Электропусковые системы
Система пуска обеспечивает первоначальное проворачивание коленчатого вала при пуске двигателя. Для того чтобы двигатель самостоятельно начал работать, его коленчатому валу нужно сообщить определенную начальную (пусковую) частоту вращения. При этом необходимо преодолеть момент следующих составляющих.
Первое — момент сил трения, возникающих между поверхностями сопряженных деталей двигателя и во вспомогательных механизмах, имеющих привод от коленчатого вала.
Второе - момент инерционных сил, которые появляются в процессе разгона двигателя, создаваемых движущимися деталями. Основную долю составляет момент силы инерции маховика.
Третье — момент сопротивления тепловых циклов горючей смеси, определяемый затратами энергии на расширение и сжатие заряда в цилиндрах двигателя.
Суммарный момент сопротивления зависит также от типа и мощности двигателя, а также от его температуры. Так, с понижением температуры увеличивается вязкость масла, смазывающего вращающиеся части двигателя, что и приводит к увеличению момента сил трения.
Двигатели более мощные и с большим числом цилиндров требуют применения стартера с большим крутящим моментом.
Момент сопротивления дизеля больше момента сопротивления бензинового двигателя. Это связано с тем, что степень сжатия у дизелей больше, чем у бензиновых двигателей. Поэтому у дизелей увеличивается момент сопротивления, который преодолевает стартер при сжатии воздуха в цилиндрах дизеля, больше. У дизелей пусковая частота вращения коленчатого вала должна быть выше, так как в противном случае температура воздуха в конце такта сжатия не обеспечит самовоспламенение впрыскиваемого топлива. давление впрыска топлива также зависит от частоты вращения коленчатого вала. У четырехтактных дизелей с непосредственным впрыском пусковая частота вращения вала должна быть значительно выше, чем у бензинового двигателя.
Для преодоления этих сил сопротивления и служит система пуска. Исполнительным устройством является стартер — основной элемент электропусковой системы, в которую входят — аккумуляторная батарея, выключатель зажигания, дополнительные реле. Стартер устанавливается на двигателе и является основным потребителем электроэнергии, запасенной в аккумуляторе. К системе пуска относятся и устройства электрооборудования, обеспечивающие работу различного типа подогревателей, в том числе и облегчающих пуск двигателя при низких температурах.
Таким образом, для надежного пуска двигателя стартер должен обеспечивать достаточную частоту вращения коленчатого вала, для чего необходим крутящий момент определенной величины.
Стартеры, их назначение и принцип работы, требования, предъявляемые к ним
Стартер обеспечивает пусковую частоту вращения коленчатого вала двигателя, которая для бензиновых двигателей составляет 40—80, а для дизелей — 250 мин-1.
Стартер состоит из электродвигателя постоянного тока, механизмов привода и управления. Конструкция электродвигателей — это четырехполюсный электродвигатель последовательного возбуждения. Недостатком этих двигателей является высокая частота вращения якоря в режиме холостого хода. При этом возрастают центробежные силы, действующие на якорь, и иногда может произойти и его разрушение «разнос». Для уменьшения частоты вращения в режиме холостого хода применяются электродвигатели смешанного возбуждения, имеющие еще и параллельную обмотку возбуждения.
Привод коленчатого вала от стартера осуществляется посредством шестерни, входящей в зацепление с венцом маховика только во время пуска двигателя. Управление приводом стартеров на современных автомобилях осуществляется электромагнитным реле, подвижный сердечник которого через рычаг передает на шестерню осевое усилие. Включение электромагнитного реле производится либо непосредственно выключателем зажигания или выключателем приборов и стартера, либо теми же выключателями через дополнительное (вынесенное) реле стартера.
Принципиальная схема системы пуска:
АБ.— аккумуляторная батарея; ВЗ - выключатель зажигания; СТ — стартер: ТР— тяговое реле; ЭД — электродвигатель стартера; МП - механизм привода; Вт — втягивающая обмотка тягового реле; Уд — удерживающая обмотка тягового реле; КП — контактная пластина (диск); К - контакты тягового реле; Я — якорь тягового реле; Пр — возвратная пружина тягового репе; Р — рычаг привода; Ш — шестерня привода: В — венец маховика коленчатого вала двигателя
Работа стартера
Включение стартера производится поворотом ключа в выключателе зажигания по часовой стрелке в положение, при котором замыкаются его контакты «50» и «30». При этом по обмотке вспомогательного реле включения начинает протекать ток. Сердечник реле намагничивается и притягивает якорь, замыкая контакты, через которые ток идет к обмоткам втягивающего реле. При прохождении тока по обмоткам сердечник намагничивается и втягивает якорь. Соединенный с якорем рычаг поворачивается на оси и вильчатым концом перемещает муфту свободного хода по шлицам вала якоря стартера вводя размещенную на муфте шестерню в зацепление с
Схема соединений системы пуска автомобилей:
1- аккумуляторная батарея: 2 - амперметр; З - реле включения стартера;
4 - выключатель зажигания; 5 — стартер.
зубчатым венцом маховика. В конце хода якорь с помощью контактного диска замыкает через контакты цепь рабочего тока обмоток стартера. При этом втягивающая обмотка реле закорачивается и сердечник будет удерживаться в рабочем положении только удерживающей обмоткой, а якорь стартера начнет вращаться, обеспечивая пуск двигателя.
