочного резистора; б — замыкающий контакт (пятак); 7— якорь тягового реле; 8— винт-тяга; 9 — защитный кожух; 10 — рычаг; 11 — регулировочный винт; 12— крышка со стороны привода; 13 — упорное кольцо; 14 — ведущее зубчатое колесо; 15 — муфта свободного хода; 16 — демпферная пружина; 17—муфта; 18—корпус; 19 — якорь; 20 — защитная лента; 21 — коллектор; 22 — крышка

угольного сечения с изоляцией между ними из картона. Каждая катушка после намотки оплетена хлопчатобумажной лентой с пропиткой лаком. Якорь собран из пластин электротехнической стали. В его пазах уложена обмотка также из провода прямоугольного сечения. Концы секций обмотки соединены чеканкой и пайкой с пластинами (ламелями) коллектора. Ламели выполнены из меди, прокладки между ними — из миканита, слюдинита или слюдопласта толщиной 0,4—0,9 мм. К коллекторной крышке прикреплены щеткодержатели, в которых установлены графитовые щетки. Они плотно прижаты к ламелям пружинами. Две щетки соединены с «массой», две, изолированные от корпуса, — с обмотками возбуждения и далее с выводной клеммой.

Механизм привода размещен на валу якоря в крышке 12. Он состоит из ведущего зубчатого колеса 14, муфты свободного хода 15, пружины 16 и рычага включения с муфтой 17. Вал имеет винтовую нарезку, по которой перемещается зубчатое колесо. Винт 77 служит для регулирования хода зубчатого колеса.

Тяговое реле расположено на верхней части стартера. Якорь 7реле соединен винтом-тягой 8 с рычагом включения шестерни. Винт-тяга 8 позволяет регулировать положение зубчатого колеса 14 во включенном состоянии. Якорь в исходном состоянии удерживает возвратная пружина. На втором конце якорь имеет подпружиненный штифт с медным замыкающим контактом — «пятаком», который при срабатывании реле замыкает силовые контакты, включая питание стартера от батареи.

При повороте ключа в замке зажигания в положение «Стартер» ток идет через обмотки реле, якорь втягивается внутрь обмоток и перемещает через рычаг 10 муфту свободного хода 15 с зубчатым колесом 14. Демпферная пружина 16 позволяет смягчить удар при соединении зубчатого колеса с венцом маховика. В конце хода якоря контакты 4 замыкаются, включая в цепь с аккумулятором обмотки стартера. После пуска двигателя срабатывает муфта свободного хода 15, а после поворота ключа зажигания в положение «Зажигание» отключается тяговое реле, возвратная пружина якоря и винтовая нарезка на валу стартера возвращают зубчатое колесо в исходное положение.

Конструкция других моделей стартеров похожа и отличается некоторыми особенностями.

Стартеры с редукторами. Чем больше частота вращения электродвигателя, тем он компактнее и обладает меньшей массой. Однако передаточное число от приводного зубатого колеса к маховику не может быть более 16, так как при большем его значении возникают проблемы с механической прочностью приводного зубчатого колеса.

Начат выпуск стартеров с встроенными редукторами, что позволило в 1,5—2 раза уменьшить их габариты за счет увеличения частоты вращения якоря до 20 тыс. мин-1, сохранив при этом пусковую частоту вращения.

Эти стартеры имеют внутри корпуса 1 (рис. 28.5) планетарный или рядный механизм 77 с внешним или с внутренним зацеплением шестерни, понижающий частоту вращения якоря 2 в 3—4 раза. Для повышения прочности и снижения момента инерции в них использованы обмотки из алюминия, более термостойкие изоляционные материалы. Эти стартеры, кроме более высокого КПД, создают меньшую нагрузку на аккумуляторную батарею, так как пусковые моменты у них меньше, они потребляют меньшую мощность при малых нагрузках.

Стартер с встроенным планетарным редуктором

Рис. 28.5. Стартер с встроенным планетарным редуктором:

  • 7 — корпус; 2 — якорь; 3 — полюсный башмак; 4— контакты тягового реле; 5 — якорь тягового реле; б — винт-тяга; 7— рычаг; 8 — упорное кольцо; 9 — ведущее зубчатое колесо; 10— муфта свободного хода; 11 — планетарный механизм;
  • 12 — якорь; 13 — коллектор; 14—крышка

В то же время у них более тяжелые условия работы МСХ, больший шум, тяжелые условия работы щеточно-коллекторного узла, повышенные требования к изготовлению. Считается, что преимущества таких стартеров проявляются при мощности более 1 кВт.

28.3. СРЕДСТВА ОБЛЕГЧЕНИЯ ПУСКА

При низких температурах пуск двигателя затруднен. Это обусловлено следующими факторами: ухудшением характеристики аккумуляторной батареи и, соответственно, стартера (см. рис. 28.1, 6) возрастанием момента сопротивления двигателя из-за повышения вязкости масла; повышением теплоотдачи от нагревающейся при сжатии смеси (воздуха в дизеле), что дает возможность хорошо подогреть смесь (воздух); ухудшением испарения бензина и образованием качественной топливовоздушной смеси.