При выключении стартера поворотом ключа в выключателе зажигания против часовой стрелки размыкаются контакты «50» и «30», после чего под действием пружины контакты размыкаются, и ток перестает поступать на обмотки втягивающего реле. Под действием возвратной пружины якорь исходное положение и рычагом выведет муфту из зацепления с зубчатым венцом маховика.
В корпусе стартера укреплены винтами четыре стальных полюса, на которые надеты катушки обмотки возбуждения. Три катушки сериесные соединены последовательно с обмоткой якоря, а четвертая (шунтовая) включена параллельно обмотке якоря. В других стартерах автомобилей применяют по две сериесные и по две шунтовые катушки. Эти стартеры как правило имеют четырехполюсный четырехщеточный электродвигатель постоянного тока со смешанным соединением обмоток возбуждения.
Поскольку через сериесные обмотки при пуске двигателя проходит ток большой силы (до 5000 А), они, как и обмотки якоря, выполнены из медной ленты с большой площадью поперечного сечения. Одна катушка (шунтовая) включается параллельно обмотке якоря. Ее тонкая обмотка, рассчитана на ток сравнительно небольшой силы. Применение смешанного соединения обмоток возбуждения стартера позволяет получить больший крутящий момент на валу якоря в начале вращения коленчатого вала и более низкую частоту вращения самого якоря при холостом ходе.
Это улучшает условия работы муфты свободного хода привода, уменьшает износ втулок вала якоря и предотвращает его «разнос».
Стартер работает следующим образом. При вращение якоря двигателя через винтовые шлицы вала и ступицу передается наружному кольцу роликовой обгонной муфты.
Три ролика муфты пружинами через плунжеры смещаются в узкую сторону пазов наружного кольца и всегда заклинены, а внутреннее кольцо вращается как одно целое с наружным. При работающем стартере эффект заклинивания усиливается. Ступицы муфты и шестерня, перемещаясь рычагом по винтовым шлицам, входят в зацепление с зубчатым венцом маховика, и от вала якоря через шестерню и маховик будет передаваться крутящий момент на коленчатый вал двигателя.
После пуска двигателя, когда электрическая цепь управления отключается, все подвижные части реле и механизмы привода стартера займут исходное положение под действием пружин втягивающего реле и буферной пружины.
Если двигатель начнет работать, а стартер не будет выключен, зубчатый венец маховика заставит шестерню стартера и внутреннее кольцо муфты вращаться с более высокой частотой, чем вращается наружная муфта со ступицей. При этом ролики с помощью пружин сдвинутся по наклонной поверхности пазов в широкую часть и позволят наружному кольцу вращаться свободно, не передавая усилия на вал якоря, что предупреждает поломку стартера.
Если при перемещении привода зуб шестерни стартера совпадает с зубцом венца маховика, буферная пружина привода сожмется больше, позволяя рычагу перемещаться дальше и замкнуть электрическую цепь стартера. Когда якорь повернется, шестерня под действием буферной пружины сразу же войдет в зацепление с венцом маховика. Учитывая, что при пуске (особенно холодного двигателя) стартер потребляет ток большой силы, продолжительность его включения не должна превышать 5—10 с, а промежуток между включениями должен быть не менее 20—30 с.
Щетки стартера. Четыре медно-графитовые щетки установлены в щеткодержателях, прикрепленных в крышке. К двум щеткодержателям положительных щеток, изолированным от крышки пластмассовыми пластинами, присоединяются выводы сериесных катушек, другие два щеткодержателя, к одному из которых присоединен вывод шунтовой катушки, приклепаны к крышке, т. е. соединены с «массой», и в них вставляются отрицательные щетки. Все щетки прижимаются к коллектору спиральным и пружинами.
Якорь стартера состоит из вала и напрессованных на него сердечника с обмоткой и коллектора. Обмотка уложена в пазы сердечника, набранного из тонких пластин электротехнической стали. Концы обмотки выведены на изолированные друг от друга пластины коллектора. Коллекторы стартеров автомобилей ВАЗ-2 109, ЗАЗ-1102, а также стартера 35.3708 автомобилей АЗЛК-2141 и ВАЗ-2 105 торцовые, выполнены в виде пластмассового диска с залитыми в нем медными пластинами. Такой коллектор позволяет уменьшить длину и массу стартера, а также способствует более длительной работе щеточного узла. На остальных стартерах коллекторы цилиндрические собраны на пластмассовом трубчатом основании.
Вал якоря вращается в двух бронзовых втулках, запрессованных в крышки стартера. В отличие от остальных автомобилей на автомобиле ВАЗ-2109 вал якоря стартера имеет только одну опорную втулку в крышке стартера, а вторая опора предусмотрена в картере сцепления.
Втягивающее реле устанавливается сверху на корпусе стартера и состоит из корпуса со втягивающей и удерживающей обмотками, крышки с контактными болтами и якоря со штоком, сердечником и контактными пластинами.
Передняя крышка стартера имеет фланец, которым стартер крепится к картеру сцепления. В этой крышке на валу якоря смонтирован привод стартера.