Для облегчения пуска применяют мероприятия для повышения характеристики электропусковой системы (аккумулятор — стартер) и подогрева самого двигателя (масла, воздуха) и принудительного поджига смеси.

Повышение характеристик электропусковой системы подразумевает повышение напряжения питания стартера. Для этого утепляют аккумуляторные батареи и производят их предпусковой подзаряд или применяют вспомогательные источники питания.

Предпусковой подзаряд производят при температуре ниже -10 °С током 0,9С20 в течение 10 мин.

Вспомогательные источники питания представляют тележки с дополнительными аккумуляторными батареями (агрегат Э536) или источники питания, работающие от трехфазной сети (агрегат Э307 или Э312), с трехфазным трансформатором и выпрямителем.

Средства подогрева применяют в основном для пуска дизелей, монтируя их на двигателе. К ним относят: средства подогрева воздуха (электрофакельный подогреватель и свечи подогрева), средства воспламенения смеси (свечи накаливания) и систему подачи легковоспламеняющихся жидкостей, а также средства подогрева всего двигателя (предпусковые подогреватели).

Свечи накаливания имеют нагревательный элемент (рис. 28.6), проходя мимо которого воздух нагревается. Их устанавливают во впускном коллекторе или в камере сгорания так, чтобы на них не попадало топливо из форсунок. Время нагрева свечи до пуска двигателя 30—60 с, потребляемый ток 40—50 А, температура нагрева элемента 900—1050 °С. Их включают за 0,5—1,0 мин до включения стартера и выключают, когда начнет устойчиво работать двигатель.

Виды свечей накаливания

Рис. 28.6. Виды свечей накаливания:

7 — нагревательный элемент; 2 — электрод; 3 — корпус; 4 — фланец

Электрофакелъные подогреватели устанавливают во впускном коллекторе на дизелях с литражом более 5 л. Нагревательный элемент (спираль накаливания) включается до пуска, а электромагнитный клапан при пуске открывается и пропускает топливо к спирали. Попадая на раскаленную спираль, топливо горит, а проходящий в цилиндры холодный воздух нагревается, захватывает пламя и разносит по цилиндрам, обеспечивая подогрев камеры сгорания и воспламенение основной части топлива, впрыскиваемого форсунками. После пуска двигателя подогреватель выключают, при этом клапан перекрывает подачу топлива к спирали.

Предпусковые подогреватели (например, ПЖД-30 для автомобилей КамАЗ) обеспечивают пуск двигателей при температуре ниже -30 °С. Они имеют форсунку, спираль накаливания для поджигания топлива, подаваемого форсункой, вентилятор, обеспечивающий обдув поддона горячими газами. Одновременно подогревается жидкость системы охлаждения двигателя. Работают пусковые подогреватели на том же топливе, на котором работает двигатель.

28.4. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМЫ ПУСКА

Стартеры обладают достаточно высокой эксплуатационной надежностью. Несмотря на это, в системе пуска могут возникать следующие неисправности:

  • • стартер не включается (нет щелчка срабатывания реле) — отсутствие контакта в цепи или рязряжена аккумуляторная батарея. Контакт может отсутствовать в клеммах аккумулятора, в замке зажигания, контактах тягового и дополнительного реле, силовых контактах стартера и в месте подсоединения массового провода к корпусу двигателя;
  • • стартер включается, но вращает коленчатый вал очень медленно или вообще не вращает — разряжена батарея, плохой контакт в силовой цепи, неисправен стартер;
  • • металлический скрежет при включении стартера — неправильное регулирование вылета зубчатого колеса стартера, наличие на нем забоин;
  • • стартер вращается, но не вращает коленчатый вал — неисправен привод зубчатого колеса стартера.

Техническое обслуживание системы пуска проводят при ТО-2, проверяя контакты во всех соединениях (крепление наконечников проводов). Через 40 тыс. км пробега проверяют стартер на стенде: состояние щеток и коллектора, осевой зазор в подшипниках якоря, работу механизма привода; проводят контрольное испытание, включающее проверку на холостом ходу (замеряют частоту вращения якоря и ток) и проверку при полном торможении стартера (замеряют тормозной момент и ток нагрузки).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

  • 1. Что такое пусковая частота вращения?
  • 2. От чего зависит момент сопротивления прокручивания коленчатого вала при пуске?
  • 3. Какие элементы составляют систему пуска?
  • 4. В чем назначение механизма привода зубчатого колеса стартера?
  • 5. Как зависят характеристики стартера от характеристик аккумуляторной батареи?
  • 6. В чем назначение тягового реле?
  • 7. Как определить неисправный контакт в цепи питания стартера?
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>